Quy trình công nghệ tinh chế ô xít đất hiếm, hợp kim đất hiếm và coban cacbonat

QUY TRÌNH TINH CHẾ OXIT
ĐẤT HIẾM, HỢP KIM ĐẤT
HIẾM VÀ COBAN
CACBONAT


TINH CHẾ OXIT ĐẤT HIẾM, HỢP KIM ĐẤT HIẾM VÀ
COBAN CACBONAT
Công ty TNHH Vật liệu Nam châm Shin - Etsu Việt Nam
Địa điểm nhà máy: Khu công nghiệp Đình Vũ, quận Hải An, thành phố Hải Phòng 2012
1. Công suất nhà máy
Tổng công suất nhà máy khi đi vào hoạt động ổn định đạt 1507 tấn/năm. Quá trình vận
hành nhà máy được chia thành 2 giai đoạn:
-

Giai đoạn 1: chế biến oxit đất hiếm từ nguyên liệu thô là bột nam châm đất hiếm
nhập khẩu từ các nhà máy trong hệ thống chi nhánh của ShinEtsu trên toàn thế
giới. Bột nam châm đất hiếm nhập khẩu về Việt Nam là sản phẩm phụ của quá
trình gia công vật liệu nam châm, không chứa thành phần phóng xạ. Sản phẩm
chính của giai đoạn 1 bao gồm Nd2O3 (đi kèm với Pr6O11), Dy2O3 (đi kèm với
Tb4O7) và muối CoCO3. Sản phẩm phụ của giai đoạn 1 là bột sắt (Fe 2O3 và

-

Fe(OH)3).
Giai đoạn 2 : tinh chế hợp kim đất hiếm từ oxit đất hiếm chế tạo trong giai đoạn 1
bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Do Dy thường đi kèm với Tb, còn Nd
thường đi kèm với Pr không thể tách riêng được nên sản phẩm thu được sau điện
phân là hợp kim DyTb và hợp kim NdPr.

Công suất của nhà máy
Stt
1
2
3

Nội dung
Tinh chế oxit đất hiếm (Nd2O3,Dy2O3)
Tinh chế coban cacbonat (CoCO3)
Tinh chế hợp kim đất hiếm (Nd và Dy)
2. Công nghệ sản xuất:

Sản lượng (tấn/năm)
874
33
600


Sau khi nhập nguyên liệu thô về nhà máy tại Đình Vũ, quy trình sản xuất sẽ diễn
ra như sau:
Giai đoạn 1 của dự án tập trung sản xuất oxit đất hiếm và CoCO3
(1) Bột nam châm đất hiếm được hòa trộn cùng axit HCl, natri hipoclorit (NaClO)
và nước trong hệ thống phân hủy axit. Sau khi phân hủy sẽ thu được 2 pha: pha
rắn là cặn sắt và pha lỏng chứa kim loại đất hiếm; pha rắn chứa cặn sắt được
tách riêng và làm khô thu được bột sắt phụ phẩm của quá trình sản xuất.
(2) Pha lỏng thu được từ (1) sẽ được trung hòa một phần bằng dung dịch NaOH
nhưng vẫn mang tính axit, khi đó, phần lớn sắt trong pha này sẽ bị kết tủa dưới
dạng Fe(OH)3 và được lọc riêng, trộn cùng cặn sắt thu được ở (1), làm khô để
thu hồi bột sắt (Fe2O3 và Fe(OH)3). Phần dung dịch đã trung hòa sẽ được chiết

bằng dung môi Kerosen và axit hữu cơ (C16H35O3P).
- Đầu tiên toàn bộ dung dịch đã trung hòa, dung môi hữu cơ được bổ
sung dung dịch NaOH, khi đó Dy sẽ chuyển vào pha hữu cơ. Các
-

nguyên tố còn lại nằm trong pha kiềm.
Tiếp theo, pha hữu cơ chứa Dy sẽ chuyển sang bước chiết thứ 2 và được
bổ sung HCl, khi đó Dy sẽ chuyển từ pha hữu cơ vào pha axit. Phần

-

dung môi hữu cơ được tuần hoàn trở lại.
Pha axit chứa Dy sẽ được bổ sung axit oxalic (H 2C2O4) để kết tủa Dy,
lọc kết tủa và nung khô thu được Dy 2O3. Trong quá trình chiết tách, kim
loại Tb có tính chất tương tự Dy nên sản phẩm thu được có lẫn một

