Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu phương pháp thu và xác định nguyên tố đất hiếm từ quặng

Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp thu tổng đất hiếm và xác định các nguyên tố đất hiếm từ quặng, góp phần phát triển công nghệ khai thác.

• Tác giả: Phạm Ngô Tuấn
• Người hướng dẫn: Phó Giáo Sư PTS. Nguyễn Trọng Ưy
• Trường học: Trường Đại Học Tổng Hợp Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Thu Tổng Đất Hiếm Và Xác Định Các Nguyên Tố Đất Hiếm Từ Quặng
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 1992
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu các nguyên tố đất hiếm
• 1.2. Cấu trúc điện tử của các nguyên tố đất hiếm
• 1.3. Tính chất của các nguyên tố đất hiếm
• 1.3.1. Tính chất vật lý của các nguyên tố đất hiếm
• 1.3.2. Tính chất kim loại
• 1.3.3. Tính chất hóa học của các nguyên tố đất hiếm
• 1.4. Các oxit đất hiếm
• 1.5. Các hydroxit đất hiếm
• 1.6. Các muối đất hiếm
• 1.6.1. Muối đất hiếm clorua
• 1.6.2. Muối đất hiếm nitrat
• 1.6.3. Muối đất hiếm sunfat
• 1.6.4. Muối đất hiếm oxalat
• 1.7. Phương pháp thu tổng oxit đất hiếm
• 1.7.1. Phương pháp khô
• 1.7.2. Phương pháp ướt
• 1.8. Các phương pháp tách riêng các nguyên tố đất hiếm từ tổng đất hiếm

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu nguyên tố đất hiếm từ quặng

Nguyên tố đất hiếm là một nhóm các nguyên tố hóa học có số thứ tự từ 57 đến 71 trong bảng tuần hoàn. Chúng bao gồm các nguyên tố như Lantan, Cerium, và Neodymium. Những nguyên tố này có vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất nam châm vĩnh cửu đến chất xúc tác trong ngành hóa học. Việc nghiên cứu và thu hồi các nguyên tố này từ quặng là một lĩnh vực đang được quan tâm đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng.

1.1. Đặc điểm và ứng dụng của nguyên tố đất hiếm

Nguyên tố đất hiếm có nhiều tính chất đặc biệt như khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt và tính chất từ tính. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp điện tử, sản xuất pin, và chế tạo vật liệu siêu dẫn. Sự phát triển của công nghệ hiện đại đã làm tăng nhu cầu về các nguyên tố này, đặc biệt là trong sản xuất thiết bị điện tử và năng lượng tái tạo.

1.2. Tình hình khai thác và thu hồi nguyên tố đất hiếm

Việc khai thác nguyên tố đất hiếm chủ yếu diễn ra ở một số quốc gia như Trung Quốc, Mỹ và Australia. Tuy nhiên, quy trình khai thác này thường gặp nhiều thách thức về môi trường và kinh tế. Do đó, nghiên cứu các phương pháp thu hồi hiệu quả từ quặng là rất cần thiết để đảm bảo nguồn cung bền vững.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu nguyên tố đất hiếm

Mặc dù nguyên tố đất hiếm có nhiều ứng dụng quan trọng, nhưng việc thu hồi chúng từ quặng vẫn gặp nhiều khó khăn. Các vấn đề chính bao gồm chi phí cao, quy trình phức tạp và tác động tiêu cực đến môi trường. Những thách thức này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm ra các phương pháp mới và hiệu quả hơn.

2.1. Chi phí và hiệu quả trong thu hồi nguyên tố đất hiếm

Chi phí thu hồi nguyên tố đất hiếm từ quặng thường rất cao do quy trình khai thác và chế biến phức tạp. Việc tìm kiếm các phương pháp thu hồi hiệu quả hơn có thể giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi của các dự án khai thác.

2.2. Tác động môi trường của việc khai thác nguyên tố đất hiếm

Quá trình khai thác nguyên tố đất hiếm có thể gây ra ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Do đó, cần có các biện pháp bảo vệ môi trường trong quá trình khai thác và chế biến.

III. Phương pháp thu hồi nguyên tố đất hiếm từ quặng

Có nhiều phương pháp khác nhau để thu hồi nguyên tố đất hiếm từ quặng, bao gồm phương pháp khô và phương pháp ướt. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất.

