SEMINAR MÔN NGUYÊN TỐ HIẾM ZIRCONIUM

SEMINAR MÔN NGUYÊN TỐ HIẾM ZIRCONIUM

SEMINAR MÔN NGUYÊN TỐ HIẾM o0o ZIRCONIUM Nhóm 1 1 M UỞ ĐẦ 2 I.Tính ch t v t lý và hóa h c c a Zirconium và Hafnium: ấ ậ ọ ủ 3 II.Các h p ch t c a Zr và Hfợ ấ ủ 4 III. ng d ng:Ứ ụ 5 IV. Nguyên li u thô:ệ 8 V.Các ph ng pháp thu h i Zirconium và các h p ch t c a chúng:ươ ồ ợ ấ ủ 11 1.N u ch y ho c thiêu k t v i ki m (cácbonat kim lo i ki m và kim lo i ki m th ):ấ ả ặ ế ớ ề ạ ề ạ ề ổ 11 2.Thiêu k t Zr v i ph c Florua:ế ớ ứ 15 3. Clo hóa các nguyên li u ch a Zr:ệ ứ 16 PH L CỤ Ụ 27 MỞ ĐẦU Zirconium ( kí hiệu là Zr) là một kim loại thường được tìm thấy và chiết xuất từ các khoáng chất zirconium silicate và khoáng oxit baddeleyite. Trong các hình thức hợp chất khác nhau của nó, zirconium chiếm đa phần trong lớp vỏ của trái đất (đứng thứ 19), nó nhiều hơn cả đồng, niken, kẽm và chì. Nó cũng là kim loại thuộc họ Titan, một nhóm bao gồm Titan và Hafini, và được ưa chuộng trong ngành công nghiệp dẫn điện vì nó dẫn điện tốt cũng như có xu hướng tạo thành các muối kim loại. Bởi vì nó có cấu hình electron và trạng thái vậy lý ổn định nên zirconium có thể được làm thành nhiều sản phẩm. Tuy nhiên, từ những năm 1940, các ứng dụng quan trọng nhất có được trong các thành phần cấu trúc của lò phản ứng hạt nhân. Zirconium được phát hiện bởi hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth, người đầu tiên cô lập lượng oxit của zircon từ khoáng sản vào năm 1789. Bột kim loại đầu tiên được sản xuất vào năm 1824 bởi một Nhà hóa học Thụy Điển, Jons J. Berzelius. Các dạng của kim loại này đã được cô lập trong suốt thế kỷ XIX, tuy nhiên không tinh khiết và do đó rất dễ vỡ. Phương pháp làm sạch đầu tiên sử dụng được đã được phát triển trong năm 1925 bởi các nhà hóa học người Hà Lan Anton E. van Arkel và JH de Boer, người phát minh ra một quá trình iodide nhiệt mà theo đó tetraiodide zirconium bị phân hủy nhiệt. Hạn chế với phương pháp của van Arkel và de Boer là chi phí của nó, nhưng hai mươi năm sau đó, William Justin Kroll (người Luxembourg) đã phát minh ra một quá trình rẻ hơn, sử dụng magiê để phá vỡ tetrachloride zirconium. Tương đối rẻ tiền, quá trình này có thể sản xuất zirconium với số lượng lớn và đủ tinh khiết dùng trong công nghiệp. 2 Kể từ khi bước đột phá của Kroll, zirconium đã trở thành một yếu tố quan trọng trong nhiều ngành cơng nghiệp: thép, sắt, và năng lượng hạt nhân. Nó được sử dụng trong ngành cơng nghiệp thép để loại bỏ nitơ và lưu huỳnh từ sắt, do đó nâng cao chất lượng luyện kim thép. Khi được bổ sung sắt để tạo ra hợp kim, zirconium cải thiện khả năng gia cơng được của sắt, độ dai và độ dẻo. Các ứng dụng phổ biến trong cơng nghiệp của zirconium bao gồm sản xuất các bóng đèn photoflash và thiết bị phẫu thuật. Mặc dù khả năng của nó sẽ được sử dụng cho nhiều ứng dụng cơng nghiệp khác nhau, hầu hết hiện nay sản xuất zirconium được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân làm mát bằng nước. Zirconium có đặc tính kháng ăn mòn mạnh mẽ cũng như khả năng để giới hạn các mảnh vỡ phân hạch và các neutron nên neutron nhiệt (hoặc neutron bị làm chậm) khơng bị hấp thu và lãng phí, do