Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền (tóm tăt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------------------Vũ Thị Hà Mai

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN
KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC
KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG
SINH QUYỀN
Chuyên ngành: Hóa môi trường
Mã số: 60440120
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Trần Hồng Côn

Hà Nội - 2014
1


Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Trần Hồng Côn

Phản biện 1: PGS.TS. Trần Thị Dung
Khoa Hóa học - Trường ĐH Khoa học Tự nhiên
Phản biện 2: TS. Nguyễn Mạnh Tường
Viện Hóa học vật liệu – Viện KHCN Quân sự

Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn
thạc sĩ họp tại: Phòng Hội thảo – khoa Hóa – ĐH Khoa
học Tự nhiên, lúc 14 giờ 00 ngày 27 tháng 01 năm 2015

Có thể tìm thấy luận văn tại: Thư viện trường Đại học
Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

2


MỞ ĐẦU
Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão
của các ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụng
kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một
lượng kim loại với chi phí cao thì nước ta tận
dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản
tương đối lớn và đa dạng. Tuy nhiên, việc khai
thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu
quả nghiêm trọng cho môi trường.
Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ
khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ
thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng
địa chất khác nhau. Trong các kim loại nặng,
chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể
sống và con người ở một giới hạn cho phép
nào đấy, nhưng khi hàm lượng vượt quá giới
hạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại nghiêm
trọng cho cơ thể. Tuy nhiên khả năng gây độc

3

của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào
trạng thái tồn tại của chúng.
Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ
lượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn lợi
cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác.
Tuy nhiên, do chưa đảm bảo các quy định về
bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần
quặng giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ
đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đi
cùng. Các kim loại nặng có trong quặng, dưới
tác dụng của quá trình phong hóa tự nhiên sẽ
bị phân hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa
để vận chuyển hoặc tồn lưu, có ảnh hưởng to
lớn đến môi trường sinh thái, sức khỏe của con
người và động thực vật. Vì vậy, chúng tôi lựa
chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một
số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu
của các kim loại nặng chính có trong quặng
đồng Sinh Quyền”.

4


Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại
Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền
1.1.1. Trữ lượng và phân bố quặng đồng
sunfua tại Việt Nam

1.1.2. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại
mỏ đồng Sinh Quyền
1.1.3. Một số loại quặng chủ yếu ở mỏ
đồng Sinh Quyền
1.1.3.1. Chalcopyrit CuFeS2
1.1.3.2. Pyrotin Fe1-xS
1.1.3.3. Magnetit
1.1.3.4. Pyrit FeS2
1.1.4. Các quy trình khai thác quặng tại
Việt Nam
1.1.4.1. Thăm dò địa chất
1.1.4.2. Khai thác
1.1.4.3. Tuyển quặng
1.1.4.4. Tuyển nổi
5


1.1.4.5. Tuyển trọng lực
1.1.4.6. Lọc
1.1.4.7. Quản lý chất thải
1.1.4.8. Luyện và tinh chế
1.1.4.9. Cải tạo
1.2. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các
bãi thải khai thác chế biến khoáng sản
1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm
1.2.2. Con đường phát tán kim loại nặng
và các chất độc hại vào môi trường
1.3. Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực
khai thác quặng ở Việt Nam
1.3.1. Tại các mỏ quặng ở Việt Nam

1.3.2. Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền
1.4. Quá trình phong hoá quặng
1.4.1. Phong hoá vật lý
1.4.2. Phong hoá hoá học
1.4.3. Phong hoá sinh học
1.5. Các quá trình sau phong hóa quặng
6


1.5.1. Quá trình tạo kết tủa
1.5.2. Quá trình tạo phức
1.5.3. Quá trình thủy phân
1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình thủy phân và tạo kết tủa
1.6. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ
thể sống và con người
1.6.1. Sắt
1.6.2. Cadimi
1.6.3. Chì
1.6.4. Coban
1.6.5. Crom
1.6.6. Đồng
1.6.7. Kẽm
1.6.8. Mangan
1.6.9. Niken
Chương 2: THỰC NGHIỆM

