Nghiên cứu ảnh hưởng của Ion sắt (III) đến sự thủy phân của một số Ion kim loại nặng trong mỏ đồng sinh quyền

TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
51 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ION SẮT (III) ĐẾN 
SỰ THỦY PHÂN CỦA MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG 
TRONG MỎ ĐỒNG SINH QUYỀN 
Vũ Thị Hà Mai1, Vũ Văn Tùng2 
TÓM TẮT 
Ảnh hưởng của pH và ion Fe3+ đến sự thủy phân của một số các ion kim loại 
như Ni2+, Mn2+, Co2+ và Cd2+ trong vùng mỏ đồng Sinh Quyền đã được nghiên cứu. 
Kết quả cho thấy khi pH tăng và nồng độ ion sắt tăng, nồng độ các ion kim loại nặng, 
sẽ bị giảm dẫn đến giảm khả năng vận chuyển và phát tán của các ion kim loại này 
vào môi trường. 
Từ khóa: Ion kim loại nặng, sự thủy phân, pH. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Kim loại nặng có hầu hết trong các mỏ khoáng sản với hàm lƣợng khác nhau, 
tuỳ thuộc vào từng loại khoáng sản và từng vùng địa chất khác nhau. Mỏ đồng Sinh 
Quyền - Lào Cai có trữ lƣợng gần 100 triệu tấn quặng [6], là nguồn lợi cho rất nhiều 
nhà đầu tƣ trong việc khai thác. Tuy nhiên, các quy trình khai thác phần lớn theo thủ 
công, chƣa đảm bảo các quy định về bảo vệ môi trƣờng nên sau khi lấy đƣợc 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, dƣới tác dụng của quá trình 
phong hóa tự nhiên sẽ bị rò rỉ, thủy phân, hòa tan hoặc kết tủa để vận chuyển hoặc tồn 
lƣu, có ảnh hƣởng to lớn đến môi trƣờng sinh thái tại địa phƣơng, ảnh hƣởng đến sức 
khỏe của con ngƣời và động thực vật. 
 Các nghiên cứu của nhiều tác giả chỉ ra rằng con đƣờng phát tán chủ yếu của 
các chất độc hại từ các bãi thải là qua môi trƣờng nƣớc. Khác với các chất gây ô nhiễm 
hữu cơ, các kim loại không thể tự phân hủy cũng không thể tự biến mất. Chúng có khả 
năng di chuyển theo các dòng nƣớc nhƣng trong những điều kiện thích hợp nhất định 
sẽ lắng đọng và tồn lƣu. 
Hydroxyt sắt (Fe(OH)3) có tích số tan khá bé, dễ tạo thành ở pH thấp, sắt (III) 
hidroxit là chất không tan ở dạng keo, có khả năng hấp phụ mạnh các ion nên khi có 
mặt ion sắt, sự thủy phân và tồn lƣu của các ion kim loại nặng bị ảnh hƣởng đáng kể. 
1
 ThS. Chuyên viên phòng Quản lý Khoa học và Công nghệ, trường Đại học Hồng Đức 
2
 ThS. Giảng viên Khoa Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Hồng Đức 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
52 
Tuy nhiên, khi nồng độ pH thay đổi thấp thì các kim loại bị giải hấp, hoặc khi có các 
ion cạnh tranh cùng hấp phụ lên keo sắt thì lƣợng kim loại bị hấp phụ giảm và tiếp tục 
di chuyển trong đất theo mạch nƣớc ngầm, tiếp tục phát tán vào môi trƣờng. 
Do vậy, nghiên cứu ảnh hƣởng của pH và sự có mặt của ion Fe3+ đến khả năng 
thủy phân, đồng thời kết tủa hoặc hấp phụ trên bề mặt keo sắt của các ion kim loại 
nặng trong môi trƣờng nƣớc ở bãi thải quặng có ý nghĩa hết sức quan trọng đối với môi 
trƣờng. Chính vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion sắt đến sự 
thủy phân và tồn lƣu của các ion kim loại nặng chính có trong quặng đồng Sinh Quyền 
là hết sức cấp thiết. 
2. THỰC NGHIỆM 
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 
Các mẫu đuôi quặng và bùn thải lấy từ khu mỏ đồng Sinh Quyền đƣợc đem 
phân tích để xác định hàm lƣợng các kim loại nặng chính có trong quặng. 
