LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thân hướng dẫn thầy PGS.TS Huỳnh Đăng Chính Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ nguyên tắc, kết trình bày luận văn thu thập trình nghiên cứu trung thực chưa công bố sử dụng để bảo vệ học hàm Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, tháng 01 năm 2016 Học viên Trần Thị Thu Hà i LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành kết trình học tập, nghiên cứu lý luận tích lũy kinh nghiệm thực tế tác giả Những kiến thức mà thầy cô giáo truyền thụ làm sáng tỏ ý tưởng, tư tác giả suốt trình thực luận văn Nhân dịp này, xin bày tỏ lòng biết ơn kính trọng sâu sắc thầy PGS.TS Huỳnh Đăng Chính – Viện trưởng viện Kỹ thuật Hóa học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ hoàn thành luận văn Để có kết ngày hôm nay, không kể đến giúp đỡ bảo ban thầy cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Ban lãnh đạo đồng nghiệp trường Đại học Công nghiệp Việt Trì giúp đỡ trình học tập hoàn thành luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn người thân gia đình đặc biệt bố mẹ giúp đỡ lúc khó khăn, vất vả Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp động viên tạo điều kiện thuận lợi đóng góp ý kiến quý báu để giúp hoàn thành luận văn Hà Nội, năm 2016 Trần Thị Thu Hà ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu luyện đồng 1.1.1 Quặng đồng 1.1.2 Đặc điểm, thành phần, cấu trúc quặng CuFeS2 1.2 Các công nghệ tinh chế CuSO4 từ quặng 1.2.1 Phương pháp hỏa luyện 1.2.2 Phương pháp thủy luyện đồng 1.2.2.1 Cơ sở lý thuyết 1.2.2.2 Vấn đề dung môi hòa tách 1.2.2.3 Phương hướng phát triển thủy luyện đồng 10 1.3 Công nghệ chiết (Solvent extraction) 11 1.3.1 Nguyên lý trình 11 1.3.2 Quá trình hòa tách H2SO4 11 1.3.3 Quá trình chiết 13 1.3.3.1 Đặc điểm trình 13 1.3.3.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp chiết lỏng - lỏng 14 1.3.3.3 Các thông số công nghệ trình 16 1.3.3.4 Giới thiệu số dung môi chiết 18 1.3.3.5 Dung môi chiết LIX 984N 21 1.4 Quá trình cô đặc 23 1.4.1 Các phương pháp cô đặc 24 iii 1.4.1.1 Phương pháp nhiệt 24 1.4.1.2 Phương pháp lạnh 24 1.4.2 Các yếu tố kỹ thuật trình cô đặc 24 1.4.2.1 Nhiệt độ sôi 24 1.4.2.2 Thời gian cô đặc 24 1.4.2.3 Cường độ bốc 25 1.5 Giới thiệu đồng sunfat 25 1.5.1 Công thức cấu tạo 25 1.5.2 Tính chất vật lý 26 1.5.3 Tính chất hóa học 26 1.5.4 Ứng dụng 27 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 29 2.1 Chuẩn bị mẫu 29 2.2 Hóa chất, thiết bị 29 2.2.1 Hóa chất 29 2.2.2 Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm 29 2.3 Pha chế hóa chất 30 2.3.1.Pha dung dịch Na2S2O3 tiêu chuẩn 30 2.3.2 Dung môi chiết LIX 984N 20% 31 2.3.3 Hồ tinh bột 1% 31 2.3.4 KI 10% 31 2.4 Phương pháp phân tích số liệu hàm lượng đồng 31 2.4.1 Phân tích định lượng hàm lượng đồng 31 2.4.2 Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X (XRD - X Ray Diffraction)……… …32 2.4.3 Phương pháp phân tích huỳnh quang tia X (XRF- X Ray Fluorescence) 35 2.5 Phương pháp điều chế đồng sunfat