Nghiên cứu thu hồi và định hướng ứng dụng kim loại đất hiếm trong các thiết bị điện, điện tử (tt)

MỞ ĐẦU Lý thực đề tài Chất thải điện, điện tử xếp vào loại chất thải nguy hại So với loại chất thải khác số lượng chúng không lớn nguy mức độ độc hại chất thải điện tử không thu gom xử lý phương pháp nguy hiểm Về lâu dài, chất thải gây hủy hoại môi trường sống sức khỏe người Trong chất thải điện tử ln tồn tại, sẵn có ngun tố có ý nghĩa phát triển cơng nghiệp lồi người số nguyên tố kim loại đất Trong năm gần cho thấy kim loại đất có gia tăng phạm vi ứng dụng, đặc biệt lĩnh vực công nghệ cao Trung Quốc quốc gia cung cấp cho giới giảm xuất gây sức ép cho nước phát triển Đức, Mỹ khu vực Châu Á Nhật Bản, Hàn Quốc thúc đẩy nghiên cứu xây dựng qui trình thu hồi kim loại đất chất thải điện tử Mục tiêu nghiên cứu luận án thu hồi tổng kim loại đất với nguyên tố Nd, Pr, Dy, Tb có phận nam châm ổ cứng máy tính thải bỏ phương pháp hóa học Sản phẩm đất thu hồi sử dụng để tổng hợp thành vật liệu nano perovskite phương pháp sol-gel Vật liệu tạo có hoạt tính, sử dụng làm chất xúc tác quang xử lý chất nhuộm màu Tại Việt Nam, việc tái chế thu hồi chủ yếu thực kim loại q đồng, chì, vàng số kim loại khác từ mạch máy vi tính, điện thoại di động… kim loại đất cịn ít, chủ yếu dựa vào hỗ trợ công nghệ Nhật Bản Trung Quốc Các nghiên cứu hầu hết lĩnh vực khai thác khoáng sản, thu hồi từ nguồn bã thải sau trình tuyển quặng, chế biến thành sản phẩm phụ phân bón nghiên cứu từ tinh quặng Trong năm vừa qua có số đề tài nghiên cứu thu hồi kim loại đất thiết bị điện tử đối tượng khác mức độ thử nghiệm Xuất phát từ thực tiễn tác giả lựa chọn hướng nghiên cứu luận án tiến sỹ “Nghiên cứu thu hồi định hướng ứng dụng kim loại đất thiết bị điện, điện tử” Mục tiêu nghiên cứu - Thu hồi kim loại đất phận nam châm có ổ cứng máy tính thải bỏ Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng điều kiện tối ưu tới q trình hịa tách thu hồi đất qui mơ phịng thí nghiệm - Tổng hợp vật liệu Perovskite từ hỗn hợp tổng đất thu hồi có thành phần Nd đánh giá hoạt tính quang xúc tác vật liệu Phạm vi nghiên cứu luận án Tập trung nghiên cứu q trình hịa tách thu hồi đất Nd, Pr, Dy, Tb từ nam châm thải bỏ ổ cứng máy tính, loại nam châm khó tái sử dụng trực tiếp qui mơ phịng thí nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án - Ý nghĩa thực tiễn luận án tận dụng nguồn chất thải điện tử, thu hồi tái sử dụng nguồn kim loại đất - loại khống sản khơng tái tạo được, có vai trị quan trọng lĩnh vực công nghiệp Giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thúc đẩy ngành công nghiệp tái chế chất thải Việt Nam đem lại hiệu kinh tế cho xã hội - Ý nghĩa khoa học luận án phương pháp hóa học thu hồi tổng kim loại đất phận nam châm thải phù hợp với điệu kiện kỹ thuật Việt Nam Từ sản phẩm thu hồi tổng hợp vật liệu có ý nghĩa lĩnh vực xử lý môi trường Luận án đạt số kết sau: Đã thu hồi tổng hợp vật liệu perovskite theo phương pháp sol-gel từ hỗn hợp kim loại đất thu hồi được, vật liệu tổng hợp có khả quang xúc tác