Khảo sát quá trình tách thori oxit từ quặng monazite phan thiết

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH  KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HĨA HỌC Chun ngành: Hóa Vơ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁCH THORI OXIT TỪ QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT Trương Thị Thúy Phượng Khóa 2009 - 2013 TP Hồ Chí Minh, tháng 5/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vơ KHẢO SÁT Q TRÌNH TÁCH THORI OXIT TỪ QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Thị Hoàng Oanh Sinh viên thực hiện: Trương Thị Thúy Phượng TP Hồ Chí Minh, tháng 5/2013 Trang LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô, anh chị bạn bè tạo điều kiện giúp em hoàn thành khóa luận Em xin cảm ơn q thầy Khoa Hóa tạo điều kiện, giúp đỡ chúng em sở vật chất, tài liệu… suốt thời gian thực khóa luận Cảm ơn anh chị chun viên phịng thí nghiệm, Viện khoa học giúp em cơng tác đo phổ, góp ý, bổ sung để đề tài thêm hoàn chỉnh Và em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Phan Thị Hoàng Oanh, giáo viên hướng dẫn, người cho em định hướng để thực khóa luận tốt nghiệp, cô hướng dẫn chúng em phương pháp tốt để tìm hiểu lý thuyết, tham khảo tài liệu Từ đó, trị trao đổi để thực nghiệm cho kết tốt có thể, khơng em cịn học tác phong làm việc khoa học nghiêm túc Ngoài ra, em xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè, người thân ln khuyến khích động viên em qua trình thực đề tài Trang TĨM TẮT Trong khóa luận tốt nghiệp này, chúng tơi khảo sát trình tách thori đioxit từ quặng monazite Phan Thiết phương pháp axit Thơng qua q trình thực nội dung đề tài, từ rút kết luận quy trình có khả cho phép tách ThO tinh khiết, hiệu suất cao điều kiện tối ưu Từ thực nghiệm thu số kết sau: - Chọn phương pháp có hiệu cao phương pháp chế hóa với axit, hiệu suất q trình chế hóa 90% Axit sử dụng axit sunfuric đặc 98%, tỉ lệ axit:quặng 10 ml axit:5 g quặng, thời gian chế hóa - Từ quy trình, tách thori oxit chưa tinh khiết với hiệu suất khoảng 66,16% - pH tối ưu để kết tủa thori hidroxit từ dung dịch chứa Th4+ 3,0 pH cao làm sản phẩm lẫn tạp chất Trang MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Khái niệm phân loại nguyên tố 1.1.1 Khái niệm nguyên tố 1.1.2 Sự phân loại nguyên tố 10 1.1.2.1 Nhóm kim loại nhẹ 10 1.1.2.2 Nhóm kim loại khó nóng chảy (các nguyên tố nặng) 10 1.1.2.3 Nhóm kim loại vi lượng (các nguyên tố phân tán) .11 1.1.2.4 Nhóm nguyên tố đất 11 1.1.2.5 Các nguyên tố phóng xạ .11 1.1.2.6 Nhóm kim khí trơ .11 1.2 Thori 12 1.2.1 Thori đơn chất 13 1.2.2 Thori (IV) đioxit – ThO 13 1.2.3 Thori (IV) hidroxit – Th(OH) 14 1.2.4 Các muối tan thori 14 1.2.5 Trạng thái tự nhiên - ứng dụng .14 1.2.6 Sự phân bố quặng monazite Việt Nam 16 1.3 Monazite 16 1.3.1 Chế hóa axit 16 1.3.2 Chế hóa kiềm 17 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Nội dung nghiên cứu .18 2.2.1 Phương pháp axit phân hủy quặng monazite 18 2.2.2 Phương pháp kết tủa chọn lọc 18 2.2.3 Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF method) 19 2.2.