1
MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của toàn
nhân loại. Đặc biệt số lượng các kim loại nặng phân tán trong môi trường ngày càng
gia tăng. Cùng với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật và công nghệ dẫn
đến sự ra đời hàng loạt các thiết bị điện, điện tử kéo theo sự phát triển nhanh chóng
của các nhà máy sản xuất bản mạch in PCB. Bản mạch là một bộ phận thiết yếu
trong thiết bị điện, điện tử có chứa lượng lớn kim loại có giá trị. Qúa trình sản xuất
mạch in tạo ra một lượng chất thải khổng lồ xả ra môi trường. Rác thải điện tử chứa
rất nhiều kim loại nặng hoặc những hợp chất độc hại với con người và môi trường
sống như làm ô nhiễm không khí, nguồn nước… Nếu xử lý bằng phương pháp chôn
lấp thì vừa tốn diện tích mặt bằng vừa gây ô nhiễm đất, nước, còn bằng phương
pháp thiêu hủy thì vừa tốn nhiên liệu vừa gây ô nhiễm không khí. Chính vì thế yêu
cầu xử lý nguồn thải trên cho các nhà sản xuất PCB đã trở thành vấn đề cấp bách.
Như chúng ta đã biết đồng là nguyên liệu quan trọng của công nghiệp. Xét về
khối lượng tiêu thụ, đồng xếp hạng thứ 3 trong các kim loại, chỉ sau thép và nhôm.
Theo mức độ công nghiệp hóa đất nước, nhu cầu sử dụng đồng của nước ta sẽ ngày
càng tăng. Năm 2005 nhu cầu trong nước là 15,000 tấn/năm và đến năm 2020 nhu
cầu sẽ tăng lên 35,000- 40,000 tấn/năm [13].
Hơn nữa đồng là kim loại chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng số kim loại có
trong bùn thải và ứng dụng nhiều trong đời sống. Do vậy, việc thu hồi đồng trong
bùn thải không chỉ có ý nghĩa về mặt môi trường mà còn có giá trị kinh tế cao và
bảo vệ tài nguyên. Vì vậy, trong luận văn tôi xin trình bày đề tài “ Nghiên cứu ảnh
hưởng của các thông số công nghệ trong quá trình tái chế đồng từ bùn thải nhà máy
sản xuất bản mạch in (PCB) bằng phương pháp chiết tách dung môi điện phân”.
Mục tiêu luận văn này là:
- Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình hòa tách.
- Nghiên cứu các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình chiết tách.
2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan chất thải bản mạch in PCB
1.1.1. Quá trình sản xuất bản mạch điện tử [11-16]
Bản mạch điện tử (mother board hay main board, logic board, systemboard
gọi chung là printed circuit board PCB). Một board mạch in, hoặc PCB, máy móc
được sử dụng để hỗ trợ kết nối điện tử và linh kiện điện tử bằng cách sử dụng con
đường dẫn, hoặc dấu vết, khắc từ tấm đồng tráng lên một chất nền không dẫn điện.
Bản mạch điện tử là bản mạch in có chứa các linh kiện điện tử ngoài ra còn có đế
cắm, khe cắm các bo mạch mở rộng khác. Nói cách khác, mạch in là hệ thống
đường mạch (hay dây dẫn) được sắp xếp bố trí trên các phiến bảng nhiều lớp hoặc
một lớp, được ghép với nhau, nhằm nối kết các linh kiện điện tử, các IC hay các
phần tử chức năng với nhau theo những mục đích đã được thiết kế. Mạch in có thể
có đến 10 lớp (layer) hoặc hơn tuỳ thuộc vào độ phức tạp và tinh vi của bản mạch
cần chế tạo và khả năng chịu đựng điện áp và chống rò rỉ tĩnh điện. Các đường
mạch thường bằng đồng. Một số các mạch in cho các mục đích đặc biệt, đường
mạch có thể được làm bằng vàng.