đó nâng cao hiệu quả của lò phản ứng hạt nhân. Trong thực tế, khoảng 90% zirconi sản xuất vào năm 1989 đã được sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân, hoặc trong các thùng chứa nhiên liệu hoặc sản phẩm vỏ bọc hạt nhân. I.Tính chất vật lý và hóa học của Zirconium và Hafnium: Zirconium (Zr.) Ngun tố hố học nhóm IV B, chu kì VIB bảng tuần hồn các ngun tố; có cấu hình electron là (n-1)d 2 ns 2 . Do nhà hố học Đức Klaprơt (M. H. Klaproth) phát hiện (1789), và lần đầu tiên được cơ lập bởi nhà hố học Thuỷ Điển Becxêliut (J. J. Berzelius) năm 1824. Thuộc họ kim loại đất hiếm. Tương đối phổ biến trong thiên nhiên nhưng phân tán, thường đi kèm theo Hafini (xt. Ziricon) chiếm 2.10 –2 % khối lượng vỏ Trái Đất. Trong suốt hơn 130 năm, các nhà hóa học khơng nhận thấy rằng, Hafini ln có mặt trong Ziriconi, mà đơi khi với lượng khá lớn. Sở dĩ như vậy là vì tính chất hóa học của hai ngun tố này giống nhau đến mức đáng ngạc nhiên. Kim loại o nóng chảy t o sôi t Tỷ khối Độ cứng (thang Moorse) Độ dẫn điện (Hg=1) Zr 1855 4330 6.51 4.5 2.3 Hf 2220 5400 13.31 3.1 Zr có 5 đồng vị nguồn gốc tự nhiên và bền nhất là 90 Zr. Hf có 6 đồng vị và bền nhất là 180 Hf. Đồng vị bền của Zr có tiết diện bắt neutron rất bé trong khi đồng vị bền của Hf có tiết 3 diện bắt neutron rát lơn. Chính vì thế khi dùng Zr làm vỏ bọc cho các thanh nhiên liệu của lò phản ứng hạt nhân cần loại sạch Hf ra khỏi Zr. Ở dạng đơn chất kim loại ,các kim loại này có màu trắng bạc, khó nóng chảy, khá dẻo,khá trơ ở nhiệt độ thường, hoạt động ở nhiệt độ cao. Các kim loại này (Zr và Hf) rất bền,do có lớp oxit mỏng nên không bị ăn mòn trong axit loãng và kiềm, nước muối… ; chỉ dạng bột mịn tan trong axit flohiđric, axit sunfuric đặc, nước cường thủy, kiềm nóng chảy và nhất là hỗn hợp HNO 3 và HF. E + HF → H 2 [EF 6 ] + 2H 2 3E + 4HNO 3 + 18HCl→ 3H 2 [ECl 6 ] + 4NO + 8H 2 O Bột Zirconium có thể tự cháy một cách tự nhiên trong không khí. II.Các hợp chất của Zr và Hf 1. Oxid của Zr và Hf Các oxid EO 2 có màu trắng, tồn tại dưới một số cấu trúc khác nhau trong đó Zr và Hf có số phối trí 8. Cả hai oxid đều cứng, khó nóng chảy và bền nhiệt. ZrO 2 nóng chảy ở 2850 o C và HfO 2 nóng chảy ở 2900 o C. Cả hai oxid đều khá trơ về mặt hóa học. Chúng tác dụng chậm với acid khi đun nóng lâu và tác dụng với kiềm nóng chảy. 2. Các hidroxid của Zr và Hf Các hidroxid của Zr(IV) và Hf(IV) có dạng keo nhầy màu trắng, có thành phần biến đổi EO 2 .nH 2 O. Kết tủa mới tạo thành (dạng á) chứa nhiều cầu OH, khi để lâu mất nước và bị polymer hóa, các cầu OH chuyển sang cầu O (dạng â) 4 Các hidroxid này không tác dụng với dung dịch kiềm. Chúng tác dụng với dung dịch acid đặc và tạo thành các muối oxo EOX 2 . Khi kết tinh chúng tồn tại ở dạng tinh thể ngậm nước EOX 2 .8H 2 O. Các ion EO 2+ không tồn tại độc lập mà chúng tạo thành các polymer. Ví dụ 4 ion ZrO 2+ liên kết với nhau tạo tetramer [Zr(OH) 4 (H 2 O) 16 ] 8+ Zr(OH) 4 + 2HCl → ZrOCl 2 + 3H 2 O 3. Các tetrahalogenur EX 4 Các tetrahalogenur là các chất polymer màu trắng. Ở điều kiện thường các EX 4 là chất rắn. Dưới đây là nhiệt độ nóng chảy của muối EF 4 và ECl 4 . ZrF 4 910 o C ZrCl 4 437 o C HfF 4 1020 o C HfCl 4 435 o C Các tetrahalogenur tác dụng với nước tạo thành hai acid, tác dụng với HX tạo thành các phức hexahalogeno: EX 4 + 3H 2 O → H 2 EO 3 + HX EX 4 + 2HX → H 2 [EX 6 ] III.