-

phần Tb4O7. Phần dịch sau lọc đưa vào hệ thống xử lý nước thải.
Pha kiềm chứa các nguyên tố khác sẽ được bổ sung H 2C2O4 để kết tủa
Nd, lọc kết tủa và nung khô thu được Nd2O3. Trong quá trình chiết tách,
ki loại Pr có tính chất tương tự Nd nên sản phẩm thu được có lẫn một

phần Pr6O11. Phần dịch sau lọc được xử lý tiếp trong bước (3).
(3). Phần dung dịch sau khi lọc ở (2) được trung hòa bởi NaOH và tiếp tục
được chiết thêm 2 lần nữa giống bước 2 để tận thu Nd và Dy. Cuối cùng, dịch
lọc được bổ sung bột soda (Na 2CO3) để kết tủa coban dưới dạng CoCO 3 lọc kết
tủa thu được CoCO3 thành phẩm. Các dung dịch thu được sau bước này đưa
vào hệ thống thu gom nước thải sản xuất để xử lý.

Nguyên liệu bột nam châm đất hiếm sử dụng cho nhà máy là 300 tấn/tháng.
Trong đó khối lượng các nguyên tố không bao gồm oxi chiếm 71,43%.
Hiệu suất của quá trình sản xuất oxit đất hiếm như sau:
- Giai đoạn phân hủy bằng axit: hiệu suất 95%
- Giai đoạn chiết dung môi: hiệu suất 99%
- Giai đoạn kết tủa: hiệu suất 98%.
Hiệu suất của toàn bộ quá trình sản xuất oxit đất hiếm là 92,169%.
Hiệu suất của quá trình sản xuất CôC3 như sau:
- Giai đoạn chiết dung môi: hiệu suất 63%
- Giai đoạn chiết dung môi: hiệu suất 95%
Hiệu suất của toàn bộ quá trình sản xuất CoCO3 là 56,86%
Chất thải tạo ra trong giai đoạn này bao gồm:
- Khí HCl trong quá trình phân hủy bằng axit
- Bụi nguyên liệu và hóa chất tại 5 công đoạn: đổ nguyên liệu bột nam
châm vào máy phân ly, bổ sung axit oxalic dưới dạng bột, hệ thống lò
nung thu Nd2O3, hệ thống lò nung Dy2O3, công đoạn bổ sung bột soda
-

(Na2CO3).
Nước thái sản xuất từ các quá trình lọc kết tủa.


Nguyên liệu thô đất hiếm
Axit Clohydric
NaClO

Nước sản xuất
Gia nhiệt bằng hơi nước

Phân ly axit

NaOH
Gia nhiệt bằng hơi nước

Cặn (quặng sắt)

Khí thải ra

Trung hòa

Nước sản xuất

Fe(OH)3
Lọc

Làm khô

Dung môi (kerosen + axit hữu cơ)
HCl, NaOH, nước sản xuất

Chiết xuất dung môi

Oxit sắt khô (Fe2O3)
Hydroxit sắt khô

Kết tủa
Kết tủa

Lọc

Axit oxalic, nước sau khi lọc

Lọc

Nung khô

Nung khô
Nd2O3
NaOH

Dy2O3

Trung hòa

Dung môi (kerosen + axit hữu cơ)
Chiết xuất dung môi

Dung môi (kerosen + axit hữu cơ)

Na2CO3
Chiết xuất dung môi
Kết tủa

Lọc

CoCO3

Nước thải

Quy trình tinh chế oxit đất hiếm và Coban cacbonat

Oxit đất hiếm

Amoni hydro florua

Pha trộn

Tinh khoáng

Khí thải

Khoáng chất đất hiếm

Điện nguồn

Điện phân muối
nóng chảy

Khí thải

Kim loại đất hiếm

Một phần oxit đất hiếm (Nd2O3) tạo ra trong giai đoạn 1 của quá trình sản xuất được trộn
với NH4HF2 rồi tiến hành gia nhiệt để phản ứng giữa Nd 2O3 và NH4HF2 xảy ra hoàn toàn
thu được muối florua của kim loại đất hiếm (NdF 3). Sau đó, lượng oxit đất hiếm Nd2O3
còn lại, muối florua đất hiếm NdF 3 vừa tạo ra trong phản ứng trên và phụ gia Liti florua
(LiF) được đưa vào thiết bị điện phân nóng chảy sử dụng điện cực than chì. Sau quá trình
điện phân sẽ thu được sản phẩm là kim loại đất hiếm (Nd). Tuy nhiên, trong các quá trình
tinh chế oxit đất hiếm và điện phân, Nd luôn đi kèm với Pr nên sản phẩm tạo ra thực tế là

