Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm kẽm cacbonat bazơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm kẽm cacbonat bazơ trình bày quá trình khảo sát và tối ưu hóa các thông số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp kẽm carbonat bazơ như: tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4, nồng độ dung dịch NH4HCO3 và ZnSO4, ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng thu nhận sản phẩm kẽm cacbonat bazơ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm kẽm cacbonat bazơ

KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT THU HỒI VÀ CHẤT LƢỢNG SẢN PHẨM KẼM CACBONAT BAZƠ INVESTIGATION OF FACTORS AFFECTING THE RECOVERY EFICIENCY AND PRODUCTION QUALITY OF BASIC ZINC CARBONATE NGUYỄN ĐÌNH ĐĂNG, NGUYỄN TIẾN TÙNG Viện Công nghệ xạ hiếm, 48 Láng Hạ, Đống Đa, Hà Nội Email: dangnd@hus.edu.vn Tóm tắt: Nghiên cứu này là một phần của quá trình hoàn thiện công nghệ sản xuất kẽm cacbonat bazơ trong dự án cấp bộ “Hoàn thiện công nghệ và xây dựng dây chuyền công nghệ sản xuất kẽm cacbonat bazơ có hàm lượng kẽm ≥ 57% công suất 150 tấn/năm theo phương pháp axit với tác nhân kết tủa là amoni bicacbonat từ các phế liệu chứa kẽm” năm 2018-2019 được thực hiện tại Viện Công nghệ xạ hiếm. Báo cáo trình bày quá trình khảo sát và tối ưu hóa các thông số ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp kẽm carbonat bazơ như: tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4, nồng độ dung dịch NH4HCO3 và ZnSO4, ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng thu nhận sản phẩm kẽm cacbonat bazơ. Từ các kết quả nghiên cứu trên án lựa chọn các điều kiện công nghệ tối ưu để nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả của quá trình sản xuất. Từ khóa: kẽm cacbo nat bazơ,. Abstract: This study is a part of the 2018-2019 R&D project "The improvement of Technology and Construction of a Production Line for production of Basic Zinc Carbonate (57% Zn), capacity of 150 tons/year using zinc containing residues acid leaching and ammonium hydrocarbonate as a precipitatiing agent" which have been conducting at the Institute For Technology of radioactive and Rare elements. The report presents the process of investigation and optimizion of the parameters affecting the synthesis process of basic zinc carbonate such as NH4HCO3 and ZnSO4 concentrations, the ratio of NH4HCO3/ZnSO4, time and temperature for precipitation of basic zinc carbonate. From the research results, a preferrential technological conditions was determined for improving product quality and efficiency of the Basic Zinc carbonate production process. Keywords: Basic Zinc Carbonate. I. GIỚI THIỆU Nghiên cứu này là một phần của dự án cấp bộ “Hoàn thiện công nghệ và xây dựng dây chuyền công nghệ sản xuất kẽm cacbonat bazơ có hàm lượng kẽm ≥ 57% công suất 150 tấn/năm theo phương pháp axit với tác nhân kết tủa là amoni bicacbonat từ các phế liệu chứa kẽm” năm 2018-2019 được thực hiện tại Viện Công nghệ xạ hiếm. Báo cáo trình bày kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm kẽm cacbonat bazơ như: ảnh hưởng của của tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4, ảnh hưởng của nồng độ NH4HCO3 và ZnSO4, ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng. Từ các kết quả nghiên cứu trên giúp lựa chọn các điều kiện công nghệ tối ưu cho quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm kẽm cacbonat bazơ đạt chất lượng. Hiện nay, các công ty như Tổng công ty dung dịch khoan và hóa phẩm dầu khí (DMC), Công ty CP giầy Thượng Đình,… chỉ chấp nhận sử dụng kẽm cacbonat bazơ có hàm lượng
