Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite phan thiết bằng phương pháp axit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA - - KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH HĨA VƠ CƠ NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT Đồn Thị Kim Phượng Khóa 2009 – 2013 TP Hồ Chí Minh, Tháng 05 Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA - - KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT Chuyên ngành : Hóa Vơ GVHD : TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH : Đồn Thị Kim Phượng TP Hồ Chí Minh, Tháng 05 Năm 2013 LỜI CÁM ƠN Khóa luận tốt nghiệp hồn thành ngày hơm nhờ giúp đỡ động viên nhiều người giành cho Trước hết cô Phan Thị Hồng Oanh, tơi xin gởi tới lời cảm ơn trân trọng , nhờ tận tình hướng dẫn dìu dắt suốt trình thực đề tài, giúp củng cố thêm nhiều kiến thức chuyên môn, cho kinh nghiệm, dẫn cách làm việc khoa học nhờ tơi học khơng kiến thức mà cịn tác phong làm việc nghiêm túc khoa học Không thế, cịn vui vẻ nhiệt tình Tơi xin cám ơn thầy cô khác khoa tạo điều kiện tốt cho tơi thực khóa luận này, đặc biệt thầy phịng thí nghiệm Hóa Lý, Hóa Vơ Hóa Mơi trường Ngồi ra, tơi xin cám ơn gia đình ln bên động viên khích lệ tơi, nguồn động lực mạnh mẽ giúp tơi hồn thành khóa luận Cuối bạn làm đề tài với tơi nhóm Oanh, bạn giúp đỡ nhiều, động viên an ủi lúc tơi khó khăn, bạn tơi có kỷ niệm vui buồn khó quên suốt trình thực đề tài Một lần nữa, xin chân thành cám ơn tất Sinh viên thực Đồn Thị Kim Phượng TĨM 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 Phan Thiết phương pháp axit Thơng qua q trình thực nội dung đề tài, thu số kết sau:  Đã khảo sát ảnh hưởng việc kết tủa lại pha vô sau chiết đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm Kết cho thấy có kết tủa lại pha vô thu sản phẩm có hiệu suất cao so với khơng kết tủa lại pha vô  Đã khảo sát ảnh hưởng pH đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm Với pH kết tủa Ce4+ 3,8 sản phẩm thu có độ tinh khiết cao so với pH kết tủa Ce4+ 5,4  Đã khảo sát ảnh hưởng việc rửa lại pha hữu sau chiết đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm: có rửa lại pha hữu thu sản phẩm có độ tinh khiết cao so với không rửa lại pha hữu  Đã khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ quặng : Na SO đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm Kết cho thấy tỉ lệ quặng : Na SO 1:6 thu sản phẩm với hiệu suất tương đối cao so với tỉ lệ 1:4 1:5  Đã 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 bột xeri đioxit có dạng hình tấm, kích thước hạt < 10 µm Hiệu suất tách đạt gần 65 % MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 10 1.1 Các nguyên tố đất 10 1.1.1 Sơ lược nguyên tố đất 10 1.1.2 Lịch sử phát 10 1.1.3 Sự phân bố nguyên tố đất 11 1.1.4 Tính chất lý hóa học nguên tố đất 11 1.1.5 Ứng dụng nguyên tố đất 14 1.2 Xeri 15 1.2.1 Xeri đơn chất 15 1.2.2 Xeri hợp chất 15 1.2.3 Ứng dụng xeri 19 1.3 Quặng đất 19 1.3.1 Trạng thái tự nhiên .19 1.3.2 Phân bố quặng Việt Nam 20 1.3.3 Phá mẫu quặng cát Monazite .21 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Nội dung nghiên cứu 22 2.2 Phương pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Phương pháp chế hóa với axit 23 2.2.2 Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) 23 2.2.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD method) 24 2.2.4 Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning electrons microscope) 25 2.2.5 Tách CeO phương pháp kết tủa chọn lọc 25 2.2.7 Tinh chế xeri phương pháp chiết 26 2.3 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 26 2.3.1 Dụng cụ thiết bị .26 2.3.2 Hóa chất 26 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Nghiên cứu thành phần quặng monazite Phan Thiết xác định hàm lượng CeO mẫu 28 3.2 Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm 28 3.2.1 Ảnh hưởng việc kết tủa lại pha vô sau chiết .28 3.2.2 Ảnh hưởng pH kết tủa Ce(OH) 33 3.2.3 Ảnh hưởng việc rửa pha hữu sau chiết .36 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng Na SO 38 3.2.5 Ảnh hưởng chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ 41 3.3 Đề nghị quy trình tách xeri đioxit từ quặng monazite