2.3.1. Đỏnh giỏ thành phần khoỏng vật học của quặng kẽm vựng Bắc Kạn Thành phần húa học trong mẫu quặng được xỏc định theo 2 phương phỏp phõn tớch là phương phỏp húa học và phương phỏp phõn tớch quang phổ plasma ghộp nối phổ khối (ICP-MS) tại Trung tõm phõn tớch Viện Cụng nghệ Xạ hiếm. Cỏc khoỏng vật cú trong mẫu quặng được xỏc định bằng giản đồ phõn tớch nhiễu xạ tia X trờn thiết bị XRD của Trung tõm Kiểm định vật liệu xõy dựng Viện Vật liệu Xõy dựng.
2.3.2. Khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hũa tỏch quặng kẽm vựng Bắc Kạn bằng hệ tỏc nhõn amoniac và amoni cacbonat. vựng Bắc Kạn bằng hệ tỏc nhõn amoniac và amoni cacbonat.
2.3.2.1. Xỏc định tỷ lệ nguyờn liệu và tỏc nhõn hũa tỏch.
Trờn cơ sở cỏc phõn tớch định hướng ban đầu thỡ qua trỡnh hũa tỏch sử dụng những lượng kẽm oxit sạch khỏc nhau đưa vào hũa tỏch cựng với một thể tớch dung dịch hỗn hợp amoniac và amoni cacbonat để xỏc định khả năng hũa tỏch theo cỏc điều kiện cụng nghệ sau:
Nhiệt độ hũa tỏch : t° phũng Tốc độ khuấy trộn : 80 vũng/phỳt
Nồng độ tỏc nhõn hũa tỏch: 80 g NH3/l và 60g CO2/l Thời gian hũa tỏch 120 phỳt.
Phõn tớch hàm lượng Zn cú trong dung dịch sau khi hũa tỏch. Sau đú tớnh toỏn lượng quặng theo lý thuyết mà 200ml dung dịch hỗn hợp ammoniac và amoni cacbonat cú thể hũa tỏch được hết lượng kẽm cú trong quặng đú. Tiếp tục đưa những lượng quặng kẽm oxit khỏc nhau vào hũa tỏch với cựng 200 ml thể tớch hỗn hợp ammoniac và amoni cacbonat theo cỏc điều kiện cụng nghệ
như hũa tỏch với ZnO sạch. Phõn tớch nồng độ ZnO trong dung dịch thu được sau khi hũa tỏch và lọc bó.
2.3.2.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới khả năng hũa tỏch khả năng hũa tỏch
Để khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới khả năng hũa tỏch cỏc thớ nghiệm được tiến hành trong cựng một điều kiện chỉ khỏc nhau nồng độ của cỏc tỏc nhõn hũa tỏch. Cỏc giỏ trị nồng độ được lựa chọn để khảo sỏt là: TT Nồng độ NH4OH (gNH3/l) Nồng độ (NH4)2CO3 (gCO2/l) 1 80 60 2 90 70 3 100 80 4 110 90 5 120 100
Cỏc thớ nghiệm khảo sỏt được tiến hành theo cựng điều kiện cụng nghệ đó được lựa chọn ở mục 3.2 chương 3 phần I chỉ thay đổi nồng độ cỏc tỏc nhõn hũa tỏch.
Kết thỳc cỏc thớ nghiệm tiến hành lọc bó khụng tan và phõn tớch nồng độ ZnO trong dung dịch thu được.
2.3.2.3. Khảo sỏt ảnh hưởng của kớch thước hạt quặng tới khả năng hũa tỏch. tỏch.
Quặng ban đầu là quặng thụ vỡ vậy để tiến hành hũa tỏch trước hết phải gia cụng mẫu quặng. Quặng được nghiền nhỏ bằng mỏy nghiền bi sau đú sàng phõn loại mẫu. Chia quặng thành 5 loại cú theo cỏc kớch thước hạt khỏc nhau như sau:
Loại 1: Là loại quặng cú kớch thước lớn hơn 5 mesh (4 mm). Đõy cú thể coi là quặng thụ.
