Sơ đồ 3: Tóm tắt quy trình phân tích quặng Bauxite
2.1.1. Xác định hàm lượng ẩm
2.1.1.1. Nguyên tắc
Mẫu sau khi lấy về, được cân một lượng cân chính xác vào chén cân (đã được xử lý, sấy ở 100 – 1050C đến khối lượng không đổi, cân để biết trước khối lượng), sau đó đem sấy ở nhiệt độ 100 – 1050C đến khối lượng không đổi (3 – 4h), dựa vào độ hụt khối lượng trước và sau khi sấy tính được hàm lượng ẩm trong mẫu.
2.1.1.2. Điều kiện xác định
− Điều kiện đối với mẫu:
(Phương pháp nhanh) (phương pháp trọng tài) Quặng Bauxite nghiền mịn, sấy khô Cân 0.2±0.0002g Dạng dung dịch %Al2O 3 Cân 0.5±0.0002g Phá mẫu bằng NaOH %Al 2 O 3 %Fe 2O 3 %Si O2 Dung dịch I
+ Mẫu lấy phải mang tính đại diện và đồng nhất. + Lấy ở bãi chứa sau mỗi xe quặng về.
+ Lấy đều tại mọi điểm của bãi quặng vừa đổ.
+ Ở mỗi điểm chọn đủ cỡ hạt to nhất, hạt nhỏ nhất và trung bình. − Điều kiện đối với dụng cụ - thiết bị:
+ Chén sấy phải sạch, khô. Có miệng rộng để hơi nước có thể thoát một cách dễ dàng. + Tủ sấy được cài nhiệt độ khoảng 100 – 1050C.
− Điều kiện sấy:
Sấy mẫu ở nhiệt độ 100 – 1050C trong thời gian 3 – 4h, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng.
2.1.1.3. Quy trình thực nghiệm
− Dụng cụ, thiết bị:
Bảng 3.2.1: Dụng cụ, thiết bị dùng xác định hàm lượng ẩm trong mẫu quặng Bauxite
Tên dụng cụ, thiết bị Số lượng Tên dụng cụ, thiết bị Số lượng
Cân phân tích 4 số lẻ 1 Tủ sấy 1
Chén sấy 1 Bình hút ẩm 1
− Cách tiến hành:
+ Cân chính xác 70g ± 0.0002g mẫu quặng Bauxite cho vào chén sấy (đã qua xử lý). + Cho vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 100 – 1050C đến khối lượng không đổi (3 – 4h). + Lấy mẫu quặng ra, để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng. Đem cân rồi tính toán kết quả. 2.1.1.4. Tính toán kết quả %Ẩm 1 2.100 m m m m − = (2.1) Trong đó: 1
m : Khối lượng mẫu + chén sau sấy (g).
2
m : Khối lượng chén sấy (g).
m
2.1.1.5. Kết quả thực nghiệm
Bảng 3.2.2: Kết quả thực nghiệm xác định hàm lượng ẩm trong mẫu quặng Bauxite
STT %Ẩm Tiêu chuẩn cơ sở Nhận xét 1 10.26 15 max Đạt 2 11.92 Đạt 3 13.74 Đạt 4 10.82 Đạt 5 12.29 Đạt 2.1.2. Xác định hàm lượng SiO2 2.1.2.1. Nguyên tắc
Mẫu quặng Bauxite sau khi được cân một lượng cân chính xác, cho vào chén Niken Được nung chảy với chất trợ dung NaOH hoặc KOH ở nhiệt độ 600 – 6500C.
Al2O3.2SiO2 + 6NaOH = 2Na2SiO3 +2NaAlO2 + 3H2O. Hòa tan muối kiềm sau khi nung bằng HCl đậm đặc.
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl NaAlO2 + 4HCl = NaCl + AlCl3 + 2H2O
Đem cô khô mẫu, tạo kết tủa keo H2SiO3, lọc rửa kết tủa, đem than hóa trên bếp điện sau đó nung ở nhiệt độ 900oC trong khoảng 1 – 2h.
H2SiO3 = SiO2 + H2O
Lấy ra, để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng. Đem cân và tính kết quả.
