m P (g/1g ẫu) 0,0471 0,0693 0,0922 0,0915 0,
3.5. QUY TRÌNH TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG MONAZITE
Sau khi tiến hành một số khảo sát nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian và tỷ lệ
NaOH:quặng đến hiệu suất chế hóa, bên cạnh việc khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit như chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+, chất kết tủa Ce4+, rửa pha hữu cơ,…; chúng tôi đề nghị quy trình “Tách xeri đioxit từ quặng monazite
Thừa Thiên – Huế bằng phương pháp bazơ” như sau:
Chế hóa bazơ
Cho natri hiđroxit vào cốc thép (tỷ lệ NaOH:H2O là 3:1), đun nóng trên bếp cách cát. Sau khi natri hiđroxit tan hoàn toàn, cho từ từ 5 g monazite (tỷ lệ NaOH:quặng monazite là 5:1) vào. Phản ứng giữa monazite và natri hiđroxit như sau:
2LnPO4 + 6NaOH Ln2O3.3H2O + 2Na3PO4 Hỗn hợp trên được đun ở 140oC, trong 5 giờ.
Sau đó hỗn hợp được hoà tan với nước ở 100o
C trong 1 giờ. Lọc thu lấy kết tủa ở 80oC, rửa kết tủa bằng nước nóng.
Trang 53 Hình 3.16. Hệ phản ứng chế hóa bazơ quặng monazite
Thu được chất rắn màu trắng xám nhạt.
Hình 3.17. Chất rắn sau khi chế hóa bazơ quặng monazite
Hòa tan bằng axit clohiđric
Làm khô kết tủa ở 100o
C trong 1 giờ. Cho hỗn hợp rắn đó vào bình tam giác, cho 40 ml axit clohiđric 37 % vào, đun nóng ở 79oC trong 1 giờ. Quá trình hòa tan được tiến hành trong tủ hút để tránh gây độc hại.
Ln(OH)3 + 3HCl LnCl3 + 3H2O
Pha loãng dung dịch thu được bằng nước trong 1 giờ. Lọc, loại bỏ phần tạp chất không tan.
Trang 54 Hình 3.18. Hệ phản ứng hòa tan chất rắn thu được sau khi chế hóa bằng axit
clohiđric
Thu được dung dịch có màu vàng lục.
Hình 3.19. Dung dịch thu được sau khi hòa tan bằng axit clohiđric
Kết tủa chọn lọc
Kết tủa chọn lọc bằng dung dịch amoniac. Những hiđroxit của các khoáng khác kết tủa ở pH = 5,8.
Cho dung dịch BaCl2 0,1 M và dung dịch Na2SO4 0,1 M (tỷ lệ 1:1,25) vào dung dịch trên khuấy trong 2 giờ nhằm loại Ra.
Trang 55
Sau đó hiđroxit của các nguyên tố đất hiếm được kết tủa ở pH = 11. Kết tủa hiđroxit của các nguyên tố đất hiếm được làm khô trong 1 giờ ở 100oC.
Hòa tan bằng axit nitric
Hiđroxit của các nguyên tố đất hiếm được cho vào 70 ml dung dịch axit nitric (tỷ lệ dung dịch HNO3 đặc:nước là 4:3). Thu được dung dịch màu đỏ da cam.
Cho 30 ml dung dịch (NH4)2S2O8 vào, khuấy trong thời gian 30 phút.
Cho dung dịch NaOH 20 % vào dung dịch thu được đến khoảng pH = 3,8 thu được kết tủa của xeri(IV) có dạng tinh thể màu vàng. Sau khi lọc, phần kết tủa được làm khô trong 1 giờ ở 100oC. Phần nước lọc được kết tủa ở pH = 11 và kết tủa được làm khô trong 1- 2 giờ ở 100oC.
Pha chế dung dịch nước
Cho dung dịch axit nitric (tỷ lệ dung dịch HNO3 đặc:nước là 4:3) vào cốc thủy tinh, cho từ từ kết tủa xeri(IV) thu được ở trên vào, khuấy đến tan hoàn toàn. Dung dịch có màu cam đỏ.
Hình 3.20. Dung dịch Ce4 +
Chiết
Chiết bằng TBP theo tỷ lệ 1:1 và lắc trong 5 phút. Chiết lấy pha hữu cơ có màu cam đỏ.
Pha vô cơ được kết tủa bằng dung dịch NaOH 20 % ở pH = 11. Kết tủa thu được được sấy khô ở 100o
C. Hòa tan kết tủa bằng dung dịch HNO3 (tỷ lệ dung dịch HNO3
đặc:nước là 4:3), thu được dung dịch màu cam đỏ. Chiết bằng pha hữu cơ thu được ở trên trong 5 phút. Tách pha vô cơ, thu được pha hữu cơ có màu đỏ cam. Lặp lại hai lần bước này.
