khoáng vật và phương pháp chế hóa

Chương 3
HÓA HỌC CÁC NGUYÊN TỐ d
KHOÁNG VẬT
VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ HÓA
GV: TS. Lê Tiến Khoa

L/O/G/O


Hàm lượng trong tự nhiên
Trữ lượng và dạng tồn tại
 Trữ lượng và dạng tồn tại của các ngtố d được trình bày như sau


Tuyển quặng
Mục đích tuyển quặng
 Quặng thường chứa đất đá + tạp chất → hàm lượng khoáng không cao
Tuyển quặng

Tách đất đá và làm giàu hàm lượng khoáng có ích

 Trước khi tuyển: nghiền cho vỡ các hạt kết hạch

Phân loại phương pháp tuyển
 Tuyển trọng lực
 Tuyển nổi
 Tuyển từ


Tuyển quặng
Tuyển trọng lực

 Dựa vào sự khác biệt giữa trọng lượng riêng của khoáng vật và tạp
Tốc độ rơi khác nhau
Ví dụ: tuyển quặng oxide như hematite, oxide Au, Ag...


Tuyển quặng
Tuyển nổi
 Tuyển nổi: thuốc tuyển + cải tạo bề mặt khoáng vật
Khoáng vật trở nên kị nước → bám vào bọt khí nổi lên
Ví dụ: tuyển quặng sulfur


Tuyển quặng
Tuyển từ
 Tuyển từ: khác biệt về từ tính của khoáng và tạp
Ví dụ: tuyển quặng magnetite


Luyện kim – Phương pháp hỏa luyện
Đặc trưng của hỏa luyện
 Đặc trưng: tiến hành ở To cao và có kèm theo sự cháy
 Mỗi loại quặng có quy trình hỏa luyện thích hợp

Hỏa luyện quặng oxide
 Tác nhân khử: C, CO, hay các kim loại Mg, Al, Si…
Phương pháp nhiệt kim loại
MoO3 + 3H2 → Mo + H2O
CrO3 + 2Al → 2Cr + Al2O3
Phương pháp nhiệt nhôm

Luyện kim – Phương pháp hỏa luyện
Hỏa luyện quặng sulfur
 Quặng được chuyển trước sang dạng oxid bằng cách nung với sự có mặt
của oxygen

Quặng tồn tại chung với Fe
 1 số quặng có Fe đi kèm: sử dụng để điều chế hợp kim với sắt sử dụng trong
kỹ thuật
Fe(CrO2)2 + 4C → (Fe + 2Cr) + 4CO
MnO2 + Fe2O3 + xC → (Fe + Mn) + xCO

Hợp kim Fe–Cr
Hợp kim Fe–Mn


Luyện kim – Phương pháp hỏa luyện
Hỏa luyện quặng sulfur
 Quặng được chuyển trước sang dạng oxid bằng cách nung với sự có mặt
của oxygen

Quặng tồn tại chung với Fe
 1 số quặng có Fe đi kèm: sử dụng để điều chế hợp kim với sắt sử dụng trong
kỹ thuật
Fe(CrO2)2 + 4C → (Fe + 2Cr) + 4CO
MnO2 + Fe2O3 + xC → (Fe + Mn) + xCO

Hợp kim Fe–Cr
Hợp kim Fe–Mn

Luyện kim – Phương pháp thủy luyện
Đặc trưng của thủy luyện
 Đặc trưng: chế biến quặng trong H2O
Thường sử dụng đối với quặng nghèo, quặng đa kim
 Ưu điểm:
• Nhiệt độ phản ứng thấp
• Thiết bị đơn giản
• Dễ sử dụng

 Khuyết điểm:
• Thời gian phản ứng rất lâu


Luyện kim – Phương pháp thủy luyện
Các quá trình chính của thủy luyện
 Hòa tách quặng trong dung dịch kiềm, acid hay tạo phức
 Tách kim loại dưới dạng thích hợp: kết tinh, kết tủa (chất ít tan hoặc KL),
chiết, trao đổi ion…
 Rửa, lọc sản phẩm
Ví dụ