2.1.2.2. Điều kiện xác định
− Điều kiện đối với mẫu:
+ Mẫu lấy phải mang tính đại diện và đồng nhất.
+ Mẫu phải được xử lý: Nghiền mịn, sấy khô ở 100 − 105oC đến nhiệt độ không đổi. − Điều kiện phá mẫu:
+ Trước khi đưa vào lò nung chén mẫu cần cô khô NaOH với mẫu trong chén Niken trên bếp điện mạnh đến khô trắng để tránh hiện tượng sôi trào khi nung. Khi nung xong, mẫu trong chén phải thành một khối chất lỏng đồng nhất, khi lấy khối mẫu ra khỏi chén Niken phải dùng nước cất sôi, nếu mẫu khó tan thì phải thêm HCl đậm đặc hoặc HCl 1:1, thêm HCl phải thêm từ từ cho tới khi dung dịch trong suốt màu vàng. Sau đó dùng nước cất rửa chén Niken đến khi dung dịch rửa trong suốt.
+ Chén nung Niken, tránh nung ở nhiệt độ cao làm hỏng chén, phải rửa sạch chén bằng nước cất, sấy khô mỗi khi làm xong.
− Điều kiện đông tụ keo Silic:
Tùy theo hàm lượng của SiO2 và yêu cầu phân tích mà ta chọn các phương pháp sau: + Phương pháp 3 lần thoát nước: Cô khô mẫu 3 lần với HCl đặc trên bếp cách thủy, keo Silic chuyển thành kết tủa H2SiO3. Phương pháp này là phương pháp trọng tài có độ chính xác cao, tránh khuấy mẫu nhiều, cần duy trì nhiệt độ cô khô mẫu ở 1050 – 1100C là tốt nhất, dùng bếp điều nhiệt. Nếu cô khô mẫu ở nhiệt độ quá cao thì FeCl3 có hiện tượng thủy phân:
FeCl3 + 2H2O = Fe(OH)2Cl + 2H2O
Kết tủa muối sắt này thường nát vụn nên làm chậm quá trình lọc, hơn nữa nó lẫn vào keo gây sai số lớn, ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
+ Phương pháp dùng keo Gielatin: Đây là phương pháp nhanh, chủ yếu tách keo ra khỏi dung dịch khi cô khô mẫu lần đầu, tẩm cặn khô của mẫu bằng HCl đậm đặc và thêm một lượng Gielatin sau đó thêm nước cất nóng và lọc.
Không nên dùng keo Gielatin quá nhiều, vì khi nung tủa với thời gian quy định, keo Gielatin không bị phân hủy hết sẽ gây sai số, khi sử dụng Gielatin cần duy trì nhiệt độ dung dịch khoảng 60 – 700C, tại nhiệt độ này khả năng hút nước của Gielatin mạnh nhất.
+ Phương pháp dùng chất điện ly mạnh: (NH4Cl, NH4OH…). Sự có mặt của NH4Cl sẽ thúc đẩy quá trình đông tụ keo xảy ra nhanh hơn. Hơn nữa sự có mặt của NH4Cl dư cũng không làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Do trong quá trình nung nó sẽ bị phân hủy hoàn toàn:
NH4Cl = NH3↑ + HCl↑
Để quá trình đông tụ keo xảy ra nhanh có thể kết hợp cả 3 phương pháp trên. − Điều kiện chế hóa và nung kết tủa:
Hình 3.2.1: Định mức dung dịch
+ Lọc keo Silic bằng nước cất nóng 60 – 700C, ở nhiệt độ này Gielatin hút nước tốt nhất.
+ Rửa keo Silic bằng HCl 1 – 2%, sau đó rửa bằng nước cất nóng đến hết Cl-.
+ Kết tủa sau khi rửa, được đem đi than hóa trên bếp điện cho đến hết khói. Sau đó cho vào lò nung, nung ở nhiệt độ 9000C trong vòng 1h.
+ Nếu sau khi nung kết tủa có vết nâu, khi đó ta
để nguội chén nung rồi cho HF vào, đem nung ở nhiệt độ 4000C đến khi bốc hết khói trắng, tiếp theo đem nung ở 9000C, lấy ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng, rồi cân.
.− Điều kiện cân:
Khi cân Silic phải cân nhanh để tránh Silic hút ẩm.
