Luận văn xác định hàm lượng chì, kẽm trong đất và nước khu vực mỏ sắt Thuận Hòa – Hà Giang bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử

Các thầy cô cần file liên hệ với chúng tôi tại fanpage facebook O2 Education

Hoặc xem nhiều SKKN hơn tại: Tổng hợp SKKN luận văn luận án O2 Education

MỞ ĐẦU

Môi trường và bảo vệ môi trường ngày nay đang là mối quan tâm chung của toàn xã hội. Hiện nay, đất nước ta đang trên con đường Công nghiệp hoá – hiện đại hoá. Việc khai thác các tài nguyên thiên nhiên, trong đó có tài nguyên khoáng sản kim loại phục vụ xây dựng và phát triển đất nước là rất cần thiết. Tuy nhiên, quá trình khai thác và chế biến các loại quặng này sẽ tác động nhiều mặt đến môi trường, vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình khai thác và chế biến các loại quặng sắt tới môi trường ngày càng được quan tâm.

Hà Giang là tỉnh miền núi có tiềm năng về tài nguyên khoáng sản hết sức đa dạng và phong phú. Trong đó có những loại khoáng sản có giá trị kinh tế cao là sắt, chì, kẽm, Mangan, Antimon…Theo tài liệu địa chất và khoáng sản, đến nay trên địa bàn tỉnh Hà Giang đã xác định được 215 mỏ, điểm quặng, điểm khoáng sản với 28 loại khoáng sản khác nhau. Trong đó mỏ Quặng sắt (21 mỏ, điểm mỏ). Mỏ sắt ở Thuận Hòa có trữ lượng khoảng 19,8 – 22,0 triệu tấn đây được xem là nơi có trữ lượng sắt lớn nhất trong tỉnh [1].

Để khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên khoáng sản này cần phải có công nghệ khai thác chế biến phù hợp với điều kiện địa chất khu vực và các điều kiện thực tế khác. Song song với việc khai thác chế biến loại khoáng sản này, công tác bảo vệ môi trường cần phải hết sức quan tâm vì nước thải của quá trình khai thác và chế biến có chứa các ion kim loại nặng (như Pb và Zn) gây ô nhiễm nguồn nước và đất, các ion kim loại này thể hiện độc tính cao đối với sức khỏe của con người khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Vì vậy cần phải phân tích đánh giá mức độ ô nhiễm ảnh hưởng đến nguồn nước và đất ở khu vực khai thác khoảng sản từ đó tìm biện pháp thích hợp để loại trừ và hạn chế ô nhiễm lan rộng là vấn đề cấp bách.

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “Xác định hàm lượng chì, kẽm trong đất và nước khu vực mỏ sắt Thuận Hòa – Hà Giang bằng phương pháp phổ hấp thụ và phát xạ nguyên tử”.

Với mục tiêu:

– Phân tích xác định hàm lượng chì, kẽm trong mẫu đất và nước.

– Đánh giá so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam để đánh giá mức độ ô nhiễm.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ CHÌ, KẼM

1.1.1. Chì

1.1.1.1. Trạng thái tự nhiên

Chì trong tự nhiên chiếm khoảng 0,0016 % khối lượng vỏ Trái đất, phân bố trong 170 khoáng vật khác nhau nhưng quan trọng nhất là galena (PbS), anglesite ( PbSO₄ ) và cerussite ( PbCO₃), hàm lượng chì trong các khoáng lần lượt là 88 %, 68% và 77%. [1, 2, 3]

1.1.1.2. Tính chất vật lí

Chì là kim loại nặng, có ánh kim. Chì kim loại có màu xanh xám, mềm, bề mặt chì thường mờ đục do bị oxi hóa. Một số hằng số vật lí của chì: [1, 2]

Cấu hình electron	[Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s²6p²
Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)	7,42
Bán kính nguyên tử (A⁰)	1,75
Thế điện cực chuẩn (V)	-0,126
Khối lượng nguyên tử (đvC)	207,21
Nhiệt độ nóng chảy (^oC)	327
Nhiệt độ sôi (^oC)	1737
Cấu trúc tinh thể	Lập phương tâm diện

