Luận văn thạc sĩ xác định đồng thời các halogen f cl br trong một số mẫu quặng bằng phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc

Luận văn thạc sĩ trình bày phương pháp xác định đồng thời các halogen F, Cl, Br trong mẫu quặng bằng nhiệt thủy phân và điện cực chọn lọc.

• Tác giả: Nguyễn Thị Cam
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Kim Dung
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Xác định halogen trong quặng bằng phương pháp mới
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về halogen
• 1.2. Tính chất vật lí của các halogen
• 1.3. Tính chất hoá học
• 1.3.1. Đơn chất
• 1.3.2. Hợp chất
• 1.4. Đặc điểm và thành phần một số mẫu khoáng, quặng
• 1.4.1. Apatit

Tóm tắt

I. Tổng quan về phương pháp xác định halogen trong quặng

Phương pháp xác định halogen trong quặng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong hóa phân tích. Halogen, bao gồm flo (F), clo (Cl), và brom (Br), có mặt trong nhiều loại quặng và có ảnh hưởng lớn đến môi trường và sức khỏe con người. Việc xác định chính xác hàm lượng halogen trong quặng không chỉ giúp quản lý tài nguyên khoáng sản mà còn bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này sẽ trình bày một phương pháp mới, hiệu quả và chính xác để xác định halogen trong quặng.

1.1. Đặc điểm và vai trò của halogen trong quặng

Halogen là những nguyên tố có tính oxi hóa mạnh, thường tồn tại dưới dạng hợp chất trong quặng. Chúng có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình hóa học và công nghiệp. Việc hiểu rõ về đặc điểm của halogen giúp xác định phương pháp phân tích phù hợp.

1.2. Tình hình nghiên cứu hiện tại về halogen trong quặng

Hiện nay, nhiều phương pháp đã được áp dụng để xác định halogen trong quặng, bao gồm phương pháp điện hóa, sắc ký, và phóng xạ. Tuy nhiên, các phương pháp này thường gặp khó khăn trong việc đạt được độ chính xác cao và hiệu quả kinh tế.

II. Thách thức trong việc xác định halogen trong quặng

Việc xác định halogen trong quặng gặp nhiều thách thức, bao gồm sự hiện diện của các ion cản và độ phức tạp trong mẫu quặng. Các phương pháp truyền thống thường không đủ nhạy để phát hiện hàm lượng halogen ở mức thấp. Điều này dẫn đến việc cần thiết phải phát triển các phương pháp mới, có độ chọn lọc cao hơn.

2.1. Các vấn đề trong phương pháp phân tích hiện tại

Nhiều phương pháp hiện tại gặp khó khăn trong việc loại bỏ các ion cản, dẫn đến kết quả không chính xác. Điều này đặc biệt quan trọng trong các mẫu quặng có hàm lượng halogen thấp.

2.2. Tác động của halogen đến môi trường và sức khỏe

Halogen có thể gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Việc xác định chính xác hàm lượng halogen trong quặng là cần thiết để giảm thiểu rủi ro này.

III. Phương pháp mới trong xác định halogen trong quặng

Phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion là một trong những phương pháp mới được nghiên cứu. Phương pháp này cho phép xác định đồng thời các halogen (F, Cl, Br) trong mẫu quặng với độ chính xác cao và thời gian phân tích ngắn.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp mới

Phương pháp này dựa trên nguyên lý nhiệt thủy phân để tách halogen ra khỏi mẫu quặng, sau đó sử dụng điện cực chọn lọc để xác định hàm lượng halogen. Điều này giúp tăng độ nhạy và độ chính xác của phân tích.

3.2. Ưu điểm của phương pháp nhiệt thủy phân

Phương pháp này có nhiều ưu điểm như sử dụng lượng mẫu ít, thời gian phân tích nhanh và không cần loại bỏ các ion cản. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho việc xác định halogen trong quặng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp xác định halogen

Phương pháp xác định halogen trong quặng có nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản. Việc xác định chính xác hàm lượng halogen giúp tối ưu hóa quy trình khai thác và giảm thiểu tác động đến môi trường.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp khai thác

Phương pháp này có thể được áp dụng để kiểm soát chất lượng quặng trong quá trình khai thác, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu tổn thất tài nguyên.