phân hủy chất màu (xanh metlen) cho định hướng ứng dụng xử lý chất thải Đã nghiên cứu đề xuất qui trình tổng thể từ thu gom, tiền xử lý, hòa tách thu hồi kim loại đất tổng hợp vật liệu perovskite đất từ phận nam châm ổ cứng thải bỏ Cấu trúc luận án: Luận án gồm 114 trang với phần: Mở đầu (03 trang); Chương - Tổng quan (34 trang); Chương - Thực nghiệm phương pháp phân tích (27 trang); Chương - Kết thảo luận (50 trang); Kết luận kiến nghị (01 trang); Tài liệu tham khảo (131 tài liệu); Danh mục cơng trình cơng bố luận án (4 cơng trình); Luận án có 29 bảng, 61 hình vẽ đồ thị CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Chất thải điện, điện tử thành phần đất thiết bị điện, điện tử 1.2 Thu hồi kim loại đất chất thải điện, điện tử 1.3 Giới thiệu vật liệu Perovskite phương pháp tổng hợp 1.4 Ứng dụng vật liệu perovskite đất CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ 2.1 Đối tượng hóa chất nghiên cứu Mẫu nam châm đất thu hồi từ ổ cứng máy tính - HDD thải bỏ Việt Nam có thành phần tổng khối lượng kim loại đất chiếm tới 26% tổng trọng lượng nam châm Trong nhiều Nd chiếm 20,87 %; Pr 3,56 %; Dy 1,25%; Tb 0,14 % 2.2 Quy trình nghiên cứu Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu chung luận án 2.3 Nội dung hoạt động nghiên cứu Để thực mục tiêu đặt nghiên cứu, luận án tiến hành hoạt động nghiên cứu thể Hình 2.3 Hình 2.3 Sơ đồ qui trình nghiên cứu tổng thể Trong nhiệm vụ luận án * Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng tới q trình hịa tách - Ảnh hưởng nhiệt độ nung tới hiệu suất hòa tách; - Ảnh hưởng nồng độ axit thời gian phản ứng tới hiệu suất hòa tách; - Ảnh hưởng cấp hạt thời gian phản ứng tới hiệu suất hòa tách; - Ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng tới hiệu suất hòa tách * Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến thu hồi đất - Kết tinh chọn lọc tạo muối sunphat kép natri - Tạo kết tủa oxalat * Tổng hợp vật liệu perovskite phương pháp Sol – Gel đánh giá hoạt tính vật liệu 2.3 Phương pháp phân tích CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Quá trình tiền xử lý thu hồi nam châm ổ cứng thải bỏ Khối lượng phận nam châm đất có ổ cứng máy tính hãng khác nhau, hãng Quantium có khối lượng cao 14,59 gam, hãng Seagate thấp 4,81gam Khối lượng trung bình loại ổ cứng 7,89 gam tương ứng 1,6% trọng lượng toàn ổ cứng Bảng 3.1 Khối lượng thành phần phận ổ cứng máy tính TT Khối lượng phận theo loại ổ cứng (gam) Western Trung Samsung Seagate Maxtor Quantium Digital bình Bộ phận Vỏ ổ cứng, ổ bi, vịng đệm, ốc vít Đầu ghi, cuộn dây điều khiển Đĩa quang Bảng mạch điện tử Đệm nhựa, đệm lót mạch, Khung gắn nam châm Nam châm đất 407.37 361,1 294,2 394,67 401,7 378,4 20,73 14,69 11,77 21,12 20,1 17,68 22,74 22,85 22,93 22,97 18,18 21,93 27,15 26,75 17,22 28,57 26,98 25,33 2,65 1,78 0,71 2,47 4,04 2,33 27,01 24,35 25,77 39,49 46,41 32,61 5,71 6,36 4,81 7,99 14,59 7,89 Kết phân tích thành phần bột nam châm đưa bảng 3.2 hai phương pháp đo EDX ICP Bảng 3.2 Hàm lượng kim loại mẫu bột nam châm Nguyên tố Kim loại