tinh thể 36 2.6 Tóm tắt quy trình làm thực nghiệm 37 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Phân tích thành phần cấu trúc mẫu quặng phương pháp XRD 38 3.2 Phân tích hàm lượng nguyên tố mẫu quặng phương pháp XRF………………………………………………………………………………… …39 iv 3.3 Quá trình hòa tách 40 3.3.1 Ảnh hưởng áp suất tới trình hòa tách 40 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hòa tách 42 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian tới trình hòa tách 43 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 44 3.3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ R:L (g:ml) tới trình hòa tách 44 3.4 Quá trình chiết 46 3.4.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình chiết 47 3.4.2 Ảnh hưởng số bậc chiết đến trình chiết 48 3.5 Quá trình giải chiết 50 3.5 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 50 3.5.2 Ảnh hưởng thời gian tới trình giải chiết 51 3.5.3 Ảnh hưởng tỷ lệ O:A (ml:ml) tới trình giải chiết 52 3.6 Quá trình cô đặc 53 3.7 Xây dựng quy trình hòa tách, chiết cô đặc đồng sunfat 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Nội dung Nồng độ C CBH Nồng độ bão hòa D Khối lượng riêng dd Dung dịch Eo Điện HL Hàm lượng O:A P R:L 10 SX 11 t 12 TCVN 13 XRD Nhiễu xạ tia X 14 XRF Huỳnh quang tia X Pha hữu : pha nước Áp suất Rắn : Lỏng Sovelent extraction Nhiệt độ Tiêu chuẩn Việt Nam vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Quặng đồng dung môi hòa tan quặng Bảng 1.2 Đặc điểm ketoxime, aldoxime hỗn hợp ketoxime aldoxime… 19 Bảng 1.3 Giới thiệu số dung môi chiết đồng 19 Bảng 1.4 Tính chất vật lý đồng sunfat 26 Bảng 2.1 Hóa chất sử dụng thí nghiệm 29 Bảng 2.2 Thiết bị sử dụng phòng thí nghiệm 30 Bảng 3.1 Thành phần hóa học mẫu quặng theo XRF 39 Bảng 3.2 Ảnh hưởng áp suất tới trình hòa tách 40 Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ tới trình hòa tách 42 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian tới trình hòa tách 43 Bảng 3.5 Ảnh hưởng nồng độ tới trình hòa tách 44 Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ R:L (g:ml) tới trình hòa tách 45 Bảng 3.7 Ảnh hưởng thời gian đến trình chiết 47 Bảng 3.8 Ảnh hưởng số bậc chiết đến trình chiết 49 Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 tới trình giải chiết 50 Bảng 3.10 Ảnh hưởng thời gian tới trình giải chiết 51 Bảng 3.11 Ảnh hưởng tỷ lệ O:A tới trình giải chiết 52 Bảng 3.12 Thành phần hóa học mẫu quặng sau cô đặc theo XRF 54 vii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Bản đồ biểu diễn phân tán quặng đồng phía Bắc – Việt Nam Hình 1.2 Sơ đồ tinh chế quặng đồng phương pháp thủy luyện Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ chiết CuSO4 11 Hình 1.4 Sự phân bố chất tan hai pha lỏng 14 Hình 1.5 Quá trình chiết giải chiết đồng từ pha hữu 23 Hình 1.