hợp kim của Nd và Pr.
Tiến hành quá trình điện phân tương tự đối với Dy 2O3 sẽ thu được kim loại đất hiếm Dy.
Tuy nhiên, do Dy luôn đi kèm với Tb nên sản phẩm thực tế là hợp kim của Dy và Tb.
Hiêu suất của quá trình điện phân sản xuất hợp kim đất hiếm là 99%.
Các chất thải tạo ra trong giai đoạn này bao gồm:


-

Khí NH3 trong công đoạn florua hóa nguyên liệu bằng NH4HF2
Khí HF trong công đoạn điện phân nóng chảy

3. Danh mục máy móc thiết bị
Tất cả các thiết bị chính do tập đoàn Shin - Etsu đặt hàng tại Nhật Bản và đưa sang lắp
đặt tại Việt Nam. Các thiết bị phụ trợ khác được mua tại Việt Nam theo tiêu chuẩn chất
lượng của tập đoàn Shin - Etsu.
Bảng. Các thiết bị máy móc chính của nhà máy
Kích thước/
Công suất
Bồn phản ứng để phân ly, 4 m3
loại composite FRP (Fiber
Reinforeed Polymer)
Bồn trung hòa, loại tráng 8 m3
thủy tinh
Máy lọc khung bản
112 m3
Thiết bị chiết dung môi
10 m3
Bồn kết tủa (1)
10 m3

Bồn kết tủa (2)
5 m3
Bồn kết tủa (3)
4 m3
Máy lọc kết tủa (1)
8 m3
Máy lọc kết tủa (2)
4,5 m3
Lò nung (1)
25 tấn/tháng
Lò nung (2)
10 tấn/tháng
Máy trộn oxit đất hiếm
75 tấn/tháng
Lò điện phân sản xuất hợp 4,2 tấn/tháng
kim đất hiếm
Nồi hơi (sử dụng LPG)
2 tấn/giờ
Thiết bị Scrubber
Máy lọc bụi túi
40 m3/phút
Thiết bị xử lý nước thải
10.500
m3/tháng
Tên thiết bị

4. Nguyên nhiên liệu đầu vào
4.1. Nguyên liệu thô

Số lượng

Xuất xứ

Tình trạng

04

Nhật Bản

Mới 100%

02

Nhật Bản

Mới 100%

01
07
03
02
01
03
03
03
01
01
12

Nhật Bản

Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản

Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%

01
03
05
01 bộ

Nhật Bản
Nhật Bản

Nhật Bản
Nhật Bản

Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%
Mới 100%


Nguyên liệu này là bột nam châm. Thành phần chính của bột nam châm là hợp kim
(NdFeB)Ox (Neodymium Ferro Alloy Powder), có mã số nhập khẩu là HS Code 7205 21
000 được nhập khẩu từ các nhà máy thuộc tập đoàn Shin - Etsu nằm tại các quốc gia
khác. Khối lượng nguyên liệu thô (bột nam châm đã bị oxy hóa nhà máy sử dụng là : 300
tấn/tháng.
Bảng. Danh mục các hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất
TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Khối lượng

(tấn/tháng)

Nguyên liệu
Bột nam châm đất hiếm
Axit clohydric
Axit sulfuric
Natri hydroxit
Natri hypoclorit
Axit oxalic
Natri cacbonat
Canxi clorua
Sắt (II) clorua
Axit photpho hữu cơ: 2 -ethyl- hexyl,
2- ethyl- hexyl phosphanat
(tên thương mại PC-88A)
Kerosene
Nước

300
540
5,4
195
9,0
116
8,0
10,5
1,1
50 kg/tháng
100 kg/tháng
21.000 m3/tháng

4.2. Nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là LPG và điện. LPG cần 196 tấn/tháng trong đó 89
tấn/tháng cung cấp cho nồi hơi, 107 tấn/tháng cung cấp cho hệ thống lò nung.
Năng lượng điện cho hệ thống lò điện phân là 345 Kwh/tháng
Nhu cầu nước cho sản xuất là 21.000 m3/tháng, nước cho sinh hoạt là 1080 m3/tháng.