Các dung dịch mẫu chứa ion kim loại nặng tƣơng tự trong quặng và ion Fe3+ với 
nồng độ thay đổi từ 10 ppm - 100 ppm, tại các giá trị pH khác nhau, biến thiên từ 3 † 11. 
2.2. Nội dung 
Nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ ion Fe3+ đến sự thủy phân của các ion niken, 
coban, cadimi và mangan, ta tiến hành nhƣ sau: 
Chuẩn bị các mẫu Fe3+ có nồng độ 10 ; 20 ; 50 ; 100 mg/l bằng cách dùng pipet 
hút lần lƣợt 1ml, 2ml, 5ml và 10ml dung dịch chuẩn Fe3+ 
 vào các bình định mức 100ml; 
đồng thời thêm một lƣợng nhƣ nhau 1ml dung dịch Ni2+ vào các bình. Dùng nƣớc cất để 
định mức và lắc đều, ta thu đƣợc các dung dịch có nồng độ ion Ni2+ là 10 mg/l và nồng 
độ ion Fe3+ biến thiên từ 10 đến 100 mg/l. Thêm HNO3
 hoặc NaOH nƣớc cất vào cốc 
và dùng bút đo pH để điều chỉnh pH trong khoảng 3.0 đến 11.0; sau đó để ổn định 
trong vòng 30 phút rồi lọc lấy dung dịch đem đi phân tích ICP-MS để xác định hàm 
lƣợng Ni2+ còn lại. 
 Các nghiên cứu với Mn2+, Co3+, Cd
2+
 ta tiến hành giống nhƣ với Ni2+, riêng với 
Mn
2+, để định mức 100 ml dung dịch, thay vì sử dụng nƣớc cất, ta dùng dung dịch 
Na2SO3 ngăn quá trình oxi hóa ion Mn
2+
 thành Mn(OH)3 hoặc MnO2. 
2.3. Phƣơng pháp 
Nhóm phƣơng pháp mô hình hóa và thử nghiệm: Xây dựng các mô hình lý 
thuyết tƣơng tự trong điều kiện có ảnh hƣởng đến sự thủy phân và tồn lƣu của các kim 
loại nặng chính trong quặng đồng. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
53 
Nhóm phƣơng pháp phân tích: Xác định hàm lƣợng kim loại nặng còn lại trong 
mẫu thí nghiệm bằng phƣơng pháp phổ khối plasma (ICP-MS), phổ hấp thụ nguyên tử 
(AAS). 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+ 
Qua nghiên cứu ảnh hƣởng của ion Fe3+đối với sự thủy phân của Ni2+ bằng cách 
lấy nồng độ ion Ni2+ ban đầu bằng 10 ppm, giá trị pH thay đổi từ 3 - 11, nồng độ ion 
Fe
3+
 thêm vào tại mỗi giá trị pH là 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm, 100 ppm, ta thu đƣợc kết 
quả nhƣ sau: 
Bảng 1. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+đối với sự thủy phân của Ni2+ 
 pH 
CFe (ppm) 
3 4 5 6 7 8 9 10 11 
10 6,835 6,065 5,229 4,215 3,085 1,527 0,166 0,077 0,012 
20 6,605 5,889 5,098 4,122 2,888 1,368 0,161 0,099 0,033 
50 6,592 5,821 5,022 3,545 1,619 0,565 0,122 0,102 0,046 
100 6,237 5,788 4,85 3,229 1,338 0,466 0,115 0,112 0,065 
 Hình 1. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Ni2+ 
Từ kết quả thu đƣợc, ta thấy trong khoảng pH = 3 - 9, khi pH tăng dần nồng độ 
ion Ni
2+
 trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion Fe3+ 
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 Ni2+ trong dung dịch làm nồng độ ion Ni2+ cũng giảm dần. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
54 
Ta thấy rõ ràng nhất trong khoảng pH = 6 - 8, khi nồng độ ion Fe3+ là 50 - 100 ppm, 
nồng độ ion Ni2+ giảm nhanh nhất bởi ngoài lƣợng Ni2+ bị hấp phụ, khi dung dịch có 
môi trƣờng bazơ, ion Ni2+ bị thủy phân và tách ra dƣới dạng kết tủa một lƣợng khá lớn 
làm nồng độ ion này giảm mạnh. 
Khi pH > 9, nồng độ ion Ni2+ còn lại trong dung dịch thấp nên khi tăng pH hay 
nồng độ ion Fe3+ thì nồng độ ion Ni2+ giảm không đáng kể. 