Ứng dụng: 1. Trong công nghiệp: Một trong những tính chất quan trọng của ziriconi là nó có tính bền vững rất cao đối với nhiều môi trường xâm thực. Về tính chất chống ăn mòn thì ziriconi vượt xa các kim loại bền vững như niobi và titan. Trong axit clohiđric 5 % và ở nhiệt độ 60 độ C, thép không gỉ bị ăn mòn khoảng 2,6 milimet trong một năm, titan - gần một milimet, còn ziriconi thì ít hơn một ngàn lần so với titan. Khi chịu tác động của các chất kiềm, ziriconi có sức chống đỡ rất cao. Về mặt này thì tantali vốn được mệnh danh là “chiến sĩ xuất sắc” chống ăn mòn hóa học cũng phải chịu thua ziriconi. Sau khi các nhà hóa học nhận thấy rằng, nếu pha thêm ziriconi vào thép thì nhiều tính chất của thép sẽ được cải thiện, ziriconi liền được xếp vào hàng các nguyên tố điều chất có giá 5 trị. Trong lĩnh vực này, hoạt động của ziriconi thể hiện ở rất nhiều mặt: nó góp phần làm tăng độ cứng và độ bền, nâng cao khả năng gia công, độ thấm tôi và tính dễ hàn của thép, làm cho thép lỏng dễ rót, làm tan các hạt sunfua trong thép khiến cho cấu trúc của thép trở nên mịn hạt. Nếu pha thêm ziriconi vào thép kết cấu thì tính không sinh vảy của thép tăng lên rõ rệt: khối lượng mất mát của loại thép chứa 0,2 - 0,3 % ziriconi sau khi nung ở nhiệt độ 820 độ C trong ba giờ liền nhỏ hơn 6 - 7 lần so với cùng thứ thép ấy, nhưng không pha thêm ziriconi. Ziriconi còn làm tăng độ bền ăn mòn của thép lên rất nhiều. Chẳng hạn, sau ba tháng ngâm mình trong nước, khối lượng mất mát của thép kết cấu tính quy đổi cho 1 mét khối là 16,3 gam, trong khi đó cũng vẫn loại thép ấy, song có pha thêm 0,2 % ziriconi, thì chỉ bị “gầy” đi 7,6 gam. Có thể nung thép ziriconi đến nhiệt độ cao mà không sợ “quá lửa”. Điều đó cho phép tăng tốc độ các quá trình rèn, dập, nhiệt luyện và thấm cacbon đối với thép. Cấu trúc min hạt và độ bền cao của thép ziriconi cộng thêm với tính chảy lỏng tốt đã cho phép dùng nó để đúc các vật có thành mỏng hơn hẳn so với khi đúc bằng thép thường. Chẳng hạn, từ thép ziriconi người ta đã đúc được các chí tiết có thành mỏng 2 milimet, trong khi đó, nếu đúc bằng thép giống như vậy những không pha thêm ziriconi thì bề dày của thành ít nhất cũng phải bằng 5 - 6 milimet. Ziriconi còn là người bạn tốt của nhiều kim loại màu. Pha thêm nguyên tố này và đồng thì độ bền và sức chịu nóng của đồng tăng lên rất nhiều mà độ dẫn điện hầu như không giảm. Hợp kim đồng cađimi với hàm lượng nhỏ ziriconi có độ bền và độ dẫn điện cao. Pha ziriconi vào các hợp kim nhôm thì độ bền, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn và sức chịu nhiệt của chúng tăng lên rõ rệt. Khi được pha thêm một lượng ziriconi không đáng kể, độ bền của các hợp kim magie - kẽm tăng lên gần gấp đôi. Trong dung dịch axit clohiđric 5 % ở 100 độ C, độ bền ăn mòn của hợp kim titan - ziriconi cao gấp hàng chục lần so với titan nguyên chất thường dùng trong kỹ thuật. Thêm ziriconi vào molipđen cũng làm cho kim loại độ cứng