đất Nd Pr Dy Tb Fe Na B Kim loại thường Co Al Kết ICP 20,87 3,56 1,25 0,14 62,17 0,36 0,81 0,69 Kết EDX 31,04 4,69 - - 54,31 - - - 9,95 (Ni, Cr, Cu kim loại khác) 9,57 (O kim 0,39 loại khác) 0,20 3.2 Hòa tách, thu hồi kim loại đất từ nam châm 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nung xử lý nam châm Nhiệt độ nung xử lý vật liệu ban đầu yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hòa tách, nghiên cứu bột nam châm nung xử lý mức nhiệt độ 300, 500, 700 900 C Kết khảo sát cho thấy hiệu suất hòa tách bột nam châm sau 10 phút mẫu nam châm nung nhiệt độ 300 C đạt tới 93,8%, với mẫu nam châm nung nhiệt độ cao hiệu suất hịa tan mẫu giảm nhanh nhiệt độ 500 C hiệu suất đạt 25 %; nhiệt độ 700 C 12 % nhiệt độ 900 C lại % Hình 3.3 Hiệu suất hịa tách thu hồi tổng đất theo nhiệt độ nung Qua kết khảo sát cho thấy nhiệt độ nung xử lý mẫu nam châm khơng thực nhiệm vụ khử từ mà cịn có ảnh hưởng tới khả hịa tan mẫu axít Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - R04 200 190 180 170 160 150 140 130 Lin (Cps) 120 110 100 90 d=2.295 d=2.131 80 70 d=1.708 d=1.962 d=1.887 d=2.099 d=2.064 d=2.177 d=2.407 d=2.350 d=1.854 20 d=3.300 30 d=3.565 d=6.155 40 d=5.555 50 d=2.510 d=2.772 d=2.714 60 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: HungBK R04.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 Hình 3.4a Giản đồ XRD mẫu nam châm nung nhiệt độ 300C Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - R07 d=2.700 200 190 180 170 160 d=2.519 150 140 130 d=1.714 20 d=1.940 30 d=1.890 40 d=1.485 d=2.205 d=3.884 50 d=2.608 60 d=3.431 70 d=1.841 d=3.687 80 d=1.453 90 d=1.597 d=1.578 100 d=1.693 d=2.748 110 d=3.305 Lin (Cps) 120 10 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: HungBK R07.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 9.932 ° - End: 69.944 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 9.932 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 m 01-087-1164 (C) - Hematite - alpha-Fe2O3 - Y: 77.33 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.03530 - b 5.03530 - c 13.74950 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - - 301.904 - I 01-088-0477 (C) - Neodymium Iron Oxide - NdFeO3 - Y: 30.13 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 5.58700 - b 7.76100 - c 5.45050 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pnma (62) - - 236.3 Hình 3.4d Giản đồ XRD mẫu nam châm nung nhiệt độ 900C Mẫu nam châm nung nhiệt độ cao 500, 700 900 C kết phân tích XRD cho thấy pha cấu trúc kim loại mẫu nam châm có thay đổi Ở góc 2 xuất hình thành pha oxit kim loại sắt neodym Fe2O3 có cấu trúc Rhombo.H axes NdFeO3 có cấu trúc Orthormobic 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ axit thời gian hòa tách tới hiệu suất hòa tách Việc lựa chọn nồng độ axit phù hợp để hòa tách có vai trị quan trọng, nồng độ axit thấp cao tạo cho phản ứng xảy chậm nhanh mạnh mẽ Tuy nhiên tương ứng với việc tiêu tốn nhiều hóa chất Như với nồng độ axit thấp giảm thiểu phát thải mơi trường khí thải tạo q trình