MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION.............................3
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA KỸ THUẬT TRAO ĐỔI ION TRONG LUYỆN
KIM.............................................................................................................................22
KẾT LUẬN.................................................................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................31
MỞ ĐẦU
Trao đổi ion (IX) theo truyền thống được sử dụng để khử ion nước và loại bỏ
các chất gây ô nhiễm kim loại khỏi nước thải hoặc dòng loãng. Tuy nhiên, trong một
1
phần tư thế kỷ qua, ứng dụng của nó trong việc loại bỏ tạp chất kim loại dạng vết khỏi
quá trình thủy luyện kim (với nồng độ kim loại nền dao động từ 50 đến 100 g/L) đã
tăng lên đáng kể. Nó cũng được sử dụng để thu hồi sơ cấp và tập trung một số mặt
hàng nhất định.
Lịch sử ứng dụng IX trong thủy luyện kim rất thú vị. Là một phần của dự án
Manhattan trong Thế chiến II, IX được sử dụng để tách uranium từ dung dịch lọc và để
tách các nguyên tố transuranium (1). IX kể từ đó đã có lịch sử lâu dài trong lĩnh vực
xử lý hạt nhân và nhiều hoạt động quy mô lớn nhất là nhằm thu hồi uranium. Ngành
công nghiệp này đi tiên phong trong việc phát triển nhựa để chiết xuất kim loại, công
tắc tơ chuyên dụng và các phương pháp tiếp xúc mới, chẳng hạn như nhựa trong bột
giấy (RIP).
Vào những năm 1950, IX nhận được sự chú ý nhờ việc thu hồi vàng từ dung
dịch xyanua; báo cáo đầu tiên thành công ứng dụng ra khỏi Liên Xô vào những năm
1970.
Với sự ra đời của công nghệ than hoạt tính và cacbon trong bột giấy (CIP) vào
những năm 1970 và 1980, các ứng dụng nhựa để thu hồi kim loại quý đã nhận được sự
chú ý mới và từ đó đã được các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất nhựa hỗ trợ và cải tiến
đều đặn.
Việc thu hồi uranium và vàng bằng IX liên quan đến việc chiết xuất sơ bộ các
kim loại tương ứng từ dung dịch lọc loãng và tận dụng tỷ lệ nâng cấp cao được công
nghệ hỗ trợ. Các ứng dụng gần đây hơn, được hỗ trợ bởi sự phát triển của các loại
nhựa đặc biệt và có tính chọn lọc cao, liên quan đến các ứng dụng làm sạch và nhặt rác
trong ngành công nghiệp kim loại cơ bản, trong đó IX được sử dụng để thu hồi hàm
lượng kim loại tạp chất thấp từ các dung dịch đậm đặc, chẳng hạn như loại bỏ kẽm gây
ô nhiễm và đồng từ chất điện phân coban đậm đặc trước khi điện hóa (EW). Các ứng
dụng thu gom cũng ngày càng phù hợp trong ngành công nghiệp kim loại quý, nơi
nhựa được sử dụng để thu hồi nồng độ thấp các thành phần có giá trị từ quá trình đã
qua sử dụng và nước thải.
Kiến thức đã được cải thiện về quy trình và lợi thế về chi phí mà công nghệ này
có thể mang lại trong các bảng quy trình phức tạp. Các loại nhựa hiện đại có thể có
2
tính chọn lọc cao và bền; Nhìn chung, IX cho thấy những ưu điểm kỹ thuật ở nồng độ
kim loại thấp so với phương pháp kết tủa, chiết bằng dung môi (SX),công nghệ màng
và than hoạt tính. Hơn nữa, hầu hết các quy trình IX vốn đã an toàn do môi trường có
độc tính thấp và gây ra nguy cơ cháy nổ không đáng kể. IX cũng sẵn sàng cho vay đến
mức độ tự động hóa cao.
Tổng quan này thảo luận về một số ứng dụng hiện đại của IX trong các quá
trình thủy luyện kim, từ quá trình thu hồi sơ cấp uranium và vàng, cho đến các sơ đồ
phân tách phức tạp để kim loại quý, thông qua việc thu gom ngày càng nhiều ứng
dụng. Việc tích hợp IX vào bảng quy trình và các ưu điểm của IX so với các công
nghệ cạnh tranh là được giải thích và một số cơ hội trong tương lai được xác định.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION
1.1 Định nghĩa
Trao đổi ion là một phản ứng hóa học thuận nghịch trong đó có ion (một
nguyên từ hay phân tử đã bị mất hoặc được một electron và do đó có được một điện
tích) từ dung dịch được trao đổi cho một ion tích điện tương tự như gắn liền với một
hạt rắn bất động. Những hạt trao đổi ion vững chắc hoặc là tự nhiên zeolit vô cơ hoặc
3
hữu cơ được sản xuất ra nhựa tổng hợp. Các loại nhựa tổng hợp hữu cơ là loại chủ yếu
được sử dụng ngày hôm nay vì đặc tính của chúng có thể được thiết kế cho các ứng
dụng cụ thểtrong đó không có sự thay đổi vĩnh viễn trong cấu trúc của chất rắn. Việc
trao đổi phải có một cấu trúc mạng mở, hoặc hữu cơ hoặc vô cơ, có thể mang theo các
ion và cho phép các ion đi qua nó. Trao đổi ion được sử dụng trong điều trị và cũng
cung cấp một phương pháp tách trong nhiều quá trình. Nó có ích đặc biệt trong tổng
hợp hóa học, nghiên cứu y học, chế biến thực phẩm, khai khoáng, nông nghiệp và
nhiều lĩnh vực khác.
