“THU HỒI ĐẤT HIẾM TỪ BÃ THẢI TUYỂN QUẶNG ĐỒNG SIN QUYỀN ỨNG DỤNG LÀM PHÂN BÓN CHO CÂY CHÈ VÀ MỘT SỐ LOẠI RAU TẠI ĐÀ LẠT, LÂM ĐỒNG” TÓMM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC VƠ CƠ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN HĨA HỌC NGUYỄN THÀNH ANH “THU HỒI ĐẤT HIẾM TỪ BÃ THẢI TUYỂN QUẶNG ĐỒNG SIN QUYỀN ỨNG DỤNG LÀM PHÂN BÓN CHO CÂY CHÈ VÀ MỘT SỐ LOẠI RAU TẠI ĐÀ LẠT, LÂM ĐỒNG” Chun ngành: Hố Vơ Mã số: 62.44.01.13 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC VƠ CƠ Hà Nội, 2014 Cơng trình hồn thành tại: Phịng thí nghiệm Vật liệu Vơ cơ, Viện Khoa học Vật liệu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Tập thể hướng dẫn khoa học: PGS TS Lưu Minh Đại TS Phạm S Phản biện 1: GS TS Nguyễn Trọng Uyển, ĐHKH Tự nhiên Hà Nội Phản biện 2: PGS TS Võ Quang Mai, Đại học Sài Gòn Phản biện 3: PGS TS Võ Văn Tân, Đại học Sư phạm Huế Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: vào hồi 14 00ngày 19 tháng 04năm 2014 Có thể tìm hiểu luận án tại: + Thư viện Quốc gia; + Thư viện Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam; + Thư viện Viện Hóa học GIỚI THIỆU LUẬN ÁN Tính cấp thiết luận án Với phát triển khoa học công nghệ, nguyên tố đất (NTĐH) ngày sử dụng rộng rãi nhiều ngành khoa học kĩ thuật Các nghiên cứu tuyển quặng, tách chiết, phân chia NTĐH nhà khoa học nước quan tâm Các NTĐH sử dụng nhiều để sản xuất cáp quang, chế tạo linh kiện điện tử, chất xúc tác làm khí thải… Từ năm 70 thấ kỉ XX, nhiều nhà khoa học nghiên cứu ứng dụng NTĐH lĩnh vực nơng nghiệp góp phần làm tăng suất chất lượng nông sản, tăng hiệu sản xuất Mỏ đồng Sin Quyền - Lào Cai có trữ lượng đất toàn vùng mỏ khoảng 400.000 Về qui mơ, nguồn khống sản đất mỏ Sin Quyền đứng thứ sau mỏ đất Nậm Xe Đông Pao tỉnh Lai Châu Tuy nhiên, trình tuyển làm giàu đồng, NTĐH tập trung bã thải chưa thu hồi Lâm Đồng tỉnh có ngành nơng nghiệp phát triển với nhiều loại công nghiệp chè, cà phê, rau hoa có giá trị kinh tế cao Việc nghiên cứu, chế tạo phân bón nhằm nâng cao suất loại trồng, hạn chế vấn đề ô nhiễm môi trường phân bón gây cần thiết quan trọng Axit lactic axit hữu đóng vai trị quan trọng q trình sinh hóa Phân bón dạng phức chất lactat đất không gây ảnh hưởng tới sức khỏe người chọn để kích thích sinh trưởng cho chè số loại rau Đà Lạt, Lâm Đồng Mục đích luận án - Nghiên cứu làm giàu đất từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền; - Nghiên cứu thu hồi tổng oxit đất Sin Quyền phương pháp axit; - Nghiên cứu thu hồi tổng oxit đất phương pháp kiềm; - Chiết nguyên tố xeri đất hiếm(III) phương pháp chiết với TPPO môi trường HNO3 chứa muối đẩy; - Tổng hợp phức chất lactat đất khảo sát ảnh hưởng phức chất lactat đất đến suất chè số loại rau phổ biến Đà lạt, Lâm Đồng Những đóng góp luận án Lần khảo sát khả thu hồi đất từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền với q trình tuyển khống, thủy luyện, chiết đất áp dụng phức chất lactat đất cho chè, rau Đà Lạt, Lâm Đồng Đã nghiên cứu qui trình tuyển từ kết hợp tuyển thu nhận phân đoạn giàu đất hàm lượng 3,8% từ bã thải quặng