Hình 1.1. Hình ảnh bản mạch điện tử
3
Thành phần chủ yếu của bản mạch :
Nhìn chung thành phần của bản mạch in bao gồm 40 trọng lượng kim loại,
30% trọng lượng nhựa và 30% là vật liệu gốm sứ (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần vật liệu trung bình của bản mạch in [29]
Vật liệu
Thành phần (% trọng
lƣợng)
Vật liệu
Thành phần (%
trọng lƣợng)
Kim loại
Khoảng 40%
Gốm sứ
Khoảng 30%
Cu
10 – 26,8
SiO
2
15 – 41,86
Al
1,33 – 4,78
Al
2
O
3
6 – 6,97
Pb
0,99 – 4,19
Kiềm và ôxit kiềm thổ
6 – 9,95
Zn
0,16 – 2,17
Titan, mica.…
3,0
Ni
0,28 – 2,35
Nhựa
Khoảng 30%
Fe
1,22 – 8,0
Polyethylene
9,9 – 16
Sn
1,0 – 5,28
Polypropylene
4,8
Sb
0,06 – 0,4
Polyesters
4,8
Au
80 – 1000 (ppm)
Epoxies
4,8
Pt
4,6 – 30 (ppm)
Polyvinyl clorua
2,4
Ag
110 – 3301 (ppm)
Polytetra fluoroethane
2,4
Pd
10 – 294 (ppm)
Nylon
0,9
Quy trình sản xuất bản mạch in
4
Hình 1.2. Quy trình sản xuất bản mạch in PCB
5
Quá trình sản xuất mạch in gồm 2 công đoạn chính là chế tạo phim và gia
công mạch in. Trong đó công đoạn có nguồn thải bùn đồng chính là công đoạn gia
công mạch in. (Cụ thể là : cắt phôi đồng, khoan lỗ, chải rửa đánh bóng, mạ xuyên
lỗ, chải rửa, ăn mòn).
1.1.2. Đặc điểm, thành phần, cấu trúc bùn thải
Mạch in được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp điện, điện tử. Mạch in bao
gồm: (1) để bakelit, (2) IC, linh kiện, (3) dây dẫn đồng. Lớp đồng trên bề mặt
bakelit này được tạo ra bằng công nghệ mạ chân không kết hợp mạ đùn. Để tạo các
mạch theo thiết kế người ta cho in các mẫu có sẵn lên trên bề mặt bakelit bằng loại
sơn chịu được hoá chất. Sau đó tấm bakelit được nhúng trong dung dịch ăn mòn
đồng (thường là hỗn hợp HCl + HNO
3
hay axit HCl đặc với sự có mặt của platin) để
phá huỷ những phần đồng không được phủ sơn, sau đó bakelit được rửa bằng dung
dịch kiềm với nước nóng nhiều lần cho hết hoá chất. Qua các công đoạn sản xuất
trên ta thấy chất thải của quá trình sản xuất mạch in gồm có (phân tích này theo
bakelit của Liên Xô):
- Chất thải rắn: Các tấm bakelit hỏng ; kim loại nặng (Cu, Ag, Pb, As, Mn, Sn.
(một số có mặt trong sơn); các muối kim loại nặng: CuCl
2
, CuCl, Cu(NO
3
)
2
,
Pb(NO
3
)
2
, PbCl
2
, Ag(NO
3
).
- Chất thải lỏng: Các ion kim loại trong dung dịch: CuCl
2
, 2H
2
O, Pb(NO
3
)
2
…
Bùn thải trong ngành công nghiệp in bảng mạch thường có chứa hàm lượng
đồng cao(> 13%, mẫu khô). Hiện nay, có rất nhiều nguồn thải từ các nhà máy mạ
chứa đồng với thành phần khác nhau. Trong bài nghiên cứu này bùn thải có thành
phần chủ yếu gồm đá vôi, các chất hữu cơ, ion kim loại…[9]. Bùn thải được phân
tích thành phần từ nhà máy mạ ở Thành Đảo bảng 1.1
6
Bảng 1.2. Thành phần chủ yếu của bùn thải ở Thành Đảo [26]
Màu
Hàm lượng nước (%)
pH ban đầu
Độ dẫn ban đầu (µs/ cm)
Kim loại nặng
Cu
Ni
Zn
Cr
Fe
Nồng độ (mg/kg)
114133
99967
16217
13820
12730
1.2. Các công nghệ thu đồng từ bùn thải
Thực tế, bùn thải chưa có những nghiên cứu cụ thể. Các phương pháp được áp
dụng chủ yếu hiện nay cho các quặng chứa đồng. Tuy nhiên, những phương pháp
này cũng có thể áp dụng để thu hồi đồng từ bùn thải. Dựa vào thành phần, tính chất
có thể đưa ra những nghiên cứu thu hồi đồng sao cho hiệu quả, hợp lý , kinh tế nhất.
