Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài

Tên đề tài:

Nghiên cứu công nghệ thu hồi các nguyên tố quý hiếm:
Cd, In

trong bả trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
sông công - Thái Nguyên
M số đề tài
: N59 Chủ nhiệm đề tài: Kỹ s Phạm Xuân Kính Ngày tháng 12 năm 2008
Thủ trởng cơ quan chủ quản
Ngày tháng 12 năm 2008


BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
2
Mục lục
Mở đầu 6
Chơng I - Tổng quan 7
1.1. Vài nét về kim loại Kẽm và khoáng vật chứa Kẽm 7
1.2. Nguồn tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới và tại Việt Nam 8
1.2.1. Tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới. 8
1.2.2. Tài nguyên quặng Kẽm tại Việt Nam. 9
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 9
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài 9
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nớc 10
1.4. Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho phơng pháp nghiên cứu 11
1.4.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý bã Kẽm và bã Cađimi 11
1.4.2. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp thiêu Oxy hoá 11
1.4.3. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp tách các kim loại và hợp chất. . 11
1.4.4. Vài nét về các loại bã. 12
Chơng II - Phơng pháp nghiên cứu và chuẩn bị 13
2.1. Mục tiêu của đề tài 13

Chơng IV - Định hớng áp dụng kết quả nghiên cứu đề tài 39
4.1. Dự kiến áp dụng kết quả nghiên cứu đề tài 39
Kết luận và kiến nghị 40
I. Kết luận 40
II. Kiến nghị 40

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
4
Danh mục các bảng biểu, hình vẽ và hình ảnh

Bảng 1: Các khoáng vật Kẽm chủ yếu 8
Bảng 2: Trữ lợng quặng Kẽm của một số quốc gia trên thế giới 8
Bảng 3: Trữ lợng quặng Kẽm một số tỉnh, thành phố trên lãnh thổ Việt Nam 9
Bảng 4. Thành phần hoá học bã Kẽm: 13
Bảng 5. Thành phần hoá học bã Cađimi: 13
Bảng 6. Thành phần hoá học bã Sắt 14
Bảng 7. Thành phần hoá học bã Đồng 14

nghiệm 20
Hình ảnh 4: Hệ thống lò nung, tủ sấy làm việc ở nhiệt độ cao 20
- Lò nung Trung Quốc có bộ khống chế nhiệt độ: Tmax: 1.400
0
C
- Tủ sấy Ba Lan có nhiệt độ sấy tối đa: Tmax: 350
0
C
Hình ảnh 5: 21
- Hệ thống hoà tách 50kg quặng/ mẻ
- Hệ thống lò nung tủ sấy làm việc ở nhiệt độ trung bình
+ Lò nung dây may so Đức: Tmax: 1000
0
C
+ Tủ sấy Pháp nhiệt độ sấy tối đa Tmax: 200
0
C có gắn quạt thông gió
Hình ảnh 6: Toàn cảnh thiết bị thí nghiệm đề tài và thu hồi sản phẩm 21
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
6
Mở đầu
Nhà máy điện phân Kẽm sông Công Thái Nguyên đợc khởi công
xây dựng từ tháng 12/2003 và chính thức đi vào hoạt động tháng 8/2005,
công suất tối đa là 1000 tấn Kẽm kim loại mỗi năm.
Bên cạnh những u điểm là sản xuất một lợng Kẽm kim loại phục vụ
cho nền kinh tế quốc dân, giảm bớt nhập khẩu, nhà máy cha đặt ra vấn đề
thu hồi các nguyên tố có ích trong các loại bã nh: Cadimi, Chì, Inđi nhằm
hạ giá thành sản phẩm, tận thu tài nguyên cho đất nớc, đáp ứng chiến lợc
phát triển bền vững ngành công nghiệp Việt Nam. Chính vì lẽ đó nhà máy

khoáng vật chữa Kẽm và đợc chia làm 2 nhóm chính: Nhóm khoáng vật
oxit và nhóm khoáng vật sulfua.
- Nhóm khoáng vật ôxyt: Đây là nhóm khoáng vật thứ sinh tạo thành
do quá trình ôxi hoá từ các khoáng vật sulfua. Điển hình trong khoáng vật
ôxit có Calamin (H
2
Zn
2
SiO
5
), Smitsonit (ZnCO
3
). Ngoài ra còn có
Hiđrôzinkit (ZnCO
3
.3Zn(OH)
2
), Zinkit (ZnO), Vilemit (2ZnSiO
2
);
Franclinhit ((Zn,Mn)O.Fe
2
O
3
); Ademin (Zn
2
(OH){AsO
4
}
4


Calamin 2ZnO.SiO
2
.H
2
O 54,5 3,4 - 3,5 4 - 5
Smitsônit ZnCO
3
59,5 3,58 - 3,8 2,5
Zinkit ZnO 80,3 5,7 4
Vilemit 2ZnSiO
2
59,1 4,1 5 - 6
Franclinhit (Zn,Mn)O.Fe
2
O
3
- 5 - 5,2 6
Sfalerit ZnS 67,1 3,5 - 4,2 3 - 4
1.2. Nguồn tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới và tại
Việt Nam.
1.2.1. Tài nguyên quặng Kẽm trên thế giới.
Nguồn nguyên liệu quặng Kẽm hiện có ở 50 quốc gia, tập trung chủ
yếu ở Australia, Trung Quốc, Canada, Peru Theo số liệu của Tổ chức
Nghiên cứu Kẽm Chì Quốc tế (ILZSG) và tổng hợp các số liệu hiện có của
Việt Nam trữ lợng quặng Kẽm một số nớc đợc nêu trong bảng số 2.

Bảng 2: Trữ lợng quặng Kẽm của một số quốc gia trên thế giới
Trữ lợng khai thác, 10
3

Trữ lợng, tấn
TT Tỉnh, thành phố
C1 C2
T. nguyên
dự báo, tấn
TL+TNDB
kim loại, tấn
1 Bắc Kạn 1.198.574 19.888.622 11.651.625 1.810.259
2 Tuyên Quang 13.820.334 4.129.015 1.286.039
3 Hà Giang 910.387 2.915.024 103.102
4 Thái Nguyên 372.596 1.419.844 103.548
5 Yên Bái 1.601.800 - 123.819
6 Thanh Hoá 2.739.549 - 160.555
7 Cao Bằng 3.500.000 - 269.500
8 Lạng Sơn - 2.000.000 100.000
9 Nghệ An - 850.000 33.320
10 Quảng Bình 1.237.500 - 58.534
11 Các tỉnh còn lại 15.000.000 -

Nhày máy điện phân Kẽm Sông Công - Thái Nguyên đã nhập dây
chuyền công nghệ điện phân Kẽm của Trung Quốc và đã đi vào hoạt động
tháng 8/2005.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở nớc ngoài
ở nớc ngoài đã đa ra nhiều phơng pháp xử lý thu hồi các nguyên
tố: Đồng, Cađimi, Inđi, Gali, Gecmani trong bã. ở đây chỉ đa ra hai
phơng pháp công nghệ tận thu Cađimi và Oxit Inđi trong bã thải trung
gian Kẽm phổ biến nhất.

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm

Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản Chì, Kẽm khá lớn tập trung
chủ yếu hai tỉnh Bắc Cạn và Cao Bằng. Từ trớc tới nay chỉ khai thác và chế
biến quặng tinh Chì, Kẽm để xuất khẩu nhng cha xây dựng nhà máy điện
phân Kẽm kim loại. Năm 2005, Trung Quốc đã đầu t và xây dựng cho nhà
máy điện phân Kẽm công suất 1000 tấn/năm. Năm 2001, khoa Hoá công
nghệ Đại học Bách khoa Hà Nội có nghiên cứu thu hồi Cađimi trong bã
Đồng ở xí nghiệp tuyển Chì - Kẽm Lăng - hít nhng hiệu suất thu hồi chỉ đạt
70 - 85%.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
11
Viện Hoá học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam có nghiên
cứu đề tài làm sạch Đồng khỏi Cađimi bằng phơng pháp hoà tách với axit
Sunfuric loãng, kết quả thu đợc tơng đối khả quan song chỉ mới ở quy mô
phòng thí nghiệm.
1.4. Một số vấn đề lý thuyết làm cơ sở cho phơng pháp
nghiên cứu
1.4.1. Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý bã Kẽm và bã Cađimi
Các nguyên tố tồn tại trong các bã ở nhiều dạng hợp chất khác nhau,
vì vậy tiến hành thiêu kết để chuyển toàn bộ kim loại có trong bã về dạng
Oxit, sau đó hoà tách trong các axit tơng ứng với nồng độ thích hợp để
tách chúng ra khỏi nhau.
1.4.2. Cơ sở lý thuyết của phơng pháp thiêu Oxy hoá
Các nguyên tố trong bã Kẽm và bã Cađimi tồn tại ở nhiều dạng khác
nhau, khi thiêu kết chúng chuyển sang ôxyt dạng Me
2
O
y
(Me ký hiệu là ion
kim loại)

CuSO
4
+ Zn = ZnSO
4
+ Cu (4)
Nớc lọc chủ yếu là dung dịch Kẽm Sunfat đem đi điện phân thu hồi
lại Kẽm kim loại.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
12
Có thể tách Đồng ra khỏi Cađimi bằng cách hoà tan hỗ hợp kim loại
(Cu + Cd) trong axit Sunpuric loãng. Đồng hầu nh không tan, còn Cađimi
tan vào dung dịch.
1.4.4. Vài nét về các loại bã.
Tuỳ theo chất lợng bã mà hàm lợng các nguyên tố trong bã cũng khác
nhau. Theo kết quả phân tích của Trung tâm Phân tích hoá lý - Viện Khoa học
và công nghệ Mỏ - Luyện kim và Trung tâm Phân tích Viện Xạ hiếm - Viện
năng lợng nguyên tử quốc gia bã có thành phần nh sau: (xem phần phụ lục).
Nhìn vào thành phần hoá học các loại bã có thể lựa chọn phơng
pháp thích hợp tách các nguyên tố Chì, Cađimi, Đồng, Inđi ra khỏi nhau.
- Chì có hàm lợng tơng đối lớn trong bã, vì vậy có thể tận thu nó
để sản xuất ắc quy, bột bôi trơn, chất kích hoạt bề mặt trong sản xuất thuỷ
tinh màu.
- Đồng làm dây dẫn điện, tạo mác hợp kim, sản xuất phân bón (dạng muối).
- Tận thu triệt để Kẽm kim loại bằng phơng pháp điện phân dung
dịch Sunfat, hạ giá thành sản phẩm, khép kín sơ đồ công nghệ, chống ô
nhiễm môi trờng.
- Thu hồi Indi trong bã Kẽm có giá trị kinh tế cao (giá thế giới năm
2007: Inđi 99% giá 1.246USD/kg).


Lấy mẫu bã tại nhà máy điện phân Kẽm sông Công - Thái Nguyên
thuộc Công ty TNHH Nhà nớc một thành viên kim loại mầu Lu Xá để
nghiên cứu (bã Sắt, bã Đồng, bã Kẽm, bã Cađimi). Số lợng mỗi loại bã là
200kg. Tiến hành phân tích các mẫu bã xác định hàm lợng Inđi và Cađimi.
Kết quả phân tích thành phần hoá học của mẫu nghiên cứu đợc nêu ra
trong bảng 4, 5, 6, 7.
Bảng 4. Thành phần hoá học b Kẽm
Hàm lợng (%)
TT Ký hiệu mẫu
Cu Cd Zn Fe In Pb
Ghi
chú
1 Bã Kẽm 0.01 0.02 40.50 4.30 0.075 8.10
Bảng 5. Thành phần hoá học b Cađimi
Hàm lợng (%)
TT Ký hiệu mẫu
Cu Cd Zn Fe In Pb
Ghi
chú
1 Bã Cađimi 5.77 2.50 19.93 0.80 0.037 4.25
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
14
Bảng 6. Thành phần hoá học b Sắt
Hàm lợng (%)
TT
Ký hiệu
mẫu
Cu Cd Zn Fe In Ni S Pb
1 Bã Sắt 0.10 0.08 2.50 38.5 0.05 0.04 2.5 0.70

*
Thành phần các loại bã này xem ở phần phụ lục.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
15

Hình 1. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Oxit Inđi từ b Kẽm

Bã Kẽm
Thiêu
Hoà tách
Trung hoà


Hình 2. Sơ đồ công nghệ định hớng thu hồi Cađimi kim loại từ b Cađimi

Zn
Bã Cađimi

Thiêu

Hoà tách

Trung hoà


g

Trung hoà

Lọc, sấy
Cd

DD Kẽm (2)

Zn

Kết tủa

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
17
2.5. Hoá chất, thiết bị dụng cụ thí nghiệm
2.5.1. Hoá chất nguyên vật liệu
Trong quá trình nghiên cứu đề tài đã sử dụng các loại hoá chất
nguyên vật liệu nh sau:
- * Bã Cađimi
- * Bã Kẽm
- Axit Sunfuric (H
2
SO
4
) 99,5%
- Axit Clohydric (HCl) 99%
- Xút (NaOH) 98%
- Sôđa kỹ thuật 95%

- Tủ sấy thí nghiệm Pháp T
max
= 200
0
C
- Hệ thống khuấy có điều chỉnh tốc độ (TQ)
- Bơm chân không loại nhỏ (Ba Lan)
- Thiết bị hoà tách cô đặc (Nga)
- Bơm chịu axit (Nga)
- Máy khuấy từ (TQ)

BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
18

Hình ảnh 1:
Hệ thống thiết bị tủ hốt trong phòng thí nghiệm dùng để phân huỷ mẫu
và hoà tách quặng bằng axit đặc BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
19


C
+ Tủ sấy Pháp nhiệt độ sấy tối đa Tmax: 200
0
C có gắn quạt thông gió

Hình ảnh 6:
Toàn cảnh thiết bị thí nghiệm đề tài và thu hồi sản phẩm
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
22

2.5.3. Vật t
- Thùng nhựa, xô nhựa các loại.
- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt các loại
- Giấy gói mẫu
- Bảo hộ lao động
2.5.4. Công tác phân tích
Thành phần mẫu bã, mẫu nghiên cứu dung dịch, sản phẩm Oxit Indi
và Cađimi kim loại đợc phân tích kiểm tra tại Trung tâm Phân tích Hoá Lý
- Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim và Trung tâm phân tích Viện
Xạ Hiếm - Viện Năng lợng nguyên tử Quốc Gia.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
23
Chơng III
Nội dung nghiên cứu

Sau khi có kết quả phân tích Inđi và Cađimi trong các loại bã, chúng
tôi chọn hớng nghiên cứu công nghệ phù hợp là tách Inđi trong bã Kẽm và
Cađimi trong Cađimi. Dới đây sẽ đa ra những vấn đề nghiên cứu cụ thể.

+ yH
2
SO
4
= Me
2
(SO
4
)
y
+ yH
2
O
+ Me: ký hiệu là ion kim loại.
BCTK: Nghiên cứu công nghệ thu hồi Cd, In trong bã trung gian của nhà máy điện phân Kẽm
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim. Năm 2008
24
Dựa vào tính chất hoá học Chì dễ tạo thành hợp chất Chì Sunfat
không tan lắng xuống đáy cốc. Quá trình kết tủa Chì Sunfat phụ thuộc vào
nồng độ axit Sunfuric, thời gian hoà tách, kích thớc cỡ hạt. ở đây kích
thớc hạt bã nhỏ nên không đặt vấn đề nghiên cứu, chỉ nghiên cứu nồng độ
axit và thời gian hoà tách. Sau khi hoà tách, Chì tách ra khỏi các kim loại
khác theo phản ứng:
PbO + H
2
SO
4
= PbSO
4
+ H

4
(%)
Lợng Pb
tách ra (g)
Hiệu suất
tách (%)
1 200 17,2 1000 6 9,5 55,2
2 200 17,2 1000 9 10,8 63,0
3 200 17,2 1000 12 12,9 75
4 200 17,2 1000 15 15,0 87
5 200 17,2 1000 18 16,3 95
6 200 17,2 1000 20 16,5 95,8
7 200 17,2 1000 23 16,6 96,43