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khối lượng CuSO4 27 Hình 3.1 Giản đồ XRD mẫu quặng CuFeS2 38 Hình 3.2 Giản đồ XRF mẫu quặng CuFeS2 39 Hình 3.3 Ảnh hưởng áp suất tới trình hòa tách 41 Hình 3.4 Màu sắc mẫu hòa tách P = atm, P = 9,89 atm 42 Hình 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình tách 42 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian đến trình hòa tách 43 Hình 3.7 Ảnh hưởng nồng độ dung môi hòa tan đến trình hòa tách 44 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ đến trình hòa tách 45 Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian đến trình chiết 48 Hình 3.10 Ảnh hưởng số bậc chiết đến trình chiết 49 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 đến trình giải chiết 50 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến trình giải chiết 51 Hình 3.13 Ảnh hưởng tỷ lệ A:O đến trình giải chiết 52 Hình 3.14 Màu sắc pha dung dịch qua trình hòa tách, chiết, giải chiết 53 Hình 3.15 CuSO4.5H2O sau tiến hành cô đặc làm lạnh từ từ (b) đột ngột (a) 54 Hình 3.16 Giản đồ XRF mẫu CuSO4.5H2O sau tiến hành cô đặc 54 viii MỞ ĐẦU Hiện nay, tổng trữ lượng quặng đồng nước ta tương đối lớn nhu cầu sử dụng đồng hay thành phẩm từ quặng đồng CuSO4, CuCl2, CuO… cho phát triển công nghiệp, nông nghiệp, y học, giáo dục hay đời sống hàng cao Mặt khác, sở chế biến sâu quặng đồng nước ta ít, sản phẩm từ quặng đồng hầu hết phải nhập từ nước gây lãng phí tài nguyên kinh tế đất nước Để phần khắc phục tình trạng đó, việc nghiên cứu chế biến đồng sunfat từ quặng đồng vấn đề cần thiết Tùy theo đặc điểm khoáng vật học quặng mà áp dụng công nghệ hỏa luyện hay thủy luyện để chế biến quặng Công nghệ hỏa luyện thường nhanh, cho suất cao, cường độ nấu luyện lớn, trình độ giới hóa tự động hóa cao cho thấy kỹ thuật nấu luyện đồng tiên tiến, trang bị đại, sản lượng đồng thô lớn, ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên quy trình công nghệ tương đối phức tạp, đòi hỏi trình độ thao tác kỹ thuật tương đối cao, yêu cầu liệu lò khắt khe, không tự xử lý liệu cục, tinh quặng phải sấy kỹ, lượng khói bụi lớn Ngày có nhà máy luyện kim cỡ lớn sử dụng kỹ thuật Để đáp ứng với nhu cầu sử dụng, áp dụng với nhà máy cỡ nhỏ vừa đồng thời tránh ô nhiễm môi trường – mối quan tâm hàng đầu toàn nhân loại việc nghiên cứu quy trình công nghệ thủy luyện cần thiết, đặc biệt cho đối tượng mỏ quặng đồng Việt Nam thường nhỏ lẻ nhiều loại thù hình Vì vậy, chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ chế biến sâu tinh quặng đồng sunfua” cho luận văn Mục tiêu luận văn là: Chế biến sâu tinh quặng đồng sunfua vùng phía Bắc công nghệ thủy luyện thành CuSO4.5H2O Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Phân tích đánh giá tinh quặng đồng sunfua; - Nghiên cứu điều kiện phản ứng hòa tách tinh quặng đồng H2SO4; - Nghiên cứu công nghệ chiết tách để tinh chế làm CuSO4; - Nghiên cứu điều kiện kết tinh sấy CuSO4.5H2O Tiến hành Mẫu hòa tan môi trường H2SO4 đặc, P = 9,89 atm, t = 180 oC thời gian với tỷ lệ hòa tách R:L (g:ml) khác Tính toán tương tự ta thu kết bảng sau: Bảng 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ R:L (g:ml) tới trình hòa tách Tỷ lệ R:L (g:ml) 1:20 1:30 1:40 1:50 1:60 1:80 Hàm