Loại 2: Là loại quặng cú kớch thước nhỏ hơn 4 mm Loại 3: Là loại quặng cú kớch thước nhỏ hơn 0,5 mm Loại 4: Là loại quặng cú kớch thước nhỏ hơn 0,125 mm
Loại 5: Là loại quặng cú kớch thước nhỏ hơn 0,074 mm (siờu mịn ) Để khảo sỏt ảnh hưởng của kớch thước hạt quặng tới khả năng hũa tỏch, tiến hành hũa tỏch lần lượt cả 5 loại quặng trờn theo cựng một điều kiện cụng nghệ đó lựa chọn.
Cỏc dung dịch sau khi hũa tỏch tiến hành lọc bỏ phần bó và phõn tớch hàm lượng ZnO cú trong cỏc dung dịch.
2.3.2.4. Khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ tới quỏ trỡnh hũa tỏch.
Dựa trờn cỏc phõn tớch định hướng, quỏ trỡnh hũa tỏch được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ nhiệt độ phũng (30°C) tới 60 °C với cỏc điều kiện cụng nghệ được xỏc lập ở mục 3.2 chương 3 phần I.
Phõn tớch hàm lượng ZnO trong cỏc dung dịch sau khi hũa tỏch và lọc bó khụng tan.
2.3.2.5. Khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian tới quỏ trỡnh hũa tỏch.
Để khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian tới quỏ trỡnh hũa tỏch, cỏc thớ nghiệm được tiến hành ở cả 2 giỏ trị nhiệt độ phũng và nhiệt độ cao trong cỏc khoảng thời gian khỏc nhau (từ 60 phỳt đến 240 phỳt) với cỏc điều kiện thớ nghiệm như đó chọn ở mục 3.2 chương 3 phần I.
Dung dịch sau khi hũa tỏch tiến hành lọc bỏ bó khụng tan và đem phõn tớch.
2.3.2.6. Khảo sỏt ảnh hưởng của sự đảo trộn tới quỏ trỡnh hũa tỏch.
Để khảo sỏt ảnh hưởng của sự đảo trộn tới quỏ trỡnh hũa tỏch, cỏc thớ nghiệm khảo sỏt được tiến hành ở 2 chế độ hũa tỏch tĩnh và hũa tỏch cú khuấy 80 vũng/phỳt theo cỏc điều kiện cụng nghệ chung như sau:
Khối lượng quặng hũa tỏch 200g.
Nồng độ tỏc nhõn hũa tỏch: 80 g NH3/l và 60g CO2/l Thời gian hũa tỏch 120 phỳt.
Cỏc dung dịch sau khi hũa tỏch tiến hành lọc bó và phõn tớch hàm lượng ZnO cú trong dung dịch sau khi hũa tỏch.
2.3.3. Tinh chế dung dịch hũa tỏch.
Qua cỏc thớ nghiệm khảo sỏt và kết quả phõn tớch mẫu quặng kẽm oxit Bắc Kạn thấy rằng hàm lượng cỏc kim loại nhúm amoniacat như (Cd, Mn, Cu, Ni...) là rất thấp cựng với khả năng hũa tan rất hạn chế do bản chất húa học của Pb, Fe trong hệ khảo sỏt nờn dung dịch sau khi hũa tỏch cú thể chuyển qua cụng đoạn tiếp theo mà khụng cần phải làm sạch. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4. Nghiờn cứu giải phỏp cụng nghệ thu hồi kẽm trong dung dịch sau khi hũa tỏch dưới dạng kẽm oxit chất lượng cao. khi hũa tỏch dưới dạng kẽm oxit chất lượng cao.
2.3.4.1. Nghiờn cứu khả năng thu nhận muối kẽm cacbonat bazơ từ dung dịch phức kẽm - amoniac - amonicacbonat dịch phức kẽm - amoniac - amonicacbonat
Kẽm trong dung dịch sau khi hũa tỏch cú thể thu được dưới dạng kết tủa ZnCO3.2Zn(OH)2 bằng cỏch gia nhiệt tới nhiệt độ 80°C kốm theo khuấy trộn và xục khớ để hỗ trợ khả năng tỏch loại NH3 và CO2. Tiến hành khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất thu hồi kẽm.
2.3.4.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ nung và thời gian nung tới chất lượng sản phẩm kẽm oxit. lượng sản phẩm kẽm oxit.