4.2. Tác động đến quản lý môi trường

Việc xác định chính xác hàm lượng halogen trong quặng giúp các nhà quản lý môi trường đưa ra các biện pháp phù hợp để giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về phương pháp xác định halogen trong quặng mở ra nhiều triển vọng cho ngành hóa phân tích. Việc phát triển các phương pháp mới không chỉ giúp nâng cao độ chính xác mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

5.1. Tương lai của phương pháp xác định halogen

Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp xác định halogen trong quặng sẽ ngày càng trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai thác và sử dụng tài nguyên khoáng sản một cách bền vững.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp phân tích hiện đại, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong việc quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Halogen (F, Cl, Br) là nhóm nguyên tố có tính oxi hóa mạnh, tồn tại chủ yếu dưới dạng hợp chất trong tự nhiên và có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là khai thác và chế biến khoáng sản. Việt Nam sở hữu nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, trong đó có các mỏ quặng đất hiếm chứa hàm lượng halogen đáng kể. Việc xác định chính xác hàm lượng halogen trong các mẫu quặng như apatit, boxit, fluorit, pyrit và đất hiếm là cần thiết để đánh giá tác động môi trường và hiệu quả khai thác.

Mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy trình phân tích đồng thời các halogen F, Cl, Br trong mẫu quặng bằng phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion, nhằm nâng cao độ chính xác, độ nhạy và tính kinh tế trong phân tích. Nghiên cứu được thực hiện trên các mẫu quặng thu thập tại một số địa phương có trữ lượng khoáng sản lớn, trong khoảng thời gian từ năm 2013 đến 2014. Kết quả phân tích góp phần tạo cơ sở khoa học cho việc quản lý môi trường trong khai thác khoáng sản, đồng thời mở rộng ứng dụng các phương pháp phân tích hiện đại trong lĩnh vực hóa phân tích khoáng sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Tính chất hóa học và vật lý của halogen: Halogen có 7 electron lớp ngoài cùng, dễ thu nhận electron để tạo ion halogenua (F⁻, Cl⁻, Br⁻). Tính oxi hóa mạnh và khả năng tạo hợp chất đa dạng ảnh hưởng đến phương pháp tách và định lượng.
• Phương pháp nhiệt thủy phân: Kỹ thuật tách halogen khỏi mẫu rắn bằng cách gia nhiệt mẫu trong dòng hơi nước ở nhiệt độ cao (800–1200ºC), giúp chuyển halogen thành dạng dễ phân tích.
• Điện cực chọn lọc ion (ISE): Phương pháp điện hóa đo điện thế màng chọn lọc ion halogen, dựa trên phương trình Nernst, cho phép xác định nồng độ ion trong dung dịch với độ nhạy và chọn lọc cao.
• Khái niệm về hoạt độ ion và ảnh hưởng của các ion cạnh tranh: Để đảm bảo độ chính xác, cần điều chỉnh lực ion mẫu bằng dung dịch TISAB hoặc ISA, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của các ion như SO₄²⁻, PO₄³⁻, CO₃²⁻, K⁺, Ca²⁺, Al³⁺ đến kết quả đo.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Mẫu quặng apatit, boxit, fluorit, pyrit và đất hiếm thu thập tại các mỏ khoáng sản Việt Nam.
• Phương pháp phân tích:
  • Tách halogen bằng phương pháp nhiệt thủy phân trong ống phản ứng hợp kim bạch kim, sử dụng lò nung với chương trình nhiệt độ điều khiển chính xác.
  • Định lượng ion halogen trong dung dịch thu được bằng hệ điện cực chọn lọc ion Oakton, với dung dịch điều chỉnh lực ion TISAB cho F⁻ và ISA cho Cl⁻, Br⁻.
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện khảo sát điều kiện nhiệt độ (900–1050ºC) và thời gian (30 phút đến 2 giờ) phản ứng nhiệt thủy phân, đánh giá hiệu suất tách halogen, khảo sát ảnh hưởng của các ion cạnh tranh đến phép đo điện cực chọn lọc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Điều kiện nhiệt độ và thời gian tối ưu cho nhiệt thủy phân:

   • Với NaF và CaF₂ (flo thủy phân chậm), nhiệt độ 1000ºC và thời gian 2 giờ cho hiệu suất tách flo trên 94% và 96% tương ứng.
   • Với DyF₃ (flo thủy phân nhanh), nhiệt độ 950ºC và thời gian 30 phút đạt hiệu suất tách flo gần 99%.
   • Tăng nhiệt độ trên 1000ºC hoặc thời gian vượt quá 2 giờ không cải thiện đáng kể hiệu suất tách.