lượng Cu2+/dd (%) 8,5 14,13 22,37 25 25,15 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ L:R (ml:g) đến trình hòa tách Nhận xét Theo tính toán sơ lượng axit H2SO4 đặc cần thiết cho trình hòa tan mẫu tiến hành khảo sát tỷ lệ axit khối lượng mẫu (R:L) khoảng 1:20 ÷ 1:80 Kết phân tích cho thấy khoảng tỷ lệ R:L = 1:60 lượng axit thực tế cần dùng phù hợp, tỷ lệ R:L nhỏ 1:60 lượng axit cần thiết cho trình hòa tách lại thiếu, mẫu hòa tan không triệt để Nếu tỷ lệ R:L lớn 1:60 lượng axit dư gây tổn hao mặt kinh tế Nên chọn tỷ lệ hòa tách tối ưu R:L = 1:60 45 Kết luận Sau trình khảo sát thông số ảnh hưởng đến trình hòa tách xác định hàm lượng đồng mẫu 25%, hiệu suất hòa tách đạt 82,8% điều kiện hòa tách tối ưu sau: - Hòa tách mẫu môi trường axit H2SO4 đặc nồng độ 18M; - Tỷ lệ R:L = 1:60 (g:ml); - t = 180oC; - P = 9,89 atm; - Thời gian hòa tách 3.4 Quá trình chiết Trong trình chiết phản ứng xảy Cu2+ LIX 984N giá trị pH ban đầu pha nước đóng vai trò quan trọng Khi giá trị pH pha nước tăng khả Cu2+, Fe3+ pha hữu có gia tăng rõ ràng Khả chiết Cu2+, Fe3+ chọn lọc khoảng pH = ÷ [20] Tỷ lệ Fe3+ pha hữu tăng nhẹ với mức tăng giá trị pH, nhiên bắt đầu giảm nhanh pH > 2,0 Lý pha nước trở nên đục hidrat hóa Fe3+ sau: Fe3+ + H2O = Fe (OH)2+ + H+ (3.1) Fe (OH)2+ + H2O = Fe (OH)2+ + H+ (3.2) Fe (OH)2+ + H2O = Fe (OH)3 + H+ (3.3) Mặc dù hệ số tách Cu/Fe tăng dần với gia tăng giá trị pH ban đầu, trình hidrat Fe3+ tăng giá trị pH cao, dẫn đến trình chiết Cu2+ không chọn lọc với Fe3+ Vì theo kết nghiên cứu từ trước giá trị pH ban đầu tối ưu pha nước 1,5 Và pH hàm lượng Fe3+ vào pha hữu không đáng kể từ 0,0178 ÷ 0,178 mol/l [20] Hàm lượng LIX984N dầu hỏa ảnh hưởng tới hiệu thu hồi Cu2+ Khi nồng độ LIX 984N 10% hiệu chiết Cu2+ lớn khoảng 98,5% nhiên hàm lượng LIX 984N lớn 20% khả chiết chọn lọc với Fe3+ không hiệu [23] 46 Sau lọc rửa kết tủa, nung t = 850oC tính hàm lượng sắt mẫu 43,75% Do hàm lượng sắt mẫu lớn gây khó khăn cho trình chiết cần phải loại bớt sắt trước tiến hành chiết Loại bớt sắt cách dùng HNO3 oxi hóa hoàn toàn Fe2+→ Fe3+ tạo kết tủa với NaOH 20% khoảng pH = 3,3 Khi hàm lượng sắt lại dung dịch hòa tách 3,05%, hàm lượng Cu = 25% tiếp tục trung hòa H2SO4 2M pH = 1,5 (dd1) 3.4.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình chiết Tiến hành Lấy 10,00 ml dd1 với 5,00 ml dung môi (hàm lượng LIX 984N dầu hỏa 20%), tỷ lệ A:O (ml:ml) = 2:1, khuấy điều kiện nhiệt độ thường thời gian khác nhau, thời gian phân pha 10 phút Khi hàm lượng đồng pha nước xác định theo phương pháp chuẩn độ oxi hóa khử Na2S2O3 tính theo công thức sau: (g/l) Cu2+ = (CM V)Na2S2O3 MCu Vpha nước Trong đó: CM (mol/l), V(ml): Lần lượt nồng độ thể tích tiêu tốn Na2S2O3 tiêu chuẩn; Vpha nước : Thể tích pha nước đem phân tích (ml); MCu: Khối lượng phân tử đồng (g/mol) Sau tính toán thu bảng kết sau: Hàm lượng Cu2+ pha nước tính thu bảng kết sau: Bảng 3.7 Ảnh hưởng thời gian đến trình chiết T (phút) 15 30 Cu2+/pha nước (g/l) 20,99 20,2 20,01 47 Hình 3.9 Ảnh hưởng thời gian đến trình chiết Nhận xét Hình 3.9 thể ảnh hưởng thời gian đến hàm lượng Cu mẫu thực trình Hàm lượng đồng pha nước giảm thời gian chiết tăng (từ phút tới 30 phút), thời gian 15 phút hàm lượng Cu gần khác biệt so với thời gian chiết thời gian 30 phút Ngoài ta thấy tốc độ chiết LIX 984N chậm (hiệu chiết tốt 15 phút) điều lý giải LIX 984N dung dịch đặc, nhớt dẫn đến trình tiếp xúc pha Từ nhận định trên, chọn thời gian chiết 15 phút cho thí nghiệm 3.4.2 Ảnh hưởng số bậc chiết đến trình chiết Tiến hành Lấy tỷ lệ tổng dung môi chiết : dung dịch = 4:1 (hàm lượng LIX 984N dầu hỏa 20%) chia cho bậc chiết, khuấy 15 phút nhiệt độ thường, thời gian phân pha 10 phút Hiệu suất chiết Cu2+ tính toán theo công thức cho bảng kết sau: Hiệu suất chiết = HL Cu2+ ban đầu/pha nước−HL Cu2+ / pha nước HL Cu2+ ban đầu / pha nước Với hàm lượng Cu2+ ban đầu pha nước 25% 48 Bảng 3.8 Ảnh hưởng số bậc chiết đến trình chiết Số bậc chiết Hiệu suất chiết (%) 62,4 85,67 90,03 90,5 Hình 3.10 Ảnh hưởng số bậc chiết đến trình chiết Nhận xét Bậc chiết nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến trình chiết Từ kết phân tích ta thấy chiết bậc hiệu suất thu hồi Cu 62,4%; bậc tăng đáng kể so với bậc 85,67%; bậc 3, khác biệt nhiều so với bậc phù hợp với tài liệu nghiên cứu trước Với chiết bậc hiệu suất đạt 5065%, với chiết bậc hiệu suất chiết 90% [23] Hiệu suất thu hồi Cu có tăng theo số bậc chiết, cụ thể sau bậc, sau bậc bậc không lớn Như để hiệu tách Cu cao ta thêm thiết bị chiết Tuy nhiên sơ đồ chiết gồm thiết bị chiết tối ưu Vì sản phẩm lại sau trình chiết giải chiết ta hồi lưu quay lại trình nên tổn thất mát sản phẩm Còn dùng nhiều thiết bị chi phí tốn kém, thiết bị cồng kềnh Vì để kinh tế chọn số bậc chiết Kết luận 49 Sau trình khảo sát thông số ảnh hưởng đến trình chiết ta chọn điều kiện chiết tách tối ưu sau: - Số bậc chiết 2; - Thời gian 15 phút; - Hiệu suất chiết đồng đạt 87% 3.5 Quá trình giải chiết 3.5 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 Tiến hành Lấy 10,00 ml pha hữu với 10,00 ml dung dịch axit H2SO4, tỷ lệ A:O = 1:1 (ml:ml) với nồng độ khác nhau, khuấy 30 phút nhiệt độ phòng, thời gian phân pha 10 phút Tính toán tương tự hàm lượng Cu2+ pha nước ta thu kết bảng sau: Bảng 3.9 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 tới trình giải chiết [H2SO4] M Cu2+/ pha nước (g/l) 5,808 6,36 6,71 7,01 7,05 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 đến trình giải chiết 50 Nhận xét Nồng độ dung môi giải chiết thông số quan trọng ảnh hưởng đến trình giải chiết Kết cho thấy hiệu giải chiết thu hồi nồng độ axit H2SO4 nhỏ 4M giảm dần, hiệu thu hồi Cu cao nồng độ axit H2SO4 4M, 5M Ở nồng độ 5M hàm lượng Cu giải chiết tăng lên không đáng kể so với 4M Do chọn nồng độ axit giải chiết 4M cho thí nghiệm 3.5.2 Ảnh hưởng thời gian tới trình giải chiết Tiến hành Lấy 10,00 ml pha hữu với 10,00 ml H2SO4 4M, tỷ lệ A:O = 1:1 (ml:ml), khuấy điều kiện nhiệt độ thường thời gian khác nhau, thời gian phân pha 10 phút Tính toán tương