4. KẾT LUẬN
- Lần đầu tiên nghiên cứu thu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm KonTum
nguyên khai bằng phương pháp axit.
- Đã khảo sát bản chất và nồng độ các loại axit: H2SO4, HNO3, HCl, tỷ lệ
axit:quặng, thời gian phân hủy quặng, kích thước hạt quặng đến hiệu suất thu
nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai. Với nồng độ
axit H2SO4 11M, thời gian phản ứng 150 phút, tỷ lệ axit/quặng = 4:1 (mL/g) thì
hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm đạt 84%, là cao hơn các loại axit HNO3,
HCl.
- Sản phẩm tổng oxit đất hiếm thu được chứa đầy đủ các loại oxit đất hiếm, các tạp
chất SiO2, Fe2O3, Al2O3 đã được loại bỏ hoàn toàn
7 trang |
Chia sẻ: thucuc2301 | Lượt xem: 497 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu thu nhận tổng Oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai bằng phương pháp Axit - Võ Văn Tân, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế
ISSN 1859-1612, Số 03(23)/2012, tr. 37-43
NGHIÊN CỨU THU NHẬN TỔNG OXIT ĐẤT HIẾM
TỪ QUẶNG ĐẤT HIẾM KON TUM NGUYÊN KHAI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT
VÕ VĂN TÂN - HUỲNH THỊ TÚ OANH
Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế
Tóm tắt: Đã nghiên cứu thu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm
nguyên khai ở Kon Tum bằng phương pháp axit với: H2SO4, HNO3, HCl.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, để thu nhận tổng oxit đất hiếm đạt hiệu suất
cao cần phải thực hiện trong những điều kiện: H2SO4 11 M, thời gian 150
phút ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp, tỷ lệ axit/quặng = 4:1 (mL/g) và kích thước
quặng ≤ 0,125 mm.
1. MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, các nguyên tố đất hiếm đã trở thành vật liệu chiến lược cho
các ngành công nghệ cao như điện - điện tử, hạt nhân, quang học, vũ trụ, vật liệu siêu
dẫn, siêu nam châm, luyện kim, xúc tác, thủy tinh và gốm sứ kỹ thuật cao, phân bón vi
lượng... Ở Việt Nam, các công ty khai thác sa khoáng ở Hà Tỉnh, Quảng Trị, Thừa
Thiên Huế, Bình Định, Ninh Thuận... chỉ mới làm giàu và phân chia thành các loại tinh
quặng như Ilmenite, Monazite (có chứa các nguyên tố đất hiếm), Rutil và Zircon, [2],
[3], [4], [5], [6], [7] chủ yếu để xuất khẩu dưới dạng tinh quặng cho Trung Quốc, Nhật
Bản... nên hiệu quả kinh tế rất thấp. Vì vậy, việc nghiên cứu để tách các nguyên tố đất
hiếm từ các loại quặng chứa đất hiếm nhằm nâng cao giá trị kinh tế, khai thác và sử
dụng một cách có hiệu quả tài nguyên đất nước là vấn đề thời sự.
Khu vực Kon Tum, Buôn Ma Thuột đã từ lâu được xem là vùng phong phú khoáng sản,
đặc biệt là vàng, đá quý và các kim loại quý hiếm. Các tính toán sơ bộ trong một số khu
vực như ở Sông Côn, Côn Chô Rô, Đác Se Pay cho trữ lượng dự báo khoáng sản thori
và các nguyên tố đất hiếm lên đến con số hàng chục triệu tấn, trong đó có các nguyên tố
đất hiếm nhóm nặng chiếm tỷ lệ cao [1], [2]. Do đó, việc thu hồi đất hiếm ở khu vực
Kon Tum - Buôn Ma Thuột cần được đầu tư nghiên cứu đúng mức, xứng đáng với triển
vọng lớn của chúng.
Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi trình bày một số kết quả bước đầu về nghiên cứu
thu nhận tổng các oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai bằng phương
pháp axit.
2. THỰC NGHIỆM
Quặng đất hiếm Kon Tum ở dạng nguyên khai được sấy khô, nghiền nhỏ và phân loại
cỡ hạt từ 0,074 mm đến 0,125 mm.
Các loại hóa chất dùng để nghiên cứu: H2SO4, HCl, HNO3, H2C2O4, NaOH, dung dịch
NH3... đều có độ sạch PA.
