2.1. Nội dung nghiên cứu
Trong phạm vi dé tài nay, chúng tôi tập trung nghiên cứu các van dé:
* Khả năng tách thori oxit ThO; từ cát monazite Thừa Thiên — Huế với quy trình đề nghị.
“ Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách ThO;.
* Phân tích thành phan hóa học, cấu trúc của sản phẩm thu được.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp chế hóa với axit
Nguyên tắc của phương pháp này là xử lý cát monazite (đã được tuyên và nghiền nhỏ) với axit sunfuric đặc, nóng. Hỗn hợp thu được được hòa tách với nước cất. Thori và các nguyên tổ khác được tách khỏi dung dich dưới dạng kết tủa photphat.
Kết tủa này được xử lý theo một trong các quy trình (1), (2). (3) để thu được thori tetrahidroxit. Th(OH), được lọc, rửa và nung ở nhiệt độ và thời gian thích hợp dé thu
được ThO,.
Hình 2.1. Chế hóa quặng bằng phương pháp axit
2.2.2. Phương pháp phan tích trọng lượng [3]
Phân tích trọng lượng là một phương pháp của phân tích hóa học nhằm định
lượng dựa trên sự cân chính xác khối lượng của chất cần xác định, được tách ra tử
trang thái tinh khiết hóa học hoặc dưới dang hợp chất thích hợp (có thành phần không
đôi).
Phương pháp này cho phép xác định chính xác hàm lượng thori trong mẫu
quặng monazite. Thori được tách ra dưới dang hidroxit, sau nung chuyên thành oxit ThO, và được cân dé xác định trọng lượng.
Kết quả phô XRE monazite được đo tại Khoa Nghiên cửu vật liệu, trường Đại
học Bách Khoa TP HCM, nhà C4, 268 Lý Thường Kiệt, quận 10, TP HCM.
2.2.3. Phương pháp kết tia chọn lọc
Dựa vào tích số tan khác nhau của các hidroxit Ln(OH);. Ce(OH)„. Th(OH)..
các hidroxit được kết tủa chọn lọc bằng cách tăng dần pH, để lắng và lọc rửa, tách kết tủa và giữ lại dung dịch lọc đề tiếp tục tách các ton cần thiết.
Ưu điểm của phương pháp nay là dé thực hiện, hóa chất thường dùng là dung
địch NaOH, NH; hoặc các dung dịch có tính kiêm phù hợp. Thori hidroxit trong khóa
luận này được kết tủa bằng dung dịch NH, có dạng keo, được tách khỏi dung dịch bằng cách lọc chân không, lọc chậm với giấy lọc băng xanh. Kết tủa được rửa nhiều
lần với nước cất.
Tuy nhiên, phương pháp này hạn chế khi các kết tủa có tích số tan khác nhau không nhiều. Do đỏ, khoảng giá trị pH tại đó các kết tủa tách ra khá gần nhau, khiến cho việc tách loại trở nên khó khăn, sản pham lẫn nhiều chất khác. Trong trường hợp
của Ce(OH);, Th(OH),, glucozơ được dùng làm tác nhân khử hóa Ce(IV) thành
Ce(I). do tích số tan Ce(OH); khác biệt lớn so với Th(OH);, pH kết tủa Thí[V) và Ce(III) vì thé cách xa nhau.
2.2.4. Phương pháp nhiều xạ tia X (XRD Method) [4]
Mạng lưới tinh thé gồm các nguyên tử hay ion phân bố một cách đều đặn trong
không gian theo một quy luật xác định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion trong
tinh thé bằng một vai A, tức xấp xi với bước sóng tia X. Do đó khi chùm tia X gặp
tinh thé và đi vào bên trong nó thì tỉnh thé có thé đóng vai trò của một cách tử nhiễu xạ
đặc biệt.
2.2.4.1. Điều kiên nhiều xạ - Dinh luật Brage
Giả sử có một chùm tia X đơn sắc đến gặp tinh thé và phản xa trên các mặt
phăng mạng.
Đề có sự giao thoa của các sóng phản xạ, các sóng này phải cùng pha, nghĩa là
hiệu quang trình của chúng phái bằng một số nguyên lần bước sóng.
Hiệu quang trình của hai tia đến gặp hai mặt phẳng mạng có khoảng cách d là:
A=2d.sin@
Đối với nhiều góc tới 0, giá tri A không phải bằng một nguyên lần bước sóng 2.
nên các tia X phản xạ có giao thoa giảm.
Khi A=n/ thì các sóng phan xạ sẽ cùng pha và ta có sự giao thoa tang. Như
vậy ta sẽ thu được cường độ sóng phản xạ tăng mạnh khi góc tới 0 thỏa mãn điều kiện:
2d_sind=n2d (1)
Với n là bậc phan xa (n = 1, 2, 3...). Sự phan xạ bậc n thường được xem là được tạo thành từ các mặt (nh nk nÌ).