Trao đổi ion là một chất không tan trong nước có thể trao đổi một số ion của nó
đối với các ion tích điện tương tự chứa trong một môi trường mà nó tiếp xúc; định
nghĩa này là tất cả các bao quát. Đề cập đến một "chất" hơn là một hợp chất bao gồm
nhiều trao đổi, một số trong số đó là sản phẩm tự nhiên mà không có một thành phần
được xác định rõ. Thuật ngữ "trung bình" thừa nhận rằng trao đổi ion có thể xảy ra ở
cả hai dung dịch dung dịch nước và nonaqueous, trong muối nóng chảy, hoặc thậm chí
tiếp xúc với hơi. Định nghĩa này không giới hạn các chất rắn, vì một số dung môi hữu
cơ là không thể trộn lộn với nước có thể tách các ion từ dung dịch nước bằng một cơ
chế trao đổi ion
Định nghĩa cũng chỉ ra một cái gì đó về quá trình trao đổi ion. Về cơ bản nó bao
gồm sự tiếp xúc giữa các trao đổi và môi trường, trong đó việc trao đổi diễn ra. Đây
thường là một trao đổi ion rẵn và một dung dịch nước. Thực tê là các ion được trao đổi
có nghĩa là trao đổi phải được ion hóa, nhưng chỉ một trong số các ion trong trao đổi là
hòa tan. Đó ion có thể trao đổi, trong khi người kia, là không hòa tan, có thể không
làm như vậy.
Các tiện ích của trao đổi ion thuộc về khả năng sử dụng và tái sử dụng các vật
liệu trao đổi ion. Ví dụ, trong làm mềm nước:
2RNa+ + Ca2+ <-> R₂Ca2+ + 2Na+
Trao đổi ion R ở dạng ion natri có thể trao đổi canxi và do đó, để loại bỏ canxi
từ nước cứng và thay thế nó bằng một số lượng tương đương với natri. Sau đó, nhựa
canxi có thể được điều chỉnh bằng dung dịch natri clorua, phục hồi nó trở lại mẫu
4
natri, do đó, nó đã sẵn sàng cho một chu kỳ. Các phản ứng tái sinh có thể đảo ngược;
trao đổi ion là không thay đổi vĩnh viễn. Hàng triệu lít nước có thể được làm mềm
trong một mét khối nhựa trong suốt một thời gian hoạt động trong nhiều năm.
Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử
các muối, khử cứng, khử khoáng, khử nitrat, khử màu, khử kim loại và các ion kim
loại nặng và các ion kim loại khác có trong nước.
Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi
nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,...),
các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho
phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao.
Trao đổi ion xảy ra trong một loạt các chất và nó đã được sử dụng trên cơ sở
công nghiệp từ khoảng năm 1910 với việc giới thiệu sử dụng làm mêm nước tự nhiên
và sau đó tổng hợp zeolit. Than gỗ hoạt tính, được phát triển để xử lý nước công
nghiệp, là nguyên liệu trao đổi ion đầu tiên đã ổn định ở mức pH thấp. Sự ra đời của
nhựa trao đổi ion hữu cơ tổng hợp vào năm 1935 là kết quả của sự tổng hợp các sản
phẩm ngưng tụ phenolic có chứa một trong hai nhóm sulfonic hoặc amin có thể được
sử dụng cho việc trao đổi đảo ngược của các cation hoặc anion.
- Ưu điểm:
+ Rât triệt đề và xử lí có chọn lựa đôi tượng
+ Nhựa ion có thời gian sử dụng lâu dài, tái sinh được nhiều lần với chi phí
thấp, năng lượng tiêu tốn nhỏ.
+ Phương pháp xử lý nước thân thiện với môi trường vì nó chỉ hấp thu các chất
sẵn có trong nước.
- Hạn chế :
+ Nếu trong nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay ion Fe3+, chúng sẽ bám dính
vào các hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi ion của nhựa.
5