Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên - Huế bằng phương pháp bazơ

Thông qua quá trình thực hiện các nội dung của dé tai, chúng tôi thu được một số kết quả như sau: Khảo sát quá trình chế hóa quặng monazite bằng phương pháp bazơ.. Cơ sở hóa học để tách

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO : TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HO CHÍ MINH

KHOA HÓA

Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Hóa học :

: NGHIÊN CƯU TÁCH XERI ĐIOXITTU

: BANG PHƯƠNG PHÁP BAZO |

Trang 2

SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh

BO GIAO DỤC VA ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HO CHÍ MINH

KHOA HÓA

-#3€c® -Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Hóa học

NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ

QUANG MONAZITE THỪA THIÊN - HUE

BẰNG PHƯƠNG PHÁP BAZƠ

Chuyên ngành : Hóa Vô cơ

GVHD : TS Phan Thị Hoàng Oanh

SVTH : Trần Bá Trí

TP Hò Chí Minh, Tháng 04 Năm 2012

Trang 1

Trang 3

có nhiều kinh nghiệm thực hiện đề tải Hơn nữa, tôi còn học hỏi ở cô tác phong làm việc rất

nghiêm túc và khoa học Không những thế, cô còn rất vui vẻ và nhiệt tình.

Ngoài ra, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên khích lệ tôi trong quá trình thực hiện đề tài.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 4 nam 2012

Trần Bá Trí

Trang 2

Trang 4

mm

Quang nguyên tổ đất hiểm ở Việt Nam chưa được thăm đò hết, việc sử dụng các

nguyên tố này theo hướng hiện đại chưa phát triển, công tác nghiên cứu dé đưa vào ứng

dụng mới được bắt đầu Các phương pháp điều chế những nguyên tố này nói chung phứctạp hơn nhiều so với phương pháp điều chế các nguyên tổ thông dụng [4] Dé tài này nghiên

cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên — Huế bằng phương pháp bazơ Thông

qua quá trình thực hiện các nội dung của dé tai, chúng tôi thu được một số kết quả như sau:

Khảo sát quá trình chế hóa quặng monazite bằng phương pháp bazơ Khi thời gian

chế hóa là 5 giờ và tý lệ NaOH:quặng là 5:1 thì hiệu suất chế hóa đạt gan 90%

f3 Khảo sát anh hưởng của pH đến hiệu suất tách va độ tinh khiết của sản phẩm Với

pH loại tạp chat bằng 5,8 và pH kết tủa Ce** bằng 3,8 thì sản phẩm thu được có độ tỉnh khiết

cao hơn so với pH loại tạp chất bang 3.5 và pH kết tủa Ce** bằng 5,0

3 Khảo sát ảnh hưởng của chat kết tủa Ce** đến biệu suất tách và độ tinh khiết của

sản phẩm Sử dụng dung dịch NaOH dé kết tủa Ce'” sẽ thu được sản phẩm có độ tinh khiếtcao hơn và hiệu suất tách cũng tăng

Khảo sát ảnh hưởng của chat oxi hóa Ce** thành Ce** đến hiệu suất tách và độtinh khiết của sản phẩm Dung dịch (NH;);S¿O;¿/HNO; oxi hóa Ce** thành Ce** khá hiệu

quả hơn so với dung dich HNO, và dung dịch H;O;/HCI.

f3 Thành phan pha của sản phẩm là xeri dioxit, bột sản phẩm có dạng hình tắm, kích

thước hạt < 10 um Hiệu suất điều chế đạt gần 70%.

Trang 3

Trang 5

were

LOI CAM ON 2TOM TAT 3

MUC LUC 4

DANH MỤC CÁC HÌNH 7DANH MỤC CÁC BANG 8

DAT VAN DE —Ð

CHƯƠNG 1 - TONG QUAN - - H

1.1.SA KHOÁNG 11

1.1.1 Một số loại sa khoáng 11

1.1.2 Quang monazite trén thể giới và ở Việt Nam - 12

1.2 CAC NGUYEN TO DAT HIEM 14

1.2.1 Sơ lược về các nguyên tổ đất hiém l4 1.2.2 Tach riêng từng nguyên tô đất hiếm 18

1.2.3 Ung dung 20

1.3 XERI VA HOP CHAT CUA XERI 21

1.3.1 Tính chat lý hóa 21

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, THÀNH PHAN 25

1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 25

1.4.2 Phương pháp XRF 26

1.4.3 Phương pháp chụp anh kính hiển vi điện tử quét (SEM) 26

CHƯƠNG 2~ NOI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU 27

2.1 NOLDUNG NGHIÊNCÚU 27

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.2.1 Phương pháp chế hóa là phương pháp chế hóa bằng bazơ 29 2.2.2 Phương pháp định lượng photpho là phương pháp trắc quang 29 2.2.3 Phương pháp tách CeO; là phương pháp kết tủa chọn lọc 29

2.2.4 Phương pháp tỉnh chế xeri là phương pháp chiết 30

2.3 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHAT CAN THIẾT 30

Trang 4

Trang 6

2.3.1 Dụng cụ và thiết bị 30

2.3.2 Hóa chất 31CHUONG 3 - KET QUA VÀ THẢO LUAN 32

3.1 PHAN TÍCH THÀNH PHAN CUA QUANG MONAZITE THỪA THIEN

-HUE 32

3.2 LAP DUONG CHUAN DE DỊNH LƯỢNG PHOTPHO 32

3.2.1 Lap đường chuan 32 3.2.2 Dinh lượng photpho cho các mẫu nghiên cứu 34

3.3 KHAO SAT CÁC YEU TO ANH HUONG TỚI QUÁ TRINH CHE HOA

QUANG MONAZITE BANG PHUONG PHAP BAZO 34

3.3.1 Ảnh hưởng của ty lệ NAaOH:quặng monazite 34 3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian chế hóa 35

3.4 KHẢO SAT MOT SO YEU TO ANH HUONG DEN HIỆU SUÁT TÁCH VA

DO TINH KHIET CUA SAN PHAM 37

3.4.1 Anh hưởng của thời gian chế hóa và ty lệ NaOH:quặng monazite 37

3.4.2 Ảnh hướng của chất kết tủa xeri(IV) hiđroxit 41

3.4.3 Ảnh hưởng của pH loại tạp chất (ThỶ", ) và pH kết tủa Ce** 433.4.4 Ảnh hưởng của việc rửa pha hữu co sau khi chiết 463.4.5 Ảnh hưởng của chất oxi hóa Ce** thành Ce** 48

3.5 QUY TRINH TACH XERI DIOXIT TU QUANG MONAZITE 52

3.6 NGHIÊN CUU HÌNH DANG VA KÍCH THƯỚC HAT CUA XERI ĐIOXIT 59CHUONG 4 - KET LUẬN VA DE XUẤT 60

4.1 KET LUAN 60 4.2 DE XUAT 60 TAI LIEU THAM KHAO 61

PHU LUC 2

Phu lục 1: Giản đồ phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 1 62 Phu lục 2: Giản đồ phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 2 63

Phụ lục 3: Giản đô phố XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 3 64

Phu lục 4: Giản đồ phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 4 6Š Phụ lục 5: Giản đồ phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 5 66

