Điều chế và ứng dụng các hợp chất của xeri từ bastnazit đông pao việt nam

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM




BÁO CÁO TỔNG KẾT
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI HỢP TÁC KHCN
THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – HÀN QUỐC




ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CÁC HỢP CHẤT CỦA
XERI TỪ BASTNAESITE ĐÔNG PAO VIỆT NAM

(Số: 16/2006/HĐ – NĐT)





Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Xạ Hiếm
Chủ nhiệm: PGS. TS. Lê Bá Thuận

8760


Hà Nội - 2010

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM




BÁO CÁO TỔNG KẾT
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI HỢP TÁC KHCN
THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ VIỆT NAM – HÀN QUỐC

ĐIỀU CHẾ VÀ ỨNG DỤNG CÁC HỢP CHẤT CỦA
XERI TỪ BASTNAZIT ĐÔNG PAO VIỆT NAM

(Số: 16/2006/HĐ – NĐT)





Đơn vị thực hiện: Viện Công nghệ Xạ Hiếm
Chủ nhiệm: PGS. TS. Lê Bá Thuận





8760


Hà Nội - 2010



Danh sách cán bộ tham gia đề tài

TT Học hàm, học vị, họ và tên Chữ ký
A. Phía Việt nam
1 PGS. TS. Lê Bá Thuận
2 TS. Nguyễn Trọng Hùng
3 CN. Lưu Xuân Đĩnh
4 CN. Nguyễn Thành Chung
5 ThS. NCS. Nguyễn Văn Hải
6 ThS. NCS. Nguyễn Đức Vượng
7 ThS. Nguyễn Quang Anh
8 KS. Lê Thị Bằng
9 TC. Nguyễn Thị Thanh Thuỷ
10 TS. Hoàng Nhuận
11 KS. Hoàng Văn Đức
B. Phía Hàn Quốc
1 TS. Joon Soo KIM KIGAM
2 TS. Jin Joung Lee KIGAM
3 TS. Hoo Soo Yoon KIGAM

MỤC LỤC
Trang
Phần I. THÔNG TIN CHUNG VỀ NHIỆM VỤ ……… 1



Phần II. BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ………. 12



Ch. I.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12
1.1
Kỹ thuật sản xuất tổng đất hiếm từ tinh quặng ……… 12
1.1.1 Cơ sở hoá học của các quá trình phân huỷ tinh quặng đất
hiếm
12
1.1.1.1 Phân huỷ tinh quặng bastnazit bằng HCl và NaOH
12
1.1.1.2 Phân huỷ bastnazit bằng phương pháp axit H
2
SO
4

12
1.1.2 Một số công nghệ xử lý tinh quặng bastnazit của thế giới 12
1.1.2.1 Công nghệ xử lý tinh quặng đất hiếm bastnazit của Mỹ
13
1.1.2.2 Công nghệ xử lý tinh quặng bastnazit của Trung Quốc
15

1.1.2.3 Công nghệ xử lý tinh quặng bastnazit của Úc
17
1.1.3 Tình hình nghiên cứu công nghệ xử lý tinh quặng bastnasit
ở Việt Nam

18
1.2
Phương pháp chiết dung môi tách và tinh chế xeri
19
1.2.1 Các phương pháp tách và tinh chế xeri 19
1.2.2 Tách và tinh chế Ce(IV) bằng phương pháp chiết với dung
môi TBP

20
1.2.3. Tách và tinh chế Ce(IV) bằng phương pháp chiết với dung
môi PC88A

28
1.3
Điều chế xeri dioxit kích thước nano 35
1.3.1 Ứng dụng của vật liệu nano 35
1.3.2 Các phương pháp tổng hợp vật liệu kích thước nano met 39
1.3.2.1 Phương pháp hoá học ướt
39

1.3.2.2 Phương pháp cơ học ……………………………………………
40
1.3.2.3 Phương pháp hình thành tại chỗ
41
1.3.2.4 Tổng hợp pha khí ……………………………………………….

41
1.3.3 Xeri dioxit 42
1.3.3.1 Cấu trúc tinh thể của xeri dioxit
42
1.3.3.2 Ứng dụng của xeri dioxit
43
1.3.4 Các phương pháp tổng hợp CeO
2
kích thước nano ………. 45
1.3.4.1 Phương pháp hóa học ướt ……………………………………
45
1.3.4.2 Phương pháp cơ hóa …………………………………………
49
1.3.4.3 Đề xuất lựa chọn phương pháp tổng hợp CeO
2
tinh thể có
kích thước nano ………………………………………………

51
1.4
Bột mài bóng thủy tinh cao cấp …………………………. 52
1.5 Xeri amoni nitrat (CAN) và ứng dụng của nó trong quá
trình tổng hợp hóa học hiện đại

60
1.6.
Các kết luận rút ra từ tổng quan tài liệu
63
Ch. II
KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 67

2.1
Nguyên liệu và hóa chất xử dụng 67
2.1.1 Tinh quặng đất hiếm Đông Pao 67
2.1.2 Dung dịch muối Ce(NO
3
)
4
67
2.1.3 Dung dịch muối Ce(SO
4
)
2
67
2.1.4 Tác nhân chiết PC88A và chất pha loãng 67
2.1.5 Các hoá chất khác 68
2.2
Các phương pháp kiểm tra phân tích 69
2.2.1 Xác định thành phần khoáng của tinh quặng bastnazit Đông
Pao bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

69
2.2.2 Xác định hàm lượng xeri trong các dung dịch bằng phương
pháp chuẩn độ oxi hóa - khử