hịa tách, nước thải có tính chất axit ăn mịn thiết bị q trình hóa tách đặc biệt cơng nghiệp Phương trình phản ứng hịa tách bột nam châm axit sunfuric có nồng độ thấp biểu diễn phương trình sau: xM + yH2SO4 = Mx(SO4)y + yH2  (3.1) 2RE + 3H2SO4 = RE2(SO4)3 + 3H2 (3.2) 2Fe + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2 (3.3) Kết khảo sát cho thấy với khoảng thời gian phản ứng ngắn 10 phút hiệu suất hòa tách cực đại đạt 82 % Hiệu suất hòa tan bột nam châm thấp với tất khoảng nồng độ axit H2SO4 Nhưng với thời gian phản ứng lớn 10 phút hiệu suất đạt tới lớn hớn 95% Kết đánh giá thể Hình 3.5 Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ axit H2SO4 thời gian hịa tách 3.2.3 Ảnh hưởng kích thước hạt bột nam châm tới hiệu suất hòa tách Một yếu tố ảnh hưởng tới q trình hịa tách kích thước hay diện tích bề mặt vật liệu hòa tách Chúng giúp cho tiếp xúc pha lỏng pha rắn tốt hơn, giúp cho phản ứng xảy nhanh tốt Trong thực nghiệm, nam châm sau khử từ hoàn toàn, đem nghiền phân chia thành khoảng cấp hạt 1÷0,71; 0,71÷0,5; 0,5 ÷0,25; 0,25÷0,09; < 0,09 mm Hình 3.6 Hiệu suất hịa tách mẫu bột nam châm theo cấp hạt khác Kết đánh giá hiệu suất thể Hình 3.6 phản ánh theo qui luật tương đồng với kết nghiên cứu khác cấp hạt nhỏ, diện tích bề mặt vật liệu lớn, điều làm tăng diện tích tiếp xúc pha rắn với pha lỏng axit làm cho hiệu suất hòa tách tốt cao Trong kết thực nghiệm cho thấy, với khoảng thời gian phản ứng hịa tách ngắn 7,5 phút hiệu suất hòa tan thấp Như với cấp hạt nhỏ 0,09 mm, hiệu suất hòa tách cực đại đạt 83 % Nhưng thời gian phản ứng lớn 10 phút hiệu suất đạt 95% 3.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn/lỏng đến hiệu suất hòa tách Một yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất hịa tách tỉ lệ lượng chất rắn dung dịch hòa tách Như biết phản ứng hóa học xảy nhanh mạnh dư nhiều axit dùng dịch bị bão hịa nhiên dẫn đến việc dư nhiều axit điều tạo lượng nước thải có tính axit cao thải vào mơi trường Hình 3.7 Hiệu suất hòa tách mẫu bột nam châm theo tỉ lệ rắn/lỏng Kết thể Hình 3.7 cho thấy tỉ lệ rắn/lỏng đến 3g/100 mL hiệu suất hòa tan bột nam châm đạt 65 % Khi ta giảm tỉ lệ rắn/lỏng từ 2g/100 mL trở xuống khoảng thời gian phản ứng 10 phút hiệu suất hòa tan bột nam châm lớn 95 % 3.3 Thu hồi tổng kim loại đất phương pháp kết tủa Mục tiêu nghiên cứu thu hồi kim loại đất dạng tổng sản phẩm đất thu hồi sử dụng làm vật liệu cho trình tổng hợp vật liệu perovskite giai đoạn sau Nhiệm vụ giai đoạn thu hồi tối đa kim loại đất loại bỏ kim loại khác thành phần nam châm Nghiên cứu sinh lựa chọn phương pháp thu hồi dựa q trình hai bước kết tinh chọn lọc tạo muối sunphat kép kim loại đất với natri, sau thu hồi tổng đất cách kết tủa muối oxalat Bước tạo muối phức natri sunphat xem bước trung gian nhằm loại bỏ bớt kim loại khơng mong muốn Phương trình phản ứng sau 2RE2(SO4)3 + 2Na2SO4 ⇌ 4NaRE(SO4)2 (3.4) 2Nd2(SO4)3 +Na2SO4 ⇌ 4NaNd(SO4)2 (3.5) Hình 3.8 Hiệu suất thu hồi đất phương pháp kết tủa muối phức NaNd(SO4)2 Kết cho thấy, với mẫu bột nam châm