Phu lục 6: Giản đồ phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 6 67

Trang §

Trang 7

SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Phu lục 7: Giản đồ phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 7 68 Phụ lục 8: Bảng tóm tắt quy trình 8 69 Phu lục 9: Xeri dioxit thu được từ quy trình 8 70 Phu lục 10: Giản dé phé XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 8 71 Phu luc 11: Anh SEM ciia xeri dioxit (quy trinh 1) 72 Phu lục 11: Anh SEM của xeri dioxit (quy trình 6) 73 Phụ lục 12: Kết quả phân tích thành phan nguyên tổ của quặng monazite Thừa Thiên - Huế bằng phương pháp XRF 74

Trang 6

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Nhiéu xạ tia X 25

Hình 2.1 Quặng monazite đã nghiền mịn 31 Hình 3.1 Đường chuẩn của photpho 34 Hình 3.2 Ảnh hướng của tỷ lệ NaOH:quặng monazite đến hiệu suất chế hóa 35 Hình 3.3 Anh hưởng của thời gian đến hiệu suất chế hóa 3ó

Hình 3.4 Xeri dioxit thu được từ quy trình 1 và 2 39

Hình 3.5 Phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 1 40

Hình 3.6 Phé XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 2 41 Hình 3.7 Xeri dioxit thu được từ quy trình 1 và 3 42

Hình 3.8 Phé XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 3 43

Hình 3.9 Xeri dioxit thu được từ quy trình 2 và 4 44

Hình 3.10 Phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 4 45

Hình 3.11 Xeri dioxit thu được từ quy trình 2 và Š 47

Hình 3.12 Phố XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 5 47

Hình 3.13 Xeri dioxit thu được từ quy trình 5, 6 và 7 49

Hình 3.14 Phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 6 30) Hình 3.15 Phổ XRD của xeri dioxit thu được từ quy trình 7 $I Hình 3.16 Hệ phản ứng chế hóa ba:ơ quặng monazite 53 Hình 3.17 Chat rắn sau khi chế hóa bazơ quặng monazite 53 Hình 3.18 Hệ phản ứng hòa tan chất ran thu được sau khi ché hóa bằng axit clohidricS4 Hình 3.19 Dung dich thu được sau khi hòa tan bằng axit clohidric %4

Hình 3.20 Dung dịch Ce* $5

Hình 3.21 Chiết Ce** bằng TBP 56 Hình 3.22 Chiết pha hữu cơ bằng dung dịch H;O; 56

Hình 3.23 Quy trình tách xeri dioxit từ quặng monazite 57

Hình 3.24 Quy trình tách xeri dioxit từ quặng monazite - tiếp theo 58

Hình 3.25 Anh SEM của xeri dioxit 59

Trang 7

Trang 9

DANH MỤC CÁC BANG

Bang 1.1 Thành phan của quặng monazite ở một số vùng trên thé giới

Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý của các nguyên tô dat hiém

Bang 1.3 Ung dụng của các nguyên tô đất hiếm

Bảng 1.4 Một số ứng dụng của xeri và hợp chất

Bảng 3.1 Thanh phan của quặng monazite Thừa Thiên - Huế

Bảng 3.2 Giá trị độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn

Bảng 3.3 Anh hưởng của tỷ lệ NaOH:quặng monazite đến hiệu suất chế hóa

Bảng 3.4 Anh hướng của thời gian đến hiệu suất chế hóa

Bảng 3.5 So sánh sản phẩm thu được từ quy trình I và 2

Bảng 3.6 So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 1 và 3

Bảng 3.9 So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 5, 6 và 7

Trang 10

DAT VAN DE

Theo kết quả điều tra của Liên đoàn Địa chat Bắc Trung bộ, qua thực hiện đề án

"Điều tra, đánh giá triển vọng sa khoáng ven biên từ Thanh Hóa đến Thừa Thién-Hué", cho thay ven biên Bắc Trung Bộ có nhiều tiềm năng quặng sa khoáng Nhìn chung, tỉnh quặng

có chất lượng tốt, giá trị kinh tế cao, có ý nghĩa rất lớn đẻ phát triển kinh tế vùng Bắc Trung

bộ nói riêng và cả nước nói chung.

Sa khoáng ven biên Bắc Trung Bộ có quy mô rất khác nhau Quy mô nhỏ có sakhoáng ở các tinh Nghệ An, Quang Trị, Quảng Bình với chiều dai hang trăm mét đến vai

km, chiều rộng hàng trăm mét, bề dày tầng sản phẩm từ vài mét đến 10 m Các sa khoáng

quy mô trung bình có ở Nam Thanh Hóa, Nghĩ Xuân (Hà Tinh), Vĩnh Linh (Quảng Trị) với chiều dài từ 2-15 km, chiều rộng hơn 1 km, bề day 5-8 m Sa khoáng lớn có ở Thừa Thién-

Huế, Cam Xuyên và Kỳ Anh (Nghệ Tinh) với chiều đài hàng chục km, rộng hàng km, bè

dày 10-20 m.

Monazite là khoáng vật thường gặp trong các sa khoáng, đặc biệt là sa khoáng ven

biên và ở nhiều nơi có hàm lượng, trữ lượng đạt yêu cầu khai thác Thành phân chính của

monazite là các nguyên to đất hiếm và một số nguyên tô phóng xa, đặc biệt là xeri với hàm lượng lớn nhất [1].

Với những tính chất đặc biệt, các nguyên té đất hiểm có nhiều ứng dụng trong sản

suất và kỹ thuật Riêng xeri được sử dụng để làm chat xúc tác trong công nghiệp dau mỏ vàchất dẻo, trong quá trình luyện kim, sản xuất pham màu, bột mài bóng đồ thủy tinh, dùng

trong sản xuất thấu kính, [4].

Trong những năm gan đây, nhu cau công nghiệp đối với đất hiếm trong đó có xeri ngày càng tăng Và theo dự kiến, nhu cầu nảy sẽ tiếp tục tăng trong những năm sắp tới.

-Những nước dẫn đầu về sản xuất oxit và tinh quặng đất hiểm trên thé giới là Mỹ, Úc, Braxil,Trung Quốc An Độ Malaysia, Nga [6]

Mặc dù sản lượng monazite ở Việt Nam là đáng kẻ Song những nghiên cứu ve

monazite còn khá hạn chế Và sa khoáng chủ yêu được xuất khâu ở dang thô hoặc chỉ quatuyên từ Điều này đã làm giảm giá trị kinh tế và lãng phí nguồn tài nguyên quý của quốc

gia.

Do dé, những nghiên cứu sâu và chỉ tiết về quy trình công nghệ sản xuất đất hiểm là

rất cần thiết Với ý nghĩa thiết thực trên, chúng tôi chọn nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng

Trang 9

Trang 11

monazite Thừa Thiên - Huế với hy vọng góp phan tạo ra những nghiên cứu có giá trị thực

tiền.

Trang 10

Trang 12

> Công thức thực nghiệm: FeTiO:.

> Mau sắc: den, xám với những hat nâu nhỏ, lắp lánh.

> Từ tính: yếu

> Câu trúc mạng tinh thé: trigonal — tương tự như mang tinh thé corundum và hematit

> Imenite chứa một hàm lượng rõ rệt các nguyên tố như magic, mangan và công thức

hóa học dạng day đủ có thê viết là (Fe, Mn, Mg, Ti)O3.

> Hau hết các quặng ilmenite được khai thác với mục đích điều chế titan, Các hạt mịn

của titan oxit có mau trang, dùng làm nguyên liệu trong sơn dau, giấy và nhựa tông hợp.