Để điều chế kẽm oxit tiến hành nung kết tủa kẽm cacbonat bazơ ZnCO3.2Zn(OH)2 ở nhiệt độ từ 350-700°C trong khoảng thời gian khỏc nhau. Dựa trờn tiờu chớ của sản phẩm ZnO chất lượng cao trờn thị trường hiện nay xỏc định điều kiện thớch hợp. Sản phẩm thu được phõn tớch theo phương phỏp phõn tớch húa học và phương phỏp phõn tớch quang phổ plasma ghộp nối phổ khối (ICP-MS), hỡnh thỏi hạt được chụp bằng Phương phỏp hiển vi điện tử
quột (SEM). Xỏc định cỏc chất cú thể cú trong sản phẩm bằng giản đồ nhiễu xạ tia X. Xỏc định bề mặt riờng của sản phẩm so sỏnh với cỏc sản phẩm ZnO khỏc.
PHẦN 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3. 1. Đỏnh giỏ thành phần khoỏng học và thành phần húa học của quặng kẽm vựng Bắc Kạn. kẽm vựng Bắc Kạn.
Mẫu quặng sau khi gia cụng đập, nghiền, sàng được tiến hành phõn tớch thành phần húa học cỏc kim loại chớnh trong mẫu quặng.
Trước hết mẫu quặng được đem phõn tớch thành phần % Zn kim loại cú trong quặng theo quy trỡnh phõn tớch đang được sử dụng tại TT.Triển khai Cụng nghệ. Kết quả phõn tớch cho thấy hàm lượng kẽm trong quặng vào khoảng 7%.
Tiếp theo, tiến hành phõn tớch hàm lượng Zn và cỏc tạp chất chớnh trong mẫu quặng theo phương phỏp phõn tớch húa học và phương phỏp phõn tớch quang phổ plasma ghộp nối phổ khối (ICP-MS) tại Trung tõm phõn tớch Viện Cụng nghệ Xạ hiếm. Kết quả cụ thể như bảng dưới đõy:
Bảng3. 1: Kết quả phõn tớch thành phần húa học của mẫu quặng kẽm vựng Bắc Kạn theo phương phỏp phõn tớch quang phổ plasma ghộp nối phổ khối
(ICP-MS)
TT Tờn mẫu/chỉ tiờu Đơn vị tớnh Hàm lượng
1 Si % 2,1 2 K mg/kg 9,68 3 Ca mg/kg 1018,58 4 Cr mg/kg 33,21 5 Mn mg/kg 5241,76 6 Fe % 41,80 7 Co mg/kg 0,68 8 Ni mg/kg 3,64 9 Cu mg/kg 219,98 10 Zn % 7,01
11 As mg/kg 2531,00
12 Cd mg/kg 82,43
13 Sb mg/kg 97,52
14 Cs mg/kg 0,21
15 Pb % 5,77
Kết quả chụp giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu quặng cho thấy kẽm trong quặng tồn tại ở dạng muối khoỏng Zn(ClO3)26H2O chiếm 18%, Na4Zn2Si3O10 chiếm 12% ngoài ra kẽm cũn phỏt hiện tồn tại ở dạng hydroxit Zn(OH)2 chiếm 0,6%. Sắt tồn tại chủ yếu ở dạng manhetit Fe3O4. Cũn lại cỏc chất khỏc chủ yếu ở pha vụ định hỡnh (chiếm 61,4%).
Hỡnh 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu quặng kẽm oxit Bắc Kạn
Từ cỏc kết quả phõn tớch cú thể đưa ra cỏc đỏnh giỏ như sau:
Hàm lượng kẽm trong mẫu quặng vựng Bắc Kạn là 7%. Hàm lượng tạp chất lớn trong đú chủ yếu là Fe(41,80%) và Pb(5,77 %) do đú việc lựa chọn tỏc nhõn hũa tỏch là amoniac và amoni cacbonat là hoàn toàn phự hợp .Vỡ phương phỏp hũa tỏch này khụng hũa tan theo 1 lượng lớn Fe và Pb như phương phỏp hũa tỏch bằng cỏc axớt thụng thường.
Kết quả chụp giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy cỏc khoỏng vật tồn tại một phần ở dạng vụ định hỡnh và một phần tồn tại ở dạng tinh thể. Kẽm tồn tại ở một số dạng như Zn(ClO3)26H2O, Na4Zn2Si3O10, Zn(OH)2 và cú thể kết luận kẽm trong quặng này đều thuộc nhúm quặng oxit.