của kim loại này tăng lên rõ rệt. Ziriconi còn được pha thêm vào đồng thau chứa mangan, vào các loại đồng đỏ chứa nhôm, niken, chì. Trong quá trình hyđro hóa, tức là quá trình bão hòa khí hiđro, một số kim loại, trong đó có ziriconi, thay đổi cấu trúc mạng tinh thể của mình và tăng thể tích lên rõ rệt - tăng hơn nhiều so với khi nung nóng thông thường. Dựa trên tính chất “nở phình” này, các chuyên gia Liên Xô đã đề ra một phương pháp độc đáo để nối các bề mặt kim loại hoặc bề mặt các vật liệu khác trong những trường hợp không thể hàn hoặc gắn được, chẳng hạn, khi sản xuất loại ống thép gồm hai lớp bằng hai thứ vật liệu khác nhau - loại dễ nóng chảy (nhôm, đồng, chất dẻo) và loại khó nóng chảy (thép chịu nhiệt, vonfram, gốm). Thực chất của phương pháp này như sau. Nếu ta lồng chặt hai ống không đồng chất vào với nhau rồi luồn vào một ống làm bằng thứ kim loại dễ “nở phình”, sau đó tạo điều kiện cho kim loại này bị hiđro hóa, nó sẽ nở phình ra và ép chặt hai ống này vào nhau. Chẳng hạn, các ống lót ổ trục bằng thép không gỉ và bằng hợp kim nhôm được lồng vào nhau và được luồn vào một khoanh vòng bằng ziriconi, thì sau một giờ “ngâm” trong môi trường khí hiđro ở nhiệt độ 400 độ C, chúng sẽ dính chặt vào nhau đến nỗi không thể tháo gỡ ra được nữa. 6 Zirconium cũng được sử dụng trong gốm sứ cao cấp. Gốm thường được sử dụng như là các thành phần trong thiết bị chế biến, thiết bị, hoặc máy bởi vì họ có thể thực hiện nhiều chức năng tốt hơn so với các kim loại cạnh tranh khác hay polymer. Zirconium là cứng, cách nhiệt tốt, và là tương đối trơ là tất cả các phẩm chất tuyệt vời cho gốm sứ cao cấp. Zirconium oxide, được sản xuất như là một gốm sứ, có thể được sử dụng để làm cho nồi nấu kim loại kim loại nóng chảy, tua bin khí, lót cho máy bay phản lực và ống động cơ tên lửa,lò nung chịu được nhiệt độ cao. 2. Trong y học : Nhờ có độ bền ăn mòn cao nên ziriconi đã được sử dụng trong một lĩnh vực y học rất quan trọng là phẫu thuật thần kinh. Các hợp kim của ziriconi được dùng để sản xuất kẹp cầm máu, dụng cụ phẫu thuật và thậm chí trong nhiều trường hợp, còn làm chỉ khâu các chỗ nối trong các ca mổ não. 3. Trong công nghệ vũ trụ : ZrO 2 tẩm nhựa phenol có thể chịu được nhiệt độ 2200 o C nên có thể dùng làm vỏ cách nhiệt cho tàu vũ trụ. Vật liệu và sản phẩm liên kết từ bột ZrBr 2 rất bền đối với HNO 3 và HCl, với HF, muối nóng chảy florua, kim loại nóng chảy rấy bền nhiệt , làm vật liệu dẫn điện , vẫn giữ được đặc tính cơ học đến 1100 o C -1200 o C nên được ứng dụng trong ngành hàng không. 4. Trong lò phản ứng hạt nhân: Mặc dầu vai trò nguyên tố điều chất đối với thép và hợp kim là rất quan trọng và đầy vinh dự, song ziriconi không thể thỏa mãn với vai trò đó. Vào năm 1789, Claprôt đã khám phá ra không những ziriconi, mà còn một nguyên tố tuyệt diệu nữa có vinh hạnh đóng vai trò to lớn trong khoa học và kỹ thuật của thế kỷ XX - đó là urani. Cả bản thân Claprôt lẫn bất kỳ người nào khác thời bấy giờ đều không thể thấy trước được số phận của “hai anh em” ziriconi và urani sau này ra sao. Một thời gian dài trong suốt 150 năm, không một cái gì liên kết được các nguyên tố này. Ban