W Rutile [12]

> Công thức thực nghiệm: TiO>.

> Cấu trúc mang tinh thé: tetragonal.

> Rutile được dùng nhiều trong công nghiệp phẩm nhuộm chế tao titan Các hat rutile nhỏ mịn cũng được dùng làm nguyên liệu trong sơn dau, giấy, nhựa tông hợp.

[ Zircon [13]

> Công thức thực nghiệm: ZrSiO

> Mau sắc: mau đỏ nâu, vàng, xanh lam, xanh lục, xám nhạt, không màu, thưởng gặp

ở màu nâu nhạt Màu sắc của zirconium có thé thay đổi theo nhiệt độ.

> Cau trúc mạng tinh thé: tetragonal.

> Zircon là nguồn dé điều chế zircon oxit (ZrO), một trong những loại vật liệu bên nhất hiện nay Ngoài ra, zircon cũng là một trong các quặng mẫu chốt để các nhà khoa học

nghiên cứu về địa chât.

Trang 11

Trang 13

Ñ Monazite [11]

> Công thức thực nghiệm: (Ce, La)PO;.

> Các nguyên tổ họ lantanoit trong quặng monazite chủ yêu là xeri (45-48 %), lantan

(khoảng 24 %), neodim (khoảng 17 3⁄4), praseodim (5 %) và một lượng nhỏ samari,

gadolini, yuri, europi,

> Có hai phương pháp thường được sử dung dé tinh chế các nguyên tô đất hiểm từ

quặng monazite: chế hóa axit và chế hóa bazơ

1.1.2 Quang monazite trên thế giới và ở Việt Nam [6, 7]

1.1.2.1 Trên thé giới [7]

Quang monazite ở dạng muối photphat, chủ yếu là của các nguyên tô đất hiểm và

thori Monazite được tìm thấy ở nhiều môi trường địa chất Tôn tai chủ yếu ở dang đá hóa

thạch, tram tích, cát bién, Trong cat biển, monazite tồn tại đồng thời với một số khoángvật nặng khác như ilmenite, rutile, zircon Thinh thoảng, monazite được tim thay trong các

mỏ vàng Thành phan và hàm lượng các nguyên tô đất hiểm trong quặng monazite ở các

khu vực trên thé giới tương đối khác nhau

Trang 12

Trang 14

Bang 1.1 Thanh phần của quặng monazite ở một số vùng trên thé giới [7]

Australia Mỹ, Các Ẹ Australia, Brazil, Trung Mỹ,

Bác : Green Australia, nguyén Capel, bờ biên Quốc, 5 Bear

1 cự Staradbroke Án Độ Coye Mount

to dat Tay phia Nangang, Valley,

: Island, Springs, Weld

hiem Australia Ding Guangdong Idaho

Vào những năm 1980 nguyên t6 đất hiếm được Nhà nước ta quan tâm Việc tìm kiếm

và quy hoạch khai thác đã từng bước đi vào đồng bộ Do nhu cầu phát triển kinh tế quốc dân

năm 1998, cả nước đã sản xuất 10.000 tắn/năm ilmenite và nhu cầu sử dụng tinh quặng

zircon từ 4-5 tan/nam Vi thé, việc tìm kiếm và đề xuất hướng sử dụng hiệu quả monazite làyêu cầu đặt ra cho các nhà hóa học-luyện kim

Các vùng mỏ có thẻ khai thác ở Việt Nam:

+ Quang Trà Cỏ, Mũi Ngọc - Quảng Ninh

+ Quặng Quảng Xương — Thanh Hóa.

+ Quặng Đề Di

Trang 13

Trang 15

+ Quặng Thừa Thiên - Huế.

Nhìn chung, quặng monazite Việt Nam có thành phan các nguyên t6 đất hiểm giỗng

thé giới

Hàm lượng monazite trong sa khoáng của nước ta phụ thuộc rất nhiều vào mùa bão

và thủy triều Vùng nhiều bão như Thanh Hóa, Quảng Ninh, Nghệ Tinh hàm lượng monazite trong cát nguyên khai từ 1 — 2 %; vùng ít bão hơn như Phú Khánh, Dé Di, Thuận

Hải hàm lượng monazite trong cát nguyên khai từ 0,25 — 0,5 %.

Các vùng mỏ sa khoáng cát đen nam rải rác đọc bờ biển và các cửa sông lớn, thuậntiện cho việc khai thác và vận chuyên SO Với các vùng đất hiếm khác của Việt Nam

1.2 CÁC NGUYEN TO DAT HIẾM |2, 4, 6]

1.2.1 Sơ lược về các nguyên tố đất hiểm [2]

Cấu hình electron chung của các nguyên tố đất hiếm: 4f*'* 5s” 5p“ Sd"? 6s”

Các nguyên tố lantanoit được chia thành 2 nhóm: nhóm xeri (nhóm lantanoit nhẹ) và nhóm tecbi (nhóm lantanoit nặng).

Ngoài những tinh chất đặc biệt giống nhau, các lantanoit cũng có những tinh chất

không giống nhau, từ Ce đến Lu một số tính chất biến đôi đều đặn và một số tính chất biến

đổi tuần hoàn.

Sự biến đổi đều đặn tính chất được giải thích bang sự co lantanoit, Co lantanoit là sự giảm bán kính nguyên tử của chúng theo chiều tăng của số thứ tự nguyên tử.

Sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các lantanoit và hợp chất được giải

thích bằng sự điền vào các obitan 4f, lúc đầu mỗi obitan | electron va sau đó mỗi obitan |

electron thứ hai.

Trang 14

Trang 16

SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh1.2.1.1 Đơn chất [2]

1.2.1.1.1.Tính chất lý hóa học [2]

a) Tính chất vật lý

Là kim loại màu trắng bạc, riêng Pr và Nd màu vàng rất nhạt Ở trạng thái bột, chúng

có màu tir xám đến đen Da số kết tinh ở dạng tỉnh thẻ lập phương Tất cả kim loại đều khó

nóng chảy và sôi.

Một số hằng số vật lý:

Bang 1.2 Một số tính chất vật lý của các nguyên tố đất hiếm [2]

Kim Nhiệt độ nóng chảy, Nhiệt độ sôi, Nhiệt thăng hoa,

Giỏòn, có độ dan điện tương đương thủy ngân Tao được hợp kim với nhiều kim loại.

Samari là kim loại có từ tính mạnh khác thường vì trên obitan 4f của nguyên tử có 6

Trang 17

một vài lantanoit khác có tính tự cháy.

Tac dụng với halogen ở nhiệt độ không cao, tác dụng với N>, S, C, Si, P và H; khi

đun nóng.

Tác dụng chậm với nước nguội, nhanh với nước nóng giải phóng khí hiđro, tan dễ

dang trong axit trừ HF, H;PO, Không tan trong kiêm kê cả khi dun nóng

Khử được nhiều oxit kim loại ở nhiệt độ cao Kim loại xeri ở nhiệt độ nóng đỏ có thê

khử khí CO, CO; đến C

1.2.1.1.2 Trạng thái tự nhiên, lịch sử phát hiện và điều chế [2]

Vẻ trữ lượng trong vỏ trái dat, các lantanoit không thua kém [, Sb, Cu nhưng phân bỗ

rat phân tán trong thiên nhiên Các nguyên t6 với số thứ tự nguyên tử chăn có thê phé biến

hơn các nguyên tổ có số thứ tự nguyên tử lẻ, phd biến nhất là Ce và hiếm nhất là Tm.