1.1.1.3. Tính chất hóa học

Nhìn chung, chì là kim loại tương đối hoạt động về mặt hoá học. Ở điều kiện thường, chì bị oxi hoá tạo thành lớp oxit màu xám xanh bao bọc bên trên mặt bảo vệ cho chì không tiếp xúc bị oxi hoá nữa:

2Pb + O₂ → 2PbO

Khi gặp nước, nước sẽ tách dần màng oxit bao bọc ngoài và tiếp tục bị tác dụng.

Chì tương tác với halogen và nhiều nguyên tố không kim loại khác:

Pb + X₂ → PbX₂

Chì có thế điện cực âm nên về nguyên tắc nó tan được trong các axit. Nhưng thực tế chì chỉ tương tác ở trên bề mặt với dung dịch axit clohiđric loãng và axit sunfuric dưới 80% vì bị bao bọc bởi lớp muối khó tan (PbCl₂; PbSO₄). Với dung dịch đậm đặc hơn của các axit đó, chì có thể tan vì muối khó tan của lớp bảo vệ đã chuyển thành hợp chất tan: [1, 2, 3]

PbCl₂ + 2HCl → H₂PbCl₄

PbSO₄ + H₂SO₄ → Pb(HSO₄)₂

Với axit nitric ở bất kỳ nồng độ nào, chì tương tác như một kim loại:

3Pb + 8HNO_3loãng → 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Khi có mặt oxi, chì có thể tương tác với nước:

2Pb + 2H₂O + O₂ → 2Pb(OH)₂

có thể tan trong axit axetic và các axit hữu cơ khác:

2Pb + 4CH₃COOH + O₂ → 2Pb(CH₃COO)₂ + 2H₂O

Với dung dịch kiềm, chì có tương tác khi đun nóng, giải phóng hiđro:

Pb + 2KOH + 2H₂O → K₂[Pb(OH)₄] + H₂

1.1.1.4. Tác dụng sinh hóa

Chì là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể sinh vật. Không khí, nước và thực phẩm bị ô nhiễm chì đều rất nguy hiểm cho con người, nhất là trẻ em đang phát triển. Chì có tác dụng âm tính lên sự phát triển của bộ não trẻ em, chì ức chế mọi hoạt động của các enzim, không chỉ ở não mà còn ở các bộ phận tạo máu, nó là tác nhân phá hủy hồng cầu.

Chì có thể thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hít thở hoặc thông qua da nhưng chủ yếu lượng chì đi vào cơ thể con người là do khẩu phần ăn uống, chúng được tích tụ trong xương, ít gây độc cấp tính trừ liều lượng cao, nguy hiểm hơn là sự tích luỹ lâu dài trong cơ thể ở liều lượng thấp nhưng với thời gian dài. Triệu chứng thể hiện nhiễm độc chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác dụng lên hệ thần kinh trung ương và ngoại vi, hiệu ứng sinh hoá quan trọng của chì là can thiệp vào hồng cầu, nó can thiệp vào quá trình tạo hợp chất trung gian trong quá trình hình thành Hemoglobin. Khi nồng độ chì trong máu đạt 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng oxi để oxi hóa glucoza tạo a năng lượng cho quá trình sống, do đó làm cho cơ thể mệt mỏi và khi nồng độ lớn hơn 0,8 ppm thì hụt hẳn Hemoglobin gây thiếu máu và làm rối loạn chức năng thận.