đầu biết được điều này chỉ có một số rất ít các nhà bác học và kỹ sư làm việc trong lĩnh vực năng lượng hạt nhân - lĩnh vực mà chúng ta đều biết, người lạ không được phép đến.Ttrong lò phản ứng nguyên tử, nơi mà urani được dùng làm nguyên liệu hạt nhân, còn ziriconi thì được dùng làm vỏ bọc cho các thanh urani. Tuy nhiên, để cho chính xác thì phải ghi nhận rằng, trước đó mấy năm, các nhà bác học Mỹ đã thử dùng ziriconi làm vật liệu cho lò phản ứng hạt nhân đặt trên tàu “Nautilus” là tàu ngầm nguyên tử đầu tiên của Mỹ. Nhưng ngay sau đó người ta nhận thấy rằng, dùng ziriconi làm vỏ bọc cho các thanh nhiên liệu thì có lợi hơn là để làm các chi tiết dừng của vùng hoạt động trong lò phản ứng. Thế là từ lúc bấy giờ, urani đã lọt vào vòng ôm ấp của ziriconi. Các nhà vật lý học đã biết rằng, khác với nhiều kim loại, ziriconi để cho các nơtron đi qua một cách dễ dàng, mà chính tính chất này - gọi là tính trong suốt đối với nơtron - phải có ở loại vật liệu dùng làm vỏ bọc các thanh urani. Thực ra, một số kim loại như nhôm, magie, thiếc 7 cũng tương tự ziriconi về điểm này, nhưng chúng lại dễ nóng chảy và không chịu được nhiệt. Còn ziriconi thì nóng chảy ở mãi 1850 o C nên hoàn toàn có thể chịu đựng được nhiệt độ cao của ngành năng lượng học hạt nhân. Tuy nhiên, ziriconi cũng có những nhược điểm nào đó có thể cản trở công việc của nó trong lĩnh vực quan trọng này. Vấn đề là ở chỗ chỉ với độ tinh khiết cao thì ziriconi mới trong suốt đối với nơtron. Thế là một lần nữa lại phải nhờ đến hafini - một kim loại mà xét về các tính chất hóa học thì có thể gọi là anh em sinh đôi với ziriconi. Nhưng thái độ của chúng đối với nơtron thì hoàn toàn trái ngược nhau: hafini hấp thụ nơtron một cách tham lam (mạnh gấp hàng trăm lần so với ziriconi). Ngoài ra, tạp chất hafini dù với liều lượng rất nhỏ cũng có thể làm hỏng “máu” của ziriconi và làm cho nó mất tính trong suốt đối với nơtron. Đối với ziriconi, những điều kiện kỹ thuật của cái gọi là “độ tinh khiết của lò phản ứng” chỉ cho phép hafini có mặt trong ziriconi dưới mức vài phần vạn. Song ngay cả ở mức độ ít ỏi như vậy, hafini vẫn làm giảm độ trong suốt của ziriconi đối với nơtron xuống vài lần. Bởi vì trong thiên nhiên, hai kim loại này thường chung sống với nhau, nên điều chế ziriconi mà hoàn toàn loại bỏ được hafini là một việc vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, các nhà hóa học và luyện kim vẫn phải nghiên cứu giải quyết kỳ được vấn đề này, vì công nghiệp nguyên tử rất cần vật liệu kết cấu là ziriconi. Ngoài ra khi chế tạo các kết cấu bằng ziriconi tinh khiết, nhất là trong quá trình hàn, các nguyên tử xa lạ không rơi vào ziriconi vì chúng có thể là trở ngại không vượt qua được trên đường đi của nơtron và chính vì thế mọi ưu điểm của kim loại này đều mất hết tác dụng. Và các mối hàn cũng phải có những tính chất như chính vật liệu được hàn. Để hoàn thành được nhiệm vụ này, tia điện tử đã giúp sức. Sự tinh khiết và tinh chính xác của phương pháp hàn bằng tia điện tử đã cho phép giải quyết được vấn đề này. Thế là ziriconi đã trở thành “trang phục” của các thanh urani. IV. Nguyên liệu thô: Hiện nay, các mỏ lớn kim