Nghiên cứu xây dựng qui trình phân tích các nguyên tố quí hiếm Nb, Ta, V trong quặng titan gốc bằng phương pháp quang phổ

cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim
Báo cáo tổng kết đề tài
NGHIấN CU XY DNG QUI TRèNH XC NH
CC NGUYấN T QU HIM TRONG QUNG
TITAN GC BNG PHNG PHP QUANG PH









6852
15/5/2008



thành phố H NI 2007



cộng hòa x hội chủ nghĩa việt nam
Bộ công thơng
Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim
báo cáo tổng kết đề tài
NGHIấN CU XY DNG QUI TRèNH XC NH
CC NGUYấN T QU HIM TRONG QUNG

TITAN GC BNG PHNG PHP QUANG PH





Chủ nhiệm đề tài: Kỹ s Trng ỡnh Kiu

Ngày tháng 12 năm 2007
Thủ trởng cơ quan chủ quản
Ngày tháng 12 năm 2007
Thủ trởng cơ quan chủ trì









Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


1
DANH SCH CC C QUAN PHI HP

1. Trung tõm Phõn tớch Thớ nghim Húa a cht, Cc a cht v Khoỏng sn
Vit Nam.

2. Cụng ty Giỏm nh Hng húa Xut nhp khu (Vinacontrol), B Cụng
Thng.
3. B mụn Húa Phõn tớch, i hc KHTN, i hc Quc gia, H Ni.
4. Trung tõm Phõn tớch, Vin Cụng ngh X him, B Khoa hc v Cụng ngh.
5. Trung tõm Phõn tớch t v Mụi trng, Vin Quy hoch v Phỏt trin Nụng
nghip, B Nụng nghip v Phỏt trin Nụng thụn.



NHNG NGI THC HIN CHNH
TT H v tờn Ngh nghip C quan
1 Phm Hng Trung C nhõn húa Vin KH & CN M - Luyn kim
2 Bựi Th Thu H C nhõn húa Vin KH & CN M - Luyn kim
3 Nguyn Vn Tam C nhõn húa Vin KH & CN M - Luyn kim
4 Phan Th Thanh H K thut viờn Vin KH & CN M - Luyn kim
5 Nguyn Th Vit K thut viờn Vin KH & CN M - Luyn kim












Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007

2
MC LC
S hiu Danh mc Trang s
M u
5
Chng 1
Tng quan
7
1.1 C s lý thuyt cho nghiờn cu 7
1.2 Tỡnh hỡnh nghiờn cu trong v ngoi nc 9
1.2.1 Nghiờn cu trong nc 10
1.2.2 Nghiờn cu ngoi nc 11
1.2.3 Nhn xột chung 12
Chng 2
Phng phỏp nghiờn cu v cụng tỏc chun b
13
2.1 Phng phỏp nghiờn cu 13
2.2 Mu nghiờn cu 14
2.3 Hoỏ cht, dng c v thit b cho nghiờn cu 15
2.4 Cụng tỏc phõn tớch 15
Chng 3
Ni dung nghiờn cu
16
3.1 Kho sỏt iu kin cho quỏ trỡnh phõn hy mu 16
3.1.1 Kho sỏt t l cht chy v mu 17
3.1.2 nh hng ca nhit 18
3.1.3 nh hng ca thi gian phõn hy 19
3.2 S cụng on phõn tớch 20

3.3 Nghiờn cu phng phỏp quang ph phỏt x nguyờn t Plasma
(PXNT) xỏc nh hm lng V, Nb v Ta.
21
3.3.1 Kho sỏt iu kin cho phng phỏp quang ph phỏt x nguyờn t
Plasma (PXNT) xỏc nh hm lng V, Nb v Ta.
23
3.3.1.1 Vch phỏt x 23
3.3.1.2 Kho sỏt lu lng khớ argon 27
3.3.1.3 nh hng ca loa axit v nng 30
3.3.1.4 Kho sỏt phm vi tuyn tớnh 30
3.3.1.5 Nhng yu t nh hng khỏc 35
3.3.2 Quy trỡnh xỏc nh hm lng vanadi, niobi v tantan bng phng
phỏp quang ph phỏt x ICP
35
3.3.2.1 Phm vi v lnh vc ỏp dng
36
3.3.2.2 Nguyờn tc
36
3.3.2.3 Thuc th
36
3.3.2.4 Thit b, dng c
38
3.3.2.5
Cỏch tin hnh
42
3.3.2.6
Phộp o ph
43
3.3.2.7 Biu din kt qu
44

3.3.3 Kt qu xỏc nh hm lng cỏc nguyờn t
46
Chng 4
nh hng ỏp dng kt qu nghiờn cu
46
4.1 D kin hiu qu kinh t khi ỏp dng kt qu nghiờn cu vo sn xut 46
4.2 D kin hỡnh thc ỏp dng kt qu nghiờn cu 46
4.3 D kin a ch ỏp dng 46
Kt lun v kin ngh
47

Ti liu tham kho
49

Ph lc
51
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


3
S hiu Danh mc bng Trang s
Bng 1 Thnh phn vt cht qung titan 16
Bng 2 Kt qu nghiờn cu t l cht chy v mu 17
Bng 3 Kt qu nghiờn cu nhit phõn hy mu 18
Bng 4 Kt qu nghiờn cu thi gian phõn hy mu 19
Bng 5 Thng kờ cỏc thụng s hp th v phỏt x i vi vanadi 24
Bng 6 Thng kờ cỏc thụng s hp th v phỏt x i vi niobi 24
Bng 7 Thng kờ cỏc thụng s hp th v phỏt x i vi tantan 25
Bng 8 Kt qu nghiờn cu lu lng argon v cng phỏt x I

V
28
Bng 9 Kt qu nghiờn cu lu lng argon v cng phỏt x I
Nb
28
Bng 10 Kt qu nghiờn cu lu lng argon v cng phỏt x I
Ta
29
Bng 11 Kt qu nghiờn cu nng axit v cng phỏt x 30
Bng 12 Hm lng cỏc thnh phn c tớnh trong mu cõn 31
Bng 13 Dung dch gi chun gc 32
Bng 14 Dóy dung dch kho sỏt cho vanadi 33
Bng 15 Kt qu o c i vi vanadi 33
Bng 16 Dóy dung dch kho sỏt cho niobi 33
Bng 17 Kt qu o c i vi niobi 34
Bng 18 Dóy dung dch kho sỏt cho tantan 34
Bng 19 Kt qu o c i vi tantan 34
Bng 20 Dóy dung dch ng chun vanadi 39
Bng 21 Dóy dung dch ng chun niobi 40
Bng 22 Dóy dung dch ng chun tantan 40
Bng 23 lch cho phộp i vi vanadi 44
Bng 24 lch cho phộp i vi niobi 44
Bng 25 lch cho phộp i vi tantan 44
Bng 26 Kt qu xỏc nh hm lng cỏc nguyờn t trong mu chun I-59-07 44
Bng 27 Kt qu xỏc nh hm lng cỏc nguyờn t trong mu nghiờn cu 45
Bng 28 Tng hp vựng hm lng, lch cho phộp v c tớnh chi phớ 48
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007