hòa tan axit có nồng độ thấp 0,5 M sau bổ sung muối Na 2SO4 việc hình thành muối phức xảy khó khăn, hiệu suất thu hồi đất từ dung dịch tối đa đạt 38% mức tỉ lệ 3:1 Nguyên nhân tỉ lệ nước axit có dung dịch hịa tách lớn ảnh hưởng tới trình tạo muối kép Còn với nồng độ axit hòa tách lớn M, việc hình thành muối kép tốt mạnh mẽ Sau thời gian phản ứng tạo kết tủa tạo muối phức sau giờ, hiệu suất thu hồi kim loại đất lên tới 98% Kết phù hợp với ngiên cứu trước đây, điều kiện mơi trường dung dịch hịa tách có giá trị pH thấp điều kiện tối ưu cho việc hình thành muối phức với kim loại đất giảm thiểu việc hình thành muối phức với kim loại khác với sắt Bên cạnh cho thấy tăng tỉ lệ mol 10 muối natri sunphat hiệu suất thu hồi kim loại đất tăng thêm nhiên điều làm tăng việc tạo muối sunphat kép với kim loại khác với sắt Kết đo XRD thể hình 3.9 cho thấy muối tạo muối NaRE(SO4)2.2H2O TienBK 400 d=1.220 d=1.315 d=1.273 d=1.257 d=1.293 d=1.377 d=1.368 d=1.356 d=1.462 d=1.444 d=1.586 d=1.561 d=1.487 d=1.533 d=1.624 d=1.747 d=1.727 d=1.707 d=1.676 d=1.828 d=2.152 d=2.070 d=2.016 d=1.990 d=1.960 d=1.923 d=2.367 d=2.472 d=2.285 d=2.250 d=2.203 d=2.942 d=2.709 d=3.371 100 d=4.416 d=4.298 d=1.863 d=3.492 d=5.489 200 d=6.062 Lin (Cps) d=3.024 d=2.843 300 10 20 30 40 50 60 70 80 2-Theta - Scale TienBK - File: TienBK.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 1.771 ° - End: 79.825 ° - Step: 0.020 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Theta: 1.771 ° - Theta: 1.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - Aux1: 00-040-1481 (I) - Sodium Neodymium Sulfate Hydrate - NaNd(SO4)2·H2O - Y: 85.25 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 6.98110 - b 6.98110 - c 12.88400 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - Hình 3.9 Giản đồ XRD mẫu muối sunphat kép đất thu hồi Muối sunphát kép sau lọc khỏi dung dịch, sấy khơ hịa tan lại nước cất biểu diễn phương trình phản ứng 3.6 Với trình ta cần tiêu tốn lượng nước lớn với tỉ lệ rắn lỏng lên tới 1:200 hịa tan lại NaOH lỗng để phản ứng xảy nhanh hơn, nhiên cẩn sử dụng thêm hóa chất Phản ứng hòa tan muối phức thể công thức 3.6 NaRE(SO4)2 + H2O ⇌ RE2(SO4)3 + Na2SO4 (3.6) Sau hòa tan, tiến hành kết tủa axit oxalic RE2(SO4)3 + H2C2O4 = RE2(C2O4)3 + H2SO4 (3.7) Kết phân tích mẫu muối tổng oxalat đất thu hồi phương pháp XRD thể hình 3.10 phương pháp ICP EDX thể bảng 3.3 cho thấy thành phần kim loại mẫu muối oxalat thu hồi hoàn toàn kim loại đất Bảng 3.3 Kết hàm lượng kim loại muối oxalat Nguyên tố Nd Pr Khối lượng (mg/L) 177,87 33,47 11 Khối lượng theo EDX (%) 76,46 14,81 Dy Tb Fe 6,08 2,03 KPH 5,54 3,19 KPH Bằng qui trình thu hồi hai bước với bước tạo muối sunphat kép bước hai tạo muối oxalat thu hồi tổng kim loại đất có phận nam thải bỏ với hiệu suất thu hồi lên tới 97% Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - R02 1500 1400 1300 1200 1100 d=6.717 d=6.572 900 800 700 d=2.042 d=2.181 d=2.329 d=2.261 d=2.235 d=2.406 d=3.012 100 d=2.837 d=2.774 d=2.720 d=2.658 d=2.609 d=3.064 d=2.963 d=3.699 d=5.118 d=4.362 d=4.276 d=4.072 200 d=5.290 300 d=4.502 d=6.020 400 d=5.463 d=7.008 500 d=3.397 600 d=3.511 d=4.960 Lin (Cps) d=4.813 1000 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale File: HungBK R02.