Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng sinh quyền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------------- Vũ Thị Hà Mai NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ION ĐẾN KHẢ NĂNG THỦY PHÂN VÀ TỒN LƯU CỦA CÁC KIM LOẠI NẶNG CHÍNH CÓ TRONG QUẶNG ĐỒNG SINH QUYỀN Chuyên ngành: Hóa môi trường Mã số: 60440120 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Trần Hồng Côn Hà Nội - 2014 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Hồng Côn Phản biện 1: PGS.TS. Trần Thị Dung Khoa Hóa học - Trường ĐH Khoa học Tự nhiên Phản biện 2: TS. Nguyễn Mạnh Tường Viện Hóa học vật liệu – Viện KHCN Quân sự Luận văn được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại: Phòng Hội thảo – khoa Hóa – ĐH Khoa học Tự nhiên, lúc 14 giờ 00 ngày 27 tháng 01 năm 2015 Có thể tìm thấy luận văn tại: Thư viện trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Hiện nay, với sự phát triển như vũ bão của các ngành công nghiệp, nhu cầu sử dụng kim loại ngày càng tăng. Ngoài việc nhập một lượng kim loại với chi phí cao thì nước ta tận dụng triệt để trữ lượng tài nguyên khoáng sản tương đối lớn và đa dạng. Tuy nhiên, việc khai thác khoáng sản đã và đang để lại những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường. Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lượng khác nhau, tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau. Trong các kim loại nặng, chỉ có một số nguyên tố là cần thiết cho cơ thể sống và con người ở một giới hạn cho phép nào đấy, nhưng khi hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép đó, chúng sẽ gây độc hại nghiêm trọng cho cơ thể. Tuy nhiên khả năng gây độc của các kim loại nặng hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái tồn tại của chúng. Mỏ đồng Sinh Quyền – Lào Cai có trữ lượng gần 100 triệu tấn quặng, là nguồn lợi cho rất nhiều nhà đầu tư trong việc khai thác. Tuy nhiên, do chưa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trường nên sau khi lấy được phần quặng giàu và các kim loại cần khai thác thì bỏ đi toàn bộ phần quặng nghèo và khoáng sản đi cùng. Các kim loại nặng có trong quặng, dưới tác dụng của quá trình phong hóa tự nhiên sẽ bị phân hủy, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn lưu, có ảnh hưởng to lớn đến môi trường sinh thái, sức khỏe của con người và động thực vật. Vì vậy, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion đến khả năng thủy phân và tồn lưu của các kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền”. Chương 1: TỔNG QUAN Sơ lược về trữ lượng quặng đồng tại Việt Nam và mỏ đồng Sinh Quyền 1.1.1. Trữ lượng và phân bố quặng đồng sunfua tại Việt Nam 1.1.2. Trữ lượng quặng đồng sunfua tại mỏ đồng Sinh Quyền 1.1.3. Một số loại quặng chủ yếu ở mỏ đồng Sinh Quyền 1.1.3.1. Chalcopyrit CuFeS2 1.1.3.2. Pyrotin Fe1-xS 1.1.3.3. Magnetit 1.1.3.4. Pyrit FeS2 1.1.4. Các quy trình khai thác quặng tại Việt Nam 1.1.4.1. Thăm dò địa chất 1.1.4.2. Khai thác 1.1.4.3. Tuyển quặng 1.1.4.4. Tuyển nổi 1.1.4.5. Tuyển trọng lực 1.1.4.6. Lọc 1.1.4.7. Quản lý chất thải 1.1.4.8. Luyện và tinh chế 1.1.4.9. Cải tạo 1.2. Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng do các bãi thải khai thác chế biến khoáng sản 1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm 1.2.2. Con đường phát tán kim loại nặng và các chất độc hại vào môi trường 1.3. Tình trạng ô nhiễm tại các khu vực khai thác quặng ở Việt Nam 1.3.1. Tại các mỏ quặng ở Việt Nam 1.3.2. Tại khu vực mỏ đồng Sinh Quyền 1.4. Quá trình phong hoá quặng 1.4.1. Phong hoá vật lý 1.4.2. Phong hoá hoá học 1.4.3. Phong hoá sinh học 1.5. Các quá trình sau phong hóa quặng 1.5.1. Quá trình tạo kết tủa 1.5.2. Quá trình tạo phức 1.5.3. Quá trình thủy phân 1.5.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thủy phân và tạo kết tủa 1.6. Ảnh hưởng của kim loại nặng đến cơ thể sống và con người 1.6.1. Sắt 1.6.2. Cadimi 1.6.3. Chì 1.6.4. Coban 1.6.5. Crom 1.6.6. Đồng 1.6.7. Kẽm 1.6.8. Mangan 1.6.9. Niken Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Đối tượng nghiên cứu 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 2.3. Các phương pháp nghiên cứu 2.4. Danh mục hoá chất. thiết bị cần thiết cho nghiên cứu 2.5. Thực nghiệm 2.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng 2.5.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ Fe3+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 2.5.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ Cu2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 2.5.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống quặng khi thủy phân trong điều kiện tương tự phong hóa. Chương 3. KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH tới sự thủy phân của các kim loại nặng chính có trong quặng Hình 3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH. Từ đồ thị trên ta thấy khi pH có giá trị 3 - 4 nồng độ các ion kim loại giảm nhưng không đáng kể. Điều này có thể giải thích là do tại giá trị pH này Mn+ đã bị thủy phân tạo các phức hydroxo và bắt đầu tạo một lượng nhỏ kết tủa M(OH)n. Dạng tan của các kim loại ở pH này chủ yếu vẫn là Mn+, một phần chứa các phức M(OH)(n-1)+, M(OH)(n-2)+.... Mn+ + H2O ⇄ MOH(n-1)+ + H+ Mn+ + 2H2O ⇄ M(OH)2(n-2)+ +2H+ Khi pH > 4, nồng độ các ion kim loại giảm nhiều hơn và không giống nhau do các kim loại khác nhau thì tích số tan các hidroxit tương ứng cũng khác nhau, nên khả năng thủy phân tạo kết tủa cũng khác nhau. Mn+ + nH2O ⇄ M(OH)n↓ + nH+ Khi môi trường có tính bazơ (pH > 8), đa số các kim loại dễ dàng tạo kết tủa M(OH)n theo phương trình: Mn+ + nOH-⇄ M(OH)n↓ Khi pH > 10, hầu hết các kim loại ( như Ni, Co, Cd...) đều nằm trong kết tủa dạng hidroxit, nồng độ ion kim loại nặng trong dung dịch giảm, các ion kim loại bị lắng đọng tại chỗ, không phát tán gây ô nhiễm môi trường. M(OH)n + (n-4)OH- ⇄ M(OH)44-n- Riêng đối với mangan, tích số tan của Mn(OH)2 Ks = 10-12,8, lớn nhất trong các ion kim loại nặng mà chúng ta nghiên cứu nên kết tủa Mn(OH)2 tạo thành khó hơn các kim loại khác (khi pH > 8 nồng độ ion Mn2+ mới bắt đầu giảm nhanh nhưng vẫn không tạo kết tủa hoàn toàn như các kim loại khác). Vì vậy nồng độ Mn2+ trong dung dịch còn lại trương đối lớn. Một số kim loại mà hidroxit có tính lưỡng tính như Zn, Pb,...kết tủa sẽ bị hòa tan một phần trong môi trường bazơ. Khi đó nồng độ các ion kim loại trong dung dịch sẽ tăng. Cr3+ có độ dương điện cao và Cr(OH)3 có tích số tan khá nhỏ (Ks = 10-31 ) nên ion Crom thủy phân khá sớm, ngay từ pH = 4) và chưa bị hòa tan khi môi trường có tính bazơ mặc dù nó là hợp chất lưỡng tính. Vì vậy môi trường sẽ không bị ô nhiễm crom. Như vậy, pH ảnh hưởng khá là khác nhau đến sự thủy phân của các ion kim loại nặng. 