69
2.2.3 Xác định hàm lượng Ce và các NTĐH bằng phương pháp
khối lượng

70

2.2.4 Phương pháp xác định độ axit của dung dịch chứa Ce(IV)
và các NTĐH(III)

70
2.2.5 Xác định hàm lượng các NTĐH(III) bằng phương pháp
chuẩn độ complexon

70
2.2.6 Phân tích định lượng các nguyên tố bằng ICP 70
2.2.7 Xác định hàm lượng các NTĐH trong hỗn hợp bằng phương
pháp đo quang

71
2.3
Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 71
2.4
Thiết bị nghiên cứu và đánh giá sản phẩm 72
2.4.1 Các thiết bị nghiên cứu 72
2.4.2 Các thiết bị đánh giá sản phẩm 72
2.5
Kỹ thuật thực nghiệm cơ bản phục vụ cho nghiên cứu 73
2.5.1 Kỹ thuật thực nghiệm nghiên cứu quá trình chiết 73
2.5.1.1 Xác định hệ số phân bố
73
2.5.1.2
Hệ số tách
β

73
2.5.1.3 Phần trăm chiết và dung lượng chiết

74
2.5.1.4 Kỹ thuật đo khối lượng riêng
74
2.5.1.5 Phương pháp xác định độ nhớt (Theo tiêu chuẩn ASTM
D445-97)

75
2.5.1.6 Xác định thành phần chiết Ce(IV) nitrat và các muối
RE(III) vào pha hữu cơ bằng phương pháp dãy đồng phân
tử


75
2.5.1.7 Thiết bị chiết liên tục ngược dòng nhiều bậc dạng khuấy
lắng

76
2.5.1.8 Chiết tinh chế xeri trên thiết bị chiết ngược dòng nhiều bậc
dạng khuấy lắng

78
2.5.2 Kỹ thuật thực nghiệm đánh giá chất lượng bột mài bóng
thủy tinh cao cấp

79
2.6 Các phương pháp đánh giá được áp dụng trong quá


trình nghiên cứu 81
2.6.1 Phương pháp phân tích nhiệt 81

2.6.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X 82
2.6.3 Kính hiển vi điện tử 82
2.6.4 Phương pháp BET (Brunaure-Emmett-Teller) ……………. 83

Ch. III
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………… 84
3.1. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TÁCH XERI TRỰC TIẾP
TỪ DUNG DỊCH HOÀ TÁCH

84
3.1.1 Cơ sở hoá học tách trực tiếp Ce(IV) từ dung dịch hoà tách
bằng phương pháp kết tủa sunfat kép ion kim loại đất hiếm
(III)


84
3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất tách và độ tinh khiết
của xeri

85
3.1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
85
3.1.2.2 Ảnh hưởng nồng độ đất hiếm ban đầu đến hiệu suất tách
Ce

86
3.1.2.3 Ảnh hưởng tỷ lệ Na
2
SO
4

/Ln
3+
đến quá trình tách xeri
88
3.1.2.4 Ảnh hưởng độ axít đến quá trình tách Ce
89
3.1.2.5 Ảnh hưởng của ion F
-
đến quá trình tách Ce
91
3.1.2.6 Thử nghiệm lượng lớn
92
3.1.3 Quy trình công nghệ xử lý tinh quặng bastnazit Đông Pao 94
3.2
NGHIÊN CỨU CÁC ĐIỀU KIỆN TINH CHẾ XERI 96
3.2.1 Nghiên cứu phản ứng chiết của Ce(IV) với PC88A trong
môi trường axít sunfuric

96
3.2.1.1 Một số đặc trưng của hệ chiết PC88A - Ce(SO
4
)
2
- H
2
SO
4
…
96
3.2.1.2 Tỉ lệ nồng độ Ce ở pha hữu cơ với lượng H

+
được giải
phóng và tỉ lệ [Ce
4+
] : [SO
4
2-
] ở pha hữu cơ

97
3.2.1.3 Phản ứng chiết của Ce(IV) với PC88A trong môi trường


axit sunfuric
98
3.2.1.4 Sự phụ thuộc của lgD vào lg[PC88A]
99
3.2.1.5 Sự phụ thuộc của lgD vào giá trị -lg[H
+
]
100
3.2.1.6 Ảnh hưởng của nồng độ SO
4
2-
đến mức độ chiết của Ce(IV)
101
3.2.1.7 Ảnh hưởng của ion F
-
đến mức độ chiết của Ce(IV)
102

3.2.1.8 Mô hình toán học số liệu cân bằng của hệ chiết
102
3.2.2 Một số nhận xét về quá trình tách xeri bằng phương pháp
chiết lỏng-lỏng trong môi trường sunfat

104
3.2.3 Nghiên cứu phản ứng chiết của Ce(IV) với PC88A trong môi
trường axít nitric

105
3.2.3.1 Đặc tính chiết của PC88A đối với Ce(IV) trong môi trường
HNO
3


105
3.2.3.2 Phổ hồng ngoại phức chất chiết lên pha hữu cơ
108
3.2.4 Đánh giá khả năng tinh chế Ce dưới dạng Ce(IV) trong môi
trường axit nitric bằng tác nhân chiết PC88A

110
3.2.4.1 Một số đặc trưng chiết của PC88A đối với Ce(IV) trong
môi trường axit nitric

110
3.2.4.2 Đánh giá khả năng chiết của các đất hiếm(III) ở điều kiện
nồng độ dung môi PC88A 0,5 M

112

3.2.4.3 Dung dịch nguyên liệu tinh chế xeri
113
3.2.4.4 Xác định số bậc chiết và số bậc rửa
113
3.2.4.5 Thực nghiệm khảo sát độ tinh khiết và hiệu suất tinh chế Ce
vào độ axit của dung dịch nguyên liệu và dung dịch rửa
chiết