3.1. Phương pháp khô trong thu hồi nguyên tố đất hiếm

Phương pháp khô thường được sử dụng để thu hồi nguyên tố đất hiếm từ quặng bằng cách sử dụng nhiệt độ cao để phân hủy quặng. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản và tiết kiệm chi phí, nhưng lại có nhược điểm là khó kiểm soát và có thể gây ô nhiễm môi trường.

3.2. Phương pháp ướt trong thu hồi nguyên tố đất hiếm

Phương pháp ướt sử dụng dung dịch hóa học để phân hủy quặng và thu hồi nguyên tố đất hiếm. Phương pháp này thường hiệu quả hơn trong việc thu hồi các nguyên tố, nhưng lại đòi hỏi chi phí cao hơn và có thể gây ra vấn đề về xử lý chất thải.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về phương pháp thu hồi nguyên tố đất hiếm đã mang lại nhiều kết quả khả quan. Các phương pháp mới được phát triển không chỉ giúp tăng hiệu quả thu hồi mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Những kết quả này có thể được ứng dụng trong thực tiễn để cải thiện quy trình khai thác và chế biến nguyên tố đất hiếm.

4.1. Kết quả từ các nghiên cứu gần đây

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các công nghệ mới trong thu hồi nguyên tố đất hiếm có thể tăng hiệu quả thu hồi lên đến 90%. Các công nghệ này bao gồm sử dụng các chất xúc tác mới và quy trình chiết tách hiện đại.

4.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp

Các nguyên tố đất hiếm thu hồi được có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ sản xuất nam châm vĩnh cửu đến chế tạo pin cho xe điện. Việc tối ưu hóa quy trình thu hồi sẽ giúp giảm chi phí sản xuất và tăng tính cạnh tranh cho các sản phẩm này.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về phương pháp thu hồi nguyên tố đất hiếm từ quặng đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng. Các phương pháp mới và hiệu quả hơn đang được phát triển, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp. Tương lai của nghiên cứu này sẽ phụ thuộc vào khả năng phát triển các công nghệ bền vững và hiệu quả hơn.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ thu hồi

Công nghệ thu hồi nguyên tố đất hiếm đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ. Các nghiên cứu mới về vật liệu và quy trình có thể mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp này, giúp tăng cường khả năng thu hồi và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Tương lai của ngành công nghiệp đất hiếm

Ngành công nghiệp đất hiếm có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai, đặc biệt là trong bối cảnh chuyển đổi sang năng lượng tái tạo và công nghệ xanh. Việc tối ưu hóa quy trình thu hồi sẽ là chìa khóa để đảm bảo nguồn cung bền vững cho ngành công nghiệp này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ G ĨẤ O l ũ ỤC VA ĐẦO TẠO TRƯỜNG ĐẠÌ nọc tốVng họp QUÔỐ GỈA ha nộ í KHOA HÓA - BỘ MÔÌM HÓA v ô có -Phạm iĩgô Tuấn N G H i g n CỨU PHƯƠNG Ì P I I Ẵ ? THU TỐriG ĐẤT HÍIỂM VÀ XÁC S ị N H CẤC NGUY YÊN T ố " Đ Ấ Ĩ HỈỂM ĩ ữ QƯẶHG íhuyên ng^ành ĩĩóa vô cơ Mã r,o 1. 0 1 :,ĨJẬ!'Ĩ ÁM PHỐ T Ỉ Ể Í ĩ si': .KHOA HỌC HÓA HỌC Tập •thề hương dẫn khoa học Phó ;::;iấo SI? PT3 Nguyên Trọng Ưy EPS N g u y ễ n D i n h Bần Phó íg iá c SU’ P T S C h u X u â n Anh HẦ MOÍt 1 9 9 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] MỰC LỰC } • I Trang MO ĐẨU -Ị A. PHÂN THI? NHẤT TỔNG QUAN 4 I. Giới thiệu các nguyên tổ đất hiếm.

Cấu trúc điện tử của các nguyên tố đất hiểm. Tinh chẩt của các nguyên tố đất hiếm. TÍnh chất vật lý của các nguyên tố đẩt hiềm. TÍnh chất kim loại.