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của các ion kim loại nặng 3.2.1. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Pb2+ Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Pb2+ Từ kết quả thu được, ta thấy trong khoảng pH = 3 – 5, và nồng độ của Fe3+ thay đổi từ 10 – 20 ppm thì thấy sự giảm nồng độ chì trong dung dịch. Nếu nồng độ của Fe3+ là 20 – 100 ppm thì nồng độ của chì trong dung dịch giảm xuống thấp ngay từ khi pH bằng 3. Khi pH tăng dần, lượng kết tủa Pb(OH)2 tạo thành nhiều hơn, đủ lớn để tách ra tạo hidroxit lắng xuống. 3.2.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+ Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+ Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trong khoảng pH = 3 – 8, khi pH tăng đần nồng độ Coban trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion coban trong dung dịch làm nồng độ coban cũng giảm dần. 3.2.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+ Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+ Từ kết quả thu được, ta thấy trong khoảng pH = 3 – 9, khi pH tăng đần nồng độ Niken trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng, nó sẽ hấp phụ các ion Niken trong dung dịch làm nồng độ niken cũng giảm dần. Ta thấy rõ ràng nhất trong khoảng pH = 6 – 8, khi nồng độ sắt là 50 – 100 ppm, nồng độ niken giảm nhanh nhất bởi ngoài lượng niken bị hấp phụ, khi dung dịch có môi trường bazơ, niken bị thủy phân và tách ra dưới dạng kết tủa một lượng khá lớn làm nồng độ ion này giảm mạnh. Khi pH > 9, nồng độ niken còn lại trong dung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độ sắt thì nồng độ niken giảm không đáng kể. 3.2.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cr3+ Hình 3.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cr3+ Nồng độ com trong dung dịch giảm rất nhanh ngay tại pH = 3 khi có mặt ion sắt vì Crom có tích số tan bé, có khả thủy phân tạo kết tủa tại các pH thấp nên ở pH = 3 đã bắt đầu xảy ra quá trình thủy phân. Lượng Cr(OH)3 cộng kết với lượng Fe(OH)3 do ion sắt thủy phân tạo kết tủa lắng xuông, vì vậy ngay tại pH = 3, nồng độ ion crom đã giảm đi rõ rệt. Khi nồng độ sắt càng tăng, lượng kết tủa sắt (III) hidroxit do thủy phân càng lớn, quá trình cộng kết xảy ra nhanh hơn, đồng thời lượng sắt tạo thành lớn có khả năng hấp phụ đáng kể các ion Cr3+ làm nồng độ crom giảm đi nhiều hơn. Khi pH = 5, crom gần như thủy phân hoàn toàn thành Cr(OH)3 nên lượng ion Crom trong dung dịch còn không đáng kể, vì vậy ở các khoảng pH > 5, nồng độ crom giảm không đáng kể. 3.2.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+ Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+ Ta nhận thấy, khi có mặt ion sắt trong dung dịch, nồng độ mangan trong dung dịch giảm mạnh, có thể giảm còn 0,003 ppm tại pH = 11 khi có mặt ion Fe3+, bé hơn nhiều so với không có mặt ion sắt trong cùng điều kiện. Nồng độ ion Mn2+ giảm nhiều nhất trong khoảng từ pH = 6 – 10 bởi khi môi trường có tính bazơ, sắt thủy phân khá mạnh tạo hidroxit không tan. Tuy nhiên, mangan có tích số tan tương đối lớn nên ít bị thủy phân, vì vậy chủ yếu các ion Mn2+ bị hấp phụ trong kết tủa Fe(OH)3 là nồng độ mangan trong dung dịch giảm đi đáng kể. Khi pH > 10, nồng độ Mangan trong dung dịch ít giảm hơn bởi một lượng lớn mangan đã bị thủy phân và hấp phụ trước đó. 3.2.