115
3.2.5. Tinh chế xeri trên hệ chiết ngược dòng liên tục dạng khuấy
– lắng

116
3.2.5.1 Tính toán các thông số công nghệ chiết
118
3.2.5.2 Kết quả khảo sát quá trình tinh chế Ce
118
3.3. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐIỀU CHẾ XERI


CACBONAT 120
3.3.1. Nghiên cứu quá trình điều chế xeri cacbonat 120
3.3.1.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ hàm lượng Ce
3+
/ NH
4
HCO
3
đến hiệu

suất thu hồi và chất lượng sản phẩm

121
3.3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình kết tủa
123
3.3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ Ce
3+
đến chất lượng sản phẩm …
125
3.3.1.4 Ảnh hưởng của pH ………………………………………
125
3.3.1.5 Ảnh hưởng của thời gian già hóa ……………………………
127
3.3.2. Thử nghiệm điều chế xeri oxit kích thước nano ………… 127
3.3.2.1 Tổng hợp CeO
2
kích thước nano bằng phản ứng phân hủy
xerihydroxit cacbonat …………………………………………

128
3.3.2.2 Điều chế CeO
2
bằng phương pháp phân hủy đột ngột kết
hợp với nghiền cùng Methanol …………………………….

129
3.3.3 Một số nhận xét về quá trình điều chế xeri cacbonat và khả
năng điều chế CeO
2
kích thước nano từ xeri cacbonat …….

131
3.4
ĐIỀU CHẾ XERI ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANO 131
3.4.1 Nguyên liệu xeri cacbonat 132
3.4.2 Tổng hợp CeO
2
bằng phương pháp phân hủy đột ngột kết
hợp với nghiền

135
3.4.2.1 Khảo sát kích thước hạt của xeri dioxit đến chế độ nung đột
ngột của Ce
2
(CO
3
)
3


135
3.4.2.2 Ảnh hưởng của dung môi nghiền khác nhau đến kích thước
hạt

138
3.4.2.3 Khảo sát nhiệt độ nung ổn định tinh thể lên kích thước hạt
140
3.4.2.4 Đánh giá kích thước tinh thể của xeri dioxit bằng các
phương pháp khác nhau

142
3.4.3. Tổng hợp xeri dioxit kích thước nano bằng phản ứng phân
hủy xeri hydroxit cacbonat

144
3.4.3.1 Phản ứng và sản phẩm hình thành trong quá trình nghiền


xeri cacbonat với amoniac
144
3.4.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ NH
3
đến kích thước hạt của CeO
2

153
3.4.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nghiền đến kích thước
hạt

155
3.4.3.4 Khảo sát sự phụ thuộc của kích thước hạt vào thời gian
nung

156
3.4.3.5 Khảo sát kích thước hạt vào nhiệt độ nung
158
3.4.4 Một số nhận xét những kết quả nghiên cứu điều chế xeri
dioxit kích thước nano

163

3.4.5 Sơ đồ tổng thế điều chế xeri dioxit kích thước nano met 163
3.5. NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ BỘT ĐÁNH
BÓNG THỦY TINH CAO CẤP

165
3.5.1. Khảo sát các thông số của máy thử nghiệm bột mài ……… 165
3.5.1.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của áp lực tới quá trình mài ………
166
3.5.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ mài đến quá trình mài …….
167
3.5.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian mài tới quá trình mài ….
168
3.5.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến chất lượng
bột mài ……………………………………………………

170
3.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian nung đến chất lượng
bột mài ……………………………………………………

171
3.5.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia đến chất lượng bột
mài …………………………………………………………

173
3.5.4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia F đến quá trình
mài ……………………………………………………………….

174
3.5.4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của chất phụ gia SiO
2

tới quá trình
mài ……………………………………………………………….

174
3.5.4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ Al
2
O
3
tới quá trình mài …
175
3.5.5 Quy trình điều chế và đánh giá bột mài bóng thủy tinh cao
cấp …………………………………………………………

175

3.6 Nghiên cứu điều chế hợp chất xeri amoni nitrat (CAN)
177
3.6.1 Nghiên cứu điều chế hợp chất CAN từ dung dịch xeri nitrat
tinh khiết thu được từ quá trình chiết tinh chế xeri bằng
PC88A ……………………………………………………


178
3.6.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ [Ce
4+
] đến hiệu suất điều
chế hợp chất CAN ……………………………………………

178
3.6.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất điều chế CAN

180
3.6.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ NH
4
NO
3
/ Ce
4+
(mol/mol) đến hiệu suất
điều chế hợp chất CAN ………………………………………

182
3.6.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ kết tinh đến quá trình kết tinh CAN
từ dung dịch xeri nitrat tinh khiết ……………………………

184
3.6.1.5 Một số nhận xét những kết quả nghiên cứu điều chế hợp
chất CAN từ dung dịch xeri nitrat tinh khiết thu được từ
quá trình chiết tinh chế xeri bằng PC88A …………………


186
3.6.2 Nghiên cứu điều chế hợp chất CAN từ dung dịch xeri thu
được sau quá trình hòa tách quặng bastnaesite Đông Pao …

187
3.6.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Ce
4+
đến hiệu suất điều chế CAN
189
3.6.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ [H

+
] đến hiệu suất điều chế CAN
189
3.6.2.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ NH
4
NO
3
/ Ce
4+
đến hiệu suất điều chế
CAN ………………………………………………………………

192
3.6.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất kết tinh …………….
192
3.6.3 Quy trình công nghệ điều chế hợp chất CAN đạt độ tinh
khiết ≥ 99% từ dung dịch Ce của quá trình hòa tách quặng
đất hiếm Đông Pao …………………………………………


193
3.7. THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHO CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
BASTNAZIT ĐÔNG PAO VIỆT NAM ………………

195
3.7.1 Thiết kế kỹ thuật cho công nghệ xử lý quặng bastnazit
Đông Pao đề thu nhận dung dịch chứa xeri ……………….