4

S hiu Danh mc hỡnh Trang s
Hỡnh 1 nh hng ca t l cht chy v mu n hiu sut phõn hy mu 17
Hỡnh 2 nh hng ca nhit n hiu sut phõn hy mu 18
Hỡnh 3 nh hng thi gian n hiu sut phõn hy mu 19
Hỡnh 4 S cụng on phõn tớch 21
Hỡnh 5 Bc súng phỏt x ca vanadi 26
Hỡnh 6 Bc súng phỏt x ca niobi 26
Hỡnh 7 Bc súng phỏt x ca tantan 27
Hỡnh 8 S ph thuc phỏt x (I
V
) vo lu lng khớ argon 28
Hỡnh 9 S ph thuc phỏt x (I
Nb
) vo lu lng khớ argon 29
Hỡnh 10 S ph thuc phỏt x (I
Ta
) vo lu lng khớ argon 29
Hỡnh 11 Phm vi tuyn tớnh ca vanadi 33
Hỡnh 12 Phm vi tuyn tớnh ca niobi 34
Hỡnh 13 Phm vi tuyn tớnh ca tantan 35
Hỡnh 14 ng chun cho vanadi 41
Hỡnh 15 ng chun cho niobi 41
Hỡnh 16 ng chun cho tantan 42

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


5
M U
Qung titan bao gm qung titan gc v qung sa khoỏng titan, c bit l sa
khoỏng titan ven bin ó c bit n t lõu. Trong nhng nm gn õy vic
thm dũ, khai thỏc v ch bin xut khu ó c trin khai mnh Vit Nam
v c bit l khu vc Min Trung. Hng nm cỏc Tng Cụng ty, Cụng ty v
cỏc xớ nghip t nhõn ó khai thỏc v ch bin xut khu hng vn tn s
n phm.
Vựng m titan ti khu vc Thỏi Nguyờn ó c phỏt hin t nm 1959 v c
thm dũ vo nhng nm 1961 n 1962. õy l vựng m titan cú tr lng ln
nht Vit Nam v gn õy ó c khai thỏc xut khu. Khoỏng vt ch yu
trong qung titan gm ilmenit, sau ú n pyrotin, rutin, pyrit, hematit,
chalcopyrit; khoỏng vt ph gm cú marcazit, magnetit v khoỏng vt phi qung
gm piroxen, amphybon v plagioclas.
Hin nay, trong cụng ngh khai thỏc v ch bin khoỏng sn titan m
i ch
tp trung thu hi tinh qung ilmenit, rutin, zircon v monazit xut khu v
lm ngun nguyờn liu cho cỏc d ỏn ch bin sõu trong thi gian ti. Cha mt
c s no cp ti vic thu hi cỏc thnh phn quý him niobi, tantan v
vanadi mc dự cỏc nguyờn t ny cú giỏ tr cao v c ng dng nhiu trong
cỏc ngnh cụng nghip mi nhn.

Theo ti liu [11, 14, 17, 22] vỡ cú bn v cng nờn tantan c dựng
trong nhiu lnh vc nh ch to thi
t b húa hc trong thớ nghim cng nh
trong cụng ngh, trong cỏc thit b chnh lu v thit b ngng t v cỏc dng c
phu thut nh dao, kộo, kpTantan cũn c dựng lm khung trong cỏc ng
in t, thộp khụng r v thộp c bit. Trc õy tantan cũn dựng lm si túc
ốn t. Vanadi sch cho n nay cha c ng dng nhiu trong k thut
cng nh trong cụng nghip. Nhng nú cú th dựng lm phu l
c cho ng tia
Rngen. ng dng chớnh ca vanadi l cu húa thộp v ch to hp kim.
Niobi c ng dng ch yu lm cỏc thnh phn pha hp kim cho nu thộp,
hp kim c bit v thộp khụng r nh cỏc hp kim phi st vi crụm, niken v
coban. Hp kim ny cú bn v cng nhit cao phự hp lm nguyờn liu
trong ch to cỏc turbin khớ, u phun trong mỏy bay, tờn la. Ch cn thờm mt
ớt Nb [<0,1%(m/m)] vo thộp thỡ cng v trn ó tng lờn nhi
u ln, d hn
v to hỡnh tt. cú hp kim bn nhit cao (>2000
o
C) trong mụi trng
ụxy húa, hn ch to lp mng ụxit, ngi ta thờm vo Al, Be, Cr, Si, Ti, V hoc
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


6
Zr v cỏc hp cht to thnh khi t K, Ce, La, Th hoc Sn. Kim loi niobi cũn
l vt liu bc cho cỏc lũ phn ng ht nhõn (dựng uran) vỡ ch vi lng vt
niobi ó cú th hp th tt neutron v so vi cỏc kim loi lng dựng lm lnh
nh K, Na, Li, Pb, Hg, Bi v Sn thỡ niobi bn hn nhiu. Do nhng tớnh cht
vt tri nờu trờn, nờn vic nghiờn cu thu hi cỏc nguyờn t trờn trong quỏ

