Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite thừa thiên huế bằng phương pháp bazơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA - - Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Hóa học NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE THỪA THIÊN – HUẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BAZƠ Monazite Xeri đioxit Trần Bá Trí Khóa 2008 - 2012 TP Hồ Chí Minh, Tháng 04 Năm 2012 SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA - - Khóa luận Tốt nghiệp Cử nhân Hóa học NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE THỪA THIÊN – HUẾ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BAZƠ Chuyên ngành : Hóa Vơ GVHD : TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH : Trần Bá Trí TP Hồ Chí Minh, Tháng 04 Năm 2012 Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh LỜI CẢM ƠN Đề tài khóa luận tốt nghiệp thực hoàn thành Bộ mơn Hóa lý, Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa, cán số Viện trường đại học khác hỗ trợ nhiệt tình cho tơi q trình thực khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt, xin dành lời cảm ơn trân trọng cho Phan Thị Hồng Oanh Người hỗ trợ nhiều, giúp củng cố thêm kiến thức chun mơn có nhiều kinh nghiệm thực đề tài Hơn nữa, tơi cịn học hỏi tác phong làm việc nghiêm túc khoa học Khơng thế, cịn vui vẻ nhiệt tình Ngồi ra, tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên, khích lệ tơi q trình thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng năm 2012 Trần Bá Trí Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh TÓM TẮT Quặng nguyên tố đất Việt Nam chưa thăm dò hết, việc sử dụng nguyên tố theo hướng đại chưa phát triển, công tác nghiên cứu để đưa vào ứng dụng bắt đầu Các phương pháp điều chế nguyên tố nói chung phức tạp nhiều so với phương pháp điều chế nguyên tố thông dụng [4] Đề tài nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên – Huế phương pháp bazơ Thông qua trình thực nội dung đề tài, thu số kết sau:  Khảo sát q trình chế hóa quặng monazite phương pháp bazơ Khi thời gian chế hóa tỷ lệ NaOH:quặng 5:1 hiệu suất chế hóa đạt gần 90%  Khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm Với pH loại tạp chất 5,8 pH kết tủa Ce4+ 3,8 sản phẩm thu có độ tinh khiết cao so với pH loại tạp chất 3,5 pH kết tủa Ce4+ 5,0  Khảo sát ảnh hưởng chất kết tủa Ce4+ đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm Sử dụng dung dịch NaOH để kết tủa Ce4+ thu sản phẩm có độ tinh khiết cao hiệu suất tách tăng  Khảo sát ảnh hưởng chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm Dung dịch (NH ) S O /HNO oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ hiệu so với dung dịch HNO dung dịch H O /HCl  Thành phần pha sản phẩm xeri đioxit, bột sản phẩm có dạng hình tấm, kích thước hạt < 10 µm Hiệu suất điều chế đạt gần 70% Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN _ TÓM TẮT MỤC LỤC _ DANH MỤC CÁC HÌNH _ DANH MỤC CÁC BẢNG _ ĐẶT VẤN ĐỀ _ CHƯƠNG – TỔNG QUAN 11 1.1 SA KHOÁNG _ 11 1.1.1 Một số loại sa khoáng 11 1.1.2 Quặng monazite giới Việt Nam 12 1.2 CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM _ 14 1.2.1 Sơ lược nguyên tố đất _ 14 1.2.2 Tách riêng nguyên tố đất 18 1.2.3 Ứng dụng 20 1.3 XERI VÀ HỢP CHẤT CỦA XERI _ 21 1.3.1 Tính chất lý hóa 21 1.3.2 Ứng dụng xeri hợp chất _ 24 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, THÀNH PHẦN _ 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 ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) _ 26 CHƯƠNG – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 27 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU _ 29 2.2.1 Phương pháp chế hóa phương pháp chế hóa bazơ _ 29 2.2.2 Phương pháp định lượng photpho phương pháp trắc quang 29 2.2.3 Phương pháp tách CeO phương pháp kết tủa chọn lọc 29 2.2.4 Phương pháp tinh chế xeri phương pháp chiết _ 30 2.3 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT CẦN THIẾT 30 Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh 2.3.1 Dụng cụ thiết bị 30 2.3.2 Hóa chất 31 CHƯƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN _ 32 3.1 PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CỦA QUẶNG MONAZITE THỪA THIÊN – HUẾ _ 32 3.2 LẬP ĐƯỜNG CHUẨN ĐỂ ĐỊNH LƯỢNG PHOTPHO 32 3.2.1 Lập đường chuẩn _ 32 3.2.2 Định lượng photpho cho mẫu nghiên cứu _ 34 3.