KHOÁNG SẢN PRESENTATION CHẾ BIẾN QUẶNG NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

MÔN HỌC: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN KHOÁNG SẢN

ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT CHẾ BIẾN QUẶNG
NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM



1


NỘI DUNG
1 TỔNG QUAN
2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM
3 CÁC P/P TÁCH PHÂN CHIA LÀM SẠCH QUẶNG



2


I.TỔNG QUAN

 Theo IUPAC, có 17 nguyên tố
đất hiếm trong bảng hệ thống
tuần hoàn
 Dạng tồn tại theo USPTO: hợp
kim và hợp chất
 Ở Việt Nam, trữ lượng khoảng

10 triệu tấn, rải rác các mỏ
quặng khác nhau



3


NGUỒN TÀI NGUYÊN ĐẤT HIẾM TRONG TỰ NHIÊN



4


2. Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản:



5


3. Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm:

Trong công nghệ tuyển khoáng, các nguyên tố đất hiếm được phân thành hai nhóm:
nhóm nhẹ và nhóm nặng hay còn gọi là nhóm lantan-ceri và nhóm ytri. Trong một số
trường hợp, đặc biệt là kỹ thuật tách chiết, các nguyên tố đất hiếm được chia ra ba
nhóm: nhóm nhẹ, nhóm trung gian và nhóm nặng

6


4. Ứng dụng của nguyên tố đất hiếm:

Ứng dụng của NTĐH trong
nhuộm màu thủy tinh

Vật liệu xúc tác crackinh dầu mỏ chứa
nguyên tố đất hiếm



7


4. Ứng dụng của nguyên tố đất hiếm

Ứng dụng của nguyên tố đất hiếm
trong vật liệu từ (Nam châm đất hiếm)



Ứng dụng trong vật liệu phát quang
(Vật liệu huỳnh quang dùng cho đèn
ống)

8

5. Khoáng sản đất hiếm ở Việt Nam
Các kết quả nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò đã phát hiện và ghi nhận nhiều
mỏ, điểm quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam



9


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

1. LÀM GIÀU QUẶNG ĐẤT HIẾM
CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM GIÀU QUẶNG ĐẤT HIẾM

TUYỂN
C
NỔI

Là một quá trình tách chọn lọc các khoáng sản từ hỗn hợp bùn
quặng bằng cách sử dụng các chất hoặt động bề mặt  hoặc các
chất thấm ướt

TUYỂN
TRỌNG
LỰC

Dựa trên sự khác nhau về KLR của các khoáng vật để tách chúng ra
khỏi nhau.Môi trường tuyển có thể là lỏng hay khí .Quặng chủ yếu
được tuyển trong môi trường lỏng.Có thể ở trạng thái tĩnh hoặc động

TUYỂN
ĐIỆN

Dựa trên sự khác nhau về tính dẫn điện giữa các thành phần có
ích và đất đá để tách chúng ra khỏi nhau.Phương pháp này chỉ áp
dụng với các quặng có tính dẫn điện



10


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

1. LÀM GIÀU QUẶNG ĐẤT HIẾM

amonium lignin
sufnonat
(2,5-3,3kg/t)

dầu thực vật (0,3kg/t)

Quặng
Bastnezit 7% NTĐH

Nghiền đến cỡ
hạt 100 mesh
Bùn quặng pH=8.8
Tuyển nổi( mật

độ bùn 30-35%)

Tinh quặng chứa 63%
lượng oxyt đất hiếm


11

Soda(2,5-3,3kg/t)

Na2SiF6 (0,4kg/t)


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

LÀM GIÀU BẰNG PP TUYỂN NỔI

• Nguyên tắc: Dựa vào sự chênh lệch về
năng lượng và điện tích bề mặt của các hạt
quặng đã nghiền. Trong môi trường nước,
sự chênh lệch này tạo ra sức căng khác
nhau giữa các bề mặt khác nhau, khiến cho
các hạt trở thành kỵ nước hoặc ưa nước.
Các hạt quặng được phân tán trong bùn
sục khí, chúng sẽ kết bám với nước hoặc
không khí tùy theo bản chất ưa nước hay
kỵ nước, do đó tạo thành bọt quặng và nổi
lên trên bề mặt, sau đó được tách ra thu
được tinh quặng
Mô hình 1 ngăn máy tuyển nổi

12


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

LÀM GIÀU BẰNG PP TUYỂN NỔI
Khoang tuyển nổi được phân thành 3 loại :
KHOANG
TUYỂN C
CƠ HỌC

KHOANG
TUYỂN KHÍ
NÉN

KHOANG
TUYỂN LY
TÂM VÀ
CYCLON


Được trang bị 1 stato và truyền động bằng roto ở bên trên để tuần
hoàn bùn.
Phân tán không khí và phá bọt được lấy đi qua các màng đãi.
Các khoang tuyển có thể liên kết với nhau hoặc hoạt động độc lập
Sử dụng hệ thống sục khí để tạo ra huyền phù và tách bọt.
Các khoang có thể được thiết kế theo kiểu cột chạy xuôi dòng hoặc

ngược dòng

Việc sử dụng môi trường ly tâm và cyclon để sục khí
chỉ mới áp dụng ở một số nhà máy tuyển quặng
13


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

TÁCH TỔNG OXYT ĐẤT HIẾM
NHIỆT
LUYỆN

Dùng phản ứng hóa học ở nhiệt
độ cao để thu tổng oxyt đất
hiếm

Dùng các loại axit vô cơ hoặc
dùng dung dịch xút để phân hủy
quặng và thu tổng oxyt đất hiếm