đồng Sin Quyền chứa 0,63% đất Tỷ lệ thực thu 84,3% Đã nghiên cứu thu hồi đất từ phân đoạn giàu đất trình tuyển bã thãi quặng đồng Sin Quyền phương pháp axit kiềm Phương pháp thủy luyện H2SO4 có tính chất ưu việt so với phương pháp thủy luyện NaOH áp dụng để thu hồi đất Với hiệu suất thu hồi đất đạt 86,76%, điều kiện thích hợp H2SO4 15 M, tỷ lệ khối lượng quặng/H2SO4 1/4, nhiệt độ phân hủy quặng 1800C, thời gian Đã khảo sát ảnh hưởng phức chất lactat đất đến suất chè ba lại rau phổ biến Đà Lạt (cải bắp, xà lách Corol xà lách Rumani) Phức chất lactat đất tăng suất chè 24%, suất bắp cải 21%, suất xà lách Corol 16% suất xà lách Rumani 33% Bố cục luận án Luận án bao gồm 126 trang với 31 bảng, 37 hình bao gồm phần: Mở đầu (2 trang); Tổng quan (21 trang); Thực nghiệm (18 trang); Kết thảo luận (56 trang); Kết luận (1 trang); Danh mục 12 công trình cơng bố tác giả; 130 tài liệu tham khảo; Phần phụ lục NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN Chương 1: TỔNG QUAN Trên sở nghiên cứu tài liệu, phần tổng quan luận án đề cập đến: 1.1 Khống sản đất 1.2 Cơng nghệ xử lý quặng đất 1.3 Khả tạo phức NTĐH 1.4 Tách NTĐH phương pháp chiết lỏng - lỏng 1.5 Ứng dụng NTĐH nông nghiệp 1.6 Giới thiệu chè số loại rau phổ biến Đà lạt Chương 2: HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Các loại hóa chất 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.3 Các phương pháp phân tích kiểm tra Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu làm giàu đất từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền 3.1.1 Kết phân tích thành phần bã thải Quặng thải chủ yếu khoáng vật silicat alumosilicat nhóm amphibon (actinolit, feropargasit…) mica (biotit, muscovic, kinoshitalit…), plagiocla (albit), thạch anh… Pha Ferropargasit NaCa2Fe4AlSi6Al12O22(OH)2 Pha Kinoshitalit BaMg3Al2Si2O10(OH)2 Pha Albit NaAlSi3O8 Pha Kaolinit Al2Si2O5(OH)4 Pha Quartz SiO2 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu quặng nghiên cứu làm giàu đất Hàm lượng tổng oxit NTĐH (Ln2O3) nguyên tố khác mẫu nghiên cứu làm giàu đất trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Thành phần hóa học mẫu quặng tuyển làm giàu đất TT Chỉ tiêu Thành phần, TT Chỉ tiêu Thành phần, % % Al2O3 12,65 CuO 0,45 CaO 7,75 TiO2 0,43 Fe2O3 17,02 10 BaO 0,06 Na2O 1,52 11 U3O8 0,006 MgO 3,51 12 ThO2 0,002 SiO2 48,6 13 Ln2O3 0,63 MnO2 0,22 14 Kích thước hạt 0,074 mm Kết cho biết hàm lượng tổng Ln2O3 0,63% Với hàm lượng tổng này, giải thích giản đồ nhiễu xạ tia X khơng có vạch nhiễu xạ đặc trưng cho pha tinh thể chứa đất 3.1.2 Kết thí nghiệm tuyển làm giàu đất Sơ đồ tuyển kết đạt thể hình 3.2 bảng 3.2 Mẫu nghiên cứu Làm giàu đất 100,00 0,63 100 Hàm lượng Tỷ lệ đất β, % thu hoạch, γ, % Thực thu đất ε, % Tuyển từ ướt (800 - 1000 ostet) 0,00 7,00 Tuyển từ ướt Manhetit 0,00 (8000 - 10000 ostet) Sản phẩm có từ 0,15 Sản phẩm không từ 69,88 14,95 Tuyển 0,07 7,58 Mica 0,75 Sản phẩm giàu đất 3,80 15,54 84,3 Hình 3.2 Sơ đồ thí nghiệm kết làm giàu đất từ mẫu nghiên cứu Bảng 3.2 Tổng hợp kết tuyển tách sản phẩm giàu đất từ mẫu nghiên