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD method) 19 Trang 2.2.4.1 Điều kiện nhiễu xạ tia X .19 2.2.4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD pattern) 20 2.2.4.3 Nhận biết chất giản đồ XRD 21 2.2.5 Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét ( SEM - Scanning Electrons Microscopy) 21 2.3 Dụng cụ, thiết bị hóa chất 22 2.3.1 Dụng cụ, thiết bị 22 2.3.2 Hóa chất .22 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .23 3.1 Xác định thành phần ThO mẫu quặng Monazite Phan Thiết .23 3.2 Quy trình thực nghiệm .24 3.2.1 Sơ lược quy trình 25 3.2.2 Kết thảo luận 28 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .37 4.1 Kết luận 37 4.2 Kiến nghị 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 PHỤ LỤC 39 Trang DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH Bảng 1.1 Một số đặc điểm nguyên tố actinoit 13 Bảng 1.2 Thành phần chất cát monazite Brazil, Ấn Độ Mĩ 17 Bảng 3.1 Kết phân tích XRF mẫu quặng monazite 26 Bảng 3.2 Thành phần nguyên tố mẫu quặng monazite 26 Hình 1.1 Quặng monazite nghiền mịn 19 Hình 1.2 Sơ đồ chế hóa quặng monazite – phương pháp axit 19 Hình 1.3 Sơ đồ chế hóa quặng monazite – phương pháp kiềm 20 Hình 2.1 Chế hóa quặng monazite phương pháp axit 21 Hình 2.2 Nhiễu xạ tia X 22 Hình 3.1 Quy trình tách ThO2 từ quặng monazite 27 Hình 3.2 Hỗn hợp bùn nhão sau chế hóa 28 Hình 3.3 Dung dịch sau hòa tan kết tủa với HNO 5N 28 Hình 3.4 Dung dịch sau hòa tan với HCl 28 Hình 3.5 Hình rắn A 29 Hình 3.6 Giản đồ XRD mẫu T02413 31 Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu T28313 32 Hình 3.8 Giản đồ XRD mẫu T29313 33 Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu T13313 34 Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu T21313 35 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu T6313 36 Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu T29313 37 Hình 3.13 Ảnh SEM mẫu T13313 38 Trang MỞ ĐẦU Quặng monazite quặng chứa nhiều thori thành phần khống có giá trị quí nước ta nhiều nước giới Nó thường có mặt cát đen Cát đen loại cát mịn bóng có màu đen có từ tính, tìm thấy lớp bồi tích phù sa, hỗn hợp nhiều loại khoáng chất monazite, zircon, ilmeniten nên cát đen có chứa nhiều kim loại có giá trị nguyên tố đất hiếm, thori, titan, vonfram, zircon nhiều nguyên tố khác, biết đến với nhiều ứng dụng thực tế lĩnh vực kinh tế ngành công nghiệp Việc tách thori từ quặng monazite nhiều nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu, vấn đề mẻ chưa nghiên cứu kỹ mỏ khoáng sản Việt Nam nói chung Bình Thuận nói riêng Vì vậy, chúng tơi định thực đề tài “ Khảo sát trình tách thori oxit từ quặng monazite Phan Thiết” để hiểu rõ trình tách chiết thori oxit, đồng thời khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình nhằm mang lại hiệu suất cao Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Khái niệm phân loại nguyên tố 1.1.1 Khái niệm nguyên tố [1] Các nguyên tố nguyên tố có trữ lượng lịng đất nhỏ có trữ lượng lớn độ tập trung mỏ khai thác thấp thường bị lẫn tạp chất khó tách rời Các nguyên tố có tính chất hóa học, lý học đặc trưng thường làm cho việc chuyển từ quặng thành nguyên tố tinh khiết gặp nhiều khó khăn Chính mà khả sử dụng nguyên tố hạn chế Nguyên tố nguyên tố có số crark thấp Chỉ số crark khối lượng nguyên tố vỏ trái đất Các nguyên tố có giá trị crark nhỏ 0,01% Nhưng có nguyên tố có số crark nhỏ 0,01% lại không gọi nguyên tố Au, Ag Ngược lại có nguyên tố có số crark > 0,01% lại gọi nguyên tố vanadi Trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật ngày người ta dùng nhiều số nguyên tố chưa thông dụng gọi nguyên tố Việc sử dụng nguyên tố tạo bước tiến lớn lao nghiên cứu khoa học nhiều ngành kỹ thuật đại, tiến không ngừng phát triển với tốc độ ngày lớn Tuy nhiên chưa có tổng kết tồn cơng trình nghiên cứu phương pháp điều chế ứng dụng nguyên tố Quặng nguyên tố 