Trang 56 Hình 3.21. Chiết Ce4 +
bằng TBP
Cất phần nhẹ
Cho dung dịch H2O2 5 % vào pha hữu cơ (tỷ lệ 1:1), lắc trong 5 phút (cất 2 lần). Thu được pha hữu cơ và pha vô cơ đều không màu.
2Ce4+ + H2O2 2Ce3+ + O2 + 2H+
Hình 3.22. Chiết pha hữu cơ bằng dung dịch H2O2
Kết tủa
Đun đuổi H2O2, kết tủa xeri oxalat bằng dung dịch axit oxalic 10 %. Lọc thu lấy kết tủa, rửa kết tủa bằng nước nóng cho đến pH = 7. Kết tủa được làm khô ở 100oC trong 1 giờ và nung ở 1000oC trong 1 giờ. Sau khi nung, thu được xeri đioxit màu đỏ gạch nhạt.
Trang 57 Hình 3.23. Quy trình tách xeri đioxit từ quặng monazite
Monazite (5g) Dd NaOHdư, Na3PO4 Hh Th(OH)4, Ln(OH)3 1) NaOH (5:1), 5h, 140oC 2) H2O (200 ml), 1h, <100oC Bã rắn Dd Th4+, Ln3+,… 1) HCl (40 ml), 1h, 80oC 2) H2O (100 ml), 1h, 80oC Dd NH3, pH = 5,8 Th(OH)4 Dd Ln3+,… BaRaSO4 Dd Ln3+,… Dd NH3, pH = 5,8 Dd NaOH, pH = 11 Ln(OH)3 Dd BaCl2 + Na2SO4 (1:1,25)
Trang 58 Hình 3.24. Quy trình tách xeri đioxit từ quặng monazite – tiếp theo
Ln(OH)3 1) (NH4)2S2O8/HNO3 2) Dd NaOH, pH = 3,8 Kết tủa Ce(IV) Dd Ln3+ (-Ce3+) Dd HNO3 Dd Ce4+ 1) TBP 2) Dd H2O2 Dd Ce3+ 1) 80oC (-H2O2) 2) Dd H2C2O4 Ce2(C2O4)3 1) Sấy 1h, 100o C 2) Nung 1h, 1000oC CeO2
Trang 59 3.6. NGHIÊN CỨU HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC HẠT CỦA XERI ĐIOXIT
Hình dạng và kích thước hạt của xeri đioxit được xác định thông qua kết quả chụp ảnh SEM.
Hình 3.25. Ảnh SEM của xeri đioxit
(Kết quả được cung cấp bởi Khoa Vật Lý - trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội) Theo Hình 3.25, bột xeri đioxit thu được là những tinh thể có dạng hình tấm, nhiều tấm chồng lên nhau, với chiều dài của tấm < 10 µm.
Trang 60
CHƯƠNG 4
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,… Thông qua các khảo sát đã tiến hành, chúng tôi nhận thấy khi tăng thời gian chế hóa và tỷ lệ NaOH:quặng monazite thì hiệu quả chế hóa cũng tăng. Tuy nhiên, cần cân nhắc giữa yếu tố kinh tế (tiết kiệm nhiên liệu, hóa chất,.. ) với độ tăng hiệu quả chế hóa.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tinh khiết của sản phẩm như chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+, chất kết tủa Ce4+, pH loại tạp chất (Th4+,…), pH kết tủa Ce4+,… Qua đó, chúng tôi nhận thấy giai đoạn then chốt ảnh hưởng đế độ tinh khiết và hiệu suất của sản phẩm là giai đoạn oxi hóa Ce3+
thành Ce4+ và kết tủa Ce4+
. Việc chọn được chất oxi hóa và kết tủa hiệu quả là rất quan trọng.
4.2 ĐỀ XUẤT
Vì thời gian thực hiện có giới hạn, kinh phí còn hạn chế và kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều nên không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý độc giả để hoàn thiện đề tài nghiên cứu này. Nếu có điều kiện nghiên cứu tiếp tục, chúng tôi sẽ:
Khảo sát thêm một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế hóa quặng monazite bằng phương pháp bazơ.
Cải tiến quy trình tách CeO2 từ quặng monazite để nâng cao hiệu suất.
Nghiên cứu quy trình tách CeO2 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 một số ứng dụng của xeri.
Nghiên cứu quy trình tách một số nguyên tố đất hiếm khác từ quặng monazite.