Hình 3.1. Quy trình (1) tách ThO2 từ quặng monazite
Quặng monazite
Phân hủy H2SO4 đặc
Hòa tách, lấy dung dịch H2O Lọc, rửa Bã rắn Kết tủa, pH1 NaOH 5 N Lọc, rửa kết tủa Hòa tan Kết tủa, pH2 Sấy, nung Rắn (A) HNO3 5 N NH3
3.2.1. Sơ lược về quy trình
Cân 5,00 g quặng đã nghiền (~74 µm) vào cốc 250 ml. Hút và cho vào cốc 10 ml H2SO4 đặc. Đậy cốc bằng mặt kính đồng hồ, đặt trong bếp cách cát. Đun cốc ở nhiệt độ lớn hơn 200oC, trong 5 giờ trong tủ hốt, để nguội.
Hình 3.2. Hóa chất – dụng cụ chế hóa axit
3( 4 4) 6 2 4 t Co 3 ( 4 2) 4 3 4 Th PO + H SO → Th SO + H PO 4 2 4 2 4 3 3 4 2LnPO +3H SO t Co →Ln SO( ) +2H PO 4 2 2 4 to ( 4 2) 2 2 2 ThSiO + H SO →Th SO +SiO + H O
Hỗn hợp thu được dạng bùn nhão, màu trắng. Cho vào cốc 100 ml nước cất, khuấy và để nguội. Lọc hỗn hợp thu được bằng máy lọc chân không, rửa nhiều lần, mỗi lần khoảng 10 ml nước, thu lấy dung dịch.
Hình 3.3. Hỗn hợp bùn nhão sau chế hóa
Dung dịch lọc trong suốt, xanh lam nhạt. Thêm từ từ dung dịch NaOH 5 N đến pH1. Từ dung dịch thu được kết tủa dạng hạt mịn và keo màu trắng. Lọc lấy kết tủa. Kết tủa được hòa tan trong HNO3 5 N đến tan hết, thu được dung dịch trong suốt, xanh lam nhạt.
Hình 3.4. Dung dịch thu được sau khi hòa tan kết tủa photphat
Thêm từ từ dung dịch NH3 đặc (~25%) vào dung dịch đến pH bằng 1, thu được kết tủa dạng keo màu trắng (A1). Lọc lấy kết tủa, sấy ở 100oC trong vòng 1 giờ. Kết tủa sau đó được nung ở 800o
C trong 1 giờ, thu được rắn (A). (A) có dạng hạt, màu ngà lẫn đỏ nhạt. Hình 3.5. Rắn (A) ~2,3 4 3 4 3 4 4 3Th ++4PO − →pH Th PO( ) 3 3 4 4 Ln ++PO −→LnPO
3.2.2. Kết quả và thảo luận
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách ThO2 – quy trình 1
Mẫu pH1 pH2 Màu sắc, dạng (A) Khối lượng (A) (g) H% (%) Ghi chú T1-6732 2,0 2,0 Đỏ nhạt và ngà; dạng hạt to 0,6732 g 271,45 T2-1274 1,0 1,5 Trắng ngà, lẫn một số hạt đỏ; dạng hạt 0,1274 51,37 Mphẫu đo ổ XRD T3-4443 2,0 1,0 Trắng ngà và đỏ; dạng hạt to 0,4443 179,15 T4-2275 1,0 2,0 Trắng và đỏ; hạt nhỏ nhưng không mịn 0,2275 91,73 T5-2548 1,5 1,0 Trắng (hầu như không có hạt đỏ) 0,2548 102,74 Nhận xét
- Kết tủa thu được ở giai đoạn cuối dạng hạt to có màu trắng, có thể lẫn những hạt đỏ nếu nâng pH1 lên 2,0; hoặc giữ pH1 ở 1,0 nhưng nâng pH2 lên 2,0.
- Do có màu trắng, phù hợp lý thuyết (tuy lẫn rất ít hạt đỏ), mẫu T2-1274 được chọn để đo phổ XRD nhằm xác định sự có mặt của ThO2.
- Kết quả phổ XRD mẫu T2-1274 (+: trùng khớp, -: không trùng khớp):
Peak mẫu thực
nghiệm (d) 4,33821 3,53927 2,92731 2,80249 2,55383 Tương quan với
peak chuẩn ThO2
- - - - -
Peak mẫu thực
nghiệm (d) 2,16509 2,10196 1,94636 1,90748 1,62102 Tương quan với
peak chuẩn ThO2
- - - - -
Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu T2-1274
+ Peak chuẩn của ThO2 và peak mẫu không trùng khớp + Peak chuẩn của CeO2 và peak mẫu không trùng khớp
+ Peak chuẩn của thori urani photphat Th3,96U0,04(PO4)4P2O7 hầu hết trùng khớp với peak của mẫu
- Hiện tượng nhận thấy được ở các mẫu T1-6732, T2-1274, T3-4443, T4-2275, T5-2548 là tương tự nhau.
⇒cần chuyển kết tủa photphat (A) thành dạng hidroxit trước khi nung, kết hợp phương pháp tách loại ceri khi kết tủa.
- Kết luận sơ bộ:
+ Quy trình 1 thu được sản phẩm vẫn là hỗn hợp muối photphat.
+ Chế hóa với axit là một phương pháp hiệu quả để phá mẫu với hiệu suất trên 90%. Axit sunfuric đặc được sử dụng với tỉ lệ axit:quặng là (10 ml axit: 5g quặng), chế hóa trong 5 giờ ở nhiệt độ khoảng 250oC.
Từ những kết luận trên, chúng tôi đề xuất thực hiện quy trình (2), trong đó cần chuyển kết tủa dạng photphat thành dạng hidroxit, đồng thời có phương pháp tách ceri trước khi kết tủa hidroxit để sản phẩm không lẫn oxit của ceri và oxit các nguyên tố đất hiếm.