phương pháp chiết tách đất hiếm

CÁCH CHIẾT CÁC NHÓM
NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM
Sinh viên: Lê Thị Nga
MSSV: 20103257
1
Mục lục
1. Thu hồi đất hiếm từ quặng Basnezit.
2. Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhóm nặng (Gd, Tb,
Dy, Ho, Er).
3. Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ (La, Nd,
Sm, Eu).
2
10 bước để sản xuất thương mại Đất Hiếm
1 Tìm ra nguồn tài nguyên/trữ lượng
2 Xác định quy trình:
- Tuyển quặng (tăng sự tập trung của khoáng ĐH, mục tích là đạt tốt thiểu 25% oxit Đất Hiếm;
- Chiết xuất;
- Tách Đất Hiếm.
3 Nghiên cứu tiền khả thi
4 Tuyển quặng Từ bước 4 đến bước 6: Chứng tỏ rằng quy trình được lựa chọn là hợp
lý/tin cậy về mặt kỹ thuật và thương mại thông qua các nhà máy sản
xuất thử (pilot plant) để sản xuất các sản phẩm mẫu cho thuyết minh
khách hàng (tương lai); để thu thập dữ liệu cho Nghiên cứu khả thi
(Bankable Feasibility Study -BFS) và đánh giá tác động môi trường
5 Chiết xuất Đất Hiếm
6 Tách Đất Hiếm
7 Đạt được sự thông qua về đánh giá tác động môi trường của dự án
8 Đàm phán các hợp đồng bán
9 Hoàn thiện nghiên cứu khả thi
10 Xây dựng và tiến hành sản xuất
3

4
Thu hồi đất hiếm từ quặng Basnezit

Basnezit (CeFCO3) là nguồn lớn nhất trong số các khoáng vật chứa đất
hiếm trên thế giới (70% các sản phẩm đất hiếm được sản xuất từ quặng
này).

Phương pháp thông dụng để thu hồi đất hiếm từ quặng Basnezit gồm các
giai đoạn sau:
+ Tuyển nổi để nâng hàm lượng đất hiếm lên 66%.
+ Hòa tách quặng tinh đất hiếm bằng H2SO4 ở nhiệt độ cao, sau đó dùng
axit Oxalic kết tủa đất hiếm để thu hồi nó từ dung dịch hòa tách.
Do phương pháp này có ảnh hưởng đến môi trường với sự phát tán của HF
và SO2 cùng với chi phí vật liệu đầu vào nhiều.
=> Nung quặng với clorua amôn ở nhiệt độ 5000C cùng với oxit magie.
5
Thu hồi đất hiếm từ quặng Basnezit

Ưu điểm: giảm mất mát đất hiếm do tạo thành fluorit đất hiếm, năng suất
thu đất hiếm cao hơn.

Các phản ứng xảy ra:
CeFCO3 = Ce2O3 + CeF3 + 3CO2
3CeFCO3 + 6NH4Cl = 2CeCl3 + CeF3 ( không p/ứ với clorua amon)
+ 3CO2 + 6NH3 + 3H2O
2CeFCO3 + MgO = Ce2O3 + MgF2 (không tan trong nước) + 2CO2
Clorua amôn được sử dụng trong quá trình nung với basnezit , ở nhiệt độ trên
3250C, ta có phản ứng phân hủy:
NH4Cl = NH3 + HCl(khí)
Sản phẩm phân hủy từ Basnezit như RE2O3 (Ce2O3) phản ứng với HCl:

RE2O3 + 6HCl (khí) = 2 RECl3 + 3H2O
Clorua đất hiếm tạo thành trong nước -> thu hồi các nguyên tố đất hiếm bằng
cách hóa tách nó bằng nước nóng.
6
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)

Hóa chất cần dùng: các dd muối nitrat đất hiếm được điều chế bằng
cách hòa tan các oxit đất hiếm tương ứng có độ sạch 99,9% trong
HNO3. Và các tác nhân hóa học khác.

