Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite phan thiết bằng phương pháp axit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA
------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHUN NGÀNH HĨA VÔ CƠ

NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ
QUẶNG MONAZITE PHAN THIẾT BẰNG
PHƯƠNG PHÁP AXIT

Đồn Thị Kim Phượng
Khóa 2009 – 2013

TP Hồ Chí Minh, Tháng 05 Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA
------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TÁCH XERI ĐIOXIT TỪ QUẶNG
MONAZITE PHAN THIẾT BẰNG PHƯƠNG
PHÁP AXIT

Chuyên ngành

: Hóa Vơ cơ

GVHD

: TS. Phan Thị Hồng Oanh

SVTH

: Đồn Thị Kim Phượng

TP Hồ Chí Minh, Tháng 05 Năm 2013

1


LỜI CÁM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp này hồn thành được như ngày hôm nay là nhờ sự giúp đỡ và
động viên của rất nhiều người giành cho tôi. Trước hết là cơ Phan Thị Hồng Oanh, tơi xin gởi
tới cơ lời cảm ơn trân trọng nhất , nhờ cô tận tình hướng dẫn và dìu dắt trong suốt quá trình
thực hiện đề tài, giúp tôi củng cố thêm nhiều kiến thức chuyên môn, cho tôi những kinh
nghiệm, chỉ dẫn cách làm việc khoa học nhờ đó tơi học được ở cơ khơng những kiến thức mà
cịn cả tác phong làm việc nghiêm túc và khoa học. Không những thế, cô cịn rất vui vẻ và
nhiệt tình.
Tơi xin cám ơn các thầy cô khác trong khoa đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi thực
hiện khóa luận này, đặc biệt là các thầy cơ trong phịng thí nghiệm Hóa Lý, Hóa Vơ cơ và Hóa
Mơi trường.
Ngồi ra, tơi cũng xin cám ơn gia đình đã ln ở bên động viên và khích lệ tơi, là
nguồn động lực mạnh mẽ giúp tơi hồn thành khóa luận.
Cuối cùng là những bạn cùng làm đề tài với tơi trong nhóm của cơ Oanh, các bạn cũng
đã giúp đỡ tôi rất nhiều, động viên an ủi những lúc tơi khó khăn, các bạn và tơi đã có biết bao

kỷ niệm vui buồn khó qn trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cám ơn tất cả.
Sinh viên thực hiện
Đoàn Thị Kim Phượng

2


TÓM TẮT
Quặng nguyên tố đất hiếm ở Việt Nam chưa được thăm dò hết, việc sử dụng các nguyên
tố này theo hướng hiện đại chưa phát triển, công tác nghiên cứu để đưa vào ứng dụng mới
được bắt đầu. Các phương pháp điều chế những nguyên tố này nói chung phức tạp hơn nhiều
so với phương pháp điều chế các nguyên tố thông dụng [4]. Đề tài này nghiên cứu tách xeri
đioxit từ quặng monazite Phan Thiết bằng phương pháp axit. Thơng qua q trình thực hiện
các nội dung của đề tài, chúng tôi thu được một số kết quả như sau:
 Đã khảo sát ảnh hưởng của việc kết tủa lại pha vô cơ sau khi chiết đến hiệu suất tách
và độ tinh khiết của sản phẩm. Kết quả cho thấy có kết tủa lại pha vơ cơ sẽ thu được sản phẩm
có hiệu suất cao hơn so với không kết tủa lại pha vô cơ.
 Đã khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất tách và độ tinh khiết của sản phẩm. Với
pH kết tủa Ce4+ bằng 3,8 thì sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao hơn so với pH kết tủa Ce4+
bằng 5,4.
 Đã khảo sát ảnh hưởng của việc rửa lại pha hữu cơ sau khi chiết đến hiệu suất tách
và độ tinh khiết của sản phẩm: có rửa lại pha hữu cơ thì sẽ thu được sản phẩm có độ tinh khiết
cao hơn so với không rửa lại pha hữu cơ.
 Đã khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ quặng : Na 2 SO 4 đến hiệu suất tách và độ tinh khiết
của sản phẩm. Kết quả cho thấy tỉ lệ quặng : Na 2 SO 4 là 1:6 thì thu được sản phẩm với hiệu
suất tương đối cao hơn so với tỉ lệ 1:4 và 1:5.
 Đã khảo sát ảnh hưởng của chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ đến hiệu suất tách và độ
tinh khiết của sản phẩm: Dung dịch (NH 4 ) 2 S 2 O 8 /HNO 3 oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ khá hiệu quả
hơn so với dung dịch HNO 3 và dung dịch H 2 O 2 /HCl.