Zn ≥ 57% và hạn chế sử dụng kẽm cacbonat trung tính, trong khi đó tại Việt Nam chưa có sở sở sản xuất để đáp ứng cho các ngành công nghiệp này. Điều này đặt ra vấn đề cấp thiết cần có sản phẩm kẽm cacbonat bazơ để cung cấp cho thị trường trong nước, ngoài ra còn có thể xuất khẩu sang thị trường khác trong khu vực. Sản phẩm kẽm cacabonat bazơ có chất lượng: Zn ≥ 57%, Pb ≤ 0,05, SO42- ≤ 0,8 được tổng hợp theo phương pháp axit với tác nhân kết tủa là amoni bicacbonat từ các phế liệu chứa kẽm của quá trình sản xuất ZnO (90-95%) tại Trung tâm Triển khai công nghệ - Viện Công nghệ xạ hiếm. Hiện tại, các phế liệu này có khối lượng khoảng 12 - 15 tấn/tháng hàm lượng Zn ≈ 70% với các tạp chất chủ yếu là Fe, Pb. Sản phẩm này có nhiều đặc tính ưu việt hơn hẳn kẽm cacbonat trung tính, nó không chỉ được sử dụng cho công nghiệp cao su mà còn có thể cung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác như công nghiệp sơn, chế phẩm dung dịch dầu khí, thức ăn chăn nuôi, dược phẩm,… Ngoài ra kẽm cacbonat bazơ còn là tiền chất để tổng hợp kẽm oxit hoạt tính được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như thủy tinh, thức ăn, đồ gốm, sơn, cao su, lọc dầu, mạ điện, thép đặc biệt, hợp kim, khoa học quốc phòng,…bằng phương pháp nung phân hủy. t 2ZnCO3.3Zn(OH)2 5ZnO + 2CO2 + 3H2O 1.1. Các phƣơng pháp tổng hợp sản phẩm kẽm cacbonat bazơ Trong công nghiệp, sản phẩm kẽm cacbonat bazơ được tổng hợp bằng hai phương pháp chính: phương pháp amoni và phương pháp axit. Với phương pháp amoni: phế liệu chứa kẽm sẽ được hòa tách bằng hỗn hợp dung dịch amoniac/amoni cacbonat, dung dịch sau hòa tách được làm sạch và thủy phân để thu sản phẩm kẽm cacbonat bazơ. Do có sự hòa tách chọn lọc kẽm của hỗn hợp dung dịch amoniac/amoni cacbonat mà không hòa tan các tạp chất khác như Fe, Mn, Al, Pb nên sản phẩm kẽm cacbonat bazơ có độ sạch rất cao. Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư vào hệ thống thiết bị rất lớn như: thiết bị chứa dung dịch amoni, thiết bị hòa tách, thiết bị thủy phân, thiết bị xử lý khí,… Với phương pháp axit: phế liệu chứa kẽm sẽ được hòa tách bằng axit sunfuric kết hợp với điều chỉnh pH của dung dịch, dùng tác nhân oxi hóa H2O2 để tách loại sắt và thu được dung dịch kẽm sunfat có nồng độ 240-250g/l với độ sạch cao. Sau đó dùng tác nhân kết tủa là amoni bicacbonat để kết tủa kẽm thu được sản phẩm kẽm cacbonat bazơ nhưng có chất lượng không tốt bằng phương pháp amoni. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí về thiết bị không quá cao, dễ vận hành sản xuất do vậy dự án sẽ định hướng nghiên cứu phương pháp này. 1.2. Cơ sở lý thuyết tổng hợp kẽm cacbonat bazơ bằng phƣơng pháp axit
Kẽm cacbonat bazơ được tổng hợp bằng phương pháp axit từ phản ứng của kẽm sunfat và amoni bicacbonat. ZnSO4 + 2NH4HCO3→ZnCO3↓ + (NH4)2SO4 + CO2. (1) ZnSO4 + 2NH4HCO3→Zn(OH)2↓ +(NH4)2SO4 + CO2+H2. (2) 5ZnSO4 + 10NH4HCO3→2ZnCO3.3Zn(OH)2↓ + 5(NH4)2SO4 + 8CO2 + H2O (3) Dựa vào nhiệt động lực học, năng lượng Gibbs của các phản ứng trên ∆G < 0 (∆G1= - 21,8KJ/mol, ∆G2= - 42,4KJ/mol, ∆G3= - 167KJ/mol), hằng số cân bằng của phản ứng tạo thành kẽm cacbonat bazơ (phản ứng 3) K3 = 1029,3 rất lớn nên phản ứng này xảy ra theo chiều thuận và ở điều kiện thường[4]. Sản phẩm kẽm cacbonat bazơ được tao thành do sự kết tủa đồng thời của hai kết tủa ZnCO3 và Zn(OH)2 trong dung dịch phản ứng.
II. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất và dụng cụ Dung dịch kẽm sunfat. Dung dịch amoni bicacbonat. Cốc thủy tinh chịu nhiệt 1L, 2L, ống đong 500mL, 1000ml Máy khuấy Máy đo pH và nhiệt độ Lò nung, tủ sấy 2.2. Các phƣơng pháp phân tích kiểm tra sản phẩm Trong quá trình thí nghiệm chúng tôi áp dụng phương pháp chuẩn độ hóa học bằng EDTA để xác định hàm lượng kẽm trong dung dịch ban đầu, hàm lượng kẽm trong nước lọc sau phản ứng và hàm lượng kẽm trong sản phẩm sau khi sấy. Để nghiên cứu một số tính chất vật lý ( kích thước hạt, diện tích bề mặt, cấu trúc và thành phần của sản phẩm) dự án còn sử dụng các phương pháp: ICP, SEM, X-Ray, BET. 2.3. Chuẩn bị các dung dịch thí nghiệm Kẽm sunfat Kẽm sunfat được chuẩn bị bằng cách hòa tan các phế liệu chứa kẽm bằng axit sunfuric sau đó qua quá trình tinh chế tách loại các tạp chất để thu được dung dịch kẽm sunfat sạch. Thành phần kẽm và các tạp chất có trong phế liệu chứa kẽm được thể hiện ở bảng 1. Bảng 1: Thành phần kẽm và các tạp chất có trong phế liệu chứa kẽm Thành phần Zn Pb Fe Al Mn Hàm lượng (%) 75,58 0,45 0,46 0,04 0,05 Các phế liệu chứa kẽm từ quá trình sản xuất ZnO (90-95%) nên có hàm lượng các tạp chất rất thấp (chủ yếu là sắt và chì) dễ tách loại bằng phương pháp hóa học. Chì sẽ được tách loại ở dạng kết tủa chì sunfat trong giai đoạn hòa tách, sắt sẽ được tách loại ở dạng kết tủa sắt (III) hidroxit ở pH ≈ 5,4 với tác nhân oxi hóa là H2O2 trong giai đoạn tinh chế dung dịch. Nồng độ kẽm sunfat tối ưu sau khi tinh chế dung dịch là 240 – 250g/l [1]. ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O PbO + H2SO4 → PbSO4↓ + H2O 2Fe(OH)2 + H2O2 → 2Fe(OH)3↓
Bảng 2: Thành phần các tạp chất trong dung dịch kẽm sunfat sau khi tinh chế. Thành phần Fe Pb Al Hàm lượng (ppm) < 0,08 13,7 0,06 Amoni bicacbonat Amoni bicacbonat là hóa chất công nghiệp có độ tinh khiết ≥ 99,2%, phân hủy ở nhiệt độ 41,90C và có độ tan theo nhiệt độ ở bảng 3 Bảng 3: Độ tan của amoni bicacbonat theo nhiệt độ Nhiệt độ (oC) 0 20 25 40 Độ tan (g/L) 119 216 248 336 Trong quá trình thí nghiệm để tránh sự phân hủy muối amoni bicacbonat ảnh hưởng đến môi trường chúng tôi chỉ khảo sát đến nồng độ 300g/l. 2.4. Thực nghiệm Dựa vào phương trình phản ứng tạo thành sản phẩm kẽm cacbonat bazơ (phản ứng 3 mục 1.2) chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm kẽm cacbonat bazơ. Các thông số được khảo sát:  Thứ tự cấp hóa chất cho phản ứng kết tủa.  Ảnh hưởng của tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4.  Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng.  Ảnh hưởng của thời gian phản ứng.  Ảnh hưởng của nồng độ NH4HCO3 và ZnSO4. Sau khi kết thúc phản ứng tiến hành kiểm tra các thông số sau: pH của dung dịch, hàm lượng kẽm còn dư trong dung dịch, độ ẩm, hàm lượng kẽm trong sản phẩm sau khi sấy, phân tích ảnh SEM bề mặt và diện tích bề mặt riêng của sản phẩm.