2.1.2.3. Quy trình thực nghiệm
− Dụng cụ, thiết bị:
Bảng 3.2.3: Dụng cụ, thiết bị dùng để xác định chỉ tiêu SiO2 trong mẫu quặng Bauxite
Tên dụng cụ, thiết bị Số lượng Tên dụng cụ, thiết bị Số lượng
Chén Niken 1 Bình tia 1
Lò nung 1 Bình định mức 500ml 1
Cân phân tích 4 số lẻ 1 Bình hút ẩm 1
Bếp điện 1 Đũa thủy tinh 1
Phễu lọc 1 Becher 250ml 1
Giấy lọc 1 Một số dụng cụ thủy tinh khác. − Hóa chất:
Bảng 3.2.4: Hóa chất dùng để xác định chỉ tiêu SiO2 trong mẫu quặng Bauxite
NaOH rắn: Dùng phá mẫu Gielatin 1%: Tạo điều kiện đông tụ keo nhanh hơn.
HCl đậm đặc: Hòa tan mẫu và đông tụ keo.
HCl 1 – 2%: Rửa tủa
− Cách tiến hành:
B1: Cân chính xác 0.5 ± 0.0002g quặng Bauxite (đã được nghiền mịn và sấy khô ở nhiệt độ 105oC khoảng 2h) cho vào chén Niken (đã được rửa sạch và sấy khô), thêm khoảng 3 – 4g NaOH rắn vào chén.
B2: Đậy chén mẫu bằng nắp Niken rồi đưa vào lò nung, nung ở nhiệt độ 6500C trong 15 phút. Để nghiêng chén ở cửa lò nung đến khoảng 300 – 4000C, đem chén mẫu ra nhúng đáy chén vào cốc nước lạnh cho khối mẫu bong ra.
B3: Hòa tan mẫu với nước nóng trong becher 250ml, tráng nắp bằng nước cất nóng, chén được tráng bằng HCl 1:1 cho đến khi dung dịch trong suốt, sau đó tráng thêm vài lần bằng nước cất nóng cho thật sạch, nước tráng được nhập chung vào becher 250ml.
B4: Thêm từ từ HCl đậm đặc vào becher cho đến khi mẫu tan hết, dung dịch có màu vàng trong, vừa thêm vừa khuấy. Đem cô nhẹ trên bếp điện (chú ý tránh để mẫu sôi quá mạnh, bắn ra ngoài gây mất mẫu, dùng bếp cách thủy là tốt nhất) đến cạn thu được dạng muối ẩm.
B5: Thêm vào kết tủa khoảng 10ml nước cất, 10ml HCl 1:1 sau đó thêm nước cất đun nhẹ khoảng 60 – 700C và khuấy đến khi kết tủa tan hết. Thêm vào dung dịch 10ml Gielatin 1%, khuấy thật kỹ đến khi nổi bọt, để yên 15 – 20 phút.
B6: Lọc kết tủa bằng giấy lọc định lượng băng vàng, rửa kết tủa 2 – 3 lần bằng HCl 1 – 2%, rồi rửa nhiều lần bằng nước cất nóng đến khi đo pH giọt nước rửa dưới phễu được 6.5 – 7 là được. Toàn bộ nước dịch lọc và nước rửa được nhập chung lại và chuyển vào bình định mức 500ml, dùng nước cất định mức đến vạch (dung dịch I, dung dịch này dùng để xác định các chỉ tiêu khác: Al2O3, Fe2O3…).
B7: Kết tủa sau khi rửa được chuyển vào chén sứ (đã được xử lý cùng với điều kiện nung), than hóa trên bếp điện tới khi hết khói trắng, đem nung ở nhiệt độ 9000C, duy trì ở nhệt độ này trong 1 giờ. Để nguội lò nung đến khoảng 800C, đem chén mẫu ra để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi đem cân để xác định trọng lượng SiO2.
2.1.2.4. Tính toán kết quả % 2 .100 % 2 .100 2 m SiO m m SiO = (2.2) Trong đó: 2 1 2 m m mSiO = −
m2: Khối lượng chén (g). mm: Khối lượng mẫu (g).