 Thành phần pha của sản phẩm bột xeri đioxit có dạng hình tấm, kích thước hạt < 10
µm. Hiệu suất tách đạt gần 65 %.

3


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN .......................................................................................................................... 2
TÓM TẮT ................................................................................................................................ 3
MỤC LỤC ................................................................................................................................ 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................................. 10
1.1. Các nguyên tố đất hiếm ................................................................................................... 10
1.1.1. Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm ......................................................................10
1.1.2. Lịch sử phát hiện ..................................................................................................10
1.1.3. Sự phân bố các nguyên tố đất hiếm......................................................................11
1.1.4. Tính chất lý hóa học của các ngn tố đất hiếm ..................................................11
1.1.5. Ứng dụng các nguyên tố đất hiếm........................................................................14
1.2. Xeri .................................................................................................................................. 15
1.2.1. Xeri đơn chất ........................................................................................................15
1.2.2. Xeri hợp chất ........................................................................................................15
1.2.3. Ứng dụng của xeri ................................................................................................19
1.3. Quặng đất hiếm ............................................................................................................... 19
1.3.1. Trạng thái tự nhiên ...............................................................................................19
1.3.2. Phân bố quặng ở Việt Nam ..................................................................................20
1.3.3. Phá mẫu quặng cát Monazite ...............................................................................21
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................ 22
2.1. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................................... 22

2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................. 23
2.2.1. Phương pháp chế hóa với axit ..............................................................................23
2.2.2. Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) ..............................................................23
2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD method) ........................................................24

4


2.2.4. Phương pháp chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning electrons microscope)
........................................................................................................................................25
2.2.5. Tách CeO 2 bằng phương pháp kết tủa chọn lọc ..................................................25
2.2.7. Tinh chế xeri bằng phương pháp chiết .................................................................26
2.3. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ........................................................................................... 26
2.3.1. Dụng cụ và thiết bị ...............................................................................................26
2.3.2. Hóa chất................................................................................................................26
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................................28
3.1. Nghiên cứu thành phần của quặng monazite Phan Thiết và xác định hàm lượng CeO 2
trong mẫu ................................................................................................................................ 28
3.2. Khảo sát ảnh hưởng một số yếu tố đến hiệu suất tách và độ tinh khiết của sản phẩm ... 28
3.2.1. Ảnh hưởng của việc kết tủa lại pha vô cơ sau khi chiết .......................................28
3.2.2. Ảnh hưởng của pH kết tủa Ce(OH) 4 ....................................................................33
3.2.3. Ảnh hưởng của việc rửa pha hữu cơ sau khi chiết ...............................................36
3.2.4. Ảnh hưởng của khối lượng Na 2 SO 4 ....................................................................38
3.2.5. Ảnh hưởng của chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ ......................................................41
3.3. Đề nghị quy trình tách xeri đioxit từ quặng monazite bằng phương pháp axit...............44
3.4. Nghiên cứu hình dạng và kích thước hạt của xeri đioxit ................................................50
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ............................................................................52
4.1. Kết luận ...........................................................................................................................52
4.2. Đề xuất ............................................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................53

PHỤ LỤC ...............................................................................................................................54

