Bài tiểu luận phương pháp trao đổi ion và ứng dụng để phân chia nguyên tố đất hiếm

Để tăng hiệu quả bảo vệ của lớp phủ photphat hóa có thể đưa thêm lượng nhỏ phụ gia là các nguyên tố đất hiếm và một số kim loại chuyển tiếp như Mn, Ni….Chỉ với một lượng nhỏ các chất phụ

Trang 1

Ở nước tamooi trường khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm là điều kiện lý tưởng cho

ăn mòn kim loại, tỷ lệ vật liệu kim loại được sử dụng còn cao, vì vậy thiệt hại do ăn mòn chắc chắn sẽ lớn hơn

Một trong những biện pháp chống ăn mòn kim loại là sử dụng lớp phủ photphat hóa bề mặt Để tăng hiệu quả bảo vệ của lớp phủ photphat hóa có thể đưa thêm lượng nhỏ phụ gia là các nguyên tố đất hiếm và một số kim loại chuyển tiếp như Mn, Ni….Chỉ với một lượng nhỏ các chất phụ gia đó có tác dụng tăng độ bền lớp phủ, chống ăn mòn, bảo vệ kim loại khỏi môi trường gây hại đồng thời cũng có thể nâng cao hiệu quả thẩm mỹ của lớp phủ như làm cho lớp phủ mịn và sáng hơn

Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng lớn về quặng đất hiếm, các mỏ đất hiếm chủ yếu thuộc nhóm nhẹ, hàm lượng quặng thuộc loại trung bình, phân bố tập trung ở vùng Tây Bắc, nên có điều kiện thuận lợi để phát triển thành một cụm công nghiệp khai thác, chế biến trong tương lai Vì vậy, nhà nước cần có chính sách đầu tư thăm dò, khai thác nguồn tài nguyên khoáng sản này phục vụ phát triển kinh tế khu vực và đất nước

Tuy nhiên, việc tách và xác định các nguyên tố đất hiếm còn nhiều khó khăn

Trong khuôn khổ bài tiểu luận này đề cập ― Phương pháp trao đổi ion và ứng dụng để phân chia nguyên tố đất hiếm”

PHẦN I:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT HIẾM

1 Khái quát chung về đất hiếm

1.1 Đặc điểm địa hóa - khoáng vật

Đất hiếm là nhóm gồm 15 nguyên tố giống nhau về mặt hóa học trong bảng

hệ thống tuần hoàn Mendeleev và được gọi chung là lantan, gồm các nguyên tố

có số thứ tự từ 57 (lantan) đến số thứ tự 71 (lutexi) Thông thường ytri (số thứ

tự 39) và scandi (số thứ tự 21) cũng được xếp vào nhóm đất hiếm vì trong tự nhiên nó luôn đi cùng các nguyên tố này Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ bản của đất hiếm được thống kê ở bảng 1

Bảng 1 Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản

Báo cáo tiểu luận

Trang 2

Thứ

tự nguyên

tử

Ho

á trị

Nguyên

tử lượn

g

HLTB trong vỏ

Trang 3

Thứ

tự nguyên

tử

Ho

á trị

Nguyên

tử lượn

g

HLTB trong vỏ

Bảng 2 Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm

Hình 1 Sự phân bố của các nguyên tố trong vỏ trái

Trang 4

4

HV: Nguyễn Thị Nga GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

đất Hiện nay đã biết khoảng 250 khoáng vật chứa đất hiếm, trong đó có trên 60 khoáng vật chứa từ 5 ÷ 8% đất hiếm trở lên và chúng được chia thành hai nhóm:

- Nhóm thứ nhất: gồm các khoáng vật chứa ít đất hiếm, có thể thu hồi như một sản phẩm đi kèm trong quá trình khai thác và tuyển quặng

- Nhóm thứ hai: gồm các khoáng vật giàu đất hiếm có thể sử dụng trực tiếp như

sản phẩm hỗn hợp đất hiếm

Theo thành phần hoá học, các khoáng vật đất hiếm được chia thành 9 nhóm:

Trang 5

5

2 Carbonat và fluocarbonat: bastnezit, parizit, ancylit, hoanghit

3 Phosphat: monazit, xenotim

4 Silicat: gadolinit, britholit, thortveibit

5 Oxyt: ferguxonit, esinit, euxenit

và sulfur; chất huỳnh quang và bột đánh bóng

Gốm, sứ; chất huỳnh quang và ứng dụng hạt nhân; nam

Trang 6

6

Gốm, sứ; kính; sự dò tìm và trực quan hoá ảnh

y học quang học và từ tính

Chất xúc tác tự động; gốm, sứ; kính; chất huỳnh quang và

chất nhuộm

Tinh thể đơn chất phát sáng, chất xúc tác, sản xuất huỳnh

quang tia X đặc biệt

Trang 7

catiot-đèn), công nghệ rada và chất siêu dẫn

Trang 8

8

1.3 Các kiểu mỏ công nghiệp

Đất hiếm có thể tạo thành mỏ công nghiệp độc lập hoặc là các nguyên tố đi cùng với nhiều loại hình nguồn gốc khác nhau Theo Greta J Orris1 and Richard

I Grauch [11] có thể chia ra làm 17 kiểu mỏ đất hiếm như sau:

1- Kiểu cacbonatit (Carbonatites)

2- Kiểu cacbonatit được làm giàu (Carbonatites with residual enrichment) 3- Kiểu mỏ liên quan đến phức hệ xâm nhập kiềm (Alkaline igneous complexes)

4- Kiểu oxyt sắt nhiệt dịch (Hydrothermal iron-oxide deposits)

5- Kiểu mỏ liên quan đến đá phun trào (Other Igneous affiliated)

6- Kiểu mỏ liên quan đến đá biến chất (Deposits hosted by metamorphic rocks)

7- Kiểu mỏ sa khoáng bờ biển (Shoreline placer deposits)

8- Kiểu mỏ sa khoáng trầm tích bồi tụ (Alluvial placer deposits)

9- Kiểu mỏ sa khoáng không rõ nguồn gốc (Placer uncertain origin)

10- Kiểu mỏ sa khoáng cổ (Paleoplacers)

11- Kiểu mỏ hấp thụ ion (Ion adsorption weathering crusts)

12- Kiểu phosphorit (Phosphorites)

13- Kiểu bauxit hoặc laterit chính (Bauxite or lateraite hosted)

14- Kiểu mỏ fluorit (F deposits)

15- Kiểu mỏ chì (Pb deposits)

16- Kiểu mỏ urani (Uranium deposits)

17- Các kiểu khác: Hỗn hợp và không xác định (Others: miscellaneous and unkown) Trong các loại hình mỏ nêu trên, quan trọng nhất là các loại hình

1, 2, 3, 11, 12,

14 chúng chiếm trữ lượng khai thác có hiệu quả và sản lượng khai thác chủ yếu trên thế

giới hiện nay

1.4 Nhu cầu và thị trường quặng đất hiếm

Trang 9

9

Năm 1794: Sản xuất thương mại đất hiếm đầu tiên tại Áo

Năm 1953: Nhu cầu đất hiếm khoảng 1.000 tấn (tương đương 25.000.000 USD) Năm 1965: Mỏ khai thác mỏ đất hiếm độc lập đầu tiên là Mountain Pass (Mỹ) Năm 2003: Nhu cầu đất hiếm khoảng 85.000 tấn (tương đương 500.000.000 USD) Năm 2008: Nhu cầu đất hiếm khoảng 124.000 tấn (tương đương 1,25 tỷ USD) Năm 2015: Dự kiến nhu cầu đất hiếm trên toàn thế giới khoảng 200.000 tấn

(tương đương 2,0 ÷ 3,0 tỷ USD)