tự hàm lượng Cu2+ pha nước ta thu kết bảng sau: Bảng 3.10 Ảnh hưởng thời gian tới trình giải chiết T (phút) 15 30 Cu2+/pha nước (g/l) 6,3 6,72 6,8 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến trình giải chiết 51 Nhận xét Từ kết phân tích tương tự trình chiết, tốc độ giải chiết đồng khỏi pha hữu axit chậm, tăng thời gian giải chiết hàm lượng đồng tăng nhiên sau 15 phút hàm lượng đồng thay đổi chậm Như vậy, bắt đầu sau 15 phút khả giải chiết đồng đạt hiệu tốt Vậy chọn thời gian tối ưu cho trình giải chiết 15 phút cho thí nghiệm 3.5.3 Ảnh hưởng tỷ lệ O:A (ml:ml) tới trình giải chiết Tiến hành Lấy 20,0 ml dung môi sau chiết với dung dịch axit H2SO4 4M với tỷ lệ khác tiến hành khuấy 15 phút điều kiện thường, thời gian phân pha 10 phút Tính toán tương tự hàm lượng Cu2+ pha nước ta thu kết bảng sau: Bảng 3.11 Ảnh hưởng tỷ lệ O:A tới trình giải chiết Tỷ lệ O:A (ml:ml) 1:1 1:3 1:5 1:7 1:8 1:10 Cu2+/pha nước (g/l) 10,96 25,48 35,12 46,85 47,98 48,01 Hình 3.13 Ảnh hưởng tỷ lệ A:O đến trình giải chiết Nhận xét 52 Kết phân tích cho thấy hàm lượng Cu đạt tăng dần theo tỷ lệ O:A Ở tỷ lệ 1:8, 1:10 hàm lượng Cu tăng không đáng kể so với tỷ lệ 1:7 Nếu chọn tỷ lệ 1:8 hay 1:10 lượng axit H2SO4 4M dư so với thực tế cần dùng Do chọn tỷ lệ 1:7 cho trình giải chiết phù hợp Kết luận Sau trình khảo sát thông số ảnh hưởng đến trình giải chiết ta chọn điều kiện giải chiết tối ưu sau: - Giải chiết môi trường axit H2SO4 4M - Tỷ lệ O:A = 1:7 (ml:ml) - Thời gian tiếp xúc pha 15 phút Hình 3.14 Màu sắc pha dung dịch qua trình hòa tách, chiết, giải chiết 3.6 Quá trình cô đặc Phần dung dịch sau trình giải chiết đem cô đặc, tiến hành gia nhiệt t = 125oC thu CuSO4.5H2O 53 Hình 3.15 CuSO4.5H2O sau tiến hành cô đặc làm lạnh từ từ (b) đột ngột (a) Hình 3.16 Giản đồ XRF mẫu CuSO4.5H2O sau tiến hành cô đặc Nguyên tố Cu Fe Mn Hàm lượng (%) 99,85% 0,1477% 0,00023% Bảng 3.12 Thành phần hóa học mẫu quặng sau cô đặc theo XRF Từ giản đồ bảng số liệu cho thấy CuSO4.5H2O sau giải chiết cô đặc có thành phần Cu = 99,85% lượng tạp không đáng kể 54 3.7 Xây dựng quy trình hòa tách, chiết cô đặc đồng sunfat Từ kết nghiên cứu có tiến hành xây dựng quy trình công nghệ hòa tách thu hồi đồng từ quặng đồng sau: Bước 1: Tiền xử lý - Làm khô mẫu quặng đồng, nghiền mịn Bước 2: Công đoạn hòa tách - Tiến hành cân mẫu theo tỷ lệ R:L = 1:60 cho mẻ hòa tách - Dung dịch H2SO4 đặc - Cho dung dịch vào thiết bị hòa tách - Đưa thiết bị vào tủ sấy, nhiệt độ 180oC - Duy trì thời gian Bước 3: Công đoạn chiết - Pha chế dung môi với hàm lượng LIX 984 20% dầu hỏa - Tiến hành chiết bậc 1: Cho lượng pha O:A = 2,25:1 khuấy 15 phút - Để phân pha 10 phút tháo pha hữu - Tiến hành chiết bậc 2: Cho lượng pha O:A = 2,25:1 khuấy 15 phút - Để phân pha 10 phút tháo pha hữu Bước 4: Công đoạn giải chiết - Đong thể tích dung dịch H2SO4 4M theo tỷ lệ O:A = 1:7 - Pha chế dung dịch H2SO4 4M - Khuấy cho trình tiếp xúc pha 15 phút - Để phân pha 10 phút tháo pha hữu đem hồi lưu - Phần dung dịch đem cô đặc nhiệt độ t = 125oC thu CuSO4.5H2O 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Với mục tiêu ban đầu đặt cho luận văn nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ trình tinh chế đồng sunfat từ quặng đồng khu vực vùng núi phía Bắc phương pháp thủy luyện, sau thời gian nghiên cứu thu kết sau: Quá trình hòa tách chịu ảnh hưởng thông số nồng độ axit, thời gian, nhiệt độ, áp suất, tỷ lệ rắn lỏng Kết trình trình hòa tách đạt hiệu suất 82,8% với điều kiện hòa tách sau: Hòa mẫu dung dịch axit H2SO4 đặc, tỷ lệ R:L = 1:60 (g:ml), thời gian giờ, t = 180oC, P = 9,89 atm Quá trình chiết đồng từ dung dịch hòa tách dung môi LIX 984N chịu ảnh hưởng thông số thời gian chiết, số bậc chiết Kết trình chiết đạt hiệu suất 87% điều kiện: Chiết dung môi LIX 984N với thời gian chiết 15 phút, chiết bậc, tỷ lệ O:A = 4,5 (ml:ml) Quá trình giải chiết đồng từ dung dịch hòa tách dung dịch H2SO4 chịu ảnh hưởng thông số thời gian, nồng độ, tỷ lệ A:O Kết trình giải chiết điều kiện: Giải chiết axit H2SO4 4M, tỷ lệ O:A = 1:7 (ml:ml), thời gian 15 phút Từ kết ta đưa điều kiện tối ưu thu đồng từ mẫu quặng sau: Hòa mẫu dung dịch axit H2SO4 đặc, tỷ lệ R:L = 1:60 (ml:ml), thời gian giờ, t = 180oC, P = 9,89 atm Chiết dung môi LIX 984N với thời gian chiết 15 phút, chiết bậc, tỷ lệ O:A = 4,5 (ml:ml) Giải chiết axit H2SO4 4M, tỷ lệ O:A = 1:7 (ml:ml), thời gian 15 phút II Kiến nghị Đồng kim loại màu sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân việc chế biến khoáng đồng để thu sản phẩm đồng cần thiết 56 Quặng đồng nước ta chủ yếu dạng hợp chất với lưu huỳnh, chế biến quặng đồng thường kèm theo thải khí SO2 Vì vậy, chế biến quặng đồng phương pháp thủy luyện nên xây dựng đồng thời dây chuyền sản xuất axit H2SO4 dùng cho nguyên liệu đầu vào Việc nghiên cứu sử dụng quặng đồng chắn mang lại hiệu kinh tế lớn cho đất nước, đồng kim loại màu sử dụng rộng rãi ngành kinh tế Nhà nước nên đầu tư hợp tác đầu tư với nước để có công nghệ tiên tiến cho sản xuất sản phẩm từ quặng đồng, tiến tới cung cấp sản phẩm đồng đáp ứng nhu cầu nước, giảm dần tình trạng xuất nguyên liệu nhập sản phẩm Ngay định hợp tác đầu tư với nước cần xây dựng đội ngũ cán có đủ trình độ để tiếp nhận công nghệ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bốn, Hoàng Ngọc Đồng (1999), Nhiệt kỹ thuật, Nhà xuất giáo dục Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Xuân Trung, Nguyễn Văn Ri (2003), Các phương pháp phân tích công cụ, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2002), Hóa học phân tích, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Hin (2009), Hóa phân tích sở, Cao đẳng Hóa chất, Nhà xuất Lao động – Xã hội Kôrôxtelev (1974), Chuẩn bị dung dịch cho phân tích hóa học, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Trần Thị Ngọc Lan (2006), Các phương pháp phân tích hóa học, Nhà xuất Kagaku - Dojio, Kyoto, Nhật Bản Phạm Luận (2009), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Lê Đức Tri (1989), Điện phân thoát kim lọai, Đại học Bách khoa Hà Nội