trỡnh khai thỏc, ch bin khoỏng sn titan l rt cn thit.
Vin Khoa hc v Cụng ngh
M - Luyn kim thuc B Cụng Thng l
mt Vin u tiờn ó tp trung nghiờn cu cụng ngh khai thỏc, ch bin khoỏng
sn titan t nhng nm chớn mi ca th k trc. Kt qu nghiờn cu ca
Vin ó c trin khai v ỏp dng thnh cụng hu ht cỏc c s khai thỏc v
ch bin khoỏng sn ny. Vin ó chuyn giao cụng ngh, ch to thit b cho
cỏc c s ti H Tnh, Tha Thiờn Hu, nhiu doanh nghip Nh nc v t
nhõn khỏc. õy l minh chng cho s kt hp cú hiu qu gia nghiờn cu v
sn xut. Vỡ vy trong k hoch Nghiờn cu Khoa hc v Cụng ngh 2007
2009 Vin Khoa hc v Cụng ngh M - Luyn kim ó c giao ti nghiờn
cu cp Nh nc Nghiờn cu lu trỡnh cụng ngh x lý qung gc v sa
khoỏng titan vựng Cõy Chõm, Nỳi Chỳa, Thỏi Nguyờn.
cú th ph
c v cho nghiờn cu, thm dũ, khai thỏc, ch bin v vi mc
tiờu phỏt trin bn vng, tin ti hi nhp kinh t sau WTO núi chung v ngnh
khai thỏc, ch bin khoỏng sn titan núi riờng, trong k hoch Nghiờn cu Khoa
hc Cụng ngh nm 2007, B Cụng Thng ó giao cho Vin Khoa hc v
Cụng ngh M Luyn kim nghiờn cu ti Nghiờn cu xõy dng quy trỡnh
phõn tớch cỏc nguyờn t quý him Nb, Ta, V trong qung titan gc bng phng
phỏp quang ph.
Vi tớnh cht
c thự v vựng hm lng nh ca cỏc nguyờn t cú trong
qung titan gc, kt hp vi ti liu tham kho ti la chn phng phỏp
quang ph phỏt x ICP cho vic xỏc nh cỏc nguyờn t trờn vi mc tiờu ỏp
dng tin b khoa hc v thit b mi va c tng cng cho Trung tõm phõn
tớch ca Vin Khoa hc v Cụng ngh M - Luyn kim.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007

7
CHNG 1: TNG QUAN
1.1. C S Lí THUYT CHO NGHIấN CU
Phõn tớch quang ph [6, 7, 23] l tờn chung cho mt h thng phõn tớch
quang hc da trờn c s ng dng nhng tớnh cht quang hc ca nguyờn t,
ion, phõn t v nhúm phõn t. Vỡ vy tựy theo quan nim cng nh da trờn
nhng iu kin kớch thớch ph, phng tin thu ghi, quan sỏt ph v bn cht
ca quỏ trỡnh sinh ra ph m chỳng ta cú mt s cỏch phõn chia thnh nhng
phộp o khỏc nhau nh:
Phõn chia theo c trng ca ph
: Phng phỏp phõn tớch ph nguyờn t,
phõn t, ph Rn-gen, ph cng hng t, khi ph .
Phõn chia theo di súng: Nh chỳng ta ó bit, bc x electron cú nhiu
bc súng, t súng di hng ngn một n súng ngn vi micro một hay vi
nano một. Do ú ph bc x electron phi cha ht cỏc vựng súng ú. Trong
thc t khụng cú dng c quang hc no cú kh nng thu nhn v phõn ly hay
phỏt hin c ton b vựng ph nh th. Vỡ v
y cú th phõn chia ph electron
thnh nhiu min (vựng ph) khỏc nhau v ú l nguyờn tc ca cỏch chia th
hai ny.
Trong iu kin bỡnh thng, cỏc electron chuyn ng trờn cỏc qu o ng
vi mc nng lng thp (trng thỏi c bn) v khụng thu hoc phỏt nng
lng. Nu cung cp nng lng cho nguyờn t thỡ theo quan im ca thuyt
lng t, khi trng thỏi khớ, electron v c bit l electron húa tr s
chuyn
t mc nng lng thp lờn mc cao hn. Khi ú nguyờn t ó b kớch thớch.
Nhng trng thỏi ny khụng bn (ch lu li khong 10
-8
giõy) v luụn cú xu

hng tr v trng thỏi bn vng ban u. Quỏ trỡnh ny s gii phúng ra nng
lng m chỳng ó hp th c di dng cỏc bc x quang hc. Bc x ny
chớnh l ph phỏt x ca nguyờn t v cú tn s c tớnh theo cụng thc:
E = (E
n
E
0
) = h
Hay:

hc
E =

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


8
Trong ú:
E
0
:

L nng lng ca nguyờn t trng thỏi c bn.
E
n
: L nng ca nguyờn t trng thỏi kớch thớch n.
h : L hng s Plank (6,626.10
-27
erk.s) hay h = 4,1.10

-15
eV.s.
c : L tc ỏnh sỏng bng 2,99793.10
8
m/giõy (ly trũn 3.10
8
m/giõy).
: L tn s ca bc x.
: L bc súng ca bc x.
Trong biu thc trờn, nu giỏ tr E l õm, ta cú quỏ trỡnh hp th v khi giỏ
tr E dng ta cú quỏ trỡnh phỏt x ca nguyờn t.
Nh chỳng ta ó bit, cng vch ph phỏt x nguyờn t c tớnh theo
biu thc:
)/(
).1(.
kTE
aa
m
exNPI

=

v vch ion c tớnh theo biu thc:
)/(

kTE
ii
m
exNPI

=

Trong ú:

h
g
g
A
t
P
o
m
am
am
a
1
=


h
ig
g
A
t
P
o
mi
im
im
i

1
=

iu ny cho thy cng vch ph thuc vo nhit ca plasma. Tuy
nhiờn s ph thuc ny l khỏc nhau i vi vch nguyờn t cng nh vch ion
v khụng n iu, m theo hm s m (e
-E/kT
). Hai biu thc trờn cho thy,
nhit plasma no s cú c s nguyờn t N.(1-x) v N.x ln nht v nh vy
ta s cú cng vch phỏt x ln nht. ú s l nhit ti u ca s kớch
thớch. Vi mt vch ph nguyờn t trờn thc t ch cú mt nhit m ú to
ra c cng I cc i v g
i l nhit ti hn ca vch ph T
0
. Do vy,
mi vch ch cú mt T
0
. Khi tn ti trong nn khỏc nhau (hiu ng matrix) thỡ T
0

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


9
cng khỏc nhau. Ngha l, ngoi bn cht ca cht phõn tớch, nhit T
0
cũn ph
thuc vo thnh phn v nn ca mu phõn tớch.
Nguyờn tc ca phng phỏp phõn tớch ph phỏt x cú th khỏi quỏt nh sau:

1. Mu c chuyn thnh hi (khớ) ca nguyờn t hay ion t do trong mụi
trng kớch thớch. õy l quỏ trỡnh húa hi v nguyờn t húa mu. Sau ú
dựng ngun nng lng phự hp kớch thớch ỏm hi ú chỳng phỏt x.
õy l quỏ trỡnh kớch thớch ph ca mu.
2. Thu, phõn ly v ghi ton b ph phỏt x ca v
t mu nh mỏy quang ph.
Trc õy ph c ghi trờn kớnh nh hay phim. Thit b hin i cú th thu
v ghi trc tip cỏc tớn hiu cng phỏt x ca vch ph di dng cỏc
pic trờn bng giy hay ch ra cỏc s o cng vch ph trờn mỏy in, mn
hỡnh hoc ghi vo a t ca mỏy tớnh.
3. ỏnh giỏ ph v mt nh tớnh v nh lng theo yờu cu t ra.

cú th tin hnh xỏc nh nguyờn t trong i tng nghiờn cu, bt k
mt phng phỏp phõn tớch no, ngoi tr phng phỏp phõn tớch khụng phỏ
hy mu, cng cn xỏc nh c cỏch phõn hy mu to c mt mụi
trng ng nht ca mu phõn tớch. Quỏ trỡnh phõn hy mu phi m bo mu
tan hon ton v khụng b mt cỏc thnh phn cn quan tõm do bay hi, kt dớnh
vo thnh, cng nh bn hoc tro ra thnh chộn. C
ch v quỏ trỡnh phõn hy
mu l rt phc tp vỡ chỳng liờn quan n quỏ trỡnh nhit ng hc húa hc. Do
vy vic phõn hy mu nghiờn cu ch yu da vo thc nghim v ti liu
tỡm c phng phỏp phõn hy mu ti u cho i tng nghiờn cu.
1.2. TèNH HèNH NGHIấN CU TRONG V NGOI NC
Cỏc nguyờn t thuc Phõn nhúm vanadi [11, 15, 25] bao gm: vanadi do
Sefstrom tỡm ra vo nm 1830, niobi do Hatchet tỡm ra vo nm 1801, tantan do
Ekeberg tỡm ra vo nm 1802.
Trong v trỏi t (
sõu 17 km), cỏc nguyờn t Phõn nhúm vanadi
chim khi lng nh sau: vanadi khong 5.10
-3

%, niobi khong 2.10
-4
%,
tantan khong 2.10
-5
% nhng phõn b nhiu khoỏng sn, trong ú cú qung
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


10
titan gc [11, 15, 22, 25]. Nguyờn t vanadi cũn cú trong qung st, granit, t
sột, du ha v bauxit. Ngoi ra vanadi cũn cú trong qung crụmit, ng, chỡ,
km. Him cú qung riờng v vanadi nhng cú th k n nhng khoỏng vt nh
patronit V
2
S
5
, vanadinit Pb
5
[Cl/VO
4
]
2
, karnotit K
2
[UO
2
/VO
4

]
2
3H
2
O v roscoelit
K(AlV)
2
[(Si
3
ALO
10
(OH)
2
]. Vanadi cũn l thnh phn vt trong liờn kt vi m
ca t bo v c quan hụ hp. Hm lng vanadi trong t khong 200 àg/ml;
trong thc vt khong 1 àg/ml (tớnh theo khụ).

Niobi v tantan [18, 20, 25] cú trong khoỏng sn columbit [Fe(NbO
3
)
2
] v
tantalit [Fe(TaO
3
)
2
]. Qung niobi quan trng l khoỏng loparit (khong 11%
niobi oxit). Cựng vi tantan, niobi luụn tn ti dng hp cht v nm rt phõn
tỏn, nú cũn l sn phm ph ca quỏ trỡnh x lý qung t him (Monazit) v
õy chớnh l thng phm ca loi qung ny ( W. Australia, Nigeria, Belgian

v Brazin). Cỏc khoỏng sn khỏc cú th k n l pyroclore, NaCaNb
2
O
5
F
trong t sột nhng hm lng khụng ln. Cỏc ngun qung khỏc l: euxenite,
ytrium - uran niobat- titanat, samarskit, st ytri canxi xeri uran niobat
tantanat, fergusonit, t him niobat-tantanat, ilmeno-rutil; rutil Quỏ trỡnh
phỏt trin ca húa phõn tớch nh tớnh cng nh nh lng cỏc nguyờn t Phõn
nhúm vanadi cú th núi l rt chm [14, 20, 22] so vi cỏc nguyờn t khỏc. Lý
do l cỏc nguyờn t ny, c bit l hai nguyờn t niobi v tantan cú tớnh cht rt
gn nhau do cu to electron ca chỳng. Vỡ th vic phõn tớch chỳng rt khú
khn. Ch n khi cú nhng thit b hin i, cụng tỏc phõn tớch m
i t c
nhng bc tin mi.
1.2.1. Nghiờn cu trong nc

Cỏc nguyờn t thuc Phõn nhúm vanadi ó c nghiờn cu v xỏc nh
bng nhiu phng phỏp phõn tớch [1, 2, 3, 4] ti cỏc c s nghiờn cu v thm
dũ khai thỏc t lõu Vit Nam. Phng phỏp ch yu l phng phỏp khi
lng khi hm lng cỏc nguyờn t ln v phng phỏp o mu trc tip hoc
sau khi chit i vi hm lng nh [4, 18, 19, 25]. Do iu kin thit b trc
õy cũn hn ch, nờn cỏc phng phỏp quang ph ch
a c nghiờn cu ỏp
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


11
dng nhiu, c bit i vi cỏc i tng qung trong ú cú qung titan. Nhiu

c s ó dựng phng phỏp quang ph hp th, phỏt x nguyờn t xỏc nh
hm lng vt ca cỏc nguyờn t c bit l vanadi [1, 2, 3, 16]. Cũn i vi hai
nguyờn t niobi v tantan do vic nghiờn cu thm dũ cng nh trin khai cụng
ngh cha c chỳ trng nhiu trong thi gian qua nờn rt ớt cỏc c s t v
n
nghiờn cu sõu xỏc nh hai nguyờn t ny trong qung [4, 5]. Do vy,
trong xu th phỏt trin v mc tiờu s dng trit ti nguyờn, khoỏng sn vic
nghiờn cu tn thu cỏc nguyờn t quý him l rt cn thit. Xỏc nh c riờng
r cỏc nguyờn t ny s nh hng ỳng cho nghiờn cu cụng ngh v mc tiờu
tn dng ti nguyờn trong thi k kinh t hi nhp v phỏt trin.
1.2.2 Nghiờn cu ngoi nc

