Nghiên cứu công nghệ thu hồi các nguyên tố quý hiếm Cd, in trong bã trung gian của nhà máy điện phân kẽm sông công, Thái Nguyên

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim





Báo cáo tổng kết đề tài

Tên đề tài:

Nghiên cứu công nghệ thu hồi các nguyên tố quý hiếm:
Cd, In

trong bả trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
sông công - Thái Nguyên



M số đề tài
: N59


Chủ nhiệm đề tài: Kỹ s Phạm Xuân Kính


Ngày tháng 12 năm 2008
Thủ trởng cơ quan chủ quản
Ngày tháng 12 năm 2008

Thủ trởng đơn vị chủ trì








7359
19/5/2009



BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
1


cơ quan phối hợp thực hiện.
Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà nớc một thành viên kim loại màu
Lu Xá - Thái Nguyên

Những ngời tham gia đề tài
Ngô Văn Quyền - Kỹ s Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
Lê Hồng Sơn - Kỹ s Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim
Mai Thị Thanh - Kỹ thuật viên Viện khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
2
Mục lục
Mở đầu 6
Chơng I - Tổng quan 7
1.1. Vài nét về kim loại Kẽm và khoáng vật chứa Kẽm 7
1.2. Nguồn tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới và tại Việt Nam 8
1.2.1. Tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới. 8
1.2.2. Tài nguyên quặng Kẽm tại Việt Nam. 9
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 9
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài 9
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc 10
1.4. Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho phơng pháp nghiên cứu 11
1.4.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý bã Kẽm và bã Cađimi 11
1.4.2. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp thiêu Oxy hoá 11
1.4.3. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp tách các kim loại và hợp chất. . 11
1.4.4. Vài nét về các loại bã. 12
Chơng II - Phơng pháp nghiên cứu và chuẩn bị 13
2.1. Mục tiêu của đề tài 13

2.2. Phơng pháp nghiên cứu. 13

2.3. Mẫu nghiên cứu 13
2.4. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Oxit Inđi, Cađimi trong bã ở nhà
máy điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên 14
2.5. Hoá chất, thiết bị dụng cụ thí nghiệm 17
2.5.1. Hoá chất nguyên vật liệu 17
2.5.2. Thiết bị thí nghiệm 17
2.5.3. Vật t 22
2.5.4. Công tác phân tích 22
Chơng III - Nội dung nghiên cứu 23
3.1. Nghiên cứu các thông số tách Oxit Inđi trong bã Kẽm 23
3.1.1. Khảo sát chế độ thiêu kết bã. 23
3.1.2. Nghiên cứu quá trình tách Chì bằng Axit Sunfuric 23
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
3
3.1.3. Nghiên cứu tách Inđi bằng Kẽm kim loại 26
3.2. Nghiên cứu thông số công nghệ tách Cađimi từ bã cađimi 28
3.2.1. Khảo sát chế độ thiêu kết 28
3.2.2. Nghiên cứu quá trình tách Chì bằng axit Sunfuric 28
3.2.3. Nghiên cứu thông số công nghệ tách Cađimi và Đồng từ bã Cađimi
30
3.2.4. Nghiên cứu thông số công nghệ tách Cađimi từ hỗn hợp Cađimi và
Đồng kim loại 32
3.2.5. Nghiên cứu khả năng thu hồi Cađimi 33
3.3. Kết quả đạt đợc 35
3.3.1. Các thông số tối u công nghệ thu hồi Oxit Inđi từ bã Kẽm 35
3.3.2. Các thông số tối u công nghệ thu hồi Cađimi từ bã Cađimi 36
3.3.3 Lập sơ đồ công nghệ dựa trên các số liệu đã lựa chọn 36

Chơng IV - Định hớng áp dụng kết quả nghiên cứu đề tài 39
4.1. Dự kiến áp dụng kết quả nghiên cứu đề tài 39
Kết luận và kiến nghị 40
I. Kết luận 40
II. Kiến nghị 40













BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
4
Danh mục các bảng biểu, hình vẽ và hình ảnh

Bảng 1: Các khoáng vật Kẽm chủ yếu 8
Bảng 2: Trữ lợng quặng Kẽm của một số quốc gia trên thế giới 8
Bảng 3: Trữ lợng quặng Kẽm một số tỉnh, thành phố trên lãnh thổ Việt Nam 9
Bảng 4. Thành phần hoá học bã Kẽm: 13
Bảng 5. Thành phần hoá học bã Cađimi: 13
Bảng 6. Thành phần hoá học bã Sắt 14
Bảng 7. Thành phần hoá học bã Đồng 14

Bảng 8. Thành phần hoá học của bã Kẽm sau khi thiêu 23
Bảng 9. ảnh hởng nồng đồ axit Sunfuric đến hiệu suất tách Chì 24
Bảng 10. ảnh hởng thời gian đến quá trình hoà tách Chì 25
Bảng 11. ảnh hởng lợng Kẽm đến hiệu suất tách Inđi 26
Bảng 12. ảnh hởng thời gian đến hiệu suất tách Inđi 27
Bảng 13. Thành phần bã Cađimi sau khi thiêu 28
Bảng 14. ảnh hởng nồng độ axit Sunfuric đến hiệu suất tách Chì 29
Bảng 15. ảnh hởng thời gian đến hiệu suất tách Chì trong bã Cađimi 30
Bảng 16. ảnh hởng lợng Kẽm đến hiệu suất tách Cađimi và Đồng trong bã
Cađimi. 31
Bảng 17. ả
nh hởng thời gian đến hiệu suất tách Cađimi và Đồng trong bã
Cađimi 32
Bảng 18. ảnh hởng nồng độ axit Sunfuric đến hiệu suất tách Cađimi 33
Bảng 19. ảnh hởng lợng Kẽm đến hiệu suất thu hồi Cađimi 34
Bảng 20. ảnh hởng thời gian đến hiệu suất thu hồi Cađimi 34

Hình 1. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Oxit Inđi từ bã Kẽm 15
Hình 2. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Cađimi kim loại từ bã Cađimi 16
Hình 3. Sơ đồ công nghệ thu hồi Oxit Inđi từ bã Kẽm 38
Hình 4. Sơ đồ công nghệ thu hồi Cađimi kim loại từ bã Cađimi 39
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
5

Hình ảnh 1: Hệ thống thiết bị tủ hốt trong phòng thí nghiệm dùng để phân huỷ
mẫu và hoà tách quặng bằng axit đặc 18
Hình ảnh 2: Hệ thống làm giàu quặng và các thiết bị đo lờng (Cân kỹ thuật, cân
điện và máy soi khoáng vật) 19
Hình ảnh 3: Các thiết bị hoà tách và hoá chất chuyên dùng trong phòng thí

nghiệm 20
Hình ảnh 4: Hệ thống lò nung, tủ sấy làm việc ở nhiệt độ cao 20
- Lò nung Trung Quốc có bộ khống chế nhiệt độ: Tmax: 1.400
0
C
- Tủ sấy Ba Lan có nhiệt độ sấy tối đa: Tmax: 350
0
C
Hình ảnh 5: 21
- Hệ thống hoà tách 50kg quặng/ mẻ
- Hệ thống lò nung tủ sấy làm việc ở nhiệt độ trung bình
+ Lò nung dây may so Đức: Tmax: 1000
0
C
+ Tủ sấy Pháp nhiệt độ sấy tối đa Tmax: 200
0
C có gắn quạt thông gió
Hình ảnh 6: Toàn cảnh thiết bị thí nghiệm đề tài và thu hồi sản phẩm 21
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
6
Mở đầu
Nhà máy điện phân Kẽm sông Công Thái Nguyên đợc khởi công
xây dựng từ tháng 12/2003 và chính thức đi vào hoạt động tháng 8/2005,
công suất tối đa là 1000 tấn Kẽm kim loại mỗi năm.
Bên cạnh những u điểm là sản xuất một lợng Kẽm kim loại phục vụ
cho nền kinh tế quốc dân, giảm bớt nhập khẩu, nhà máy cha đặt ra vấn đề
thu hồi các nguyên tố có ích trong các loại bã nh: Cadimi, Chì, Inđi nhằm
hạ giá thành sản phẩm, tận thu tài nguyên cho đất nớc, đáp ứng chiến lợc
phát triển bền vững ngành công nghiệp Việt Nam. Chính vì lẽ đó nhà máy

điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên có công văn yêu cầu viện Khoa
học và công nghệ Mỏ - Luyện kim tiến hành khảo sát khả năng tận thu các
kim loại quý từ bã. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, Viện Khoa học và công
nghệ Mỏ - Luyện kim tiến hành nghiên cứu đề tài Nghiên cứu công nghệ
thu hồi các nguyên tố quý hiếm Inđi, Cađimi trong bã trung gian của
nhà máy điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên theo quyết định số
1199/QĐ-BCT ngày 03 tháng 12 năm 2007 của Bộ công thơng và quyết
định số 18 VMK.C
2
ký ngày 20/01/2008 của Viện trởng Viện Khoa học và
công nghệ Mỏ - Luyện kim.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và đa ra hai quy trình công nghệ thu
hồi Oxit Inđi từ bã Kẽm và Cađimi từ bã Cađimi trong quá trình thuỷ luyện và
điện phân Kẽm nhằm hoàn thiện công nghệ khép kín, đảm bảo môi trờng
trong sạch đa một số sản phẩm phục vụ cho các ngành kinh tế quốc dân.
Có đợc kết quả nghiên cứu ổn định trong phòng thí nghiệm tiến tới
áp dụng ở quy mô mở rộng xử lý và tận thu các nguyên tố có ích trong bã.
Đề tài này đợc triển khai tại Trung tâm nghiên cứu và sản xuất vật liệu
kim loại Viện Khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim.

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
7
Chơng I - Tổng quan
1.1. Vài nét về kim loại Kẽm và khoáng vật chứa Kẽm
Kẽm là một trong những kim loại màu đợc sử dụng nhiều và rộng
rãi trong nền kinh tế quốc dân, đứng thứ 3 sau nhôm và Đồng, phổ biến
nhất là công nghệ tráng mạ Kẽm, sản xuất hợp kim Đồng thau, sản xuất
sơn, công nghiệp cao su và các ngành công nghiệp khác.
- Trong tự nhiên Kẽm hầu nh tồn tại ở dạng hợp chất. Có rất nhiều

khoáng vật chữa Kẽm và đợc chia làm 2 nhóm chính: Nhóm khoáng vật
oxit và nhóm khoáng vật sulfua.
- Nhóm khoáng vật ôxyt: Đây là nhóm khoáng vật thứ sinh tạo thành
do quá trình ôxi hoá từ các khoáng vật sulfua. Điển hình trong khoáng vật
ôxit có Calamin (H
2
Zn
2
SiO
5
), Smitsonit (ZnCO
3
). Ngoài ra còn có
Hiđrôzinkit (ZnCO
3
.3Zn(OH)
2
), Zinkit (ZnO), Vilemit (2ZnSiO
2
);
Franclinhit ((Zn,Mn)O.Fe
2
O
3
); Ademin (Zn
2
(OH){AsO
4
}
4

)
- Nhóm khoáng vật sulfua: Khoáng vật sulfua Kẽm phổ biến nhất hiện
nay và cũng là phổ biến nhất ở mỏ Chợ Điền là Sfalerit (ZnS). Sfalerit bao
gồm 5 thế hệ từ màu đen đến xanh phớt vàng, ở dạng thuần khiết Sfalerit
chứa 67,1% Zn. Khoáng vật sulfua ít phổ biến hơn là Vuazit (ZnS) có mạng
tinh thể khác với Sfalerit, Gotlarit (ZnSO
4
.7H
2
O) Các khoáng vật sulfua
Kẽm thờng đi kèm với các khoáng vật chứa Chì phổ biến là Galenit (PbS).
Khoáng vật chứa Kẽm trong tự nhiên thờng cộng sinh với các
khoáng vật Chì, Đồng, Thiếc, Cađimi, Antimon, khoáng vật phi kim là
Thạch anh, Mica, Canxit, Đôlômit, Sêrixit
Các khoáng vật Kẽm chủ yếu nêu trong bảng số 1:




BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
8
Bảng 1: Các khoáng vật Kẽm chủ yếu
Tên khoáng vật Công thức
Hàm lợng
Zn %
Tỷ trọng
g/cm
3
Độ cứng

Calamin 2ZnO.SiO
2
.H
2
O 54,5 3,4 - 3,5 4 - 5
Smitsônit ZnCO
3
59,5 3,58 - 3,8 2,5
Zinkit ZnO 80,3 5,7 4
Vilemit 2ZnSiO
2
59,1 4,1 5 - 6
Franclinhit (Zn,Mn)O.Fe
2
O
3
- 5 - 5,2 6
Sfalerit ZnS 67,1 3,5 - 4,2 3 - 4
1.2. Nguồn tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới và tại
Việt Nam.
1.2.1. Tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới.
Nguồn nguyên liệu quặng Kẽm hiện có ở 50 quốc gia, tập trung chủ
yếu ở Australia, Trung Quốc, Canada, Peru Theo số liệu của Tổ chức
Nghiên cứu Kẽm Chì Quốc tế (ILZSG) và tổng hợp các số liệu hiện có của
Việt Nam trữ lợng quặng Kẽm một số nớc đợc nêu trong bảng số 2.

Bảng 2: Trữ lợng quặng Kẽm của một số quốc gia trên thế giới
Trữ lợng khai thác, 10
3

tấn
TT
Quốc gia, vùng
lãnh thổ
Kẽm %/ TTGiới
Tổng trữ lợng
kim loại, 10
3
tấn
1 Australia 33.000 15,00 80.000
2 Trung Quốc 33.000 15,00 92.000
3 Mỹ 30.000 13,64 90.000
4 Canada 11.000 5,00 31.000
5 Mexico 8.000 3,64 25.000
6 Peru 16.000 7,27 20.000
7 Các nớc khác 89.000 40,45 122.000
8 Toàn thế giới 220.000 100,00 460.000

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
9
1.2.2. Tài nguyên quặng Kẽm tại Việt Nam.
ở Việt Nam nguồn quặng Kẽm không nhiều và tập trung chủ yếu ở
các tỉnh Miền Bắc. Trữ lợng quặng Kẽm một số vùng trên lãnh thổ Việt
Nam nêu trong bảng số 3.
Trong quặng Kẽm Việt Nam ngoài Kẽm còn cộng sinh một số kim
loại quý hiếm nh: Đồng, Cađimi, Inđi, Gali, Gecmani

Bảng 3: Trữ lợng quặng Kẽm một số tỉnh, thành phố trên lnh thổ Việt Nam

Trữ lợng, tấn
TT Tỉnh, thành phố
C1 C2
T. nguyên
dự báo, tấn
TL+TNDB
kim loại, tấn
1 Bắc Kạn 1.198.574 19.888.622 11.651.625 1.810.259
2 Tuyên Quang 13.820.334 4.129.015 1.286.039
3 Hà Giang 910.387 2.915.024 103.102
4 Thái Nguyên 372.596 1.419.844 103.548
5 Yên Bái 1.601.800 - 123.819
6 Thanh Hoá 2.739.549 - 160.555
7 Cao Bằng 3.500.000 - 269.500
8 Lạng Sơn - 2.000.000 100.000
9 Nghệ An - 850.000 33.320
10 Quảng Bình 1.237.500 - 58.534
11 Các tỉnh còn lại 15.000.000 -

Nhày máy điện phân Kẽm Sông Công - Thái Nguyên đã nhập dây
chuyền công nghệ điện phân Kẽm của Trung Quốc và đã đi vào hoạt động
tháng 8/2005.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài
ở nớc ngoài đã đa ra nhiều phơng pháp xử lý thu hồi các nguyên
tố: Đồng, Cađimi, Inđi, Gali, Gecmani trong bã. ở đây chỉ đa ra hai
phơng pháp công nghệ tận thu Cađimi và Oxit Inđi trong bã thải trung
gian Kẽm phổ biến nhất.

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm

Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
10
* Phơng pháp thu hồi Oxit Inđi.
Bã Kẽm đợc thiêu kết ở nhiệt độ 1000
0
C, sau đó đem hoà tách với
axit Sunfuric loại bỏ Chì, cho Kẽm vào dung dịch mới nhận đợc để hoàn
nguyên hoàn toàn Inđi. Lọc, rửa, nớc lọc đem đi điện phân thu hồi Kẽm
còn kết tủa sấy, nung ở 1000
0
C thu đợc Oxit Inđi kỹ thuật.
Phơng pháp này cho hiệu suất thu hồi Oxit Inđi từ 85 - 90%, độ
sạch sản phẩm 90 - 95%.
* Phơng pháp thu hồi Cađimi.
Bã chứa Cađimi đợc thiêu kết ở nhiệt độ 600 - 650
0
C, tiếp tục hoà
tách với axit Sunfuric, Chì kết tủa dạng Sunphat. Cho Kẽm kim loại vào
dung dịch mới nhận đợc để hoàn nguyên hoàn toàn Cađimi và Đồng. Lọc
thu hồi Cađimi và Đồng, nớc lọc (1) chứa Kẽm. Hoà tách hỗn hợp Đồng
và Cađimi trong axit Sunpuric loãng, Cađimi tan ra còn Đồng hầu nh
không tan, lọc loại bỏ Đồng. Cho Kẽm vào nớc lọc chứa Sunphat Cađimi
để hoàn nguyên Cađimi, lọc lấy Cađimi còn nớc lọc (2) gộp với nớc lọc
(1) đem điện phân thu hồi Kẽm kim loại.
Phơng pháp này có tính chọn lọc cao, dễ làm, hiệu suất thu hồi
Cađimi khoảng 90%, độ sạch sản phẩm 95%.
Sau khi nhận đợc Oxit Inđi và Cađimi kỹ thuật có thể làm sạch sản
phẩm đạt 99% bằng cách chiết với các dung môi hữu cơ thích hợp hoặc kết
tinh lại nhiều lần.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc

Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản Chì, Kẽm khá lớn tập trung
chủ yếu hai tỉnh Bắc Cạn và Cao Bằng. Từ trớc tới nay chỉ khai thác và chế
biến quặng tinh Chì, Kẽm để xuất khẩu nhng cha xây dựng nhà máy điện
phân Kẽm kim loại. Năm 2005, Trung Quốc đã đầu t và xây dựng cho nhà
máy điện phân Kẽm công suất 1000 tấn/năm. Năm 2001, khoa Hoá công
nghệ Đại học Bách khoa Hà Nội có nghiên cứu thu hồi Cađimi trong bã
Đồng ở xí nghiệp tuyển Chì - Kẽm Lăng - hít nhng hiệu suất thu hồi chỉ đạt
70 - 85%.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
11
Viện Hoá học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam có nghiên
cứu đề tài làm sạch Đồng khỏi Cađimi bằng phơng pháp hoà tách với axit
Sunfuric loãng, kết quả thu đợc tơng đối khả quan song chỉ mới ở quy mô
phòng thí nghiệm.
1.4. Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho phơng pháp
nghiên cứu
1.4.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý bã Kẽm và bã Cađimi
Các nguyên tố tồn tại trong các bã ở nhiều dạng hợp chất khác nhau,
vì vậy tiến hành thiêu kết để chuyển toàn bộ kim loại có trong bã về dạng
Oxit, sau đó hoà tách trong các axit tơng ứng với nồng độ thích hợp để
tách chúng ra khỏi nhau.
1.4.2. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp thiêu Oxy hoá
Các nguyên tố trong bã Kẽm và bã Cađimi tồn tại ở nhiều dạng khác
nhau, khi thiêu kết chúng chuyển sang ôxyt dạng Me
2
O
y
(Me ký hiệu là ion
kim loại)

1.4.3. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp tách các kim loại và hợp chất.
Dựa vào độ tan khác nhau muối các kim loại trong axit để tách chúng
ra khỏi nhau.
Chì Sunfat dễ dàng kết tủa trong môi trờng axit Sunfuric theo phản ứng.
PbO + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ H
2
O (1)
Dung dịch sau khi lọc, loại bỏ Chì cho tác dụng với Kẽm kim loại, do
ái lực hoá học của Kẽm lớn hơn Inđi, Cađimi và Đồng, nên dễ dàng hoàn
nguyên (xi măng hoá) chúng theo phản ứng:
2In
2
(SO
4
)
3
+ 6Zn = 6ZnSO
4
+ 4In (2)
CdSO
4
+ Zn = ZnSO
4
+ Cd (3)

CuSO
4
+ Zn = ZnSO
4
+ Cu (4)
Nớc lọc chủ yếu là dung dịch Kẽm Sunfat đem đi điện phân thu hồi
lại Kẽm kim loại.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
12
Có thể tách Đồng ra khỏi Cađimi bằng cách hoà tan hỗ hợp kim loại
(Cu + Cd) trong axit Sunpuric loãng. Đồng hầu nh không tan, còn Cađimi
tan vào dung dịch.
1.4.4. Vài nét về các loại bã.
Tuỳ theo chất lợng bã mà hàm lợng các nguyên tố trong bã cũng khác
nhau. Theo kết quả phân tích của Trung tâm Phân tích hoá lý - Viện Khoa học
và công nghệ Mỏ - Luyện kim và Trung tâm Phân tích Viện Xạ hiếm - Viện
năng lợng nguyên tử quốc gia bã có thành phần nh sau: (xem phần phụ lục).
Nhìn vào thành phần hoá học các loại bã có thể lựa chọn phơng
pháp thích hợp tách các nguyên tố Chì, Cađimi, Đồng, Inđi ra khỏi nhau.
- Chì có hàm lợng tơng đối lớn trong bã, vì vậy có thể tận thu nó
để sản xuất ắc quy, bột bôi trơn, chất kích hoạt bề mặt trong sản xuất thuỷ
tinh màu.
- Đồng làm dây dẫn điện, tạo mác hợp kim, sản xuất phân bón (dạng muối).
- Tận thu triệt để Kẽm kim loại bằng phơng pháp điện phân dung
dịch Sunfat, hạ giá thành sản phẩm, khép kín sơ đồ công nghệ, chống ô
nhiễm môi trờng.
- Thu hồi Indi trong bã Kẽm có giá trị kinh tế cao (giá thế giới năm
2007: Inđi 99% giá 1.246USD/kg).

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
13
Chơng II
Phơng pháp nghiên cứu và chuẩn bị
2.1. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng và đa ra lu trình công nghệ hợp lý thu hồi
Oxit Inđi, Cađimi trong bã Kẽm và bã Cađimi ở dây chuyền công nghệ của
nhà máy điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên đạt các chỉ tiêu sau:
Sản phẩm In
2
O
3
có độ sạch : 90 - 95%;
Cađimi : 95%.
2.2. Phơng pháp nghiên cứu.
Từ thông tin thu thập đợc tổng quát về quá trình điện phân Kẽm,
tiến hành các thí nghiệm thực nghiệm để tìm ra các thông số hợp lý, qua đó
đề xuất quy trình công nghệ thích hợp, xử lý các loại bã Kẽm, bã Cađimi
thu hồi Oxit Inđi và Cađimi.
2.3. Mẫu nghiên cứu

Lấy mẫu bã tại nhà máy điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên
thuộc Công ty TNHH Nhà nớc một thành viên kim loại mầu Lu Xá để
nghiên cứu (bã Sắt, bã Đồng, bã Kẽm, bã Cađimi). Số lợng mỗi loại bã là
200kg. Tiến hành phân tích các mẫu bã xác định hàm lợng Inđi và Cađimi.
Kết quả phân tích thành phần hoá học của mẫu nghiên cứu đợc nêu ra
trong bảng 4, 5, 6, 7.
Bảng 4. Thành phần hoá học b Kẽm
Hàm lợng (%)
TT Ký hiệu mẫu
Cu Cd Zn Fe In Pb
Ghi
chú
1 Bã Kẽm 0.01 0.02 40.50 4.30 0.075 8.10
Bảng 5. Thành phần hoá học b Cađimi
Hàm lợng (%)
TT Ký hiệu mẫu
Cu Cd Zn Fe In Pb
Ghi
chú
1 Bã Cađimi 5.77 2.50 19.93 0.80 0.037 4.25
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
14
Bảng 6. Thành phần hoá học b Sắt
Hàm lợng (%)
TT
Ký hiệu
mẫu
Cu Cd Zn Fe In Ni S Pb
1 Bã Sắt 0.10 0.08 2.50 38.5 0.05 0.04 2.5 0.70

Bảng 7. Thành phần hoá học b Đồng
Hàm lợng (%)
TT
Ký hiệu
mẫu
Cu Cd Zn Fe In Ni S Pb
1 Bã Đồng 2.60 7.50 38.6 0.80 0.025 0.01 2.00 2.50
Nhận xét: Với các loại bã đã nêu ở trên thấy rằng hàm lợng Inđi
trong bã Kẽm là lớn nhất, nên tiến hành tách Indi từ bã Kẽm và Cađimi từ
bã Cađimi (việc tách Đồng và Cađimi ra khỏi bã Đồng đã có báo cáo của
Công ty TNHH Nhà nớc một thành viên kim loại mầu Lu Xá nên ở đây
không đặt vấn đề nghiên cứu).
2.4. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Oxit Inđi, Cađimi
trong b ở nhà máy điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên.
Trong quá trình sản xuất Kẽm kim loại các nguyên tố nh Cađimi,
Đồng, Chì, Inđi, Gali có thể nằm trong các loại bã khác nhau (bã Kẽm, bã
Sắt, bã Đồng, bã Cađimi
*
). Đề tài này chỉ nghiên cứu và đa ra 2 sơ đồ công
nghệ thu hồi Cađimi từ bã Cađimi và Oxit Inđi từ bã Kẽm của nhà máy điện
phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên.
- Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Oxit Inđi từ bã Kẽm (hình 1).
- Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Cađimi từ bã Cađimi (hình 2)

*
Thành phần các loại bã này xem ở phần phụ lục.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
15



















Hình 1. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Oxit Inđi từ b Kẽm

Bã Kẽm
Thiêu
Hoà tách
Trung hoà

Sấy, nung
H
2
SO
4

Kết tủa (PbSO
4
)
Zn
D
2
điện phân Kẽm
Kết tủa
Sản phẩm In
2
O
3
Dung dịch
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
16

Hình 2. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Cađimi kim loại từ b Cađimi




Zn
Bã Cađimi

Thiêu

Hoà tách

Trung hoà

Sấy
H
2
SO
4

Kết tủa (PbSO
4
)
D
2
Kẽm điện phân (1)
Kết tủa
Cd + Cu

Dung dịch
Hoà tách
Lọc, sấy
D
2
chứa
Cađimi
Kết tủa
Cu

H
2
SO
4
loãn

g

Trung hoà

Lọc, sấy
Cd

DD Kẽm (2)

Zn

Kết tủa

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
17
2.5. Hoá chất, thiết bị dụng cụ thí nghiệm
2.5.1. Hoá chất nguyên vật liệu
Trong quá trình nghiên cứu đề tài đã sử dụng các loại hoá chất
nguyên vật liệu nh sau:
- * Bã Cađimi
- * Bã Kẽm
- Axit Sunfuric (H
2
SO
4
) 99,5%
- Axit Clohydric (HCl) 99%
- Xút (NaOH) 98%
- Sôđa kỹ thuật 95%

- Kẽm kim loại 99%
- Axit Nitric (HNO
3
) 98,8%
- Bột Sắt
- Axit Sunfuric công nghiệp 92%
- PeOxit Hydro (H
2
O
2
)
- Tributylphotphat
2.5.2. Thiết bị thí nghiệm
Đã sử dụng các thiết bị sau để tiến hành nghiên cứu.
- Tủ hốt (dung tích 1400 x 600 x 1000)
- Lò nung thí nghiệm thanh Cacbua Silic (TQ) T
max
= 1.400
0
C
- Lò nung điện trở (Đức) T
max
= 1000
0
C
- Tủ sấy thí nghiệm (Ba Lan) T
max
= 350
o
C

- Tủ sấy thí nghiệm Pháp T
max
= 200
0
C
- Hệ thống khuấy có điều chỉnh tốc độ (TQ)
- Bơm chân không loại nhỏ (Ba Lan)
- Thiết bị hoà tách cô đặc (Nga)
- Bơm chịu axit (Nga)
- Máy khuấy từ (TQ)

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
18




Hình ảnh 1:
Hệ thống thiết bị tủ hốt trong phòng thí nghiệm dùng để phân huỷ mẫu
và hoà tách quặng bằng axit đặc


BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
19

Hình ảnh 2:
Hệ thống làm giàu quặng và các thiết bị đo lờng
(Cân kỹ thuật, cân điện và máy soi khoáng vật)


BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
20

Hình ảnh 3:
Các thiết bị hoà tách và hoá chất chuyên dùng trong phòng thí nghiệm

Hình ảnh 4:
Hệ thống lò nung, tủ sấy làm việc ở nhiệt độ cao
- Lò nung Trung Quốc có bộ khống chế nhiệt độ: Tmax: 1.400
0
C
- Tủ sấy Ba Lan có nhiệt độ sấy tối đa: Tmax: 350
0
C
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
21

Hình ảnh 5:
- Hệ thống hoà tách 50kg quặng/ mẻ
- Hệ thống lò nung tủ sấy làm việc ở nhiệt độ trung bình
+ Lò nung dây may so Đức: Tmax: 1000
0

C
+ Tủ sấy Pháp nhiệt độ sấy tối đa Tmax: 200
0
C có gắn quạt thông gió

Hình ảnh 6:
Toàn cảnh thiết bị thí nghiệm đề tài và thu hồi sản phẩm
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
22