loại quý báu này đang được khai thác ở Mỹ, Australia, Braxin, Ấn Độ, các nước tây Phi. Liên Xô cũng có đáng kể trữ lượng nguyên liệu ziriconi. Cát ở ven bờ biển thường là quặng ziriconi rất tốt. Chẳng hạn ở Australia, sa khoáng ziricon trải dài suốt gần 150 kilômet dọc theo bờ đại dương. Gần đây, ở phần phía tây của lục địa này, cách thành phố Micatarra không xa, nhóm sinh viên địa chất đi khảo sát lòng sông khô cạn của một con sông mà xưa kia từng chảy qua đây từng phát hiện được những tinh thể ziricon trong các đá thuộc loại sa thạch bị phong hóa. Đó là những tinh thể ziricon cổ nhất trên trái đất. Các nhà địa vật lý ở trường đại học quốc gia Canbơrơ đã đi đến kết luận này sau khi xác đinh được rằng, tuổi của các đốm ziricon tìm thấy ở đây là vào khoảng 4,1 - 4,2 tỉ năm, nghĩa là chúng già hơn vài triệu năm so với khoáng thể mà khoa học đã biết trước đó. Nói cách khác, ziricon tìm thấy ở Australia đã xuất hiện vào khoảng 300 - 400 triệu năm sau khi hành tinh của chúng ta ra đời. Zirconium chủ yếu được khai thác từ các nguồn khoáng Zircon và Baddeleyite. Các khoáng của Zirconi luôn có lẫn Hafnium, hàm lượng thấp nhất là 0,2% trong elpidite và cao nhất là 1-8% trong anderberggite. 8 Hình : Các khoáng chất chứa Zirconium. 1. Khoáng Zircon: Đây là loại khoáng chứa Zircon nhiều nhất trong tự nhiên Công thức được viết dưới dạng ZrSiO4 hoặc ZrO2 . SiO2 . Dạng ZrSiO4 tương ứng với trạng thái vật chất ở nhiệt độ thấp. Dạng ZrO2 . SiO2 tương ứng với trạng thái vật chất ở nhiệt độ cao. Zircon tồn tại trong đá mácma (ở dạng khoáng vật nguyên sinh), trong đá biến chất và trong đá trầm tích (ở dạng hạt vụn). Tinh thể zircon lớn thường rất hiếm, ví dụ như trong đá granit, kích thước của nó chỉ khoảng 0,1 – 0,3 mm, nhưng chúng có thể đạt đến kích cỡ vài centimet, đặc biệt trong pegmatite.Một số zircon chứa trong nó uranium và thori làm cho chúng chịu đựng quá trình phóng xạ bên trong dẫn đến phá vỡ ô mạng. Điều này giải thích phần nào tính chất rất phong phú của zircon. Khi zircon bị thay đổi nhiều hơn bởi phong xạ, tỷ trọng của nó giảm, cấu trúc tinh thể bị biến dạng, và màu sắc thay đổi. Ngoài ra, người ta còn tìm thấy những hạt tinh thể lớn Zircon ở trong nhiều loại đá tại Canada, Madagasta , Siam (Thái Lan), Ural và tại Greeland . Zircon tồn tại ở rất nhiều màu khác nhau, bao gồm đỏ, hồng, nâu, vàng, nâu nhạt, đen hoặc không màu. Màu sắc của zircon đôi khi có thể bị thay đổi bởi quá trình xử lý nhiệt. Tùy thuộc vào lượng nhiệt, người ta có thể tạo ra các loại zircon không màu, xanh, và vàng kim. Trong điều kiện địa chất, sự tiến triển của zircon màu hồng, đỏ và tía xảy ra sau hàng trăm triệu năm, tinh thể chứa lượng đủ các kim loại chuyển tiếp để tạo ra màu như vậy. Dãy màu đỏ đến hồng được tôi luyện trong các quá trình địa chất với nhiệt độ trên 350°C. Những viên đá này trong suốt, tinh khiết trông rất đẹp thường dùng làm đồ trang sức cho phụ nữ. Trong công nghiệp, đa số tinh quặng Zircon thu được đều do xử lý bẩn thải ra từ dây chuyền làm tinh quặng Ilmenit hoặc Rutil. Phần lớn của zircon được sử dụng trong ngành công nghiệp ngày nay bắt nguồn từ những mỏ cát, sỏi nên nó thường lẫn với silica, ilmenit, và rutil. 