Nghiên cứu điều kiện tách và thu hồi một số nguyên tố hiếm xạ từ nước thải của quá trình thủy luyện quặng đất hiếm việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN

NGUYỄN VĂN PHÚ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TÁCH VÀ THU HỒI MỘT SỐ
NGUYÊN TỐ HIẾM XẠ TỪ NƯỚC THẢI CỦA QUÁ
TRÌNH THỦY LUYỆN ĐẤT HIẾM VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC TỰ NHIÊN

NGUYỄN VĂN PHÚ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TÁCH VÀ THU HỒI MỘT SỐ
NGUYÊN TỐ HIẾM XẠ TỪ NƯỚC THẢI CỦA QUÁ
TRÌNH THỦY LUYỆN ĐẤT HIẾM VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên Ngành: Hóa Môi trường
Mã số: 60440120

Tập thể hướng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Thị Bích Hường
PGS.TS. Đỗ Quang Trung

Hà Nội - 2015

2


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đỗ Quang
Trung và TS. Nguyễn Thị Bích Hường đã giao đề tài, tận tình hướng dẫn, động viên
và giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và các cán bộ đang công tác tại
Viện Công nghệ xạ hiếm và đặc biệt là các cán bộ tại Trung tâm Nghiên cứu và
chuyển giao công nghệ đất hiếm đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tiến hành
thực nghiệm để hoàn thành nghiên cứu luận văn này.
Cuối cùng, con xin cảm ơn gia đình, xin cảm ơn những người tôi yêu thương
đã động viên tôi trong quá trình học tập, làm việc.
Hà Nội, ngày 14 tháng 12 năm 2015
Học viên

Nguyễn Văn Phú

3


MỞ ĐẦU
Đất hiếm từ lâu được biết đến như một nguồn nguyên liệu không thể thiếu
trong các ngành công nghiệp hiện đại với các ứng dụng vật liệu từ, vật liệu siêu bền,
vật liệu phát quang, vật liệu hấp thụ notron trong lò phản ứng hạt nhân… Để có
được những sản phẩm chứa đất hiếm đó, quá trình thủy luyện - quá trình bao gồm
tất cả các công đoạn từ phân hủy quặng đến chuyển hóa đất hiếm - để thu được tổng
đất hiếm từ tinh quặng đất hiếm là một công đoạn không thể thiếu.

Việt Nam là nước có nguồn tài nguyên đất hiếm phong phú với trữ lượng
khoảng 20 triệu tấn oxit, tập trung chủ yếu ở các mỏ Đông Pao, Bắc Nậm Xe và
Nam Nậm Xe thuộc huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu, mỏ đất hiếm Yên Phú ở
huyện Văn Yên, tỉnh Yên Bái và vùng sa khoáng ven biển. Từ những năm 90 của
thế kỉ trước, đã có nhiều nghiên cứu về thủy luyện đất hiếm Đông Pao, Nậm Xe,
Yên Phú và quặng monazite từ sa khoáng ven biển. Tuy nhiên, những nghiên cứu
trên chỉ có quy mô nhỏ trong phòng thí nghiệm nên vấn đề xử lý ô nhiễm môi
trường phát sinh từ quá trình thủy luyện chưa hề được chú ý đến.
Để phát triển công nghiệp khai thác và chế biến đất hiếm, vấn đề xử lý môi
trường là một trong những yếu tố cần xét đến đầu tiên bởi chỉ khi đảm bảo tính an
toàn với cộng đồng được đặt lên trước trong mọi hoạt động sản xuất. Với mục tiêu
góp phần xử lý nước thải của quá trình thủy luyện đất hiếm một cách triệt để và
kinh tế nhất, em đã tiến hành đề tài luận văn “Nghiên cứu điều kiện tách và thu
hồi một số nguyên tố hiếm xạ từ nước thải của quá trình thủy luyện quặng đất
hiếm Việt Nam”. Với Mẫu nước thải của quá trình thủy luyện nghiên cứu được lấy
từ quá trình kết tủa sunfat kép đất hiếm từ quặng đất hiếm Đông Pao tại Trung tâm
Nghiên cứu và Chuyển giao công nghệ đất hiếm - Viện Công nghệ Xạ hiếm. Đây là
mẫu nước thải chứa tất cả các yếu tố ô nhiễm đặc trưng cho toàn bộ quá trình thủy
luyện: đất hiếm dư U, Th và các kim loại nặng.
Các nội dung nghiên cứu chính trong đề tài bao gồm:

4


1. Nghiên cứu các điều kiện hấp phụ tĩnh với urani, các nguyên tố đất hiếm để
tìm điều hấp phụ tối ưu.
2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ và độ chọn lọc hấp phụ urani và đất hiếm trên
cột trao đổi ion.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ axit oxalic được sử dụng đến hiệu suất kết
tủa oxalat để thu hồi các nguyên tố đất hiếm từ nước thải của quá trình thủy

luyện.

2


KẾT LUẬN
1. Nhựa anion DOWEX A550 có khả năng hấp phụ mạnh urani trong nước thải của
quá trình thủy luyện đất hiếm. Ở điều kiện hấp phụ tối ưu: pH = 2, thời gian đạt cân
bằng hấp phụ là 2 giờ, nhựa DOWEX A550 có tải trọng hấp phụ urani cực đại lên
tới 65,5mg/g. Quá trình rửa giải bằng dung dịch NaCl 0,3M cho hiệu suất rửa giải
urani trên nhựa lên tới 90%. Nhựa DOWEX A550 không hấp phụ các cation kim
loại nặng và đất hiếm nên có khả năng tách và thu hồi urani sạch từ dung dịch nước
thải của quá trình thủy luyện, từ đó có thể xử lý triệt để nhất vấn đề ô nhiễm urani
từ quá trình thủy luyện quặng đất hiếm và góp phần cung cấp urani nguyên liệu cho
dự án điện hạt nhân sau này.
2. Nhựa cation DOWEX C650 có khả năng hấp phụ mạnh cả urani và đất hiếm, ở
vùng pH = 2 - 4, nhựa DOWEX C650 có khả năng hấp phụ urani và đất hiếm tốt
nhất với tải trọng hấp phụ urani và đất hiếm lần lượt là 66,7mg/g và 200mg/g. Tuy
nhiên DOWEX C650 không khả dụng với việc tách và thu hồi urani và đất hiếm từ
nước thải của quá trình thủy luyện quặng đất hiếm Việt Nam do độ chọn lọc hấp
phụ không cao và thành phần dung dịch nước thải của quá trình thủy luyện đất hiếm
phức tạp. Ta có thể sử dụng DOWEX C650 để xử lý urani dạng vết trong nước sinh
hoạt hoặc nước rỉ từ các bể chứa bã quặng.
3. Khi sử dụng biện pháp kết tủa oxalat để tận thu đất hiếm, đất hiếm trong nước
thải của quá trình thủy luyện có thể thu hồi triệt để với độ sạch cao. Đây là phương
pháp kinh tế và khả thi nhất với đối tượng nước thải của quá trình thủy luyện đất
hiếm. Với tỷ lệ axit oxalic/Ln = 3/1, tức là axit oxalic dùng gấp đôi theo phản ứng 1
: 1 với đất hiếm, hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 97,7% với hàm lượng tạp chất thấp.

3

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Thành Anh (2014), Thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin
Quyền ứng dụng làm phân bón cho cây chè và một số loại rau tại Đà Lạt,
Lâm Đồng, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Viện Hóa học, Viện Hàn lâm khoa
học và công nghệ Việt Nam, Hà Nội.
2. Đỗ Kim Chung, Phạm Thu Nga, Lưu Minh Đại (1981), “Làm giàu và phân
tích các nguyên tố Uran, Thori, đất hiếm”, Tạp chí Hóa học, 19 (4), tr. 30
– 33.
3. Đỗ Kim Chung(1994),Chế tạo oxit Neodym và oxit Prazeodym độ sạch cao
bằng phương pháp sắc kí, Báo cáo tổng kết đề tài Chương trình KC05, Hà
Nội.
4. Lưu Minh Đại (1993), “Tách Y khỏi Tb và Er bằng phương pháp trao đổi ion
trên nhựa Wolfatit KPS - 200 với chất tạo phức NTA”, Tạp chí Hóa học,
31 (3), tr.29 - 33.
5. Nguyễn Văn Hạnh (1991), Tuyển quặng đất hiếm Đông Pao ở qui mô bán
công nghiệp, Báo cáo tổng kết đề tài Chương trình 24C, Hà Nội.
6. Bùi Tất Hợp, Trịnh Đình Huấn, Tổng quan về đất hiếm Việt Nam, Liên đoàn
địa chất xạ hiếm, Hà Nội.
7. Thân Văn Liên (2004), Thủy luyện urani, NXB ĐHQGHN, Hà Nội.
8. Hoàng Nhâm (2005), Hóa học vô cơ tập 3, NXB Giáo dục, Hà Nội.
9. Phạm Minh Sơn, Đặng Vũ Minh, Lưu Minh Đại (1991), Nghiên cứu thành
phần vật chất, qui trình tuyển và thủy luyện quặng đất hiếm Yên Phú, Báo
cáo tổng kết đề tài Chương trình 24C, Hà Nội.
10. Lê Bá Thuận (2003), Nghiên cứu công nghệ xử lý tinh quặng đất hiếm Yên
Phú bằng phương pháp kiềm và phân chia một số nguyên tố đất hiếm nặng
chủ yếu từ tổng đất hiếm Yên Phú bằng phương pháp chiết, Viện Công
nghệ xạ hiếm, Hà Nội.