195
3.7.2 Thiết kế kỹ thuật cho quy trình công nghệ thu nhận xeri

chất lượng cao để điều chế xeri nitrat dùng là nguyên liệu
đầu cho các nghiên cứu …………………………………….

201
3.8 THIẾT KẾ KỸ THUẬT CHO CÔNG NGHỆ TINH
CHẾ XERI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHIẾT ………….

209
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………. 214




PHẦN III. ĐÁNH GIÁ CHUNG VỀ KẾT QUẢ HỢP
TÁC NGHIÊN CỨU VỚI HÀN QUỐC ………………

118
1. Về hiệu quả của hợp tác …………………………………… 118
2. Về giá trị gia tăng từ hợp tác quốc tế ……………………… 118
3. Về đào tạo cán bộ …………………………………………. 119
4. Mở rộng hướng nghiên cứu và hợp tác …………………… 220
5. Về phương diện tăng cường hợp tác ……………………… 220
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………. 222
PHỤ LỤC ………………………………………………… 229
BÁO CÁO KINH PHÍ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ ……. 230
BIÊN BẢN KIỂM KÊ TÀI SẢN ……………………… 234
CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ……………………… 236

GIẤY KIỂM TRA – ĐÁNH GIÁ – PHÂN TÍCH ……… 242
KẾT QUẢ CHỤP XRD VÀ CÁC BẢN THIẾT KẾ 245

1

DANH SÁCH TÁC GIẢ CỦA ĐỀ TÀI KH&CN CẤP NHÀ NƯỚC
(Danh sách những cá nhân đã đóng góp sáng tạo chủ yếu cho Đề tài
được sắp xếp theo thứ tự thoả thuận)


1. Tên đề tài: Điều chế và ứng dụng các hợp chất của xeri từ bastnaesite
Đông Pao Việt Nam
2. Thuộc chương trình: Hợp tác khoa học và công nghệ theo Nghị định thư
giữa Việt Nam và Hàn Quốc 2006-2008.
3. Thời gian thực hiệ
n: 3 năm, 2006-2008
4. Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Xạ Hiếm
5. Bộ chủ quản: Bộ Khoa học và Công nghệ
6. Danh sách cán bộ tham gia đề tài:
TT Học hàm, học vị, họ và tên Cơ quan
A. Phía Việt nam
1 PGS. TS. Lê Bá Thuận Viện CNXH
2 TS. Nguyễn Trọng Hùng Viện CNXH
3 CN. Lưu Xuân Đĩnh Viện CNXH
4 CN. Nguyễn Thành Chung Viện CNXH
5 ThS. NCS. Nguyễn Văn Hải Trường ĐH Sư Phạm
HN
6 ThS. NCS. Nguyễn Đức Vượng Trường ĐH Quảng
Bình
7 ThS. Nguyễn Quang Anh Viện CNXH

8 KS. Lê Thị Bằng Viện CNXH
9 TC. Nguyễn Thị Thanh Thuỷ Viện CNXH
10 TS. Hoàng Nhuận Viện CNXH
11 KS. Hoàng Văn Đức Viện CNXH
B. Phía Hàn Quốc
1 TS. Joon Soo KIM KIGAM
2 TS. Jin Joung Lee KIGAM
3 TS. Hoo Soo Yoon KIGAM

2
PHẦN I.
THÔNG TIN CHUNG VỀ NHIỆM VỤ

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam có nguồn đất hiếm phong phú cần được nghiên cứu công
nghệ phục vụ cho khai thác chế biến nhằm phục vụ cho nền kinh tế. Mỏ đất
hiếm Yên Phú (Yên Bái) giàu nguyên tố đất hiếm phân nhóm trung và đất
hiếm phân nhóm nặng và mỏ đất hiếm Đông Pao (Lai Châu) giàu nguyên tố
đất hiếm nhóm nhẹ. Nguồn tài nguyên đất hiếm này gần như chưa được khai
thác chế biến phục v
ụ cho nền kinh tế. Một trong những lý do là công nghệ
chế biến quặng đất hiếm chưa được nghiên cứu đầy đủ để có thể cho sản
phẩm mong muốn về chất lượng và cạnh tranh về giá cả.
Hàn Quốc là nước tiêu thụ đất hiếm khá lớn nhưng không có tài nguyên
đất hiếm. Nguồn cung cấp đất hiếm nguyên liệu duy nhất hiện nay cho công
nghiệp Hàn Quốc là Trung Quốc. Về lâu dài, cũng như
các nước khác, Hàn
Quốc không muốn phụ thuộc vào nguồn đất hiếm Trung Quốc và Hàn Quốc
mong muốn hợp tác với Việt Nam để tìm hiểu, nghiên cứu chế biến đất hiếm
Việt Nam nhằm mở rộng nguồn cung cấp nguyên liệu đất hiếm. Tuy không có

tài nguyên đất hiếm có giá trị kinh tế, nhưng công tác nghiên cứu đất hiếm
của Hàn Quốc bắt đầu từ năm 1980 do nhu cầu phát triển của công nghiệ
p.
Viện KIGAM là một trong số Viện có nhiều nghiên cứu chuyên sâu và có
truyền thống về lĩnh vực này.
Trong thời gian qua, Bộ Khoa học và Công nghệ đã tăng cường hợp tác
KHCN với nước ngoài nhằm đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học và nâng
cao trình độ khoa học công nghệ trong nước. Năm 2002, Bộ KH&CN đã ký
nghị định thư với Bộ KHCN Hàn Quốc cho phép thực hiện nội dung hợp tác
về: “Xử lý chế biế
n quặng đất hiếm Việt Nam”. Hai cơ quan đối tác chính
thực hiện nhiệm vụ này là: Viện Công nghệ Xạ Hiếm và Viện Khoa học Địa
chất và Tài nguyên khoáng sản Hàn Quốc (Korea Institute of Geoscience and