2. Hiệu suất tách halogen trong mẫu quặng:

   • Phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion cho phép xác định đồng thời F, Cl, Br với độ chính xác cao.
   • Hàm lượng halogen trong các mẫu quặng dao động rộng, ví dụ apatit chứa 1,5–4,4% F, trong khi brom và clo có hàm lượng thấp hơn nhưng vẫn được phát hiện chính xác.

3. Ảnh hưởng của các ion cạnh tranh đến phép đo điện cực chọn lọc:

   • Nồng độ SO₄²⁻ (240–2500 ppm), H₂PO₄⁻ (120–970 ppm), CO₃²⁻ (73–1000 ppm), K⁺ (95–500 ppm), Ca²⁺ (100–950 ppm), Al³⁺ (27–260 ppm) không gây sai số vượt quá 5% trong đo nồng độ F⁻, Cl⁻, Br⁻.
   • Điều này chứng tỏ phương pháp có độ chọn lọc cao và phù hợp với mẫu quặng có thành phần phức tạp.

4. Đường chuẩn điện cực chọn lọc ion:

   • Đường chuẩn E = K + S log C với hệ số S gần -59 mV/decade, phù hợp với lý thuyết Nernst, đảm bảo độ tuyến tính và độ nhạy cao trong phạm vi nồng độ ion halogen từ ppm đến ppb.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion là giải pháp hiệu quả, kinh tế và có độ chính xác cao trong việc xác định đồng thời các halogen trong mẫu quặng phức tạp. Nhiệt độ và thời gian phản ứng được tối ưu giúp đảm bảo tách hoàn toàn halogen mà không làm biến đổi mẫu. So sánh với các phương pháp khác như sắc ký ion hay ICP-MS, phương pháp này có ưu điểm về chi phí và thao tác đơn giản, phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm trong nước.

Việc khảo sát ảnh hưởng của các ion cạnh tranh cho thấy phương pháp có tính ổn định và độ chọn lọc cao, phù hợp với mẫu quặng có thành phần đa dạng. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ hiệu suất tách halogen theo nhiệt độ và thời gian, cũng như bảng so sánh sai số đo trong các điều kiện ion cạnh tranh khác nhau, giúp minh bạch và dễ dàng đánh giá.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng quy trình nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion trong phân tích khoáng sản:

   • Động từ hành động: Triển khai, áp dụng.
   • Target metric: Độ chính xác phân tích halogen ≥ 95%.
   • Timeline: 6 tháng để đào tạo và chuyển giao công nghệ.
   • Chủ thể thực hiện: Các phòng thí nghiệm phân tích khoáng sản và môi trường.

2. Nâng cao năng lực phân tích và kiểm soát chất lượng mẫu:

   • Động từ hành động: Đào tạo, chuẩn hóa quy trình.
   • Target metric: Giảm sai số phân tích xuống dưới 3%.
   • Timeline: 3 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Viện nghiên cứu và các trường đại học chuyên ngành hóa phân tích.

3. Mở rộng nghiên cứu ứng dụng phương pháp cho các loại mẫu môi trường khác:

   • Động từ hành động: Nghiên cứu, thử nghiệm.
   • Target metric: Phân tích chính xác halogen trong đất, nước thải.
   • Timeline: 1 năm.
   • Chủ thể thực hiện: Các trung tâm nghiên cứu môi trường.

4. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình quản lý môi trường dựa trên hàm lượng halogen:

   • Động từ hành động: Xây dựng, ban hành.
   • Target metric: Tiêu chuẩn quốc gia về hàm lượng halogen trong khoáng sản và môi trường.
   • Timeline: 2 năm.
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và giảng viên hóa phân tích:

   • Lợi ích: Cập nhật phương pháp phân tích halogen hiện đại, áp dụng trong giảng dạy và nghiên cứu.
   • Use case: Phát triển đề tài nghiên cứu liên quan đến khoáng sản và môi trường.

2. Chuyên gia và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm khoáng sản:

   • Lợi ích: Áp dụng quy trình phân tích chính xác, nâng cao hiệu quả kiểm soát chất lượng mẫu.
   • Use case: Phân tích hàm lượng halogen trong mẫu quặng phục vụ khai thác và chế biến.

3. Cơ quan quản lý môi trường và tài nguyên khoáng sản:

   • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn và chính sách quản lý ô nhiễm halogen.
   • Use case: Đánh giá tác động môi trường trong khai thác khoáng sản.

4. Doanh nghiệp khai thác và chế biến khoáng sản:

   • Lợi ích: Giảm thiểu rủi ro môi trường, tối ưu hóa quy trình xử lý halogen độc hại.
   • Use case: Kiểm soát chất lượng sản phẩm và xử lý khí thải trong sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp nhiệt thủy phân có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp nhiệt thủy phân cho phép tách halogen hiệu quả từ mẫu rắn phức tạp, dễ thực hiện, chi phí thấp và phù hợp với phân tích hàng loạt. Ví dụ, nhiệt độ 1000ºC và thời gian 2 giờ giúp tách flo đạt hiệu suất trên 94%.

2. Điện cực chọn lọc ion có độ nhạy và độ chính xác như thế nào?
   Điện cực chọn lọc ion có độ nhạy cao, đáp ứng theo phương trình Nernst với hệ số dốc khoảng -59 mV/decade, cho phép xác định nồng độ ion halogen từ ppm đến ppb với sai số dưới 5%.

3. Các ion cạnh tranh có ảnh hưởng đến kết quả phân tích không?
   Nghiên cứu cho thấy các ion SO₄²⁻, PO₄³⁻, CO₃²⁻, K⁺, Ca²⁺, Al³⁺ trong phạm vi nồng độ thực tế không gây sai số lớn, đảm bảo độ chính xác và độ chọn lọc của phương pháp.

4. Phương pháp này có thể áp dụng cho các loại mẫu nào khác?
   Ngoài mẫu quặng, phương pháp có thể mở rộng ứng dụng cho mẫu đất, nước thải và các vật liệu chứa halogen khác trong môi trường, giúp đánh giá ô nhiễm và quản lý môi trường hiệu quả.

5. Làm thế nào để đảm bảo độ tin cậy của kết quả phân tích?
   Đảm bảo độ tin cậy bằng cách chuẩn bị mẫu đúng quy trình, sử dụng dung dịch điều chỉnh lực ion (TISAB, ISA), kiểm tra độ dốc điện cực thường xuyên và thực hiện đo lặp lại để kiểm soát sai số.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công quy trình phân tích đồng thời halogen (F, Cl, Br) trong mẫu quặng bằng phương pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc ion với hiệu suất tách flo đạt trên 94%.
• Nhiệt độ 1000ºC và thời gian 2 giờ là điều kiện tối ưu cho nhiệt thủy phân các hợp chất flo khó thủy phân.
• Phương pháp có độ chọn lọc cao, ít bị ảnh hưởng bởi các ion cạnh tranh phổ biến trong mẫu quặng.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực phân tích khoáng sản và quản lý môi trường trong khai thác khoáng sản tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai áp dụng quy trình trong các phòng thí nghiệm phân tích khoáng sản và mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các mẫu môi trường khác trong thời gian tới.

Hãy áp dụng quy trình phân tích này để nâng cao chất lượng nghiên cứu và quản lý tài nguyên khoáng sản hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Halogen là những nguyên tố rất hoạt động, trong thiên nhiên chúng không tồn tại ở trạng thái tự do. Flo và clo là những nguyên tố tƣơng đối phổ biến, trữ lƣợng của mỗi nguyên tố đó ở trong vỏ trái đất là vào khoảng 0,02% tổng số nguyên tử. Brom và iot kém phổ biến hơn, trữ lƣợng của brom là 3. Clo tồn tại chủ yếu dƣới dạng muối ăn NaCl có ở trong nƣớc biển hoặc trong mỏ muối (do hồ hoặc hồ nƣớc mặn bị vùi lấp tạo nên), brom và iot thƣờng có cùng clo rong nƣớc biển và nƣớc của những hồ ngập mặn.