5


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Chế hóa quặng bằng phương pháp axit .......................................................... 24
Hình 2.2. Nhiễu xạ tia X ................................................................................................. 25
Hình 2.3. Quặng monazite đã nghiền mịn ...................................................................... 28
Hình 3.1. Hỗn hợp bùn nhão sau khi chế hóa ................................................................. 30
Hình 3.2. Kết tủa Ln(OH) 3 ............................................................................................. 30
Hình 3.3. Dung dịch Ln3+ ............................................................................................... 31
Hình 3.4. Chiết Ce4+ bằng TBP ...................................................................................... 32
Hình 3.5. Cất phần nhẹ ................................................................................................... 32
Hình 3.6. CeO 2 thu được từ quy trình 1 và quy trình 2 .................................................. 33
Hình 3.7. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 1 .................................................. 34
Hình 3.8. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 2 .................................................. 34
Hình 3.9. CeO 2 thu được từ quy trình 2 và quy trình 3 .................................................. 36
Hình 3.10. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 3 ................................................ 36
Hình 3.11. Rửa pha hữu cơ sau khi chiết........................................................................ 38
Hình 3.12. Sản phẩm CeO 2 thu được từ quy trình 2 và quy trình 4 .............................. 38
Hình 3.13. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 4 ................................................ 39
Hình 3.14. Sản phẩm CeO 2 thu được từ quy trình 2, quy trình 5 và quy trình 6 .......... 40
Hình 3.15. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 5 ................................................ 41
Hình 3.16. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 6 ................................................ 41
Hình 3.17. Sản phẩm CeO 2 thu được từ quy trình 2, quy trình 7 và quy trình 8 .......... 43
Hình 3.18. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 7 ................................................ 44
Hình 3.19. Phổ XRD của CeO 2 thu được từ quy trình 8 ................................................ 44
6

Hình 3.20. Hỗn hợp bùn nhão sau khi chế hóa............................................................... 46
Hình 3.21. Kết tủa Ln(OH) 3 ........................................................................................... 47
Hình 3.22. Dung dịch Ln3+ ............................................................................................. 47
Hình 3.23. Kết tủa Ce(OH) 4 ........................................................................................... 48
Hình 3.24. Chiết Ce4+ bằng TBP .................................................................................... 49
Hình 3.25. Cất phần nhẹ ................................................................................................. 49
Hình 3.26. Ảnh SEM của sản phẩm quy trình 4 ............................................................. 52
Hình 3.27. Ảnh SEM của sản phẩm quy trình 6 ............................................................. 52

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Phân bố các nguyên tố đất hiếm trong vỏ quả đất .......................................... 11
Bảng 1.2. Một số tính chất vật lý của các nguyên tố đất hiếm ....................................... 12
Bảng 1.3. Ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm ........................................................... 15
Bảng 1.4. Ứng dụng của Xeri ......................................................................................... 19
Bảng 1.5. Các quặng đất hiếm quan trọng ...................................................................... 20
Bảng 3.1. Thành phần của quặng monazite Phan Thiết ................................................. 29
Bảng 3.2. So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 1 và 2 ............................................. 33
Bảng 3.3. So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 2 và 3 ............................................. 36
Bảng 3.4. So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 2 và 4 ............................................. 38
Bảng 3.5. So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 2, 5 và 6 ......................................... 40
Bảng 3.6. So sánh sản phẩm thu được từ quy trình 2, 7 và 8 ......................................... 43