3
Mineral Resources- KIGAM, Korea). Sau khi nhiệm vụ trên được hoàn thành,
và đến năm 2006 Bộ KH&CN đã ký nghị định thư với Bộ KHCN Hàn Quốc
cho phép Viện Công nghệ Xạ Hiếm và Viện Khoa học Địa chất và Tài
nguyên khoáng sản Hàn Quốc thực hiện tiếp nội dung hợp tác thứ hai: “Điều
chế và ứng dụng các hợp chất của xeri từ bastnaesite Đông Pao Việt
Nam”.
Đề tài: “Điều chế và ứng dụ
ng các hợp chất của xeri từ bastnaesite
Đông Pao Việt Nam” nhằm mục đích nghiên cứu sâu hơn về công nghệ xử lý
và ứng dụng các nguyên tố đất hiếm vào nền kinh tế, tạo ra các sản phẩm chất
lượng cao, có giá trị gia tăng lớn phục vụ cho nền công nghiệp kỹ thuật cao.
I. TRÁCH NHIỆM CỦA CÁC BÊN
Phân công trách nhiệm của hai bên được thể hiện trong thuyết minh của
nhiệm vụ và được th
ể hiện trong bản thoả thuận và bản kế hoạch do Viện

CNXH, Viện KIGAM và hai chủ nhiệm nhiệm vụ kí kết trước khi thực hiện
nhiệm vụ (xem phụ lục kèm theo).
1. 1. Trách nhiệm của phía Việt Nam
a) Nghiên cứu điều chế và ứng dụng các hợp chất xeri từ quặng
bastnaesite Đông Pao Việt Nam
- Thực hiện nghiên cứu khoa học ở các phòng thí nghiệm của hai bên
với đối tượ
ng là nguyên tố xeri được điều chế từ tinh quặng đất hiếm Đông
Pao, Việt Nam.
- Trao đổi kết quả nghiên cứu và tham gia đào tạo cán bộ trong lĩnh vực
công nghệ đất hiếm.
Nội dung nghiên cứu ở phòng thí nghiệm của Viện Công nghệ xạ hiếm
tập trung vào các vấn đề chính sau đây:
- Hoàn thiện công nghệ phân huỷ tinh quặng đất hiếm Đông Pao Việt
Nam từ nghiên cứu thự
c hiện ở viện CNXH (Việt Nam) và KIGAM (Hàn
Quốc) để thu nhận xeri chất lượng cao trên quy mô pilot phục vụ cho các
nghiên cứu của nhiệm vụ.

4
- Thực hiện nghiên cứu công nghệ tách và tinh chế nguyên tố xeri đạt
độ tinh khiết cao (4N) bằng phương pháp chiết với dung môi PC88A trên hệ
thiết bị máy chiết.
- Thực hiện nghiên cứu điều chế các hợp chất xeri, đó là: xeri dioxit
kích thước nano, bột mài bóng thủy tinh cao cấp và hợp chất CAN.
- Thiết kế công nghệ chế biến tinh quặng đất hiếm Đông Pao Việt Nam
và tinh chế nguyên tố xeri từ tinh quặng bastnaesite Đ
ông Pao Việt Nam
Trong bản báo cáo kết thúc nhiệm vụ này, chúng tôi sẽ trình bày kết
quả cơ bản trong các việc thực hiện mục đích và nội dung đề ra.

b) Phát triển nguồn nhân lực nghiên cứu ứng dụng đất hiếm
- Trao đổi thông tin khoa học và công nghệ điều chế các hợp chất của
xeri của thế giới và kết quả khoa học nghiên cứu trong thời gian trước đây của
hai bên.
- Hàng năm ti
ếp đón cán bộ nghiên cứu Hàn Quốc sang viện CNXH tổ
chức trao đổi thông tin dưới dạng seminar khoa học và thảo luận tại phòng thí
nghiệm và làm thí nghiệm demo.
- Hàng năm cử cán bộ Việt Nam sang Hàn Quốc trong khoảng thời
gian 1 tháng để khảo sát, học tập kinh nghiệm, nghiên cứu tại các phòng thí
nghiệm của KIGAM, hội thảo và trao đổi thông tin khoa học về lĩnh vực
nghiên cứu. Tổ chức hội thảo về công nghệ đ
iều chế và ứng dụng các hợp
chất của xeri cho cán bộ của hai Viện và cán bộ trong nước nghiên cứu trong
lĩnh vực đất hiếm.
1. 2. Trách nhiệm của phía Hàn Quốc
Khác với phía Việt Nam, Viện KIGAM đã triển khai các nghiên cứu
của nhiệm vụ từ năm 2005 và hoàn thành vào năm 2007.
- Xây dựng kế hoạch nghiên cứu chung của nhiệm vụ hợp tác về điều
chế và ứng dụng các hợ
p chất xeri từ quặng bastnaesite Đông Pao Việt Nam.
- Hoàn thiện công nghệ phân huỷ tinh quặng đất hiếm Đông Pao Việt
Nam. Nghiên cứu kỹ thuật tách và tinh chế xeri bằng phương pháp chiết với