Nƣớc biển chứa khoảng 2% clo, 7. Trong nƣớc của giếng khoan dầu mỏ có khoảng 0,01- 0,5% brom và khoảng 10-4-3. Trong cơ thể ngƣời, flo có trong xƣơng và men răng, clo có ở trong máu ngƣời dƣới dạng NaCl và ở trong dịch vị dạ dày dƣới dạng HCl, iot ở trong tuyến giáp trạng còn brom chỉ có ở dạng vết. Từ khi đất nƣớc ta hoàn toàn giải phóng, công tác điều tra địa chất và tìm kiếm thăm dò khoáng sản mới đƣợc triển khai trên quy mô toàn lãnh thổ Việt Nam.

Kết quả của công tác điều tra, khảo sát, thăm dò địa chất cho thấy, Việt Nam có tiềm năng khoáng sản khá phong phú, đa dạng. Nhiều khoáng sản có trữ lƣợng lớn nhƣ bôxit, quặng sắt, đất hiếm, apatít,… chủng loại khoáng sản đa dạng. Nƣớc ta là nƣớc có nhiều tài nguyên khoáng sản, đó là một nguồn lực và lợi thế quan trọng cho sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nƣớc. Những kết quả điều tra, đánh giá, thăm dò từ những năm 1950 đến nay đã khẳng định Việt Nam là quốc gia có tiềm năng lớn về đất hiếm.

Các mỏ đất hiếm ở Việt nam có quy mô từ trung bình đến lớn, chủ yếu là đất hiếm nhóm nhẹ (nhóm lantan và ceri) tập trung ở vùng Tây Bắc Việt Nam, tạo điều kiện thuận lợi để phát triển thành một cụm công nghiệp khai thác đất hiếm trong tƣơng lai. Với nhu cầu sự dụng đất hiếm trên thế giới ngày càng tăng và với tầm quan trọng của đất hiếm thì việc đẩy mạnh mở rộng khai thác đất hiếm là điều không tránh khỏi. Số liệu năm 2010 cho thấy Trung Quốc là quốc gia đi đầu trong khai thác đất hiếm (cung cấp 95% đất hiếm cho thị trƣờng thế giới), theo báo cáo của Hội đất hiếm Trung Quốc chế biến mỗi tấn đất hiểm ở đó sinh ra 8,5 kg flo và 13 kg bụi, họ sử dụng công 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nghệ nung nhiệt độ cao dùng H2SO4 đậm đặc để tạo ra một tấn quặng đất hiếm nung sẽ sinh ra 9.000 m3 chứa nồng độ bụi đậm đặc, axit HF, SO2, H2SO4, khoảng 75 m3 chứa axit, khoảng một tấn phụ phẩm có tính phóng xạ. Từ trƣớc tới nay nƣớc ta cũng có khai thác đất hiếm nhƣng công nghệ còn lạc hậu, chủ yếu sử dụng phƣơng pháp thủ công và dẫn đến tổn thất tài nguyên lớn (có những mỏ tổn thất tới 60%), công suất thấp, không tách đƣợc hết thành phần nguyên tố hiếm.

Việt Nam cũng đã nghiên cứu sử dụng đất hiếm trong các lĩnh vực nông nghiệp, chế tạo nam châm vĩnh cửu, chế tạo hợp kim gang, thép, thủy tinh, bột màu. nhƣng vẫn chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm hoặc quy mô nhỏ. Trong đất hiếm chứa nhiều nguyên tố độc hại, có tính phóng xạ, nếu khai thác không đúng quy trình kỹ thuật có thể gây ô nhiễm môi trƣờng, việc khai thác có nhiều yếu tố rủi ro cao và khả năng gây tổn hại môi trƣờng. Ở Việt Nam chúng ta, một trong những mỏ quặng đất hiếm lớn có ở Đông Pao (Phong Thổ, Lai Châu) , quặng đất hiếm Bastnezit có trữ lƣợng lớn ở Đông Pao.

