Nghiên cứu khả năng hòa tách niken và đồng từ tinh quặng niken ôxit đã được hoàn nguyên sơ bộ trong dung môi amôni

    Tinh quặng sau hoàn nguyên sơ bộ có thành phần pha như đã nêu trên được cho vào dung môi amôni cacbonat với nồng độ theo giả định hoà tan hết hỗn hợp FeNi chiếm 10% trong 1000g tinh quặng là 2.6 mol (NH₄)₂CO₃ + 2mol O₂. Tức là để hoà tan hết 1000g tinh quặng sau hoàn nguyên cần 250g (NH₄)₂CO₃ + 32g O₂.

    Quá trình hoà tách được thực hiện một lần với sự khuấy trộn liên tục trong 6h với tốc độ 200-250 vòng/phút, dung dịch hoà tách được gia nhiệt và duy trì ở nhiệt độ (60÷70) °C. Amôni cacbonat được cung cấp theo 3 phương án: cung cấp toàn bộ lượng dung môi amôni một lần; cung cấp một nửa lượng dung môi amôni ngay khi bắt đầu hoà tách và dẫn truyền từ từ (theo kiểu truyền huyết thanh) lượng dung môi còn lại cho đến khi kết thúc hoà tách; cung cấp dần dần theo kiểu truyền dẫn huyết thanh (nhỏ giọt hoặc dòng nhỏ).

    Các quá trình này sẽ diễn ra trong khoảng thời gian 6h. Riêng ôxy được cung cấp bởi hyđrô perôxyt H₂O₂ theo một biện pháp dẫn truyền dần dần cho cả 3 phương án với tính toán như sau: truyền một nửa lượng peroxyt trong 2h đầu tiên, còn lại truyền tiếp trong 4h sau đó. Biện pháp dẫn truyền là để bảo đảm phản ứng xảy ra tương đối triệt để và hạn chế tối đa sự bay hơi của oxy và hợp chất amôniac là sản phẩm trung gian, được tạo thành trong quá trình phản ứng.

3. Kết quả và thảo luận

    Dung dịch sau mỗi đợt hoà tách được phân tích theo phương pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP- AES model 7500a tại Viện Công nghệ xạ hiếm. Từ kết quả phân tích ICP có thể tính toán được lượng niken và đồng thu hồi.

Tỷ lệ thu hồi niken sau hoà tách q, %
TT	Phương án cấp dung môi	Thời gian hoà tách , h
		0,5	1,5	3	4,.5	6
1	Cấp toàn bộ 1 lần	35,17	43,41	46,84	48,73	49,44
2	Cấp dần một phần	31,05	46,73	56,01	61,88	63,03
3	Cấp dần toàn bộ	10,03	28,92	55,83	62,02	62,66

Bảng 2. Tỷ lệ thu hồi niken bằng dung môi amôni cacbonat phụ thuộc vào thời gian hoà tách và biện pháp cấp dung môi amôni

Hình 3

    Kết quả thu hồi được đưa vào bảng 2 và được biểu diễn bằng đồ thị ở hình 3. Căn cứ vào bảng 2 và các đồ thị được biểu diễn trên hình 3 thấy rằng ở hai trường hợp đầu tốc độ hoà tách tăng nhanh theo quy luật tuyến tính. Nhưng ở trường hợp 1 quy luật này chỉ duy trì trong khoảng thời gian ban đầu từ 0 đến 1h liên quan đến việc chất dung môi amôni được cấp đầy đủ 1 lần ngay từ đầu khiến phản ứng hoà tách xảy ra rất mãnh liệt.

    Tuy nhiên kèm theo đó, các sản phẩm khí NH₃ trung gian cũng được hình thành ồ ạt, một phần của chúng vẫn tiếp tục tham gia phản ứng và một phần không nhỏ bốc hơi thoát ra ngoài, dẫn đến hàm lượng của chất dung môi bị hao hụt nhanh chóng và khiến cho tốc độ phản ứng chậm dần. Đó là lý do vì sao sau 2h, phản ứng hoà tách gần như bị khống chế và đường cong biểu diễn quá trình này đạt tiệm cận ở mức xấp xỉ 50%. ở trường hợp 2, do dung môi được cấp có thể coi là đủ để phản ứng xảy ra gẩn như triệt để và quy luật tuyến tính được duy trì gần giống với trường hợp 1 trong thời gian 1h đầu tiên. Sau đó phần dung môi còn lại được cấp dần, tránh được hiện tượng thất thoát ồ ạt sản phẩm thứ cấp NH₃.

    Nhờ duy trì được nồng độ dung môi ở một mức cao hơn so với trường hợp 1 nên quá trình hoà tách vẫn tiếp tục diễn ra nhưng quy luật tuyến tính dần dần bị mất và đồ thị từ đó về sau là đường cong có xu hướng tiệm cận với giá trị ổn định q = 63%. Tỷ lệ thu hồi niken trong trường hợp này cao hơn trường hợp đầu gấp 1,25 lần.