5
dung môi TBP. Nghiên cứu điều chế xeri cacbonat và xeri dioxit kích thước
nano. Điều chế bột mài bóng thủy tinh và thử nghiệm chất lượng bột mài.
- Thiết kế công nghệ chế biến tinh quặng đất hiếm Đông Pao Việt Nam
và tinh chế nguyên tố xeri từ tinh quặng bastnaesite Đông Pao Việt Nam
- Hàng năm, tiếp nhận cán bộ Việt Nam sang Hàn Quốc từ 1 tuần đến

1 tháng để khảo sát học tập kinh nghiệm, làm việc trong phòng thí nghiệ
m
của KIGAM dưới sự hướng dẫn của cán bộ KIGAM, tham quan khoa học ở
một số nhà máy của Hàn Quốc.
- Hàng năm, cử cán bộ nghiên cứu Hàn Quốc sang Viện tổ chức trao
đổi thông tin dưới dạng seminar khoa học, thảo luận tại phòng thí nghiệm và
làm thí nghiệm giới thiệu (thí nghiệm demo).

II. NHỮNG CĂN CỨ ĐỂ XÂY DỰNG NHIỆM VỤ
Các căn cứ để xây dựng nhiệm vụ này đượ
c dựa trên các văn bản đã ký
kết giữa chính phủ Việt Nam và Hàn Quốc. Các tài liệu này đã được giới
thiệu trong báo cáo tổng kết đề tài hợp tác KHCN theo NĐT Việt Nam – Hàn
Quốc: “Xử lý chế biến quặng đất hiếm Việt Nam”. Các văn bản này bao
gồm:
- Căn cứ vào nhu cầu hợp tác nghiên cứu khoa học về nghiên cứu và chế biến
quặng đất hiếm Việt Nam do hai phía Việt Nam và Hàn Qu
ốc cùng quan tâm.
- Căn cứ vào khả năng chuyên môn và sự hợp tác trong nghiên cứu khoa học
giữa Viện Công nghệ xạ hiếm và Viện KIGAM, Hàn Quốc.
- Biên bản ghi nhớ giữa Viện CNXH và KIGAM, ký ngày 24/7/2000.
- Thoả thuận của Viện CNXH và KIGAM về nghiên cứu phát triển công nghệ
chế biến và ứng dụng đất hiếm, ký ngày 25/7/2000.
- Phê duyệt và kế hoạch cấp kinh phí cho đề tài chiến lược quốc tế năm 2001
do Viện kế hoạch khoa h
ọc và kỹ thuật Hàn Quốc thông báo, ngày 1/8/2001
(Tiếng Hàn).

6
- Thoả thuận của phía Việt Nam và Hàn Quốc trong phiên họp lần 1 của Tiểu

ban hợp tác Việt - Hàn về năng lượng và tài nguyên khoáng sản (Vấn đề 3-
Tài nguyên khoáng sản; Biên bản phiên họp lần 1 của Tiểu ban hợp tác Việt -
Hàn về năng lượng và tài nguyên khoáng sản, ngày 14/8/2001).
- Nhiệm vụ " Xử lý chế biến quặng đất hiếm Việt Nam" được đưa vào danh
mục chính thức thực hiện từ năm 2002-2004 tạ
i phiên họp thứ hai của Uỷ ban
Liên chính phủ Việt - Hàn về hợp tác KHCN, ngày 22/10/2001 (Protocol of
the second meeting of the Korea-Vietnam Joint Committee on Science &
Technological Cooperation-2001).
- Công hàm của đại sứ Hàn Quốc thông báo cho Bộ KH, CN &MT Việt
Nam rằng dự án: "A study on the Preparation of raw marterial from
Vietnamese Rare Earth Ore" được chính phủ Hàn Quốc phê chuẩn và hai đối
tác của dự án này là Viện CNXH và Viện KIGAM. Đại sứ quán Hàn Quốc
yêu cầu Bộ KHCN&MT hỗ trợ và cho phép thực hiện dự án quốc tế này
(KEV-0-460 ngày 27 tháng 11 năm 2001).
- Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ h
ợp tác quốc tế về KHCN theo nghị định thư
số 16/2006/HĐ-NĐT của Bộ KH&CN ngày 14 tháng 7 năm 2006: “ Điều chế
và ứng dụng các hợp chất của xeri từ bastnaesite Đông Pao Việt Nam”.

III. NỘI DUNG ĐÃ THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Nội dung và kết quả thực hiện nhiệm vụ hợp tác song phương qua từng
năm được thể hiện rấ
t chi tiết trong bản thuyết minh thực hiện nhiệm vụ.
Chúng tôi tóm tắt các công việc chính của nhiệm vụ như sau:
3.1. Những nội dung đã thực hiện trong năm 2006-2007
- Hoàn thiện quy trình công nghệ xử lý quặng đất hiếm Đông Pao để
thu nhận xeri chất lượng cao
- Nghiên cứu quy trình tách và tinh chế xeri đạt độ sạch cao 4N bằng
phương pháp chiết với dung môi PC88A