9 Chúng được loại tạp chất không mong muốn bằng phương pháp tách từ và tuyển điện và tuyển nổi. Các zircon tinh khiết nhất thu được từ quá trình chiết xuất và tinh chế thì được sử dụng như các kim loại zirconium, và ít tinh khiết hơn được sử dụng trong các hình thức ổn định Zirconia cho vật liệu chịu lửa và các sản phẩm gốm sứ. Zircon là một khoáng vật phụ quan trọng trên thế giới. Hiện nay trên thế giới , mỏ Zircon nằm ở tỉnh Travancore thuộc miền Nam Ấn Độ, ở New – South Wales của Úc, ở Florida của Mỹ. Ở Việt Nam, nguồn khoáng Zircon chủ yếu nằm dọc theo ven biển với trữ lượng lớn , có nhiều ở bờ biển Phan Thiết và bán đảo Phương Nam (Thị xã Qui Nhơn) với trữ lượng lớn và chất lượng cao. Ngoài ra còn có ở Bãi Dâu Vũng Tàu với trữ lượng không đáng kể. Dựa vào hàm lượng của chúng người ta phân thành từng loại tổ hợp: - Tổ hợp 1: Ilmenit – Rutil – Leucoxen, với hàm lượng Zircon 5%. - Tổ hợp 2 : Ilmenit - Manhetit – Amfibon chứa từ 5 – 10% Zircon. Có ở bãi trước hệ thống sông Hồng, sông Cửa Đại, Tam Kỳ, Nghĩa Bình, Thanh Hóa. - Tổ hợp 3 : Ilmenit – Disten – Amfibon – Zircon – Monazô. Trong đó Zircon đạt 10 – 20% có nơi 30% và phân bố dọc theo bờ biển Kỳ Anh Thuận Hải, Quán Lạn. 2. Khoáng Baddeleyit: Quặng này quan trọng sau Zircon .Thành phần chủ yếu là ZrO2 khoảng 90% tỉ trọng 5.4 – 6.02, độ cứng 6.5. Các tạp chất thường lẫn là thạch anh, Rutil, Hematit. Các mỏ khoáng chứa Baddeleyit thường tìm thấy ở Brazil, Ấn Độ. Ngoài ra trên thị trường còn có một loahi khoáng nữa gọi là “ZirKite” đây là một khoáng hỗn hợp của Baddeleyit và Zircon. Giai đoạn từ năm 2003 tới năm 2007, giá của zircon đã tăng dần từ 360 USD tới 840 USD một tấn 10 [...]... phần SiO 2.xH2O rất phức tạp, nó phụ thuộc vào điều kiện hàm lượng acid, nhiệt độ và tính chất của chúng Nó sẽ tủa ở dạng gel hoặc bột đặc, hoặc huyền phù Tốc độ keo tụ tốt nhất ở pH 5-6 hoặc nồng độ acid trên 2,3N Tốc độ rất chậm hằng ngày, để tăng tốc thì tăng nhiệt độ và cho chất tạo keo tụ từ keo dán gỗ Việc lọc acid Silisic keo tụ là một bài toán hóc búa Người ta cũng dùng phương pháp H 2SO4 để... hòa tan của nó rất khác biệt với các nguyên tố khác và nó lại có giá trị thương phẩm Nguyên liệu ban đầu ZrO2.xH2O cho hoà tan trong Acid HF Sau khi lọc trung hoà dung dịch bằng KOH hoặc K2CO3 và làm nguội cho tủa trắng K2ZrF6 Nếu thêm KF vào dung dịch muối Sunfat Zr có thể nhận 90% tủa Zr Sản phẩm thu được có độ sạch cao loại được nhiều tạp chất nhưng muốn loại tốt Ti và Fe cần phải lập lại kết tinh... phải lập lại nhiều lần (16 – 18 lần) Phương pháp không thuận lợi cho sản xuất Hf ở qui mô công nghiệp, vì để nhận Hf từ nguyên liệu tự nhiên phải tiến hành đến hàng trăm lần Phương pháp chiết: Phương pháp chiết được dùng phổ biến trong thủy luyện để thu hồi và tách các nguyên tố hiếm và màu Nó có ưu điểm so với các phương pháp khác là: quá trình liên tục, dễ kiểm tra và tự động hóa, cho sản phẩm sạch... đủ định luật nhiệt động mà nó chỉ áp dụng cho dung dich loãng có khoảng nồng độ từ 1.10-3 ÷1.10-5mol/l KFB=CHC/CAQ 26 PHỤ LỤC Sơ đồ nguyên tắc luyện tinh quặng Zr bằng phương pháp thiếu