3.2. Nghiờn cứu cỏc yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hũa tỏch quặng kẽm vựng Bắc Kạn bằng hệ tỏc nhõn amoniac và amoni cacbonat. vựng Bắc Kạn bằng hệ tỏc nhõn amoniac và amoni cacbonat.
3. 2.1. Xỏc định tỷ lệ nguyờn liệu và tỏc nhõn hũa tỏch.
Trong bước khảo sỏt này, nhằm xỏc định tỷ lệ nguyờn liệu và tỏc nhõn hũa tỏch thỡ những lượng ZnO sạch khỏc nhau được đưa vào hũa tỏch với cựng 200ml thể tớch hỗn hợp ammoniac và amoni cacbonat để xem xột khả năng hũa tan theo cỏc điều kiện cụng nghệ sau:
Nhiệt độ hũa tỏch : t° thường Tốc độ khuấy trộn : 80 vũng/phỳt
Nồng độ tỏc nhõn hũa tỏch: 80 g NH3/l và 60g CO2/l Thời gian hũa tỏch 120 phỳt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dung dịch sau khi hũa tỏch tiến hành phõn tớch được kết quả như trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Khả năng hũa tan của kẽm oxit trong hệ amoniac – amoni cacbonat
TT thớ nghiệm Lượng ZnO(g) Thể tớch dd hũa tỏch Nồng độ Zn (g ZnO/l) Ghi chỳ 1 10 200 49,9 Tan hết 2 15 200 74,8 Tan hết 3 18 200 89,5 Tan hết 4 20 200 95,2 Khụng tan hết 5 25 200 101,9 Khụng tan hết
Từ bảng kết quả trờn cú thể khẳng định được ZnO hũa tan tốt trong hệ tỏc nhõn amoniac và amoni cacbonat. Với quặng kẽm oxit cú hàm lượng Zn=7% thỡ theo lý thuyết lượng kẽm cú trong 230g quặng cú thể được hũa tỏch hoàn toàn trong 200 ml dung dịch tỏc nhõn hũa tỏch.
Dựa vào cỏc kết quả trờn tiếp tục tiến hành cỏc thớ nghiệm để xỏc định tỷ lệ quặng và tỏc nhõn hũa tỏch theo cỏc điều kiện cụng nghệ như sau:
Nhiệt độ hũa tỏch : t° thường
Tốc độ khuấy trộn : 60-80 vũng/phỳt
Nồng độ tỏc nhõn hũa tỏch: 80 g NH3/l và 60g CO2/l Thời gian hũa tỏch 120 phỳt.
Lượng quặng đưa vào hũa tỏch từ 100 ữ 300 g
Dung dịch sau khi hũa tỏch, phõn tớch được kết quả như trong bảng 3.3 và đồ thị hỡnh 3.2 và 3.3 dưới đõy:
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyờn liệu và tỏc nhõn hũa tỏch tới khả năng hũa tỏch kẽm TT Lượng quặng kẽm (g) Thể tớch dd hũa tỏch Nồng độ Zn (g ZnO/l) Hiệu suất thu hồi (%) 1 100 200 35,3 81,0 2 150 200 53,3 81,5 3 200 200 69,8 80,1 4 250 200 67,5 61,9 5 300 200 65,6 50,5
Hỡnh 3.2: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của tỷ lệ nguyờn liệu và tỏc nhõn hũa tỏch tới nồng độ dung dịch kẽm sau hũa tỏch.
Hỡnh 3.3: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của tỷ lệ nguyờn liệu và tỏc nhõn hũa tỏch tới hiệu suất hũa tỏch kẽm.
Từ kết quả theo bảng 3.3 và quan sỏt trờn đồ thị ta thấy ở cỏc tỷ lệ 100 đến 150 gam quặng /200ml dung dịch hũa tỏch thỡ hiệu suất thu hồi kẽm đạt khỏ cao, hiệu suất hũa tỏch trờn 81% tuy nhiờn nồng độ kẽm trong dung dịch sau hũa tỏch là khụng cao. Ở cỏc tỷ lệ 250 đến 300 gam quặng / 200ml dung
dịch hũa tỏch thỡ nồng độ kẽm trong dung dịch sau hũa tỏch tương đối cao ≈ 70g/l tuy nhiờn hiệu suất thu hồi lại thấp chỉ cú ở tỷ lệ 200g quặng / 200 ml dung dịch hũa tỏch là cho dung dịch sau hũa tỏch đạt nồng độ kẽm cao và hiệu suất thu hồi tốt đạt 80,1%. Do hàm lượng kẽm trong quặng thấp và mục tiờu của quỏ trỡnh hũa tỏch là dung dịch sau hũa tỏch cú nồng độ kẽm lớn và hiệu suất thu hồi cao. Vỡ vậy tỷ lệ quặng và tỏc nhõn hũa tỏch được chọn là 200g quặng trờn 200 ml dung dịch tỏc nhõn hũa tỏch.