7
3.2. Những nội dung đã thực hiện trong năm 2007-2008
- Nghiên cứu điều chế hợp chất xeri cacbonat dùng làm nguyên liệu đầu
cho nghiên cứu điều chế xeri dioxit kích thước nano
- Nghiên cứu quy trình điều chế xeri dioxit kích thước nano
- Nghiên cứu quy trình điều chế hợp chất xeri amoni nitrat (CAN) đạt
chất lượng cao
3.3. Những nội dung đã thực hiện trong năm 2008-2009
- Nghiên cứu quy trình điều chế bột đánh bóng th
ủy tinh cao cấp
- Thiết kế công nghệ cho quá trình xử lý quặng đất hiếm Đông Pao và
công nghệ thu nhận xeri độ sạch cao bằng phương pháp chiết
- Thực hiện các công việc tổng kết nhiệm vụ
3.4. Trao đổi chuyên gia, cán bộ
Một trong những nội dung chính của sự hợp tác giữa hai Viện là trao
đổi thông tin khoa học, kết quả nghiên cứu, chuyển giao phương pháp và kĩ
thuật thực nghiệm và thảo luận các kế
t quả nghiên cứu của các cán bộ tham
gia nhiệm vụ nghị định thư. Công tác này được thực hiện đều đặn theo từng
năm, theo kế hoạch hai bên đã vạch ra. Sau đây, chúng tôi trình bày bảng tổng
kết trao đổi chuyên gia và cử cán bộ đi thực tập hàng năm.
a) Thăm quan và trao đổi khoa học của cán bộ Viện KIGAM-CNXH
Năm 2005
STT Chuyên gia Nội dung Thời gian
1 Dr. Joon Soo Kim
Xây dựng kế hoạch thực
hiện dự án. Điều chế
các hợp chất của xeri

21-27/2/2005
Dr. J. S. Kim
Kỹ thuật chiết xeri bằng
dung môi TBP
14-19/3/2005
2
Dr. Jin Young Lee
Thu nhận xeri từ quặng
bastnaesite
14-19/3/2005


8
Năm 2006
STT Chuyên gia Nội dung Thời gian
1 Dr. Joon Soo Kim
Xây dựng kế hoạch tiếp
tục thực hiện dự án
13-19/2/2006
Dr. Jin Young Lee
Tự động hóa quá trình
chiết xeri
20-25/3/2006
2
Dr. J. S. Kim Điều chế xeri cacbonat 20-25/3/2006

Năm 2007
STT Chuyên gia Nội dung Thời gian
1 Dr. Joon Soo Kim
Điều chế bột mài và thử

nghiệm
6/9-1/10/2006
Dr. Jin Young Lee
Mô hình hóa hệ chiết
xeri
5-9/3/2007
2
Dr. Hoo Soo Yoon
Điều chế hợp chất xeri
kích thước nano
5-9/3/2007

b) Thăm quan và trao đổi khoa học của cán bộ Viện CNXH-KIGAM
Năm 2005
STT Cán bộ Nội dung Thời gian
1
KS. Phạm Quang
Trung
Tham quan các cơ sở
nghiên cứu của KIGAM
28/2-2/4/2005
TS. Hoàng Nhuận
Kỹ thuật chiết xeri bằng
TBP
28/3-16/4/2005
2
CN. Lưu Xuân Đĩnh
Điều chế hợp chất xeri
kích thước nano
28/3-16/4/2005

9
Năm 2006
STT Cán bộ Nội dung Thời gian
1 PGS.TS.Lê Bá Thuận
Trao đổi các nội dung
hợp tác
6-11/3/2006
CN. Nguyễn Thành
Chung
Điều chế hợp chất xeri
kích thước nano
22/2-20/3/2006
2
CN. Lưu Xuân Đĩnh
Điều chế hợp chất xeri
kích thước nano
22/2-20/3/2006

Năm 2007
STT Cán bộ Nội dung Thời gian
1 PGS.TS. Lê Bá Thuận
2 TS. Nguyễn Trọng Hùng
3 PGS.TS. Huỳnh Văn Trung
4 CN. Lưu Xuân Đĩnh
5 ThS. Nguyễn Quang Anh
6 KS. Lê Thị Bằng

7 NCS. Nguyễn Văn Hải
8 ThS. Lê Hồng Minh
9 KS. Ngô Xuân Hùng
Tham gia hội nghị
lần thứ hai hợp tác
giữa Việt Nam và
Hàn Quốc về phát
triển và ứng dụng
các nguyên tố đất
hiếm
3-6/4/2007 tại
Hàn Quốc

3.5. Tổ chức hội thảo khoa học
Để đánh giá hoạt động trong khuôn khổ của nhiệm vụ, năm 2007 hai
bên đã tổ chức hội thảo khoa học tại Hàn Quốc. Ngoài cán bộ chính của hai
đơn vị tham gia trực tiếp vào nhiệm vụ, còn có các chuyên gia trong và ngoài
Viện KIGAM trong lĩnh vực đất hiếm được mời đến dự hội thảo.
Tên hội thảo: 2nd Korea - Vietnam Joint Symposium on Rare Earths
Development and Application

10
Thời gian và địa điểm: Ngày 3-6/4/2007, tại Khách sạn Commodore,
Gyeongju, Korea.
Tài liệu của hội thảo: Proceedings of the 2st Vietnam-Korea
symposium on rare earths development and application. Gyeongju, April 3-6,
2007.
Danh sách các báo cáo tham dự hội thảo:
1
Resources and Industries of the Rare Earths in

the World
(KIST)
2
Seperation Characteristics of Rare Earth (Gd, Tb,
Dy, Ho) using Synthetic Extraction Resin
KIGAM
3
Study on the preparation of cerium oxxide
nanoparticle from cerium carbonate
Mr. Luu Xuan
Dinh
(ITRRE)
4
Monitoring and control of Solvent extraction
process using on-line analysis
(KIGAM)
5
Preparation of Red Phosphor by Sol-Gel and
Calcination Process: Control of particle size
(KIGAM)
6
Removal Arsenic from water Using Rare Earth
Based Materials
Dr. Nguyen Trong
Hung (ITRRE)
7
Preparation of Neodymium Chloride from
NdFeB Magnet Scrap
(KIGAM)
8