Ở nước ta có mỏ các khoáng vật của đất hiểm ở Nam Xe (Cao Bang) và có cát

monazite ở trong các sa khoáng ven biên miền Trung.

Năm 1803, Claprot (người Đức) và Beczeliuyt (người Thụy Điển) độc lập với nhau

tách được từ khoáng vật xerit một oxit của xeri Năm 1843, Monzande đã tách từ “đất vưi”

3 oxit: oxit của ytri, oxit của tecbi và oxit của ecbi Năm 1878, Lơcôc do Boabodrang phát hiện được nguyên tổ samari Năm 1885, Von Venbach tìm thay 2 nguyên tố: neođim và

praseodim.

Các kim loại lantanoit được điều chế chủ yếu bằng phương pháp điện phân mudiflorua hay clorua khan nóng chảy trong bình điện phân làm bằng kim loại tantan và trong

khí quyền argon Không áp dụng phương pháp này đối với các lantanoit có nhiệt độ nóng

chảy cao vì ở nhiệt độ đó các halogenua có thẻ bay hơi Ngoài ra, còn sử dụng phương pháp nhiệt — kim loại Những chất khử có thé dùng là Na, Ca, Mg, nhưng thường dùng hơn hết

là Ca Quá trình cũng được thực hiện trong nội băng tantan và trong khí quyên argon

1.2.1.2 Các hop chất lantanoit [2]

1.2.1.2.I Oxit LnạO; [2]

Tôn tại ở dang vô định hình hay tinh thê Bên với nhiệt và khó nóng chảy

Không tan trong nước nhưng tác dụng với nước tạo thành hiđroxit và phát nhiệt Tan

dé đàng trong axit tạo thành dung dich chứa ion [Ln(H;O),]Ì * với n = 8-9, nhưng giống với

AlạO; là sau khi đã nung sẽ kém hoạt động Không tan trong dung dịch kiềm nhưng tan trong kiểm nóng chảy.

Trang 16

Trang 18

Ln,O,; + Na;CO, = 2NaLnO¿ + CO;

Được sử dùng làm xúc tác hoặc chất kích hoạt xúc tác

Điều chế: nhiệt phân hiđroxit, cacbonat, oxalat, nitrat của lantanoit (trừ Ce, Pr, Tb).

1.2.1.2.2 Hidroxit Ln(OH); [2]

Chất kết tủa vô định hình, thực tế không tan trong nước

Là những bazơ mạnh, tính bazơ nằm giữa Mg(OH); và Al(OH):, giảm dan từ Ce đến

Lu.

Điều chế: cho dung dịch mudi Lac) với dung địch kiềm hoặc amoniac Dé trongkhông khí, Ce(OH); chuyên dan thành Ce(OH),

1.2.1.2.3 Các mudi của Ln(IHH) [2]

La” (4f") không màu Lu* (4f"")

Ce** (4Ÿ) lục Tm” (4f?)

Nú” (4Ÿ) đó nhạt Er (4£)PmỶ" (4f) hồng, vàng HoTM (4f'°)

Sm** (4f) vàng Dy” (4)

Eu” (4f°) hồng nhạt Tb** (4Ÿ)

Gđ”" (4Ÿ) không màu Gd”" (4Ÿ)

Muỗi của lantanoit giống nhiều với muối của canxi; các mudi clorua, bromua, iođua,

nitrat, sunfat tan trong nước: còn các muối florua, cacbonat photphat và oxalat không tan.

Điểm nỗi bật của Ln** là dé tạo các muối kép

Trang 19

về mặt hóa học; không tan trong dung địch axit và kiềm nhưng tác dụng khi đun nóng Điều

chế: nhiệt phân hidroxit, nhiệt phân một số mudi của Ce(III) khi có mặt oxi

4Ce(OH),; + O =4CeO› + 6H;O

Xeri(IV) hidroxit Ce(OH), là chat dang kết tủa nhay, màu vàng, thực tế không tan

trong nước và có thành phần biến doi CeOs.xH;O La bazơ yếu, bị thủy phân mạnh khi tan

trong nước Do đó, nó có thể kết tủa trong môi trường axit mạnh pH khoảng 1, trong khi những lantanoit(HI) hiđroxit khác kết tủa trong môi trường có pH từ 6.5 đến khoảng 8 Nó tan trong axit tạo nên dung dịch có màu đa cam của ion [Ce(H,0), }**.

Xeri(IV) hiđroxit được tạo nên khi kiềm tác dụng với dung dịch muối của xeri(IV)

Muối của xeri(IV) không nhiều, thưởng gặp là CeFy, Ce(SO¿);, Ce(CH;COO),.

Muỗi của Ce(IV) không bên, bị thủy phân rất mạnh trong nước nên ion Ce“ chỉ tôn tai

trong dung dịch có môi trường axit mạnh Có tính oxi hóa tương đối mạnh.

1.2.1.2.6 Hợp chất của Ln{H) [2]

Trang thai oxi hóa +2 là đặc trưng đối với Eu và một phan doi với Sm và Yb.

Các oxit LnO và hiđroxit Ln(OH); là hợp chất có tính bazơ

Muối clorua là thường gặp hơn hết, tan trong nước cho dung dịch có màu vàng - lục

hay không màu của lon (Eu(HO),]Ÿ', mau đỏ - mau của lon [Sm(H,0),}"" va mau vang

của [Yb(H;O),]”" Những ion này dé oxi hóa trong không khí.

1.2.2 Tách riêng từng nguyên tố đất hiếm [2, 4]

1.2.2.1 Cơ sở hóa học để tách riêng từng nguyên tô đất hiếm [2]

Kha năng tạo phức khác nhau của các nguyên tô đất hiếm đối với một số hợp chất

hữu cơ như: axit xitric, EDTA, TBP, [2]

Sự khác nhau về độ tan của muối sunfat kép được sử dụng đề phân chia sơ bộ các nguyên tố đất hiểm thành 2 nhóm: nhóm xeri (nhóm lantanoit nhẹ) và nhóm tecbi (nhóm

lantanoit nặng) [2].

Riêng đổi với xeri có thé sử dụng điều kiện kết tủa khác nhau của Ce(OH), và

Ln(OH); đẻ tách xeri ra khỏi các nguyên t6 đất hiếm khác

1.2.2.2 Các bước để tách riêng từng nguyên tô đất liếm [2, 4]

1.2.2.2.1 Tuyển quặng [2]

Tại nơi khai thác quặng, người ta dùng phương pháp trọng lực kết hợp với phương

pháp từ đề tuyên sơ bộ quặng.

Trang 18

Trang 20

Tinh quặng này được tuyển tiếp bằng phương pháp từ và phương pháp điện, Nghién

tinh quặng thu được va bằng phương pháp tuyên nôi, thu được tỉnh quặng monazite trên

90%.

1.2.2.2.2 Chế hóa hóa học monazite [2, 4]

a) Chế hóa bằng axit [2]

Dun nóng bột mịn của quặng monazite trong axit sunfuric đặc (lấy dư gấp 3 lần) ở

200 ~ 400°C trong 3 — 4 giờ Pha loãng sản phẩm vào nước ở nhiệt độ dưới 20°C.