3.2. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+ 
Thí nghiệm đƣợc tiến hành với riêng ion Mn2+, nồng độ ban đầu của ion Mn2+ là 
10 ppm, nồng độ ion Fe3+ thay đổi từ 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm và 100 ppm với pH 
biến thiên từ 3 đến 11, chúng tôi thu đƣợc kết quả thể hiện ở bảng 2 và hình 2. 
Bảng 2. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+ 
 pH 
CFe (ppm) 
3 4 5 6 7 8 9 10 11 
10 3,925 3,829 3,745 3,686 3,526 2,943 1,863 0,316 0,003 
20 3,889 3,789 3,69 3,552 3,317 2,776 1,452 0,206 0,003 
50 3,874 3,788 3,628 3,397 3,055 2,254 1,043 0,202 0,002 
100 3,858 3,732 3,53 3,132 2,425 1,675 0,801 0,112 0,001 
Hình 2. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Mn2+ 
Ta nhận thấy, khi có mặt ion Fe3+ trong dung dịch, nồng độ ion Mn2+ 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 Fe3+ trong cùng điều kiện ([Mn2+] = 6,233 ppm). 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
55 
Nồng độ ion Mn2+ giảm nhiều nhất trong khoảng từ pH = 6 – 10 bởi khi môi 
trƣờng có tính bazơ, ion Fe3+ thủy phân khá mạnh tạo hidroxit không tan. Tuy nhiên, 
Mn(OH)2 có tích số tan tƣơng đối lớn nên ít bị thủy phân, vì vậy chủ yếu các ion Mn
2+
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 ion Mn2+ trong dung dịch ít giảm hơn bởi một lƣợng lớn 
ion Mn
2+
 đã bị thủy phân và hấp phụ trƣớc đó (tại pH = 10, [Fe3+] = 10 ppm thì nồng 
độ ion Mn2+ còn lại chỉ có 0,316 ppm). 
3.3. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+ 
Với nồng độ của ion Cd2+ là 10 ppm, khi thêm lần lƣợt nồng độ ion Fe3+ là 10 ppm, 
20 ppm, 50 ppm và 100 ppm vào dung dịch Cd2+ và thay đổi pH từ 3 đến 11, ta thấy 
đƣợc sự thay đổi nồng độ ion Cd2+ thể hiện qua bảng sau: 
Bảng 3. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Cd2+ 
 pH 
CFe (ppm) 
3 4 5 6 7 8 9 10 11 
10 6,221 4,564 3,177 1,961 0,852 0,264 0,04 0,015 0,01 
20 6,213 4,456 2,898 1,689 0,668 0,202 0,041 0,012 0,01 
50 6,201 4,223 2,676 1,362 0,551 0,101 0,046 0,01 0,009 
 100 6,126 3,954 2,347 1,007 0,22 0,039 0,025 0,007 0,007 
Hình 3. Ảnh hƣởng 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 ion Cd2+ trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion 
Fe
3+
 tăng thì quá trình thủy phân của ion Fe3+ xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết tủa 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
56 
Fe(OH)3 tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion Cd
2+
 trong 
dung dịch làm nồng độ ion Cd2+ cũng giảm dần. 
Khi pH > 8, ion Cd
2+
 đã bị thủy phân trong khoảng pH trƣớc đó và Fe(OH)3 do 
ion Fe
3+
 thủy phân đã cộng kết với lƣợng Cd(OH)2 tạo thành lắng xuống. Nồng độ ion 
Cd
2+
 còn lại trong dung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độ ion Fe3+ thì nồng độ ion 
Cd
2+
 giảm không đáng kể. 
3.4. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+ 
Khảo sát sự ảnh hƣởng của nồng độ ion Fe3+ từ 10 ppm, 20 ppm, 50 ppm và 100 ppm 
tại các giá trị pH = 3 † 11 đến sự thủy phân của ion Co2+ trong dung dịch với nồng độ 
ion Co
2+
 ban đầu là 10 ppm, ta thu đƣợc kết quả nhƣ sau: 
Bảng 4. Ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đối với sự thủy phân của Co2+ 
 pH 
CFe (ppm) 
3 4 5 6 7 8 9 10 11 
10 7,012 6,512 5,84 4,824 3,264 0,543 0,195 0,148 0,175 
20 6,718 6,333 5,667 4,533 2,899 0,452 0,188 0,172 0,159 
50 6,666 6,232 5,237 3,644 1,947 0,342 0,16 0,156 0,156 
100 6,342 5,91 4,682 3,055 1,347 0,23 0,164 0,156 0,156 
Hình 4. Ảnh hƣởng 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 dần nồng độ 
ion Co
2+
 trong dung dịch giảm dần, và cũng trong khoảng pH này, khi nồng độ ion Fe3+ 
tăng thì quá trình thủy phân của ion Fe3+ xảy ra mạnh hơn làm nồng độ kết tủa Fe(OH)3 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
57 
tăng. Trong quá trình kết tủa này lắng xuống, nó sẽ hấp phụ các ion Co2+ trong dung 
dịch làm nồng độ ion Co2+ cũng giảm dần. 