Trên thế giới hiện có hai xu hướng kinh điển trong chế biến bùn đồng, đó là: hỏa
luyện và thủy luyện.
1.2.1. Phương pháp hỏa luyện
Hỏa luyện là nung oxi hóa bùn thải để chuyển thành CuO, sau đó đem khử
thành đồng kim loại và tinh chế bằng điện phân. Kim loại trong mẫu tồn tại ở dạng
oxi hóa Me
n+
nên phải thực hiện quá trình khử để thu được kim loại Me
o
: Me
n+
+ ne
= Me
o
. Như vậy hỏa luyện đồng là quá trình xử lý nhiệt, gồm 2 quá trình chính là
tạo sten đồng và điện phân tinh luyện. Sten đồng là hợp kim của các sunfua kim
loại, trong đó chiếm chủ yếu (chiếm 80 – 90%) Cu
2
S và FeS. Sten đồng có 1 đặc
tính rất quí là có khả năng hòa tan tốt các kim loại quí và hiếm.
Ưu điểm
Công nghệ thiêu đốt có nhiều ưu điểm như khả năng tận dụng nhiệt, xử lý triệt
để khối lượng, sạch sẽ, không tốn đất để chôn lấp.
7
Nhược điểm
Có một số hạn chế như chi phí đầu tư, vận hành, xử lý khí thải lớn, dễ tạo ra
các sản phẩm phụ nguy hiểm. Các sản phẩm làm giàu (tập trung nhiều kim loại)
bằng phương pháp nhiệt luyện sẽ được áp dụng rộng rãi bởi các công ty tái chế ở
những nước phát triển, nhưng do tính đa dạng của các chất có trong chất thải điện tử
nên việc đốt sẽ kèm theo nguy cơ phát sinh và phát tán các chất ô nhiễm và chất độc
hại làm ô nhiễm khí quyển.
1.2.2. Phương pháp thủy luyện đồng
1.2.2.1. Nguyên lý
Thủy luyện đồng bao gồm các bước (1) hòa tách, (2) kết tủa hóa học và (3)
điện phân nhằm xử lý bùn thải đồng, thu hồi đồng kim loại. Phương pháp được
dùng đối với dạng bùn thải đồng oxit nghèo chứa ít vàng bạc. Hiện nay thủy luyện
đồng mới chiến khoảng 10-15% lượng đồng sản xuất ra hàng năm. Cùng với yêu
cầu xử lí ngày càng nhiều bùn đồng oxit nghèo, sự dồi dào của các sản phẩm hóa
học và yêu cầu bảo vệ môi trường, phương pháp thủy luyện đồng chắc chắn sẽ ngày
hoàn thiện và phát triển hơn. Hình 1.3 là sơ đồ lưu trình công nghệ thủy luyện
đồng.
8
Bùn đồngbùn
Dung dịch bã Bã hòa tách
Phức đồng amôn
NH
3
, CO
2
Dung dịch cái CuO Bã thải
Tái sinh Dung dịch CuSO
4
+ H
2
SO
4
NH
4
OH + (NH
4
)
2
CO
3
Đồng cực âm dung dịch axit Kết tủa Cu dung dịch thải
Đồng
1.2.2.2. Dung dịch hòa tách
Hiện công nghiệp người ta dùng chủ yếu 3 dung dịch sau:
Axit sunfuric loãng: Dung dịch này dùng để hòa tách bùn oxit đồng chứa ít
tạp tính bazơ - Nó rất dễ tái sinh khi điện phân để kết tủa đồng cực âm.