Ngoài ra Pb²⁺ đồng hình với Ca²⁺ nên có thể thay thế Ca²⁺ tạo phức trong xương (làm xương đen), nếu lượng Ca²⁺ cao lại đẩy Pb²⁺ ra và Pb²⁺ được tích luỹ ở mô mềm. [4]

1.1.2. Kẽm

1.1.2.1. Trạng Thái tự nhiên

Kẽm là nguyên tố tương đối phổ biến. Trong vỏ Trái Đất kẽm chiếm khoảng 75 ppm. Đất chứa 5-77 ppm kẽm với giá trị trung bình là 64 ppm. Nước biển chứa 30 ppb và trong khí quyển chứa 0.1-4 µg/m. Ngoài ra kẽm có trong tất cả các loài vật sống, cơ thể con người chứa đến 0.001 % kẽm ở răng và hệ thần kinh và tuyến sinh dục

Kẽm (tiếng la tinh là zinc) nằm ở vị trí thứ 30 trong bảng tuần hoàn thuộc phân nhóm IIB. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền. Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng sphalerit, một loại kẽm sulfua. [5, 6]

1.1.2.2. Trạng thái vật lý

Kẽm là kim loại có màu trắng bạc nhưng ở trong không khí ẩm nó dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Là kim loại mềm dễ nóng chảy, dễ bay hơi tương đối cứng và giòn..

Màu sắc	Ánh kim bạc xám
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	692,68 K (419,53 °C, 787,15 °F)
Nhiệt độ sôi	1.180 K (907 °C, 1.665 °F)
Mật độ	7,14 g·cm⁻³ (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 6,57 g·cm⁻³
Nhiệt lượng nóng chảy	7,32 kJ·mol⁻¹
Nhiệt lượng bay hơi	123,6 kJ·mol⁻¹
Nhiệt dung	25,470 J·mol⁻¹·K⁻¹

Kẽm là kim loại có màu trắng bạc nhưng ở trong không khí ẩm nó dần bị bao phủ bởi màng oxit nên mất ánh kim. Là kim loại mềm dễ nóng chảy, dễ bay hơi tương đối cứng và giòn. [5, 6]

1.1.2.3. Tính chất hóa học

Kẽm là kim loại tương đối hoạt động. Trong không khí ẩm, kẽm bền ở nhiệt độ thường do có màng oxit bảo vệ. Nhưng ở nhiệt độ cao, kẽm cháy mãnh liệt tạo thành ngọn lửa màu lam và sáng chói.

Kẽm tác dụng với halogen, lưu huỳnh và các nguyên tố không kim loại khác như photpho, selen…

Ở nhiệt độ thường, Zn bền với nóng nước vì có màng oxit bảo vệ, ở nhiệt độ cao khử hơi nước thành oxit:

Zn + H₂O → ZnO + H₂

Có thế điện cực âm, kẽm dễ dàng tác dụng với axit không phải là chất oxi hoá giải phống khí hidro.

Kẽm có thể tan trong dung dịch kiềm giải phóng hidro giống như nhôm:

Zn + 2H₂O + 2 OH^– → [ Zn(OH)₄^2-] + H₂

1.1.2.4. Tác dụng sinh hóa

Kẽm tham gia hoạt hoá khoảng 70 enzym của nhiều hoạt đông sinh lý, sinh hoá của cây. Nó là một nguyên tố có ảnh hưởng to lớn đối với năng suất cây trồng. Thực vật hấp thụ kẽm ở dạng ion Zn²⁺. Tác dụng sinh lý của kẽm:

1. Zn cần cho sự hoạt động của nhiều enzym đường phân (hexokinase, andolase…)

2. Zn hoạt hoá enzym hô hấp cacboanhydrase, xúc tác phản ứng loại nước của hydrat oxit cacbon. Phản ứng này cung cấp CO₂ cho quá trình quang hợp.

3. Zn xúc tác quá trình tổng hợp triptophan, protein, axit indolilaxetic và cần cho quá trình sử dụng P vô cơ thành P hữu cơ trong thành phần của axit nucleic, các nucleotit.

Mặc dù kẽm là vi chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lượng kẽm vượt quá mức cần thiết sẽ có hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động vật và đặc biệt là đối với người. [3, 7]

1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KẼM VÀ CHÌ

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để xác định Kẽm và Chì như phương pháp phân tích khối lượng, phân tích thể tích, điện hoá, phổ phân tử UV – VIS, phổ phát xạ nguyên tử (AES), phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS) và không ngọn lửa (GF-AAS), phương pháp ICP – OES,.… Dưới đây là một số phương pháp xác định Zn, Pb.

