Thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền: Ứng dụng làm phân bón cho cây chè và rau tại Đà Lạt, Lâm Đồng

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Khoáng sản đất hiếm

1.2. Khoáng sản đất hiếm ở Việt Nam

1.3. Mỏ quặng đồng Sin Quyền

1.4. Bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

1.5. Công nghệ xử lý quặng đất hiếm

1.5.1. Làm giàu quặng đất hiếm

1.5.2. Tách tổng oxit đất hiếm

1.5.2.1. Tách tổng oxit đất hiếm từ quặng monazit

1.5.2.2. Tách tổng oxit đất hiếm từ quặng basnezit

1.5.2.3. Tách tổng oxit đất hiếm từ các quặng khác

1.6. Khả năng tạo phức của NTĐH

1.7. Tách các NTĐH bằng phƣơng pháp chiết lỏng - lỏng

1.7.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp chiết lỏng - lỏng

1.7.1.1. Hệ số phân bố

1.7.1.2. Phần trăm chiết (E%)

1.7.1.3. Hệ số cường chiết (Sk )

1.7.1.4. Hệ số tách β

1.7.2. Chiết NTĐH bằng hợp chất cơ photpho trung tính

1.7.3. Tác dụng của muối đẩy đến hiệu quả chiết

1.8. Ứng dụng của NTĐH trong nông nghiệp

1.9. Giới thiệu về cây chè và một số loại rau phổ biến ở Đà lạt

1.9.1. Giới thiệu về cây chè

1.9.2. Giới thiệu về cây cải bắp

1.9.3. Giới thiệu về cây xà lách

2. Chƣơng 2: HÓA CHẤT DỤNG CỤ VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Các loại hóa chất chính

2.1.1. Tác nhân chiết và dung môi pha loãng

2.1.2. Dung dịch muối đất hiếm

2.1.3. Dung dịch đệm axetat

2.1.4. Dung dịch chuẩn DTPA

2.1.5. Các loại hóa chất khác

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp tuyển làm giàu quặng đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

2.2.2. Thu hồi tổng oxit đất hiếm từ phân đoạn giàu đất hiếm bằng phương pháp axit

2.2.3. Thu hồi tổng oxit đất hiếm từ phân đoạn giàu đất hiếm bằng phương pháp kiềm

2.2.4. Phương pháp chiết, tách các NTĐH

2.2.5. Phương pháp tổng hợp phức chất đất hiếm với axit lactic

2.2.6. Phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu kích thích sinh trưởng cây chè và rau ở Đà lạt, Lâm Đồng của phức lactat đất hiếm

2.2.6.1. Đối với cây chè

2.2.6.2. Đối với cây cải bắp trồng ngoài trời

2.2.6.3. Đối với cây xà ách oro trồng ngoài trời

2.2.6.4. Đối với cây xà ách Rumani trồng trong nhà ưới

2.3. Các phƣơng pháp phân tích kiểm tra

2.3.1. Xác định nồng độ axit

2.3.2. Xác định hàm lượng tổng các NTĐH trong tinh quặng

2.3.3. Xác định hàm lượng tổng các NTĐH và thori trong quá trình chiết phân chia

2.3.4. Xác định hàm lượng từng NTĐH

2.3.4.1. Phương pháp sắc kí trao đổi ion kết hợp với chuẩn độ vi ượng

2.3.4.2. Phân tích định ượng các nguyên tố bằng I P - AES

2.3.5. Xác định các thông số của quá trình chiết đất hiếm

2.3.5.1. Hệ số phân bố D của NTĐH

2.3.5.2. Xác định dung ượng chiết

2.3.6. Phương pháp xác định thành phần và tính chất của phức NTĐH(III) với axit lactic

2.3.6.1. Thành phần của phức chất

2.3.6.2. Độ dẫn điện của dung dịch phức

2.3.6.3. Phương pháp phân tích nhiệt

2.3.6.4. Phương pháp phổ hồng ngoại

2.3.7. Phương pháp xử lý và phân tích dữ liệu đánh giá năng suất, chất lượng cây trồng

3. Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu làm giàu đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

3.1.1. Kết quả phân tích thành phần bã thải

3.1.2. Kết quả thí nghiệm tuyển làm giàu đất hiếm

3.1.3. Kết quả phân tích thành phần phân đoạn giàu đất hiếm

3.2. Nghiên cứu thu hồi đất hiếm bằng phƣơng pháp axit

3.2.1. Nghiên cứu thu hồi đất hiếm bằng phương pháp ngâm chiết với axit

3.2.1.1. Phương pháp ngâm chiết bằng axit nitric

3.2.1.2. Phương pháp ngâm chiết bằng axit sunfuric

3.2.1.3. Ảnh hưởng của thời gian ngâm chiết đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.2. Phương pháp thủy luyện có gia nhiệt bằng dung dịch axit sunfuric