Theo những nghiên cứu từ trƣớc trong đất hiếm có một hàm lƣợng tƣơng đối của flo mà nhƣ chúng ta đã biết khi việc khai thác quặng đất hiếm làm sản sinh ra nhiều chất gây độc hại trong đó có hợp chất của flo…Hợp chất của flo thải ra trong quá trình khai thác đất hiếm dƣới dạng HF một chất rất độc. Việc khai thác và sử dụng khoáng sản đã mở ra một ngành công nghiệp có vai trò quyết định trong nền kinh tế của thế giới đó là ngành công nghiệp khoáng sản. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt đƣợc, chúng ta cũng đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về môi trƣờng. Ô nhiễm môi trƣờng đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của toàn nhân loại.

Nhằm từng bƣớc khắc phục, hạn chế vấn đề ô nhiễm môi trƣờng trong khai thác, chế biến khoáng sản về tăng cƣờng năng lực quản lý môi trƣờng các cấp, sử dụng phƣơng pháp thu hồi khí độc định lƣợng halogen trong mẫu quặng rất quan trọng vì nó ảnh hƣởng đối với sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng. Từ đó có thể tính toán đƣợc lƣợng hidro halogenua cần xử lý khi khai thác quặng. Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp để xác định hàm lƣợng halogenua nhƣ các phƣơng pháp điện hóa, phƣơng pháp phóng xạ, phƣơng pháp kích hoạt nơtron, các phƣơng pháp sắc ký. Một trong các phƣơng pháp phân tích 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] kinh tế, thuận lợi, đơn giản và có độ chọn lọc cao là phƣơng pháp sử dụng điện cực chọn lọc.

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sử dụng lƣợng mẫu ít, xác định nhanh, nhạy, chính xác và đa số trong các trƣờng hợp không phải loại bỏ các ion cản từ trƣớc. Trong luận văn này, chúng tôi xin trình bày phƣơng pháp xác định đồng thời các halogenua (F, Cl, Br) trong một số mẫu quặng bằng phƣơng pháp nhiệt thủy phân kết hợp điện cực chọn lọc. Ý nghĩa khoạ học và thực tiễn của đề tài : - Xây dựng quy trình phân tich xác định hàm lƣợng halogen (F, Cl, Br) trong một số mẫu quặng - Góp phần nghiên cứu phát triển và mở rộng phạm vi các phƣơng pháp phân tích hiện đại. - Tạo cơ sở cho việc xây dựng tiêu chuẩn quản lý môi trƣờng dựa trên độ độc hại của các nguyên tố halogen.

6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về halogen 1.1 Cấu tạo nguyên tử Halogen (tiếng Latinh nghĩa là sinh ra muối) là những nguyên tố thuộc nhóm VIIA (nhóm nguyên tố thứ 17) trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nhóm halogen bao gồm: F, Cl, Br, I còn At là nguyên tố phóng xạ [6]. Bảng 1: Một số đặc điểm nguyên tử của các halogen Bán kính nguyên Cấu hình electron lớp Độ âm Nguyên tố Số thứ tự tử (Ao) ngoài cùng điện F 9 0,64 2s22p5 3,98 Cl 17 0,99 3s23p5 3,16 Br 35 1,14 3d104s24p5 2,96 I 53 1,33 4d105s25p5 2,66 At 85 1,40 5d106s26p5 2,2 Halogen có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chỉ thiếu 1 electron là đạt đƣợc cấu hình electron bền nhƣ khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một đôi electron tạo ra phân tử có liên kết cộng hóa trị không cực. Trong phản ứng hóa học, các nguyên tử này rất hoạt động vì chúng dễ thu thêm 1 electron để tạo thành khí trơ đứng sau nó, do đó tính chất hóa học cơ bản của các halogen là tính oxi hóa mạnh.

