Thiết bị - thu hồi xeri từ bã thải tuyển quặng đồn- 123docz.net

- Phễu chiết. - Chén chịu nhiệt. - Lò nung. - Cốc thủy tinh. - Máy lắc. - Cốc chịu nhiệt. - Ống nghiệm các loại.

2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu

2.3.1. Tách tổng oxit đất hiếm khỏi bã thải đồng Sin Quyền của nhà máy tuyển quặng đồng Sin Quyền bằng H2SO4

Bã thải của nhà máy tuyển quặng đồng Sin Quyền sau khi được làm giàu có tổng oxit đất hiếm chiếm 3,8% và kích thước hạt đạt được là 0,074 mm. Phương pháp thủy luyện bằng axit để thu hồi đất hiếm được tiến hành như sau: Ngâm 10 gam quặng với axit H2SO4 với tỷ lệ khác nhau và gia nhiệt trong lò nung ở nhiệt độ và thời gian thích hợp. Sau đó hỗn hợp sau phản ứng được pha loãng 10 lần bằng nước, khuấy đều, để lắng qua đêm và lọc. Phần nước lọc đem kết tủa tổng hidroxit đất hiếm bằng dung dịch amoniac, sau đó kết tủa được hòa tan trong dung dịch axit oxalic bão hòa ở 800C để kết tủa oxalat . đất hiếm ở pH 1-2. Sau khoảng 6 giờ lọc, rửa kết tủa nhiều lần bằng dung dịch axit oxlic bão hòa nóng và bằng nước cất nóng để loại bỏ các tạp

chất. Rồi sấy khô và nung kết tủa ở 8500C trong 2 giờ sẽ thu được tổng oxit đất hiếm. Tính hiệu suất của quá trình thu hồi. ( Quy trình này được lặp lại 2 lần nhằm thu được tổng oxit đất hiếm sạch)

Các thí nghiệm thủy luyện quặng giầu đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền được tiến hành với 10 gam quặng có kích thước khoảng 0,074 mm bằng axit H2SO4 nồng độ 18 M, tỷ lệ quặng /axit là 1/4 (g/g), thời gian phản ứng là 3 ngày. Phương pháp thủy luyện được tiến hành ở nhiệt độ thường với loại quặng không xử lí nhiệt ban đầu và loại quặng có xử lí nhiệt ban đầu ở 500oC trong hai giờ.

Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi đất hiếm cần được khảo sát. Đó là:

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ axit / quặng đến hiệu suất thu hồi đất hiếm: Các thí nghiệm thủy luyện tinh quặng được tiến hành như trên với tỷ lệ axit/quặng được thay đổi từ 1:1 đến 4:1 (g/g).

+ Ngiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm.

Quặng được nung sơ bộ ở 300, 500 và 7000C trong thời gian 2 giờ + Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm.

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành trong các điều kiện như trên, thời gian phan hủy được thay đổi từ 2 đến 5 giờ

+ Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng.

Bã thải sau khi nung được phản ứng với dung dịch axit H2SO4 15M ở 1800C, thời gian 4 giờ, tỉ lệ khối lượng của bã thải/axit là 1/4.

+ Ngiên cứu ảnh hưởng nồng độ NaOH.

Các thí nghiệm được tiến hành với 30 gam quặng kích thước -0,074 mm bằng dung dịch NaOH có nồng độ thay đổi từ 1M đến 8M, thời gian thủy luyện

là 2 giờ, tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH/quặng là 5/1, nhiệt độ thủy luyện 3000C với hai loại quặng không xử lý nhiệt ban đầu và quặng có xử lý nhiệt ban đầu ở 500oC trong 2 giờ.

+ Ngiên cứu nhiệt độ thủy luyện.

Các thí nghiệm được tiến hành thủy luyện quặng được xử lý nhiệt ban đầu ở 500oC, 2 giờ trong dung dịch NaOH 8M, tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH/quặng = 5/1, nhiệt độ thủy luyện thay đổi 100-300o

C. + Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ NaOH/ quặng.

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành với quặng được xử lý nhiệt ban đầu ở 500oC trong dung dịch NaOH 8M, tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH/quặng (g/g) thay đổi từ 1/1 đến 7/1, nhiệt độ thủy luyện là 300oC, thời gian thủy luyện 2 giờ.