3.2.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit sunfuric đến hiệu suất thu hồi đất hiếm ở nhiệt độ khác nhau

3.2.2.2. Ảnh hưởng của tỷ ệ quặng H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.2.3. Ảnh hưởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử ý quặng ban đầu đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.3. Phương pháp thủy luyện bằng axit sunfuric dưới tác dụng của vi sóng

3.2.3.1. Ảnh hưởng của công suất vi sóng, nồng độ của axit đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ ệ quặng H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thủy uyện đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.4. Phương pháp thủy luyện bằng axit sunfuric ở nhiệt độ cao

3.2.4.1. Ảnh hưởng của tỷ ệ quặng H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.4.3. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.2.4.4. Ảnh hưởng của tỷ ệ rắn ỏng trong quá trình hòa tách đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3. Nghiên cứu thu hồi đất hiếm bằng phƣơng pháp kiềm

3.3.1. Phương pháp hủy luyện bằng dung dịch NaOH ở áp suất thường

3.3.1.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy uyện đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.1.3. Ảnh hưởng của tỷ ệ quặng NaOH đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy uyện đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.2. Phương pháp thủy luyện bằng dung dịch NaOH ở áp suất cao

3.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.2.3. Ảnh hưởng của tỷ ệ quặng NaOH đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.3.2.5. Ảnh hưởng của áp suất bình thủy uyện đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

3.4. Chiết La, Ce, Nd và Y bằng TPPO trong dung dịch nƣớc chứa muối đẩy

3.4.1. Chiết La, Ce, Nd bằng TPPO trong dung dịch nước chứa muối đẩy

3.4.1.1. Ảnh hưởng của bản chất muối đẩy đến hệ số phân bố của La, Ce, Nd

3.4.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ muối đẩy đến hệ số phân bố của La, Ce, Nd

3.4.1.3. Đường đẳng nhiệt chiết La, Ce, Nd

3.4.2. Chiết Y bằng TPPO trong dung dịch nước chứa muối đẩy

3.4.2.1. Ảnh hưởng của bản chất muối đẩy đến hệ số phân bố của Y

3.4.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ muối đẩy đến hệ số phân bố của Y

3.4.2.3. Đường đẳng nhiệt chiết Y

3.4.2.4. ác điều kiện giải chiết Y

3.5. Chiết thu nhận xeri và oxit đất hiếm(III) từ tổng oxit đất hiếm Sin Quyền

3.5.1. Nghiên cứu điều kiện giải chiết La, Nd, Y, Ce và Th

3.5.2. Nghiên cứu giải chiết Ce(IV)

3.5.3. Nghiên cứu chiết thu nhận xeri và đất hiếm(III) từ tổng oxit đất hiếm Sin Quyền

3.6. Tổng hợp và nghiên cứu cấu tạo phức chất lactat đất hiếm

3.6.1. Thành phần của phức chất

3.6.2. Nghiên cứu phức chất

3.6.2.1. Độ tan và độ dẫn điện của phức chất

3.6.2.2. Nghiên cứu phức chất bằng phương pháp phân tích nhiệt

3.6.2.3. Nghiên cứu phức chất bằng phổ hồng ngoại

3.7. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của phức chất lactat đất hiếm đến năng suất chè và một số loại rau ở Đà lạt, Lâm Đồng

3.7.1. Kết quả thí nghiệm trên cây chè

3.7.1.1. Kết quả theo dõi tốc độ sinh trưởng của búp chè

3.7.1.2. Kết quả theo dõi chiều dài búp chè

3.7.1.3. Kết quả theo dõi mật độ búp chè

3.7.1.4. Kết quả theo dõi trọng ượng búp chè

3.7.1.5. Kết quả nếm cảm quan chè thành phẩm

3.7.1.6. Kết quả phân tích sinh hóa mẫu chè

3.7.2. Kết quả thí nghiệm trên một số loại rau ở Đà lạt

3.7.2.1. Kết quả thí nghiệm trên cây cải bắp trồng ngoài trời

3.7.2.2. Kết quả thí nghiệm trên cây xà lách Corol trồng ngoài trời

3.7.2.3. Kết quả thí nghiệm trên cây xà lách Rumani trồng trong nhà ưới

CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN ÁN

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN ÁN

I. Tổng quan về khoáng sản đất hiếm và bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

Luận án tập trung vào việc thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền, một nguồn tài nguyên chưa được khai thác hiệu quả. Đất hiếm là nhóm nguyên tố có giá trị cao trong nhiều ngành công nghiệp, từ điện tử đến nông nghiệp. Việt Nam sở hữu trữ lượng đất hiếm đáng kể, tập trung chủ yếu ở các mỏ như Nậm Xe, Đông Pao, và Sin Quyền. Bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền chứa hàm lượng đất hiếm đáng kể nhưng chưa được tận dụng. Việc thu hồi đất hiếm từ bã thải không chỉ giúp tận dụng nguồn tài nguyên mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1. Khoáng sản đất hiếm ở Việt Nam