8


LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam đã từng hợp tác với nước ngoài khai thác đất hiếm từ năm 1960. Với trữ
lượng lên đến trên 22 triệu tấn, giới khoa học đánh giá Việt Nam có thể đứng thứ 3 trên thế
giới về tiềm năng đất hiếm. Hằng năm, Việt Nam mới chỉ khai thác nhỏ, cỡ vài chục tấn quặng
bastnaesit ở Đông Pao, vài ngàn tấn quặng monazite hàm lượng 35% - 45% R203 và xenotim
kèm ilmenit ở sa khoáng ven biển miền Trung để bán theo đường tiểu ngạch.
Việc khai thác đất hiếm bắt đầu từ những năm 1950, thoạt tiên là những sa khống
monazite trên các bãi biển. Vì monazite chứa nhiều thorium (Th) có tính phóng xạ ảnh hưởng
đến môi trường nên việc khai thác bị hạn chế. Vì thế, nếu khai thác khơng đúng quy trình kỹ
thuật có thể gây ơ nhiễm mơi trường.
17 ngun tố trong nhóm đất hiếm có tính chất hóa học tương tự nhau nên rất khó tách
ra từng nguyên tố riêng biệt. Chúng được dùng để sản xuất các linh kiện trong điện thoại di
động, pin mặt trời, nam châm trong các máy phát thủy điện cực nhỏ và cả các thiết bị trong vũ
trụ. Riêng xeri được sử dụng để làm chất xúc tác trong công nghiệp dầu mỏ và chất dẻo, trong
quá trình luyện kim, sản xuất phẩm màu, bột mài bóng đồ thủy tinh, … Việt Nam đã nghiên
cứu sử dụng đất hiếm trong các lĩnh vực công nghiệp, chế tạo nam châm vĩnh cửu, biến tính
thép, hợp kim gang, thủy tinh, bột màu, chất xúc tác trong xử lý khí thải ơ tơ... nhưng hiện vẫn
dừng lại ở quy mơ phịng thí nghiệm và bán cơng nghiệp.
Mặc dù sản lượng monazite ở Việt Nam là đáng kể. Song những nghiên cứu về
monazite cịn khá hạn chế, sa khống chủ yếu được xuất khẩu chủ yếu ở dạng thô hoặc chỉ qua
tuyển từ. Điều này đã làm giảm giá trị kinh tế và lãng phí nguồn tài nguyên quý của quốc gia.
Do đó, những nghiên cứu sâu và chi tiết về quy trình cơng nghệ sản xuất đất hiếm là rất
cần thiết. Vì lý do đó nên tơi chọn đề tài “Nghiên cứu tách xeri đioxit từ quặng monazite Phan
Thiết bằng phương pháp axit ”.

9


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Các nguyên tố đất hiếm [2, 4, 11]
1.1.1. Sơ lược về các nguyên tố đất hiếm [2]

Cấu hình electron chung của các nguyên tố đất hiếm: 4f2-14 5s2 5p6 5d0-10 6s2.
Các nguyên tố lantanoit được chia thành 2 nhóm: nhóm xeri (nhóm lantanoit nhẹ) và
nhóm tecbi (nhóm lantanoit nặng).
- Nhóm xeri:
Ce
4f2

Pr
4f3

Nd
4f4

Pm
4f5

Sm
4f6

Eu
4f7

Gd
4f75d1

- Nhóm tecbi:
Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

4f7+2 4f7+3 4f7+4 4f7+5 4f7+6 4f7+7 4f145d1
Ngồi những tính chất đặc biệt giống nhau, các lantanoit cũng có những tính chất khơng
giống nhau, từ Ce đến Lu một số tính chất biến đổi đều đặn và một số tính chất biến đổi tuần
hồn.
Sự biến đổi đều đặn tính chất được giải thích bằng sự co lantanoit. Co lantanoit là sự
giảm bán kính nguyên tử của chúng theo chiều tăng của số thứ tự nguyên tử.
Sự biến đổi tuần hồn tính chất của các lantanoit và hợp chất được giải thích bằng sự điền
vào các obitan 4f, lúc đầu mỗi obitan 1 electron và sau đó mỗi obitan 1 electron thứ hai.
1.1.2. Lịch sử phát hiện [4]
Tên đất hiếm đã đưa vào hóa học hơn 100 năm nay. Người ta còn gọi các oxit kim loại là
các đất, ví dụ canxi oxit là đất vơi, zirkoni oxit là đất zirkoni. Đặt tên đất cho những kim loại
này thật ra là không đúng, không phù hợp vì một số ngun tố họ này khơng hiếm lắm mà cịn
phổ biến hơn cả kẽm, thiếc hay chì.
Lịch sử phát hiện các nguyên tố đất hiếm cũng là lịch sử tách các nguyên tố này, nhưng
những chất gần giống nhau không thể tách như thế được. Để tách một cách tối ưu các nguyên
tố đất hiếm bằng các phương pháp phân đoạn cổ điển đòi hỏi phải tiến hành hàng trăm hay có
khi hàng nghìn bậc. Vì vậy chúng ta khơng lấy làm ngạc nhiên khi có nhiều người cho rằng
hóa học về các phương pháp tách mới là phần quan trọng của chuyên đề nguyên tố đất hiếm.
Việc tách ytri và xeri là những việc nghiên cứu khởi đầu đã góp phần quan trọng cho sự
phát triển các kỹ thuật tách, nhất là các kỹ thuật tách mới dùng trong phịng thí nghiệm và