phương pháp axit .44 3.4 Nghiên cứu hình dạng kích thước hạt xeri đioxit 50 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 52 4.1 Kết luận 52 4.2 Đề xuất 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC .54 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Chế hóa quặng phương pháp axit 24 Hình 2.2 Nhiễu xạ tia X 25 Hình 2.3 Quặng monazite nghiền mịn 28 Hình 3.1 Hỗn hợp bùn nhão sau chế hóa 30 Hình 3.2 Kết tủa Ln(OH) 30 Hình 3.3 Dung dịch Ln3+ 31 Hình 3.4 Chiết Ce4+ TBP 32 Hình 3.5 Cất phần nhẹ 32 Hình 3.6 CeO thu từ quy trình quy trình 33 Hình 3.7 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 34 Hình 3.8 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 34 Hình 3.9 CeO thu từ quy trình quy trình 36 Hình 3.10 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 36 Hình 3.11 Rửa pha hữu sau chiết 38 Hình 3.12 Sản phẩm CeO thu từ quy trình quy trình 38 Hình 3.13 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 39 Hình 3.14 Sản phẩm CeO thu từ quy trình 2, quy trình quy trình 40 Hình 3.15 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 41 Hình 3.16 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 41 Hình 3.17 Sản phẩm CeO thu từ quy trình 2, quy trình quy trình 43 Hình 3.18 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 44 Hình 3.19 Phổ XRD CeO thu từ quy trình 44 Hình 3.20 Hỗn hợp bùn nhão sau chế hóa 46 Hình 3.21 Kết tủa Ln(OH) 47 Hình 3.22 Dung dịch Ln3+ 47 Hình 3.23 Kết tủa Ce(OH) 48 Hình 3.24 Chiết Ce4+ TBP 49 Hình 3.25 Cất phần nhẹ 49 Hình 3.26 Ảnh SEM sản phẩm quy trình 52 Hình 3.27 Ảnh SEM sản phẩm quy trình 52 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Phân bố nguyên tố đất vỏ đất 11 Bảng 1.2 Một số tính chất vật lý nguyên tố đất 12 Bảng 1.3 Ứng dụng nguyên tố đất 15 Bảng 1.4 Ứng dụng Xeri 19 Bảng 1.5 Các quặng đất quan trọng 20 Bảng 3.1 Thành phần quặng monazite Phan Thiết 29 Bảng 3.2 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 33 Bảng 3.3 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 36 Bảng 3.4 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 38 Bảng 3.5 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 2, 40 Bảng 3.6 So sánh sản phẩm thu từ quy trình 2, 43 LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam hợp tác với nước khai thác đất từ năm 1960 Với trữ lượng lên đến 22 triệu tấn, giới khoa học đánh giá Việt Nam đứng thứ giới tiềm đất Hằng năm, Việt Nam khai thác nhỏ, cỡ vài chục quặng bastnaesit Đông Pao, vài ngàn quặng monazite hàm lượng 35% - 45% R203 xenotim kèm ilmenit sa khoáng ven biển miền Trung để bán theo đường tiểu ngạch Việc khai thác đất năm 1950, tiên sa khống monazite bãi biển Vì monazite chứa nhiều thorium (Th) có tính phóng xạ ảnh hưởng đến môi trường nên việc khai thác bị hạn chế Vì thế, khai thác khơng quy trình kỹ thuật gây nhiễm mơi trường 17 ngun tố nhóm đất có tính chất hóa học tương tự nên khó tách nguyên tố riêng biệt Chúng dùng để sản xuất linh kiện điện thoại di động, pin mặt trời, nam châm máy phát thủy điện cực nhỏ thiết bị vũ trụ Riêng xeri sử dụng để làm chất xúc tác cơng nghiệp dầu mỏ chất dẻo, q trình luyện kim, sản xuất phẩm màu, bột mài bóng đồ thủy tinh, … Việt Nam nghiên cứu sử dụng đất lĩnh vực công nghiệp, chế tạo nam châm vĩnh cửu, biến tính thép, hợp kim gang, thủy tinh, bột màu, chất xúc tác xử lý khí thải tơ dừng lại quy mơ phịng thí nghiệm bán cơng nghiệp Mặc dù sản lượng monazite Việt Nam đáng kể Song nghiên cứu monazite hạn chế, sa khoáng chủ yếu xuất chủ yếu 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 Vì lý nên tơi chọn đề tài “Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Phan Thiết phương pháp axit ” Monazite (5g) 1) 10 ml H2SO4 đ, 230-250oC, 5h 2) 100 ml H2O cất, để nguội Cát không phản ứng: SiO2, TiO2, ZrSiO4… Dung dịch: Ln ,Th ,H3O+,HSO4-, SO42-, 3+ 4+ Na2SO4(r) Ln2(SO4)3.Na2SO4.nH2O Dd NaOH Ln(OH)3 Dd HNO3 Ln3+ Sơ đồ quy trình tách CeO từ quặng monazite 49 Dd: Th, U,Ln nặng Ln3+ Dd NaOH, pH= 3,8 Dd Ln3+ (- Ce4+) Ce(OH)4 Dd HNO3 Dd Ce4+ 1) TBP 2) H2O2 Dd Ce3+ 1) 80oC (- H2O2) 2) Dd H2C2O4 Ce2(C2O4)3 1) Sấy 100oC 2) Nung 1000oC CeO2 Sơ đồ quy trình tách CeO từ quặng monazite (tiếp theo) 