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH CHẾ HÓA QUẶNG MONAZITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP BAZƠ 34 3.3.1 Ảnh hưởng tỷ lệ NaOH:quặng monazite 34 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian chế hóa _ 35 3.4 KHẢO SÁT MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU SUẤT TÁCH VÀ ĐỘ TINH KHIẾT CỦA SẢN PHẨM _ 37 3.4.1 Ảnh hưởng thời gian chế hóa tỷ lệ NaOH:quặng monazite _ 37 3.4.2 Ảnh hưởng chất kết tủa xeri(IV) hiđroxit 41 3.4.3 Ảnh hưởng pH loại tạp chất (Th4+,…) pH kết tủa Ce4+ _ 43 3.4.4 Ảnh hưởng việc rửa pha hữu sau chiết 46 3.4.5 Ảnh hưởng chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ 48 3.5 QUY TRÌNH TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE _ 52 3.6 NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC HẠT CỦA XERI ĐIOXIT 59 CHƯƠNG – KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT _ 60 4.1 KẾT LUẬN _ 60 4.2 ĐỀ XUẤT _ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC _ 62 Phụ lục 1: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 62 Phụ lục 2: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 63 Phụ lục 3: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 64 Phụ lục 4: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 65 Phụ lục 5: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 66 Phụ lục 6: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 67 Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh Phụ lục 7: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 68 Phụ lục 8: Bảng tóm tắt quy trình 69 Phụ lục 9: Xeri đioxit thu từ quy trình 70 Phụ lục 10: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình 71 Phụ lục 11: Ảnh SEM xeri đioxit (quy trình 1) 72 Phụ lục 11: Ảnh SEM xeri đioxit (quy trình 6) 73 Phụ lục 12: Kết phân tích thành phần nguyên tố quặng monazite Thừa Thiên – Huế phương pháp XRF _ 74 Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nhiễu xạ tia X _ 25 Hình 2.1 Quặng monazite nghiền mịn _ 31 Hình 3.1 Đường chuẩn photpho 34 Hình 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ NaOH:quặng monazite đến hiệu suất chế hóa 35 Hình 3.3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất chế hóa _ 36 Hình 3.4 Xeri đioxit thu từ quy trình _ 39 Hình 3.5 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 40 Hình 3.6 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 41 Hình 3.7 Xeri đioxit thu từ quy trình _ 42 Hình 3.8 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình _ 43 Hình 3.9 Xeri đioxit thu từ quy trình _ 44 Hình 3.10 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình 45 Hình 3.11 Xeri đioxit thu từ quy trình 47 Hình 3.12 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình 47 Hình 3.13 Xeri đioxit thu từ quy trình 5, 49 Hình 3.14 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình 50 Hình 3.15 Phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình 51 Hình 3.16 Hệ phản ứng chế hóa bazơ quặng monazite 53 Hình 3.17 Chất rắn sau chế hóa bazơ quặng monazite _ 53 Hình 3.18 Hệ phản ứng hịa tan chất rắn thu sau chế hóa axit clohiđric54 Hình 3.19 Dung dịch thu sau hòa tan axit clohiđric 54 Hình 3.20 Dung dịch Ce4+ _ 55 Hình 3.21 Chiết Ce4+ TBP _ 56 Hình 3.22 Chiết pha hữu dung dịch H O _ 56 Hình 3.23 Quy trình tách xeri đioxit từ quặng monazite _ 57 Hình 3.24 Quy trình tách xeri đioxit từ quặng monazite – 58 Hình 3.25 Ảnh SEM xeri đioxit 59 Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần quặng monazite số vùng giới _ 13 Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý nguyên tố đất _ 15 Bảng 1.3 Ứng dụng nguyên tố đất _ 20 Bảng 1.4 Một số ứng dụng xeri hợp chất _ 24 Bảng 3.1 Thành phần quặng monazite Thừa Thiên – Huế 32 Bảng 3.2 Giá trị độ hấp thụ dung dịch chuẩn _ 33 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỷ lệ NaOH:quặng monazite đến hiệu suất chế hóa 35 Bảng 3.