PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZIRCONI ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANOMET TỪ TINH QUẶNG ZIRCON VIỆT NAM

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN: HÓA VÔ CƠ VÀ ỨNG DỤNG
GVHD : TS. NGUYỄN HỮU TRÍ
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZIRCONI ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANOMET
TỪ TINH QUẶNG ZIRCON VIỆT NAM
•
Zirconi đioxit với những tính chất hóa lí ưu việt, là nguyên liệu quan trọng trong lĩnh vực gốm
cao cấp, ZrO2 có độ sạch cao(98%) thường được dùng làm bột màu cho gốm,sản xuất men sứ,
thủy tinh đặc biệt và đá quý, gốm điện tử, gốm kỹ thuật, lớp phủ cách nhiệt, làm nồi nấu kim
loại,
•
Việt Nam là một quốc gia có trữ lượng Zircon khá lớn, dọc theo bờ biển miền Trung.
•
Zircon là nguyên liệu chính để sản xuất ZrO2. Tuy nhiên, hiện khoáng này chỉ được khai thác
chủ yếu để xuất khẩu ở dạng nguyên liệu thô nên có giá trị kinh tế rất thấp, gây lãng phí tài
nguyên.
MỞ ĐẦU
Như vậy, nếu sản xuất được ZrO
2
sạch từ nguồn khoáng ZrSiO
4
trong nước (sa
khoáng ven biển, biển mỏ, ) sẽ đem lại những lợi ích :
•
Tận dụng hiệu quả tài nguyên khoáng ZrSiO
4

•
Đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu đối với ZrO
2
•

Góp phần phục vụ chính sách nội địa hóa trong việc xây dựng nhà máy điện hạt
nhân.
MỞ ĐẦU
PHẦN I : TỔNG QUAN
PHẦN II : TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ZrO
2

PHẦN III : PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
ZrO
2
CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCON
NỘI DUNG
PHẦN I
TỔNG QUAN
a. Địa chất :
1.ÑAËC ÑIEÅM ÑÒA CHAÁT, KHAI KHOAÙNG
Do tính chất hoạt động của Zr nên không tìm thấy Zr ở dạng đơn chất mà thường ở dạng hợp
chất như silicat và oxit, tập trung chủ yếu trong 2 quặng là :
Quặng Zircon : Công thức được viết ở 2 dạng :
+ ZrSiO
4
(ở t
0
thường)
+ ZrO
2
. SiO
2
(ở t
0

cao)
a. Địa chất :
1.ÑAËC ÑIEÅM ÑÒA CHAÁT, KHAI KHOAÙNG
Quặng Badeleit :Thành phần:
+ ZrO
2
(>90%), tỉ trọng : 5,4-6,02
+ Thường lẫn các tạp chất như thạch anh ,rutil
PHẦN I
TỔNG QUAN
PHN I
TNG QUAN
b. S khai khoỏng Zircon :
1.ẹAậC ẹIEM ẹềA CHAT, KHAI KHOANG
- Trờn th gii :
Khoỏng Zircon ch yu cú Australia,
Brasil, n , Nga, Nam Phi, Hoa K, cng
nh dng trm tớch vi tr lng nh hn
nhiu khp th gii.
- Vit Nam :
Ngun khoỏng Zircon thng ln vi cỏc
khoỏng khỏc nh rutil, ilmenit, manhetit
nm trong mt lp sa khoỏng gi l cỏt en cú
dc ven bin vi tr lng ln , tp trung ch
yu H Tnh, Hu, Qung Tr, Phỳ Yờn,
Bỡnh nh, Bỡnh Thun
PHẦN I
TỔNG QUAN
+ Trữ lượng zircon tồn cầu : Ước tính trên 60 triệu tấn và tổng sản lượng hàng năm là
khoảng 900.000 tấn.

b. Sự khai khống Zircon :
1.ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, KHAI KHOÁNG
PHN I
TNG QUAN
a. Thnh phn Cu to :

Thnh phn :
- Hm lng chớnh : ZrO
2
(khong 61 66.8% )
- Ngoi ra cũn cú thờm 1 s oxit khỏc :
+ 32.9% SiO
2
+ 0.12% TiO
2
+ 0.07% Fe
2
O
3

+ 0.12% Al
2
O
3
+ 0.08% P
2
O
5

+ 0.017% U

3
O
8
+ 0.36% Y
2
O
3

Cu to : Tinh th phỏt trin u n, hỡnh tr chớnh
phng hay song chúp.
2. ẹAậC ẹIEM CUA KHOANG ZIRCON
PHẦN I
TỔNG QUAN
2. ÑAËC ÑIEÅM CUÛA KHOAÙNG ZIRCON
b. Tính chất vật lý
- Thường có ánh phi kim loại (như ánh kim cương, ánh thủy tinh)
- Có độ cứng nằm giữa thạch anh và Topaz
- Màu sắc của quặng thay đổi từ vàng nâu vàng - da cam - lam. Nếu hàm
lượng ZrSiO
4
khoảng 99% : màu trắng.
- Bị làm mềm ở 1600
0
– 1860
0
C.
- t
0
nc
= 2190

0
C.
PHẦN I
TỔNG QUAN
2. ÑAËC ÑIEÅM CUÛA KHOAÙNG ZIRCON
c. Tính chất hóa học :
- Zircon rất bền, nhất là ở nhiệt độ thấp.
-
Với axit:
+ Chỉ tác dụng với HF đặc => ZrOF
2
.2HF và SiF
4
(khí).
+ Các axit khác không phân hủy được Zircon.
-
Với kiềm (kiềm hydroxid, kiềm carbonat, oxit kiềm thổ (CaO, SrO, BaO) ) : ở nhiệt độ cao, bị phân
hủy tạo silicat và Zirconat.
ZrSiO
4
+4NaOH -> Na
2
ZrO
3
+Na
2
SiO
3
+2H
2

O
PHẦN I
TỔNG QUAN
3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TUYỂN KHOÁNG CƠ BẢN :
a. Phương pháp vật lý
- Dùng để tuyển sơ bộ khoáng để có được tinh quặng
+ Tuyển trọng lực
+ Tuyển từ
+ Tuyển tĩnh điện.
b. Phương pháp hóa học :
- Chế hóa hóa học bằng axit hoặc kiềm .
PHẦN I
TỔNG QUAN
a. Phương pháp kết tinh phân đoạn
- Dựa vào sự khác biệt về độ hòa tan của các hợp chất riêng biệt .
b. Phương pháp chiết
- Dựa vào khả năng hấp phụ khác nhau của chúng lên lớp nhựa trao đổi ion.
- Dựa vào sự khác biệt về khả năng tạo phức với các dung môi chiết
c. Phương pháp trao đổi ion
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ QUẶNG
Tuy n tể ừ
Cát đen
Zircon
Rutil
Magnetit, Imenit,
Monazit
Tuyển tĩnh điện,
tuy n n iể ổ
Zircon (trên90%)
Xử lý hóa học loại Fe

ZrSiO
4
(Fe
3
O
4
0,05% - 0,13%)
Axit hóa, clo hóa
Rutil
5. Tuyển quặng Zircon từ cát đen
TÍNH CHẤT
& ỨNG DỤNG CỦA ZrO
2

PHẦN II
1. Tính chất
•
ZrO
2
là chất rắn màu trắng. Dạng tinh thể đơn tà của ZrO
2
tồn tại trong
thiên nhiên là bađeleit đồng hình với một dạng tinh thể HfO
2
và đều có
cấu trúc không đều đặn.
•
ZrO
2
rất cứng, khó nóng chảy và bền nhiệt, khá trơ về mặt hóa học,

không tác dụng với nước, dung dịch loãng axít (trừ HF), chỉ tác dụng
chậm với axít khi đun nóng lâu và tác dụng với kiềm nóng chảy.
ZrO
2
+ H
2
SO
4
 ZrOSO
4
+ H
2
O
ZrO
2
+ 2KOH  K
2
ZrO
3
+ H
2
O
2. Ứng dụng
-
Do ZrO
2
có nhiệt độ nóng chảy cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng chống ăn
mòn thấp, có cả tính axít lẫn bazơ nên được dùng trong nhiều lĩnh vực như ceramic,
kỹ thuật hạt nhân, chất hấp phụ, chất xúc tác
- Trong kỹ thuật hạt nhân gốm ZrO

2
đã làm sạch Hf được dùng làm vật liệu phản xạ
nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân, làm thùng chứa chất thải phóng xạ.
2. Ứng dụng
-
Các oxit của zirconium và hafnium (fianit): được dùng làm ngọc
nhân tạo, vật liệu laze
-
ZrO
2
có kích thước nanomet còn có khả năng xúc tác quang hóa
2. Ứng dụng
Zirconi đioxit còn được gọi là zirconia, là một khoáng sản tự nhiên quí hiếm.
Ziconia có nhiều ứng dụng như chế tạo khớp hông nhân tạo, làm mão răng thẩm
mỹ, các thiết bị điện tử.
Trong nha khoa: nhờ đặc tính cứng chắc , chịu lực nén, tương hợp sinh học tốt
, không gây kích thích với cơ thể, không dẫn nhiệt và tương phản ánh sáng giống
như răng thật nên Ziconia là vật liệu lý tưởng cho phục hình răng mất mà yêu cầu
thẩm mỹ cao.
PHẦN III :
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZrO
2
CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCON
•
Phương pháp clo hóa
•
Phương pháp acid
•
Phương pháp kiềm chảy
…

•
Giai đoạn I: Điều chế muối ZrOCl
2
.8H
2
O
từ tinh quặng zircon
•
Giai đoạn II: Chuyển hóa ZrOCl
2
thành
ZrO
2
cỡ nano
Phương pháp kiềm chảy
Phương pháp kiềm chảy
•
Nguyên liệu NaOH dễ kiếm
•
Có thể nung ở nhiệt độ không quá cao
•
Cho hiệu suất phân hủy cao(90 – 97%)
TINH QUẶNG ZIRCON
HỖN HỢP NUNG CHẢY
KẾT TỦA
DUNG DỊCH ZrOCl
2
TINH THỂ ZrOCl
2
ZrO

2
.xH
2
O
ZrO
2
Nghiền mịn và nung chảy
Hòa tách bằng H
2
O
Hòa tách bằng dd HCl
Cô đặc và kết tinh
Thủy phân
Nung
QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZrO2 CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCON
TINH QUẶNG ZIRCON
HỖN HỢP NUNG CHẢY
KẾT TỦA
DUNG DỊCH ZrOCl
2
TINH THỂ ZrOCl
2
ZrO
2
.xH
2
O
ZrO
2
Nghiền mịn và nung chảy

Hòa tách bằng H
2
O
Hòa tách bằng dd HCl
Cô đặc và kết tinh
Thủy phân
Nung
QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZrO2 CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCON
•
Quặng Zircon cho vào máy nghiền phối trộn với NaOH.
•
Đun hỗn hợp trong lò nung để phân giải ở nhiệt độ và thời gian nhất định.
•
Phản ứng:
ZrO
2
.SiO
2
+ 4NaOH  Na
2
ZrO
3
+Na
2
SiO
3
+ 2H
2
O
GĐ1. Nghiền mịn và nung chảy

GĐ1. Nghiền mịn và nung chảy
Điều kiện để đạt hiệu suất tối đa:
•
Độ mịn hạt: 100mesh
•
Tỷ lệ phối liệu : k = mNaOH/ mquặng = 1,5
•
Nhiệt độ phân hủy: 675
0
C
•
Thời gian phân hủy: 50 phút
( Hiệu suất phân hủy = 97,2%)