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 khơng thể so sánh với phương pháp điều chế nguyên tố thơng dụng trước hết phải nắm phương pháp tách nguyên tố cần điều chế khỏi ngun tố khác có tính chất hóa học tương tự có lẫn quặng Các phương pháp tách phải dựa theo kiến thức hóa học, vật lý số ngành khoa học ứng dụng khác Ngồi vấn đề ra, phương pháp tách khơng theo quy trình cho sẵn mà phải tự nghiên cứu để sáng tạo phương pháp, nhiều nước cơng nghiệp phát triển tập trung chuyên gia tiền để nghiên cứu phục vụ cho Trang nhu cầu họ Các ngun tố khơng thành lập thành nhóm riêng nguyên tố đất Đặt tên nguyên tố quy ước sở ngun tố có tự nhiên việc khai thác ứng dụng kỹ thuật có vị trí đặc biệt mà nguyên tố khó điều chế dạng tinh khiết, trước hết có lực đặc biệt với bầu khí thứ hai có lẫn ngun tố hồn tồn khơng dùng khoa học kỹ thuật, ngày nhiều nguyên tố sử dụng phổ biến kỹ thuật Một loạt ngành khoa học, kỹ thuật đại khơng thể hoạt động khơng có nguyên tố Như vậy, từ gọi tùy theo thời điểm thay đổi Ví dụ nhơm trước điều chế đắt tiền lúc người ta chưa sản xuất lớn nguyên tố dạng tinh khiết, nguyên tố Ngày nhôm trở thành nguyên tố phổ biến Như hiểu khái niệm “hiếm” theo phát triển có tính chất lịch sử theo mức độ sử dụng ngun tố giới Một ví dụ khác: không cho vàng nguyên tố prazeodim trữ lượng đất nhiều vàng gấp 1000 lần lại coi nguyên tố Tóm lại nguyên tố gọi gồm nguyên nhân sau:  Trữ lượng lịng trái đất ít, thường < 0,01%  Tổng trữ lượng có lịng trái đất độ tập trung mỏ khai thác thấp thường có lần nhiều tạp chất khơng có giá trị gì, có nghĩa khơng có mỏ có trữ lượng đủ để khai thác lớn  Có tính chất hóa học vật lý làm cho việc chuyển từ quặng sang nguyên tố khó khăn  Khả sử dụng hạn chế có trữ lượng tương đối lớn có nguyên tố khác thay với giá trị tương tự khai thác thuận lợi nhiều Trang Peak mẫu thực nghiệm (d) 3,24467 Tương quan với peak chuẩn + 2,82330 2,77013 1,99138 1,69764 + + Mũi tách đôi, khơng phù hợp Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu T21313 + Peak chuẩn ThO có trùng với peak mẫu thực nghiệm + Mũi peak tách đôi 2𝜃 = 32 không phù hợp với peak chuẩn Kết phổ T6313: pH = 2,0; pH = 2,3; pH = 3,7: Peak mẫu thực nghiệm (d) 3,25604 2,78220 2,72598 1,97196 Tương quan với peak chuẩn + + - + Peak mẫu thực nghiệm (d) 1,93074 1,69367 1,64844 Tương quan với peak chuẩn - + - Trang 33 Hình 3.11 Giản đồ XRD mẫu T6313 Trang 34 + Có peak chuẩn ThO (dạng thorianite) trùng với peak mẫu thực nghiệm + Đồng thời có peak trùng với peak chuẩn oxit ceri (Ce O 12 ) oxit urani (UO )  ThO xuất mẫu với tạp chất, sản phẩm thu có màu trắng ngà vàng  Nâng pH làm tăng lượng oxit thori thu kết tủa pH , việc tăng pH nhận xét làm lẫn oxit Ln(III) sản phẩm thu  Ở mẫu QT2pH2-4,2 với giá trị pH tương ứng với mẫu T6313 thu đươc sản phẩm có màu với thực nghiệm màu trắng ngà, lẫn hạt vàng, kết luận lẫn tạp chất  So với luận văn năm trước kết giống nhau, với pH = sản phẩm thu có lẫn hạt vàng lẫn nhiều tạp chất Với kết thu từ phương pháp nhiễu xạ tia X, chúng tơi chọn mẫu có giản đồ XRD tốt đo SEM để xác định dạng tinh thể ThO là: + Mẫu T29313: pH = 1,5; pH = 2,3; pH = 3,0; có dạng hạt đồng đều, màu trắng + Mẫu T13313: pH = 2,0; pH = 2,3; pH = 3,0; có dạng hạt đồng hơn, màu trắng kem ~ 2𝜇𝑚 ~5𝜇𝑚 Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu T29313 Trang 35 ~ 2𝜇𝑚 ~ 5𝜇𝑚 Hình 3.13 Ảnh SEM mẫu 13313 Theo hình 3.11 3.12, bột thori oxit thu dạng tinh thể hình tấm, nhiều chồng lên với chiều