10


trong cơng nghiệp cũng như các phương pháp phân tích bằng các dụng cụ tin cậy như quang
phổ phát quang, quang phổ hấp thụ,…
1.1.3. Sự phân bố các nguyên tố đất hiếm [4]
Định luật Harkin (1917) : Các nguyên tố với số thứ tự lẻ nói chung hiếm hơn những
nguyên tố với số thứ tự chẵn ở ngay cạnh.
Định luật Golsmith: Hàm lượng các nguyên tố nặng bao giờ cũng ít hơn ngun tố nhẹ vì
các ngun tố nặng có cấu trúc vỏ electron phức tạp hơn.
Bảng 1.1. Phân bố các nguyên tố đất hiếm trong vỏ quả đất
Ký hiệu

STT

Sc

21

Y
La
Ce
Pr
Nd

39
57
58
59

Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu

60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71

Phân bố
g/tấn
5
28,1
18,3

46,1
5,53
23,9
0
6,47
1,06
6,36
0,91
4,47
1,15
2,47
0,20
2,66
0,75

Bảng này cho thấy rõ các nguyên tố đất hiếm không phải là các nguyên tố hiếm nhất, các
nguyên tố này cịn giàu hơn các ngun tố thơng thường, khả năng cung cấp cho cơng nghiệp
cịn rất lớn.
1.1.4. Tính chất lý hóa học của các nguên tố đất hiếm [2]
1.1.4.1. Đơn chất
- Tính chất vật lý

11


Là kim loại màu trắng bạc, riêng Pr và Nd màu vàng rất nhạt. Ở trạng thái bột, chúng có
màu từ xám đến đen. Đa số kết tinh ở dạng tinh thể lập phương. Tất cả kim loại đều khó nóng
chảy và sơi.
Bảng 1.2. Một số tính chất vật lý của các ngun tố đất hiếm
Kim

Nhiệt độ nóng

Nhiệt độ sơi,

loại

chảy,oC

Ce

804

3470

6,77

419

Pr

935

3017

6,77

356

Nd

1024

3210

7,01

328

Pm

1080

3000

7,26

301

Sm

1072

1670

7,54

207

Eu

826

1430

5,24

178

Gd

1312

2830

7,89

398

Tb

1368

2480

8,25

389

Dy

1380

2330

8,56

291

Ho

1500

2380

8,78

301

Er

1525

2390

9,06

317

Tm

1600

1720

9,32

232

Yb

824

1320

6,95

152

Lu

1675

2680

9,85

410

o

C

Tỉ khối

Nhiệt thăng hoa,
kJ/mol

Các lantanoit đều giịn, có độ dẫn điện tương đương thủy ngân, tạo được hợp kim với
nhiều kim loại, thường được dùng để cho thêm vào một số hợp kim.
Samari là kim loại có từ tính mạnh khác thường vì trên obitan 4f của ngun tử có 6
electron độc thân.
- Tính chất hóa học
Các ngun tố đất hiếm là những kim loại hoạt động mạnh, chỉ kém kim loại kiềm và
kiềm thổ. Nhóm xeri hoạt động hơn nhóm tecbi.
Trong khơng khí ẩm, kim loại bị mờ đục nhanh chóng vì bị phủ màng cacbonat bazơ
được tạo nên do tác dụng với nước và khí cacbonic.
Ở 200 – 400oC, các lantanoit cháy trong khơng khí tạo thành oxit và nitrua. Xeri và một
vài lantanoit khác có tính tự cháy.
12


Tác dụng với halogen ở nhiệt độ không cao, tác dụng với N 2 , S, C, Si, P và H 2 khi đun
nóng.
Tác dụng chậm với nước nguội, nhanh với nước nóng giải phóng khí hiđro, tan dễ dàng
trong axit trừ HF, H 3 PO 4 . Không tan trong kiềm kể cả khi đun nóng.
Ở nhiệt độ cao khử được oxit của nhiều kim loại như sắt, mangan,… Kim loại xeri ở nhiệt
độ nóng đỏ có thể khử khí CO, CO 2 đến C.
1.1.4.2. Hợp chất
- Oxit Ln 2 O 3