14

THỦY
LUYỆN


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

A. NHIỆT LUYỆN
Dùng oxit kim loại nặng và chất khử để phân hủy quặng

Clo hóa quặng giàu đất hiếm



15


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

MONAZIT
• Lấy ra chủ yếu từ sa khoáng
• Sau quá trình tuyển, tách
monazit khỏi các khoáng
khác như rutin, zircon,
imenit bằng tuyển trọng lực,
tuyển từ tuyển tĩnh điện
• Tinh quặng được thu hồi
trước khi xử lý hóa học
chứa đến 90-98% photphat
đất hiếm



16

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Phương pháp axit thu nhận tổng oxyt đất hiếm từ Monazit

• Nhiệt độ khoảng 2000C trong 4h
• Ngâm chiết quặng sau khi đã phân hủy bằng nước lạnh ( tỷ lệ
rắn : lỏng = 1:10 )
• Từ dung dịch đất hiếm và uran, có thể dùng natri sunfat để kết
tủa sunfat kép đất hiếm nhóm nhẹ, tiếp tục thu nhóm nặng còn
lại trong dung dịch

→ Ưu điểm : rẻ tiền, tách được hai nhóm nặng và nhẹ
Nhược điểm : không tách được uran ngay từ đầu



17


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Phương pháp kiềm thu nhận tổng oxyt đất hiếm từ Monazit

• Dung dịch xút nồng đô 60-70% NaOH ở nhiệt độ 140-150 0C
trong thời gian 3-4h
• Sau khi phân hủy quặng, rửa sản phẩm phản ứng bằng nước và
lọc để loại natri photpho
• Tách natri photphat khỏi nước lọc bằng cách kết tinh

• Dung dịch cái được bay hơi sơ bộ và sử dụng lại
• Rửa hydroxyt tới khi loại sạch hoàn toàn photphat để tiếp tục chế
hóa



18


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Phương pháp kiềm thu nhận tổng oxyt đất hiếm từ Monazit

•
•
•

Hydroxyt : Chế hóa → Lọc → Hòa tan bằng HCl
Sau đó, dùng NaOH để kết tủa Th(OH)2 ở pH=3,5; Ln(OH)3 ở
pH=6-8. Ở pH=3,5 phần lớn Th(OH)2 ở trong bả (khoảng 98%)
Ngâm chiết hydroxyt ban đầu bằng (NH4)2CO3 và NH4HCO3 thì
thori và uran tạo phức (NH4)2[Th(CO3)3] và (NH4)2[UO2(CO3)3]

→ Ở Việt Nam Monazit được xử lý bằng kiềm ở nhiệt độ 1400C
trên dây chuyền công nghiệp



19

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

BASTNEZIT

• Được tìm thấy cùng
các khoáng khác:
BaCO3, CaCO3, SrCO3,
SiO2
• Sau quá trình làm giàu
bằng nghiền tuyển,
tinh quặng LnFCO3
được xử lý trực tiếp
bằng H2SO4 / HCl



20


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Phương pháp kiềm thu nhận tổng oxyt đất hiếm từ Bastnezit
Tinh quặng Bastnezit của vùng Mountain Pass ở Mỹ:
• Oxi hóa - 6200C
• Ngâm tách - HCl 0,5N
• Dung dịch sau khi ngâm tách chứa chủ yếu Lantan và
các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ từ Pr – Gd. Bã còn

lại là CeO2 và hỗn hợp florua đất hiếm

Các nước khác, như Trung Quốc, Nam Phi và Việt Nam
công nghệ xử lý quặng Bastnezit được thực hiện theo sơ
đồ sau đây



21




22


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Thu tổng oxyt đất hiếm từ các loại quặng khác
Các khoáng khác
như Gadolinit, Xerit
lại được xử lý bằng
phương pháp kiềm
như công nghệ xử
lý quặng Monazit

Quặng Xenotim
được xử lý đồng
thời ở khâu xử lý sơ

bộ quặng Monazit
bằng axit sunfuric

Đối với các khoáng vật hỗn hợp như Fergusonit, Joparit,
Ebsenit và Samarskit nếu xử lý bằng phuơng pháp kiềm sẽ gặp
một số khó khăn cho việc thu hồi các kim loại quý như Nb, Ta



23


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Thu tổng đất hiếm từ tinh quặng hỗn hợp (Monazit + Bastnezit)
Phân hủy bằng H2SO4 đặc

• Tinh quặng đất hiếm được trộn với H2SO4 đặc và nung trong lò
quay, thực hiện ở 5000C hoặc cao hơn
• Công nghệ sản xuất này do Công ty Baotou Steel & Rare Earth
(Trung Quốc) thực hiện



24


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM

B. THỦY LUYỆN
Thu tổng đất hiếm từ tinh quặng hỗn hợp (Monazit + Bastnezit)
Phân hủy bằng HCl và NaOH
• Cơ bản giống như phương pháp phân hủy Bastnezit của công ty
Molycorp
• Nhưng Bastnezit Mountain Pass chứa cacbonat kim loại kiềm và kiềm
thổ dễ dàng tách loại bằng HCl loãng thu được tinh quặng chất lượng
cao (68-72% REO)
• Trong khi đó canxi trong tinh quặng Baotou (Trung Quốc) chủ yếu ở
dạng CaF2 và rất khó hòa tan bằng HCl loãng, áp dụng đặc để hòa tan
đất hiếm dẫn đến mất mát đất hiếm. Hơn nữa, CaF2 ảnh hưởng đến
hiệu suất chất lượng của sản phẩm đất hiếm
• Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã xây dựng quy trình tách được
canxi và giảm mất mát đất hiếm còn 1 ~ 2%.



25