dài < 5𝜇𝑚 Trang 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Từ kết thực nghiệm, đưa số kết luận sau: - Chưa tách ThO tinh khiết - Sản phẩm ThO thu với hiệu suất cao đạt 66,17% cịn lẫn tạp chất pH = 3,0 - Thori oxit thu chưa thật tinh khiết với phương pháp kết tủa chọn lọc Vì vậy, kết hợp phương pháp chiết để thu sản phẩm tinh khiết 4.2 Kiến nghị Vì thời gian thực đề tài có giới hạn, điều kiện phịng thí nghiệm cịn hạn chế kinh nghiệm làm nghiên cứu chưa nhiều nên kết thu chưa tối ưu mặt hiệu suất sản phẩm chưa tốt Từ đó, chúng tơi đề xuất số định hướng phát triển đề tài sau: - Nghiên cứu khả tách ThO tinh khiết phương pháp chiết với dung mơi thích hợp (ví dụ TBP, metyl isobutyl ceton…) để thu sản phẩm có độ tinh khiết cao - Khảo sát tổng quát trình tách thori nguyên tố đất từ quặng monazite Phan Thiết - Nghiên cứu sâu ứng dụng hợp chất chứa thori (oxit muối thori…) - Đi sâu nghiên cứu tác nhân khử hóa Ce(IV) thành Ce(III), tăng hiệu phương pháp kết tủa chọn lọc - Nghiên cứu tính phóng xạ sản phẩm thu được, ứng dụng thori oxit ngành công nghiệp hạt nhân Trang 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Phạm Đức Roãn, Nguyễn Thế Ngơn (2008), Hóa học ngun tố hóa phóng xạ, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội [2] R.A.Liđin, V.A.Molosco, L.L Anđreeva (2001), Tính chất lý hóa học chất vơ cơ, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Phan Thị Hoàng Oanh (2011), Bài giảng Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vơ cơ, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [4] Hồng Nhâm (2000), Hóa học Vơ cơ, Tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội [5] Nguyễn Hoàng Vũ (2012), Khóa luận tốt nghiệp: “Khảo sát q trình tách thori đioxit từ tinh quặng monazite Thừa Thiên – Huế”, Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh [6] Bùi Tất Hợp, Trịnh Đình Huấn, “báo cáo đất – Tổng quan đất Việt Nam”, Lưu trữ Tổng hội Địa chất Việt Nam Tài liệu tiếng nước [7] Friedrich Gottdenker, Process for the separation of thorium, cerium and rare earth starting from their oxides and hydroxides, United States Patent 3111375 (Nov 19, 1963) [8] Grover L Bridger, Marvin E Whatley, Kernal G Shaw, Separation process for thorium salts, United States Patent 2815262 (June 24, 1952) [9] Ian C Kraitzer, Process for extraction of thoria and ceria from rare earth ores, United States Patent 3252754 (May 24, 1966) Tài liệu từ Internet [10] http://mindat.org/min-2750.html [11] http://en.wikipedia.org/wiki/Monazite Trang 38 PHỤ LỤC ~ 2𝜇𝑚 ~5𝜇𝑚 Phụ lục Ảnh SEM mẫu T29313 Trang 39 ~ 5𝜇𝑚 ~ 2𝜇𝑚 Phụ lục Ảnh SEM mẫu 13313 Trang 40 Trang 41 Phụ lục Giản đồ XRD mẫu 02413 Trang 42 Trang 43 Phụ lục Giản đồ XRD mẫu 29313 Trang 44 Trang 45 Trang 46 Phụ lục Giản đồ XRD mẫu T21313 Trang 47 ... vậy, định thực đề tài “ Khảo sát trình tách thori oxit từ quặng monazite Phan Thiết? ?? để hiểu rõ trình tách chiết thori oxit, đồng thời khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình nhằm mang lại hiệu suất... phẩm có độ tinh khiết cao - Khảo sát tổng quát trình tách thori nguyên tố đất từ quặng monazite Phan Thiết - Nghiên cứu sâu ứng dụng hợp chất chứa thori (oxit muối thori? ??) - Đi sâu nghiên cứu... LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HĨA HỌC Chun ngành: Hóa Vơ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH TÁCH THORI OXIT TỪ QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Thị Hoàng Oanh Sinh viên thực hiện: Trương Thị