1.2.1. Các phương pháp hoá học

1.2.1.1. Phương pháp phân tích khối lượng

Phương pháp phân tích khối lượng là phương pháp cổ điển, độ chính xác có thể đạt tới 0,1%. Cơ sở của phương pháp là sự kết tủa định lượng của chất phân tích với một thuốc thử thích hợp. [7]

1.2.1.2. Phương pháp phân tích thể tích

Phương pháp phân tích thể tích dựa trên sự đo thể tích dung dịch thuốc thử để biết nồng độ chính xác (dung dịch chuẩn) được thêm vào dung dịch chất định phân để tác dụng đủ toàn bộ lượng chất định phân đó. Thời điểm thêm lượng thuốc thử tác dụng với toàn bộ chất định phân gọi là điểm tương đương. Để nhận biết điểm tương đương, người ta dùng các chất gây ra hiện tượng có thể quan sát bằng mắt gọi là các chất chỉ thị. [7]

1.2.1.3. Phương pháp phân tích công cụ.

1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV – VIS

Phương pháp này chính là phương pháp phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV – VIS. Ở điều kiện thường, các phân tử, nhóm phân tử của chất bền vững và nghèo năng lượng. Đây là trạng thái cơ bản. Nhưng khi có một chùm sáng với năng lượng thích hợp chiếu vào thì các điện tử hoá trị trong các liên kết (л, ∂ , n) sẽ hấp thụ năng lượng chùm sáng, chuyển lên trạng thái kích thích với năng lượng cao hơn. Hiệu số giữa hai mức năng lượng (cơ bản E_o và kích thích E_m) chính là năng lượng mà phân tử hấp thụ từ nguồn sáng để tạo ra phổ hấp thụ phân tử của chất.

Nguyên tắc: Phương pháp xác định dựa trên việc đo độ hấp thụ ánh sáng của một dung dịch phức tạo thành giữa ion cần xác định với một thuốc thử vô cơ hay hữu cơ trong môi trường thích hợp khi được chiếu bởi chùm sáng. Phương pháp định lượng phép đo:

A = K.C

Trong đó: A: độ hấp thụ quang

K: hằng số thực nghiệm

C: nồng độ nguyên tố phân tích

Phương pháp này cho phép xác định nồng độ chất ở khoảng 10^-5 – 10^-7M và là một trong các phương pháp được sử dụng khá phổ biến.

Phương pháp trắc quang có độ nhạy, độ ổn định và độ chính xác khá cao, được sử dụng nhiều trong phân tích vi lượng. Tuy nhiên với việc xác định Zn, Pb thì lại gặp rất nhiều khó khăn do ảnh hưởng của một số ion kim loại tương tự. Khi đó phải thực hiện các công đoạn che, tách phức tạp. [7]

2. Phương pháp cực phổ

Nguyên tắc: Người ta thay đổi liên tục và tuyến tính điện áp đặt vào 2 cực để khử các ion kim loại, do mỗi kim loại có thế khử khác nhau. Thông qua chiều cao của đường cong Von-Ampe có thể định lượng được ion kim loại trong dung dịch ghi cực phổ. Vì dòng giới hạn I_gh ở các điều kiện xác định tỉ lệ thuận với nồng độ ion trong dung dịch ghi cực phổ theo phương trình:

I = k.C

Phương pháp này sử dụng điện cực giọt thuỷ ngân rơi làm cực làm việc, trong đó thế được quét tuyến tính rất chậm theo thời gian (thường 1 – 5 mV/s) đồng thời ghi dòng là hàm của thế trên cực giọt thuỷ ngân rơi. Sóng cực phổ thu được có dạng bậc thang, dựa vào chiều cao có thể định lượng được chất phân tích.