Ban kính kim loại của nguyên tử.1), Nhiệt độ nóng chảy của các kim loạỉ đẩt hiểm. TÍnh chất ỉon đẩt hiềm hóa trị ba (Ln^+ ). Những tính chất biến đỗi tuần tự. Ban kính ion Ln^+ .c, i’he ion hóa, Độ âm đỉện.

Những tính chầt biến đỗi tuần hoàn. Hóa trị cửa các nguyên tố đất hỉểm. Tính chất hóa học của các nguyên tố đất hiềm. các oxỉt đẩt hỉếm.

các hyđroxyt đồt hiểm. oác iTiuổỉ đat hỉếm.a 4 Muoỉ đẩt hỉ ếm c1orua, 111.2,3 «0 » Oac muối đat hiếm riitrat III.đật hiếm sun fat.H 'c hiếm oxa'la t« IV. Ccc phưong pháp thu tổng ox.it t á t hiếưu 16 IV. rhưang pháp khô J;hu tổng oxit đết hiếm, 18 IV,1.

rùng oalt kim loại nặng Ma chat khử đề phân huỷ quạng, IV. c 1 o hóa qu&ng giẳu đất hiểm. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phưcmg pháo ướt thu tổng oxỉt đất hiểm.

Thu tổng oxỉt cĩẩt hiếm tù’ ỉvionaxỉt. Phưong pháp axit sunfuric. So sánh quy trinh phân hủy Monaxỉt bans exit suafuric và xút.2 «2, Thu tồng oxỉt đất hiếm tư Bapnezit. Phương pháp chỉế.

ihu’cmt; pL-ao axỉt suniuric. các phưcmỵ pháp xác định tori" oxỉt đất hiền. xác định tồng oxỉt' đất hiếm bằng phương pháp chuẩn độ complexon. xác định tồng oxỉt đất hiểm bằng ohep đo quang, VI.

Cac phương nháp tách riêng re cẩc nguyên tồ đất hiếm từ tổng đất hiếm. Oxỵ hóa xeri bang tác nhân, oxy hoa, Vl. Oxy hóa bang không khí. Chiết tách xeri.

Nhi ít phân đất hỉem nỉtrat.2, Phân chia tổng đẩt hiểm thành ha ỉ phân nhóm. 'Tách riêng rẽ các ncuyỗn tố dot hiềm trong từng phân nhom. Tách riểag rề các nguyên tồ đất hiếm bang phương pháp sac ký trao đoi ỉon. Khả nang tgo phức của các ỉon đất hiểm.

Tồng quan về kha năng tạo phức của đất hiếm.2, Axỉt cx-hydroxypropyonỉc (CH^CHOHCOOH)(axỉt lactic) vs ft-hydro:typropyonic (CH?0HCHoC00H). Phương pháp chuặn độ đỉộn thể nghiên cứu sự tạo phức trong dung dịch. 3ổ VIII; Gỉổl thiệu sẩc ký lỏng cao áp. sẩc ký cặp ion.g của by chưong trinh dun;; môi » 43 3.

Ưngdụng sắc ký long C.---JO áp trong việc i ủ c h và xác định cao nguven to đat hienu *.1 IT LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Mỏ ĐẬU Trong vài thập kỷ gan đây, đẩt hiểm đã thật sự trở thầr một trong những lĩnh vực quan trpng và hấp dẫn. có lẽ trong tất cả các khoáng 3an công nghiệp hiện đại đang được khaỉ thác thl đất hiềm dương như liên quan mật thỉểt hơn cả vớỉ thểgỉ kỹ thuật cao. Điều này có thễ thấy đưọxĩ qua việc mở rộng nhanh chong thị trường mớỉ của đấthiếm như nam châm vĩnh cửu, chất xúc tác, gom ẩp điện, la de, chất siêu dẫn nhiệt độ cao. các nguyên tổ đểt hiếm có nhiều ưng dụng trong nganh luyện kim, thép tổt không thề thỉeu được các nguyên tổ đểt hiếm.