7

2.1. Đối tượng nghiên cứu
2.2. Mục tiêu nghiên cứu
2.3. Các phương pháp nghiên cứu
2.4. Danh mục hoá chất. thiết bị cần
thiết cho nghiên cứu
2.5. Thực nghiệm
2.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới
sự thủy phân của các kim loại nặng chính có
trong quặng
2.5.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ Fe3+
đối với sự thủy phân của các kim loại nặng
2.5.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ Cu2+
đối với sự thủy phân của các kim loại nặng
2.5.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác
của các kim loại nặng có thành phần giống
quặng khi thủy phân trong điều kiện tương tự
phong hóa.
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH
8


3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự
thủy phân của các kim loại nặng chính có
trong quặng

Hình 3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH.
Từ đồ thị trên ta thấy khi pH có giá trị
3 - 4 nồng độ các ion kim loại giảm nhưng
không đáng kể. Điều này có thể giải thích là
do tại giá trị pH này M n+ đã bị thủy phân tạo

các phức hydroxo và bắt đầu tạo một lượng
nhỏ kết tủa M(OH) n. Dạng tan của các kim

9


loại ở pH này chủ yếu vẫn là M n+, một phần
chứa các phức M(OH) (n-1)+ , M(OH) (n-2)+ ....

Khi pH > 4, nồng độ các ion kim
loại giảm nhiều hơn và không giống nhau do
các kim loại khác nhau thì tích số tan các
hidroxit tương ứng cũng khác nhau, nên khả
năng thủy phân tạo kết tủa cũng khác nhau.
Khi môi trường có tính bazơ (pH >
8), đa số các kim loại dễ dàng tạo kết tủa
M(OH) n theo phương trình:
Khi pH > 10, hầu hết các kim loại
( như Ni, Co, Cd...) đều nằm trong kết tủa
dạng hidroxit, nồng độ ion kim loại nặng
trong dung dịch giảm, các ion kim loại bị
lắng đọng tại chỗ, không phát tán gây ô
nhiễm môi trường.
10


Riêng đối với mangan, tích số tan của
Mn(OH) 2 Ks = 10-12,8 , lớn nhất trong các ion
kim loại nặng mà chúng ta nghiên cứu nên
kết tủa Mn(OH) 2 tạo thành khó hơn các kim

loại khác (khi pH > 8 nồng độ ion Mn 2+ mới
bắt đầu giảm nhanh nhưng vẫn không tạo
kết tủa hoàn toàn như các kim loại khác). Vì
vậy nồng độ Mn 2+ trong dung dịch còn lại
trương đối lớn.
Một số kim loại mà hidroxit có tính
lưỡng tính như Zn, Pb,...kết tủa sẽ bị hòa tan
một phần trong môi trường bazơ. Khi đó
nồng độ các ion kim loại trong dung dịch sẽ
tăng.
Cr3+ có độ dương điện cao và Cr(OH) 3
có tích số tan khá nhỏ (K s = 10-31 ) nên ion
Crom thủy phân khá sớm, ngay từ pH = 4)
và chưa bị hòa tan khi môi trường có tính

11


bazơ mặc dù nó là hợp chất lưỡng tính. Vì
vậy môi trường sẽ không bị ô nhiễm crom.
Như vậy, pH ảnh hưởng khá là khác
nhau đến sự thủy phân của các ion kim loại
nặng.
3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe 3+
đối với sự thủy phân của các ion kim loại
nặng
3.2.1. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+

đối với sự thủy phân của Pb2+

12


Từ kết quả thu được, ta thấy trong
khoảng pH = 3 – 5, và nồng độ của Fe 3+ thay
đổi từ 10 – 20 ppm thì thấy sự giảm nồng độ
chì trong dung dịch. Nếu nồng độ của Fe3+ là
20 – 100 ppm thì nồng độ của chì trong dung
dịch giảm xuống thấp ngay từ khi pH bằng 3.
Khi pH tăng dần, lượng kết tủa Pb(OH)2 tạo
thành nhiều hơn, đủ lớn để tách ra tạo hidroxit
lắng xuống.
3.2.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+

Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion
Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+
13


Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trong
khoảng pH = 3 – 8, khi pH tăng đần nồng độ
Coban trong dung dịch giảm dần, và cũng
trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng
thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh
hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng. Trong
quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp
phụ các ion coban trong dung dịch làm nồng