Phương pháp này có khá nhiều ưu điểm: Nó cho phép xác định cả chất vô cơ và hữu cơ với nồng độ 10^-5 ÷ 10^-6M tuỳ thuộc vào cường độ và độ lặp lại của dòng dư. Sai số của phương pháp thường là 2 ÷ 3% với nồng độ 10^-3 ÷ 10^-4M, là 5% với nồng độ 10^-5 M (ở điều kiện nhiệt độ không đổi). Tuy nhiên phương pháp cực phổ bị ảnh hưởng rất lớn của dòng tụ điện, dòng cực đại, lượng oxi hoà tan hay bề mặt điện cực nên giới hạn phát hiện kém khoảng 10^-5 – 10^-6 M.

Nhằm loại trừ ảnh hưởng trên đồng thời tăng độ nhạy, hiện nay đã có các phương pháp cực phổ hiện đại: cực phổ xung vi phân (DPP), cực phổ sóng vuông (SQWP)… chúng cho phép xác định lượng vết của nhiều nguyên tố. [8]

3. Phương pháp Von-Ampe hoà tan

Về bản chất, phương pháp Von-Ampe hoà tan cũng giống như phương pháp cực phổ là dựa trên việc đo cường độ dòng để xác định nồng độ các chất trong dung dịch. Nguyên tắc gồm hai bước:

Bước 1: Điện hoá làm giàu chất cần phân tích trên bề mặt điện cực làm việc trong khoảng thời gian xác định, tại thế điện cực xác định.

Bước 2: Hoà tan kết tủa đã được làm giàu bằng cách phân cực ngược cực làm việc, đo và ghi dòng hoà tan. Trên đường Von-Ampe hoà tan xuất hiện pic của nguyên tố cần phân tích. Chiều cao pic tỉ lệ thuận với nồng độ. [8]

4. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử

Nguyên tắc: Khi nguyên tử tồn tại tự do ở thể khí và ở trạng thái năng lượng cơ bản, thì nguyên tử không thu hay không phát ra năng lượng. Tức là nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Song, nếu chiếu vào đám hơi nguyên tử tự do một chùm tia sáng đơn sắc có bước sóng phù hợp, trùng với bước sóng vạch phổ phát xạ đặc trưng của nguyên tố phân tích, chúng sẽ hấp thụ tia sáng đó sinh ra một loại phổ của nguyên tử. Phổ này được gọi là phổ hấp thụ của nguyên tử. Với hai kỹ thuật nguyên tử hóa, nên chúng ta cũng có hai phép đo tương ứng. Đó là phép đo phổ hấp thụ nguyên tử trong ngọn lửa (F- AAS có độ nhạy cỡ 0,1 ppm) và phép đo phổ hấp thụ nguyên tử không ngọ n lửa (GF – AAS có độ nhạy cao hơn kỹ thuật ngọn lửa 50- 1000 lần, cỡ 0,1- 1 ppb).

Cơ sở của phân tích định lượng theo AAS là dựa vào mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ và nồng độ nguyên tố cần phân tích theo biểu thức:

A_λ = a.C_X

Có 2 phương pháp định lượng theo phép đo AAS là : phương pháp đường chuẩn và phương pháp thêm tiêu chuẩn.

Thực tế cho thấy phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử có nhiều ưu việt như:

Độ nhạy, độ chính xác cao, lượng mẫu tiêu thụ ít, tốc độ phân tích nhanh. Với ưu điểm này, AAS được thế giới dùng làm phương pháp tiêu chuẩn để xác định lượng nhỏ và lượng vết các kim loại trong nhiều đối tượng khác nhau.