VÕ VĂN TÂN – HUỲNH THỊ TÚ OANH
38
Sử dụng các loại axit HCl, HNO3, H2SO4 ở các nồng độ khác nhau để phân hủy quặng
trong bình Kjeldahl có gắn sinh hàn hồi lưu ở khoảng thời gian nhất định, rồi để nguội;
dùng nước cất pha loãng thành 10 lần, khuấy đều cho đất hiếm tách khỏi cặn, để lắng,
gạn và lọc lấy phần dung dịch trong. Dung dịch thu được đưa về pH =1 để loại bỏ tạp
chất. Sau đó để lắng và lọc lấy phần dung dịch trong, tiếp tục cho dung dịch kết tủa tổng
hyđroxit đất hiếm bằng dung dịch NH3. Rửa kết tủa Ln(OH)3 bằng nước cất, rồi hòa tan
Ln(OH)3 lại bằng dung dịch axit cho đến pH = 1,5. Sau đó kết tủa tổng oxalat nguyên tố
đất hiếm bằng H2C2O4 bão hòa ở 800C; để muồi kết tủa trong vòng 12 giờ rồi lọc và rửa
kết tủa thu được bằng dung dịch H2C2O4 1% cho sạch tạp chất (Fe3+, Ca2+,). Sấy khô
Ln2(C2O4)3 ở nhiệt độ 800C, rồi nung Ln2(C2O4)3 ở nhiệt độ 9000C trong vòng hai giờ
để thu tổng oxit đất hiếm.
Hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm (H%) được tính theo công thức:
%100.
.11,2
%
m
aH =
Với a: là lượng tổng oxit đất hiếm thu được, (g).
m: lượng quặng dùng để nghiên cứu, (g).
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần hóa học của quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai
Thành phần các nguyên tố hóa học trong quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai đã xác
định bằng phương pháp XRF được trình bày ở bảng 1.
Bảng 1. Thành phần hóa học quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai
Stt Nguyên
tố
Thành phần
(%)
Stt Nguyên tố Thành phần
(%)
Stt Nguyên tố Thành phần
(%)
1 SiO2 23,4100 16 ZrO2 0,3170 31 Rb2O 0,0282
2 Fe2O3 23,2800 17 CaO 0,2730 32 CuO 0,0224
3 Al2O3 9,7800 18 Na2O 0,1970 33 I 0,0193
4 BaO 9,5900 19 Y2O3 0,1960 34 Er2O3 0,0162
5 MgO 6,8000 20 La2O3 0,1940 35 Eu2O3 0,0145
6 K2O 3,1500 21 ZnO 0,1670 36 NiO 0,0133
7 MnO 3,1100 22 PbO 0,0985 37 Cr2O3 0,0122
8 TiO2 2,4400 23 SrO 0,0976 38 WO3 0,0106
9 ThO2 2,2000 24 U3O8 0,0900 39 Sb2O3 0,0086
10 P2O5 1,9700 25 Gd2O3 0,0870 40 Ar 0,0085
11 SO3 0,8990 26 Pr6O11 0,0778 41 Co3O4 0,0078
12 F 0,8020 27 Sm2O3 0,0769 42 Sc2O3 0,0053
13 CeO2 0,6760 28 Cl 0,0560 43 CdO 0,0025
14 Nb2O5 0,4020 29 V2O5 0,0352 44 Ga2O3 0,0017
15 Nd2O3 0,3980 30 Dy2O3 0,0318
Tổng nguyên tố đất hiếm có trong quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai (được xác
NGHIÊN CỨU THU NHẬN TỔNG OXIT ĐẤT HIẾM TỪ QUẶNG ĐẤT HIẾM KON TUM
39
định bằng quang phổ Plasma, tại Viện mỏ Địa chất – Hà Đông – Hà Nội) là 2,11%.
Như vậy quặng đất hiếm Kon Tum có chứa các nguyên tố đất hiếm thuộc loại trung
bình; quá trình làm giàu quặng để được tinh quặng đất hiếm rất phức tạp và hiệu suất
thấp, do đó triển khai nghiên cứu thu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon
Tum nguyên khai bằng phương pháp axit đơn giản và hiệu quả hơn.
3.2. Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ các loại axit đến hiệu suất nhu nhận tổng
oxit đất hiếm
Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất và nồng độ các loại axit đến hiệu
suất nhu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai được tiến
hành với các loại axit: HCl, H2SO4, HNO3 ở các khoảng nồng độ từ 4-12 M, kích thước
hạt <0,074 mm, phản ứng được duy trì ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp trong thời gian 120
phút. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất và nồng độ axit đến hiệu suất thu
nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở hình 1.
Hình 1. Ảnh hưởng của bản chất và nồng độ các axit HCl, H2SO4, HNO3
đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm
Từ hình 1, cho thấy khi xử lý quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai bằng các loại axit
H2SO4, HNO3, HCl với nồng độ trong khoảng 8-12 M thì hiệu suất thu nhận tổng oxit
đất hiếm tăng nhanh và có sự chênh lệch theo bản chất của ba loại axit.