độ coban cũng giảm dần.
3.2.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+

Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+
đối với sự thủy phân của Ni2+

14


Từ kết quả thu được, ta thấy trong
khoảng pH = 3 – 9, khi pH tăng đần nồng độ
Niken trong dung dịch giảm dần, và cũng
trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng
thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh
hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng, nó sẽ
hấp phụ các ion Niken trong dung dịch làm
nồng độ niken cũng giảm dần. Ta thấy rõ ràng
nhất trong khoảng pH = 6 – 8, khi nồng độ sắt
là 50 – 100 ppm, nồng độ niken giảm nhanh
nhất bởi ngoài lượng niken bị hấp phụ, khi
dung dịch có môi trường bazơ, niken bị thủy
phân và tách ra dưới dạng kết tủa một lượng
khá lớn làm nồng độ ion này giảm mạnh.
Khi pH > 9, nồng độ niken còn lại trong
dung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độ
sắt thì nồng độ niken giảm không đáng kể.

15

3.2.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cr3+

Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+
đối với sự thủy phân của Cr3+

Nồng độ com trong dung dịch giảm rất
nhanh ngay tại pH = 3 khi có mặt ion sắt vì
Crom có tích số tan bé, có khả thủy phân tạo
kết tủa tại các pH thấp nên ở pH = 3 đã bắt đầu
xảy ra quá trình thủy phân. Lượng Cr(OH)3
cộng kết với lượng Fe(OH)3 do ion sắt thủy
phân tạo kết tủa lắng xuông, vì vậy ngay tại
pH = 3, nồng độ ion crom đã giảm đi rõ rệt.
Khi nồng độ sắt càng tăng, lượng kết tủa sắt
(III) hidroxit do thủy phân càng lớn, quá
16


trình cộng kết xảy ra nhanh hơn, đồng thời
lượng sắt tạo thành lớn có khả năng hấp phụ
đáng kể các ion Cr3+ làm nồng độ crom giảm
đi nhiều hơn.
Khi pH = 5, crom gần như thủy phân
hoàn toàn thành Cr(OH)3 nên lượng ion Crom
trong dung dịch còn không đáng kể, vì vậy ở
các khoảng pH > 5, nồng độ crom giảm không
đáng kể.
3.2.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ

ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+

Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+
đối với sự thủy phân của Mn2+
17


Ta nhận thấy, khi có mặt ion sắt trong
dung dịch, nồng độ mangan trong dung dịch
giảm mạnh, có thể giảm còn 0,003 ppm tại pH
= 11 khi có mặt ion Fe3+, bé hơn nhiều so với
không có mặt ion sắt trong cùng điều kiện.
Nồng độ ion Mn2+ giảm nhiều nhất trong
khoảng từ pH = 6 – 10 bởi khi môi trường có
tính bazơ, sắt thủy phân khá mạnh tạo hidroxit
không tan. Tuy nhiên, mangan có tích số tan
tương đối lớn nên ít bị thủy phân, vì vậy chủ
yếu các ion Mn2+ bị hấp phụ trong kết tủa
Fe(OH)3 là nồng độ mangan trong dung dịch
giảm đi đáng kể.
Khi pH > 10, nồng độ Mangan trong
dung dịch ít giảm hơn bởi một lượng lớn
mangan đã bị thủy phân và hấp phụ trước đó.
3.2.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+

18


Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+

đối với sự thủy phân của Cd2+

Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trong khi
pH tăng dần từ pH = 3 đến pH = 8, nồng độ
Cadimi trong dung dịch giảm dần, và cũng
trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng
thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh
hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng. Trong
quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp
phụ các ion cadimi trong dung dịch làm nồng
độ cadimi cũng giảm dần.
Khi pH > 8, cadimi đã bị thủy phân trong
khoảng pH trước đó và Fe(OH) 3 do sắt thủy
19


phân đã cộng kết với lượng Cd(OH) 2 tạo thành
lắng xuống. Nồng độ cadimi còn lại trong
dung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độ
sắt thì nồng độ cadimi giảm không đáng kể.
3.2.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Zn2+

Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+
đối với sự thủy phân của Zn2+

