Thực hành xác định các kim loại đất hiếm trong bùn đỏ để có thể sử dụng

BÀI 5 : XÁC ĐỊNH CÁC KIM LOẠI ĐẤT HIẾM TRONG BÙN ĐỎ ĐỂ CÓ THỂ
SỬ DỤNG


GIỚI THIỆU
• Bùn đỏ là dư lượng của ngành cơng nghiệp chế biến bauxite thu được
trong quá trình khai thác kiềm của alumina từ quặng bauxite
• Quy trình sản xuất alumina của Bayer bao gồm lọc quặng bauxite
bằng dung dịch natri hydroxit (NaOH) để chiết xuất khống alumina
có trong đó dưới dạng dung dịch natri aluminate (NaAl (OH) 4). Đồng
thời, một phần ba đến một nửa tổng trọng lượng của quặng được sử
dụng được thải ra dưới dạng bùn đỏ còn lại


Bùn đỏ chứa các nguyên tố chính sau:
sắt (III) oxit (Fe 2 O 3) 12-48% khối lượng
oxit canxi (CaO) 2-42% khối lượng
silica ( SiO2) 8-43 wt%
Titania (TiO2) 4-18 wt%
natri oxit (Na2O) 2-11 wt%
Tuy nhiên, bùn đỏ cũng chứa một lượng nhỏ vanadi (V) 0,1% khối
lượng, zirconi (Zr) 0,1% khối lượng, niobi (Nb) 100 ppm và các nguyên
tố đất hiếm (REE) 0,1-0,3% khối lượng
Do đó bùn đỏ được coi là nguyên liệu thứ cấp vì hàm lượng kim loại có
giá trị của nó


Table 1. REE content of bauxites, Hungarian red mud
and manganese deposit in Hungary
REE
element

(ppm)

Bauxitea

Red Muda Red
Mudb

Red
Mudc

Úrút
depositd

Sc

30

55

120

128

6

Y

66

120

121

195

-

La

133

240

299

372

60

Ce

265

450

188

1254

172

Pr

10

10

-

172

-

Nd

74

190

-

397

42

Sm
Yb
Gd

10

-

23
<0.003

127
-

44
-

15
5
-


2.1. Mục tiêu

2. Thực nghiệm

Để trích xuất 60Co và 137Cs từ chất thải lỏng phóng xạ, một phương pháp
xử lý kết hợp đã được sử dụng. Phương pháp bao gồm hai giai đoạn.
Trong giai đoạn đầu tiên, các hạt nhân phóng xạ phức tạp EDTA đã bị
suy thối và khống hóa bởi bức xạ UV và sưởi ấm với quá trình oxy
hóa
các chất và sau đó trong giai đoạn hạt nhân phóng xạ thứ hai
các ion đã được loại bỏ bằng cách hấp thụ sử dụng VNB.


Để chuẩn bị các mơ hình giải pháp của nghiên cứu này,

nồng độ hoạt động của chất phóng xạ của 137Cs và 60Co
trong mẫu chất thải phóng xạ lỏng điển hình được xác định
bằng tiêu chuẩn y-spectrometry sử dụng phương pháp máy
dò tán xạ Gamma Műszaki Zrt (NaI). Bảng 1 cho thấy các
phép đo được lấy từ
mẫu chất thải lỏng phóng xạ.
Bảng 1. Mẫu chất thải lỏng phóng xạ điển hình
(Số đo 3/2/2015).
Hạt nhân
phóng xạ
Co
137
Cs
60

Nồng độ hoạt động
Bp dm-3
1.23*104
2.51*105

H

Vật chất khô
g dm -3

12.5

85.23

p

axit boric
g dm-3
120

EDTA
g dm-3
4


2.2. Phương pháp nghiên cứu
Nồng độ các nguyên tố phóng xạ được xác định bằng cách sử dụng máy
quang phổ hấp thụ nguyên tử iCE 3000 (AAS, Thermo khoa học, Hoa Kỳ)
với một ngọn lửa khơng khí-C2H2 với tốc độ dịng 0,9 dm3 / phút.
Các hóa chất được sử dụng làm tiêu chuẩn phân tích là tất cả các loại
thuốc thử hoặc tốt hơn. Ethylenediaminetetraacetic axit (EDTA), H3B03 ,
NaOH, H2O2, CoSO4 và CsCl được mua từ Merck (Đức). Tất cả đồ thủy
tinh và chai polyetylen được rửa kỹ và sau đó rửa sạch bằng nước siêu
tinh khiết trước khi sử dụng.