Để đảm bảo kinh tế cho quá trình thu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon
Tum nguyên khai, chúng tôi nhận thấy sử dụng axit H2SO4 để xử lý quặng đất hiếm
Kon Tum nguyên khai là tốt nhất, sau đó đến axit HNO3 và cuối cùng là axit HCl. Để
đảm bảo cho công nghệ sản suất các loại muối đất hiếm phục vụ cho mục đích chiết
tách phân chia các nguyên tố đất hiếm riêng rẽ, thì có thể sử dụng nồng độ các loại
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
30
40
50
60
70
80
H 2 SO 4
HNO 3
HCl
Nồng độ axit (M)
H
iệ
u
su
ất
(%
)
VÕ VĂN TÂN – HUỲNH THỊ TÚ OANH
40
axit: H2SO4 11 M; HNO3 9 M; HCl 12 M là hiệu quả nhất.
3.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm
Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu nhận
tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai được tiến hành trong điều
kiện tỷ lệ axit/quặng là 4:1 (mL/g); nồng độ các loại axit H2SO4 11 M, HNO3 9 M, HCl
12 M; phản ứng vẫn duy trì ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp. Thời gian phân hủy quặng được
tăng dần từ 30 đến 180 phút. Kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của hiệu suất thu nhận
tổng oxit đất hiếm vào thời gian phân hủy quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai được
trình bày ở hình 2.
Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm
Từ hình 2, có thể nhận thấy với cả ba loại axit H2SO4, HNO3, HCl khi tăng thời gian
phản ứng từ 30 phút đến 180 phút thì hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm tăng lên.
Hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai cao
nhất là H2SO4 trong khoảng thời gian phân hủy quặng từ 150 đến 180 phút; HNO3 là
120 phút; HCl là 150 phút.
3.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm
Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu nhận tổng
oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai được tiến hành trong cùng điều
kiện như nhau về cỡ hạt 0,074 mm, nồng độ axit H2SO4 11 M, HNO3 9 M, HCl 12 M,
nhiệt độ sôi hỗn hợp. Nhưng tỷ lệ axit/quặng được thay đổi từ 1:1 đến 6:1 (mL/g). Kết
quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất
hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai được trình bày ở hình 3.
85
90 120 150 180 30 60
40
45
50
55
60
65
70
75
80
H
2 SO 4
HNO 3
HCl
Thời gian (phút)
H
iệ
u
su
ất
(%
)
NGHIÊN CỨU THU NHẬN TỔNG OXIT ĐẤT HIẾM TỪ QUẶNG ĐẤT HIẾM KON TUM
41
Hình 3. Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm
Từ hình 3, cho thấy tỷ lệ axit/quặng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu nhận tổng oxit
đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai bằng phương pháp axit. Trong
trường hợp này chúng tôi chọn tỷ lệ axit/quặng hiệu quả cao nhất là: H2SO4 là 4:1
(mL/g); HNO3 là 5:1 (mL/g); và HCl là 5:1 (mL/g).
3.5. Ảnh hưởng của kích thước hạt quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất
hiếm
Trong trường hợp này chúng tôi chọn các điều kiện tối ưu ở trên để khảo sát ảnh
hưởng của kích thước hạt quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai đến hiệu suất thu
nhận tổng oxit đất hiếm được. Nhưng kích thước hạt quặng đất hiếm Kon Tum nguyên
khai được thay đổi từ nhỏ hơn 0,074 đến 0,125 mm. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng
của kích thước hạt quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai đến hiệu suất thu nhận tổng
oxit đất hiếm được trình bày trên hình 4.
Hình 4. Ảnh hưởng của kích thước hạt quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm
VÕ VĂN TÂN – HUỲNH THỊ TÚ OANH
42
Từ hình 4, có thể nhận thấy rằng kích thước hạt quặng càng nhỏ thì khối lượng tổng oxit đất
hiếm thu được càng tăng và hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm càng lớn. Với kích thước
hạt quặng <0,074 mm được xử lý trong các điều kiện như trên thì hiệu suất thu nhận là cao
nhất.
Hàm lượng các oxit đất hiếm trong sản phẩm được xác định bằng phương pháp XRF (tại
phòng phát triển thiết bị và phân tích Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Công
nghệ Việt Nam) được trình bày ở bảng 2.