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 70.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 13 s - 2-Theta: 10.000 ° - Theta: 5.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 ° - X: 0.0 00-020-0764 (I) - Neodymium Oxalate Hydrate - C6H20Nd2O22/Nd2(C2O4)3·10H2O - Y: 25.00 % - d x by: - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 11.19100 - b 9.61200 - c 10.25700 - alpha 90.000 - beta 114.400 - gamma 90.000 - Hình 3.10 Giản đồ XRD mẫu bột sau kết tủa muối oxalat đất 3.4 Tối ưu hóa q trình hịa tách để thu hồi kim loại đất Q trình hịa tách vật liệu nói chung bột nam châm nói riêng bước có vai trò quan trọng Việc đánh giá yếu tố ảnh hưởng, tìm mối tương quan yếu tố xác định khoảng thông số tối ưu giúp đạt hiệu suất hòa tách tốt Việc nghiên cứu tối ưu hóa giúp hạn chế sử dụng thừa hóa chất, tốn lượng thời gian sử dụng thiết bị thực tế sản xuất điều ảnh hưởng đến chi phí Các khảo sát ban đầu với yếu tố nồng độ axit, tỉ lệ rắn lỏng, thời gian hòa tách, cấp hạt nhiệt độ nung tiền xử lý mẫu đánh giá mối quan hệ tất yếu tố nhiệm vụ phức tạp Do nghiên cứu giai đoạn này, nghiên cứu sinh lựa chọn ba yếu tố dường có ảnh hưởng thực tế yếu tố dễ nhận thấy, kích thước hạt, nồng độ axit thời gian hòa tách Như đề cập, q trình nghiền phải tiêu tốn lượng, kích thước nhỏ, đồng 12 tốn lượng; Nồng độ axit gây tiêu tốn hóa chất, ảnh hưởng tới thiết bị tạo nước thải tác động đến môi trường; Thời gian phản ứng ảnh hưởng tới việc sử dụng thiết bị sản xuất công nghiệp Bảng 3.4 Giá trị hiệu suất kế hoạch quy hoạch thực nghiệm Nội dung Nhân kế hoạch Các điểm Tâm kế hoạch Tên thí nghiệm Hiệu suất hịa tách, % N1 72,4 N2 78,8 N3 94,3 N4 99,4 N5 26,8 N6 39,4 N7 73,4 N8 78,2 N9 60,2 N10 86,8 N11 41,3 N12 90,3 N13 99,3 N14 52,3 N15 79,6 N16 81,2 N17 80,1 N18 80,6 N19 82,3 N20 81,6 Với phương pháp bậc tâm xoay sử dụng phương trình hồi quy lựa trọn có dạng: y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 + b11x12 + b22x22 + b33x32 (3.8) Trong y: hiệu suất hịa tách tổng đất hiếm; b0, bj (j=1-3), bij (i≠j) bjj hệ số hồi quy Vậy phương trình hồi quy trình hòa tách là: y = 80,97 + 5,39x1 + 15,39x2 -15,08x3 + 5,36x2x3 -2,80x12 -5,52x22 (3.10) 13 Hình 3.14a Phân bố hiệu suất hòa tách cấp hạt thời gian nồng độ axit Tối ưu hóa điều kiện q trình hịa tách Từ kết phân tích, phần mềm Modde 5.0 hỗ trợ đưa điều kiện tối ưu để đạt hiệu suất hòa tách tối đa bột nam châm đất sau: nồng độ axit sunphuric để hòa tách có nồng độ 1,2M, thời gian khuấy trộn hịa tách 14,9 phút với tốc độ khuấy 200 vòng / phút, tỉ lệ gắn lỏng 2g /100ml đường kính hạt 0,2 mm Hiệu suất lý tưởng mơ hình đưa để hịa tách bột nam châm thu hồi kim loại đất đạt tới 99,9 Tuy nhiên kết thử nghiệm hòa tách thực tế mẫu theo thông số mà hô hình đưa với kết đạt sau với mẫu TN01 97,8 %, TN02 99,3 % TN03 