Trong khoảng pH trƣớc đó, ion Co2+ đã thủy phân và Fe(OH)3 do ion Fe
3+
 thủy 
phân đã cộng kết với lƣợng Co(OH)2 tạo thành lắng xuống. Nồng độ ion Co
2+
 còn lại 
trong dung dịch thấp nên khi tăng pH hay nồng độ ion Fe3+ thì nồng độ ion Co2+ giảm 
rất chậm. 
4. KẾT LUẬN 
Bằng việc nghiên cứu ảnh hƣởng của pH và nồng độ ion Fe3+ đến sự thủy phân 
của một số ion kim loại nặng nhƣ Mn2+, Co2+, Cd
2+
 có trong thành phần của quặng tại 
mỏ đồng Sinh Quyền , chúng tôi rút ra các kết luận sau: 
Khi pH tăng dần thì quá trình thủy phân của các kim loại xảy ra nhanh hơn. 
Việc tăng nồng độ ion Fe3+ có ảnh hƣởng đáng kể đến sự thủy phân của các ion 
kim loại nặng do khả năng hấp phụ các ion kim loại trong dung dịch của kết tủa 
Fe(OH)3 dạng keo, và khả năng cộng kết của nó với các hidroxit kim loại nặng không 
tan do thủy phân khi pH tăng dần. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đỗ Thị Vân Thanh - Trịnh Hân (2011), Khoáng vật học, Nxb. Đại học Quốc 
gia Hà Nội. 
[2] Đào Thị Phƣơng Diệp, Đỗ Văn Huê (2007), Giáo trình hóa học phân tích, Nxb. 
Đại học Sƣ phạm. 
[3] Lâm Ngọc Thụ (2005), Cơ sở Hóa học phân tích, Nxb. Đại học Quốc gia, Hà Nội. 
[4] Nguyễn Tinh Dung (1998), Hóa học phân tích II, Các phản ứng ion trong dung 
dịch nước, Nxb. Giáo dục. 
[5] Phạm Ngọc Hồ - Đồng Kim Loan - Trịnh Thị Thanh (2010), Giáo trình cơ sở 
môi trường nước, Nxb. Giáo dục. 
[6] Phạm Tích Xuân (2011), Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các bãi thải 
khai thác và chế biến khoáng sản kim loại đến môi trường và sức khỏe con 
người và đề xuất biện pháp giảm thiểu, Chƣơng trình KHCN cấp nhà nƣớc, Bộ 
Khoa học và Công nghệ. 
[7] Robert A. Alberty (1968), Effect of pH and metal ion concentration on the 
Equilibrium hydrolysis of adenosine triphosphate to adenosine diphosphate, 
The journal of Biological chemistry 243, 1337 - 1343. 
[8] Moran, J.M, Morgan, M.D and Wiersma, J.H (1980), Introduction to 
environmental science, W.H.Freeman Company, Sanfrancisco. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 24. 2015 
58 
[9] Paul Leslie Brown (1984), Studies on the hydrolysis of metal ions, University 
of Wollongong. 
THE RESEARCH ON THE EFFECTS OF IRON (III) IONS ON 
HYDROLYSIS AND REMNAT CAPABILITY OF SOME HEAVY 
METALS IN SINH QUYEN COPPER MINE 
Vu Thi Ha Mai, Vu Van Tung 
ABSTRACT 
The effects of ion Fe
3+
 ion and pH to the hydrolysis of some metal ions such as 
Ni
2+
, Mn
2+
, Co
2+
 and Cd
2+
 in Sinh Quyen copper mining areas has been studied. The 
results showed that when the pH increases and the concentration of iron ions 
increases, the concentration of heavy metal ions will be reduced, with leads to the 
reduction of transportation and dispersion of these metal ions into the environment. 
Key words: Heavy metal ions, hydrolysis, pH.