Tác nhân chiết: Triphenyl photphin oxit (TPPO), dung môi pha
loãng được nghiên cứu là điclometan, toluen, clorofoc, và benzen.

Cách tiến hành: Chiết các REEs bằng các tác nhân chiết TPPO được
tiến hành trên phiễu chiết có dung tích 20ml. Tỷ lệ thể tích của nước
và pha hữu cơ là 1:1. Thời gian chiết là 5 phút. Sau khi tách riêng
hai pha, nồng độ REEs trong pha nước và pha hữu cơ được xác định
bằng phương pháp chuẩn độ DTPA (10-2M) trong sự có mặt của
thuốc thử Arsenazo (III). Nồng độ axit được xác định bằng phương
pháp chuẩn độ axit - bazo với chỉ thị metyl da cam.
7
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)

4 bước khảo sát:

Ảnh hưởng của dung môi pha loãng: diclometan, toluen,
clorofoc, benzen đến các hệ số phân bố D của Ln3+ - HNO3-
TPPO.


Mục đích: giảm độ nhớt và giảm thời gian phân chia pha.

Tiến hành: Tác nhân TPPO 0.5 M, nồng độ Ln(NO3)3 0.1 M,
nồng độ HNO3 sau chiết trong pha nước 0.5 M, thế tích nước
pha trên pha hước cơ là 1:1, thời gian chiết là 5 phút. Sự khi
phân pha, tách hữu cơ ta được:
8
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)
=> D đạt giá trị lớn nhất khi dung môi pha loãng là Benzen.
Nhưng benzen rất độc nên cá thí nghiệm tiếp theo sử dụng Toluen
làm dung môi pha loãng.
9
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)

Ảnh hưởng của nồng độ axit nitric đến hệ số phân bố của các REEs:

Tiến hành: tác nhân TPPO 0.5 M, toluen , nồng độ Ln(NO3)3 0,1 M.

Kết quả thực nghiệm cho thấy:
- REEs có số thứ tự càng lớn thì hệ số phân bố càng cao do REEs chịu
ảnh hưởng của hiệu ứng co lantanit nên bán kính giảm dần theo chiều
tăng của sô thứ tự nguyên tử.
- Hệ số D lớn nhất tại nồng độ axit nitric 0.5 M (chọn).
10
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng (Gd, Tb,
Dy, Ho, Er)
11

Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)

Ảnh hưởng của nồng độ TPPO đến hệ số phân bố của RREs:

Điều kiện tiến hành:dung dịch Ln(NO3)3 0.1 M, axit nitric 0.5
M, tác nhân chiết TPPO có nồng độ thay đổi từ 0.1 M đến 0.75
M trong toluen.
12
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)
⇒
nồng độ TPPO tăng thì D tăng ( REEs chuyển sang pha hữu cơ càng
nhiều).
⇒
Để đảm bảo độ nhớt của TPPO vừa phải cho quá trình phân tán nên
chọn nồng độ TPPO là 0.5 M.
13
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng
(Gd, Tb, Dy, Ho, Er)

Đường đẳng nhiệt của cá REEs trong hệ TPPO/toluen trong
môi trường axit nitric.

Mục đích: Đánh giá dung lượng của hệ chiết, quá đó xác định
hiệu suất của quá trình chiết, dung lượng càng cao, hiệu quả
chiết càng tốt.

Tiến hành: Khảo sát dung lượng chiết của TPPO với các REEs
trong hệ Ln3+/TPPO 0.5 M/Toluen, nồng độ axit nitric cân bằng

0.5 M.
14
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nặng (Gd, Tb, Dy,
Ho, Er)
15
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)

Hóa chất cần sử dụng: dd muối nitrat đất hiếm được điều chế
bằng cách hòa tan các oxit đất hiếm có độ sạc 99,9% trong HNO3
(PA). Và các loại hóa chất khác (Arsenaro, DTPA )

Tác nhân chiết: hỗn hợp Triphenylphotphin oxit (TPPO) và axit 2-
etyl hexyl 2-etyl hexyl photphonic (PC88A) từ dung dịch axit
nitric.