Hòa tách bằng
dung môi amôn
Hòa tách bằng H
2
SO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3
Tái sinh
Rửa bã
Điện phân với
cực dương
không tan
Xi măng hóa
bằng bột sắt
Nấu lại
Nấu, đúc
Hình 1.3. Sơ đồ lưu trình công nghệ thủy lyện đồng
Bùn
đồng
Thỏi đồng sạch
9
Các phản ứng hòa tách chủ yếu:
CuCO
3
.Cu(OH)
2
+ H
2
SO4 = 2CuSO
4
+ CO
2
+ 3H
2
O (PƯ 1.1)
CuSiO3.2H
2
O + H
2
SO
4
= CuSO
4
+SiO
2
+ 3H
2
O (PƯ 1.2)
CuO + H
2
SO
4
= CuSO
4
+H
2
O (PƯ 1.3)
Cu
2
O chỉ hòa tan được một phần trong H
2
SO
4
Dung dịch muối sắt ba sunfat-Fe
2
(SO
4
)
3
: Dung môi này được dùng để hòa
tách bùn đồng tự nhiên, đồng oxit và cả đồng tự nhiên, đồng oxit và cả đồng sunfua
đơn giản. Nó hòa tách rất yếu với chalcopyrit - CuFeS
2
. Trong môi trường nước
Fe
2
(SO
4
)
3
bị thủy phân mạnh. Vì vậy trong thực tế người ta dùng nó cùng với axit
sunfuric để chống thủy phân.
Cu
2
S + 2 Fe
2
(SO
4
)
3
= 2CuSO
4
+ 4FeSO
4
+ S (PƯ 1.4)
CuS + Fe
2
(SO
4
)
3
= CuSO
4
+ 2FeSO
4
+ S (PƯ 1.5)
Dung dịch amon – (NH
4
OH + (NH
4
)
2
CO
3
) : Dung dịch này được dùng để
hòa tách bùn đồng tự nhiên, đồng oxit chứa nhiều tạp chất bazơ. Do đặc tính dễ bay
hơi của amoniac và các hợp chất của nó, việc tái sinh và rửa giải rất dễ dàng.
Các phản ứng hòa tách chủ yếu:
Cơ sở hòa tách của quá trình hòa tách bằng dung môi này là các khoáng đồng
oxít có thể tác dụng với NH
4
OH và (NH4)
2
CO
3
, tạo thành muối phức đồng amôn
hòa tan trong dung dịch nước:
CuCO
3
.Cu(OH)
2
+ NH
4
OH + (NH
4
)
2
CO
3
= 2Cu(NH
3
)
4
CO
3
+ 8H
2
O (PƯ 1.6)
Tương tự, melaconit cũng bị hòa tan:
CuO + 2 NH
4
OH + (NH
4
)
2
CO
3
= Cu(NH3)
4
CO
3
+ H
2
O (PƯ 1.7)
Cuprit tạo thành muối phức amôn đồng một:
Cu
2
O + 2 NH
4
OH + (NH
4
)
2
CO
3
= Cu
2
(NH
3
)
4
CO
3
+ 3H
2
O (PƯ 1.8)
Đồng tự nhiên cũng bị hòa tách bởi muối phức đồng amôn:
Cu + Cu(NH
3
)
4
CO
3
= Cu
2
(NH
3
)
4
CO
3
(PƯ 1.9)
Các đồng sunfua và kim lọai qúy không hòa tan trong dung dịch muối amôn.
Dung môi này cũng không tác dụng với Fe
2
O
3
và CaCO
3
. Do đó, nếu bùn đồng oxít
10
chứa nhiều sắt và đá vôi thì phải dùng dung dịch amôn chứ không dùng axít H
2
SO
4
để hòa tách.
1.2.2.3. Các phương pháp kết tủa thu đồng từ dung dịch
Xi măng hóa bằng bột sắt
Phương pháp này còn gọi là phương pháp nội điện phân. Nguyên tắc của nó là
dùng một kim loại âm hơn đồng, đẩy đồng ra khỏi gốc sunfat và kết tủa ở dạng
đồng kim loại. Phản ứng cơ bản của phương pháp này là:
CuSO
4
+ Fe = FeSO
4
+ Cu (PƯ 1.10)
Phương pháp xi măng hóa cho phép kết tủa đồng từ dung dịch rất nghèo (hàm
lượng đồng có khi chỉ xấp xỉ 0,1g/l. Trong dung dịch dùng để xi măng hóa không
được chứa Fe
2
(SO
4
)
3
. Bởi vì nó sẽ gây ra các phản ứng phụ có hại đối với Fe và Cu
đã kết tủa, làm tổn thêm bột Fe và gây ra sự hòa tan lại đồng đẫ kết tủa.