Dự báo nhu cầu thị trường đất hiếm đến năm 2015 (± 15%) thể hiện ở hình

2

Trang 10

10

Hình 2 Dự báo nhu cầu thị trường đất hiếm của thế giới đến năm

2015 (theo IMCOA) Hiện nay, Trung Quốc sản xuất hơn 95% các nguyên tố đất hiếm trên thế giới, một số nước đang phát triển như Canada, Mỹ và Australia Dự báo trong thời gian tới nhu cầu cung và cầu sẽ được cân đối Tuy nhiên, các nguyên tố đất hiếm nhóm nhóm nhẹ (LREE) được dự báo là cung vượt quá cầu, trong khi các nguyên tố đất hiếm nhóm nặng (HREE) nhu cầu sẽ ngày càng tăng, lượng cung

sẽ không đủ lượng cầu Lượng sản xuất đất hiếm trên thế giới từ năm 1985 đến

(26,95%), Nhật Bản (22,69%), Trung Quốc (21,27%) Các nước xuất khẩu các sản phẩm đất hiếm lớn nhất là Trung Quốc, Mỹ, Nhật, Thái Lan Các nước nhập khẩu các sản phẩm đất hiếm lớn nhất là Nhật Bản, Pháp, Đức, Anh, Australia Dự báo giá của một số kim loại đất hiếm đến năm 2015 như bảng 4

Trang 11

11

Hình 3 Sản lượng đất hiếm sản xuất từ năm 1985 - 2009

Trang 12

12

Ôxyt đất hiếm

Giá (USD) Năm

(Gd O )

Lutetium Oxide (Lu O ) 412 461 517 579 648 726 Terbium oxide (Tb O ) 610 778 968 1.172 1.373 1.029 Yttrium Oxide (Y O ) 78 99 121 135 163 186 Neodymium (Nd O ) 90 113 125 151 176 238 Europium Oxide (Eu O

)

Bảng 4 Dự báo giá của một số oxyt kim loại đất hiếm đến năm

2015 (Theo tập đoàn Mackie Research Capital)

Theo thống kê giá của USGS giá đất hiếm trên thế giới từ năm 1970 đến năm

2010 có sự biến động theo từng năm, từng giai đoạn và nhu cầu sử dụng Từ năm

1970 đến năm 1988 do nhu cầu sử dụng đất hiếm chưa cao và chỉ áp dụng trong một số lĩnh vực nhất định, do vậy giá đất hiếm chưa cao Từ năm 1988 đến năm

1993 giá đất hiếm tăng mạnh từ 2.050USD/tấn tăng đỉnh điểm trên 10.000USD/tấn, sau đó từ năm 1993

đến năm 2006 giá đất hiếm nhìn chung giảm dần và thấp nhất là năm 2006, giá đất hiếm sấp xỉ 4.000USD/tấn Tuy nhiên, vào năm 2010 giá đất hiếm tăng mạnh

mẽ, vượt ngưỡng 12.000USD/tấn (hình 4)

Trang 13

13

Hình 4 Biểu đồ thống kê giá đất hiếm từ năm 1970 đến năm 2010

Dự báo từ nay đến năm 2014 tốc độ tăng trưởng của các ngành nghề công nghiệp phổ thông tăng mạnh dẫn đến việc sử dụng các nguyên tố đất hiếm cũng tăng lên với mức độ tăng trưởng trung bình từ 12,5% đến trên 122,9% tùy theo

Trang 14

14

Bảng 5 Dự kiến tăng trưởng của các ứng dụng liên quan với đất hiếm đến năm

(%)

Nguyên tố sử dụng

điểm quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam (hình 5)

Trang 15

15

Hình 5 Sơ đồ phân bố các mỏ đất hiếm ở Việt Nam

- Các mỏ đất hiếm gốc và vỏ phong hoá phân bố ở Tây Bắc gồm Nậm Xe, Nam

Nậm Xe, Đông Pao (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai), Yên Phú (Yên Bái)