Phép đo phổ AAS có thể phân tích được hàm lượng vết của hầu hết các kim loại và cả những hợp chất hữu cơ hay anion không có phổ hấp thụ nguyên tử. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành: địa chất, công nghiệp hóa học, hóa dầu, y học, sinh học, dược phẩm. [9]

4.1. Phép đo phổ F-AAS

Kỹ thuật F-AAS dùng năng lượng nhiệt của ngọn lửa đèn khí để hoá hơi và

nguyên tử hoá mẫu phân tích. Do đó mọi quá trình xảy ra trong khi nguyên tử hoá mẫu phụ thuộc vào đặc trưng và tính chất của ngọn lửa đèn khí nhưng chủ yếu là nhiệt độ ngọn lửa. Đây là yếu tố quyết định hiệu suất nguyên tử hoá mẫu phân tích, mọi yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ ngọn lửa đèn khí đều ảnh hưởng đến kết quả của phương pháp phân tích. [9]

4.2. Phép đo phổ GF-AAS

Kỹ thuật GF-AAS ra đời sau kỹ thuật F-AAS nhưng đã được phát triển rất nhanh, nó đã nâng cao độ nhạy của phép xác định lên gấp hàng trăm lần so với kỹ thuật F-AAS. Mẫu phân tích bằng kỹ thuật này không cần làm giàu sơ bộ và lượng mẫu tiêu tốn ít.

Kỹ thuật GF-AAS là quá trình nguyên tử hoá tức khắc trong thời gian rất ngắn nhờ năng lượng nhiệt của dòng điện có công suất lớn và trong môi trường khí trơ (Argon). Quá trình nguyên tử hoá xảy ra theo các giai đoạn kế tiếp nhau: sấy khô, tro hoá luyện mẫu, nguyên tử hoá để đo phổ hấp thụ nguyên tử và cuối cùng là làm sạch cuvet. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố quyết định mọi diễn biến của quá trình nguyên tử hoá mẫu. Trong đó hai giai đoạn đầu là chuẩn bị cho giai đoạn nguyên tử hóa để đạt kết quả tốt. Nhiệt độ trong cuvet graphit là yếu tố chính quyết định mọi sự diễn biến của quá trình nguyên tử hóa mẫu.

* Những ưu – nhược điểm của phép đo:

Cũng như các phương pháp phân tích khác, phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử cũng có những ưu, nhược điểm nhất định đó là:

– Ưu điểm: Đây là phép đo có độ nhạy cao và độ chọn lọc tương đối cao. Gần 60 nguyên tố hoá học có thể xác định bằng phương pháp này với độ nhạy từ 1.10^-4 – 1.10^-5 %. Đặc biệt, nếu sử dụng kỹ thuật nguyên tử hoá không ngọn lửa thì có thể đạt tới độ nhạy n.10^-7 %. Chính vì có độ nhạy cao nên phương pháp phân tích này đã được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để xác định lượng vết các kim loại. Một ưu điểm lớn của phép đo là: trong nhiều trường hợp không phải làm giàu nguyên tố cần xác định trước khi phân tích. Do đó, tốn ít mẫu, ít thời gian cũng như hoá chất tinh khiết để làm giàu mẫu. Tránh được sự nhiễm bẩn khi xử lý mẫu qua các giai đoạn phức tạp. Đặc biệt, phương pháp này cho phép phân tích hàng loạt mẫu với thời gian ngắn, kết quả phân tích lại rất ổn định, sai số nhỏ.

– Nhược điểm: Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm phép đo AAS cũng có nhược điểm là chỉ cho biết thành phần nguyên tố của chất ở trong mẫu phân tích mà không chỉ ra trạng thái liên kết của nguyên tố ở trong mẫu. [9]

5. Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (ICP – OES)

Khi ở điều kiện thường, nguyên tử không thu hay phát ra năng lượng nhưng nếu bị kích thích thì các điện tử hoá trị sẽ nhận năng lượng chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn (trạng thái kích thích). Trạng thái này không bền, chúng có xu hướng giải phóng năng lượng để trở về trạng thái ban đầu bền vững dưới dạng các bức xạ. Các bức xạ này được gọi là phổ phát xạ của nguyên tử.

Phương pháp ICP – OES dựa trên sự xuất hiện phổ phát xạ của nguyên tử tự do của nguyên tố phân tích ở trạng thái khí khi có sự tương tác với nguồn năng lượng phù hợp. Hiện nay, người ta dùng một số nguồn năng lượng để kích thích phổ AES như ngọn lửa đèn khí, hồ quang điện, tia lửa điện, plasma cao tần cảm ứng (ICP)…

Nhìn chung, phương pháp AES đạt độ nhạy rất cao (thường từ n.10^-3 đến n.10^-4%), lại tốn ít mẫu, có thể phân tích đồng thời nhiều nguyên tố trong cùng một mẫu. Vì vậy, đây là phương pháp dùng để kiểm tra đánh giá hoá chất, nguyên liệu tinh khiết, phân tích lượng vết ion kim loại độc trong nước, lương thực, thực phẩm. Tuy nhiên, phương pháp này lại chỉ cho biết thành phần nguyên tố trong mẫu mà không chỉ ra được trạng thái liên kết của nó trong mẫu. [9]

Hình 1.1. Nguyên tắc cấu tạo hệ thống máy phổ phát xạ nhiều kênh

HF-Nguồn cao tần RF. Pm-Hệ NTH mẫu. S-Tâm ngọn lửa ICP. T-Khe sáng.

L-Hệ thấu kính. G-Cách tử. M1-Hệ chuẩn trực. M2-Hệ hội tụ. PM-Nhân quang (detectror), >>-Hệ điện tử. Sig-Bộ hiện thị kết quả. Mr-Hệ máy tính

1.3. GIỚI THIỆU CÁC MỎ QUẶNG SẮT VÀ CÔNG NGHỆ KHAI THÁC QUẶNG SẮT THUẬN HÒA HUYỆN VỊ XUYÊN, TỈNH HÀ GIANG

Hà Giang là tỉnh có tiềm năng về tài nguyên khoáng sản hết sức đa dạng và phong phú cả về kim loại và phi kim loại. Trong đó có những loại khoáng sản có giá trị kinh tế cao là chì, kẽm, Mangan, Antimon…Theo tài liệu địa chất và khoáng sản, đến nay trên địa bàn tỉnh Hà Giang đã xác định được 215 mỏ, điểm quặng, điểm khoáng sản với 28 loại khoáng sản khác nhau. Trong đó 4 loại khoáng sản trọng điểm là: Quặng sắt (21 mỏ, điểm mỏ); quặng chì, kẽm (16 mỏ, điểm mỏ); quặng Mangan (27 mỏ, điểm mỏ) và quặng Antimon.

Mỏ sắt Tùng Bá có trữ lượng 22 triệu tấn

Mỏ sắt Thuận Hòa có trữ lượng 725,525 tấn công suất 100.000 ngìn tấn/năm

Mỏ sắt Sàng Thần (huyện Bắc Mê) trữ lượng 31,86 triệu tấn. [1]

Hình 1.2. Toàn cảnh khu khai thác mỏ sắt Thuận hòa

* Quy trình khai thác quạng sắt tại mỏ sắt Thuận Hòa

Quặng đầu được máy xúc tải cấp lên bun ke cấp liệu. Quặng từ bun ke cấp liệu được máy cấp liệu cấp lên máy đập hàm để giảm kích thước cỡ hạt xuống còn -100mm, sau đó quặng được băng tải vận chuyển lên máy đập trung là máy đập nón để tiếp tục giảm kích thước cỡ hạt xuống còn -35mm rồi được băng tải vận chuyển tới sàng sơ bộ và kiểm tra có kích thước lỗ lưới 8mm. Sản phẩm trên sàng qua máng dẫn đổ trực tiếp vào máy đập nhỏ là máy đập nón, sản phẩm của máy đập được băng tải cấp trở lại sàng phân loại S1 theo một chu trình. Sản phẩm dưới sàng được băng tải vận chuyển lên hai bun ke trung chuyển