98,2 % Kết đánh giá lại cho thấy áp dụng vào sản xuất cơng nghiệp cho việc hòa tách thu hồi kim loại đất từ nam châm thải bỏ thiết bị điện tử, đặc biệt với nam châm có kích thước nhỏ áp dụng nghiên cứu để thực bước nghiên cứu 3.5 Đánh giá sơ chi phí hóa chất cho q trình thu hồi Nghiên cứu nghiên cứu sinh bước nghiên cứu ban đầu, thực thiết bị phịng thí nghiệm chưa phải thiết bị công nghiệp hay qui mô pilot với hóa chất sử 14 dụng chủ yếu hóa chất phân tích Do với kinh nghiệm hạn chế dám đưa khái toán chi phí tiêu hao hóa chất dùng để thu hồi kim loại đất tới dạng tổng Phù hợp với mục tiêu thu hồi nhằm khơng gây lãng phí tài ngun, bảo vệ mơi trường với hy vọng đem lại phần hiệu kinh tế sử dụng để chế tạo vật liệu Bảng 3.6 Chi phí lượng hóa chất dùng thu hồi kim loại đất Khối lượng nam châm Lượng kim loại đất thu hồi 1000 g (từ 125 ổ cứng) 235 g Lượng hóa chất sử dụng Khối lượng Đơn giá Thành tiền Hóa chất / Xuất xứ (Kg) (VNĐ/Kg) (VNĐ) I Theo loại hóa chất dùng phân tích H2SO4 Merck/Đức 2,0 400,000 800,000 Na2SO4 Merck/Đức 0,6 320,000 192,000 H2C2O4 Merck/Đức 1,5 200,000 320,000 Nước cất (lít) Việt Nam 100 500 50,000 Tổng chi phí hóa chất loại phân tích cần sử dụng 1,922,000 II Theo loại hóa chất dùng công nghiệp H2SO4 Vietchem/Việt Nam 2,0 4,000 12,000 Na2SO4 Hisea Chem/Trung quốc 0,6 5,000 3,000 H2C2O4 Hisea Chem/Trung quốc 1,5 70,000 112,000 Nước cất (lít) Việt Nam 100 500 50,000 Tổng chi phí hóa chất loại cơng nghiệp cần sử dụng 187,000 Tuy nhiên bước nghiên cứu phòng thí nghiệm, phí hóa chất thí nghiệm lớn dùng hóa chất dùng để phân tích, cịn ta sử dụng hóa chất cơng nghiệp châu Á, Việt Nam chi phí rẻ nhiều Do triển khai áp dụng thực tế công nghiệp, việc xử lý thu hồi tổng kim loại đất nam châm thải bỏ đem đến triển vọng hiệu kinh tế 3.6 Đặc tính vật liệu Peroveskit tổng hợp từ muối đất thu hồi 3.6.1 Đánh giá số yếu tố ảnh hưởng tới quy trình tổng hợp vật liệu - Ảnh hưởng tỉ lệ axit citric Trong phần này, nghiên cứu sinh tiến hành tổng hợp vật liệu hai điều kiện tỉ lệ số mol kim loại đất hiếm, sắt axit citric RE:Fe:AC 1:1:1,5 1:1:3, điều kiện pH dung dịch = 8, sau nung nhiệt độ 700 C Kết cho thấy vật liệu tổng hợp điều kiện tỉ lệ số mol axit citric lần số mol kim loại đất sắt có độ xốp tốt hơn, khơng bị vón cục mẫu 15 tổng hợp với lượng axit citric 1,5 lần Điều cho thấy axit citric có vai trị quan trọng trình tạo phức cấu trúc vật liệu Do axit citric có khả tạo thành phức chất với hầu hết kim loại với điều kiện dư axit, ion hỗn phức phân bố dung dịch, gel hình thành, chúng phân bố gel Điều làm cho phản ứng quy trình tạo vật liệu có ưu kích thước hạt phản ứng gần với phân tử - Ảnh hưởng điều kiện pH Điều kiện pH môi trường tạo phức hỗn hợp dung dịch tiền chất ban đầu có vai trị quan trọng q trình tổng hợp vật liệu, xem yếu tố định ảnh hưởng đến cấu trúc, hình thái vật liệu Kết khảo sát cho thấy điều kiện pH khoảng - 6, dung dịch có tượng huyền phù, tạo kết tủa điều gây cản trở, không tổng hợp gel Màu sắc dung dịch phức thay đổi từ màu nâu đỏ điều kiện pH