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất chế hóa _ 36 Bảng 3.5 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 39 Bảng 3.6 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 42 Bảng 3.7 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 44 Bảng 3.8 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 46 Bảng 3.9 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 5, 49 Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh ĐẶT VẤN ĐỀ Theo kết điều tra Liên đoàn Địa chất Bắc Trung bộ, qua thực đề án "Điều tra, đánh giá triển vọng sa khoáng ven biển từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên-Huế", cho thấy ven biển Bắc Trung Bộ có nhiều tiềm quặng sa khống Nhìn chung, tinh quặng có chất lượng tốt, giá trị kinh tế cao, có ý nghĩa lớn để phát triển kinh tế vùng Bắc Trung nói riêng nước nói chung Sa khống ven biển Bắc Trung Bộ có quy mơ khác Quy mơ nhỏ có sa khoáng tỉnh Nghệ An, Quảng Trị, Quảng Bình với chiều dài hàng trăm mét đến vài km, chiều rộng hàng trăm mét, bề dày tầng sản phẩm từ vài mét đến 10 m Các sa khoáng quy mơ trung bình có Nam Thanh Hóa, Nghi Xn (Hà Tĩnh), Vĩnh Linh (Quảng Trị) với chiều dài từ 2-15 km, chiều rộng km, bề dày 5-8 m Sa khống lớn có Thừa ThiênHuế, Cẩm Xun Kỳ Anh (Nghệ Tĩnh) với chiều dài hàng chục km, rộng hàng km, bề dày 10-20 m Monazite khoáng vật thường gặp sa khoáng, đặc biệt sa khống ven biển nhiều nơi có hàm lượng, trữ lượng đạt yêu cầu khai thác Thành phần monazite nguyên tố đất số nguyên tố phóng xạ, đặc biệt xeri với hàm lượng lớn [1] Với tính chất đặc biệt, nguyên tố đất có nhiều ứng dụng sản suất kỹ thuật Riêng xeri sử dụng để làm chất xúc tác công nghiệp dầu mỏ chất dẻo, trình luyện kim, sản xuất phẩm màu, bột mài bóng đồ thủy tinh, dùng sản xuất thấu kính, … [4] Trong năm gần đây, nhu cầu công nghiệp đất - có xeri ngày tăng Và theo dự kiến, nhu cầu tiếp tục tăng năm tới Những nước dẫn đầu sản xuất oxit tinh quặng đất giới Mỹ, Úc, Braxil, Trung Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Nga,… [6] Mặc dù sản lượng monazite Việt Nam đáng kể Song nghiên cứu monazite cịn hạn chế Và sa khống chủ yếu xuất dạng thô qua tuyển từ Điều làm giảm giá trị kinh tế lãng phí nguồn tài nguyên quý quốc gia Do đó, nghiên cứu sâu chi tiết quy trình cơng nghệ sản xuất đất cần thiết Với ý nghĩa thiết thực trên, chọn nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng Trang SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 KẾT LUẬN Quá trình chế hóa quặng monazite theo phương pháp bazơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thời gian, tỷ lệ NaOH:quặng monazite, nồng độ dung dịch NaOH, nhiệt độ, vật liệu chứa hỗn hợp chế hóa,… Thơng qua khảo sát tiến hành, nhận thấy tăng thời gian chế hóa tỷ lệ NaOH:quặng monazite hiệu chế hóa tăng Tuy nhiên, cần cân nhắc yếu tố kinh tế (tiết kiệm nhiên liệu, hóa chất, ) với độ tăng hiệu chế hóa Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất độ tinh khiết sản phẩm chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+, chất kết tủa Ce4+, pH loại tạp chất (Th4+,…), pH kết tủa Ce4+,… Qua đó, chúng tơi nhận thấy giai đoạn then chốt ảnh hưởng đế độ tinh khiết hiệu suất sản phẩm giai đoạn oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ kết tủa Ce4+ Việc chọn chất oxi hóa kết tủa hiệu quan trọng 4.2 ĐỀ XUẤT Vì thời gian thực có giới hạn, kinh phí cịn hạn chế kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận ý kiến đóng góp q độc giả để hồn thiện đề tài nghiên cứu Nếu có điều kiện nghiên cứu tiếp tục, sẽ:  Khảo sát thêm số yếu tố ảnh hưởng đến trình chế hóa quặng monazite phương pháp bazơ  Cải tiến quy trình tách CeO từ quặng monazite để nâng cao hiệu suất  Nghiên cứu quy trình tách CeO từ quặng monazite theo phương pháp chế hóa axit để so sánh với phương pháp chế hóa bazơ  Nghiên cứu quy trình tách xeri từ quặng monazite theo phương pháp trao đổi ion  Nghiên cứu số