2.3.2. Chiết thu hồi Ce từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

Nghiên cứu chiết và giải chiết La, Ce, Nd, Y và Th từ dung dịch muối trong môi trường HNO3 0,5M; giải chiết bằng dung dịch HNO3 trong các điều kiện khác nhau.

Phương pháp chiết thu hồi xeri từ quặng thải đồng Sin Quyền được tiến hành như sau:

Tổng oxit đất hiếm thu từ quặng đồng Sin Quyền được hòa tan trong dung dịch HNO3 và chuẩn bị dung dịch ban đầu có nồng độ đất hiếm 0,1M, HNO3 0,5M và Al(NO3)3 2M.

Dung dịch này được chiết với pha hữu cơ gồm 0,5 M TPPO và Toluen được chiết bão hòa các NTĐH bằng kỹ thuật chiết nhiều lần với dung dịch đất hiếm ở trên.

Pha hữu cơ bão hòa được tiến hành rửa giải các NTĐH (III) bằng dung dịch HNO3 6M, sau đó rửa giải Th ở nồng độ HNO3 10M cao hơn và cuối cùng là rửa giải Xeri (IV) bằng dung dịch HNO3 + H2O2 10%.

2.4. Phƣơng pháp phân tích 2.4.1. Xác định nồng độ axit

Lấy một thể tích xác định dung dịch nghiên cứu cho vào bình thủy tinh tam giác, chuẩn độ trực tiếp bằng dung dịch chuẩn NaOH có nồng độ đã biết với chất chỉ thị metyl da cam. Dùng qui tắc đương lượng để tính nồng độ axit trong dung dịch cần phân tích theo công thức:

Caxit x Vaxit = CNaOH x VNaOH (số đương lượng bằng nhau)

Cũng có thể sử dụng máy đo pH ở trường hợp nồng độ axit nhỏ.

2.4.2. Phương pháp phân tích hàm lượng tổng oxit đất hiếm trong tinh quặng

Cân một lượng xác định tinh quặng, trộn với NaOH rắn theo tỷ lệ khối lượng tương ứng là 4:1, cho vào chén niken rồi nung chảy trong lò nung ở 7000C. Để nguội rồi đem hổn hợp sau khi nung hòa tan trong dung dịch axit clohidric, sau đó cô nhỏ lửa cho đến khô. Hòa tan phần rắn trong nước, lọc bỏ phần không tan, nước lọc đem kết tủa bằng amoniac, phần nước lọc đem kết tủa tổng hidroxit đất hiếm bằng dung dịch amoniac, sau đó hòa tan trong dung dịch axit oxalic bão hòa ở 800C để kết tủa oxalat đất hiếm ở pH bằng 1-2. Để mùi kết tủa từ 6 đến 10 giờ, lọc và rửa kết tủa nhiều lần bằng dung dịch axit oxlic bão hòa nóng, sau đó bằng nước cất nóng để loại bỏ các tạp chất, sấy khô và nung kết tủa ở 8500C trong 2 giờ sẽ thu được tổng oxit đất hiếm có khối lượng m0 gam.

2.4.3 Phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng đất hiếm trong dung dịch

Phép phân tích các NTĐH trong dung dịch được tiến hành theo phương pháp chuẩn độ trực tiếp bằng dung dịch chuẩn DTPA với chỉ thị arsenazo (III) trong môi trường đệm axetat, có giá trị PH tương ứng với các NTĐH khác nhau (pH= 3,8 đối với các NTĐH nhóm nặng và pH= 4,0 ÷ 4,2 đối với NTĐH nhóm nhẹ) và được tiến hành như sau: Lấy một thể tích chính xác dung dịch NTĐH cần xác định nồng độ (đã được tính toán sau khi pha loãng) cho vào

bình nón, thêm dung dịch đệm có giá trị pH thích hợp và chất chỉ thị arsenazo(III), lắc đều. Chuẩn độ bằng dung dịch DTPA. Tại điểm tương đương, dung dịch chuyển từ mầu xanh của phức NTĐH(III) với arsenazo(III) sang màu đỏ của arsenazo(III) tự do.

