Thu hồi đồng từ bã thải công nghiệp điện phân kẽm

Phế thải từ quá trình điện phân tinh luyện kẽm của Nhà máy kẽm điện phân Thái Nguyên. Ảnh: thuonghieucongluan.com

Sáng chế của nhóm các nhà khoa học Viện Khoa học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) có thể giúp thu hồi đồng hơn 90% lượng đồng từ bã thải điện phân kẽm. Nhờ đó, vừa tạo ra nguồn nguyên liệu tái chế, vừa giảm áp lực môi trường cho các nhà máy kim loại màu đang phải xử lý hàng trăm tấn bã thải.

Sản xuất kim loại màu là một trong những ngành công nghiệp lớn của nước ta và liên tục có mức tăng trưởng cao trong những năm gần đây. Tuy nhiên, song song với những hiệu quả đạt được về kinh tế thì lượng bã thải công nghiệp điện phân kẽm ngày càng nhiều, gây áp lực rất lớn cho môi trường. Chẳng hạn, chỉ cần một ví dụ đơn cử hiện nay, nhà máy sản xuất kẽm Thái Nguyên đang lưu giữ khoảng 500 tấn bã thải kết tủa.

Kết quả phân tích cho thấy, thành phần của mẫu bã thải công nghiệp điện phân kẽm (hay bã đồng) chứa các kim loại nặng chủ yếu gồm: khoảng 26% lượng đồng, khoảng 25% lượng sắt, khoảng 11% lượng cadimi và lượng sắt chiếm khoảng 12%. Với thành phần kim loại nặng lớn như vậy, rõ ràng áp lực đặt ra cho giới công nghiệp và môi trường là phải xử lý triệt để nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Tuy nhiên, vì lượng đồng trong bã thải này khá cao (chiếm khoảng ¼ khối lượng bã thải), nên bã thải công nghiệp điện phân kẽm này vẫn được xem là nguồn nguyên liệu có giá trị kinh tế cao. Nhìn từ ví dụ số lượng bã thải của nhà máy sản xuất kẽm Thái Nguyên, có thể thấy nơi đây có tiềm năng thu lại được tới 125 tấn kim loại đồng có giá trị kinh tế. Nếu tìm được một phương án thu hồi hợp lý, đây sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào có thể tái chế lâu dài.

Một khó khăn đặt ra là, trong khi ngành công nghiệp rất cần phương pháp hiệu quả để thu hồi các kim loại có giá trị trong bã công nghiệp điện phân kẽm thì các phương án hiện nay vẫn tồn tại nhiều nhược điểm: dù tiêu tốn nhiều hóa chất và mất nhiều thời gian, nhưng chỉ có thể thu hồi được khoảng 80-85% kim loại dưới dạng dung dịch.

Để giải bài toán này, nhóm các nhà khoa học do PGS.TS Phạm Đức Thắng đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu, đưa ra phương pháp mới giúp thu hồi đồng từ bã thải công nghiệp điện phân kẽm.

Bằng phương pháp chuyển hóa bột đồng trong bã thải công nghiệp điện phân kẽm thành atacamit ở điều kiện áp suất và nhiệt độ môi trường và hòa tách chúng trong dung dịch axit sulfuric, có thể thu hồi hơn 90% lượng đồng của bã thải ở dạng ion dưới dạng dung dịch sulfat đồng sơ cấp. Lượng đồng còn sót lại (nhỏ hơn 10%) trong phần cặn được đưa đi tái tuyển để thu hồi nốt các hợp chất đồng còn sót lại.

Phần cặn kết tủa có cỡ hạt nhỏ, do đó không cần phải gia công nghiền mịn thêm mà có thể trực tiếp sử dụng cho quá trình chuyển hóa. Sắt được khử trực tiếp trong quy trình chuyển hóa mà không cần thêm hóa chất và không cần thêm bước khử sắt riêng biệt.

Bước khử cadimi được thực hiện đơn giản trong dung dịch sulfat đồng sơ cấp thu được, cho phép làm giảm tối đa lượng chất cadimi, mà vẫn bảo đảm lượng ion cadimi còn tồn dư trong dung dich không bị kết tủa lẫn với bột đồng trong quá trình xi măng hóa bằng bột sắt.

Như vậy, phương pháp này không chỉ sản xuất ra sulfat đồng – sản phẩm có giá trị và có thể sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mà còn giúp xử lý hiệu quả chất thải công nghiệp nguy hại chứa cadimi. Việc khử được cadimi là một yếu tố vô cùng quan trọng, bởi cadimi và các dung dịch, các hợp chất của nó là những chất cực độc, thậm chí chỉ với nồng độ thấp, chúng sẽ tích lũy và gây hại cho cơ thể. Về lâu dài, chất này sẽ làm rối loạn hệ thống hoạt động sinh hóa học của kẽm canxi và nhiều hệ thống hoạt động sinh hóa học khác, gây ra nhiều bệnh lý khác thường, có thể dẫn đến tử vong.

Ngoài ra, cũng theo nhóm nghiên cứu, sáng chế này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao với chi phí đầu tư cơ bản thấp và dễ thu hồi vốn vì trang thiết bị có thể tự chế bằng các vật tư, nguyên vật liệu dễ kiếm và rẻ tiền. Dây chuyền thiết bị vận hành đơn giản, linh hoạt và dễ dàng nhân rộng, nâng cấp theo yêu cầu của quy mô sản xuất và năng suất sản phẩm.

Chi phí hóa chất, khấu hao thiết bị, điện nước và nhân công cho việc chế tạo sulfat đồng sơ cấp rất thấp chỉ chiếm khoảng 12-15% giá thành của sản phẩm kim loại đồng điện phân hay của sulfat đồng sạch (có cùng hàm lượng đồng).

Với những ưu điểm đó, nghiên cứu này đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ Khoa học và Công nghệ) cấp bằng độc quyền sáng chế số 1-0021447 công bố ngày 26/8/2019.

Nguồn: Cục Sở hữu trí tuệ