3.4 Nghiên cứu hình dạng kích thước hạt xeri đioxit Với màu sắc sản phẩm thu kết hợp với kết phổ XRD, chọn mẫu sau đo SEM để xác định dạng tinh thể CeO là: - Mẫu sản phẩm quy trình 4: màu trắng ngà, phổ XRD tốt, hiệu suất đạt 43 % - Mẫu sản phẩm quy trình 6: màu đỏ gạch nhạt, phổ XRD tương đối tốt, hiệu suất đạt gần 64 % 50 Hình 3.26 Ảnh SEM sản phẩm quy trình Hình 3.27 Ảnh SEM sản phẩm quy trình Theo hình 3.26 3.27, bột xeri đioxit thu tinh thể có dạng hình tấm, với chiều dài < 10 µm, hình 3.26 cho thấy có kích thước lớn so với hình 3.27, khơng có nhiều vụn nát hình 3.27 51 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận Từ kết thực nghiệm, đưa số kết luận sau: Khi khảo sát khả tách xeri dioxit từ quặng monazite phương pháp axit, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất độ tinh khiết sản phẩm như: kết tủa lại pha vô cơ, rửa lại pha hữu sau chiết, chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+,… Kết nghiên cứu cho thấy giai đoạn then chốt ảnh hưởng đến độ tinh khiết hiệu suất sản phẩm giai đoạn oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ , pH kết tủa Ce(OH) rửa lại pha hữu sau chiết Việc chọn chất oxi hóa hiệu pH kết tủa quan trọng Kết tủa Ce(OH) thu tốt pH khoảng 3,8 Hiệu suất tách CeO cao đạt khoảng 64 %, CeO tinh khiết thu có màu trắng ngà, dạng bột, thu từ trình nung kết tủa oxalate Ce (C O ) 1000oC 4.2 Đề xuất Do thời gian thực đề tài có giới hạn, điều kiện phịng thí nghiệm kinh phí cịn hạn chế, kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều nên kết thu chưa tối ưu mặt hiệu suất Nếu có điều kiện nghiên cứu tiếp tục, sẽ: - Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình chế hóa quặng monazite phương pháp axit -Khảo sát thêm số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách độ tinh khiết sản phẩm để cải tiến quy trình tách CeO từ quặng monazite để nâng cao hiệu suất độ tinh khiết -Nghiên cứu quy trình tách xeri từ quặng monazite theo phương pháp trao đổi ion -Nghiên cứu quy trình tách số nguyên tố đất khác từ quặng monazite để tận dụng dung dịch lọc sau tách kết tủa Ce(OH) -Nghiên cứu sâu ứng dụng nguyên tố đất nói chung xeri nói riêng 52 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 khống 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 (1996), Tính chất lý hóa học chất vơ (Lê Kim Long Hoàng Nhuận dịch), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, tr 420424 [6] Trần Bá Trí (2012), Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Thừa Thiên – Huế phương pháp bazơ, Khoa Hóa, Trường Đai học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh [7] 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 [8] Renata D.Abreu, Carlos A Morais (2010), Purification of rare earth elements from monazite sulfuric acid leach liquor and the production of high- purity ceric oxide, Mineral Engineering 23, p536-540 [9] Dr Corby G Anderson, Dr Patrick R Taylor (2011), Rare earth mineral processing and extractive metallurgy today, The Kroll institute for extractive metallurgy Colorado school of mine, p17 Từ Internet [10] http://vi.wikipedia.org/wiki/Xeri [11] http://vi.wikipedia.org/wiki/Đất_hiếm 53 PHỤ LỤC Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 54 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 55 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 56 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 57 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 58 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 59 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 60 Phụ lục Phổ XRD sản phẩm quy trình 61 Phụ lục Ảnh SEM sản phẩm quy trình 62 Phụ lục 10 Ảnh SEM sản phẩm quy trình 63 ... MINH KHOA HĨA - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT BẰNG PHƯƠNG PHÁP AXIT Chuyên ngành : Hóa Vơ GVHD : TS Phan Thị Hồng Oanh SVTH : Đồn Thị Kim Phượng... 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 Phan Thiết phương pháp axit Thơng qua q trình thực nội dung... gia Do đó, nghiên cứu sâu chi tiết quy trình công nghệ sản xuất đất cần thiết Vì lý nên tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Phan Thiết phương pháp axit ” CHƯƠNG TỔNG