    Còn ở trường hợp 3, do trong khoảng thời gian đầu tiên, nồng độ dung môi còn quá thấp nên phản ứng xảy ra chậm và đồ thị là đường thẳng (tuyến tính) với góc nghiêng rất thấp. Sau một thời gian cấp dần (sau khoảng 0,5h) nồng độ dung môi có thể đã đủ lớn để phản ứng xảy ra nhanh hơn và đồ thị là đường thẳng với góc nghiêng lớn hơn được duy trì trong khoảng thời gian từ 0,5 đến 3h. Sau đó quá trình hoà tách bị chậm lại giống như ở trường hợp 2 đã nêu ở trên. Có thể thấy rằng hiệu quả hoà tách theo phương án 1 tương đối thấp (chỉ đạt 50%).

    Còn theo phương án 2 và 3 tỷ lệ thu hồi tối đa niken đạt mức xấp xỉ 63%. Các nguyên nhân khiến phản ứng hoà tách sau một thời gian nhất định bị ức chế có thể là do ảnh hưởng của các tác nhân như: kích thước hạt tinh quặng, mức độ hoàn nguyên tinh quặng, mức độ bão hoà của ion niken đã được hoà tan, hoặc trên bề mặt các hạt kim loại xuất hiện màng thụ động…

No	Elements	Content, mg/l	No	Elements	Content, mg/l
1	Na	16,167	13	Zn	15,44
2	Mg	6,293	14	Ga	0,016
3	K	10,507	15	Se	0,238
4	Ca	9,273	16	Rb	0,056
5	Sc	0,002	17	Sr	0,071
6	Ti	0,030	18	Mo	0,482
7	Cr	0,205	19	Ag	0,001
8	Mn	0,143	20	Cd	0,004
9	Fe	6,92	21	Sb	0,024
10	Co	2,67	22	W	0,029
11	Ni	3444,4	23	Pb	0,067
12	Cu	564,41	24	U	0,005

Bảng 3. Thành phần dung dịch hoà tách theo phương án cấp dần dung môi amôni

    Đây là các vấn đề còn cần phải tiếp tục đầu tư nghiên cứu chuyên sâu để làm sáng tỏ hơn nữa cơ chế hoà tan của các hạt mixmetal trong tinh quặng. Dung dịch hoà tách sau khi loại bỏ cặn được giới thiệu ở hình 4 với thành phần các nguyên tố ở bảng 3. Căn cứ vào kết quả phân tích bằng phương pháp ICP-MS nêu trên bảng 3 thì dung dịch hoà tách với hàm lượng niken > 3 g/lit được coi là đạt yêu cầu để sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình điều chế tiếp các hợp chất chứa niken tiếp theo, được thực hiện theo phản ứng 13.

Hình 4. Mẫu dung dịch hoà tách bằng dung môi  amôni

4. Kết luận

    – Có thể hoà tách niken và đồng bằng dung môi amôni. Phương pháp này cho phép thu được các phức chất amoniacad đồng và niken với độ sạch tương đối cao, đạt trên 99,8% (bảng 3).

    – Quá trình hoà tách thí nghiệm theo các phương án cấp dung môi khác nhau sẽ cho hiệu suất thu hồi niken khác nhau. Trong đó các phương án cấp dần dung môi cho hiệu suất thu hồi niken cao nhất, có thể thu hồi đạt tới 63% niken từ tinh quặng niken oxit sau hoàn nguyên sơ bộ.

    – Như vậy để thu hồi được toàn bộ niken và đồng cần phải hoà tách lặp lại vài lần theo các phương án cấp dần dung môi. Hiện nay Viện Khoa học vật liệu đang tiếp tục hoàn thiện phương pháp hoà tách này để có thể áp dụng vào thực tiễn sản xuất trong thời gian tới.

[symple_box color=”yellow” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]

Tài Liệu Tham Khảo

1. J.E.Silva, D.Soares et all. Leaching behaviour of a galvanic sludge in sulfuric acid and ammoniacal media, Journal of Hazardous material, B121, 2005
2. F. Kadlec a kol, Vyroba nezelezných kovu. SNTL, Praha 1971
3. Phạm Đức Thắng, Nghiên cứu thử nghiệm công nghệ chế tạo niken kim loại từ tinh quặng niken Bản Phúc – Sơn la, Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Viện KHVL, Hà Nội, 2009
4. Hoàng Nhâm, Hoá vô cơ, T2-3, NXB Giáo dục, 1999
5. Đoàn Đình Phương, Phạm Đức Thắng và cộng tác viên. Về khả năng chế biến quặng ilmenit đồng thời thành rutin nhân tạo và bột mầu sắt đỏ,TC Kim loại, số 18, tháng 6/2008 (Số kỷ niệm 15 năm thành lập Viện khoa học vật liệu)

[/symple_box][symple_clear_floats]