2.1. Nội dung nghiên cứu
Dé tách xeri dioxit từ quặng monazite Phan Thiết, tôi sử dụng phương pháp axit bởi đây là một phương pháp hiện đại, phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm. Nhằm tìm ra các điều kiệu tôi ưu để nâng cao hiệu suất và chất lượng của xeri đioxit, tôi tập trung nghiên cứu các van đề sau:
*% Khảo sát anh hưởng của khối lượng Na;SOx để chuyển dung dịch sau khi chế hóa thành dạng muối kép
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Cac bước tách CeO, từ quặng monazite được tiễn hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chuyên dung dịch sau khi chế hóa thành dang muối kép sẽ sử dụng
các tỉ lệ giữa Na:SO; : quặng khác nhau.
So sánh khối lượng. màu sắc và phô XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởng của ti lệ giữa Na;SO; : quặng đến hiệu suất tách và chat lượng của xeri đioxit.
s* Khảo sát ảnh hưởng của việc kết tủa lại pha vô cơ sau khi chiết Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tách CeO, từ quặng monazite được tiền hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chiết sẽ khảo sát ảnh hưởng của việc kết tủa lại pha vô cơ.
So sánh khối lượng, màu sắc và phé XRD của CeO, thu được đẻ rút ra ảnh hưởng của VIỆC kết tủa lại pha vô cơ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri dioxit.
s* Khao sát ảnh hưởng của việc rửa pha hữu cơ sau khi chiết Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tach CeO, từ quặng monazite được tiến hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chiết sẽ khảo sát ảnh hưởng của việc rửa pha hữu cơ.
So sánh khối lượng. mau sắc và phô XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởng của việc rửa pha hữu cơ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.
“+ Khảo sát ảnh hưởng của pH kết tủa Ce*
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Cac bước tach CeO, từ quặng monazite được tiền hành như nhau.
Tuy nhiên, pH kết tủa Ce** giữa các mẫu khảo sát là khác nhau.
So sánh khối lượng, màu sắc và phổ XRD của CeO, thu được dé rút ra ánh hưởng của pH kết tủa Ce** đến hiệu suất tách va chất lượng của xeri dioxit.
22
s* Khảo sát ảnh hưởng của một số chất oxi hóa Ce** thành Ce**
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tach CeO, từ quặng monazite được tiền hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn oxi hóa Ce** thành Ce**, chúng tôi sử dung 3 chất oxi hóa là dung dich HNO¿, dung dịch (NH;):S:O¿;/HNO: và dung dịch H;ạO›/HCI dé oxi hóa CeŸ* thành Ce*,
So sánh khối lượng. mảu sắc và phô XRD của CeO, thu được dé rút ra ảnh hưởng của một số chat oxi hóa Ce** thành Ce** đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.
s* Khao sát thành phan pha và cấp hạt của sản phẩm
Sản phẩm cuối cùng được ghi phô XRD và chụp anh SEM để xác định thành phan pha.
hình dang và kích thước hạt vì chất lượng, ham lượng, kích thước hạt CeO. sẽ quyết định khả
năng ứng dụng của nó trong thực tiền.
2.2. Phương pháp nghiên cứu [3, 4]
2.2.1. Phương pháp chế hóa với axit
Nguyên tắc của phương pháp nay là xử lý cát monazite (đã được nghiền nhỏ) với axit sunfuric đặc, nóng đun trong 5 giờ ở 230 — 250°C. Hon hợp thu được được hòa tách với nước
cat, xeri và các nguyên t6 khác trong dung dịch được tách ra khỏi phan cát không tan.
Hình 2.1. Chế hóa quặng bằng phương pháp axit
2.2.2. Phương pháp huỳnh quang tỉa X (XRF) [3]
Phô XRF xác định thành phan hóa hoc của quặng monazite (được đo tại Sở Khoa học va Công nghệ thành phố Hỗ Chí Minh- Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP HCM - số 2,
Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, TP HCM).
2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD method) [3]
2.2.3.1. Điều kiện nhiễu xạ - Định luật Bragg
Incident X-rays(AA) Diffracted X-rays
dA
Hinh 2.2. Nhiéu xa tia X
Gia sử có một chùm tia X đơn sắc đến gặp tinh thé và phản xạ trên các mặt phẳng mạng.
Để có sự giao thoa của các sóng phản xạ, các sóng này phải cùng pha, nghĩa là hiệu quang trình của chúng phải bằng một số nguyên lần bước sóng.
Hiệu quang trình của hai tia đến gặp hai mặt phăng mạng có khoảng cách d là
A=2d.sin0
Đối với nhiều góc tới 0. giá tri A không phải bằng một nguyên lần bước sóng A nên các
tia X phản xạ có giao thoa giảm.
Khi A=n2 thì các sóng phan xạ sẽ cùng pha và ta có sự giao thoa tăng. Như vậy ta sé thu
được cường độ sóng phản xạ tăng mạnh khi góc tới 9 thỏa mãn điều kiện:
2d.sin@=ni (1)
Với n là bậc phan xạ (n = 1, 2, 3...). Sự phan xạ bậc n thường được xem là được tao
thành từ các mặt (nh nk nl)
Trong thực nghiệm, người ta thường chon bậc phan xạ bằng 1 nên (1) trở thành
2đ.sin ỉ = À
Ung dụng chính của định luật Bragg là dé xác định khoảng cách mạng d khi đã biết 2 và
góc tới tương ứng với vạch thu được.