2.4.4 Phân tích định lƣợng các nguyên tố bằng ICP

Phương pháp phổ phát xạ nguyên tử cảm ứng Plasma (ICP - AES) được dùng để phân tích định lượng các NTĐH riêng rẽ và các kim loại khác trong mẫu từ quá trình chiết bằng dung môi.

Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Hiện nay, bằng công nghệ tuyển đồng Sin Quyền tại nhà máy đã thu được các khoáng sản chính là đồng, sắt, lưu huỳnh. Quặng thải của công nghệ tuyển Đồng mỏ Sin Quyền chứa các nguyên tố đất hiếm và là đối tượng nghiên cứu thu hồi đất hiếm. Việc thu hồi khoáng sản chứa đất hiếm và kĩ thuật thuỷ luyện thu hồi đất hiếm chưa được triển khai. Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển đồng Sin Quyền là cần thiết.

Sau đây chúng tôi lần lượt trình bày các kết quả nghiên cứu đã nhận được.

3. Thu tổng oxit đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền.

Phân đoạn khoáng đất hiếm làm giầu sau quá trình tuyển bã thải có thành phần hóa học như bảng 1.1 với hàm lượng đất hiếm là 3,80%.

3.1. Thủy luyện với axit H2SO4.

3.1.1 Ảnh hƣởng của tỷ lệ khối lƣợng axit/ quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm.

Các thí nghiệm thủy luyện quặng giầu đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền được tiến hành với 10 gam quặng có kích thước khoảng 0,074 mm bằng axit H2SO4 nồng độ 18 M, tỷ lệ quặng/axit là 1/4 (g/g), thời gian phản ứng là 3 ngày. Phương pháp thủy luyện được tiến hành ở nhiệt độ thường với loại quặng không xử lí nhiệt ban đầu và loại quặng có xử lí nhiệt ban đầu ở 500oC trong hai giờ.

Các thí nghiệm thủy luyện tinh quặng được tiến hành như trên với tỷ lệ axit/quặng được thay đổi từ 1:1 đến 4:1 (g/g).

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ axit /quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở bảng 3.1 hình 3.1

Bảng 3.1: Ảnh hƣởng của tỷ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm

Tỷ lệ axit/quặng

(g/g) 1/1 2/1 3/1 4/1

Hiệu suất thu hồi.

(%) 70,14% 83,25% 86,76% 86,89% 60 80 100 0 1 2 3 4 5 Tỷ lệ axit/quặng (g/g) H iệ u s uất ( % )

Hình 3. 1. Ảnh hƣởng của tỉ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm

Các số liệu trên hình 3.1 và bảng 3.1 cho thấy khi tỷ lệ axit/quặng tăng lên thì hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm cũng tăng nhanh, khi tỷ lệ axit:quặng tiếp tục tăng từ 1:4 đến 1:4 thì hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm hầu như tăng không đáng kể và tỷ lệ tối ưu axit/quặng = 4 để tiến hành quá trình thủy luyện.

3.1.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ nung quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm

Quặng được nung sơ bộ ở 300, 500 và 7000C trong thời gian 2 giờ. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nung sơ bộ quặng ban đầu đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở hình 3.2

60 65 70 75 80 85 90 200 300 400 500 600 700 800 Nhiệt độ nung (độ C) H iệ u s u ấ t (%)

Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung quặng sơ bộ đến hiệu suất phân hủy

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ nung sơ bộ quặng ban đầu thì hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm tăng lên , khi tăng nhiệt độ từ 5000C đến 7000C hiệu suất hầu như không đổi. Vậy nhiệt độ nung sơ bộ quặng ban đầu được lựa chọn cho quá trình thủy luyện là 5000

3.1.3. Ảnh hƣởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành trong các điều kiện như trên, thời gian phan hủy được thay đổi từ 2 đến 5 giờ. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở bảng 3.2 và hình 3.3

Bảng 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm

Thời gian thủy luyện:

(Giờ) 2 3 4 5

Hiệu suất thu hồi:

50 55 60 65 70 75 80 85 90 2 3 4 5 6

Thời gian phân hủy (giờ)

H iệ u s uất ( % )

Hình 3.3. Ảnh hƣởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất hòa tách

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng thời gian phân hủy thì hiệu suất thu hồi tổng oxit tăng nhanh, khi thời gian phân hủy tăng từ 4 giờ đến 5 giờ thi hiệu suất thu hồi hầu như không thay đổi. Thời gian phân hủy tối ưu là 4 giờ.