Bảng 2. Thành phần hóa của mẫu sản phẩm đất hiếm thu được từ quặng đất hiếm
ở Kon Tum nguyên khai
Stt Công thức hóa học Thành phần
(%)
Stt Công thức hóa học Thành phần
(%)
1 CeO2 39,05 8 Pr6O11 3.06
2 La2O3 18,34 9 Dy2O3 0,30
3 Y2O3 14,31 10 Gd2O3 1,20
4 Eu2O3 3,45 11 Sc2O3 0,01
5 Nd2O3 17,39 12 BaO 0,34
6 Sm2O3 1,08 13 ThO2 1,15
7 Er2O3 0,28
4. KẾT LUẬN
- Lần đầu tiên nghiên cứu thu nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm KonTum
nguyên khai bằng phương pháp axit.
- Đã khảo sát bản chất và nồng độ các loại axit: H2SO4, HNO3, HCl, tỷ lệ
axit:quặng, thời gian phân hủy quặng, kích thước hạt quặng đến hiệu suất thu
nhận tổng oxit đất hiếm từ quặng đất hiếm Kon Tum nguyên khai. Với nồng độ
axit H2SO4 11M, thời gian phản ứng 150 phút, tỷ lệ axit/quặng = 4:1 (mL/g) thì
hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm đạt 84%, là cao hơn các loại axit HNO3,
HCl.
- Sản phẩm tổng oxit đất hiếm thu được chứa đầy đủ các loại oxit đất hiếm, các tạp
chất SiO2, Fe2O3, Al2O3 đã được loại bỏ hoàn toàn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Tiến Dũng - Nguyễn Văn Lịch - Vũ Quang Tiến - Trần Tĩnh - Nguyễn Xuân
Thắng (1995). Đặc điểm cường độ phóng xạ mặt đất và tiềm năng quặng phóng xạ,
đất hiếm và kim loại hiếm khu vực nam Kon Tum-Buôn Ma Thuột. Tạp chí Địa chất,
số 228(5-6), tr. 23-29.
[2] Bùi Minh Lý - Trần Thị Thanh Vân - Ngô Quốc Bưu (1994), Phân tích định lượng
Uran, Thori và các nguyên tố đất hiếm trong một số mẫu monazite sa khoáng miền
Trung Việt Nam. Tạp chí Hóa học, T.32 (2), tr.48-52.
NGHIÊN CỨU THU NHẬN TỔNG OXIT ĐẤT HIẾM TỪ QUẶNG ĐẤT HIẾM KON TUM
43
[3] Võ Văn Tân - Trần Dương - Trần Thị Phương Thảo (2012). Xác định các điều kiện
tối ưu thu nhận tổng oxyt đất hiếm từ monazite Hà Tĩnh bằng phương pháp quy hoạch
thực nghiệm. Tạp chí Hóa học và Ứng dụng, Số 1(11), tr. 1-5.
[4] Võ Văn Tân - Trương Thị Cao Vinh (2011). Recovery of the total oxides of the
rare earths from monazit in Quang Nam. Tạp chí Khoa học - Đại học Huế, Tập
69, Số 6, tr. 101-106.
[5] Võ Văn Tân - Võ Quang Mai (2010). Nghiên cứu thủy luyện monazit Quảng Trị thu
tổng oxit đất hiếm. Tạp chí Hóa học, T. 48(4A), tr. 470-474.
[6] Võ Văn Tân - Vũ Hoàng Thanh (2006). Nghiên cứu thu nhận tổng oxit đất hiếm từ
monazit Bình Định. Tạp chí hóa học và Ứng dụng, Số 5(53), tr. 41-44.
[7] Võ Văn Tân (2004). Nghiên cứu thu tổng oxyt đất hiếm từ monazit TT-Huế bằng
phương pháp kiềm ở áp suất cao. Tạp chí Hóa học, T. 42(4), tr. 422-425.
Title: RECOVERY OF THE TOTAL OXIDES OF THE RARE EARTHS FROM THE
CRUDE RARE EARTHS ORE IN KONTUM BY THE ACID METHOD
Abstract: The recovery of the total oxides of the rare earths from the crude rare earths ore in
Kon Tum by the acid H2SO4, HNO3, HCl have been studied. It was found that the recovery of
the total oxides of the rare earths reching high up should be carried out under the following
conditions: 11M H2SO4 with in 150 minutes at the boil temperature of mixture, the ratio of
acid/ore = 4:1 (mL/g) and ore size ≤0.125 mm.
PGS. TS. VÕ VĂN TÂN
Khoa Hóa học, Trường ĐHSP - Đại học Huế
ĐT: 0903.253.794, Email: vovantan04@gmail.com
HUỲNH THỊ TÚ OANH
Học viên cao học, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế
ĐT: 0935.271.221, Email: hoangtuoanh2703@gmail.com
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 7_85_vovantan_huynhthituoanh_08_tu_oanh_7303_2020906.pdf