ó t lõu, phng phỏp khi lng [16, 18] c ỏp dng xỏc nh vanadi
dng kt ta amoni tetravanadat v nung nhit 550
o
C chuyn dng v
dng oxit V
2
O
5
, cng cú th dựng phng phỏp chun bng KMnO
4
, sau khi
ụxy húa bng axit, ui ht khớ SO
2
d, un sụi dung dch v chun .
Trong t nhiờn, hai nguyờn t niobi v tantan luụn tn ti bờn nhau. Vỡ th
cỏc phng phỏp c in gp rt nhiu khú khn khi phi xỏc nh hai nguyờn t
riờng bit. Nm 1866, Marigic [22] ó tỏch c Nb v Ta khi nhau dng kali
florotantanat v kali oxyfloroniobat. õy cú th coi l hp cht sch u tiờn

c tỡm thy i vi hai nguyờn t ny. Cỏc cụng trỡnh nghiờn cu th k
trc v phõn tớch qung Phõn nhúm vanadi c
a Scholler v cỏc cng s c
cụng b trong chuyờn san [20, 22]. ú l phng phỏp kt ta v cõn khi
lng. Bng phng phỏp kt ta phõn on cú th tỏch niobi v tantan ra khi
nhau.
Cỏc phng phỏp chit bng dung mụi tin hnh nhanh v nh lng hn.
Vi cỏc thuc th hu c cho kt ta chn lc tỏch Nb v Ta. Thuc th hu
c kt hp vi chit cỏc phc ca Nb v Ta l c s c
a phng phỏp o mu
xỏc nh Nb v Ta. Phng phỏp trao i ion v sc kớ, c bit l sc kớ khớ
c phỏt trin t nhng nm 1950 v 1959 [20, 21, 25] l phng phỏp tin cy
tỏch nh lng cỏc nguyờn t ny.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


12
Cỏc phng phỏp quang ph c cụng b nhiu trong cỏc ti liu [3, 12,
13, 16, 20, 22]. u im ca phng phỏp ny l nhanh, chớnh xỏc, khụng phi
tỏch, chit, loi c nhiu yu t nh hng, c bit cú th xỏc nh riờng r
hai nguyờn t niobi v tantan, chớnh xỏc cao v gii hn phỏt hin ln. ti
chn phng phỏp quang ph phỏt x ICP xỏc nh cỏc nguyờn t trong i
tng nghiờn cu vỡ lý do hm lng cỏc nguyờn t tng i nh v nh
m trin
khai h thng thit b va c trang b, phc v cho ti nghiờn cu v cụng
ngh khai thỏc ch bin qung titan vựng Cõy Chõm, Nỳi Chỳa, Thỏi Nguyờn.
1.2.3. Nhn xột chung
Vi mt i tng c th l khoỏng sn titan gc cú hm lng cỏc nguyờn
t ch yu l titan dng ilmenit v rutin, st(II), st(III), silic v mt lng nh

mangan, crụm, zirconi v t him, cỏc nguyờn t quý him nh vanadi, niobi
v tantan hm lng nh nờn vic xỏc nh chỳng rt khú khn khi ỏp dng
cỏc phng phỏp c in nh khi lng, chun hoc o mu. cú th xỏc
nh chỳng mt cỏch thu
n li v n gin nờn ỏp dng phng phỏp quang ph
v c bit l quang ph phỏt x dựng ngun kớch thớch ICP (Inductive Coupled
Plasma). Vỡ vy vic tp trung nghiờn cu trin khai cỏc phng phỏp xỏc nh
V, Nb v Ta trong i tng nghiờn cu nh mc tiờu ti nờu ra l rt cn
thit. Vi vic xỏc lp c nhng phng phỏp ny, s giỳp cho cụng tỏc
nghiờn cu, thm dũ, khai thỏc, ch bin khoỏng sn titan kim soỏt c quỏ
trỡnh sn xut, ng thi ph
c v kp thi cho cụng tỏc giỏm nh cht lng sn
phm trong hot ng xut nhp khu.










Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


13
CHNG 2: PHNG PHP NGHIấN CU
V CễNG TC CHUN B

2.1. PHNG PHP NGHIấN CU
Phng phỏp quang ph nguyờn t [6, 7, 10] núi chung ó c trỡnh by
phn trờn. Trong phng phỏp hp th nguyờn t (AAS) ngun kớch thớch
thng l ngn la, lũ graphit v thit b hydrua húa dựng cho As, Bi, Ge, Pb Se,
Sn v Te. i vi phng phỏp phỏt x, ngun kớch thớch thng l h quang
in mt chiu, tia la in, plasma trc tip (Direct Coupled Plasma DCP) v
plasma cao tn cm ng (Inductively Coupled Plasma ICP). Ngun kớch thớch
bng plasma mi c tỡm ra khong 20 nm gn õy, nh
ng ó c ng dng
rng rói v mang li hiu qu cao, vỡ nhng u im sau:
Nhit cao 5.000 ữ 10.000
o
K nờn húa hi v nguyờn t húa hu ht mi
trng thỏi vt mu vi hiu sut cao. Hp cht bn nhit cng b húa hi v
phõn ly thnh nguyờn t t do.
Cú nhy rt cao t n.10
-4
n n.10
-6
% (0,1 ữ 5 ng/ml). Tuy nhiờn nhy
ca phộp o ph thuc nhiu vo cụng sut (P) ca mỏy phỏt cao tn to ra
plasma (HF).
n nh cao hn khi dựng ngun h quang v tia in. Do vy sai s ca
phộp o nh (<10% trong vựng nng C = n.10
-3
ữ n.10
-5
% ).
Tuy nhit cao nhng quỏ trỡnh kớch thớch li ờm du (tng t nh trong
ngn la khớ). Do vy cho kt qu n nh v sai s nh.

nh lng ng thi nhiu nguyờn t, tc phõn tớch cao (hng chc
mu/gi), vựng tuyn tớnh rng.
t b nh hng ca cht nn (matrix effect) v õy l u im hn hn cỏc
ngun nng lng c in.
to ngun kớch thớch plasma cn phi cú mỏy phỏt cao tn HF v h
thng hoỏ hi (sol khớ), ốn nguyờn t húa kớch thớch ph ca mu.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


14
Mỏy phỏt cao tn cú tn s cao 27,12 MHz (súng radio) v 450 MHz, cung
cp nng lng cho cun cm, to plasma húa hi mu, nguyờn t húa v
kớch thớch ph.
B phn nguyờn t húa to sol v ốn nguyờn t húa (nebulizer v torch).
Nhit plasma ph thuc vo thụng s mỏy phỏt HF (Cụng sut P v tn
s), tn s thng c nh nờn ch yu ph thuc vo cụng sut (P) v nhng
yu t khỏc nh khớ plasma, khớ mang, t
c , thnh phn hn hp mu. Núi
chung dng liờn kt, th ion húa cng nh hng n ph nhng khụng nhiu.
nh hng matrix cng khụng nhiu so vi cỏc ngun kớch thớch khỏc.