Quặng có cấp hạt 0÷8mm từ bun ke qua máy cấp liệu qua băng tải (B5) cấp cho máy nghiền bi giai đoạn 1được nghiền đến cấp hạt -0,5mm. Sản phẩm của máy nghiền được kiểm tra lại qua phân cấp ruột xoắn, cát của phân cấp ruột xoắn được cấp trở lại máy nghiền, bùn tràn của phân cấp ruột xoắn được chảy xuống thùng qua bơm cấp lên thiết bị tuyển vít đứng. Qua hệ thống tuyển vít đứng quặng được chia thành 03 sản phẩm. Sản phẩm tinh quặng (tinh quặng 1) được chảy xuống thùng bơm bơm ra bể lắng quặng tinh, sản phẩm đuôi được tự chảy qua đường ống vào thùng chứa bùn quặng ; còn sản phẩn trung gian của vít đứng tự chảy vào máy nghiền giai đoạn 2.

Sản phẩm của máy nghiền giai đoạn 2 với độ mịn nghiền là -0,1mm tức tỷ lệ của cấp hạt -0,074mm chiếm khoảng 70%. Sản phẩm của máy nghiền được kiểm tra lại qua phân cấp ruột xoắn. Cát của phân cấp ruột xoắn được cấp trở lại máy nghiền, bùn tràn của phân cấp được chảy xuống thùng bơm và qua bơm cấp lên thiết bị tuyển vít đứng .

Qua vít xoắn, quặng được phân chia thành 02 sản phẩm: sản phẩm tinh quặng (tinh quặng 2) chảy xuống bể lắng quặng tinh, quăng đuôi của vít đứng kết hợp với quặng đuôi của vít đứng trước gộp chảy xuống thùng bơm bùn .

Qua bơm bùn quặng lên máy tuyển từ chính, bùn thải của máy tuyển từ chính lại được tuyển lại trên máy tuyển từ vét, tinh quặng của máy tuyển từ chính và máy tuyển từ vét (tinh quặng 3) được bơm về bể lắng quặng tinh. Bùn thải của máy tuyển từ vét chảy về thùng bơm bùn và được bơm bơm ra hồ lắng bùn. Tại hồ lắng bùn nước trong được cấp trở lại dây chuyền xưởng tuyển.

Tinh quặng 1, tinh quặng 2, tinh quặng 3 được bơm về bể lắng quặng tinh theo từng ô một và luôn phiên tháo khô được máy bốc lên ô tô vận chuyển về kho chứa sản phẩm trước khi cấp cho nhà máy luyện gang.

Đập hàm

Đập côn trung

Sàng phân loại 8mm

Quặng nguyên khai

Đập côn nhỏ

Nghiền -0,5mm

Phân cấp ruột xoắn 1

Tuyển vít đứng 1

Nghiền -0,1mm

Phân cấp ruột xoắn 2

Tuyển vít đứng 2

Tuyển từ 2 cấp

Bể lắng quặng tinh

Hồ lắng quặng tinh

Tinh quặng

Nước tuần hoàn

Bùn thải

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ tuyển quặng sắt Thuận Hòa

CHƯƠNG 2

THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ

2.1.1. Thiết bị

– Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA – 6300 của Nhật Bản tại Trung tâm y tế Dự phòng Thái Nguyên.

– Máy quang phổ phát xạ nguyên tử Agilent ICP- OES 5100 của Mỹ tại phòng phân tích SGS Núi Pháo – Thái Nguyên.

– Máy cất nước hai lần Aquatron A4000D của Mỹ .

– Cân phân tích CPA2245 của Đức ( 0,1 mg).

– Tủ lạnh, bếp điện.

2.1.2. Dụng cụ

– Bình định mức các loại: 10, 25, 50, 100, 250 ml.

– Pipet man.

– Pipet bầu 1, 2, 5, 10 ml

– Cốc thuỷ tinh, ống đong, phễu các loại.

2.1.3. Hoá chất

– Các dung dịch chuẩn của Pb, Zn được pha từ dung dịch chuẩn có nồng độ 1000mg/l của hãng Meck (Đức) sản xuất.

– Dung dịch HCl, HNO₃, Mg(NO₃)₂ (Merk).

Các dung dịch hóa chất đều được pha chế bằng nước cất 2 lần.