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát thứ tự cấp hóa chất phản ứng kết tủa Trong quá trình thực nghiệm, dung dịch kẽm sunfat có pH ≈ 5,4 và dung dịch amoni bicacbonat có pH ≈ 9,5 sự thay đổi pH trong qua trình thực hiện phản ứng kết tủa sẽ ảnh hưởng đến thành phần và chất lượng của sản phẩm kẽm cacbonat bazơ. Do vậy cần phải khảo sát thứ tự cấp hóa chất cho phản ứng kết tủa để thu được sản phẩm kẽm cacbonat bazơ đạt tiêu chuẩn hàm lượng kẽm ≥ 57%, Pb ≤ 0,05, SO42- ≤ 0,8. Các thí nghiệm khảo sát được tiến hành như sau: nồng độ dung dịch ZnSO4 100g/l, nồng độ dung dịch NH4HCO3 100g/l, tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 1,10, thời gian phản ứng là 60 phút và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thường. Thí nghiệm 1: Cho dung dịch amoni bicacbonat vào dung dịch kẽm sunfat Thí nghiệm 2: Cho dung dịch kẽm sunfat vào dung dịch amoni bicacbonat Thí nghiệm 3: Cho đồng thời dung dịch kẽm sunfat vào dung dịch amoni bicacbonat Sau khi kết thúc phản ứng tiến hành kiểm tra các thông số sau: pH của dung dịch, hàm lượng kẽm còn dư trong dung dịch, khối lượng sản phẩm trước và sau khi sấy ở nhiệt độ 1500C, hàm lượng kẽm trong sản phẩm. Bảng 4: Kết quả các mẫu thí nghiệm theo cách thức tiến hành phản ứng Hàm lượng Zn Hiệu suất pH trong sản phẩm (%) thu hồi (%) Trước phản ứng Kết thúc phản ứng Thí nghiệm 1 57,5 98,5 5,4 7,35 Thí nghiệm 2 53,5 97,5 9,5 7,40 Thí nghiệm 3 57 97,8 7,0 7,30 Từ bảng kết quả của 3 thí nghiệm trên, thí nghiệm 1 và 3 có hàm lượng Zn trong sản phẩm đạt tiêu chuẩn còn thí nghiệm 2 thì không nguyên nhân là do ảnh hưởng của pH đến quá trình hình thành kết tủa ZnCO3 và Zn(OH)2. Thí nghiệm 2: pH của phản ứng giảm từ 9,5 xuống 7,40 do đó ưu tiên hình thành kết tủa ZnCO3 còn Zn(OH)2 sẽ tan trong dung dịch NH4HCO3 tạo thành phức chất hidroxo zinccat mà không có sự hình thành đồng thời hai kết tủa ZnCO3 và Zn(OH)2 do vậy sản phẩm có hàm lượng kẽm thấp (≈ 53,5%). Thí nghiệm 1 và 3: pH của phản ứng tăng từ 5,4 đến 7,35 và 7,0 đến 7,3 ở phản ứng này kết tủa ZnCO3, Zn(OH)2 được hình thành đồng thời, sản phẩm kẽm cacbonat bazơ thu được có hàm lượng kẽm đạt yêu cầu (≥ 57%). Để thuận tiện trong quá trình khảo sát chúng tôi lựa
chọn thực hiện các thí nghiệm tiếp theo theo thí nghiệm 1 còn thí nghiệm 3 khi đã xác định đầy đủ các thông số ảnh hưởng sẽ tiến hành khảo sát ở quy mô sản xuất thực nghiệm. 3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 Dựa vào phản ứng tạo thành kết tủa kẽm cacbonat bazơ (phản ứng 3, mục 1.2), chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 và xây dựng mối liên hệ giữa tỷ lệ và hiệu suất thu hồi của phản ứng. Các thí nghiệm khảo sát được tiến hành như sau: nồng độ dung dịch kẽm sunfat 150g/l, nồng độ dung dịch amoni bicacbonat 250g/l, thời gian phản ứng 60 phút và thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thường. Thay đổi tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 từ 1,00 đến 1,20 Bảng 5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 Tỷ lệ pH Hàm lượng Zn trong Độ ẩm (%) Hiệu suất thu sản phẩm (%) hồi (%) 80 1,00 6,60 56,58 94,40 80 1,05 6,77 57,26 97,05 80 1,10 6,93 57,73 98,67 80 1,15 7,37 58,38 98,76 80 1,20 7,53 58,00 97,50 Hình 1: Ảnh SEM bề mặt sản phẩm kẽm cacbonat bazơ khi thay đổi tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 Từ bảng 5 và hình 1: đối với tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 từ 1,00 đến 1,05 hiệu suất thu hồi của sản phẩm thấp, sản phẩm tồn tại ở dạng vô định hình, phân bố không đồng đều. Đối với tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 từ 1,10 đến 1,20 hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, sản phẩm có dạng