Việt Nam có trữ lượng đất hiếm khoảng 15 triệu tấn oxit, phân bố chủ yếu ở các mỏ như Nậm Xe, Đông Pao, và Sin Quyền. Các mỏ này chứa cả đất hiếm nhóm nhẹ và nhóm nặng, với tiềm năng khai thác lớn. Mỏ quặng đồng Sin Quyền nằm ở Lào Cai, là một trong những mỏ đồng lớn nhất Việt Nam, đồng thời chứa hàm lượng đất hiếm đáng kể. Tuy nhiên, trong quá trình tuyển quặng đồng, đất hiếm thường bị bỏ qua và tập trung trong bã thải.

1.2. Bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

Bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền là sản phẩm phụ của quá trình tuyển quặng, chứa hàm lượng đất hiếm đáng kể. Việc thu hồi đất hiếm từ bã thải không chỉ giúp tận dụng nguồn tài nguyên mà còn giảm thiểu tác động môi trường. Luận án đề xuất các phương pháp làm giàu và thu hồi đất hiếm từ bã thải, bao gồm phương pháp axit và kiềm, nhằm tối ưu hóa hiệu suất thu hồi.

II. Phương pháp thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

Luận án đề xuất hai phương pháp chính để thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền: phương pháp axit và phương pháp kiềm. Cả hai phương pháp đều được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu suất thu hồi cao và tính khả thi trong thực tế. Phương pháp axit sử dụng các dung dịch axit như HNO3 và H2SO4 để hòa tách đất hiếm, trong khi phương pháp kiềm sử dụng NaOH để phân hủy quặng và thu hồi đất hiếm.

2.1. Phương pháp axit

Phương pháp axit sử dụng các dung dịch axit như HNO3 và H2SO4 để hòa tách đất hiếm từ bã thải. Các yếu tố như nồng độ axit, thời gian ngâm chiết, và nhiệt độ được nghiên cứu để tối ưu hóa hiệu suất thu hồi. Kết quả cho thấy, phương pháp axit đạt hiệu suất thu hồi cao, đặc biệt khi sử dụng H2SO4 ở nhiệt độ cao.

2.2. Phương pháp kiềm

Phương pháp kiềm sử dụng NaOH để phân hủy quặng và thu hồi đất hiếm. Các thí nghiệm được tiến hành ở cả áp suất thường và áp suất cao để đánh giá hiệu quả. Kết quả cho thấy, phương pháp kiềm đạt hiệu suất thu hồi cao khi sử dụng NaOH ở nồng độ cao và thời gian thủy luyện dài.

III. Ứng dụng đất hiếm làm phân bón cho cây chè và rau tại Đà Lạt Lâm Đồng

Luận án nghiên cứu ứng dụng đất hiếm thu hồi từ bã thải làm phân bón cho cây chè và rau tại Đà Lạt, Lâm Đồng. Các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá hiệu quả của phân bón đất hiếm đối với sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng. Kết quả cho thấy, phân bón đất hiếm giúp tăng năng suất và chất lượng của cây chè và rau, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường.

3.1. Ảnh hưởng của phân bón đất hiếm đến cây chè

Các thí nghiệm trên cây chè cho thấy, phân bón đất hiếm giúp tăng tốc độ sinh trưởng, chiều dài búp, và trọng lượng búp. Kết quả nếm cảm quan cũng cho thấy chất lượng chè được cải thiện đáng kể. Phân tích sinh hóa cho thấy hàm lượng đất hiếm trong chè ở mức an toàn, không gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dùng.

3.2. Ảnh hưởng của phân bón đất hiếm đến rau

Các thí nghiệm trên rau như cải bắp và xà lách cho thấy, phân bón đất hiếm giúp tăng năng suất và chất lượng rau. Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng và dư lượng đất hiếm trong rau cho thấy mức độ an toàn, không gây ô nhiễm môi trường. Phân bón đất hiếm được đánh giá là giải pháp hiệu quả để tăng năng suất nông nghiệp tại Đà Lạt, Lâm Đồng.

Nghiên cứu thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền và ứng dụng làm phân bón cho cây chè và rau tại Đà Lạt, Lâm Đồng