Trang 16

16

Đất hiếm trong sa khoáng chủ yếu ở dạng monazit, xenotim là loại phosphat đất hiếm, ít hơn là silicat đất hiếm (orthit) Trong sa khoáng ven biển, monazit, xenotim được tập trung cùng với ilmenit với các mức hàm lượng khác nhau, phân bố ven bờ biển từ Quảng Ninh đến Vũng Tàu Sa khoáng monazit trong lục địa thường phân bố ở các thềm sông, suối điển hình là các mỏ monazit ở vùng Bắc Bù Khạng (Nghệ An) như ở các điểm monazit Pom Lâu - Bản Tằm, Châu Bình… Monazit trong sa khoáng ven biển được coi là sản phẩm đi kèm và được thu hồi trong quá trình khai thác ilmenit

Ngoài các kiểu mỏ đất hiếm nêu trên, ở vùng Tây Bắc Việt Nam còn gặp nhiều điểm quặng, biểu hiện khoáng hoá đất hiếm trong các đới mạch đồng - molipden nhiệt dịch, mạch thạch anh - xạ - hiếm nằm trong các đá biến chất cổ, trong đá vôi; các thể migmatit chứa khoáng hoá urani, thori và đất hiếm ở Sin Chải, Thèn Sin (Lai Châu); Làng Phát, Làng Nhẻo (Yên Bái);… nhưng chưa được đánh giá

2.2 Các kiểu mỏ công nghiệp

* Theo nguồn gốc có thể chia các mỏ, điểm quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt

Nam thành 3 loại hình mỏ như

sau:

- Mỏ nhiệt dịch: phân bố ở Tây Bắc, gồm các mỏ lớn, có giá trị như Bắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao, Mường Hum, Yên Phú và hàng loạt các biểu hiện khoáng hoá đất hiếm khác trong vùng Thân quặng có dạng mạch, thấu kính,

ổ, đới xuyên cắt vào các đá có thành phần khác nhau: đá vôi, đá phun trào bazơ, đá syenit, đá phiến Hàm lượng tổng oxyt đất hiếm trong các mỏ từ 1% đến trên 36%

- Kiểu mỏ hấp thụ ion: kiểu mỏ này mới đươc phát hiện tại khu vực huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai Quặng đất hiếm phân vỏ phong hóa của đá granit kiềm, hàm lượng tổng đất hiếm khoảng 0,0443 ÷ 0,3233%, trung bình khoảng 0,1% tREO Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, kiểu quặng này tuy hàm lượng đất hiếm không cao, nhưng điều kiện khai thác thuận lợi, công nghệ tách tuyển quặng đơn giản Do đó, cần được quan tâm điều tra, thăm dò để khai thác khi có nhu cầu

- Mỏ sa khoáng: gồm 2 kiểu sa khoáng chứa đất hiếm:

+ Sa khoáng lục địa: phân bố ở vùng Bắc Bù Khạng (Pom Lâu, Châu

Trang 17

17

Bình và Bản Gió) Tại các mỏ, điểm quặng này đất hiếm dưới dạng khoáng vật monazit, xenotim đi cùng ilmenit, zircon Quặng nằm trong các trầm tích thềm sông bậc I và II Nguồn cung cấp các khoáng vật chứa đất hiếm chủ yếu từ khối granit Bù Khạng Hàm lượng monazit 0,15 ÷ 4,8kg/m3, điều kiện khai thác, tuyển đơn giản nên cần được quan tâm thăm dò và khai thác khi có nhu cầu

+ Sa khoáng ven biển: ven biển Việt Nam có nhiều mỏ và điểm quặng sa khoáng ilmenit có chứa các khoáng vật đất hiếm (monazit, xenotim) với hàm lượng từ 0,45 ÷

4,8kg/m3 như mỏ Kỳ Khang, Kỳ Ninh, Cẩm Hòa, Cẩm Nhượng (Hà Tĩnh), Kẻ Sung (Thừa Thiên Huế), Cát Khánh (Bình Định), Hàm Tân (Bình Thuận)… Tuy nhiên, monazit, xenotim trong các mỏ titan sa khoáng chưa được đánh giá đầy đủ

* Theo thành phần nguyên tố, quặng đất hiếm ở Việt Nam có thể chia làm 2 loại:

- Đất hiếm nhóm nhẹ: gồm các mỏ Nam Nậm Xe, Bắc Nậm Xe, Đông Pao

và quặng sa khoáng Trong đó, khoáng vật đất hiếm chủ yếu là bastnezit (Nậm

Xe, Đông Pao, Mường Hum) và monazit (Bắc Bù Khạng, sa khoáng ven biển)

- Đất hiếm nhóm nặng: điển hình là mỏ Yên Phú, tỷ lệ hàm lượng oxyt đất hiếm nhóm nặng trên tổng oxyt đất hiếm trung bình khoảng 30% Ngoài mỏ Yên Phú, mỏ đất hiếm Mường Hum, tỷ lệ này tương đối cao, trung bình khoảng 22%

Trang 18

18

2.3 Trữ lượng và tài nguyên

Trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở các mỏ đã được tìm kiếm, đánh giá và thăm dò được thống kê ở bảng 6

Qua bảng 6 cho thấy:

- Tổng trữ lượng và tài nguyên đất hiếm trong các mỏ gốc và phong hóa ở Việt Nam đạt khoảng trên 16 triệu tấn tổng oxyt đất hiếm, tập trung chủ yếu ở tỉnh Lai Châu Các mỏ đất hiếm gốc và phong hóa ở Việt Nam đều thuộc loại quy

mô lớn, trong đó mỏ đất hiếm lớn nhất là Bắc Nậm Xe

- Tổng trữ lượng và tài nguyên monazit khoảng 7.000 tấn Khối lượng tài nguyên không lớn nhưng phân bố tập trung, điều kiện khai thác, tuyển đơn giản nên cần được quan tâm thăm dò và khai thác khi có nhu cầu

Bảng 6 Tổng hợp trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở Việt Nam

Trang 19

Thành phần khoáng vật Hàm lượng

Trữ lượng-Tài nguyên (tấn)

Bastnezit, parizit, lantanit, octit

0,5÷39

% TR2 O3

Quặng

2,0÷16,8

% TR

O Quặng c:

Parizit, flogopit, basnezit,

0,5÷36

% TR2

a

Ferguxoxit, xenotim, monazit, samackit, octit, treralit, cherchit, rapdofanit,

0,1÷7

% TR2

Trang 20

20

3 ỨNG DỤNG ĐẤT HIẾM TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ NÔNG NGHIỆP

ĐH được coi là tối quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp công nghệ cao, công nghệ năng lượng ―xanh‖, và công nghệ quốc phòng

ĐH hiện diện trong nhiều thiết bị mà chúng ta sử dụng hàng ngày như điện thoại di động, máy tính, tivi, đèn compact Nếu không có các nguyên tố ĐH, rất nhiều công nghệ hiện đại và các ứng dụng sẽ không thể thực hiện được

ĐH có rất nhiều ứng dụng:

- Dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu cho các máy phát điện;

- Dùng để đưa vào các chế phẩm phân bón vi lượng nhằm tăng năng suất và chống chịu sâu bệnh cho cây trồng;

- Dùng để chế tạo các nam châm trong các máy tuyển từ trong công nghệ

tuyển khoáng;

- Dùng để diệt mối mọt, các cây mục nhằm bảo tồn các di tích lịch sử;

- Dùng chế tạo các đèn catot trong các máy vô tuyến truyền hình;

- Dùng làm xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý môi trường;

- Dùng làm vật liệu siêu dẫn;

- Các ion ĐH cũng được sử dụng như các vật liệu phát quang trong các

ứng dụng quang điện;

- Dùng trong công nghệ laser;

- Dùng trong công nghiệp chế tạo xe ôtô (hybid), pin, ổ cứng máy tính,

tua bin gió, điện thoại di động;

- Dùng trong lĩnh vực quân sự (chế tạo tên lửa, rada, xe tăng ), công

Tiêu đề	Phương Pháp Trao Đổi Ion Và Ứng Dụng Để Phân Chia Nguyên Tố Đất Hiếm
Tác giả	Nguyễn Thị Nga
Người hướng dẫn	PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê
Trường học	Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Công nghệ Hóa học
Thể loại	tiểu luận

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	1,36 MB