Hợp kỉra mangan có đất hiểm có độ bền rão cao ơ nhỉệt độ cao, tăng tính chầy loãng khi đúc và tăng tính chịu hàa ở nhiệt độ thường, VI vậy mầ họp kim này đưọ>c dùng trong ngà nil hàng khổng vũ trụ. MỈ3chmetal là họp kim của đất hiềm đưực ứng dụng trong công nghiệp gang thép và sẫn xuẩt đã lưả. Trong luyện thép mỉschineíal khống chề lưọTig Yằ dậng lưu huỳnh có trong thép. Trong gang đúc (gang xám) đất hiểm tẹo cho than chì tụ thành thề hinh cầu, do đó tẵng thêm tính ben deo.

Đa lửa là hợp kim chứa 75% misohmetal và 25% sắt (mỉschnietal chrá khoảng 50% Ce, 24%La, 15% necđym* ị% prazeodym, 2% ytri, 5% sẩt). Mỉschmetal được san xuầt baag cách điện phân hỗn hpp đầt hỉềm clorua khan, xúc tãc la một trong ỉihững I.iih vực ứng dụng lổn của đẩt hiểm. Khoang 3% (1st hiểm clorua được cho vào xúc tác zeoiỉ' sẽ làm tăng khả năng xúc tác chiợển hóa dẫu tb.ô (crude oil) thẫnh dầu mổ (petroleum) và đó cũng chính là chất xúc tác đưọ«c dùng nhiều nhất trên thể giới hiện nay* Nhu cầu dùng đẩt hỉera clorua lam XUC tí:c crackinh của thể gỉc*ỉ đang tăng lên nhanh chóng. Dặc biệt là hỉệii nay công nghiệp dẫu mỏ Vỉệt-Nam đang trên đầ phát triển.

Trong ngành thủy tinh đất hi era dượx) dùng lam chất mài. bongs lam Eìẩt mau, tẹo m à u và sẵn xuất t hủ y t in h đặc biệt, Việc lầm mat m u thủy tinh lẳ ào xeri 0X3- hóa sat (II) cố màu xanh, lên sat (ĩĩĩ) co mau vẳng nên giầm mạnh cưcmg độ màu cua Bắt.Crth dồi màu có chưa xerỉ và ơr-opi hoạt động trền nguyên LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] nghiền cứu tách riêng rẽ và xác định các nguyên tố đất hỉếm từ các mẫu đẩt hiềm bằng sẩc ký lỗng cao áp, hy vọrig rang đó lằ những gợi ý ban đẩu cho việc tách rỉêng rẽ các đất hiếm trong công n^hỉệp bầng sắc ký sau nẫy. Tư các mục tiêu nêu ra trên đây chúng tôi đẩ thu đưọc những kết qủa đáng khich lệ và mong rằng đưgrc đóng góp một phan nhỏ vào lĩnh vực chề biển và xuẩt khẩu đất hiềm của nước ta. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] " 4 - \* m ĩ at TONG QĨỊẠĨT I.

G_io[2 f'-iju _cr;ọ__n.Ị';uỵen bo c!at hiftm: T’hiVu npữ đnt hie-: la ten cảo một nhóm các nguyíòn to có số thú’ tự nguy ôn tủ' ttv 57 đen 71 (tư Lan tan đen Lutecxỉ) như trước đây dung để áp đ;-t cho nhóm Lantanỉcl. Tên n ay do Johann Gađolin- người đã tim ra Ytrỉ, đ£t ra nhằm ẩm chỉ sự hỉểm có tron.7 thiên nhiên vằ sỉ lực đổi với oxy của chung. "ígày nay các nha khoa học nhận thấy rang cái tên đẩt hiếm sẽ bị loi thơi VI các kim loại này tuyệt nhiên không hiểm như người ta tu’ỗ’ ng niè lại được đẩnh gía là có nhiều trên vỏ trai dất tương tự như nột vài nguyên tồ phổ biền như thỉểc chẳng hạn. -ĩgày nay thu-O-t ngũ’ đẩt hiểm không chỉ đồ ám chỉ các Lantenoiđ na còn bao i-;;otì! ca Scandỉ và Y tri như theo định nghĩa của lif'ti đoan hóa chất — ứng dụng va tỉnh khiết quốc tể, ịv:c.

la tất cả cóc ':.rfuyên '1,0 nam trong phân nhóm phụ nhóm III của hệ thống tuan hoàn các nguyền tổ trừ nhóm Actỉnoỉc Ngoài re ngrvb’i ta còn kề đển cả Thorỉ VI thương thấy có í ỉ nhiâu trong các khoang và các sản phẩm đất hỉ em nên nó luôn là ten đu’ọ’c bhừa n’lvi trong thưoìig mẹ ỉ.il vỏ trnt ,.s < r< , _ ' , , ơ đát !:•; noi quan 1JV on ăn lẻ. IThững xif-uven. tổ cố 8 0 thử tự ch. r Dy Er Yb uỉlỉeu ỈÌO’0 Ê?0 vợi G3C nguyen tổ GO CO có SO so -HU 1tự V » ,1 ị, ị ,ỊỊ>■lị.