2LnPO, + 3H;SO¿ > Ln;(SO;); + 2HPO;

Th;(PO¿)¿ + 6H:SO, > 3Th(SO,); + 4H;PO;

ThS¡O¿ + 2H,SO, > Th(SO;); + SiO» + 2H;O

b) Chế hóa bằng bazơ (sẽ được trình bày trong phân thực nghiệm)

c) Chế hóa bằng clo hóa [4]

Phá mẫu quặng bằng clo chi có ý nghĩa khi hợp chất clorua của các nguyên tổ đất

hiểm (chủ yếu là nhóm nhẹ) được dùng dé sản xuất hỗn hợp kim loại nhóm xeri.

Hỗn hợp cát monazite trộn với C cùng với chất kết đính đóng thành những viên gach

va đưa vao clo hóa ở nhiệt độ 700-1000°C.

LnPO, + 2C + 3Clạ > LnC]: + POCI, + CO + CO, Th3(PO,), + 8C + 12Cl, > 3ThCl, + 4POCI, + 4CO + 4CO;

d) Chế hóa bằng hỗn hợp cacbon và oxit kim loại nang [4]

Người ta nung thé giàu cát monazite nghiền nhỏ với oxit kim loại nặng và cacbon ở

nhiệt độ 1400°C

1400%€

2LnPO, + 2MeO + 7€ —— LnạO¿ + 2MeP + 7CO

1.2.2.2.3 Các phương pháp tách riêng từng nguyên tổ [4]

Phương pháp kết tinh phân đoạn muối képPhương pháp trao đôi ion

Phương pháp chiết phức chất Phương pháp sắc kí

Phương pháp oxi hóa - khử chọn lọc

Các phương pháp vật lý khác

= Dé đạt hiệu qua cao, người ta thường sử dụng kết hợp nhiều phương pháp

Trang 19

Trang 21

SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh1.2.3 Ứng dụng [6]

Ngoài ứng dụng dé làm xúc tac, các nguyên tổ đất hiểm còn có nhiều ứng dụng quan

trọng trong các lĩnh vực khác.

Bảng 1.3 Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm [6]

STT LĨNH VỰC ỨNG DỤNG

Chat hợp kim hóa trong sắt thép, hợp kim đặc biệt, hợp

Luyện kim | kim chịu nhiệt độ cao, đá lửa, kim loại sạch cho nghiên cứu,

kim loại chịu ăn mòn điện hóa tốt,

Bột màu, chat che màu, chất tạo màu, điều chỉnh màu,

Thủy tinh chất tăng khúc xạ, chất ôn định phát xa, chất hap thu ánh sáng

dây dẫn quang học,

; Chat tạo mau cho men sứ, chat chịu nhiệt độ cao, chat

Gém sứ

Tụ điện, catot, điện cực, bán dan, thermistor, chi tiết

trong bộ nhớ máy tính, laser,

Chât xúc tác, được chât, xử lý nước, quá trình hóa học

và phân tích, phân bón, chất hút 4m,

Động cơ điện, máy phát điện, đĩa máy tính, máy gia toc

7 Nam châm ;

proton, may in, loa dién,

Thanh điều khién, câu kiện lò phan ứng, detector, ông

Hạt nhân : ¬ 5 sad

đêm nhiên liệu tái sinh và vật chan,

Các lĩnh vực Đô trang sức, chat làm khô thuộc vẽ và mực vải, chat

khác dé dự trữ hiđro, nhiệt kế, làm anh,

Trang 20

Trang 22

1.3 XERI VÀ HOP CHAT CUA XERI [5, 14]

1.3.1 Tính chất lý hóa [5]

1.3.1.1 Xeri (Ce)

Kim loại trắng bạc (dang bột mau đen) nặng, déo, thuận từ BỊ phủ màng oxit trong không khí âm Không phản ứng với nước nguội, kiềm, hidrat amoniac Chat khử mạnh: phán ứng với nước nóng, axit, hiđro, oxi, halogen,

M= 140.115 d = 6,668 ta = 804°C t, = 3450°C

1 2Ce + 6H,0 > 2Cc(OH); + 3H;

2 2Ce + 6HCI (loãng) > 2CeCl, + 3H;

3 Ce + 4HNO; (loãng) > Ce(NO;); + NO + 2HạO

Màu vàng, nặng, khó nóng chảy, bên nhiệt Không phản ứng với nước nguội, hấp thụ CO; và hơi âm trong không khí Phản ứng với nước sôi Thê hiện tính bazơ, tan được trong

axH BỊ oxi oxi hóa,

M = 328,23 d = 6,86 ta = 2180°C

1 Ce;O; + 3H,0 > 2Ce(OH); (đun sôi)

2 Ce.O, + 6HCI (loãng) > 2CeCl; + 3H;O (È thưởng)

3 Ce,O, + 2CO, + HO > 2CeCO;(OH) (Ứ thường)

4.2Ce,0; + O: > 4CcO; (400°C)

1.3.1.3 Xeri(IV) oxit (CeO)

Khoáng vật xerianit Vàng nhạt, khó nóng chảy, không bay hơi, bèn nhiệt Khôngphan ứng với nước kết tủa tinh thé hiđrat CeO›.nH;O từ dung dịch kiềm Dang đã nung thụ

động hóa học Thẻ hiện tính lưỡng tính: phản ứng với axit sunfuric, axit nitric, với kiểm (khi

thêu kết Chat oxi hóa: với hiđro, cacbon, kim loại khử

M = 721,11 d=7,132 tạ = 2700°C (p) pT?> = 22,04

Trang 21

Trang 23

SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh

1 2CeO, + 8HCI (đặc) > 2CeCl, + Cl; + 4H;O

(đun sơi)

2CeO, + 6HCI (lộng) +H,0, > 2CeCl, + O24 + 4H;O (Ứ thường)

2 CeO, + 2H2SO, (đặc) > Ce(SO,)> + 2H;O (đun sơi)

4CeO; + 6H;SO, (lỗng) > 2Ce;(SO¿); + O; + 6H;O (đun sơi)

3 CeO; + 3HNO; (đặc) Ce(NO:):OH + H;O (đun sơi)

4 CeO; + 2NaOH > Na»CeO, + HO (850-900°C)

5 2CeO; + Hạ > Ce,0; + H;O (1250-1400°C)

CeO, + 2H; > Ce + 2H;O (1380°C, xúc tác Ni)

6 2CeO, + C (than chi) > Ce,0,; + CO (900-1250°C)

2CeO, + Ca > CeO; + CaO (900-950°C) 1.3.1.4 Xeri(HH) hidroxit Ce(OH);

Màu trắng, vơ định hình (cĩ khá năng hap phụ) hay tinh thẻ Phân hủy khi đun nĩng

Khơng tan trong nước khơng phan ứng với kiềm, hidrat amoniac Thé hiện tính bazo: phan

ứng với axit Chất khử: bị oxi hĩa Hắp thụ CO; trong khơng khí

1 2Ce(OH); > Ce20, + 3H;O (400-500°C)

Cc(OH); (rin) > CeO(OH) (rắn) + H;O (lỏng) (750°C, p)

2 Ce(OH); + 3HCI (loang) > CeCl, + 3H,0

3 Cc(OH): + CO; > CeCO,(OH) + H;O (t? thường)

4 4Ce(OH), (huyền phù) + O) 4CeO;x + 6H;O (đun sơi)

5 4Ce(OH); + Ca(ClO); > 4CeO; + CaCl, + 6HyO

1.3.1.5 Xeri(IH) nitrat Ce(NO;);

Màu trắng, phân hủy khi đun nĩng Tan nhiều trong nước (bị thủy phân ở cation).

axit nitric Bị kiềm phân hủy Chất khử

M = 326,13 k, = 75,6°°. 282 gh

Ti

2 Ce(NO:);.6H;O > Ce(NO,); + 6H;O (t° thường, chân khơng, trên P¿O¡;)

2{Ce(NO;);.6H:O} > 2Ce(NO;)O + 4NO, + O; + 12H:O (200-250°C)

3 Ce(NO;); + 8H;O > [Ce(H,0)s]"* + 3NO;

[Ce(H;O)¿]” + HạO 5 [Ce(H;O);(OH)]" + H›O” (pK, = 9.00)

Trang 22

Trang 24

5 Ce(NO3)3 + 3NaOH (loãng) > Ce(OH);v + 3NaNO,

6 2Ce(NO;); + 3H; > Ce;O; + 6NO; + 3H:O (600-700°C)

7 2Ce(NO¿); + 3M,CO,; > Ce;(CO:); + 6MNO;¿ (M=Na', K*,NH.”)

8 2Ce(NO3)3 + K;S;O¿(O;) + 2H:O > 2Ce(NO:):(OH)W + K;SO; + H;SO;

1.3.1.6 Xeri hidroxit-trinitrat Ce(NO:):OH

Mau đỏ (tinh thé hidrat), phân hủy khi đun nóng Tan nhiều trong nước nguội đã axit hóa, bị thủy phân hoàn toàn ở cation (không tạo kết tủa) Bị nước sôi kiềm, axit clohidric đặc phân hủy, Chat oxi hóa mạnh trong dung dich nước.

M = 343,13

1 4{(Ce(NO3),0H.3H2O} > 4CeO; + 12NO; + 3O; + 14H;O (200-550°C)

2 6Ce(NO;);OH (loãng) + 12HạO > [Ces(OH),2]'** (vàng) + 6H;0° + 18NO; (trong

HNO, loang)

3 Ce(NO;);OH (loãng) + H,0 > CeO, + 3HNO; (dun sôi)

4 2Ce(NO;):OH + 8HCI (đặc) > 2CeCl, + Cl, + 6HNO; + 2H:O

5 Ce(NO;)2OH + 3NaOH (loãng) > CeO, + 3NaNO; + 2H;O

6 Ce(NO¿:):OH + 3HNO: + FeSO, > Ce(NO:); + Fe(NO:); + H;SO¿ + H;O

2Ce(NO;); + H;O¿; > 2Ce(NO;); + O» + 2H;O (trong HNO; loãng)

1.3.1.7 Xeri(HI) clorua CeC]›

Mau trắng, nóng chảy và sôi không phân hủy Tan nhiều trong nước nguội (bị thủy phân ở cation), axit clohidric Bị nước sôi, kiềm phân hủy.

M = 246,47 d= 3,97 tạ = 822°C t, = 1650°C

1 CeCl;.7H,0 > Ce(Cl)O + 2HCI + 6H;O (250°C)

CcCl:.7HạO > CeCl; + 7H20 (400°C, khi có mặt NH,Cl)

2 CeCls (loãng) + 8H;O > [Ce(H;O);]`* + 3CT (pH<7)

3 CeCls + 2H20 > CeCl(OH); + 2HCI (dun sôi)

4 CeCl, + 3NaOH (loang) > Ce(OH); + 3NaCl

5 CeCl, + 3HF (loãng) > CeF + 3HCI

6.2CeCl; + 3H;§ > Ce;S; + 6HCI (720-750°C)

Trang 25

1.3.2 Ứng đụng của xeri và hợp chất

Bảng 1.4 Một số ứng dụng của xeri và hợp chất [14]

STT LĨNH VỰC ỨNG DỤNG

- Sản xuất hợp kim của nhôm.

- Bồ sung xeri vào gang sẽ ngăn ngừa quá trình graphit hóa và

- Chế tạo nam châm vĩnh cửu, điện cực vonfram, đá lửa,

- Hap thụ các tia cực tim.

Thủy tinh | - Danh bóng thủy tinh.

- Thanh phan của chất khử màu và tạo mau cho thủy tỉnh

- Cracking dâu mỏ.

- Chất phụ gia cho vào nhiên liệu điesel làm cho phản ứng

cháy hoàn toàn hơn, giảm gây ô nhiễm môi trường.

- Chất xúc tác trong tong hợp hữu co

~ Tác nhân oxi hóa trong hóa phân tích định lượng.

Trang 26

SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU CÁU TRÚC, THÀNH PHAN [3]

1.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [3]

1.4.1.1 Điều kiện nhiễu xạ - Dinh luật Bragg

Incident X-rays(Ậ) Diffracted X-rays

mang.

Dé cĩ sự giao thoa của các sĩng phan xạ , các sĩng này phải cùng pha, nghĩa là hiệu

quang trình của chúng phải bằng một số nguyên lần bước sĩng

Hiệu quang trình của hai tia đến gặp hai mặt phăng mạng cĩ khoảng cách d ở hình vẽ

trên là:

A= xy + yZ = 2xy = 2d sỉn0

Đơi với nhiều gĩc tới Ø, giá trị A khơng phải bằng một số nguyên lần bước sĩng A nên các tia X phản Xạ cĩ giao thoa giảm.

Khi A = nÀ thì các sĩng phan xạ sẽ cùng pha và ta cĩ sự giao thoa tang Như vậy ta

sẽ thu được cường độ sĩng phản xạ tăng mạnh khi gĩc tới Ø thỏa mãn điều kiện:

2d.sin8 = nd (3)

Day chính la nội dung cua định luật Bragg.

Khi 2d.sin0 = 2A hay 32., ta nĩi đĩ là sự phan xa bậc 2, bậc 3, Sự phản xạ bac

n thường được xem lả được tạo thành từ các mặt (nh, nk, nl).

Trong thực nghiệm, người ta thường chọn bậc phản xạ bằng 1, nên phương trình

Bragg được viết lại là:

2d.sin8 => (4)

Trang 25

Trang 27

Ứng dụng chính của định luật Bragg là dé xác định khoảng cách mạng d khi đã biết

A và góc tới Ø tương ứng với vạch thu được.

1.4.1.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X

Là đồ thị biêu diễn mỗi quan hệ giữa cường độ các pic nhiều xạ theo góc nhiễu xạ

Phía trên và dưới giản đồ thường có các thông tin về tên thiết bị, ngày ghi mẫu,

người gởi mẫu, tên mẫu, chế độ ghi (đôi âm cực, bước séng, ).

Trang 28

CHƯƠNG 2

2.1 NOI DUNG NGHIÊN CUU

Đề tách xeri dioxit từ quặng monazite Thừa Thiên - Huế, chúng tôi sử dụng phương

pháp bazơ bởi đây là một phương pháp hiện đại, có hiệu qua kinh tế cao và phù hợp vớiđiều kiện của phòng thí nghiệm Nhằm tim ra các điều kiệu tôi ưu cho quá trình phân hủy

quặng monazite bằng phương pháp chế hóa bazơ cũng như nâng cao hiệu suất và chất lượng

của xeri đioxit, chúng tôi tập trung nghiên cứu các van dé sau:

Khối lượng NaOH ran dùng dé chế hóa là khác nhau giữa các mẫu Sử dụng một

lượng nước phù hợp dé nồng độ dung dich NaOH trong các mẫu là giống nhau Tat cả các

mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng thời gian, nhiệt độ Lượng nước, nhiệt độ, thời gian

dùng dé pha loãng sau khi chế hóa là như nhau.

Bang việc định lượng photpho cho dung dich sau khi chế hóa và pha loãng, chúng tôirút ra được ảnh hưởng của tỷ lệ NaOH và quặng monazite đến hiệu suất của quá trình chế

hóa quặng bằng phương pháp bazơ.

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của quá trình chế hóa quặng bằng phương pháp bazơ

Sử dụng cùng một lượng NaOH và nước trong các mẫu khảo sát Tất cả các mẫu

khảo sát được chế hóa ở cùng một nhiệt độ trong các khoảng thời gian khác nhau Lượng

nước, nhiệt độ, thời gian dùng dé pha loãng sau khi chế hóa là như nhau

Bang việc định lượng photpho cho dung dịch sau khi chế hóa và pha loãng, chúng tôi rút ra được anh hưởng của thời gian đến hiệu suất của quá trình chế hóa quặng bằng phương

pháp bazơ.

lượng của xeri đioxit

Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện

Các bước tách CeO; từ quặng monazite được tiền hành như nhau

Tuy nhiên, ở giai đoạn kết tủa Ce”*, chúng tôi sử dụng 2 loại dung dich bazơ là dung địch NH, và dung dịch NaOH đẻ kết tủa Ce””,

Trang 27

Trang 29

So sánh khối lượng, màu sắc và phô XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởngcủa một số chất kết tha Ce"* đến hiệu suất tách va chất lượng của xeri dioxit

Cac bước tách CeO, từ quặng monazite được tiền hành như nhau

Tuy nhiên, ở giai đoạn oxi hóa Ce** thành Ce**, chúng tôi sử dụng 3 chất oxi hóa làdung dịch HNO:, dung địch (NH¿);S;O¿/HNO: và dung dịch H;O¿/HCI để oxi hóa Ce**

thành Ce””.

So sánh khôi lượng, màu sắc và phô XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởng

của một số chat oxi hóa Ce** thành Ce** đến hiệu suất tach và chat lượng của xeri đioxit

hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit

Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.

Các bước tách CeO, từ quặng monazite được tiền hành như nhau

Tuy nhiên, pH loại tạp chất (Th*, ) và pH kết tủa Ce’ giữa các mẫu khảo sát là

khác nhau.

So sánh khối lượng, màu sắc và phỏ XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởng

của pH loại tạp chất (Th**, ) va pH kết tủa Ce** đến hiệu suất tach và chat lượng của xeri

dioxit.

Các bước tách CeO, từ quặng monazite được tiễn hành như nhau

Tuy nhiên, ở giai đoạn chiết sẽ khảo sát ảnh hướng của việc rửa pha hữu cơ.

So sánh khối lượng, màu sắc và phô XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởng

của việc rửa pha hữu cơ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri dioxit

2 Khảo sát thành phan pha và cấp hạt của sản phẩm

Sản phẩm cuối cùng được ghi phô XRD và chụp ảnh SEM đẻ xác định thành phầnpha và hình dạng, kích thước hạt vì chất lượng, hàm lượng, kích thước hạt CeO sẽ quyết

định khả năng ứng dụng của nó trong thực tiễn.

Trang 28

Trang 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Chế hóa mẫu bằng phương pháp bazơ [2]

Dun nóng bột mịn của tinh quặng monazite trong dung dịch NaOH đặc (lấy dư gap

3-5 lần) ở 140°C Pha loãng bang nước, đun sôi trong một gid và lọc Rửa kết tủa hidroxit, hòa tan trong dung dịch axit clohidric đặc.

2LnPO, + 6NaOH > 2Ln(OH); + 2Na;PO,

Th;(PO;); + 12NaOH > 3Th(OH); + 4Na;PO, 2.2.2 Định lượng photpho bằng phương pháp trắc quang [8]

2.2.2.1 Lập đường chuẩn [8]

Tiên hành lập đường chuẩn theo cách bước như sau:

f Pha các dung dich ding đề pha thuốc thử

( Pha thuốc thử tạo phức màu.

f Pha dung dịch photphat.

(A Lập đường chuẩn (đường chuan cho nồng độ P tir 0.1 ppm - 0.11 ppm).

> Tạo phức màu.

2 Do độ hap thụ ở 880 nm, với mỗi nồng độ đo 3 lần

> Lập một biéu đồ liên hệ giữa nồng độ và độ hap thụ Theo lý thuyết

ta sẽ được 1 đường thăng, lập phương trình đường thăng đó dang y = ax +b

(với a, b = const; y là nồng độ P (ppm); x là độ hap thụ).

2.2.2.2 Định lượng photpho cho các mau nghiên cứu [8]

Trung hòa dung dich thu được sau khi chế hóa bang dung dich HC! (thir bang chỉ thị

phenolphtalein) Pha loãng dung dịch đến nồng độ thích hợp Tạo phức màu với thuốc thử

Sau đó đo độ hap thụ băng máy UV-Vis.

2.2.3 Tách CeO; bằng phương pháp kết tủa chọn lọc

Sử dụng điều kiện kết tủa khác nhau của Ce(OH), và Ln(OH); để tách xeri ra khỏi các nguyên tổ đất hiếm khác.

Các phương pháp chuyên Ce** thành Ce** :

f Sử dụng dung dich HNO; đặc.

f Sử dụng dung dịch HạO; trong môi trường axit,

Sử dụng dung dịch KMnO, trong môi trường kiềm

Sử dụng (NH,);S¿O; trong môi trường axit.

Sử dụng nước clo.

Trang 29

Trang 31

A Sử dụng các chất oxi hóa khác.

Cc(OH); là một bazơ yếu, yêu hơn Ce(OH); nên muỗi của Cc(IV) bị thủy phân rất

mạnh khi tan trong nước Do tính bazơ yếu đó, nó có thé kết tủa trong môi trường axit mạnh

pH khoảng 1, trong khi Ln(OH); kết tủa trong môi trường có pH từ 6,5 đến khoảng 8 Khi

thêm dung dịch bazo dé nâng pH của dung dịch, Ce(OH); sẽ kết tủa trước và có thẻ tách ra

dé đàng Nếu ding HạO; dé oxi hóa Ce(II) thành Ce(IV) rồi thêm NH; thì lắng xuống kết

tủa màu đỏ - da cam là một hợp chất peoxi của Ce(IV) có công thức:

Ce(0H);_,(0 — OH), yH20)

2.2.4 Tinh chế xeri bằng phương pháp chiết

Chiết chọn lọc trong dung môi không phải là nước Đặc biệt là tributylphotphat

(TBP), Ce* đi pha vào hữu cơ, sau đó tách pha hữu cơ rửa sạch rồi khử bằng dung dich

hidroperoxit (HO>) chuyên Ce** thành Ce** đi vào pha nước

2.3 DỤNG CỤ, THIET BỊ VÀ HÓA CHAT CAN THIẾT

2.3.1 Dụng cụ và thiết bị

Cốc thép không gi

pH meter

Tủ sấy, nhiệt độ tối đa 250°C

3 Lò nung, nhiệt độ tối đa 1200°C

Máy nghiên hành tinh

Máy khuấy từBếp điện

Trang 32

® Axit ascorbic, KH,PO, amoni molydat, kali antimon tactat

& TBP (tributyl photphat).