Đây chính là nội dung định luật Bragg.
2.2.3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD pattern) [3]
24
Giản đồ nhiễu xạ tia X là dé thị biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ các pic nhiều xạ
theo góc nhiều xạ 20.
- Truc tung là cường độ pic nhiễu xạ
- Trục hoành là giá trị 20
Dinh pic có thê ghi các chi số Miller (hkl) của mặt phăng phản xạ hay khoảng cách d giữa các mặt phăng đó.
Phía trên và đưới giản đỏ thường có các thông tin về tên thiết bị. ngày ghi mẫu. người gởi mẫu, tên mẫu, chế độ ghi (đối âm cực, bước sóng...)
2.2.3.3. Nhận biết chất bằng giản đồ XRD
Sau khi thu được giản đồ XRD của mẫu nghiên cứu, ta có thể nhận biết thành phần hóa học và tên của mẫu đó bằng so sánh vị trí của các vạch nhiễu xạ của mẫu với một ngân hàng dữ liệu lớn của các giản dé XRD được gọi là The Powder Diffraction File (PDF) Database.
Trong phan thực nghiệm, các giản đồ XRD được đo tại Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam (số 1, Mac Dinh Chi, phường Bến Nghé, quận 1, TP. HCM)
2.2.4. Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning electrons
microscope) [3]
Kính hiền vi điện tử quét SEM là một phương pháp phân tích cấu trúc chất rắn được sử dụng rộng rãi. Tuy ra đời sau kính hién vi điện tử truyền TEM, nhưng SEM vẫn được ua
chuộng hon do dé sử dung, chụp ảnh đẹp, giá thành thấp và dé chuân bị mau.
SEM hoạt động trên nguyên tắc dùng một chùm điện tử hẹp chiếu quét trên bề mặt mẫu, điện tử sẽ tương tác với bề mặt mẫu đo và phát ra các bức xạ thứ cấp (điện tử thứ cấp. điện tử
tan xa ngược...), gọi chung là các tín hiệu. Việc thu các tín hiệu này sẽ cho được hình ảnh vi
cấu trúc tại bê mặt mẫu.
Anh xem trong tài liệu được do ở phòng thí nghiệm Công nghệ Nano. Trung tâm nghiên cứu triển khai — khu Công nghệ Cao TP.HCM (Lô 13, đường N2, Khu công nghệ cao, quận 9,
TP.HCM).
2.2.5. Tách CeO; bằng phương pháp kết tủa chọn lọc [4]
Sử dụng điều kiện kết tủa khác nhau của Ce(OH), và Ln(OH); đẻ tách xeri ra khỏi các nguyên tổ đất hiếm khác.
25
Các phương pháp chuyên Ce”” thành Ce”” ;
- Sử dụng dung dịch HNO; đặc.
- Sử dụng dung dịch HạO; trong môi trường axit.
- Sứ dụng (NH,4)2S2Ox trong môi trường axit.
Ce(OH), là một bazơ yếu. yeu hơn Ce(OH), nên muối của Ce(IV) bị thủy phân rất mạnh khi tan trong nước. Do tính bazơ yếu đó, nó có thé kết tủa trong môi trường axit mạnh pH khoảng 1, trong khi Ln(OH); kết tủa trong môi trường có pH từ 6,5 đến khoảng 8. Khi thêm
dung dich bazơ đẻ nâng pH của dung dịch, Ce(OH), sẽ kết tủa trước và có thẻ tách ra dé dàng.
2.2.7. Tinh chế xeri bằng phương pháp chiết [4]
Chiết chọn lọc trong dung môi không phải là nước. Đặc biệt là tributylphotphat (TBP),
Ce* đi pha vào hữu cơ, sau đó tách pha hữu cơ rửa sạch rồi khử bằng dung địch hidroperoxit (H;O¿) chuyên Ce** thành Ce** đi vào pha vô cơ.
2.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất 2.3.1. Dụng cụ và thiết bị
- pH meter
- Tủ sấy, nhiệt độ tôi đa 250°C
- Lò nung, nhiệt độ tối đa 1200°C - Máy nghiên hành tinh
- Chén nung
- Binh tam giác, ống đong, hũ bi, phéu, cốc , đũa thủy tinh, mặt kính đồng hỏ,...
- Phéu chiết
- Máy khuấy từ
- Bếp điện, bếp cách cát
- Máy lọc chân không
- Cõn điện tử độ chớnh xỏc 0,0001 ứ
~ Tủ hút.
2.3.2. Hóa chất
- Quang monazite được gia công nghiền mịn tại Trung tâm Phân tích thí nghiệm địa chất — Liên đoàn Bản đề địa chất Miễn Nam.
Hình 2.3. Quang monazite đã nghiền mịn
- NaOH
- HCl, HNO, H;SO¿. HạC›O,
- (NH:);S;O;
- H:O;
- Na;SO;
- TBP (tributyl photphat).