Da trờn nguyờn tc ca phng phỏp phõn tớch ph phỏt x, ti tin hnh
theo th t sau:
Phõn hy mu th v xỏc nh cỏc yu t nh hng n quỏ trỡnh phõn hy mu.
Mu c chuyn thnh hi (khớ) ca nguyờn t hay ion t do trong mụi
trng plasma. õy l quỏ trỡnh húa hi v nguyờn t húa mu. Sau ú dựng
ngun nng lng plasma kớch thớch ỏm hi ú chỳng phỏt x. õy l
quỏ trỡnh kớch thớch ph c
a mu. Nhng yu t nh hng c quan tõm

l: tc hỳt mu (lng dung dch tiờu hao cho phộp o), dũng khớ argon,
nng dung dch, nguyờn t, tuyn tớnh.
o phỏt x vch ph c trng ca nguyờn t trong vt mu trờn mỏy
quang quang ph ICP.
ỏnh giỏ ph v mt nh lng theo yờu cu ó t ra.
2.2. MU NGHIấN CU
Mu nghiờn c
u l qung titan gc cú hm lng cỏc nguyờn t nờu trong
bng 1 v mu chun hoc gi chun c chun b sao cho cú thnh phn gn
vi mu nghiờn cu. Sau khi tin hnh kho sỏt cỏc iu kin v hon thin quy
trỡnh s so sỏnh kt qu xỏc nh vi mu chun v kt qu phõn tớch ca cỏc c
s phõn tớch ngoi.

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


15
2.3. HểA CHT, DNG C V THIT B CHO NGHIấN CU
2.3.1. Húa cht
Kali pyrosunphat K
2
S
2
O
7
.
KOH hoc NaOH.
Axit flohydric HF, axit sunfuric H
2

SO
4
, axit nitric HNO
3
, axit clohydric
HCl.
Axit pecloric HClO
4
, axit oxalic.
Kali-natri-tatrat, amoni florua.
Khớ axetylen, dinit ụxit, argon.
Dung dch chun V, Nb, Ta.
2.3.2. Dng c
Chộn bch kim, cc teflon.
Cc un 100 ml, 250 ml, 500 ml.
Bỡnh nh mc 50 ml, 100 ml, 200 ml v cỏc dng c khỏc.

2.3.3. Thit b nghiờn cu

Cỏc thit b v dng c thụng thng cú trong phũng thớ nghim v
Mỏy QP ICP Prodigy (Prodigy High Dispersion ICP), M.
Lũ nung muf;
Cõn phõn tớch cú chớnh xỏc 0,000 1 g.
2.4. CễNG TC PHN TCH
Sau khi nghiờn cu hon thin phng phỏp, tin hnh phõn tớch trờn mu
nghiờn cu v mu gi chun hoc mu chun sau ú gi phõn tớch c quan
ngoi so sỏnh.

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


16
CHNG 3: NI DUNG NGHIấN CU
3.1. KHO ST IU KIN CHO QU TRèNH PHN HY MU
Thnh phn húa hc ca qung titan c thng kờ trong bng 1.
Bng 1: Thnh phn vt cht qung titan, [% (m/m)]
TiO
2
FeO Fe
2
O
3
SiO
2
Mn
5 - 36% 7 - 23 2,8 5,0 16,7 25,0 0,3 - 0,56
V
2
O
5
Ta
2
O
5
Nb
2

O
5
Cr
2
O
3
Al
2
O
3

0,12 - 0,25 0,01 - 0,025 0,07 0,045 3,8

Theo ti liu [8, 12, 16, 22, 24] cú th phõn hy mu nghiờn cu bng
phng phỏp nung chy v phng phỏp phõn hu bng axit. Cú th phõn hy
qung titan bng hn hp cỏc axit clohydric, nitric, flohydric v sunfuric hoc
pecloric. Khi phõn hy theo cỏch ny, ta cú th loi c hu ht silic ụxyt trong
mu nghiờn cu nờn cú li cho quỏ trỡnh xỏc nh vỡ mt ion gim i ỏng k.
Ngoi nhng ion nguyờn t cũn li ca mu, quỏ trỡnh phõn hy mu ch a
thờm vo anion sunfat v peclorat. Khi cụ mu n khụ, cỏc anion d ny b

phõn hy v bay hi. Vỡ th m cú li cho phộp o sau ny. Nhiu cụng trỡnh
nghiờn cu [5, 22] ó ỏp dng phng phỏp phõn hy mu bng nung chy vi
natri hoc kali hydroxit trong chộn st, bc hoc niken; vi kali pyrosunphat, liti
tetraborat trong chộn bch kim, bch kim vng hoc dựng natri cacbonat trong
chộn bch kim. Cỏch phõn hy ny nhỡn chung l nhanh, tn ớt thi gian v giỏ
cú th thp hn khi phõn hy bng axit. Vỡ hm lng cỏc nguyờn t trong i
tng nghiờn cu tng i nh v cú th o trc tip sau khi phõn hy m
u
cng nh da theo ti liu tham kho [22, 25] ti chn cỏch phõn hy mu

bng phng phỏp nung chy vi kali pyrosunphat trong chộn bch kim v tin
hnh kho sỏt cỏc iu kin nh hng ti qu trỡnh ny. S dng mu chun
ilmenit X 59 cú hm lng vanadi pentanoxit 0,25% (m/m) kho sỏt cỏc
thụng s cho quỏ trỡnh phõn hy mu v ly ch tiờu vanadi pentanoxit lm tiờu
chớ ỏnh giỏ hiu sut phõn hy.
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