Phan Đình Tuấn (2014), Quặng đồng quặng đồng Việt Nam, phương pháp chế biến để thu CuSO4 tinh thể Cu kim loại, Luận văn Công nghệ hóa vô đại học Bách khoa TPHCM 10 A.Matthew Wilson, Phillip J.Bailey, Peter A Tasker, Jennifer R Richard A Grant and Jason B (2013), Solvent extraction : the coordination chemistry behind extractive metallurgy, Royal society of chemistry 11 Bartos.P.J (2002), SX - EW copper and the technology cycle, Resources Policy 28, pp - 12 G.A.Kordosky (November/December 2002), Copper recovery using leach / solventextraction / electrowinning technology : Forty years of innovation, 2,2 million tonnes of copper annually, The jourrnal of the South African institute of Mining and Metallury, pp 445 - 450 58 13 G.A Kordosky (May 1992), Copper solvent extraction, The state of the art Journal of metals 14 Gupta C.K, Mukherjee T.K (1990), Hydrometallurgy in Extraction Processes, vol.I, CRC Press 15 H.K.D.H Bhadeshia, Dep (1998), Thermal Anaylysis Tech chiques, Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge 16 Jergensen II G.V (1999), Copper leaching, solvent extraction, and electrowinning teachnology, SME, Littleton, CO 17 Katarazyna Rotuska, Tomasz Chimislewsky (2008), Growing Role of solevent extraction in copper ores processing, Physice Chemical problems of Mineral processing 42, pp 29 – 27, Fizykochemicze problem Minerslurgii 42, pp 29 36 18 LIU Jian-she, GE Yu-qing, QIU Guan-zhou, WANG Dian-zuo (2002), Selectively extract copper from copper, iron and zinc acid solution, [J] Copper Engineering, pp 18 – 21 19 Tomas Havlik (2008), Hydrometallurgy, Woodhead publishing in materials, Chapter - 12 20 TI/EVH 0147 e February 2013, LIX 984N, Mining solution 21 Vaishnavi Sridhar and J.K.Verma, Recovery of Copper, Nickel and Zinc from Sulfate Solution by Solvent Extraction Using LIX 984N, inorganic research laboratory K.J Somaiya College of Science and commerce Vidyavihar, Mumbai - 400077, India - Received 22 February 2011; Accepted 26 April 2011, Metallurgy of copper, fourth edition, Pergamon 22 Vladimir, S.Kislk (1999), Sovlvent extraction, classical and novel approches YANG XJ, FANE A G, Performance and stability of supported liquid membranes using LIX 984N for copper transport, Journal of Membrane Science 23 W.G.Davenport, M.King, M.Schiesiger, A.K.Biswas (2002), Extractive metallurgy of copper, fourth edition, Pergamon 59 ... đánh giá tinh quặng đồng sunfua; - Nghiên cứu điều kiện phản ứng hòa tách tinh quặng đồng H2SO4; - Nghiên cứu công nghệ chiết tách để tinh chế làm CuSO4; - Nghiên cứu điều kiện kết tinh sấy CuSO4.5H2O... việc nghiên cứu quy trình công nghệ thủy luyện cần thiết, đặc biệt cho đối tượng mỏ quặng đồng Việt Nam thường nhỏ lẻ nhiều loại thù hình Vì vậy, chọn đề tài Nghiên cứu công nghệ chế biến sâu tinh. .. tài Nghiên cứu công nghệ chế biến sâu tinh quặng đồng sunfua cho luận văn Mục tiêu luận văn là: Chế biến sâu tinh quặng đồng sunfua vùng phía Bắc công nghệ thủy luyện thành CuSO4.5H2O Nội dung