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới khả năng hũa tỏch. hũa tỏch.
Để khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới khả năng hũa tỏch cỏc thớ nghiệm được tiến hành trong cựng một điều kiện chỉ khỏc nhau nồng độ của cỏc tỏc nhõn hũa tỏch. Cỏc giỏ trị nồng độ được lựa chọn để khảo sỏt là: TT Nồng độ NH4OH(gNH3/l) Nồng độ (NH4)2CO3 (gCO2/l) 1 80 60 2 90 70 3 100 80 4 110 90 5 120 100
Cỏc thớ nghiệm khảo sỏt được tiến hành theo điều kiện cụng nghệ sau: Nhiệt độ hũa tỏch : t° thường
Tốc độ khuấy trộn : 80 vũng/phỳt Thời gian hũa tỏch 120 phỳt. Khối lượng quặng 200g
Kết thỳc cỏc thớ nghiệm tiến hành lọc bó khụng tan và phõn tớch nồng độ ZnO trong dung dịch thu được. Kết quả được trỡnh bày trờn bảng 3.4 và đồ thị hỡnh 3.4, hỡnh 3.5.
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới khả năng hũa tỏch kẽm
Hỡnh 3.4: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới nồng độ dung dịch kẽm sau hũa tỏch.
TT Nồng độ NH4OH (gNH3/l) Nồng độ (NH4)2CO3 (gCO2/l) Nồng độ Zn (g ZnO/l) Hiệu suất (%) 1 80 60 70,2 80,5 2 90 70 72,7 83,4 3 100 80 72,1 82,7 4 110 90 72,4 83,1 5 120 100 73,1 83,9
Hỡnh 3.5: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nồng độ amoniac và amoni cacbonat tới hiệu suất hũa tỏch quặng .
Từ kết quả ở bảng 3.4, đồ thị hỡnh 3.4 và 3.5 cho thấy, khi tăng nồng độ của cỏc tỏc nhõn hũa tỏch thỡ hiệu suất của quỏ trỡnh hũa tỏch và nồng độ kẽm trong dung dịch hũa tỏch cú tăng lờn nhưng khụng cải thiện nhiều đến khả năng hũa tỏch thu hồi kẽm. Như vậy, trong điều kiện cỏc thớ nghiệm giỏn đoạn đơn giản và để trỏnh lóng phớ tiờu hao húa chất thỡ việc sử dụng hệ tỏc nhõn với nồng độ 80 g NH3/l và 60 g CO2/l là phự hợp.
3.2.3. Ảnh hưởng của kớch thước hạt quặng tới khả năng hũa tỏch. Quặng được nghiền nhỏ, sàng, phõn loại làm 5 loại cú kớch thước hạt khỏc Quặng được nghiền nhỏ, sàng, phõn loại làm 5 loại cú kớch thước hạt khỏc nhau (mục 2.3.2.3 phần II).
Cỏc thớ nghiệm hũa tỏch được tiến hành ở cỏc điều kiện cụng nghệ như sau:
Nhiệt độ hũa tỏch : t° thường Tốc độ khuấy trộn : 80 vũng/phỳt Thời gian hũa tỏch 120 phỳt. Khối lượng quặng 200g
Nồng độ tỏc nhõn hũa tỏch: 80 g NH3/l và 60g CO2/l Thể tớch dung dịch hũa tỏch 200ml
Lọc bỏ phần bó khụng tan thu được cỏc dung dịch cú chứa kẽm bị hũa tan. Phõn tớch hàm lượng của kẽm cú trong cỏc dung dịch đú thu được kết quả trỡnh bày trờn bảng 3.5 và hỡnh 3.6, hỡnh 3.7: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của kớch thước hạt tới khả năng hũa tỏch kẽm
Loại quặng Nồng độ Zn(gZnO/l)
Hiệu suất thu hồi