>\> lẻ như như1 : 1 1I- , I il: l:1. , Q - 57 koỊ 1 )1 *) ’ <*■ ’ ' Eu Tb Iĩo , Tm Lu / M 4 4-7 ' V \ Do đó khi '■!, đụ:i£ ,:ieu /5Ể>/ (so thử tự ng.tử) có oh- f'u'r/r: ị;111 nên d'ui" nguyên tố so thứ tự chẵn t h ì l ọ ’ỉ hơn Thnm rbr'.no Tha ■'ỉIkhỏ tồn ton tai i;g itron? trongthỉAn nhiên tl-i:l/o. ahiêncủa mSt ữồ của một số ỉi^uy. nguyên tố khác đ? «0 ĩíẩrừi với đ'ít hiển / 6 6 / (phần trỉộu) ỉ 2 n (1 3 0 ), cũ c1 : , 'li(r.O), c ;, Sn(40), Co (23), Pb(1ố), Hg(1) ,àu(0,015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 7 - ?Thln chung, bán kính nguyên tủ’ giảm chậm theo chiều tăng số thứ tự nguyên tử do sw co Lantaiiid, và ngoại lệ ỏ’ Su và Yb cho thẩy BV-’ biền rtoỉ vu’á mang tính chất tuần tự va tuar hoan.hi £ t độ ị)Pn vJ.

c h ả y của cạc k i m l ogi. cĩat h iềm : TThỉ^t độ non;'; chảy kim loại đẩt hiểm biển đỗi mật th.iể với oán kính nguyên tử, nhln chung nhiệt đê nóng chảy kim loẹ đất hiếm t'-.ng theo sự tang số thú’ tự nguyêíi tử, ngoai lệ có giảm đi ỗ’ Ce, Su, Yb và đều có nhiệt độ nóng chảy khoảng 800° Sự ‘biển đồi ki ch thước nguyên tủ’ đẩt hiểm vừa mang tính tuàn tự lẫn tuần hoàn, va sự biển đỗi nhiệt nóng chảy cũng vậy. theo 30 t>v lự íi^uycn tử.chat ìon ctst hi em hoa trị ba (Ln***): các 5-on đẩt hiếm hóa trị ba Ln-!+ có tính chat biển đỗi tuẫn tự theo B ồ thư tự nguyên tử về bán kinh ion, độ ba sơ thể ỉon hóa. vầ biền đôi tuan hoàn v ề hoa trị, tư tính, mau _ 'ệ sac.

những tính obẩt biến đỗi tuan tự: XIT. Bán kinh ion Lr£_ti -?nn v.Tc ion LttJÍ+ giảm đều đan tư 1,04 A ° ở La v TV o ? .ir • LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 8 tan e'en Lutecxij "ban kính ion chi giem 0,02 A° la do cac el e o 0 ">.ien vẫo pb.ân lóp 4 f nr'av càng day Ổ.n tới hailóp ngoài cùng (5 d ,6 s^). chẩn I’ người ta c:oỉ cTố le p;V-co Lgntanid, mànguyên nhân la do hiệu ứng chắn gây ra. Đq bazo’: in(OPI)o In những kểt tua lưỡng tính khó tan trong nước ?hu họT> vói sự giảm bon kính đeu ã£n trong dãy Lo^+-Lu"+ , tính baaơ ."iản dan, độ ben nhỉ|t và đọ tail cũng Siam xuống, III.1 «c « The ìon hóa: Thể ion hoa tang lên theo trật tự tư Lantan-Lutecxi (tu.n theo cô/ì;;; tl-ức Capustinskỉ: J = 43,13 1-Z - 38,9 ^ r/ *T ^ ^ f_1 ^ I A I ^ N 0 đay 2 lồ 8 0 thư tự nguyên tư.