Cách tiến hành: Chiết các REEs bằng các tác nhân chiết TPPO,
PC88A hoặc hỗn hợp TPPO và PC88A được tiến hành trên phiễu
chiết có dung tích 20ml. Tỷ lệ thể tích của nước và pha hữu cơ là
1:1. Thời gian chiết và phân pha là 5 phút. Sau khi tách riêng hai
pha, nồng độ REEs trong pha nước và pha hữu cơ được xác định
bằng phương pháp chuẩn độ DTPA (10-2M) trong sự có mặt của
thuốc thử Arsenazo (III).
16
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)

4 bước khảo sát :

Ảnh hưởng của nồng độ axit nitric cân bằng đến hiệu ứng tăng

cường chiết của hệ của hệ TPPO + PC88A.

Tiến hành: La3+ 0.1M, tác nhân chiết TPPO 0.1M + PC88A
0.1M, toluen. Nồng độ axit nitric cân bằng thay đổi: 0.25M;
0.5M; 0.75M ; 1M
=> Kết quả thực nghiệm:
17
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)
=> Sk tăng khi nồng độ axit cân bằng -> chọn nồng độ [H+]cb =
0.5M cho các thí nghiệm sau.
18
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)

Hiệu ứng tăng cường chiết Sk của REEs nhẹ bằng hỗn hợp TPPO và
PC88A.

Tiến hành: với dd Ln(NO3)3 0.1M, dd HNO3 TPPO 0.1M + PC88A
0.1M – Toluen theo tỉ lệ thể tích 1:1.
⇒
Kết quả thực nghiệm:
19
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)
Ta thấy:
- Hiệu ứng tăng cường chiết giảm dần từ La đến Eu;
- Đối với hệ đơn tác nhân chiết PC88A, quá trình chiết
theo cơ chế tra đổi ion nên các REEs ở cuối dãy có bán kính ion
nhỏ hơn sẽ tạo phức bền hơn => hệ số phân bố D lớn hơn.

- Đối với hệ đơn tác nhân chiết TPPO tạo solvat có giá trị
D kém hơn.
20
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)

Ảnh hưởng của tỉ lệ TPPO/PC88A đến hệ số tăng cường chiết Sk
của REEs nhẹ.

Điều kiện thí nghiệm: dd Ln(NO3)3 0.1M, dd HNO3 cân bằng
0.5M, tác nhân chiết TPPO 0.1M + PC88A 0.1M được pha loãng
trong toluen với tỷ lệ TPPO/PC88A: 1/6; 1/3; 1/1; 3/1; 6/1 theo
thể tích.
⇒
Kết quả thực nghiệm:
21
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)
⇒
Tỷ lệ TPPO/PC88A ảnh hưởng đến hiệu ứng tăng cường chiết
khá mạnh;
⇒
Sk đạt cực đại ở tỉ lệ 1:1;
⇒
REEs có Sk giảm dần theo thứ tự La, Nd, Sm, Eu với cùng tỷ
lệ.
22
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)


Đường đẳng nhiệt của La trong hệ TPPO, PC88A, TPPO +
PC88A từ môi trường axit nitric.

Điều kiện thí nghiệm: nồng độ axit 0.5M, tác nhân chiết 0.1M,
và La(NO3)3 thay đổi từ 0.1M đến 2.0M.
=> Đường đẳng nhiệt chiết của La(NO3)3 cho hệ TPPO 0.1M,
PC88A 0.1M, TPPO-0.1M + PC88A-0.1M với dung môi pha
loãng toluen:
23
Chiết của các nguyên tố đất hiếm nhẹ (La,
Nd, Sm, Eu)
=> Dung lượng chiết La là lớn nhất khi tác nhân chiết là hỗn hợp TPPO và
PC88A .
24
Cảm ơn cô và các bạn
đã chú ý theo dõi ^^
25