Tồn tại ở dạng vơ định hình hay tinh thể, bền với nhiệt và khó nóng chảy.
Khơng tan trong nước nhưng tác dụng với nước tạo thành hiđroxit và phát nhiệt. Tan dễ
dàng trong axit tạo thành dung dịch chứa ion [Ln(H 2 O) n ]3+ với n = 8-9, nhưng giống với
Al 2 O 3 là sau khi đã nung sẽ kém hoạt động. Không tan trong dung dịch kiềm nhưng tan trong
kiềm nóng chảy.
Ln 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaLnO 2 + CO 2
Được sử dụng làm xúc tác hoặc chất kích hoạt xúc tác.
Điều chế: nhiệt phân hiđroxit, cacbonat, oxalat, nitrat của lantanoit (trừ Ce, Pr, Tb). Để
điều chế những oxit đó, dùng khí H 2 khử oxit bền (CeO 2 , Pr 6 O 11 , Tb 4 O 7 ) khi đun nóng.
- Hiđroxit Ln(OH) 3
Chất kết tủa vơ định hình, khơng tan trong nước. Độ bền nhiệt giảm từ Ce đến Lu.
Là những bazơ mạnh, tính bazơ nằm giữa Mg(OH) 2 và Al(OH) 3 , giảm từ Ce đến Lu.
Điều chế: cho dung dịch muối Ln(III) với dung dịch kiềm hoặc amoniac. Khi để trong
khơng khí, Ce(OH) 3 chuyển dần thành Ce(OH) 4 .
- Các muối của Ln(III)
Muối của lantanoit giống nhiều với muối của canxi; các muối clorua, bromua, iođua,
nitrat, sunfat tan trong nước; còn các muối florua, cacbonat, photphat và oxalat không tan.
Điểm nổi bật của Ln3+ là dễ tạo các muối kép.
- Hợp chất của Ln(IV)
Trạng thái oxi hóa +4 là đặc trưng với Ce và một phần với Tb và Pr. Thế oxi hóa khử của
các cặp Tb4+/Tb3+ và Pr4+/Pr3+ là trên 3V còn của Ce4+/Ce3+ là 1,61 V. Vì vậy, hợp chất của
Pr(IV) và Tb(IV) không tồn tại trong dung dịch nước, chúng oxi hóa nước giải phóng oxi.
4Pr4+ + 2H 2 O = 4Pr3+ + O 2 +4H+

13


Xeri đioxit là chất dạng tinh thể màu vàng nhạt, có mạng lưới kiểu CaF 2 . Nó khó nóng
chảy, rất bền với nhiệt và không tan trong nước. Sau khi đã nung, oxit đó trở nên trơ về mặt
hóa học; không tan trong dung dịch axit và kiềm nhưng tác dụng khi đun nóng. Điều chế: nhiệt

phân hiđroxit, nhiệt phân một số muối của Ce(III) khi có mặt oxi.
4Ce(OH) 3 + O 2 = 4CeO 2 + 6H 2 O
Xeri(IV) hiđroxit Ce(OH) 4 là chất dạng kết tủa nhầy, màu vàng, thực tế khơng tan trong
nước và có thành phần biến đổi CeO 2 .xH 2 O. Là bazơ yếu, bị thủy phân mạnh khi tan trong
nước. Do đó, nó có thể kết tủa trong mơi trường axit mạnh pH khoảng 1, trong khi những
Ln(OH) 3 khác kết tủa trong mơi trường có pH từ 6,5 đến khoảng 8. Nó tan trong axit tạo nên
dung dịch có màu da cam của ion [Ce(H 2 O) n ]4+.
Xeri(IV) hiđroxit được tạo nên khi kiềm tác dụng với dung dịch muối của xeri(IV).
Muối của xeri(IV) không nhiều, thường gặp là CeF 4 , Ce(SO 4 ) 2 , