Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxy kẽm (zno) từ bã tro và kẽm mạ nóng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
OXYT KẼM TỪ BÃ TRO KẼM MẠ NÓNG


Chủ nhiệm đề tài: TS. Lê Gia Mô









7351
19/5/2009
THÀNH PHỐ HÀ NỘI – 2008




céng hßa x∙ héi chñ nghÜa viÖt nam
Bé c«ng th−¬ng
ViÖn khoa häc vµ c«ng nghÖ Má - LuyÖn kim

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
OXYT KẼM TỪ BÃ TRO KẼM MẠ NÓNG





Chủ nhiệm đề tài: TS. Lê Gia Mô










BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
1
Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn
TT

Họ và tên Chức vụ Cơ quan
1
Lê Gia Mô TS Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim
2
Lê Hồng Sơn KS Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim
2
Nguyễn Văn Chính KS Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim
3
Nguyễn Hòa An KTV Viện KH&CH Mỏ-Luyện kim
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
2
MỤC LỤC
Số hiệu Danh mục Tr
Mở đầu
5
Chương 1 Tổng quan
6
1.1
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
6
1.1.1
Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
6
1.1.2
Tình hình nghiên cứu ở trong nước
6
1.2
Tổng quan cơ sở lý thuyết

7
1.2.1
Vài nét về công nghệ mạ kẽm nóng (mạ nhúng)
7
1.2.1.1
Đặc điểm chung
7
1.2.1.2
Công nghệ mạ nhúng kẽm
8
1.2.2
Công nghệ sản xuất oxyt kẽm
9
1.2.2.1
Hỏa luyện oxyt kẽm
10
1.2.2.1.1
Hỏa luyện oxyt kẽm từ kẽm kim loại
10
1.2.2.1.2
Luyện bột oxyt kẽm từ quặng và các nguyên liệu chứa kẽm khác
10
1.2.2.2
Thủy luyện oxyt kẽm
11
1.2.2.2.1
Hòa tách
11
1.2.2.2.2
Phương pháp làm sạch.

12
1.2.2.2.3
Kết tủa cacbonat bazơ kẽm bằng sôđa và thu hồi oxyt kẽm.
13
Chương 2 Phương pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị.
15
2.1
Phương pháp nghiên cứu
15
2.2
Sơ đồ công nghệ dự kiến.
15
2.3
Thiết bị và hóa chất
15
2.3.1
Thiết bị nghiên cứu
15
2.3.2
Nguyên liệu và hóa chất
15
2.3.3
Công tác phân tích
16
Chương 3
Nội dung và kết quả nghiên cứu 17
3.1
Nghiên cứu công nghệ hòa tách trong dung dịch axit sunfuric H
2
SO

4
.
17
3.1.1
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit.
17
3.1.2
Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ R/L
18
.3.1.3
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hòa tách
19
3.1.4
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tách.
20
3.2
Nghiên cứu quá trình làm sạch dung dịch.
21
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
3
3.2.1
Ảnh hưởng của độ pH đến quá trình thủy phân.
22
3.2.2
Nghiên cứu khử sâu sắt bằng oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+

. 23
3.3
Nghiên cứu kết tủa cacbonat bazơ kẽm.
24
3.3.1
Ảnh hưởng của nồng độ Na
2
CO
3
trong dung dịch sôđa đến hiệu suất thu hồi
kẽm trong kết tủa.
25
3.3.2
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết tủa
26
3.3.3
Ảnh hưởng của số lần rửa kết tủa đến chất lượng sản phẩm.
27
3.4
Nghiên cứu quá trình nung hyđroxy cacbonat kẽm
28
3.4.1
Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung
28
3.4.2
Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nung
29
3.5
Thí nghiệm ở qui mô lớn
31

3.6
Xử lý môi trường
32
3.6.1
Xử lý chất thải khí và bụi
32
3.6.2
Xử lý chất thải nước
32
3.6.3
Xử lý chất thải rắn
32
Chương 4
Định hướng áp dụng kết quả nghiên cứu. 34
4.1
Chi phí nguyên vật liệu chính.
34
4.2
Dự kiến áp dụng kết quả nghiên cứu
34

Kết luận và kiến nghị 35

Kết luận
35

Kiến nghị
35

Tài liệu tham khảo 36

Phụ lục
37

BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
4
MỤC LỤC BẢNG VÀ HÌNH
Số hiệu Danh mục Tr
Bảng 1
Điều kiện kết tủa của một số kim loại trong dung dịch sunfat.
12
Bảng 2
Thành phần hóa học bã tro kẽm mạ nóng.
16
Bảng 3
Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hòa tách.
17
Bảng 4
Ảnh hưởng của tỷ lệ L/R đến hiệu suất hòa tách.
18
Bảng 5
Ảnh hưởng của thời gian hòa tách đến hiệu suất hòa tách.
19
Bảng 6
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách. 20
Bảng 7
Nồng độ các nguyên tố có trong dung dịch hòa tách.
22

Bảng 8
Kết quả khử Fe, Cu, Al ở độ pH khác nhau.
22
Bảng 9
Kết quả khử sắt bằng oxy hóa với tác nhân KMnO
4
. 24
Bảng 10
Ảnh hưởng của nồng độ dd Na
2
CO
3
đến ή% thu hồi kẽm trong kết tủa.
25
Bảng 11
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất kết tủa.
26
Bảng 12
Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của số lần rửa.
27
Bảng 13
Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến chất lượng của sản phẩm.
29
Bảng 14
Ảnh hưởng của thời gian nung đến chất lượng của sản phẩm ZnO.
30
Bảng 15
Kết quả thí nghiệm mẻ lớn.
31
Bảng 16

Chất lượng sản phẩm.
32
Bảng 17
Dự tính chi phí các nguyên vật liệu cho 1.000Kg sản phẩm.
34
Hình 1
Sơ đồ nguyên lý công nghệ mạ nhúng kẽm nóng chảy.
9
Hình 2
Sơ đồ thủy luyện sản xuất ZnO và Zn.
13
Hình 3
Thiết bị thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
15
Hình 4
Sơ đồ công nghệ dự nghiên cứu công nghệ thu hồi ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng
16
Hình 5
Ảnh hưởng của nồng độ dd hòa tách đến hiệu suất hòa tách 18
Hình 6
Ảnh hưởng của tỷ lệ L/R đến hiệu suất hòa tách
19
Hình 7
Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hòa tách
20
Hình 8
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách 21
Hình 9
Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách các tạp chất
23

Hình 10
Ảnh hưởng của tỷ lệ mol sôđa/kẽm đến hiệu suất thu hồi kẽm khi kết tủa.
25
Hình 11
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi kẽm khi kết tủa.
26
Hình 12
Ảnh hưởng của số lần rửa đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi kẽm.
28
Hình 13
Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến chất lượng sản phẩm,
29
Hình 14
Ảnh hưởng của thời gian nung đến chất lượng sản phẩm
30
Hình 15
Sơ đồ công nghệ sản xuất ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.
33
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
5
MỞ ĐẦU
Nguồn phế thải chứa kẽm trong công nghiệp khá phong phú gồm: Phế
thải trong mạ kẽm nóng, khi đúc rót, nấu chảy kẽm xử lý phế liệu chứa kẽm. Đó
là các loại bã tro kẽm mạ nóng, bã kẽm cứng, bụi từ các lò điện hồ quang luyện
thép phế liệu, tái chế phế liệu ôtô. Kẽm ở các dạng phế liệu này thường ở dạng
kim loạ
i, oxyt, hợp kim, chứa các tạp chất ở mức độ khác nhau tùy theo xuất xứ
của chúng. Đây là nguồn nguyên liệu kẽm thứ sinh quí giá cần tận thu.

Ở nước ta bã tro kẽm mạ nóng là loại phế liệu thường gặp trong mạ nhúng
(Mạ ống, tôn, cột điện, kết cấu thép) với số lượng hàng trăm tấn/năm, được tạo
bởi quá trình oxy hóa bề mặt kẽm kim loại lỏng. Chúng là hỗ
n hợp của oxyt
kẽm, kẽm kim loại lẫn vào đồng thời chứa một số tạp chất khác như sắt, chì,
nhôm và đặc biệt là hợp chất clorua do đặc thù phải sử dụng phụ gia clorua
trong mạ nhúng. Do chứa lượng clorua khá lớn (5 ÷ 20%) nên loại bã này là đối
tượng khó xử lý để tận thu kẽm trong đó.
Trước yêu cầu của thực tiễn, nhằm tìm hướng công nghệ xử lý loại bã này
để tậ
n thu kẽm dưới dạng oxyt kẽm, một loại sản phẩm có nhu cầu lớn ở nước ta
cho các ngành sản xuất cao su, sơn Trong năm 2008 tại Viện Khoa học và
Công nghệ Mỏ-Luyện kim tién hành triển khai đề tài “Nghiên cứu xây dựng
công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ tro kẽm mạ nóng” theo hợp đồng số
110.08.RD/HĐ-KHCN ký ngày 31/1/2008 của Bộ Công Thương. Kết quả nghiên
cứu của đề tài có ý nghĩa th
ực tiễn, sẽ làm cơ sở cho việc định hướng xử lý hiệu
quả nguồn phế liệu này với mục tiêu: Xây dựng được qui trình sản xuất oxyt
kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng của các nhà máy mạ kẽm nóng tại Việt Nam,
đồng thời thu được một lượng sản phẩm có chất lượng 95,0 ÷ 97,0% ZnO.

BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài.
Ở nước ngoài thường dùng phương pháp thủy luyện để tận thu kẽm trong
bã tro kẽm và các nguyên liệu chứa kẽm khác. Đã có một số công trình nghiên

cứu vấn đề tách clorua từ dung dịch sunfat kẽm như chiết xuất bằng amin, hòa
tách trao đổi ion, kết tủa dạng hyđroxy cacbonat kẽm và thu được kết quả tốt.
Các tác giả đ
ã đưa ra một số phương pháp:
- Tách clorua ra khỏi dung dịch bằng phương pháp chiết xuất với amin [4].
- Hòa tách tro bã kẽm mạ nóng chứa clorua trong chất lỏng hữu cơ qua màng
trao đổi cation – Versatic 9911. Clorua chứa trong pha hữu cơ được rửa bằng
nước. Kẽm và các kim loại có ích khác được lấy ra bằng axit sunfuric H
2
SO
4
[4].
- Một phương pháp khác để xử lý bã tro kẽm mạ nóng chứa clorua là hòa tách
trong dung dịch axit sunfuric H
2
SO
4
, tiếp theo kết tủa kẽm cacbonat không chứa
clorua. Kẽm cacbonat thu được là nguyên liệu ban đầu cho sản xuất oxyt kẽm
ZnO hay kẽm kim loại (Kẽm điện phân) [5].
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước.
Ở trong nước bã kẽm được thu gom và thu hồi kẽm kim loại trong đó
bằng phương pháp nấu chảy thiên tích thủ công, còn bã tro hầu như chưa được
nghiên cứu xử lý.
Trong năm 2000 – 2001 tại Viện Nghiên cứu Mỏ và Luyện kim đã triển
khai nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ thu hồi kẽm từ bã kẽm bằng
phương pháp chưng cất chân không”. Đối tượng nghiên cứu là bã kẽm cứng
(Hợp kim kẽm-sắt-chì). Bằng phương pháp chưng cất trong chân không thu
được sản phẩm là kẽm 99,5% với hàm lượng sắt là Fe < 0,01% [2]. Phương
pháp này hiệu quả, khá đơn giản đã được áp dụng phổ biến ở Trung Quốc. Ở

Việt Nam cũng nên sử d
ụng phương pháp này thay thế cho cách làm thủ công
hiện nay là nấu chảy thiên tích cho thực thu thấp, chất lượng sản phẩm thu được
là kẽm thấp (< 98,0%) và gây ô nhiễm môi trường.
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
7
Năm 2000 tại Trường Đại Học Quốc Gia - TP. Hồ Chí Minh đã nghiên
cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất các sản phẩm chất lượng từ phế
thải kẽm”. Đối tượng nghiên cứu chủ yếu là bã nổi tại các Công ty mạ kẽm nóng
khu vực phía nam (Chủ yếu mạ tôn). Sản phẩm của công nghệ đề xuất là ZnCl
2
,
ZnSO
4
, ZnO có chất lượng từ 90,0 ÷ 95,0%. Vấn đề tách clorua trong bã kẽm
chưa được nghiên cứu, chỉ đề xuất hướng xử lý theo phương pháp tốn kém khó
có thể thực hiện được trong thực tế như: Nung bã cho bay bớt clo theo dạng
ZnCl
2
, rửa bã với dung dịch kiềm đặc, khử sâu clo bằng kết tủa clorua bạc [3].
Như vậy cho đến nay ở nước ta do nhiều nguyên nhân việc xử lý tận thu kẽm
trong bã tro kẽm mạ nóng chưa được nghiên cứu giải quyết ở nước ta do hàm lượng
clorua trong bã lớn 5 ÷ 20%.
Hướng công nghệ thích hợp xử lý loại bã này là hòa tách trong axit sunfuric,
kết tủa cacbonat kẽm tách clorua trong dung dịch sunfat. Kẽm cacbonat thu được sau
khi nung có thể nhận được oxyt k
ẽm.
1.2. TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

1.2.1. Vài nét về công nghệ mạ kẽm nóng (Mạ nhúng).
1.2.1.1.
Đặc điểm chung.
Việc nhúng sản phẩm kim loại vào kẽm nóng chảy sẽ tạo nên lớp bảo vệ
ăn mòn, chúng thường là lớp hợp kim với lớp kẽm nguyên chất ngoài cùng.
Kẽm nóng chảy thường có thành phần: Zn 98,5% , Al ≤ 0,02% , Fe ≤ 0,08% còn
lại là Pb, Cd, Cu. Khi nhúng sản phẩm sắt vào kẽm nóng chảy, do quá trình
khuếch tán tương hỗ của kẽm với bề mặt sắt sẽ tạo thành lớp hợp kim sắt-kẽ
m
bám tốt với nhiều pha từ α đến η [1]. Quá trình tạo các lớp kim loại phụ thuộc
nhiều vào nhiệt độ kẽm nóng chảy, thời gian nhúng, thành phần hóa học của
kẽm nóng chảy, bản chất vật liệu và trạng thái bề mặt của sản phẩm nhúng.
Sắt hòa tan vào kẽm ở nhiệt độ 450
o
C đến 0,02% và chưa ảnh hưởng đến
cấu trúc cũng như tính chất của lớp bảo vệ. Khi hàm lượng sắt lớn hơn sẽ tạo
thành các pha Г, δ, ξ (Fe
3
Zn
10
, FeZn
7
, FeZn
13
) có tinh thể to vón cục, nổi trong
kẽm nóng chảy tạo nên “Kẽm cứng” sẽ làm bẩn kẽm nóng chảy, làm giảm độ
bám và khả năng bảo vệ ăn mòn.
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

8
Độ hòa tan của chì ở 450
o
C khoảng 1%. Khi độ hòa tan vượt trên 1% sẽ
làm tăng độ nhớt của kẽm, làm giảm độ bám và mỹ quan của lớp bảo vệ.
Nhôm rất có ảnh hưởng đến sự tạo thành các lớp hợp kim, đặc biệt với
lượng nhôm cao, thời gian nhúng nhanh (Ít hơn 8 phút) thì sắt ít bị tan nên hầu
như không tạo thành lớp hợp kim Fe-Al. Hàm lượng nhôm trong kẽm nóng chảy
từ 0,005 ÷ 0,05% sẽ tạo thành lớp bề mặt sáng bóng và hoa nhỏ. Hàm lượ
ng
nhôm từ 0,12 ÷ 0,3 sẽ làm tăng độ che phủ của lớp bảo vệ. Trên 0,3% nhôm độ
bền ăn mòn của lớp kẽm bảo vệ bị giảm.
Đồng không ảnh hưởng đến cấu trúc hợp kim Fe-Zn, song làm giảm độ
bám, độ phủ và và mỹ quan lớp bảo vệ. Độ bền ăn mòn của lớp bảo phủ có thể
giảm đến 40% khi có 0,8 ÷ 1,0% đồng trong kẽm nóng chảy.
Hàm lượng cacbon và silic trong thép có ả
nh hưởng lớn đến quá trình mạ
nhúng. Thép có hàm lượng cacbon lớn hơn 0,15% có mức độ tác động lớn hơn thép
có hàm lượng cacbon 0,1% là 10%. Thép có hàm lượng silic 1,5% ảnh hưởng lớn
đến sự hình thành lớp hợp kim và có thể phá hỏng lớp kẽm nguyên chất.
1.2.1.2.
Công nghệ mạ nhúng kẽm.
Có hai phương pháp mạ nhúng kẽm nóng chảy là: Nhúng ướt trên bề mặt
kẽm nóng chảy có trợ dung NH
4
Cl + ZnCL
2
và nhúng khô với trợ dung được
tách riêng. Đối với các sản phẩm là kết cấu cột điện, cột đèn, dầm cầu, ống
nước, kết cấu xây dựng, dụng cụ gia đình như xô, chậu, thùng, ốc vít thường sử

dụng công nghệ nhúng kẽm khô gián đoạn. Công nghệ nhúng ướt liên tục để
nhúng dây, băng lá hoặc tấm kim loại mỏng (Tôn). Sơ đồ nguyên lý được trình
bày trên hình 1.
Như v
ậy theo qui trình mạ kẽm nóng, các dạng chất thải có thể phát sinh ra như sau:
• Khí thải:
¾ Hơi axit clohyđric HCl từ bể tẩy sạch bằng dung dịch axit clohyđric HCl.
¾ Khí thải do đốt nhiên liệu chứa bụi khí NO, SO
2
, CO
¾ Khí thoát ra từ bể mạ kẽm nóng chảy chứa bụi khí NH
3
, HCl
• Nước thải sản xuất:
¾ Nước rửa chứa axit clohyđric HCl, dầu mỡ.
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
9
¾ Nước làm nguội chứa bụi.
¾ Dung dịch tẩy rửa chứa HCl, sắt.
¾ Dung dịch trợ dung chứa NH
4
Cl, ZnCl
2
.
¾ Dung dịch thụ động hóa.
• Chất thải rắn:
¾ Sắt thải sinh ra trong các công đoạn cắt, xử lý bề mặt mạ bằng cơ khí.
¾ Kẽm cứng được định kỳ lấy ra từ bể kẽm nóng chảy.

¾ Bã kẽm nổi được lấy ra trên bề mặt bể mạ trong đó có kẽm kim loại
lẫn vào, oxyt kẽm do kẽm bị oxy hóa, ZnCl
2
+ NH
4
Cl.
















Hình 1: Sơ đồ nguyên lý công nghệ mạ nhúng kẽm nóng chảy.
Trong bã nổi có thể loại phần kim loại kẽm lẫn vào, phần bột mịn còn lại chứa
một lượng clorua khá lớn 5 ÷ 20% là đối tượng mà đề tài cần nghiên cứu xử lý.
1.2.2. Công nghệ sản xuất oxyt kẽm.
Oxyt kẽm là loại bột màu trắng, ánh vàng, bền nhiệt, khi nung nóng
chuyển sang màu vàng chanh, để nguội l
ại chuyển màu như cũ.
Vật mạ

Xử lý trong dd HCl 6 ÷ 12%
Rửa nước nóng
Hoạt hóa
Nhúng ướt trong bể
kẽm nóng chảy
Xử lý qua ZnCl
2
+ NH
4
Cl
Sản phẩm

Nhúng khô trong bể
kẽm nóng chảy
Rửa nước nóng
ZnCl
2
+ NH
4
Cl
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
10
Kẽm oxyt thường dùng để sản xuất kẽm kim loại, hợp chất hóa học của
kẽm. Cơ cấu sử dụng chúng trong ngành hóa chất: 65% dùng chế tạo sơn, 25%
dùng trong công nghiệp cao su, 10% cho nhu cầu khác. Có hai phương pháp sản
xuất kẽm oxyt là hỏa luyện và thủy luyện [4].
1.2.2.1. Hỏa luyện oxyt kẽm.

1.2.2.1.1. Hỏa luyện oxyt kẽm từ kẽm kim loại.
Chưng bốc hơi kẽm kim loại rồi oxy hóa hơi kẽm thành oxyt và thu h
ồi ở
dạng bột. Loại bột kẽm oxyt này có độ sạch cao trên 98,5% thường dùng trong
ngành hóa chất. Phần kim loại trong bã kẽm mạ nóng (Được nấu chảy thiên tích)
cũng được đốt trong các lò than để nhận oxyt kẽm (Độ sạch của oxyt kẽm
thường đạt 97,0 ÷ 98,0% và chứa khá nhiều PbO ~ 1%).
Ở nước ngoài thường luyện kẽm oxyt bằng lò ông chưng ngang hoặc lò
tang quay với nguyên liệu đầu vào là kẽm số không đến kẽm số
3 cho quá trình
luyện bột oxyt kẽm. Kẽm này chứa ít tạp chất (Đặc biệt là chì và cađimi) nên chất
lượng oxyt kẽm ZnO thu được đạt: 99,0 ÷ 99,5% ZnO và 0,075 ÷ 0,5% PbO.
1.2.2.1.2. Luyện bột oxyt kẽm từ quặng và các nguyên liệu chứa kẽm khác.
Luyện trong lò Vetơrin: Vetơrin là phương pháp sản xuất bột oxyt kẽm từ
quặng và các nguyên liệu chứa kẽm khác. Đây là phương pháp cổ điển thích hợp
ở những nơi sản xuất thủ
công. Bột oxyt kẽm thu được có chất lượng xấu hơn
kẽm oxyt sản xuất từ kẽm kim loại. Từ quặng ban đầu 15 ÷ 60% Zn có thể thu
được bột oxyt kẽm có hàm lượng ZnO đạt từ 75,0% đến 90,0% (Phụ thuộc vào
nguyên liệu).
Luyện oxyt kẽm bằng lò điện trở: Quặng dùng cho lò điện trở phải nung
hay thiêu kết trước để khử lưu huỳnh, chì, cađimi. Oxyt kẽm thu được có chất
lượng khá tốt đến 98% ZnO. Đây là phương pháp sản xuất oxyt kẽm từ quặng có
chất lượng cao, năng suất lớn, có thể cơ giới hóa tự động hoàn toàn. Tuy nhiên
phương pháp này có nhược điểm là phải dùng liệu khó nóng chảy, chuẩn bị liệu
cẩn thận và tốn kém.
Luyện oxyt kẽm bằng lò ống quay: Đây là phương pháp luyện oxyt kẽm
được áp dụng rộng rãi nhất. Công nghệ này cũng được s
ử dụng tại Công ty trách
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
11
nhiệm hữu hạn nhà nước một thành viên kim loại màu Thái Nguyên để sản xuất
bột oxyt kẽm 90%. Ưu điểm của phương pháp này là có thể xử lý hiệu quả
nguyên liệu chứa kẽm và chì, có thể tự động hóa quá trình luyện, luyện liên tục,
năng suất cao, qui mô lớn. Tuy vậy phương pháp này cũng có nhược điểm là
điều khiển công nghệ khó, dễ xảy ra kết tảng, vật liệu xây lò đắ
t. Đến nay các
phương pháp hỏa luyện chưa được nghiên cứu và áp dụng để xử lý bã tro kẽm
mạ nóng được.
1.2.2.2. Thủy luyện oxyt kẽm.
Phương pháp thủy luyện để sản xuất oxyt kẽm ZnO chỉ hiệu quả khi áp
dụng cho các đối tượng như: Bã kẽm các loại, các dung dịch chứa kẽm. Quá
trình hòa tách sử dụng dung dịch axit sunfuric H
2
SO
4
, quặng thiêu chứa kẽm,
nguyên liệu chứa kẽm, bã kẽm mạ nóng được áp dụng nguyên lý như nhau như
sơ đồ hình 2. Các công đoạn chính của quá trình như sau:
1.2.2.2.1. Hòa tách.
Quá trình được thực hiện trong dung dịch axit sunfuric H
2
SO
4
có nồng độ
khá cao (Trên dưới 10%) nên cùng với kẽm còn hòa tan nhiều tạp chất có trong
bã. Kẽm và oxyt kẽm hòa tan trong dung dịch axit sunfuric H
2