Phương pháp chưng cất kết tủa đồng
Phương pháp này được dùng để kết tủa đồng từ dung dịch amon. Khi nung
nóng dung dịch thì muối phức đồng amon bị phân hủy theo phản ứng sau:
Cu
2
(NH
3
)
4
CO
3
+ O
2
= 4CuO + 8NH
3
+ 2CO
2
(PƯ 1.11)
Cu(NH
3
)
4
CO
3
+ O
2
= CuO + 4NH
3
+ CO
2
(PƯ 1.12)
NH
3
và CO
2
bốc hơi lên lại được tái sinh để thành NH
4
OH và (NH
4
)
2
CO
3
đem đi hòa tách bùn đồng. CuO rất sạch sẽ được hoàn nguyên bằng than cho đồng
kim loại rất sạch.
Điện phân với cực dương không hòa tan
Để kết tủa đồng từ dung dịch CuSO
4
vào cực âm, người ta dùng bể điện phân
với cực dương là Pb – Sb hay Pb – Ca. Cực âm là lá đồng sạch, dung dịch điện phân
là CuSO
4
và H
2
SO
4.
Phản ứng cơ bản của phương pháp này là:
CuSO
4
+ H
2
O = Cu + H
2
SO
4
+ O
2
(PƯ 1.13)
11
Khi trong dung dịch có chứa ion sắt ba (Fe
3+
) nó sẽ tham gia phóng điện để
thành ion sắt hai (Fe
2+
), gây mất mát điện năng. Do đó trước khi điện phân người ta
phải khử hết các ion sắt ba. Tuy nhiên, do bản thân phản ứng điện phân luôn luôn
tạo ra oxi tự do, vì vậy nó luôn luôn oxi hóa Fe
2+
và các kim loại tạp kéo theo các
phản ứng phóng điện gây tổn thất điện năng. Đó là lý do vì sao hiệu suốt Faraday
của phương pháp điện phân với cực dương không hòa tan luôn luôn nhỏ hơn so với
phương pháp điện phân hòa tan.
Phương pháp này chỉ thích hợp cho dung dịch chứa 15g Cu/l. Nếu nồng độ
đồng thấp hơn thì H
+
sẽ cùng phóng điện. Mặt khác, trong quá trình điện phân, các
tạp chất sẽ tích lũy trong dung dịch. Vì vậy phải theo chu kì nhất định lấy ra một
phần dung dịch điện phân đem đi khử các tạp chất. Nói cách khác phương pháp điện
phân kết tủa đồng này không thích hợp đối với dung dịch quá nghèo đồng và bị bẩn
do các tạp chất.
Ưu điểm
Điện phân là một trong những phương pháp tách kim loại thường được dùng do
có ưu điểm là có tính chọn lọc cao, kim loại thu được có độ tinh khiết cao.
Nhược điểm
Nhược điểm của phương pháp này là sự nhiễm bẩn của Cr và Ni, khả năng tách
chì và thiếc thấp, không phù hợp với điều kiện kinh tế.
1.3. Công nghệ SX /EW (Solvent extracion/electrowinning)
13.1. Nguyên lý quá trình [15-30]
Solvent extracion and electrowinning (SX/EW:Chiết dung môi/điện phân) : Là
quá trình gồm 2 giai đoạn thủy luyện chiết xuất đầu tiên và nâng cấp ion đồng từ cấp
thấp vào dung môi chiết chọn lọc phản ứng với đồng. Đồng được chiết từ các dung
môi với dung dịch nước axit mạnh, sau đó tiền gửi đồng nguyên chất vào cực âm
thông qua quá trình điện phân .
12
Hình 1.4. Sơ đồ SX/EW
Phương pháp SX/EW được biết đến với việc sử dụng trong ngành công nghiệp
chế biến thu đồng tinh, nó chiếm 20% sản lượng toàn thế giới [37].
Quá trình SX/EW rất ít có tác động tới môi trường vì không có nước thải ra môi
trường. Dòng dung dịch được hồi lưu trở lại quá trình hòa tách, tiết kiệm dung môi.
1.3.2. Quá trình hòa tách
Axit sunfuric loãng (H
2
SO
4
loãng): CuCO
3
,Cu(OH)
2
,CuSiO
3
.2H
2
O, CuO,
Cu
2
O bị hoà tan trong môi trường axit loãng. Dung dịch này được dùng để hòa tách
bùn ôxit đồng chứa ít tạp có tính bazơ. Nó rất dễ tái sinh khi điện phân để kết tủa
đồng cực âm.
Các phản ứng hòa tách chủ yếu:
CuCO
3
.Cu(OH)
2
+ H
2
SO
4
= 2CuSO
4
+ CO
2
+ 3H
2
O (PƯ 1.14)
CuSiO
3
.2H
2
O + H
2
SO
4
= CuSO
4
+SiO
2
+ 3H
2
O (PƯ 1.15)
CuO + H
2
SO
4
= CuSO
4
+H
2
O (PƯ 1.16)
Cu
2
O chỉ hòa tan được một phần trong H
2
SO
4
13
1.3.3. Quá trình chiết
1.3.3.1. Đặc điểm quá trình
Chiết dung môi hay chiết lỏng-lỏng là quá trình phân bố các chất giữa hai pha
lỏng không trộn lẫn vào nhau. Bản chất của quá trình chiết là sự chuyển chất được
chiết từ pha này vào pha khác chứa tác nhân chiết qua bề mặt tiếp xúc giữa các pha.
Hình 1.5. Sự phân bố của một chất tan giữa 2 pha lỏng [14]
Phương pháp chiết dung môi có những ưu điểm vượt trội như dung lượng
chiết lớn, tốc độ phản ứng nhanh, hiệu quả tách cao và rất dễ tự động hóa. Vì thế nó
đã trở thành phương pháp chủ yếu để tách, tinh chế các kim loại với độ tinh khiết
cao. Hiện nay phương pháp này vẫn không ngừng được cải tiến bằng việc thử
nghiệm các hệ chiết mới, các tác nhân chiết mới cũng như tối ưu hóa thông số các
công nghệ chiết sẵn có.
1.3.3.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp chiết lỏng - lỏng
Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán các thông số của một quá trình chiết
nhưng chủ yếu là phương pháp tĩnh và phương pháp động.
Phương pháp tĩnh
Đây là phương pháp cho phép tính toán các thông số công nghệ chiết khi hệ chiết ở
trạng thái cân bằng (trạng thái tĩnh). Phương pháp này được sử dụng để tính toán sơ
bộ một số thông số công nghệ cơ bản.
14
Phương pháp được xây dựng dựa trên hai nguyên lý:
󰈆 Nguyên lý bảo toàn vật chất: Tổng lưu lượng kim loại (mmol/phút hoặc
g/phút ...) ở các đầu ra bằng lưu lượng kim loại cần chiết của dung dịch nguyên liệu.
󰈇 Nguyên lý chiết cân bằng ở vùng chiết và vùng giải chiết: Ở trạng thái
cân bằng, nồng độ kim loại cần tách trong pha hữu cơ ở trong vùng chiết được coi
là gần như không đổi. Khi đó tỉ lệ giữa nồng độ này trên pha hữu cơ và pha nước
trong vùng chiết và vùng giải chiết không đổi. Các hệ chiết thỏa mãn điều kiện này
được gọi là hệ có tỉ lệ chiết hỗn hợp không đổi.
Phương pháp động
Phương pháp động là phương pháp dựa trên trạng thái thay đổi liên tục của các
pha (pha hữu cơ và pha nước) đến khi các cấu tử được chiết đạt trạng thái cân bằng.
Quá trình này là quá trình chiết dung môi liên tục ngược dòng. Trong hai phương
pháp trên, chúng tôi chọn phương pháp nghiên cứu là phương pháp tĩnh. Trong báo
cáo của luận văn, các thông số trên được tính toán sao cho khả năng ứng dụng của
hóa chất, dụng cụ thí nghiệm... có thể đáp ứng một cách cơ bản nhất mà vẫn đạt
được hiệu quả cao với yêu cầu đã đề ra ban đầu.
a. Hệ số phân bố
Hệ số phân bố được xác định bằng tỷ số giữa tổng nồng độ cân bằng các dạng
chứa ion tách trong pha hữu cơ và tổng nồng độ cân bằng các dạng chứa ion tách
trong pha nước thường được kí hiệu là D được tính bằng công thức:
D =

(PT 1.1)
Trong đó:
+ C
Hc
: Là tổng nồng độ cân bằng các dạng chứa ion tách trong pha
hữu cơ.
+ C
n
: Là tổng nồng độ cân bằng các dạng chứa ion tách trong
pha nước.
15
Hệ số phân bố phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình chiết, thành phần và bản
chất của hai pha như nồng độ ion cần tách, muối, chất tạo phức, độ pH của dung
dịch nước cũng như bản chất và nồng độ của tác nhân chiết, dung môi pha loãng, sự
tương tác của các dung môi chiết trong hệ chiết hỗn hợp nhiều dung môi.
b. Hiệu suất chiết (E%)
Hiệu suất chiết được tính theo công thức:
E% =


(PT 1.2)
Trong đó:

:Lần lượt là nồng độ ion tách ở pha nước và pha hữu cơ lúc cân bằng
c. Hệ số tách β
Đây là đại lượng đặc trưng quan trọng nhất của quá trình chiết phân chia 2
nguyên tố ra khỏi nhau. Hệ chiết được gọi là có chọn lọc khi giá trị β > 1, β càng
lớn khả năng phân chia càng tốt. Hệ số tách β được tính bằng công thức:
β =
=






(PT 1.4)
Trong đó:
D
1
, D
2
: Là hệ số phân bố của nguyên tố thứ nhất và hệ số phân bố của
nguyên tố thứ hai trong cùng điều kiện chiết.
C
1Hc
,
C
2Hc
: Là nồng độ cân bằng của nguyên tố thứ nhất và nguyên tố thứ
hai trong pha hữu cơ.
C
1n
, C
2n
: Là nồng độ cân bằng của nguyên tố thứ nhất và nguyên tố thứ
hai trong pha nước.
Phương pháp phân tích người ta tiến hành giải chiết nhiều bậc. Nếu β càng
lớn, số bậc chiết trong hệ càng ít, năng suất của một đơn vị thể tích thiết bị
càng lớn, chi phí hoá chất càng nhỏ. Vì vậy, vấn đề quan trọng là phải tìm ra những
hệ chiết có hệ số phân chia β đủ lớn để áp dụng vào công nghệ tách và làm sạch .
16
1.3.3.3. Các thông số công nghệ của quá trình
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp chiết bằng dung môi. Đối với
một quy trình chiết tinh chế một hay nhiều kim loại bất kỳ, việc nghiên cứu các
thông số chiết một cách cơ bản như dung môi sử dụng, tác nhân chiết, môi trường
axit, bản chất của ion kim loại, thiết bị nghiên cứu... là một yêu cầu tất yếu. Dưới
đâylà một vài yếu tố:
a. Tác nhân chiết
Tác nhân chiết ảnh hưởng lớn tới độ tinh khiết của kim loại, hiệu suất thu hồi
kim loại. Có rất nhiều tác nhân chiết được sử dụng phổ biến hiện nay chủ yếu là các
tác nhân chiết mang tính thương mại thông dụng, bao gồm tác nhân chiết trao đổi
ion, tạo phức chelat và sonvat hóa. Tác nhân chiết cần thoả mãn các điều kiện sau:
- Có độ chọn lọc cao đối với các nguyên tố kim loại cần tách.
- Có độ tan lớn trong dung môi hữu cơ, ít tan trong nước.
- Dễ dàng giải chiết nguyên tố kim loại từ pha hữu cơ.
Với phương pháp chiết dung môi, yếu tố quan trọng nhất là tác nhân chiết.
Việc nghiên cứu nguyên liệu mới có khả năng được ứng dụng cao làm tác nhân
chiết mới thì việc tách các kim loại đặc biệt như Cu bằng chiết dung môi ngày càng
mở rộng hơn.
b. Ảnh hƣởng của nồng độ axit vô cơ trong pha nƣớc
Nồng độ axit pha nước ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ chiết của các ion kim
loại. Từ cơ chế của quá trình chiết và giải chiết, phản ứng chiết làm tăng nồng độ
axit pha nước còn phản ứng giải chiết làm giảm nồng độ axit pha nước. Do đó, tại
các vùng của hệ thống chiết đều không duy trì được nồng độ axit đã chọn. Như vậy
để đảm bảo hiệu quả chiết cao thì một khó khăn đặt ra là cần duy trì ổn định
nồng độ axit trong toàn bộ hệ thống chiết.
Trong thí nghiệm nghiên cứu chiết đồng (Cu), để tránh sự tạo gel trên pha hữu
cơ và tạo kết tủa đồng hidroxit ở dưới pha nước thì hầu hết các thí nghiệm phải có