ứng dụng xeri  Nghiên cứu quy trình tách số nguyên tố đất khác từ quặng monazite Trang 60 SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Biểu, Nguyễn Thanh Hà, Trịnh Thanh Minh, Nguyễn Thị Ánh (1992), Sơ lược đặc điểm monazit sa khoáng ven biển Việt Nam, Tạp chí Địa chất (212-213) [2] Hồng Nhâm (2003), Hóa học Vơ – Tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội [3] Phan Thị Hoàng Oanh (2010-2011), Bài giảng chuyên đề: “Phân tích cấu trúc vật liệu vơ cơ”, Khoa Hóa, Trường Đai học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh [4] Phạm Đức Rỗn, Nguyễn Thế Ngơn (2008), Hóa học ngun tố phóng xạ, NXB Đại học Sư Phạm, Hà Nội [5] R.A LIĐIN, V.A MOLOSCO, L.L ANĐREEVA, Tính chất lý hóa học chất vơ (Lê Kim Long Hồng Nhuận dịch), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 420424 [6] Trung tâm Vật liệu hạt nhân (1990), Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ sản xuất clorua đất số hợp chất đất khác từ tinh quặng monazite Việt Nam, Hà Nội Tiếng Anh [7] C.K.Gupta, N.Krishnamurthy (2005), Extractive metallurgy of rare earths, Taylor & Francis e-Library, pp 62-63 [8] Gary M.Pierzynski (2000), Methods of phosphorus analysis, SERA-IEG 17, pp 91-93 [9] Lwin Thuzar Shwe, Nwe New Soe, Kay Thi Lwin (2008), Study on Extraction of Ceric Oxide from Monazite Concentrate, Engineering and Tehnology (48): 331-333 Từ Internet [10] http://en.wikipedia.org/wiki/Ilmenite [11] http://en.wikipedia.org/wiki/Monazite [12] http://en.wikipedia.org/wiki/Rutile [13] http://en.wikipedia.org/wiki/Zircon [14] http://vi.wikipedia.org/wiki/Xeri#.E1.BB.A8ng_d.E1.BB.A5ng Trang 61 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí PHỤ LỤC  Phụ lục 1: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 62 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 2: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 63 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 3: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 64 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 4: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 65 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 5: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 66 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 6: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 67 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 7: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 68 GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Trần Bá Trí Quy trình Thời gian NaOH:quặng Tỷ lệ 3,5 (Th4+,…) Loại tạp chất 5,0 Ce4+ Kết tủa pH (giờ) 5:1 Chế hóa bazơ Chất oxi hóa tủa Ce4+ Chất kết NaOH Ce3+ thành Ce4+ H O /HCl  Phụ lục 8: Bảng tóm tắt quy trình 2,2126 (g) lượng Khối 114,43 (%) suất Hiệu Sản phẩm CeO Màu sắc Màu nâu sẫm Trang 69 GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh SVTH: Trần Bá Trí Quy trình  Phụ lục 9: Xeri đioxit thu từ quy trình Trang 70 GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH: Trần Bá Trí  Phụ lục 10: Giản đồ phổ XRD xeri đioxit thu từ quy trình Trang 71 SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hồng Oanh  Phụ lục 11: Ảnh SEM xeri đioxit (quy trình 1) Trang 72 SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh  Phụ lục 11: Ảnh SEM xeri đioxit (quy trình 6) Trang 73 SVTH: Trần Bá Trí GVHD: TS Phan Thị Hoàng Oanh  Phụ lục 12: Kết phân tích thành phần nguyên tố quặng monazite Thừa Thiên – Huế phương pháp XRF Trang 74 ... Hồng Oanh CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên – Huế, sử dụng phương pháp bazơ phương pháp đại, có hiệu kinh tế cao... 3.1 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN CỦA QUẶNG MONAZITE THỪA THIÊN HUẾ Thành phần quặng monazite Thừa Thiên – Huế xác định phương pháp xác định thành phần nguyên tố XRF Bảng 3.1 Thành phần quặng monazite Thừa. .. nói chung phức tạp nhiều so với phương pháp điều chế nguyên tố thông dụng [4] Đề tài nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên – Huế phương pháp bazơ Thông qua trình thực nội dung