2.1.2.5. Kết quả thực nghiệm
Bảng 3.2.5: Kết quả thực nghiệm xác định chỉ tiêu SiO2 trong mẫu quặng Bauxite
STT Khối lượng mẫu (g) Khối lượng chén(g) Khối lượng mẫu + chén sau nung (g). %SiO2 Tiêu chuẩn cơ sở Nhận xét 1 0.5004 21.4568 21.4753 3.71 4 max Đạt 2 0.5018 21.5668 21.5823 3.10 Đạt 3 0.5007 21.7867 21.8028 3.23 Đạt 4 0.5015 21.7544 21.7687 2.85 Đạt 5 0.5035 21.6554 21.6709 3.80 Đạt 2.1.3. Xác định hàm lượng Fe2O3 2.1.3.1. Nguyên tắc
Dung dịch I sau khi đã loại bỏ keo Silic và các tạp chất không tan, oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ bằng H2O2:
Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + H2O
Sau đó dùng dung dịch chuẩn EDTA, chuẩn trực tiếp xuống dung dịch mẫu. Ở điều kiện môi trường acid pH = 2 – 3 với chỉ thị là acid sunfosalisilic (SSA). Điểm tương đương nhận được khi dung dịch chuyển từ màu hồng tím sang vàng chanh. Dựa vào thể tích EDTA tiêu tốn và các thông số ban đầu ta tính được hàm lượng Fe2O3 có trong mẫu.
Phản ứng chỉ thị: Fe3+ + IndSSA = FeIndSSA (hồng tím) Phản ứng chuẩn độ: Fe3+ + H2Y2- = FeY- + 2H+. Phản ứng tại điểm tương đương:
FeIndSSA + H2Y2- = FeY-
(vàng chanh) + IndSSA (không màu).
2.1.3.2. Điều kiện xác định
Dung dịch mẫu phải được loại bỏ hoàn toàn keo Silic và cặn để tránh hiện tượng dung dịch bị đục gây khó khăn cho việc nhận biết điểm tương đương.
− Điều kiện về môi trường:
+ Môi trường chuẩn độ là môi trường acid ở pH = 2 – 3, tại pH này thì chỉ có Fe3+ tạo phức bền với EDTA, tránh được ảnh hưởng của các ion Al3+ và Ti4+.
+ Môi trường pH > 3 thì Fe3+ sẽ bị kết tủa gây sai số cho kết quả phân tích. Để điều chỉnh môi trường ta dùng NaOH 10% và HCl loãng.
− Điều kiện chuẩn độ:
+ Trước khi chuẩn độ cần đun nóng dung dịch ở 60 – 700C, do phản ứng giữa EDTA và Fe3+ xảy ra chậm, không đun nóng quá vì SSA sẽ bị phân hủy.
+ Dùng H2O2 để oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ trong môi trường acid thì việc đuổi lượng dư H2O2 sẽ nhanh và dễ dàng hơn.
− Điều kiện đối với chỉ thị:
Tại môi trường pH = 2 – 3 thì phức FeIndSSA có màu hồng tím, có β = 7,89.1026 kém bền hơn phức FeY- nên khi chuẩn đọ thì phức FeIndSSA sẽ bị phá vỡ để tạo thành phức FeY- bền hơn và có màu vàng chanh giúp ta nhận biết điểm tương đương dễ dàng.
2.1.3.3. Quy trình thực nghiệm
− Dụng cụ, thiết bị:
Bảng 3.2.6: Dụng cụ, thiết bị dùng để xác định chỉ tiêu Fe2O3 trong mẫu quặng Bauxite
Tên dụng cụ, thiết bị Số lượng Tên dụng cụ, thiết bị Số lượng
Pipet bầu 50ml 1 Bình tia 1
Buret 50ml 2 Bóp cao su 1
Erlen 250ml 1 Bếp điện 1
− Hóa chất:
Bảng 3.2.7: Hóa chất dùng để xác định chỉ tiêu Fe2O3 trong mẫu quặng Bauxite
NaOH 10%: Dùng để điều chỉnh môi trường.
Chỉ thị SSA 10%: Dùng nhận biết điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ. HCl 1:1 : Dùng để điều chỉnh môi trường. EDTA 0.025M: Dùng làm dung dịch
chuẩn. H2O2 : Oxy hóa Fe2+ thành Fe3+.