Trang 31

Trang 33

CHƯƠNG 3

KET QUA VÀ THÁO LUẬN

3.1 NGHIÊN CỨU THÀNH PHAN CUA QUANG MONAZITE THỪA THIEN HUE

-Thanh phan của quặng monazite Thừa Thiên — Huế được xác định bằng phương pháp

xác định thành phần nguyên tố XRE

Bảng 3.1 Thành phần của quặng monazite Thừa Thiên - Huế

Oxit CeO, La.xO; Nd:O: P2Os AgiO ThÓ; Y2O, ZrO CaO U:O;¿ PLO¿

[|| seas] nse ison | 735 | 496 | 42s | 2s [a0 | 025 [0

(Ket quả phan tích tai trường Dai học Bách Khoa TP Hồ Chi Minh)

3.2 LAP DUONG CHUAN DE ĐỊNH LUQNG PHOTPHO [8]

3.2.1 Lập đường chuẩn [8]

a) Pha các dung dich dùng dé pha thuốc thứ

Dung dịch H,SO, 2,5 M : 70 mi dung dịch H,SO, đậm đặc

pha loãng với nước cat và định mức đến 500 ml

Dung dịch molybdat : 20 g amoni molybdat hòa tan trong nước

cất và định mức đến 500 ml

Dung dịch axit ascorbic 0,1 M : 1,76 g axit ascorbic hòa tan trong nước cất

và định mức thành 100 ml dung dịch Dung dich này on định trong khoảng I tuần nếu được

bảo quản trong bình tối ở 4C

(J Dung dich kali antimon tactrat : hòa tan 1,3715 g K(SbO)C;H;O,.0,SHạO

vào nước định mức đến 500 ml, bảo quản trong bình thủy tỉnh tối.

b) Pha thuốc thử tạo phức mau

Các chất trên được dé đến nhiệt độ phòng trước khi hòa trộn với nhau Chúng được

pha trộn theo thứ tự sau, để có 100 ml thuốc thử tạo phức màu ta cần:

Trang 34

Mỗi lần thêm 1 dung dịch thì phải lắc đều Nếu dung dịch bị đục thì lắc và dé yên

trong vài phút cho dung dich trong suốt Hon hợp ổn định trong 6 giờ, không dùng khi đã

quá 6 giờ.

c) Pha dung dich photphat

Hòa tan 0,2195 g KH,PO, trong bình định mức, định mức đến 1000 ml (tính toán ta

được 1 ml dung dịch chứa 50 yg P tức dung dịch có nông độ P là 50 ppm (1 ppm = 1

Tiếp tục lay 1 ml dung dịch pha thêm 10 ml dung dịch thuốc thử tao phức mau, pha

loãng và định mức đến 100 ml, sẽ thu được các dung địch có nòng độ là 0,01; 0,03; 0,05;

0.07: 0.09: 0,11 (ppm) Chờ 45 phút cho dung dịch ôn định.

Đo độ hap thụ ở 880 nm, với mỗi nông độ đo 3 lần.

Lập một biêu đỏ liên hệ giữa nông độ và độ hap thụ Theo lý thuyết ta sẽ được |

đường thăng, lập phương trình đường thăng đó dạng y = ax + b (với a, b = const; y là nồng

độ P (ppm); x la độ hap thu)

Bang 3.2 Giá tri độ hấp thụ của các dung dịch chuẩn

Nông độ P Độ hap thụ quang A (x 10°)

Trang 35

Hình 3.1 Đường chuẩn của photpho

3.2.2 Định lượng photpho cho các mẫu nghiên cứu

Trung hòa dung dich thu được sau khi chế hóa bằng dung dich HCI (thử bằng chỉ thị

phenolphtalein) Dinh mức dung dịch thu được sau chế hóa thành 1000 ml, lay 1 ml dung

dich thu được định mức thành 100 ml Lấy 4 ml dung dịch trên cho thêm vào 10 ml dung

địch thuốc thử tạo phức màu và định mức thành 100 ml Chờ 45 phút cho dung địch ôn

định, sau đó đo độ hap thụ bằng máy UV-Vis.

Ca màu = 2500.C 4 go quang = 2500.(0,118.A.10” — 0,445).107 (ppm)

06

3.3 KHẢO SÁT CÁC YEU TO ANH HUONG TỚI QUA TRINH CHE HOA QUANG

MONAZITE BANG PHUONG PHAP BAZO

3.3.1 Anh hưởng của tỷ lệ NaOH: quang monazite

Cân 4 mẫu nghiên cứu với khối lượng mỗi mau là 5 g quặng monazite cho vào cốc thủy tinh Sau đó cho NaOH rắn vào với khối lượng lần lượt là 10, 15, 20, 25 (g) ta được

các mẫu với kí hiệu lần lượt là F2, F3, F4, E5 Cho lượng nước thích hợp vao va đun nóng

trên bếp cách cát trong 3 giờ ở nhiệt độ 140°C Hòa tan hỗn hợp đặc màu xám nhạt thu được

Trang 34

Trang 36

bằng nước nóng trong 1 giờ Lọc kết tủa và rửa bằng nước nóng nhiều lần dé loại NaOH dư,

NaPO¿ Lay dung dịch thu được đem định lượng photpho bằng phương pháp trắc quang

Bang 3.3 Ảnh hướng của tỷ lệ NaOH:quặng monazite đến hiệu suất chế hóa

Ty lệ NaOH: quang monazite

Hình 3.2 Ảnh hưởng của ty lệ NaOH: quang monazite đến hiệu suất chế hóa

[ Nhận xét:

Thông qua số liệu thu được sau khi định lượng photpho, chúng tôi nhận thấy khi tăng

tỷ lệ NaOH:quặng monazite thì hiệu suất chế hóa sẽ tăng

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian chế hóa

Cân 5 mẫu nghiên cứu với khối lượng mỗi mẫu là 5 g quặng monazite cho vào cốcthủy tinh Sau đó cho NaOH rắn vào với khối lượng là 15 g Cho lượng nước thích hợp vào

và đun nóng trên bếp cách cát trong 2, 3, 4, 5, 6 (giờ) ở nhiệt độ 140°C tương ứng với các

Trang 35

Trang 37

mẫu T2, T3, T4, T5, T6 Hòa tan hỗn hợp đặc màu xám nhạt thu được bằng nước nóng

trong | giờ Lọc kết tủa và rửa bằng nước nóng nhiều lan dé loại NaOH dư, Na;PO; Laydung địch thu được đem định lượng photpho bằng phương pháp trắc quang

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chế hóa

Cut mie (ppm) 47,108 | 69,263 | 92,214 | 91,506 | 97,996

mp (g/lg mẫu)

Hiệu suất chế hóa (%)

3 Ghi chú: T, với n là thời gian chế hóa (giờ)

Thời gian (giờ)

Hình 3.3 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất chế hóa

Tiêu đề	Nghiên Cứu Tách Xeri Đioxit Từ Quặng Monazite Thừa Thiên - Huế Bằng Phương Pháp Bazơ
Tác giả	Trần Bỏ Trớ
Người hướng dẫn	TS. Phan Thị Hoàng Oanh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hóa Vô Cơ
Thể loại	khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2012
Thành phố	TP Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	63,82 MB

Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên - Huế bằng phương pháp bazơ

XERI VÀ HOP CHAT CUA XERI [5, 14]

QUY TRÌNH TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUANG MONAZITE