Tổng quan về đất hiếm và phương pháp xử lý

Báo cáo cuối kỳ môn Đất Họ tên sinh viên: Phạm Thị Lý MSSV: 20113080 I • Tổng quan đất II • Tìm hiểu loại quặng đất III • Phân hủy quặng đất IV • Tách chiết thu sản phẩm V • Tài liệu tham khảo Mục lục I Tổng quan đất • Đất Việt Nam phát từ năm 1956 đầu tư tìm kiếm, đánh giá, thăm dò từ năm 1957 đến Các kết điều tra, đánh giá Việt Nam nước có tiềm lớn đất • Các mỏ đất Việt Nam có quy mô từ trung bình đến lớn, chủ yếu đất nhóm nhẹ (nhóm lantan - ceri), có nguồn gốc nhiệt dịch tập trung vùng Tây Bắc Việt Nam Các kết nghiên cứu gần phát biểu kiểu mỏ đất hấp thụ ion khu vực Lào Cai Đặc điểm phân loại đất • Đất nhóm gồm 15 nguyên tố giống mặt hóa học bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev gọi chung lantan, gồm nguyên tố có số thứ tự từ 57 (lantan) đến số thứ tự 71 (lutexi) • Thông thường ytri (số thứ tự 39) scandi (số thứ tự 21) xếp vào nhóm đất tự nhiên nguyên tố Phân loại theo nhóm Nhóm nhẹ(nhóm lantan-ceri) Nhóm nặng(ytri) Khoáng vật đất 250 khoáng vật chứa đất hiếm, có 60 khoáng vật chứa từ ÷ 8% đất trở lên,gồm: Nhóm thứ nhất: gồm Nhóm thứ hai: gồm khoáng vật chứa đất khoáng vật giàu đất hiếm, thu hồi sử dụng sản phẩm kèm trực tiếp sản phẩm trình khai thác hỗn hợp đất tuyển quặng Phân loại theo thành phần hóa học khoáng vật gồm nhóm: Carbonat Fluorur: yttofluori fluocarbo t, nat: gagarunit bastnezit , parizit, fluoserit; ancylit, hoanghit Phosphat : monazit, xenotim; Silicat: gadolinit, britholit, thortveib it; Oxyt: ferguxoni Borat: Sulfat: Arsenat: Vanadat: t, esinit, braitschit chukhroli checrolit; vakefield euxenit ; ; t; it Các dạng kiểu mỏ đất hiếm: Theo Greta J Orris1 and Richard I Grauch năm 2002 • Kiểu cacbonatit; • Kiểu mỏ liên quan đến phức hệ xâm nhập kiềm; Theo phân loại Stephen B Castor James B Hedrick : • Kiểu cacbonatit làm giàu; • Kiểu mỏ hấp thụ ion; • Mỏ sắt - đất hiếm; • Kiểu phosphorit; • Mỏ đất carbonatit; • Kiểu mỏ fluorit; • Kiểu oxyt sắt nhiệt dịch; • Mỏ đất laterit; • Kiểu mỏ liên quan đến đá phun trào; • Mỏ đất nguồn gốc sa khoáng; • Kiểu mỏ liên quan đến đá biến chất; • 10 Kiểu mỏ sa khoáng bờ biển; • 11 Kiểu mỏ sa khoáng trầm tích bồi tụ; • 12 Kiểu mỏ sa khoáng không rõ nguồn gốc; • 13 Kiểu mỏ sa khoáng cổ; • 14 Kiểu bauxit laterit chính; • 15 Kiểu mỏ chì; • 16 Kiểu mỏ urani; • 17 Các kiểu khác: Hỗn hợp không xác định • Mỏ đất nhóm nặng đá magma siêu kiềm; • Mỏ đất dạng mạch; • Các mỏ đất dạng khác Phân bố đất Sự tạo thành đất hiếm: Sự tập trung phân bố quặng đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan đến trình thạch hoá, làm giàu biển đổi hoạt động magma, nhiệt dịch, pha tạo khoáng, oxi hoá-khử, trình phong hoá … • Sự làm giàu LREE (đất nhóm nhẹ) đá magma cho có tách khỏi nguồn ban đầu vào khoáng vật granat pyroxen trình nóng chảy phần vật chất trình phân dị kết tinh • Hầu hết mỏ điểm mỏ đất liên quan đến đá magma kiềm carbonatit (mỏ Mountain Pass, Mountain Weld, Araxa, Pea Ridge, Lovozero…) Phân bố nguyên tố đất đá khác nhau: Trong đá bazan Đặc điểm phân bố nguyên tố đất kiểu bazan: kiểu tholeit lục địa, bazan dãy núi đại dương Trong đá granitoit Các đá granitoit đặc trưng mô hình phân bố nguyên tố đất phức tạp Mỗi loại đá granitoit khác có mô hình phân bố nguyên tố đất đặc trưng khác Trong đá biến chất Hàm lượng tổng nguyên tố đất đá siêu bazơ thay đổi phạm vi rộng, trung bình tăng từ - 20 lần so với chondrite, ngoại trừ komatit có hàm lượng đất tương đối thấp Trong đá trầm tích Vì có khác thành phần hóa học chế thành tạo, đá trầm tích có khác thành phần hàm lượng nguyên tố đất Điều riêng đá cacbonat nguồn gốc sinh vật III Phân hủy quặng đất Có cách phân hủy quặng Cách 1: • Phân hủy tinh quặng Basnaesite HCl NaOH Cách 2: • Phân hủy basnaesite phương pháp axit H2SO4 Phân hủy quặng HCl NaOH 1.1 Cơ sở phương pháp phân huỷ axit HCl có kết hợp với NaOH Hai phần ba lượng đất tinh quặng bastnaesite nằm dạng cacbonat phản ứng với HCl đặc khoảng 90 C theo phản ứng 1.1 Ln2(CO3)3.LnF3 +9HCl → 2LnCl3(dd) + LnF3 (r)+ 3HCl + 3H2O + 3CO2↑ (1.1) Phần rắn LnF3 sau tách khỏi dung dịch phân huỷ tiếp dung dịch NaOH 20% để chuyển thành dạng hyđroxyt đất flo chuyển thành dạng muối natri tan: LnF3 + 3NaOH → Ln(OH)3(r) + 3NaF(dd) (1.2) Hỗn hợp phản ứng 1.2 rửa lắng gạn để loại bỏ dung dịch, phần rắn hydroxyt đất hoà tan vào pha nước dung dịch axit theo phản ứng 1.3 Ln(OH)3 + 3HCl LnCl3 (dd) + 3H2O (1.3) 1.2 Ưu, nhược điểm phương pháp phân hủy quặng HCl kết hợp NaOH Ưu điểm Tiêu tốn hóa chất không lớn Giá thành sản phẩm thấp Hiệu suất thu cao Nhượ c điểmĐòi hỏi quặng có độ tinh chất cao Ăn mòn thiết bị axit HCl 1.3 Áp dụng phương pháp nước áp dụng phương pháp là: • Mỏ bastnaesite lớn thứ hai giới Mountain Pass, California, Mỹ Tinh quặng thu có hàm lượng tổng oxit đất khoảng 70% tạp chất thấp Cơ sở phương pháp phân huỷ tinh quặng bastnaesite 70% oxit ĐH thu nhận clorua ĐH công ty Molycorp phân huỷ HCl có kết hợp với NaOH • Trung Quốc nước có mỏ đất lớn giới (Mỏ Baiyunebo) chứa đồng thời bastnaesite monazite với tỷ lệ từ 6: đến 7: tương ứng Phân hủy Bastnaesite phương pháp axit H2SO4 2.1 Cơ sở phương pháp • 2LnFCO3 + 3H2SO4 → Ln2(SO4)3 + 2HF ↑ + 2CO2↑ + 2H2O Đặc điểm : + Phản ứng diễn 100 o C + Có thể phân huỷ quặng có thành phần phức tạp chứa đồng thời bastnaesite monazite + Phương pháp thích hợp hai loại tinh quặng hàm lượng cao thấp 2.2 Ưu, nhược điểm phương pháp Ưu điểm Nhược điểm • Cho phép phân hủy quặng có chưa thành phần phức tạp • Thích hợp với quặng có hàm lượng cao thấp • Khó bảo quản thiết bị giai đoạn phân hủy với axit giai đoạn tách axit tiếp • Dễ thải khí HF độc hại với môi