3.1.4. Ảnh hƣởng của tỷ lệ rắn/lỏng khi hòa tách đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm

Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện: tỷ lệ axit/quặng là 3/1, thời gian phân hủy 4 giờ, nhiệt độ nung 5000C. Tỷ lệ rắn/lỏng trong quá trình hòa tách được thay đổi từ 1/1 đến 1/5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ lỏng rắn đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm được cho ở hình 3.4.

Ảnh hưởng tỷ lệ rắn/lỏng 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 Hiệ u suấ t % Hình 3.4 Tỷ lệ quặng/ axit

Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tỷ rắn/lỏng từ 1/3 đến 1/5 thì hiệu suất gần như không đổi. Tỷ lệ tối ưu là 1/4.

3.2. Thủy luyện với natri hyđroxit.

3.2.1. Ảnh hƣởng của nồng độ dung dịch NaOH.

Các thí nghiệm được tiến hành với 30 gam quặng kích thước -0,074 mm bằng dung dịch NaOH có nồng độ thay đổi từ 1M đến 8M, thời gian thủy luyện là 2 giờ, tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH/quặng là 5/1, nhiệt độ thủy luyện 3000C với hai loại quặng không xử lý nhiệt ban đầu và quặng có xử lý nhiệt ban đầu ở 500oC trong 2 giờ. Kết quả nghiên cứu được trình bày ở hình 3.5.

20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Hi ệ u su ấ t th u h ồ i, % Quặng không xử lý nhiệt ban đầu Quặng có xử lý nhiệt ban đầu

Nồng độ dung dịch NaOH, mol/lit

Hình 3.5. Hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm theo nồng độ NaOH.

Từ hình 3.5 có thể nhận thấy hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm tăng lên theo chiều tăng nồng độ dung dịch NaOH sử dụng. Khi nồng độ dung dịch NaOH là 8M thì hiệu suất thu hồi đạt bão hòa. Đối với quặng được xử lý nhiệt ban đầu, hiệu suất thu hồi cao hơn quặng không xử lý nhiệt ban đầu do quá trình xử lý nhiệt ban đầu đã phá vỡ một phần cấu trúc của quặng, làm tăng khả năng phản ứng và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hòa tách. Nồng độ

dung dịch NaOH thích hợp để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo đối với quặng được xử lý nhiệt ban đầu là 8M.

3.2.2. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thủy luyện

30 40 50 60 70 80 90 100 0 100 200 300 400 500 Hi ệ u s u ấ t th u h ồ i, % Nhiệt độ nung,0 C

Hình 3.6. Hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm theo nhiệt độ thủy luyện.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, khi tăng nhiệt độ thủy luyện khả năng phản ứng giữa các hợp chất trong quặng với dung dịch NaOH xảy ra nhanh chóng hơn dẫn đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm tăng lên. Khi nhiệt độ phản ứng đạt 300oC thì hiệu suất phản ứng gần như không thay đổi, do đó nhiệt độ thích hợp để thực hiện quá trình thủy luyện bằng dung dịch NaOH là 300oC.

3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ NaOH/quặng

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành với quặng được xử lý nhiệt ban đầu ở 500oC trong dung dịch NaOH 8M, tỷ lệ khối lượng dung dịch

NaOH/quặng (g/g) thay đổi từ 1/1 đến 7/1, nhiệt độ thủy luyện là 300oC, thời gian thủy luyện 2 giờ. Kết quả nghiên cứu được trình bày ở hình 3.7.

0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH:quặng (g/g)

Hi ệ u su ấ t th u h ồ i, %

Hình 3.7. Hiệu suất thu hồi theo tỷ lệ khối lƣợng NaOH/ quặng.

Đường cong trên hình 3.7 cho thấy ban đầu khi tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH/quặng tăng hiệu suất thu hồi tăng nhanh, trong khoảng tỷ lệ tăng từ 5/1 đến 7/1 thì hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm tăng không đáng kể. Tỷ lệ khối lượng dung dịch NaOH/quặng thích hợp để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo là 5/1.

3.3. Chiết và thu hồi Ce từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền