Tìm hiểu về quặng bastnaesite

Hóa Học Và Công Nghệ Đất Hiếm

Tìm Hiểu Quặng Bastnaesite
(Ce,La,Y)CO3F


Nội dung trình bày
Phần 1: tổng quan quặng bastnaesite
1.1: nguồn gốc tên gọi
1.2: thành phần quặng và tính chất vật lý
1.3: phân bố quặng
1.4: ứng dụng

Phần 2: chế biến quặng
2.1: Làm giàu quặng
2.2: Phân hủy quặng
2.3: tinh chế Ce


Phần 1: tổng quan về quặng bastnaesite

1.1: nguồn gốc tên gọi

lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà hóa học thụy điển
Wilhelm Hisinger năm 1838 trong quặng từ mỏ Bastnäs-Thụy
Điển. Khoáng vật này cũng được tìm thấy đá granite kiềm,
syenit, pegmatite. Nó cũng xuất hiện trong các loại đá
carbonatites (trong nham thạch)và fenites và metasomatites .


1.2: thành phần quặng và tính chất vật lý

(Ce,La,Y)CO3F

Có ba loại bastnaesite chính dựa trên thành phần chính

1.
2.
3.

bastnaesite-(Ce) có công thức (Ce,La)CO3F
bastnaesite-(La) có công thức (La,Ce)CO3F
bastnaesite-(Y) có công thức (Y,Ce)CO3F

•.

một số loại quặng bastnaesite có chứa gốc –OH thay vì là F khi đó ta có quặng hydroxylbastnaesite.

•.

Trong 3 loại quặng trên thì quặng bastnaesite-(Ce) là chủ yếu

•.

nguyên tố Ce là nguyên tố phổ biến nhất trong khoáng vật bastnaesite.

•.

Có ít sự khác biệt về tính chất vật lý của 3 loại quặng bastnaesite này




Cấu trúc :Tinh thể đối xứng , hình lục giác .



Màu sắc: màu vàng mật ong, nâu đỏ



Độ cứng theo thang Mohs: 4-5.



Các tinh thể xuất hiện có thể là mờ đến trong suốt

Tinh Bastnäsite, Zagi Mountai

Bastnäsite từ Burundi


1.3: phân bố quặng
Quặng bastnaesite được phát hiện thấy ở Đông Pao, Bắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe thuộc huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu với
trữ lượng 984 nghìn tấn oxit đất hiếm.

Ở Mỹ là mỏ Moutain Pass, ở Trung Quốc là mỏ Baiyunebo

Bảng thành phần
các hợp chất trong một số mỏ quặng bastnaesite

1.4: ứng dụng

quặng bastnaesite chứa 3 nguyên tố đất hiếm chính La,Ce,Y

Chất xúc tác; gốm, sứ; kính; một hợp kim của kim loại đất hiếm được sử dụng không chỉ cho đá
Ceri

Ce

đánh lửa trong bật lửa mà còn được sử dụng, có lẽ quan trọng hơn, trong thép thanh lọc bởi sự
loại bỏ oxy và sulfur; chất huỳnh quang và bột đánh bóng…

Lantan

La

Chất xúc tác tự động; gốm, sứ; kính; chất huỳnh quang và chất nhuộm…..

Yttri

Y

Tụ điện; chất huỳnh quang (ống dẫn tia catiot-CRT và đèn), công nghệ rada và chất siêu dẫn…


LANTHANIUM

NGÀNH
NGÀNH

THÉP
THÉP


LANTHANIUM
ĐIỆN
ĐIỆN CỰC
CỰC HÀN
HÀN VONFRAM
VONFRAM

CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO KÍNH
KÍNH QUANG
QUANG HỌC
HỌC


Phần 2: Chế biến quặng

2.1: Làm giàu quặng

2.2: Phân hủy quặng
2.3: tinh chế Ce


2.1: Làm giàu quặng

Nghiền

Quặng

Cỡ hạt 100mesh

Trộnvới Na2CO3,Na2SiF6, amoni

Hòa tách với nước

lignin sunfonat, dầu thực vật

Tuyển nổi tinh 4 lần

Tinh quặng 30%

Mật độ bùn 30-35%

pH=8,8

Tinh quặng 65-70%

Lọc


2.2: Phân hủy quặng
Tinh quặng

0
Nung 500 C với NH4Cl, MgO

Hòa tách với nước nóng

Lọc

Bã rắn

Dung dịch RECl3


Các phương trình phản ứng

2REFCO3 + MgO = RE2O3 + MgF2 + 2CO2

(1)

NH4Cl = NH3 + HCl(khí)

(2)

RE2O3 + 6HCl (khí) = 2RECl3 + 3H2O

(3)

3REFCO3 = Re2O3 + REF3 + 3CO2
3REFCO3 + 6NH4Cl = 2RECl3 + REF3 + 3CO2 + 6NH3 + 3H2O

(4)
(5)

Al2O3, Fe2O3 và SiO2 trong quặng tinh basnezit không bị clorua hóa và nó hầu như không thay đổi trong quá

trình nung


Các điều kiện tối ưu đã xác định được trong
quá trình nghiên cứu



Thêm MgO sao cho MgO/quặng = 0.15



Nhiệt độ tăng thì hiệu suất thu đất hiếm cao
nhưng không quá 500 độ C



Thời gian nung khoảng 1 giờ



tỷ lệ lượng thêm clorua amôn và lượng quặng là 1:1


2.3. tinh chế Ce theo phương pháp chiết lỏng -lỏng
Nguyên tắc chiết lỏng -lỏng
Là phương pháp dựa trên sự phân bố khác nhau của chất tan giữa hai pha không trộn lẫn vào nhau . Thường một pha
là pha nước , pha còn lại là pha hữu cơ tan hạn chế trong nước.

Quá trình chiết vật chất đi qua bề mặt tiếp xúc trực tiếp giữa 2 pha nhờ tương tác hóa học giữa tác nhân chiết và chất

cần chiết.

Phương pháp chiết lỏng- lỏng được sử dụng rộng rãi ở quy mô công nghiệp để phân chia các nguyên tố đất hiếm với độ
sách cao.


Sơ đồ nguyên tắc chiết lỏng – lỏng
Dung dịch

Dung môi

F= B + A

S

Trích ly

Pha Raphinat P

Pha trích Q

B (A,S)

S, A (B)

Hoàn
nguyên

Dd Raphinat R
B(A)

Dung môi S

Hoàn
nguyên

Dd trích E
A(B)


Hệ số phân bố
Hệ số phân bố được xác định bằng tỷ số giữa tổng nồng độ cân bằng các
dạng chứa ion NTĐH trong pha hữu cơ và tổng nồng độ cân bằng các dạng chứa ion NTĐH trong pha nước thường được kí hiệu là D được tính bằng
công thức:
D = [Ln]hc/[Ln]n
Trong đó:
+ [Ln]hc :là tổng nồng độ cân bằng các dạng chứa ion NTĐH trong pha
hữu cơ;
+ [Ln]n :là tổng nồng độ cân bằng các dạng chứa ion NTĐH trong pha nước.

Hệ số phân bố phụ thuộc vào nhiệt độ của quá trình chiết, thành phần và
bản chất của hai pha như nồng độ ion đất hiếm, muối đẩy, chất tạo phức, độ pH của dung dịch nước cũng như bản chất và nồng độ của tác nhân
chiết, dung môi pha loãng, sự tương tác của các dung môi chiết trong hệ chiết hỗn hợp nhiều
dung môi


Hệ số tách β
Đây là đại lượng đặc trưng quan trọng nhất của quá trình chiết phân chia 2
nguyên tố ra khỏi nhau. Hệ số tách được tính bằng công thức:

Hệ chiết được gọi là có chọn lọc khi giá trị β > 1, β càng lớn, khả năng phân chia hai NTĐH càng tốt.

Trong công nghệ chiết NTĐH giá trị β =1,8 - 3,0. Khi β thấp, để tăng tính chọn lọc người ta tiến hành tiến hành giải chiết nhiều bậc. Nếu β càng
lớn, số bậc chiết trong hệ càng ít, năng suất của một đơn vị thể tích thiết bị càng lớn, chi phí hoáchất càng nhỏ.

Vì vậy, vấn đề quan trọng là phải tìm ra những hệ chiết có hệ số phân chia β đủ lớn để áp dụng vào công nghệ tách và làm sạch các NTĐH


Các tác nhân chiết dùng trong công nghệ phân chia NTĐH phải thoả mãn một số yêu cầu sau đây:

+ Có độ tan cao ở trong dung môi hữu cơ nhưng ít tan trong nước

+ Bền dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, axit và bazơ

+ Có độ chọn lọc cao đối với NTĐH

+ Giải chiết NTĐH dễ dàng.


Nghiên cứu điều kiện tinh chế xeri theo pp chiết

Dung môi PC88A trong môi trường H2SO4 .

PC88A công thức như sau :

Những điều kiện nghiên cứu :







Thời gian
Phản ứng chiết của Ce(IV) với PC88A trong môi trường H2 SO4
+
Sự phụ thuộc của D vào [PC88A] và [H ]
2Ảnh hưởng của [SO4 ] và F đến mức độ chiết


1.

Thời gian

Thời gian tối thiểu để hệ đạt cân bằng là 40 giây, dung lượng chiết của dm PC88A 1M là 67 g CeO 2 / lít

2.Phản ứng chiết của Ce(IV) với PC88A trong môi trường H 2 SO4

PC88A là một tác nhân chiết trao đổi cation. Phản ứng chiết có thể được thực hiện theo một trong hai phản ứng giả định sau:

Ce

Ce

4+

2+ (4-n)/2 SO4 + n/2H2A2 =

4+

2+ (4-n)/2 SO4 + n/2 H2A2

Ce(A)n(SO4)(4-n)/2

=

+ nH

+

(6)

Ce(HA2)n/2(SO4)(4-n)/2 + n/2H

+

(7)


3. Sự phụ thuộc lg[D] vào lg[PC88A]

Đồ thị là một đường thẳng hệ số góc =2 . Điều này chứng tỏ khi chiết lên dung môi
hữu cơ , một ion Ce kết hợp với 2 ion PC88A



+
4. Sự phụ thuộc lg[D] vào –lg[H ]

PTPƯ: Ce

4+

+ SO4

2-

+ H2A2

= CeA2 SO4 + 2 H

+