4


11. Lê Bá Thuận (2007), Xử lý chế biến quặng đất hiếm Việt Nam, Báo cáo tổng
kết kết quả thực hiện đề tài hợp tác KHCN theo nghị định thư Việt Nam Hàn Quốc, Viện công nghệ xạ hiếm, Hà Nội.
12. Lê Bá Thuận (2009), Điều chế và ứng dụng các hợp chất của xeri từ
basneszit Đông Pao Việt Nam, Viện Công nghệ xạ hiếm, Hà nội.
13. Nguyễn Trọng Uyển (1990), “Nghiên cứu thu hồi tổng oxit đất hiếm từ
quặng monazit Việt Nam bằng phương pháp kiềm”, Tạp chí Hóa học,
28(3), tr.21 - 23.
TIẾNG ANH
14. Amaral J. C. B. S, Morais C. A. (2010), “Thorium and uranium extraction
from rare earth elements in monazite sulfuric acid liquor through solvent
extraction”, Minerals Engineering, 23, pp. 498 - 503.
15. Barakat M. A. (2011), "New trends in removing heavy metals from industrial
wastewater", Arabian Journal of Chemistry, 4(4), pp.361 - 377.
16. Černá M. (1995), "Use of solvent extraction for the removal of heavy metals
from liquid wastes", Environmental Monitoring and Assessment, 34(2),
pp.151 - 162.
17. Chi Ru’an, Xu Jingming, He Peijiong, Zhu Yongjun (1995), Recovering RE
from leaching liquor rare earth ore by extraction, Transactions of NFsoc,
5, No4. Institute of Nuclear Energy Technology, Tsinghua University,
Beijing.
18. Chu Xuan Anh, Tran Hong Con, Pham Kha Hien (1984), Quick separation
and analysis of small amount of REE in Vietnamese REore, The
Proceedings of Scientific Workshop on Analysis, Hanoi.
19. Hennig.C, Schmeide.K, Brendler.V, Moll.H, Tsushima.S, Scheinost.C.A,
(2007), The Structure of Uranyl Sulfate in Aqueous Solution Monodentate Versus Bidentate Coordination, Institute of Radiochemistry,
Germany.

5


20. Khalili F., G. Al-Banna (2015), "Adsorption of uranium(VI) and thorium(IV)
by insolubilized humic acid from Ajloun soil – Jordan", Journal of
Environmental Radioactivity, 146, pp.16 - 26.
21. Noubactep C., G. Meinrath, P. Dietrich and B. Merkel (2003), "Mitigating
Uranium in Groundwater: Prospects and Limitations", Environmental
Science & Technology, 37(18), pp.4304 - 4308.
22. Noubactep C., A. Schöner and G. Meinrath (2006), "Mechanism of uranium
removal from the aqueous solution by elemental iron", Journal of
Hazardous Materials, 132(2–3), pp.202 - 212.
23. Renata D. Abreu, Calos A. Morais (2010), “ Purification of rare earth from
monazite sulphuric acid leach liquor and the production of high-purity
ceric oxide” Minerals Engineering, 23, pp. 536 - 540.
24. Saini A. S., J. S. Melo (2015), "Biosorption of uranium by human black
hair", Journal of Environmental Radioactivity, 142, pp.29 - 35.
25. Sani R. K., B. M. Peyton, J. E. Amonette and G. G. Geesey (2004),
"Reduction of uranium(VI) under sulfate-reducing conditions in the
presence of Fe(III)-(hydr)oxides1", Geochimica et Cosmochimica Acta,
68(12), pp.2639 - 2648.
26. Sharrad C. A., D. M. Whittaker (2015), "The use of organic extractants in
solvent extraction processes in the partitioning of spent nuclear fuels", in
Reprocessing and Recycling of Spent Nuclear Fuel(Issue). 153 - 189.
27. Tran Hong Con (1984), Pure lanthanium separation by extraction –
chromatography using DEHP acid as a extragent, 1th National Conference
on REE, HaNoi.
28. Wang F., L. Tan, Q. Liu, R. Li, Z. Li, H. Zhang, S. Hu, L. Liu and J. Wang
(2015), "Biosorption characteristics of Uranium (VI) from aqueous

solution by pollen pini", Journal of Environmental Radioactivity, 150,
pp.93 - 98.

6


29. Hou. X, Jones. B. T (2000), Inductively Coupled Plasma/Optical Emission
Spectrometry, Encycopedia of Analytical Chemistry, Wake Forest
University, America.
30. Santos .F. N, Silva. I.S, Gomide. R.G, Oliveira. L.C (2013), Evaluation of the
rare earth impurities determinnation in Gd2O3 matrix by ICP - OES,
International Nuclear Atlantic Conference, Brazil.

7