kết với CaCO3 27 Sơ đồ nguyên tắc tắc Zr, HF bằng phương pháp chiếc lỏng 28 Sơ đồ nguyên tắc chế luyện tinh quặng Zr bằng phương pháp Cl-hóa 29 30 ... tủa muối Sunfat Bazơ Thành phần rất phức tạp phụ thuộc vào điều kiện kết tủa và nó có tính chất của một Polyme vô cơ(*) Qúa trình bắt đầu (thành phần, tốc độ kết tủa) hoàn toàn phụ thuộc vào hàm lượng dung dịch, độ acid, hàm lượng ion SO42- và nhiệt độ Tốc độ thủy phân tăng theo chiều làm loãng dung dịch, tăng nhiệt độ và sự xuất hiện ion Cl- (có tác dụng như chất xúc tác) * Chỉ trong điều kiện đặc biệt... Iot hóa Khử muối florua: Nguyên liệu ban đầu ZrF4, HfF4, K2ZrF6, chất khử Mg, Ca, Na, nhiệt độ 700 – 7500C dùng Ca ∆G0 = -224,4 kcal/mol nên ZrF4 coi như bị khử hoàn toàn ZrF4 + 2Ca HfF4 + I2 + 3Ca Zr +2CaF2 Hf + 2CaF2 + CaI2 Nhiệt tỏa ra chưa đủ để nóng chảy Zr tạo thành, để tăng nhiệt thì phải cho thêm I2 vào Phương pháp hạn chế vì khó thu được MeF 4, nên trong thực tế dùng nguyên liệu K2MeF6, nó kết... vào yếu tố điện phân (thành phần chất điện phân, nhiệt độ…) cần thu tinh thể to để tránh oxy hóa bề mặt và thu được dạng thanh dẻo sau này Ví dụ: Thành phần điện phân: NaCl (25%); KCl (25%); ZrCl 4 (50%) Nếu điện phân hỗn hợp nóng chảy NaCl, KCl chứa 30-35% K2ZrF6 sẽ thu được Zr bột to và sạch hơn Cơ chế phản ứng phức tạp và có thể là: ZrF62- Zr4++ 6F- Zr4++ e → Zr3++ e → Zr2++ 2e → Zr0 (ở catốt) 2Cl-... Chỉ trừ trường hợp rất nghèo Cl mới giải phóng F Nhưng F nguyên tử lập tức tác dụng lên thành grafit tạo ra CF4 Tổng hợp lại : K2ZrF6 + 4NaCl( KCl) → Zr + 4NaF(KF) + 2KF + 2Cl2 Trong bình điện phân tích tụ dần KF Ngoài ra còn tạo ra các sản phẩm điện phân: K 3ZrF7, K2ZrF6 24 Điều kiện điện phân: trong Ar hoặc He, điện thế 2,5V, mật độ dòng ở catốt : 400-500A/dm 2 nếu tăng mật độ dòng sẽ thu được sản... phẩm Hf, nguyên liệu ban đầu (chất điện phân) là HfCl4 và K2HfF6 Điều kiện điện phân: mật độ dòng 20A/dm 2 trong Ar hoặc He Tạp chất thấp, hàm lượng O 2 giảm từ 0,175 xuống còn 0,037% d) Tinh luyện Zr và Hf bằng cách khử I2 : Zr + 2I2 ZrI4 (∆H0298 = -105Kcal, tương tự đối với Hf ∆H0298 = -143 Kcal) Sau đó nhiệt phân ZrI4 trong chân không với áp suất 1.10-4 - 1.10-5 mmHg Như vậy điều kiện phản ứng tốt đối... thử trung tính như các rượu,kêton,các ete đơn giản 25 hoặc phức tạp.Trong qúa trình tạo solvát các phân tử thuốc thử sẽ chiếm lấy chổ của các phân tử nước từng là vỏ bao bộc xung quanh cation kim loại.Kiểu liên kết trên được hình thành khi các phân tử hữu cơ có nhómchưc chứa các nguyên tử oxy,nitơ…có khả năng trở thành các dono- cho điện tử và các akxetor-nhận điện tử Qúa trình chiết các chất vô cơ . SEMINAR MÔN NGUYÊN TỐ HIẾM o0o ZIRCONIUM Nhóm 1 1 M UỞ ĐẦ 2 I.Tính ch t v t lý và hóa h c c a Zirconium và Hafnium: ấ ậ ọ ủ 3 II.Các h p ch. hạt nhân. I.Tính chất vật lý và hóa học của Zirconium và Hafnium: Zirconium (Zr.) Ngun tố hố học nhóm IV B, chu kì VIB bảng tuần hồn các ngun tố; có cấu hình electron là (n-1)d 2 ns 2 . Do. sẽ tủa ở dạng gel hoặc bột đặc, hoặc huyền phù. Tốc độ keo tụ tốt nhất ở pH 5-6 hoặc nồng độ acid trên 2,3N. Tốc độ rất chậm hằng ngày, để tăng tốc thì tăng nhiệt độ và cho chất tạo keo tụ từ