Feature of Extraction Chemistry of Rare Earths
Gd, Sm, Dy, Y with Extractant PC88A
Dr. Nguyen Van
Hai (ITRRE)
9
Preparation of Anhydrous Magnesium Chloride
for a Fused Salt Electrolysis of Magnesium
(KIGAM)
10
The Parameters of Solvent Extraction Process on
the Base of Neural Network Approach
Prof. Le Ba Thuan
(ITRRE)
11
The Determination of Rare Earth Elements in
Invironmental Samples by Inductively Coupled
Plasma Mass Spectroscopy
Mr. Le Hong
Minh
(ITRRE)
12
Processing of Rare Earth Minerals and Its
Application for Anti-Fouling Paint

(KIGAM)

11
13
Study on Preparation of Light-Convertible
Polyethylene Film Containing Europium

Coordination Compound
Dr. Nguyen Trong
Hung (ITRRE)
14
Preparation of neodymium metal by molten salt
electrolysis

(KIGAM)
15
Study on Technological Process of the
Production of the High Quality Ferro-Silico-Rare
Earth alloy
Mr. Nguyen Duy
Phap (ITRRE)
16
Principle of Crystallization for high purification
of rare earth compounds
KIGAM


Đây là hội thảo không những tổng kết đánh giá hoạt động của hai bên
trong quá trình thực hiện nhiệm vụ hợp tác song phương mà còn là dịp cho
các nhà khoa học của hai nước nghiên cứu trong lĩnh vực đất hiếm gặp gỡ
trao đổi và định hướng cho nghiên cứu tiếp theo.



12
PHẦN II.
BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC
1. 1. KỸ THUẬT SẢN XUẤT TỔNG ĐẤT HIẾM TỪ TINH QUẶNG
1.1.1 Cơ sở hoá học của các quá trình phân huỷ tinh quặng bastnazit [3,
11, 19]
1.1.1.1 Phân huỷ tinh quặng bastnazit bằng HCl và NaOH
C s ca phng pháp là phân hu bng axit HCl có kt hp vi
NaOH. Hai phn ba lng t him trong tinh qung bastnazit nm di dng
cacbonat c phn ng vi HCl c 
khong 90
0
C theo phng trình phn
ng:
Ln
2
(CO
3
)
3
.LnF
3
+9HCl →2LnCl
3
(dd) +LnF
3
(r) +3HCl +3H
2
O +3CO
2
↑
Phn rn LnF

3
sau khi tách ra khi dung dch c phân hu tip bng
dung dich NaOH 20%  chuyn thành dng hyroxyt t him và khi ó flo
c chuyn thành dng mui natri tan:
LnF
3
+ 3NaOH → Ln(OH)
3
(r) + 3NaF(dd)
Hn hp ca phn ng c ra lng gn  loi b dung dch, còn
phn rn là các hyroxyt t him c hoà tan vào pha nc bng dung dch
axit theo phn ng:
Ln(OH)
3
+ 3HCl → LnCl
3
(dd) + 3H
2
O
Công ty Molycorp (M) và mt s công ty ca Trung quc thc hin
quá trình sn xut theo phng pháp này.
1.1.1.2 Phân huỷ bastnazit bằng phương pháp axit H
2
SO
4
C s ca phng pháp này là các phn ng phân hu bastnazit sau:
2LnFCO
3
+ 3H
2

SO
4
→ Ln
2
(SO
4
)
3
+ 2HF ↑ + 2CO
2
↑ + 2H
2
O
Phn ng này thng xy ra  nhit  trên 100
o
C. Nhc im ca
phng pháp này là thoát ra các sn phm c hi nh HF, SO
3
, SO
2
, …
1.1.2 Một số công nghệ xử lý tinh quặng bastnazit của thế giới

13
C s hoá hc ca các công ngh ã c trình bày trên ây, nhng do
c im qung mà mi nc tin hành theo công ngh riêng ca mình. Kinh
nghim th gii cho thy rng, vic la chn công ngh phân hu tinh qung
cn phi tính n các nguyên tc sau: tn dng hoàn toàn ngun tài nguyên
trong ó có vic tn thu các nguyên t không t him, m bo an toàn v
sc kho và trong sch v

 môi trng và cui cùng là yu t kinh t.
1.1.2.1 Công nghệ xử lý tinh quặng đất hiếm bastnazit của Mỹ
M bastnazit ln th hai th gii  Mountain Pass, California, M.
Tinh qung thu c có hàm lng tng oxit t him khong70% và tp
cht thp c thng kê trong bng 1.1.
Bảng 1.1 Thành phn hoá hc chính ca tinh qung bastnazit (M)
Thành phn Hàm lng (%) Thành phn Hàm lng (%)
Tng oxit H 68 ~ 72 S mt khi nung 19 ~ 21
BaSO
4
0,5 ~ 1,0 SiO
2
0,5 ~ 1,0
Fe
2
O
3
0,3 ~ 0,5 F 5,0 ~ 5,5
CaO 0,5 ~ 1,0 ThO
2
< 0,1

C s ca phng pháp phân hu tinh qung bastnazit 70% oxit H
thu nhn clorua H do công ty Molycorp là phân hu bng HCl có kt hp
vi NaOH. S  công ngh này c trình bày  hình 1.1.
Theo công ngh này có th sn xut tng t him di dng clorua vi
mt s thành phn tiêu biu sau: Ln
2
O
3

> 46,0%; CeO
2
46 ∼ 48%; CaO <
1,0%; MgO < 1,0%; SiO
2
< 0,05%; Fe < 0,005%; Phóng x: không có.
Công ngh này có u im tiêu tn hoá cht không ln, giá thành sn
xut thp và có hiu sut thu nhn t him cao. Nhc im ca phng
pháp là òi hi tinh qung có cht lng cao và c bit s n mòn thit b
ca axit HCl.