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+ Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+ Qua đồ thị ta nhận thấy rằng, trong khi pH tăng dần từ pH = 3 đến pH = 8, nồng độ Cadimi trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion cadimi trong dung dịch làm nồng độ cadimi cũng giảm dần. Khi pH > 8, cadimi đã bị thủy phân trong khoảng pH trước đó và Fe(OH)3 do sắt thủy phân đã cộng kết với lượng Cd(OH)2 tạo thành lắng xuống. Nồng độ cadimi còn lại trong dung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độ sắt thì nồng độ cadimi giảm không đáng kể. 3.2.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Zn2+ Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Zn2+ Khi 3 < pH < 9, nồng độ kẽm trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion sắt tăng thì quá trình thủy phân của sắt xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion kẽm trong dung dịch làm nồng độ kẽm cũng giảm dần. Nồng độ ion Zn2+ giảm nhiều nhất trong khoảng từ pH = 6 – 8 do sắt thủy phân khá mạnh tạo hidroxit không tan, hấp phụ mạnh nhất các ion kẽm, đồng thời, tại khoảng pH này, kẽm cũng bắt đầu thủy phân mạnh, kết tủa Zn(OH)2 tạo thành nhanh hơn, đủ lớn để tách ra, cộng kết với Fe(OH)3 lắng xuống. Khi pH > 8, trong điều kiện không có mặt ion sắt, một lượng lớn Zn(OH)2 bị hòa tan vào dung dịch làm nồng độ kẽm trong dung dịch tăng nhanh. Nhưng khi có mặt in Fe3+ trong dung dịch, nồng độ kẽm hầu như không tăng. Ta có thể giải thích hiện trượng này là do lượng Zn(OH)2 tạo thành không nhiều đã cộng kết với Fe(OH)3 nên khó bị hòa tan hơn, đồng thời một lượng lớn ion kẽm bị hấp phụ bởi Fe(OH)3 vẫn ở dạng ion nên không bị hòa tan ở môi trường bazơ. 3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ Cu2+ đối với sự thủy phân của các kim loại nặng 3.3.1. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Pb2+ Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Pb2+ Từ đồ thị ta thấy, tại pH = 3, khi nồng độ ion Cu2+ tăng dần, nồng độ Pb2+ thay đổi không đáng kể do ở điều kiện này, môi trường axit mạnh, các kim loại ít bị thủy phân. Khi pH = 4 – 6, môi trường đột ngột thay đổi chuyển từ môi trường axit sang môi trường trung tính nên Pb2+ thủy phân đáng kể làm nồng độ ion Pb2+ trong dung dịch giảm mạnh. Nhưng cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ Cu2+ tăng dần, thì sự thủy phân của Pb2+ xảy ra chậm hơn. Còn trong khoảng pH = 7 – 11, khi môi trường có tính bazơ, Cu2+ thủy phân đáng kể, tạo hidroxit không tan. Ở điều kiện này, Pb2+ cũng bị thủy phân và toàn bộ kết tủa Pb(OH)2 hấp phụ hết vào Cu(OH)2 và lắng xuống nên mặc dù trong điều kiện môi trường bazơ mạnh, Pb(OH)2 bị hoàn tan không đáng kể tạo PbO2-, do đó hàm lượng chì trong dung dịch tăng không đáng kể ở khoảng pH này. 3.2.2. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Co2+ Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Co2+ Khi pH tăng dần từ pH = 3 – 10, nồng độ ion Co2+ trong dung dịch giảm dần do ion này bị thủy phân. Tuy nhiên, khi nồng độ ion Cu2+ tăng dần thì nồng độ Coban trong dung dịch lại giảm dần. Trong khoảng pH từ 10 – 11, nồng độ Co2+ giảm không đáng kể, ngay cả khi nồng độ ion Cu2+ tăng bởi lượng Co2+ khá lớn đã bị thủy phân và nằm trong kết tủa ở khoảng pH trước đó. 3.3.3. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Ni2+ Hình 3.11. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Ni2+ Từ đồ thị ta thấy trong khi pH tăng dần, nồng độ niken trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion đồng tăng thì quá trình thủy phân của đồng xảy ra mạnh hơn làm lượng kết tủa Cu(OH)2 tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ cộng kết các ion niken trong dung dịch làm nồng độ niken cũng giảm dần. Ta thấy khi [Cu2+ ] = 100 ppm và tại giá trị pH lớn nhất trong thí nghiệm (pH = 11) thì nồng độ của niken trong dung dịch vẫn cao hơn các nguyên tố khác ([Ni2+ ] = 1,042 ppm). 3.3.4. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Mn2+ Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Mn2+ Khi chưa có mặt ion đồng trong dung dịch, nồng độ ion mangan trong dung dịch khá lớn và bắt đầu giảm ở pH = 9. Nhưng khi có mặt ion đồng thì nồng độ mangan trong dung dịch giảm bắt đầu từ pH = 5 và khi nồng độ đồng tăng thì nồng độ mangan giảm nhanh hơn trong cùng điều kiện. Bắt đầu từ pH = 5, đồng bắt đầu thủy phân tạo hidroxit không tan, chính kết tủa này tạo thành hấp phụ một phần ion mangan trong dung dịch làm nồng độ ion này trong dung dịch giảm đi nhanh hơn. Nồng độ đồng trong dung dịch càng lớn, quá trình thủy phân của đồng xảy ra nhanh hơn, lượng kết tủa tạo thành nhiều hơn sẽ cộng kết được lượng mangan lớn hơn làm nồng độ mangan trong dung dịch giảm đi nhiều hơn. Khi pH > 9, mangan cũng thủy phân tạo Mn(OH)2 không tan, lượng kết tủa này lắng xuống cùng với Cu(OH)2 làm nồng độ ion Mn2+ trong dung dịch giảm. 3.3.5. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cr3+ Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cr3+ Từ đồ thị ta thấy rằng, khi có mặt ion đồng trong dung dịch thì sự thủy phân của Crom thay đổi không nhiều. Có thể giải thích rằng, Ks của Cr(OH)3 khá bé nên đã thủy phân trước cả Cu2+, ngay trong khoảng pH = 4 – 5, và ở các khoảng pH > 5, lượng Cr3+ trong dung dịch còn lại khá ít nên khi đồng thủy phân cũng ảnh hưởng không nhiều đến sự thủy phân của crom. 3.3.6. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cd2+ Hình 3.14. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Cd2+ Từ kết quả thu được, ta thấy trong khoảng pH = 3 – 9, khi pH tăng dần nồng độ Cadimi trong dung dịch giảm rất nhanh, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion đồng tăng thì quá trình thủy phân của đồng xảy ra tạo kết tủa Cu(OH)2, nó sẽ giữ các ion Cadimi, đồng thời cộng kết với một lượng Cd(OH)2 mới tạo thành trong dung dịch làm nồng độ Cadimi cũng giảm dần. Khi pH > 9, khi tăng pH hay nồng độ đồng thì nồng độ Cadimi giảm không đáng kể. 3.3.7. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Zn2+ Hình 3.15. Ảnh hưởng của pH và nồng độ ion Cu2+ đối với sự thủy phân của Zn2+ Từ kết quả thu được, ta thấy trong khi pH tăng dần từ pH = 3 đến pH = 9, nồng độ kẽm trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion đồng tăng dần từ 10 ppm đến 50 ppm thì nồng độ kẽm cũng tăng theo. Nồng độ ion Zn2+ giảm nhiều nhất trong khoảng từ pH = 6 – 8. Khi pH > 8, và có mặt ion Cu2+ trong dung dịch, nồng độ kẽm vẫn giảm khi pH tăng dần, và tại mỗi giá trị pH nhất định, khi nồng độ đồng tăng dần thì nồng độ ion kẽm trong dung dịch vẫn tăng nhưng tăng chậm hơn so với khoảng pH trước đó. 3.4. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các kim loại nặng có thành phần giống quặng đến sự thủy phân và tồn lưu trong điều kiện tương tự phong hóa Hình 3.16. Ảnh hưởng của pH và tương tác của các ion có thành phần, tỷ lệ tương tự quặng đối với sự thủy phân của các ion còn lại Khi pH = 1, các ion chưa bị thủy phân, ta coi đây là nồng độ ban đầu của các ion trong dung dịch với tỷ lệ tương tự như trong quặng. Nhìn vào đồ thị ta thấy, sắt bị thủy phân sớm nhất, sau đó đến ion đồng (ngay từ pH < 4). Mặt khác, đồng và sắt chiếm tỷ lệ khá lớn trong quặng nên lượng Fe(OH)3 và Cu(OH)2 tạo thành khá lớn nên Fe(OH)3 hấp phụ một lượng khá lớn các ion kim loại nặng. Mặt khác, Fe(OH)3 và Cu(OH)2 tạo thành cộng kết với một số hidroxit của các ion kim loại tạo thành do bị thủy phân làm nồng độ các nguyên tố giảm ngay từ khoảng pH này. Khi pH > 4, ion Cu2+ và Fe3+ gần như thủy phân hoàn toàn nên quá trình hấp phụ của Fe(OH)3 và quá trình cộng kết của các hidroxit xảy ra dễ dàng hơn làm nồng độ các ion trong dung dịch tiếp tục giảm. Đối với một số ion kim loại mà hidroxit có tính lưỡng tính như Cr(OH)3, Pb(OH)2, Zn(OH)2, khi có mặt đầy đủ các ion tương tự quặng thì quá trình hòa tan các hidroxit lưỡng tính xảy ra sớm hơn. Như vậy, khi pH tăng thì sự thủy phân của các ion kim loại xảy ra nhanh hơn (nhất là khi pH > 7), đồng thời sự có mặt của các ion đồng và sắt ảnh hưởng đến sự cộng kết các hidroxit và hấp phụ của của các ion kim loại nặng vào Fe(OH)3. Khi đó các kim loại nặng sẽ lắng đọng và tồn lưu tại các vị trí đó, làm giảm sự vận chuyển và khuếch tán các ion này vào môi trường. KẾT LUẬN Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi rút ra những kết luận sau: Thủy phân của các ion kim loại nặng là một trong những yếu tố ảnh hưởng tới sự vận chuyển và tồn lưu các kim loại nặng trong môi trường, là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến sự giải phóng kim loại vào môi trường nước và là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu trong điều kiện có mặt ion sắt hoặc ion đồng đối với sự thủy phân của các ion kim loại nặng, ta thấy: Khi có mặt ion sắt, nồng độ của các ion kim loại nặng giảm đi và nồng độ ion sắt càng lớn thì nồng độ các ion còn lại trong dung dịch càng. Đồng cũng làm giảm nồng độ các ion kim loại nặng trong dung dịch nên cũng có ảnh hưởng đến nồng độ của chúng trong dung dịch nhưng không rõ rệt như sắt. Như vậy, khi có mặt sắt và đồng thì khả năng các ion kim loại nặng tồn lưu tại chỗ nhiều hơn, làm ô nhiễm môi trường tại chỗ, giảm khả năng phát tán của kim loại nặng vào môi trường. Các kim loại loại đều chịu ảnh hưởng của đồng và sắt, tùy vào tính chất của kim loại mà sự ảnh hưởng khác nhau. Một số kim loại mà hidroxit có tính chất lưỡng tính như Cr(OH)3, Pb(OH)2, Zn(OH)2 ...có thể bị hòa tan khi pH tăng dần, nhưng khi có mặt các ion Cu2+ và Fe3+ thì quá trình hòa tan xảy ra chậm hơn, làm nồng độ các ion tăng nhưng không đáng kể. Trong trường hợp có mặt các ion kim loại nặng với thành phần và tỷ lệ tương tự quặng thì nồng độ các kim loại nặng trong nước giảm nhanh hơn, do đó tại khu vực khai thác quặng, các kim loại nặng bị tồn lưu, giảm sự phát tán kim loại nặng vào môi trường, giảm sự ô nhiễm cho môi trường.