cứu Các sản phẩm Trọng Tỷ lệ thu Hàm Thực thu đất lượng, hoạch γ, % lượng đất g β, % ε, % Manhetit 1.870 7,00 0,00 0,00 Sản phẩm không từ 18.410 69,88 0,15 14,95 Sản phẩm giàu đất 4.100 15,54 3,80 84,30 Mica 2.000 7,58 0,07 0,75 Quặng đầu 26.380 100,00 0,63 100,00 Quá trình tuyển nâng cao hàm lượng đất Ln2O3 từ 0,63% lên 3,80% (hệ số làm giàu khoảng lần) đạt tỷ lệ thực thu cao đến 84,30% 3.1.3 Kết phân tích thành phần mẫu quặng phân đoạn giàu đất Phân đoạn giàu đất chứa pha tinh thể allanit xeri (octit) có cơng thức hợp thức chung Ca2Ce3(SiO4)(Si2O7)(O,OH) khống vật silicat có chứa NTĐH chủ yếu nhóm xeri Pha Ferropargasit NaCa2Fe4AlSi6Al12O22(OH)2 Pha Kinoshitalit BaMg3Al2Si2O10(OH)2 Pha Allanit Ca2Ce3…(SiO4)(Si2O7)(O,OH) Pha Quartz SiO2 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu quặng sau tuyển làm giàu đất Kết phân tích hóa học thành phần quặng sau tuyển làm giàu đất trình bày đầy đủ bảng 3.3 Bảng 3.3 Thành phần hóa học phân đoạn giàu đất sau tuyển TT Chỉ tiêu Thành phần, % TT Chỉ tiêu Thành phần, % Al2O3 4,33 TiO2 0,41 CaO 5,11 CuO 0,28 Fe2O3 26,10 MnO2 0,15 Na2O 1,42 10 U3O8 0,008 MgO 1,40 11 ThO2 0,003 SiO2 41,20 12 Ln2O3 3,80 3.2 Nghiên cứu thu hồi đất phương pháp axit 3.2.1 Nghiên cứu thu hồi đất phương pháp ngâm chiết với axit Đã tiến hành nghiên cứu thu hồi đất từ phân đoạn giàu đất phương pháp ngâm chiết với axit HCl, HNO3 H2SO4 với điều kiện khảo sát: thời gian ngâm chiết, tỷ lệ khối lượng quặng/axit, nồng độ axit Kết cho thấy, hiệu suất thu hồi đất trình ngâm chiết giảm dần theo thứ tự H2SO4 > HNO3 > HCl nhiệt độ thường H2SO4, HNO3 có tính oxi hóa HCl Hiệu suất thu hồi đất phương pháp ngâm chiết dung dịch axit tương đối thấp khoáng octit kim loại đất bao bọc nhóm silicat nên việc phá vỡ lớp bao bọc khó khăn nhiệt độ thường Hiệu suất thu hồi đất đạt cao 24,80% với axit sunfuric 18 M, thời gian ngâm chiết ngày, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4 3.2.2 Phương pháp thủy luyện có gia nhiệt dung dịch axit sunfuric 3.2.2.1 Ảnh hưởng nồng độ axit sunfuric đến hiệu suất thu hồi đất nhiệt độ khác Các thí nghiệm thủy luyện tiến hành với 30 gam quặng tuyển kích thước 0,074 mm axit H2SO4 có nồng độ từ 12 đến 18 M bình cầu 250 mL, tỷ lệ khối lượng quặng/axit 1/4, nhiệt độ thủy luyện 1200C, 1500C 1800C, thời gian thủy luyện với loại quặng khơng xử lí nhiệt quặng xử lý nhiệt ban đầu 5000C giờ, tốc độ khuấy 100 vòng/phút Kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ axit nhiệt độ đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất trình bày hình 3.4 Nồng độ H2SO4, M Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thủy luyện 1200C Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thủy luyện 1500C Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thủy luyện 1800C Hình 3.4 Hiệu suất thủy luyện quặng nhiệt độ nồng độ H2SO4 khác Khi tăng nhiệt độ thủy luyện hiệu suất thu hồi đất tăng tốc độ phản ứng thủy luyện tăng Khi tăng nồng độ H2SO4 hiệu suất phân hủy quặng tăng tăng không đáng kể tiếp tục tăng nồng độ H2SO4 lớn 15 M Vì vậy, điều kiện thích hợp cho q trình thủy luyện quặng xử lý nhiệt ban đầu axit H2SO4 nồng độ H2SO4 15 M nhiệt độ thủy luyện 1800C 3.2.