2.5.3. Vật t
- Thùng nhựa, xô nhựa các loại.
- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt các loại
- Giấy gói mẫu
- Bảo hộ lao động
2.5.4. Công tác phân tích
Thành phần mẫu bã, mẫu nghiên cứu dung dịch, sản phẩm Oxit Indi
và Cađimi kim loại đợc phân tích kiểm tra tại Trung tâm Phân tích Hoá Lý
- Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim và Trung tâm phân tích Viện
Xạ Hiếm - Viện Năng lợng nguyên tử Quốc Gia.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
23
Chơng III
Nội dung nghiên cứu

Sau khi có kết quả phân tích Inđi và Cađimi trong các loại bã, chúng
tôi chọn hớng nghiên cứu công nghệ phù hợp là tách Inđi trong bã Kẽm và
Cađimi trong Cađimi. Dới đây sẽ đa ra những vấn đề nghiên cứu cụ thể.

3.1. Nghiên cứu các thông số tách Oxit Inđi trong b Kẽm
3.1.1. Khảo sát chế độ thiêu kết bã.
Dựa vào các số liệu tham khảo trong sách [1, 2, 6], tiến hành thiêu
kết bã Kẽm ở các thông số sau:
- Nhiệt độ thiêu 1000
0
C
- Thời gian 2 giờ
- Độ dày lớp liệu là 10cm,
- Kích thớc hạt bã: 0,063mm.
Kết quả thí nghiệm thu đợc sau khi thiêu bã đợc nêu trong bảng 8
Bảng 8. Thành phần hoá học của b Kẽm sau khi thiêu
Hàm lợng (%)
TT Ký hiệu mẫu
Cu Cd Zn Fe In Pb
Ghi
chú
1 Bã Kẽm 0,045 0,02 42,5 4,5 0,084 8,60

Nhận xét
: Dựa vào bảng 8 thấy rằng các tạp chất nh lu huỳnh và
các chất dễ bay hơi có trong bã dới tác dụng của oxi không khí tạo thành
hợp chất khí bay lên nên hàm lợng của một số kim loại cũng tăng lên và
đạt đến cân bằng sau 2h thiêu kết.
3.1.2. Nghiên cứu quá trình tách Chì bằng Axit Sunfuric
Bã tác dụng với Axit Sunfuric theo phản ứng sau:
Me
2
O
y

+ yH
2
SO
4
= Me
2
(SO
4
)
y
+ yH
2
O
+ Me: ký hiệu là ion kim loại.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
24
Dựa vào tính chất hoá học Chì dễ tạo thành hợp chất Chì Sunfat
không tan lắng xuống đáy cốc. Quá trình kết tủa Chì Sunfat phụ thuộc vào
nồng độ axit Sunfuric, thời gian hoà tách, kích thớc cỡ hạt. ở đây kích
thớc hạt bã nhỏ nên không đặt vấn đề nghiên cứu, chỉ nghiên cứu nồng độ
axit và thời gian hoà tách. Sau khi hoà tách, Chì tách ra khỏi các kim loại
khác theo phản ứng:
PbO + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ H

2
O
Đề tài này nghiên cứu quá trình hoà tách chọn lọc loại Chì ra khỏi
các kim loại khác, không tiến hành ở nhiệt độ cao vì thiết bị không an toàn
mà chỉ thực hiện ở nhiệt độ phòng.
a) Nghiên cứu ảnh hởng của nồng độ axit Sunfuric
Điều kiện thí nghiệm:
+ Lấy 200g mẫu nghiên cứu có hàm lợng Chì 8,6%.
+ Thời gian hoà tách là 4h
+ Tốc độ khuấy 100 vòng/ phút
+ Kích thớc hạt 0,063mm
+ Dung dịch axit Sunfuric biến thiên từ 6% - 23%.
Kết quả thí nghiệm đợc ghi trong bảng 9.
Bảng 9. ảnh hởng nồng đồ axit Sunfuric đến hiệu suất tách Chì
TT
Khối lợng
bã (g)
Lợng Pb
có trong
bã (g)
Thể tích dd
H
2
SO
4
(ml)
Hàm lợng
H
2
SO

4
(%)
Lợng Pb
tách ra (g)
Hiệu suất
tách (%)
1 200 17,2 1000 6 9,5 55,2
2 200 17,2 1000 9 10,8 63,0
3 200 17,2 1000 12 12,9 75
4 200 17,2 1000 15 15,0 87
5 200 17,2 1000 18 16,3 95
6 200 17,2 1000 20 16,5 95,8
7 200 17,2 1000 23 16,6 96,43