− Cách thực hiện:
B1: Dung dịch I sau khi đã được định mức thành 500ml. Hút 50ml dung dịch này cho vào erlen 250ml + 3 giọt H2O2 30%, đun sôi nhẹ trong 2 phút.
B2: Dùng NaOH 10% trung hòa từ từ cho đến khi dung dịch xuất hiện vẩn nâu không tan, dùng HCl 1:1 thêm từ từ cho đến khi vẩn nâu tan hết, thêm dư 5 - 6 giọt HCl 1:1 nữa.
B3: Thêm 3 – 4 giọt chỉ thị SSA 10%. Đun nóng nhẹ rồi dùng dung dịch chuẩn EDTA 0.025M chuẩn trực tiếp xuống dung dịch mẫu. Điểm tương đương nhận được khi dung dịch chuyển từ màu hồng tím sang vàng chanh. Dựa vào thể tích EDTA tiêu tốn và các thông số ban đầu tính được hàm lượng Fe2O3 có trong mẫu.
2.1.3.4. Tính toán kết quả (2.3) (2.3) Trong đó: : 3 2O Fe
mĐ Mili đương lượng của Fe2O3
1000 40 1000 . 4 160 1000 . 3 2 3 2 = = = Z M mĐFeO FeO
(N.V)EDTA: Tích nồng độ đương lượng và thể tích EDTA tiêu tốn. Với NEDTA = CM . Z = 0.025.2 = 0.05N : f Hệ số pha loãng: 10 50 500 = = f . m
m : Khối lượng mẫu ban đầu.
m EDTA m EDTA O Fe m NV f m NV mĐ O Fe ( ) . .100 40.( ) % 2 3 = 2 3. =
2.1.3.5. Kết quả thực nghiệm
Bảng 3.2.8: Kết quả thực nghiệm xác định chỉ tiêu Fe2O3 trong mẫu quặng Bauxite
STT Khối lượng mẫu (g) VEDTA 0.025M tiêu tốn (ml). % Fe2O3 Tiêu chuẩn cơ sở Nhận xét 1 0.5004 3.77 15.08 22 max Đạt 2 0.5018 4.30 17.15 Đạt 3 0.5007 4.18 16.72 Đạt 4 0.5015 4.60 18.37 Đạt 5 0.5035 3.97 15.75 Đạt 2.1.4. Xác định hàm lượng Al2O3 2.1.4.1. Nguyên tắc
Dung dịch I sau khi đã được loại bỏ cặn không tan, keo Silic và thành phần Fe2O3 được điều chỉnh về môi trường pH = 5 – 6. Sau đó cho tác dụng với lượng dư chính xác dung dịch chuẩn EDTA, trong điều kiện nóng:
Al3+ + H2Y2- = AlY- + 2H2+
Chuẩn lại lượng dư EDTA này bằng dung dịch chuẩn ZnO với chỉ thị xylenon da cam (XO). Điểm tương đương nhận được khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang hồng tím:
Zn2+ + H2Y2- = ZnY2- + 2H+
Tiếp tục cho vào dung dịch một lượng dư NaF bão hòa để sinh ra một lượng EDTA tương đương:
6F- + AlY- +2H+ = H2Y2- + AlF63-
Chuẩn lại lượng ETDA sinh ra tương đương này bằng dung dịch chuẩn ZnO với chỉ thị XO. Điểm tương đương nhận được khi dung dịch chuyển từ màu vàng sang hồng tím.
Phản ứng tại điểm cuối:
Zn2+ + IndXO = ZnIndXO (hồng tím)
− Điều kiện đối với mẫu:
+ Mẫu phải mang tính đại diện, đồng nhất.
+ Dung dịch đem đi xác định Al2O3 là dung dịch I đã được loại bỏ cặn không tan, keo Silic và thành phần Fe2O3.
− Điều kiện chuẩn độ:
+ Cần cho dư chính xác lượng EDTA để đảm bảo Al3+ phản ứng hoàn toàn. Nhưng cần tính toán sao cho khi chuẩn lại lượng dư đó thì tiêu tốn không quá 10 – 15ml Zn2+ là