Tuy nhiên, flo có độ âm điện lớn nhất nên trong tất cả các hợp chất chỉ có số oxi hóa -1, còn các nguyên tố halogen khác, ngoài số oxi hóa -1 còn có các số oxi hóa +1,+3,+5,+7, chúng thể hiện tính oxi hóa. Thế điện cực tiêu chuẩn của một số halogen đƣợc trình bày ở bảng 2. 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Bảng 2 : Thế điện cực tiêu chuẩn của một số halogen [65] Bán phản ứng E0 (V) F2 + 2e- ---> 2F- +2,87 Cl2 + 2e- ---> 2Cl- +1,36 ClO3- + 6H+ + 5e ---> 1/2Cl2 + 3H2O +1,47 ClO- + H2O + 2e ---> Cl- + 2OH- +0,89 HClO + H+ + e ---> 1/2Cl2 + H2O +1,63 Br2 + 2e- ---> 2Br- +1,07 BrO3- + 6H+ + 5e ---> 1/2Br2 + 3H2O +1,52 I2 + 2e- ---> 2I- +0,54 +1,196 1.2 Trạng thái tự nhiên Flo trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, flo chiếm 0,08% trong vỏ trái đất, ở trong các khoáng vật flo tồn tại chủ yếu ở dạng florit (CaF2) và criolit (AlF3. Flo trong tự nhiên chỉ xuất hiện ở dạng florua (F-) trong nƣớc biển( có hàm lƣợng 1,2 đến 1,5ppm) [35], nƣớc song, hồ (0,01-0,3ppm), suối khoáng, nƣớc ngầm cọng một số loài cỏ, trong xƣơng và răng thú.

Trong những vụ nổ sao băng clo đƣợc sinh ra tại môi trƣờng giữa các vì sao [43]. Clo cũng đƣợc thấy xuất hiện trong thiên thạch và trên trái đất nó tồn tại dạng ion clorua trong các khoáng. Ở vỏ trái đất clot trung bình khoảng 126 ppm [41]. Trong nhiều khoáng vật nhƣ halit (NaCl), sylvit (KCl) và cacnalit (KMgCl3.

Clo là thành phần của nƣớc biển, ion clorua chiếm khoảng 1,9% khối lƣợng nƣớc biển. Hầu hết các muối clorua tan trong nƣớc, vì vậy khoáng chứa clorua thƣờng chỉ tìm đƣợc lƣợng lớn trong khí hậu khô và sâu dƣới long đất. Trên 200 hợp chất hữu cơ chứa clo đã đƣợc biết đến [43]. Brom nguyên tố không tìm thấy trong tự nhiên.

Chủ yếu brom tồn tại dƣới dạng muối bromua khi khuếch tán vào đá vỏ trái đất. Nhờ quá trình rửa trôi, muối bromua tích tụ vào nƣớc biển với nồng độ cỡ 65 ppm, thấp hơn clorua. Có thể thu 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] hổi brom từ nƣớc giếng mặn và từ biển chết (nồng độ có thể lên đến 50. Hàm lƣợng trung bình của brom trong vỏ trái đất khoảng 0,4 ppm, đứng thứ 62 trong các nguyên tốt có mặt.

Hàm lƣợng brom trong đất thƣờng từ 5 đến 40 ppm, nhƣng một số loại đất núi lửa, nó lên tới 500 ppm. Nồng độ brom trong không khí cực kì thấp, chỉ vài ppt (10-12 g/g). Trong tự nhiên, phần lớn các hợp chất cơ brom đƣợc tìm thấy với lƣợng khá nhỏ [1].3 Tính chất vật lí của các halogen Một vài tính chất vật lí của các halogen đƣợc trình bày ở bảng 3 [6]. Bảng 3 : Một số tính chất vật lí của các halogen Nhiệt độ Năng lƣợng Nhiệt hidrat Nguyên Nhiệt độ Độ dài liên nóng chảy 0 liên kết X- 0 của X-, tố 0 sôi C kết X-X, A C X , kJ/mol kJ/mol F -219,6 -187,9 159 1,42 -506 Cl -101,9 -34,1 242 1,99 -376 Br -7,3 58,2 192 2,28 -343 I 113,6 184,5 150 2,67 -297 Ở cả ba trạng thái rắn lỏng và khí các phân tử khí đều gồm những phân tử hai nguyên tử X2.

F2, Cl2 là chất khí, Br2 là chất lỏng, I2, At2 là chất rắn.