17
Vic xỏc nh hm lng vanadi pentanoxit (V
2
O
5
) c thc hin bng
phng phỏp o mu vi hydro peoxit trong mụi trng axit sunfuric 2,5N
bc súng 410 nm [19, 22]. nh hng ca titan c loi bng cỏch thờm ion
florua to phc khụng mu.
3.1.1. Kho sỏt t l cht chy v mu
Trờn mu chun X-59 cú hm lng vanadi pentanoxit bng 0,25% (m/m),
phõn hy 0,1 g mu v ly ch tiờu vanadi pentanoxit ỏnh giỏ hiu sut phõn
hy, i din cho Phõn nhúm vanadi.
Mu chun X - 59 (V
2
O
5
) : 0,25 % (m/m).
Kớch thc ht : 0,063 mm.
Thi gian phõn hy (t) : 15 phỳt.
Nhit phõn hy (T

o
C ) : 700
0
C.
T l cht chy v mu : 5 ữ 25 ln.
Kt qu c nờu trong bng 2 v th minh ha (Hỡnh 1).
Bng 2: Kt qu nghiờn cu t l cht chy v mu

T l cht chy/mu
(ln)
5 10 15 20 25
HSPH (%) 86,5 90,5 98,5 99,5 98,6

Hỡnh 1: nh hng ca t l cht chy/mu
n hiu sut phõn hu.
84
86
88
90
92
94
96
98
100
5 10152025
T l cht chy/mu (Ln).
Hiu sut phõn hu (%).

Vi t l cht chy v mu khong t 15 ữ 25 ln cho ta kt qu phõn hy
tt. ti chn t l 20 ln cho cỏc nghiờn cu tip theo.

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


18
3.1.2. nh hng ca nhit
iu kin thớ nghim t ra nh 3.1.1, ch thay i nhit phõn hu t
600
0
C ữ 800
0
C v dựng kt qu vanadi pentanoxit lm tiờu chớ ỏnh giỏ hiu
sut phõn hy mu.
Mu chun X-59 (V
2
O
5
) : 0,25 % (m/m)
Kớch thc ht : 0,063 mm
Thi gian phõn hy (t) : 15 phỳt
Nhit phõn hy (T
o
C ) : 600
0
C ữ 800
0
C
T l cht chy v mu : 20 ln (theo 3.1.1)
Kt qu c nờu trong bng 3 v th minh ha (Hỡnh 2).
Bng 3: Kt qu nghiờn cu nh hng ca nhit

Nhit (
0
C) 600 650 700 750 800
HSPH (%) 65,1 78,3 93,2 98,5 95,1


Hỡnh 2: nh hng ca nhit
n hiu sut phõn hu mu.
50
60
70
80
90
100
600 650 700 750 800
Nhit (T
o
C)
Hiu sut phõn hu (%).


Theo th trờn hỡnh 2, nhit t 700
0
C n 800
0
C cho kt qu phõn hy
tt. Ti nhit ny, ta nhn c khi chy trong, ng u v khi hũa tỏch
nhanh bong v tan tt. Khi nhit phõn hy thp hn, khi chy khụng trong
sut v ly mu ra khú, cú vn c v cn. õy cú th l do mt phn mu cha

chuyn húa ht v do vy kt qu thp. Khi nhit cao hn, ta vn cú th nhn
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


19
c khi chy trong, nhng ly ra khú do b kột (hin tng khờ mu). Vỡ vy
kt qu cng b gim i. ti chn nhit 750
0
C l nhit thớch hp nht
cho vic phõn hy mu nghiờn cu.
3.1.3. nh hng ca thi gian phõn hy mu

iu kin thớ nghim c t ra nh mc 3.1.1 nhng thay i thi gian
phõn hy mu t 5 ữ 20 phỳt.
Mu chun X-59 (V
2
O
5
) : 0,25 % (m/m)
Kớch thc ht : 0,063 mm
Thi gian phõn hy (t) : 5 ữ 20 phỳt
Nhit phõn hy (T
o
C ) : 750
0
C (xỏc nh theo 3.1.2)
T l cht chy v mu : 20 ln (xỏc nh theo 3.1.1)
Kt qu c nờu trong bng 4 v th minh ha (Hỡnh 3).
Bng 4: Kt qu nghiờn cu thi gian phõn hy mu

Thi gian (phỳt) 5 10 15 20 25
HXPH (%) 85,2 97,3 99,7 99,5 99

Hỡnh 3: nh hng ca thi gian n hiu
sut phõn hu mu.
84
86
88
90
92
94
96
98
100
5 10152025
Thi gian (Phỳt).
Hiu sut phõn hu (%).




Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


20
Thi gian cng cú nh hng n quỏ trỡnh phõn hy mu. Trong khong t
14 ữ 20 phỳt, hiu sut phõn hy mu ó t ti giỏ tr tng i tt. Trờn hoc
di vựng nhit ny u cho kt qu thp hn vỡ nhng lý do ó nờu trong

3.1.2. cú th tit kim nng lng tiờu tn cho ch tiờu phõn tớch, ti chn
thi gian 15 phỳt cho quỏ trỡnh phõn hy.
Nhn xột chung:
Phng phỏp phõn hy c l
a chn xut phỏt t i tng nghiờn cu v
mc tiờu tit kim thi gian, nng lng v khụng cn phi tỏch, lm giu
nguyờn t cn quan tõm.
Dựng phng phỏp phõn hy mu bng axớt tuy t c mc tiờu khụng
a nhiu ion l vo dung dch mu nờn rt phự hp cho phng phỏp ICP - MS
(phng phỏp ICP khi ph). Tuy nhiờn phng phỏp ny lõu v tn húa cht,
vỡ th giỏ thnh s cao. Phng phỏp nung chy vi kali pyrosunphat nhanh
nhng li a m
t lng ln ion vo dung dch mu. Do vy khụng phự hp khi
dựng ICP - MS nhng li phự hp cho ICP phỏt x vỡ mt ion nh hng ớt
n quỏ trỡnh o ph. ti ó chn cỏch phõn hy mu nhit 750
0
C, thi
gian 15 phỳt v t l cht chy v mu l 20 ln. Tựy theo tng loi mu v hm
lng cỏc nguyờn t cú trong mu cng nh yờu cu phõn tớch cú th thờm cỏc
cht che trc khi nh mc trong bỡnh nh mc phự hp trỏnh pha loóng
trc khi o ph.
3.2. S CễNG ON PHN TCH
Da theo ti liu [16, 22, 25] v kt qu nghiờn cu phõn hy mu bng
phng phỏp nung chy vi kali pyrosunphat trong chộn bch kim, ti a ra
s
tin hnh sau (Hỡnh 4).

Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


21









Hỡnh 4: S cụng on phõn tớch
3.3. NGHIấN CU PHNG PHP QUANG PH PHT X NGUYấN T
ICP XC NH HM LNG VANADI, NIOBI V TANTAN
Trong vựng nhit, nguyờn t (A
0
) ca mt nguyờn t c kớch thớch t
trng thỏi nng lng thp E
0
lờn trng thỏi nng lng cao E
m
v c biu
din theo phng trỡnh:
A
0
+ E = A
*

(a)
Vi mu phõn tớch cú nng xỏc nh A
0
thỡ quỏ trỡnh kớch thớch lỳc u
tng nhanh, sau ú chm dn v khụng tng na ti mt thi im nht nh.
Ngha l s nguyờn t (A
0
) b kớch thớch l khụng i ng vi mt nhit xỏc
nh. ng thi vi quỏ trỡnh trờn l quỏ trỡnh din ra ngc li, ngha l nguyờn
t b kớch thớch A
*
gii phúng nng lng m nú nhn c di dng cỏc tia
phỏt x n (h
i
) tr v trng thỏi nng lng bn vng ban u v ú chớnh l
quỏ trỡnh phỏt x:
A
*
= h + A
0
(b)
Quỏ trỡnh ny ban u chm sau ú tng theo s nguyờn t b kớch thớch A
*

v khụng tng na ng vi nhit nht nh. Ngha l sau mt thi gian nht
nh ca s kớch thớch ph, quỏ trỡnh (a, b) t n trng thỏi cõn bng. õy l
hai quỏ trỡnh cõn bng ng hc thun nghch v ph thuc ch yu vo nhit
Chộn bch kim / Mu / Cht chy
T = 750
0

C / t = 15 phỳt
DUNG DCH
Xỏc nh Vanadi, Niobi v Tantan
PP PXNT Plasma ICP

HCl, HNO
3

hoc H
2
O
nh mc v pha loóng bng
axit (nu cn thờm cht che)
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


22
, ngha l s nguyờn t A
*
b kớch thớch v phỏt x l khụng i, ng vi mt
nhit xỏc nh.
Gi N
m
l s nguyờn t A
0
b kớch thớch lờn trng thỏi E
m
, theo quy lut
Bolzmans cú:

kTE
m
am
m
e
g
g
NN
/)(
0

=

Trong ú: g
0
v g
m
l khi lng thng kờ ca nguyờn t A trng thỏi
ban u (E
0
) v trng thỏi kớch thớch (E
m
);
N
a
l s nguyờn t A
0
cú trong ngn la (hi);
E
m

l nng lng kớch thớch t trng thỏi E
0
lờn E
m
;
T l nhit mụi trng kớch thớch, (
0
K);
k l hng s Bolzmans.
Gi I
a
l cng vch ph phỏt x v trong gii hn nht nh ca nhit
v nng nguyờn t thỡ I
a
ph thuc vo s nguyờn t A
0
b kớch thớch lờn A
*

(N
m
), thi gian tn ti ca A
*
l (t
m
), nng lng kớch thớch (E
m
), xỏc sut
chuyn mc ca A t E
m

v E
0
l (A
mo
) v t ú cú th biu din quan h ny
theo phng trỡnh:
)/(
0
1
kTE
m
amo
m
a
m
hve
g
g
NA
t
fI

=

Trong iu kin thớ nghim, cỏc yu t t
m
, A
mo
, g
0

, g
m
, E
m
, h l nhng hng
s. Vỡ vy cng vch phỏt x I
a
ch cũn ph thuc vo s nguyờn t b kớch
thớch N
a
. Do vy ta cú:
I
a
= k
1
.N
a
vi
)/(
0
1
.
1
kTE
m
mo
m
m
ehv
g

g
A
t
fk

=

õy l cng vch ph nguyờn t. Biu thc trờn ch cho thy mi quan
h gia cng vch v nng nguyờn t trng thỏi hi m cha cho ta
bit quan h gia cng vch ph vi nng nguyờn t trong mu nghiờn
cu. Mun vy phi xột quan h gia nng nguyờn t C v s nguyờn t b
Báo cáo tổng kết Đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình xác định các nguyên tố quý hiếm trong quặng titan
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ Luyện kim, Năm 2007


23
kớch thớch N
a
. Mi liờn quan ny rt phc tp. Nú ph thuc vo nhiu yu t
nh: kh nng húa hi, bn cht ca cht mu, cht nn, thnh phn mu nghiờn
cu, cht ph gia thờm vo, trng thỏi liờn kt v tn ti ca mu, cỏc iu kin
húa hi, nguyờn t húa mu, kớch thớch ph, mụi trng kớch thớch ph..
Tuy nhiờn t thc nghim v trong phm vi nht nh ca nng
nguyờn t
C, ta luụn cú:
N
a
= k
2
.C

b

v nh vy: I
a
= a.C
b

Trong ú: a = k
1
.k
2
v a c gi l hng s thc nghim. Nú ph thuc vo
tt c cỏc iu kin thc nghim húa hi, nguyờn t húa v iu
kin kớch thớch ph ca nguyờn t;
b l hng s bn cht. Nú ph thuc vo bn cht ca tng nguyờn
t v ch nhn giỏ tr bng 1 v nh hn 1, nhng ln hn 0. Giỏ tr
b < 1 khi nng C ln, khi n
ng C nh thỡ b luụn bng 1.
õy l phng trỡnh c bn ca phng phỏp nh lng theo ph phỏt x v
do Lomakins (Nga) v Saiber (c) tỡm ra nờn gi l phng trỡnh Lomakins
Saiber.
Sau õy chỳng tụi tin hnh kho sỏt nhng iu kin cn thit cho phng
phỏp PXNT Plasma xỏc nh hm lng vanadi, niobi v tantan trong qung
titan gc.
3.3.1. Kho sỏt cỏc iu kin cho phng phỏp PXNT plasma xỏc nh
hm lng vanai, niobi v tantan
3.3.1.1. Vch phỏt x
Mi loi nguyờn t cú th h
p th nhng bc x cú bc súng m chớnh nú
cú th phỏt ra c. Nhng trong thc t khụng phi cỏc nguyờn t cú th phỏt

x hoc hp th tt tt c cỏc bc x do chỳng phỏt ra m ch i vi mt s
vch nhy (vch c trng, vch cng hng). i vi nguyờn t vanadi, niobi
v tantan, theo ti liu tham kho [12, 13, 20, 25], nhng iu kin hp th v
phỏt x
c tng hp cỏc bng 5, 6, 7.