trường • Tiêu tốn thời gian, nhiều giai đoạn chuyển hóa rắn lỏng, nước thải lớn, hiệu suất 2.3 Áp dụng phương pháp • Công nghệ sản xuất Công ty Baotou Steel and Rare Earths (Trung Quốc) thực • Ở Trung quốc, hai phương pháp sử dụng để phân huỷ tinh quặng đất hiếm: phương pháp phân huỷ axit sunfuric phương pháp phân huỷ HCl NaOH Trong đó, phương pháp phân huỷ tinh quặng đất bastnaesite có chứa monazite phân huỷ axit sunfuric nhiệt độ cao • Một số phương pháp nung sunfat hoá hệ thứ hai phương pháp nung oxi hoá hoà tách đất từ bastnaesite axit sunfuric Đây phương pháp đơn giản sử dụng số nhà máy xử lý đất Trung Quốc Đặc điểm bật phương pháp trình hoà tách đơn giản hoá, tách Ce trạng thái Ce (IV) phương pháp kết tủa sunfat kép Quá trình hoà tách nhiệt độ 50÷700 C không gây thoát axit HF, khí SO2 dễ triển khai quy mô lớn Tuy nhiên, điều kiện kỹ thuật cho trình nung oxi hoá phân huỷ không thông báo chi tiết Dây chuyền công nghệ phân hủy quặng Yếu tố ảnh hưởng đến phân hủy quặng Axit: Loại axit, lượng axit, nồng độ axit, nhiệt độ axit Quặng basnasite : kích thước nghiền, hàm lượng đất hiếm,tạp chất, độ ẩm Điều kiện phản ứng: tốc độc khuấy trộn, thời gian phân hủy, nhiệt độ phân hủy… III Các phương pháp tách chiết thu sản phẩm Tách chiết dung môi a Khái niệm Kỹ thuật chiết dung môi kỹ thuật để tách tinh chế NTĐH cho hiệu suất cao, thao tác đơn giản so với phương pháp cổ điển So với phương pháp trao đổi ion, phương pháp chiết dung môi cho suất cao nhiều, đạt độ tinh khiết cao trình phân chia dễ dàng tự động hoá b Tác nhân tách chiết dung môi c Tổ chức lưu trình chiết phân chia nguyên tố đất • Lưu trình chiết phân đoạn: d Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng nồng độ axít dung dịch Ảnh hưởng nồng độ đất trình phân chia Ảnh hưởng chất biến tính trình chiết NTĐH Tài liệu tham khảo • Lê Bá Thuận “ Xử lý chế biến quặng đất Việt Nam” Nghiên cứu khoa học 2007 • Nguyễn Thành Anh “Thu hồi đất từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyển ứng dụng làm phân bón cho chè số loại rau Đà Lạt, Lâm Đồng” Luận án tiến sĩ hóa học (2014) • Bùi Tất Hợp, Trịnh Đình Huấn “Tổng quan đất Việt Nam” Tạp chí khoa học • Hoàng Nhuận “Nghiên cứu điều kiện tách riêng rẽ antan, praseodim, neodim từ tinh quặng đất Đông Pao” Nghiên cứu khoa học • Một số trang web: http://www.hoahocngaynay.com, http://www.dcxh.gov.vn [...]... pháp phân huỷ bằng HCl và NaOH Trong đó, phương pháp cơ bản phân huỷ tinh quặng đất hiếm bastnaesite có chứa monazite là phân huỷ bằng axit sunfuric ở nhiệt độ cao • Một trong số các phương pháp nung sunfat hoá thế hệ thứ hai là phương pháp nung oxi hoá và hoà tách đất hiếm từ bastnaesite bằng axit sunfuric Đây là phương pháp đơn giản và được sử dụng trong một số nhà máy xử lý đất hiếm của Trung Quốc... khác Không có số liệu 