hình cầu rõ ràng và phân tán đều trên bề mặt. Do vậy, dự án lựa chọn tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 tối ưu để khảo sát là 1,10. 3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng kết tủa Từ các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 xuất hiện một số hiện tượng như sau: nhiệt độ của phản ứng giảm từ 2-30C, kết tủa kẽm cacbonat bazơ ngậm một lượng nước rất lớn (độ ẩm ≈ 80%) điều này làm tốn chi phí và thời gian sấy để thu được sản phẩm đạt chất lượng. Do vậy chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến độ ẩm của sản phẩm trước khi sấy. Các thí nghiệm được thực hiện như sau: tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 1,10, nồng độ dung dịch NH4HCO3 150g/l, nồng độ dung dịch ZnSO4 250g/l và thời gian phản ứng 60 phút. Thay đổi nhiệt độ phản ứng từ 350C đến 700C. Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến các thông số sau phản ứng Hàm lượng Zn Hiệu suất Nhiệt độ Độ ẩm Hàm lượng Zn dư Kích thước trong sản phẩm thu hồi (%) (0C) (%) trong dung dịch (g/l) hạt (µm) (%) 70 58,50 61,5 8,35 72,44 ≥50 60 57,96 64,0 4,9 83,8 ≥40 50 56,46 66,7 0,80 97,4 ≤20 40 57,98 77,7 0,51 98,3 ≥10 35 58,80 80,0 0,23 99,2 ≥3 Từ bảng 6, nhiệt độ của phản ứng ảnh hưởng đến các thông số của phản ứng: độ ẩm của kết tủa giảm, độ tan của kẽm trong nước lọc tăng và kích thước hạt của sản phẩm tăng. Tại nhiệt độ 350C (nhiệt độ thường) sản phẩm kẽm cacbonat bazơ có chất lượng tương tự mục 3.2. Khi nhiệt độ phản ứng ≥ 60 thì độ ẩm giảm nhưng hàm lượng kẽm trong dung dịch và kích thước hạt lại tăng lên. Tại giá trị nhiệt độ phản ứng là 500C thì các thông số như độ ẩm, hàm lượng kẽm dư trong dung dịch và kích thước hạt đạt giá trị tốt nhất. 3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian phản ứng Trong dung dịch phản ứng ZnCO3 và Zn(OH)2 sẽ tan một phần khi tăng nhiệt độ và thời gian phản ứng. Do vậy cần khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tại nhiệt độ 500C để phản ứng kết tủa đạt hiệu suất tốt. Các thí nghiệm được thực hiện như sau: Cố định tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 1,10, 500ml dung dịch NH4HCO3 nồng độ 150g/l, 330ml dung dịch ZnSO4 nồng độ 250g/l và nhiệt độ phản ứng là 500C. Thời gian phản ứng thay đổi từ 20 phút đến 80 phút
Bảng 7: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến chất lượng sản phẩm Thời gian Hàm lượng Zn Hàm lượng Zn dư Hiệu suất thu Ghi chú (phút) trong sản phẩm trong dung dịch hồi (%) (%) (g/l) 20 56,4 0,58 98,1 Thời gian phản ứng 40 57,5 0,32 98,9 Thời gian duy trì phản ứng 60 57,8 0,46 98,5 80 58,05 0,75 97,5 Từ các số liệu tại bảng 7, với thời gian cho dung dịch NH4HCO3 vào phản ứng là 20 phút dựa án lựa chọn khoảng thời gian phản ứng 40 phút. 3.5. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ kẽm sunfat và amoni bicacbonat Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ kẽm sunfat Các thí nghiệm được tiến hành như sau: tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 là 1,10, nồng độ NH4HCO3: 250g/l, nhiệt độ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng 60 phút. Nồng độ ZnSO4 thay đổi từ 100g/l đến 250g/l. Bảng 8: Ảnh hưởng của nồng độ kẽm sunfat đến hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm [ZnSO4] Hàm lượng Zn trong Hàm lượng Zn dư Hiệu suất thu Kích thước sản phẩm (%) sau phản ứng (g/l) hồi (%) hạt (µm) 100 58,03 0,36 98,8 ≤20 150 57,50 0,49 98,4 ≤20 200 57,73 0,75 97,5 ≥20 250 58,08 1,14 96,3 ≥20 Hình 2: Ảnh SEM ảnh hưởng của nồng độ đến kích thước hạt Từ bảng số liệu 8 và hình 2, thì nồng độ kẽm sunfat tối ưu dùng để thực hiện các khảo sát tiếp theo là 150g/l
Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ amoni bicacbonat Các thí nghiệm được tiến hành như sau: tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 là 1,10, nồng độ dung dịch ZnSO4 150g/l, nhiệt độ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng 60 phút, cố định tốc độ khuấy. Nồng độ dung dịch NH4HCO3 thay đổi từ 150g/l đến 300g/l. [NH4HCO3] Hàm lượng Zn trong Hàm lượng Zn dư sau Hiệu suất thu hồi sản phẩm (%) phản ứng (g/l) (%) 150 57,20 0,54 98,2 200 57,26 0,50 98,4 250 57,54 0,50 98,4 Qua các khảo sát đã trình bày ở trên dự án đã tiến hành tổng hợp sản phẩm kẽm cacbonat bazơ với các điều kiện như sau: Tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 là 1,10, nồng độ dung dịch ZnSO4 150g/l, nồng độ dung dịch NH4HCO3 250g/l, nhiệt độ phản ứng: 500C, thời gian phản ứng 60 phút. Sản phẩm thu được có chất lượng như sau: Hình 3: Giản đồ phân tích nhiệt của sản phẩm kẽm cacbonat bazơ
Từ hình 3, sản phẩm kẽm cacbonat bazơ bắt đầu phân hủy mạnh ở khoảng nhiệt độ từ 200 đến 2700C và mạnh nhất tại nhiệt độ 245,270C do vậy cần khống chế nhiệt độ sấy sản phẩm ≤ 2000C. Hình 4: Giản đồ X-Ray của sản phẩm kẽm cacbonat bazơ Từ hình 4, giản đồ X-Ray cho thấy sản phẩm chỉ tồn tại pha kem cacbonat bazơ với công thức Zn5(CO3)2(OH)6 mà không lẫn các tạp chất khác hoặc tồn tại riêng rẽ 2 pha là ZnCO3 và Zn(OH)2. Hình 5 Kết quả phân tích hóa học của sản phẩm kẽm cacbonat bazơ
IV. KẾT LUẬN Qua quá trình thực nghiệm nghiên cứu khảo sát, dự án đưa ra một số kết luận như sau: 1. Khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ thường cho sản phẩm kẽm cacbonat bazơ có chất lượng tốt và kích thước hạt rất nhỏ (≈3µm) nhưng độ ẩm của sản phẩm trước sấy lớn nên tiêu tốn nhiều nhiệt để sấy. Khi thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao thì độ ẩm của sản phẩm trước sấy nhỏ nhưng kích thước hạt của sản phẩm lớn (≤ 20µm) 2. Các điều kiện tối ưu để thu được sản phẩm kẽm cacbonat bazơ có chất lượng Zn ≥57%, Pb ≤ 0,05, SO42 ≤ 0,8: Tỷ lệ NH4HCO3/ZnSO4 tối ưu là 1,10. Nhiệt độ thực hiện phản ứng là 500C. Nồng độ dung dịch kẽm sunfat đem kết tủa là 150g/l. nồng độ dung dịch amoni bicacbonat là 250g/l 3. Cần nghiên cứu tận thu sản phẩm phụ (NH4)2SO4, thực hiện phản ứng cho đồng thời kẽm sunfat và amoni bicacbonat.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Đình Thịnh, “ Hoàn thiện công sản xuất kẽm cacbonat dùng làm chất tăng cường lưu hóa cao su không màu trong công nghiệp da giày”, DA02/2005 [2] Trần Ngọc Vượng “Nghiên cứu thăm dò khả năng hòa tách thu hồi kẽm từ quặng kẽm oxit Bắc Kạn”, năm 2013 [3] Method of preparing zinc cacbonate, US patent US 2003/0031617 A1. [4]Yuanhua Lin, Zilong Tang, and Zhongtai Zhang, “Preparation of nanometer zinc oxide powders by plasma pyrolysis technology and their applications”, J. Am. Ceram. Soc., 83 2869–71 (2000).