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ u ng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất Các thí nghiệm thủy luyện phân đoạn giàu đất xử lý nhiệt ban đầu 5000C tiến hành với H2SO4 15 M, nhiệt độ thủy luyện 1800C, tỷ lệ quặng/H2SO4 thay đổi từ 1/1 đến 1/6 Kết nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất trình bày hình Tỷ lệ quặng/H2SO4 3.5 Đường cong hình 3.5 cho thấy tỷ lệ quặng/H2SO4 Hình 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ giảm từ 1/1 đến 1/4, hiệu suất quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu thu hồi đất tăng nhanh hồi đất lượng axit phản ứng tăng, tỷ lệ quặng/axit tiếp tục giảm từ 1/4 đến 1/6, hiệu suất thu nhận tổng oxit đất tăng khơng đáng kể axit bắt đầu dư so với lượng cần phản ứng tỷ lệ thích hợp để tiến hành trình thủy luyện quặng/H2SO4 1/4 3.2.2.3 Ảnh hưởng thời gian phân hủy đến hiệu suất thu hồi đất Các thí nghiệm thủy luyện tiến hành với điều kiện với thời gian phân hủy thay đổi từ đến Kết nghiên cứu ảnh hưởng thời gian phân hủy đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất trình bày hình 3.6 Kết nghiên cứu cho thấy tăng thời gian phân hủy hiệu suất thu hồi đất tăng nhanh, thời gian phân hủy tăng từ đến giờ, Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian phân hủy đến hiệu suất thu hồi đất hiệu suất thu hồi đất không thay đổi Thời gian phân hủy thích hợp 3.2.2.4 Ảnh hưởng nhiệt độ xử lý qu ng ban đầu đến hiệu suất thu hồi đất Các thí nghiệm thủy luyện tiến hành H2SO4 15 M, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, thời gian thủy luyện với quặng xử lý nhiệt 3000C, 4000C, 5000C, 6000C 7000C thời gian Kết nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ xử lý quặng ban đầu đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất Hình 3.7 Ảnh hưởng nhiệt độ trình bày hình 3.7 xử lý quặng ban đầu đến hiệu suất thu hồi đất Kết thí nghiệm cho thấy nhiệt độ xử lý quặng ban đầu thích hợp cho trình thủy luyện 5000C Quặng xử lý nhiệt 5000C đối tượng cho nghiên cứu Phương pháp thủy luyện H2SO4 có gia nhiệt với quặng có xử lý nhiệt ban đầu 5000C giờ, H2SO4 15 M, nhiệt độ thủy luyện 1800C, thời gian thủy luyện giờ, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4 cho hiệu suất thu hồi đất đạt 86,8% 3.2.3 Phương pháp thủy luyện axit sunfuric tác dụng vi sóng 3.2.3.1 Ảnh hưởng cơng suất vi sóng, nồng độ axit đến hiệu suất thu hồi đất Thí nghiệm tiến hành với dung dịch axit H2SO4 có nồng độ từ 12 M đến 18 M, cơng suất lị vi sóng từ 400 đến 1100 W, tần số 2450 MHz, bước sóng cỡ 12,24 cm, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, thời gian xử lý 50 phút Các kết thí nghiệm trình bày bảng 3.4 Bảng 3.4 Ảnh hưởng cơng suất vi sóng nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất Hiệu suất thu hồi, % Công suất, H2SO4 12 M H2SO4 15 M H2SO4 18 M W 400 20,1 22,2 23,4 600 23,6 24,1 26,5 800 63,3 82,0 82,5 900 73,7 87,7 87,8 1100 74,2 88,0 88,2