22.000.000 Sản lượng đất hiếm tại Việt Nam • Tổng trữ lượng và tài nguyên đất hiếm trong các mỏ gốc và phong hóa ở Việt Nam đạt khoảng 16,7 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... trên gốm 5 Nhu cầu và thị trường đất hiếm a.Nhu cầu và sản lượng đất hiếm • 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 mỏ 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... nhóm: 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 Trong mỏ, hàm lượng tổng oxyt đất hiếm không cao (trung bình 1,12%) nhưng tỷ lệ hàm lượng oxyt đất hiếm nhóm nặng khá cao chiếm 21,0 ÷ 43,5% tổng. .. 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 sau đó giá đất hiếm tăng mạnh mẽ vào năm 2010 giá đất hiếm vượt ngưỡng 12.000USD/tấn II Các loại quặng đất hiếm • Các loại quặng đất hiếm có 3 dạng chính: Quặng monazite Quặng Basnaesite Quặng Xenotime Quặng Monazite Công... lớn nhất là Nhật Bản, Pháp, Đức, Anh, Australia b Giá đất hiếm trên thế giới • Theo thống kê giá của USGS giá đất hiếm trên thế giới có sự biến động theo 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 có sự thay đổi theo từng năm Từ năm 1988 đến năm 1993 giá đất hiếm tăng mạnh từ 2.050USD/tấn... axit và giai đoạn tách axit tiếp • Dễ thải khí HF độc hại với môi trường • Tiêu tốn thời gian, nhiều giai đoạn chuyển hóa rắn lỏng, nước thải lớn, hiệu suất kém 2.3 Áp dụng phương pháp • Công nghệ sản xuất này do Công ty Baotou Steel and Rare Earths (Trung Quốc) thực hiện • Ở Trung quốc, cả hai phương pháp được sử dụng để phân huỷ tinh quặng đất hiếm: phương pháp phân huỷ bằng axit sunfuric và phương pháp. .. có hàm lượng tổng oxit đất hiếm khoảng 70% và tạp chất thấp Cơ sở của phương pháp phân huỷ tinh quặng bastnaesite 70% oxit ĐH thu nhận clorua ĐH do công ty Molycorp là phân huỷ bằng HCl có kết hợp với NaOH • Trung Quốc là nước có mỏ đất hiếm lớn nhất thế giới (Mỏ Baiyunebo) chứa đồng thời cả bastnaesite và monazite với tỷ lệ từ 6: 4 đến 7: 3 tương ứng 2 Phân hủy Bastnaesite bằng phương pháp axit H2SO4... tập trung, điều kiện khai thác, tuyển đơn giản nên cần được quan tâm thăm dò và khai thác khi có nhu cầu 4 Ứng dụng của đất hiếm Các sản phẩm của đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học,… Những lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp gồm: • Lantan (La) dùng trong men gốm và thuỷ tinh quang học • Ceri (Ce) là thành phần chủ yếu của mischemetal... không cao (trung bình 1,12%) nhưng tỷ lệ hàm lượng oxyt đất hiếm nhóm nặng khá cao chiếm 21,0 ÷ 43,5% tổng oxyt đất hiếm Ngoài mỏ Yên Phú, mỏ đất hiếm Mường Hum cũng có tỷ lệ hàm lượng oxyt đất hiếm nhóm nặng so với tổng hàm lượng oxyt đất hiếm tương đối cao (21,16 ÷ 36,43%) Sản lượng đất hiếm trên thế giới Quốc gia Sản lượng khai thác (tấn) Trữ lượng ( tấn) USA Không đáng kể 13.000.000 Australia Không