Trong thực nghiệm, người ta thường chon bậc phản xạ bằng 1 nên (1) trở thành
2d.sin@ = Â
Ung dụng chính của định luật Bragg là dé xác định khoảng cách mạng d khi đã biết 4 và góc tới 0 tương ứng với vạch thu được.
Day chính là nội dung định luật Bragg.
2.2.4.2. Giản đỏ nhiều xạ tia X (XRD pattern
Giản đồ nhiều xạ tia X lả đồ thị biểu diễn mỗi quan hệ giữa cường độ các pic nhiễu xạ theo góc nhiễu xạ 29.
+ Trục tung la cường độ pic nhiều xạ
+ Trục hoành là giá trị 28
Dinh pic có thé ghi các chi số Miller (hkl) của mặt phẳng phản xạ hay khoảng
cách d giữa các mặt phang đó.
Phía trên và đưới giản đồ thường có các thông tin về tên thiết bi, ngày ghi mẫu, người gởi mẫu, tên mau, chế độ ghi (đôi âm cực, bước séng...).
Trong thiết bị XRD, phương của tia X đến được có định, mẫu bột hay mẫu ép viên được đặt trên một giá có thé xoay đẻ thay đôi góc đến 0.
Khi góc @ thay đôi. tập hợp các mặt phang (hkl) nào của tinh thé thỏa mãn
phương trình Bragg sẽ cho pic nhiễu xạ. Từ giá trị 0 sẽ tính được khoảng cách mạng
day giữa các mat phang do. So sánh giá tri dj thu được với giá tri dy của mau chuan
cho phép xác định được mẫu nghiên cứu có chứa các loại khoáng vat nào.
2.2.4.3. Nhận biết chat bằng giản đồ XRD
Sau khi thu được giản đồ XRD của mẫu nghiên cứu, ta có thẻ nhận biết thành phân hóa học và tên của mẫu đó bằng so sánh vị trí của các vạch nhiều xạ của mẫu với
một ngân hàng dữ liệu lớn của các giản đồ XRD được gọi là The Powder Diffraction
File (PDF) Database.
Ngân hang dữ liệu này được lưu giữ bởi Trung tâm quốc tế vẻ số liệu nhiễu xạ
(The International Centre for Diffraction Data: ICDD). Hiện ICDD có thông tin của
khoảng hơn 9000 pha tinh thé và các số liệu này vẫn tiếp tục được cập nhật. Các PDF được lưu vào đĩa CD và bán kèm với thiết bị XRD.
Trong phân thực nghiệm, các giản đồ XRD được đo tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam (số 1, Mạc Dinh Chi, phường Bến Nghé. quận 1, TP HCM).
2.2.5. Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning electrons
microscope)
Kính hiển vi điện tử quét SEM là một phương pháp phân tích cấu trúc chat rắn được sử dụng rộng rãi. Tuy ra đời sau kính hiên vi điện tử truyền TEM, nhưng SEM
vẫn được ưa chuộng hon do dé sử dung, chụp ảnh đẹp, giá thành thấp và dé chuẩn bị mẫu.
SEM hoạt động trên nguyên tắc dùng một chùm điện tử hẹp chiếu quét trên bê mặt mẫu, điện tử sẽ tương tác với bè mặt mẫu đo và phát ra các bức xạ thứ cấp (điện tử thứ cap, điện tử tan xạ ngược...). gọi chung là các tín hiệu. Việc thu các tín hiệu này sẽ cho được hình ảnh vi cau trúc tại bề mặt mẫu.
Anh SEM trong tài liệu được đo tại Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự
nhiên Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội.
2.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất
2.3.1. Dụng cụ, thiết bị
- Cốc thủy tinh 100 ml, 250 ml
- Binh tam giác 250 ml
- Pipet 10 ml, counter hút
- Đũa thủy tinh
- Binh loc, phéu Buchner, phéu thủy tinh, mặt kính đồng hỗ - Giấy lọc băng vàng, băng xanh (loại không tàn)
- Bếp đun có khuấy từ
- Can phân tích (chính xác đến 0,0001 g)
- pH meter, giấy chỉ thị vạn năng
Tủ sấy, lò nung.
2.3.2. Hóa chất
- Mẫu monazite đã qua tuyển quặng và được gia công nghiền mịn tại Liên đoàn Ban đồ Địa chất Miễn Nam ~ Trung tâm Phân tích Thí nghiệm Địa chất, số 16/9 đường Kỳ Đồng, quận 3, TP Hồ Chí Minh
- Axit sunfuric đặc (95 - 98%)
- Axit nitric (65 — 68%), dung địch axit nitric SN
Natri hidroxit (ran), dung dich NaOH 5N
- Dung dich amoniac (25 — 28%) - Nước cat.