SO
4
theo phản
ứng:
ZnO + H
2
SO
4
= ZnSO
4
+ H
2
O
Zn + H
2
SO
4
= ZnSO
4
+ H
2
O ↑
Chì tồn tại trong bã dưới dạng PbO nên dễ tan trong dung dịch axit
sunfuric H
2
SO
4
và tạo thành kết tủa PbSO
4
. Chì ở dạng kim loại Pb khó có thể

tan trong dung dịch axit. Sắt tồn tại trong bã dưới dạng sắt kim loại Fe và oxyt
sắt FeO nên dễ tan trong axit sunfuric H
2
SO
4
. Cơ chế phản ứng như phương
trình sau:
PbO + H
2
SO
4
= PbSO
4
↓ + H
2
O
FeO + H
2
SO
4
= FeSO
4
+ H
2
O
Fe + H
2
SO
4
= FeSO

4
+ H
2
↑
Đồng trong bã tồn tại dạng đồng kim loại (Cu) và oxyt đồng (CuO). Quá
trình hòa tan đồng xảy ra theo phản ứng sau:
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
12
CuO + H
2
SO
4
= CuSO
4
+ H
2
O
Cu + H
2
SO
4
= CuSO
4
+ H
2
↑
Một phần nhôm Al trong bã tan trong dung dịch axit sunfuric H
2

SO
4
tạo
thành Al
2
(SO
4
)
3.
.
1.2.2.2.2. Phương pháp làm sạch.
Để thu hồi được sản phẩm là oxyt kẽm ZnO có độ sạch > 95,0% cần phải
tiến hành làm sạch các tạp chất có trong dung dịch hòa tách.
- Phương pháp thủy phân:
Đây là quá trình hóa học thuận nghịch do tương tác
giữa các hợp chất hóa học với nước, thu được kết tủa và tách ra khỏi dung dịch.
Phương pháp thủy phân trong thủy luyện kẽm được thực hiện bằng cách trung
hòa axit dư còn lại trong dung dịch sunfat kẽm ZnSO
4
bằng các tác nhân như
ZnO, CaO, . Ở bảng 1 trình bày các giá trị pH bắt đầu thủy phân của một số
kim loại trong dung dịch H
2
SO
4
.
Bảng 1: Điều kiện kết tủa của một số kim loại trong dung dịch sunfat.

Chất trong dung dịch Nồng độ (g/l) pH bắt đầu kết tủa.
Fe

3+
2 1,7
Al
3+
1 4,0
Cu
2+
2 3,4 ÷ 3,7
Zn
2+
100 5,5 ÷ 2,0
Cd 0,3 7,55
Fe
2+
0,5 8,5
Co, Mn 0,05 8,5

Từ bảng 1 có thể thấy rằng theo phương pháp thủy phân chỉ có thể tách
được các tạp chất có giá trị thủy phân đến pH = 5,5 vì tại đó sẽ kết tủa đồng thời
cả kẽm. Qua đó bằng thủy phân chỉ có thể tách được sắt (III) Fe
3+
. Do vậy muốn
loại bỏ sắt trong dung dịch cần phải oxy hóa sắt (II) Fe
2+
thành sắt (III) Fe
3+
. Tác
nhân oxy hóa thường dùng là MnO
2
, KMnO

4
. Quá trình thủy phân có thể tách
hoàn toàn sắt (III) Fe
3+
và một phần các tạp chất khác như Cu và Al. Các phản
ứng thủy phân xảy ra theo các phản ứng sau:
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
13
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O ↔ 2Fe(OH)
3
+ 2H
2
SO
4

CuSO
4
+ 2H
2
O ↔ Cu(OH)

2
+ H
2
SO
4

Al
2
(SO
4
)
3
+ 6H
2
O ↔ 2Al(OH)
3
+ 2H
2
SO
4

- Phương pháp ximăng hóa: Sau khi loại bỏ tạp chất sắt, dung dịch được khử
tiếp Cu và Cd bằng bột kẽm. Khối lượng bột kẽm được tính theo phản ứng:
Cu
2+
+ Zn = Cu
(R)
↓ + Zn
2+

Cd
2+
+ Zn = Cd
(R)
↓ + Zn
2+
















Hình 2: Sơ đồ thủy luyện sản xuất ZnO và Zn.
Quá trình ximăng hóa thường sử dụng lượng kẽm gấp 2 ÷ 4 lần so với lý
thuyết. Quá trình ximăng hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, hoạt tính
của bột kẽm, nồng độ tạp chất có trong dung dịch.
1.2.2.2.3. Kết tủa cacbonat bazơ kẽm bằng Na
2
CO
3

và thu hồi ZnO.
Dung dịch sau khi làm sạch Fe, Cu, Al được kết tủa cacbonat bazơ kẽm
bằng Na
2
CO
3
. Quá trình kết tủa xảy ra theo phản ứng:
Quặng thiêu oxyt, bã kẽm

Hòa tách
H
2
SO
4
Dung dịch ZnSO
4
Làm sạch dd

Bã Fe,Cu,Cd

Dd ZnSO
4
sạch
Điện phân Kết tủa
Zn(OH)
2
hay ZnCO
3
Nung
ZnO

Zn catôt

NH
4
OH (Na
2
CO
3
)
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
14
5ZnSO
4
+ 3H
2
O + 5Na
2
CO
3
= Zn
5
(CO
3
)
2
(OH)
6

↓ + 5Na
2
SO
4
+ 3CO
2
↑
Sản phẩm kết tủa sau khi lọc rửa nhiều lần, sấy khô và nung ở 600
o
C để
thu sản phẩm oxyt kẽm ZnO.
Nhận xét:
Từ tổng quan về tình tình nghiên cứu trong và ngoài nước,
cũng như cơ sở lý thuyết về thủy luyện oxyt kẽm thấy rằng: Để đạt được mục
tiêu đề ra, đề tài cần nghiên cứu theo hướng công nghệ hòa tách bã kẽm trong
môi trường axit sunfuric, làm sạch dung dich hòa tách, kết tủa cacbonat bazơ
kẽm rồi nung kết tủa để thu hồi sản phẩm oxyt kẽm ZnO.
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
15
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Từ thông tin thu thập được, nghiên cứu tổng quan lý thuyết về sản xuất
oxyt kẽm tiến hành các thí nghiệm thực nghiệm để tìm ra các thông số hợp lý.
Qua đó đề xuất qui trình công nghệ thích hợp để xử lý bã tro kẽm mạ nóng.
2.2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ DỰ KIẾN.
Sơ đồ công nghệ dự kiến như hình 4 (Trang 16).
2.3. THIẾT BỊ VÀ V
ẬT TƯ NGHIÊN CỨU.

2.3.1. Thiết bị nghiên cứu.
- Tủ sấy 300
o
C (Kenton-Trung Quốc).
- Lò Muffle của Đức – 1100
o
C.
- Hệ thống hòa tách, ổn nhiệt 50
o
C ÷ 180
o
C.
- Thiết bị đo pH HANNA-HI-98107.
- Thiết bị lọc hút chân không.
- Cốc thủy tinh 3000 ml, 5000 ml.










Hình 3: Thiết bị thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
2.3.2. Nguyên liệu và hoá chất.
Bã tro kẽm mạ nóng được gia công, nghiền, sàng, trộn đều, phân tích cỡ
hạt, phân tích thành phần hóa học các nguyên tố, pha. Bã tro kẽm có thành phần
hóa học như bảng 2 nằm chủ yếu ở cỡ hạt 0,1 ÷ 1 mm.

BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
16
Bảng 2: Thành phần hóa học bã tro kẽm mạ nóng.
Thành phần hóa học các nguyên tố (%)
Mẫu
Zn Fe Al Cu CI Pb
Bã tro kẽm 65,57 1,46 0,2 0,01 9,6 0,2
















Hình 4: Sơ đồ công nghệ dự nghiên cứu công nghệ
thu hồi ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng
- Axit sunfuric: Loại P và loại kỹ thuật.
- Xôđa loại kỹ thuật Na
2

CO
3
.10H
2
O: Xô đa là bột màu trắng, tỷ trọng 2,533g/cm
3
,
nóng chảy ở nhiệt độ 854
o
C. Trên thị trường hiện nay xôđa ở dạng hyđrat.
- Ôxyt kẽm ZnO 96,0%.
- Hyđrogen peroxit 30%.
2.3.3. Công tác phân tích.
Các mẫu nghiên cứu, dung dich, sản phẩm ZnO thu được đều được kiểm
tra tại Trung tâm phân tích Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim.
Bã tro kẽm

Nghiền, sàng
Bột dưới sàng 3mm

Hòa tách
Dd H
2
SO
4
Trung hòa khử tạp chất
ZnO

Kết tủa hyđroxy cacbonat
Na

2
CO
3
Nung
Sản phẩm ZnO

BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
17
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.
3.1. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ HÒA TÁCH TRONG DUNG DỊCH AXÍT
SUNFURIC H
2
SO
4
.
Mục tiêu của công đoạn hòa tách là hòa tan triệt để kẽm trong bã kẽm mạ
nóng vào dung dịch ở điều kiện tiêu tốn ít axit nhất. Nguyên liệu là bã dạng bột
của quá trình mạ nóng, dung dịch hòa tách được pha chế từ axít sunfuric H
2-
SO
4
.98% và nước. Các mẫu thí nghiệm có khối lượng như nhau được hòa tách
trong dung dịch axit sunfuric H
2
SO
4
. Sau khi hòa tách dung dịch được lọc. Phần
bã rắn được sấy khô, cân và đưa đi phân tích. Qua kết quả phân tích và khối

lượng bã cân được ta tính được hiệu suất quá trình hòa tách.
3.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit.
Các mẫu thí nghiệm 100 g được hòa tách trong các điều kiện như sau:
+ Tỷ lệ L/R: 5
+ Thời gian hòa tách: 15 phút.
+ Nhiệt độ hòa tách: Nhiệt độ phòng.
+ Nồng độ dung dịch hòa tách thay đổi từ 6% đến 14%.
Các kết quả thí nghiệ
m được trình bày trong bảng 3 và hình 5.
Bảng 3: Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hòa tách.
Nồng độ
dung dịch
hòa tách (%)
Khối lượng
Zn trong
dung dịch (g)
Khối lượng
Zn còn lại
trong bã (g)
Hiệu suất
(%)
6 45,42 20,15 69,27
8 48,91 16,66 74,59
10 53,84 11,73 82,11
12 54,25 11,32 82,74
14 54,48 11,09 83,08

Từ kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng nồng độ dung dịch hòa tách thì
hiệu suất tách tăng. Khi tăng tiếp nồng độ quá 10% thì hiệu suất tăng không
đáng kể nên việc chọn nồng độ dung dịch hòa tách hợp lý nhất là dung dịch

10%.
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
18
Hình 5: Ả nh hưở ng củ a
nồ ng độ dung dị ch hò a tá ch
đế n hiệ u suấ t hò a tá ch.
68
70
72
74
76
78
80
82
84
51015
Nồ ng độ (%).
Hiệ u suấ t (% )

3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ L/R.
Các mẫu thí nghiệm 100g được hòa tách trong các điều kiện như sau:
+ Nồng độ dung dịch hòa tách 10%.
+ Thời gian hòa tách: 15 phút.
+ Nhiệt độ hòa tách: Nhiệt độ phòng.
+ Tỷ lệ L/R của dung dịch hòa tách thay đổi từ 6 đến 14.
Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 4 và hình 6.
Bảng 4: Ảnh hưởng của tỷ lệ L/R đến hiệu suấ
t hòa tách.
Tỷ lệ
L/R
Khối lượng
Zn trong dung
dịch (g)
Khối lượng
Zn còn lại
trong bã (g)
Hiệu suất
(%)
5 53,84 11,73 82,11
6 55,29 10,28 84,32
7 56,36 9,21 85,95
8 57,94 7,63 88,37
10 58,02 7,55 88,49
12 58,38 7,19 89,03
14 58,49 7,08 89,21

BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
19
Hì nh 6: Ả nh hưở ng củ a tỷ lệ
L/R đế n hiệ u suấ t hò a tá ch.
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
4 9 14 19
Tỷ lệ L/R.
Hiệ u suấ t (%)











Kết quả nghiên cứu cho thấy việc hòa tách ở tỷ lệ L/R = 8 là hợp lý. Khi

tăng tỷ lệ L/R thì hiệu suất hòa tách tăng nhưng lượng nước sử dụng lớn gây khó
khăn cho các quá trình sau cũng như tăng chi phí sản xuất.
3.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian hòa tách.
Các mẫu thí nghiệm 100 g được hòa tách trong các điều kiện như sau:
+ Tỷ lệ L/R: 8.
+ Nồng
độ dung dịch hòa tách: 10%.
+ Nhiệt độ hòa tách: Nhiệt độ phòng.
+ Thời gian hòa tách thay đổi từ 10 phút đến 90 phút.
Bảng 5: Ảnh hưởng của thời gian hòa tách đến hiệu suất hòa tách.
Thời gian hòa
tách (Phút)
Khối lượng Zn
trong dung dịch (g)
Khối lượng Zn còn
lại trong bã (g)
Hiệu suất
(%)
10 57,94 7,63 88,37
20 58,30 7,27 88,92
30 58,60 6,97 89,37
40 58,99 6,58 89.96
50 59,13 6,44 90,18
60 59,62 5,95 90,92
90 59,62 5,95 90,93
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
20
Hì nh 7: Ả nh hưở ng củ a

thờ i gian đế n hiệ u suấ t hò a
88
88,5
89
89,5
90
90,5
91
91,5
0 50 100
Thờ i gian (Phú t).
Hiệ u suấ t (%).
Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 5 và hình 7.










Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng thời gian hòa tách thì hiệu suất
quá trình hòa tách tăng lên. Tuy nhiên kéo dài thời gian quá 60 phút thì hiệu suất
tăng ít. Vì vậy quá trình hòa tách chỉ nên kéo dài 60 phút là hợp lý.
3.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tách.
Các mẫu thí nghiệm 100 g được hòa tách trong các điều kiện như sau:
+ Tỷ lệ L/R: 8
+ Thời gian hòa tách: 60 phút.

+ Nồng độ dung dịch hòa tách 10%.
+ Nhiệt
độ hòa tách hòa tách thay đổi từ 30
o
C đến 100
o
C.
Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hòa tách.
Nhiệt độ dung dịch
hòa tách (T
o
C)
Khối lượng Zn
trong dung dịch (g)
Khối lượng Zn còn
lại trong bã (g)
Hiệu suất
(%)
30 59,62 5,95 90,92
40 59,71 5,86 91.07
50 61,23 4,34 93,38
60 63,50 2,00 97,00
70 63,66 1,91 97,08
80 65,47 0,10 99,85
90 65,52 0,05 99,93
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
21
Hình 8: Ả nh hưở ng củ a

nhiệ t độ đế n hiệ u suấ t quá
trì nh hò a tá ch.
90
92
94
96
98
100
102
20 40 60 80 100
Nhiệ t độ (T
o
C).
Hiệ u suấ t (%).
Các kết quả thí nghiệm được trình bày trong bảng 6 và hình 8.












Từ kết quả nghiên cứu đã chỉ ra khi tăng nhiệt độ của quá trình hòa tách
thì hiệu suất quá trình hòa tách tăng lên. Ở nhiệt độ 60 ÷ 70
o

C cho hiệu suất đạt
tới 97,0% và đạt > 99,0% ở 80
o
C nhưng cần phải gia nhiệt thêm. Vì vậy nhiệt độ
quá trình hòa tách chỉ nên ở 60
o
C, hiệu suất hòa tách là 97,0% và quá trình sảy
ra tự cân bằng được nhiệt độ trong 60 phút (Nhiệt sinh ra từ quá trình pha loãng
dung dịch axit sunfuric H
2
SO
4
đặc với nước và nhiệt sinh ra do quá trình hòa tan
kẽm, các hợp chất của kẽm trong dung dịch axit).
Từ các kết quả thí nghiệm nghiên cứu quá trình hòa tách bã tro kẽm mạ
nóng để đạt hiệu suất của quá trình 97,0% thì phải tiến hành hòa tách ở các điều
kiện sau:
• Nồng độ dung dịch hòa tách: 10% .
• Tỷ lệ L/R khi hòa tách là 8.
• Thời gian hòa tách: 60 phút.
• Nhiệt độ hòa tách: 60
o
C.
3.2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH DUNG DỊCH.
Bã sau khi hòa tách ở điều kiện trên thu được dung dịch có thành phần
hóa học như bảng 7.
BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
22

Bảng 7: Nồng độ các nguyên tố có trong dung dịch hòa tách.
Hàm lượng các nguyên tố (g/l)
Mẫu
Zn Al Cu (mg/l) Fe Cl
-

Dung dịch lọc 72,9 0,10 11,76 1,48 5,6

Từ bảng 7 cho thấy chỉ cần làm sạch sắt trong dung dịch vì Cu, Al chứa trong
dung dịch thấp và chúng lại càng xuống thấp hơn trong quá trình trung hòa khử Fe.
Quá trình trung hòa khử Fe được thực hiện ở pH = 5 ÷ 5,2 nên muốn loại
hết Fe trong dung dịch phải oxy hóa sắt (II) thành sắt (III). Chất oxy hóa có thể
dùng là H
2
O
2
, KMnO
4
, MnO
2
v.v. Ở đây chọn chất oxy hóa là H
2
O
2
và KMnO
4
.
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ pH đến quá trình thủy phân.
Quá trình thủy phân được tiến hành theo các điều kiện sau:
+ pH = 1 ÷ 5.

+ Tác nhân trung hòa: Bột oxyt kẽm ZnO (Lấy ngay bột của quá trình
công nghệ nghiên cứu).
+ Nhiệt độ quá trình: 60
o
C.
+ Thời gian: 60 phút.
+ Dùng H
2
O
2
làm chất oxy hóa.
Bảng 8: Kết quả khử Fe, Cu, Al ở độ pH khác nhau.
Nồng độ tạp chất trong
dung dịch (g/l)
Hiệu suất tách (%)
TT pH
Fe Cu (mg/l) Al Fe Cu Al
Oxy hóa Fe
2+
→ Fe
3+
bằng H
2
O
2
1 1 1,47 11 0,10 0 0 0
2 2 1,0517 8 0,08 29 27 20
3 3 0,864 6 0,06 42 45 40
4 4 0,624 5 0,05 58 55 50
5 5 0,536 5 0,05 64 55 50

Oxy hóa Fe
2+
→ Fe
3+
bằng KMnO
4

6 5,2 0,022 98,5

BCTK: Nghiên cứu xây dựng công nghệ sản xuất oxyt kẽm ZnO từ bã tro kẽm mạ nóng.

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim
23
Hì nh 9: Ả nh hưở ng củ a pH
đế n hiệ u suấ t tá ch cá c tạ p chấ t.
Fe
Cu
Al
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0246

pH.
Hiệ u suấ t (%).
Các kết quả nghiên cứu được nêu trong bảng 8 và hình 9.
Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình khử Fe, Cu, Al ở trong dung
dịch hòa tách bằng phương pháp trung hòa tiến hành ở pH = 5 có thể loại bỏ
được 64,0%Fe, 55,0% Cu và 50,0% Al có trong dung dịch đủ để đảm bảo cho
việc nhận được sản phẩm sau cùng là bột oxyt kẽm ZnO có chất lượng đạt trên
95,0%, sắt ở mức 0,7 ÷ 0,8%. Nếu tiếp tục khử sâu sắt bằng kali permanganat
KMnO
4
có thể loại bỏ được 98,5%Fe.












3.2.2. Nghiên cứu khử sâu sắt bằng cách oxy hóa Fe
2+
thành Fe
3+
.
Để khử sâu sắt trong dung dịch hơn nữa, bắt buộc phải oxy hóa sâu Fe
2+

thành Fe
3+
bằng tác nhân oxy hóa mạnh. Quá trình nghiên cứu xử dụng kali
permanganat KMnO
4
làm chất oxy hóa. Phản ứng oxy hóa diễn ra như sau:
10FeSO
4
+ 8H
2
SO
4
+ 2KMnO
4
= 5Fe
2
(SO
4
)
3
+ 2MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ 8H
2
O

Lượng chất oxy hóa KMnO
4
đưa vào dung dịch bằng hai lần lượng
KMnO
4
lý thuyết (0,6g KMnO
4
/0,536g Fe
2+
). Các kết quả nghiên cứu quá trình
khử sâu sắt bằng KMnO
4
được trình bày ở bảng 9.
Bằng tác nhân oxy hóa KMnO
4
với lượng gấp 2 lần lý thuyết cũng cho
phép khử sâu sắt xuống 0,022g/l (22mg/l) xấp xỉ giới hạn cho phép của sắt trong
dung dịch điện phân.