Khi 3 < pH < 9, nồng độ kẽm trong dung
dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này,
khi nồng độ ion sắt tăng thì quá trình thủy
phân của sắt xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết

tủa Fe(OH)3 tăng. Trong quá trình kết tủa này
20


lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion kẽm trong
dung dịch làm nồng độ kẽm cũng giảm dần.
Nồng độ ion Zn 2+ giảm nhiều nhất trong
khoảng từ pH = 6 – 8 do sắt thủy phân khá
mạnh tạo hidroxit không tan, hấp phụ mạnh
nhất các ion kẽm, đồng thời, tại khoảng pH
này, kẽm cũng bắt đầu thủy phân mạnh, kết
tủa Zn(OH)2 tạo thành nhanh hơn, đủ lớn để
tách ra, cộng kết với Fe(OH)3 lắng xuống.
Khi pH > 8, trong điều kiện không có mặt
ion sắt, một lượng lớn Zn(OH) 2 bị hòa tan vào
dung dịch làm nồng độ kẽm trong dung dịch
tăng nhanh. Nhưng khi có mặt in Fe3+ trong
dung dịch, nồng độ kẽm hầu như không tăng.
Ta có thể giải thích hiện trượng này là do
lượng Zn(OH)2 tạo thành không nhiều đã cộng
kết với Fe(OH)3 nên khó bị hòa tan hơn, đồng
thời một lượng lớn ion kẽm bị hấp phụ bởi
Fe(OH)3 vẫn ở dạng ion nên không bị hòa tan
ở môi trường bazơ.
21


3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ Cu 2+
đối với sự thủy phân của các kim loại nặng
3.3.1. Ảnh hưởng của pH và nồng độ

ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion
Cu2+ đối với sự thủy phân của Pb2+

Từ đồ thị ta thấy, tại pH = 3, khi nồng
độ ion Cu 2+ tăng dần, nồng độ Pb 2+ thay đổi
không đáng kể do ở điều kiện này, môi
trường axit mạnh, các kim loại ít bị thủy
phân.
Khi pH = 4 – 6, môi trường đột ngột
thay đổi chuyển từ môi trường axit sang môi
22


trường trung tính nên Pb 2+ thủy phân đáng
kể làm nồng độ ion Pb 2+ trong dung dịch
giảm mạnh. Nhưng cũng trong khoảng pH
này, khi nồng độ Cu 2+ tăng dần, thì sự thủy
phân của Pb2+ xảy ra chậm hơn.
Còn trong khoảng pH = 7 – 11, khi
môi trường có tính bazơ, Cu 2+ thủy phân
đáng kể, tạo hidroxit không tan. Ở điều kiện
này, Pb2+ cũng bị thủy phân và toàn bộ kết
tủa Pb(OH) 2 hấp phụ hết vào Cu(OH) 2 và
lắng xuống nên mặc dù trong điều kiện môi
trường bazơ mạnh, Pb(OH) 2 bị hoàn tan
không đáng kể tạo PbO 2-, do đó hàm lượng
chì trong dung dịch tăng không đáng kể ở
khoảng pH này.

3.2.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Co2+

23


Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+
đối với sự thủy phân của Co2+

Khi pH tăng dần từ pH = 3 – 10, nồng
độ ion Co2+ trong dung dịch giảm dần do ion
này bị thủy phân. Tuy nhiên, khi nồng độ ion
Cu2+ tăng dần thì nồng độ Coban trong dung
dịch lại giảm dần.
Trong khoảng pH từ 10 – 11, nồng độ
Co2+ giảm không đáng kể, ngay cả khi nồng độ
ion Cu2+ tăng bởi lượng Co2+ khá lớn đã bị
thủy phân và nằm trong kết tủa ở khoảng pH
trước đó.

24


3.3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Ni2+

Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+
đối với sự thủy phân của Ni2+

Từ đồ thị ta thấy trong khi pH tăng dần,

nồng độ niken trong dung dịch giảm dần, và
cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion
đồng tăng thì quá trình thủy phân của đồng
xảy ra mạnh hơn làm lượng kết tủa Cu(OH) 2
tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống,
nó sẽ cộng kết các ion niken trong dung dịch
làm nồng độ niken cũng giảm dần.
25