2.2.1. Sự thối hóa các hợp chất phức tạp bởi nhiệt độ với một
chất oxy hóa

Trong hệ thống được làm nóng (Hình 2), thối hóa của EDTA, CoSO4 và H3BO3 phức tạp đã được nghiên
cứu tỉ mỉ trong hai bộ điều kiện ở 60 và 70ºC với có và khơng có H2O2 ở nồng độ 30 mg dm-3. Mỗi
thử nghiệm kéo dài 1 giờ cho ba giải pháp với nhiều nồng độ CoSO4 (10, 20 và 40 mg dm-3).
Aliqots của các mẫu đã được thực hiện đều đặn, như vậy như 10, 30 và 60 phút. Những giải pháp này
đã được ly tâm và khuấy với VNB trong 1 giờ. Sau đó, các mẫu giải pháp, có và khơng có VNB, đã được
phân tích để xác định nồng độ Co(II).

2.2.2. Sự thối hóa các phức hợp bởi bức xạ UV và chất oxy
hóa
Các khía cạnh của sự thối hóa quang xúc tác với EDTA, CoSO 4và H3B03 đã được nghiên cứu. Hiệu
quả suy thoái đã được nghiên cứu chi tiết bằng cách sử dụng một hệ thống bức xạ tia cực tím trong
phạm vi 280-315 nm
và ở 0,15 W m-2 (Hình 3) theo các điều kiện dưới đây:
1. chỉ với đèn UV;
2. UV và O2 với tốc độ dòng chảy 70 dm3 /h
3. UV, O2 và H2O2 ở nồng độ 3 mg dm-3;
4. UV, O2 và TiO2
5. UV, O2, TiO2 và H2O2.
Mỗi thí nghiệm kéo dài trong 2 giờ cho ba giải pháp sử dụng nồng độ CoSO 4 khác nhau (10, 20,
và 40 mg dm-3). Các mẫu được lấy thường xuyên khoảng thời gian 10, 30, 60 và 120 phút. Các giải
pháp được
ly tâm và khuấy với VNB trong 1 giờ. Sau đó,các mẫu giải pháp, có và khơng có VNB, được phân tích
để xác định nồng độ Co(II).



2.2.3. Hấp phụ các nguyên tố phóng xạ lên VNB.
Các thí nghiệm về sự hấp phụ của Co(II) và Cs+ lên bentonite đã được thực
hiện theo các đợt để xác định
thời gian hấp phụ và các đường đẳng nhiệt cân bằng. Một thể tích 30 cm3
dung dịch phóng xạ lúc ban đầu
nồng độ CoSO4 (10, 20 và 40 mg dm-3); và CsCl (60 và 120 mg dm-3) được
khuấy với bentonite trong 1 giờ trong phạm vi pH từ 12 đến 13, tùy thuộc
vào nồng độ ban đầu của EDTA và H3B03 trong mơ hình giải pháp. Các
mẫu được lấy theo định kỳ, ly tâm và nồng độ của các ion Co(II) và Cs+ đã

được đo.


2.2.4. Đường đẳng điện nhiệt hấp thu:
Để đánh giá khả năng hấp phụ của các ion lên bentonite, mơ hình đường đẳng nhiệt Langmuir
và Freundlich đã được sử dụng. Trên cơ sở thực nghiệm dữ liệu, các thông số điển hình của quá trình
hấp thụ được xác định bằng phương pháp hồi quy tuyến tính.Phương trình Langmuir được cho bởi:
qe = qm ka Ce / (1 + Ka Ce). (1)
Dạng tuyến tính của nó là
Ce / qe = (1 / qm) Ce + 1 / (Ka qm ) (2)
Trong đó qe là lượng ion bị hấp phụ (mg g-1) tại cân bằng; Ce là nồng độ cân bằng (mg dm-3); qm
là khả năng hấp phụ tối đa (mg dm-3); và Ka là hằng số cân bằng hấp phụ. Một sơ đồ của Ce / qe so với
Ce dự kiến sẽ đưa ra một đường thẳng với một
gadient 1 / qm và phần mặt phẳng bị chắn 1 / (Ka pm). Phương trình Freundlich được cho bởi:
Qe. = Kf Ce l/n
Dạng tuyến tính của nó là:
ln qe = ln Kf + (1 / n) ln Ce (4)
Trong đó Kf và n là hằng số.
 


KẾT QUẢ
• bùn đỏ có chứa một số khống sản bao gồm: đá sodalit, cancrinite,
hydrated casilactes, tri – calcium aluminates, hydrocalumites, calcite/
aragonite, sodium carbonates
• Hematit có mặt trong tất cả các quặng boxit, quy định màu đỏ của
quặng này
• Boehmit, gibbsite và anatase, rutile ( cả TiO2 ) là các khống chất
thường có trong quặng boxit
• Cancrinite với xác suất cao được hình thành ở nhiệt độ cao trong quá

trình chưng cất boxit loại boehmite. Perovskite và calcite là phổ biến
trong quặng boxit do bổ sung vơi trong q trình Bayer


Các vi ảnh cho thấy bùn đỏ vẫn ổn
Bột có kích cỡ hạt đa dạng, chủ yếu
là với các hạt nhỏ hơn 10 µm. Các
hạt lớn hơn cũng được phát hiện và
những người xuất phát từ sự kết tụ
của các hạt nhỏ hơn. Các đỉnh của
các thành phần chính như vậy như
Fe, Al, Ca, Na, Si, Ti được quan sát
thấy trên phổ EDS (Hình 3) đồng ý
với kết quả XRD và dữ liệu tài liệu
(Pascual et al., 2009).


TIÊU HĨA VI SĨNG
• So sánh cấu hình nhiệt độ và áp suất trong q trình phân hủy vi sóng
để sử dụng axit 1HNO3: 3HCl có hoặc khơng có mẫu bùn đỏ được thể
hiện trong hình 3. Áp suất cao nhất (17 bar) trong các lị vi sóng được
ghi lại trong trường hợp dung dịch axit khơng có màu đỏ bùn. Do hiệu
ứng nhiệt, sự phân hủy axit xảy ra trong các bình kín theo các phương
trình sau(phương trình 1-2):
• 4HNO3→ 4NO2 + O2 + 2H2O (1)
• 2HCl→ Cl2 + H2 (2)


Hàm lượng nồng độ của REE
trong bùn đỏ

• Tổng lượng REEs (ppm) của bùn đỏ cao hơn trong các giải pháp thu
được sau lị vi sóng tiêu hóa kết hợp các axit khác nhau (trừ sự hòa tan
trong HNO3). Giá trị cao nhất của các cơng ty chứng khốn (923 ppm)
đã được phát hiện để giải thể màu đỏ bùn trong nước cường toan
(Bảng 4).
• Tuy nhiên, giá trị này thấp hơn so với báo cáo trong tài liệu, nơi dành
cho các yếu tố của REE 1500-2500 con số ppm được đưa ra ). Các sự
khác biệt quan sát có thể là do khác nhau thủ tục / axit áp dụng cho
việc xác định các yếu tố. Sự cải thiện của việc giải thể Có thể thực hiện
các RAT bằng cách lọc bùn đỏ bằngaxit nitric loãng dẫn đến chọn lọc và
hiệu quả sự phục hồi của các công ty chứng khoán


Kết luận
• Dữ liệu cấu trúc của bùn đỏ trước quy trình tiêu hóa cho thấy sự hiện
diện của các thành phần khống chất chính như bohmite, rutile,
hematite, calcite, hydrogarnet, perovskite, cancrinite và gibbsite Các
phân tích SEM-EDX đã cung cấp thơng tin về hình thái và về ngun tố
chính (cao như Fe, Al, Na, Ca, Na, Si, Ti) và nguyên tố phụ (dưới 1 wt.
%: Mg, Mn, S, K , V, Cr) thành phần của bùn đỏ. Không phát hiện được
các loại thuốc có nồng độ thấp (ở mức ppm) bởi SEM-EDX.
• Bùn đỏ của Ajka chứa các yếu tố sau theo thứ tự giảm dần theo đến
nội dung trung bình của họ: Ce (371)> La (141)> Nd (86) > Pr (81)> Y
(74)> Sc (53)> Sm (37)> Gđ (6)> Hồ (4) > Ê (1)


Phương pháp chiết vi sóng có thể là
đề nghị xác định đất hiếm thành
phần kim loại của bùn đỏ vì nó
nhiều hơn hiệu quả hơn phương

pháp tắm cát trên tổng số giải thể
các cơn ty chứng khốn