Luyện kim – Phương pháp điện luyện
Đặc trưng của điện luyện
 Đ/v các KL không hỏa luyện được: khó khử
Sử dụng phương pháp điện luyện
Có thể kết hợp phương pháp thủy luyện đ/v các quặng nghèo (hòa tách
xong điện phân)
 Ưu điểm:

• Độ tinh khiết cao

 Khuyết điểm:
• Giá thành cao

 Thiết bị trong phương pháp điện luyện:
• Máy chỉnh lưu 1 chiều với cường độ dòng rất cao
• Anod (cực dương)
• Catod (cực âm)
• Dung dịch điện ly (dd muối hòa tan hoặc nóng chảy)


Luyện kim – Phương pháp điện luyện
Các quá trình chính
 Phản ứng ở anod
• Hòa tan KL điện cực
• Oxi hóa anion

 Phản ứng ở catod
• Thoát khí ở điện cực (điện cực
không tan)

Cu – 2e– → Cu2+

2H+ + 2e– → H2

4OH– - 4e– → 2H2O + O2
(môi trường acid mà ???)

Cu2+ + 2e– → Cu

Các phương pháp tinh luyện
Khái quát chung
 Để tinh luyện kim loại: dùng các p.p hỏa luyện, thủy luyện, điện
luyện, phân hủy nhiệt, chưng cất chân không

Phương pháp hỏa luyện
 Sử dụng khi kim loại bền oxi hóa
 Quá trình: dùng tác nhân hóa học có ái lực với tạp chất > kim loại
Chuyển tạp chất thành hợp chất dưới dạng bã khó nóng chảy ở To cao
Có thể tách khỏi kim loại
Ví dụ: Au lẫn Cu, Ag, Pb
Dùng oxi không khí oxi hóa tạp → oxide khó nóng chảy
Tách ra dưới dạng bã


Các phương pháp tinh luyện
Phương pháp điện luyện
 Sử dụng khi kim loại có thế khác biệt với tạp chất hay khi hàm lượng
tạp chất thấp
 Các trường hợp:
• Etạp > EM: tạp không tan → tách khỏi anod dưới dạng bùn
• Etạp ~ EM: tạp cùng tan và cùng bị khử → loại tạp trước hoặc làm thay
đổi thế bằng tác nhân tạo phức
• Etạp < EM: tạp hòa tan nhưng không bị khử ở catod

Quá trình điện cực

Anod: KL M thô

Catod: KL M tinh

M – ne– → Mn+

Mn+ + ne– → M


Các phương pháp tinh luyện
Phương pháp phân hủy nhiệt
 Chuyển KL thành hợp chất dễ bay hơi (phức cacbonyl)
Phân hủy nhiệt thu KL tinh khiết
Ví dụ: Tinh chế Ni: cho KL thô + CO → phức Ni(CO)n dễ bay hơi
Phức được đưa ra ngoài và phân hủy nhiệt

Phương pháp chưng cất chân không
 Sử dụng nếu tạp và KL bay hơi ở nhiệt độ khác nhau
• ĐK chân không: tránh bề mặt KL bị oxi hóa → giảm quá trình bay hơi


Các phương pháp tinh luyện
Ví dụ về luyện vàng
 Khi kích thước hạt vàng lớn: phương pháp hỗn hống
• Hòa tan tinh quặng vào Hg, Au dễ tạo hỗn hống
• Tạp Cu, Fe, Al, Ni,… không tạo hỗn hống ở nhiệt độ thường
 Khi kích thước hạt vàng mịn: phương pháp cianur
• Hoà tách vàng rồi xi măng hóa
4Au + 8CN– + O2 + 2H2O → 4[Au(CN)2]– + 4OH–
2[Au(CN)2]– + Zn → 2Au + [Zn(CN)4]2–
 Khi kích thước hạt vàng lớn: phương pháp tuyển trọng lực

 Khi kích thước hạt vàng rất mịn: phương pháp tuyển nổi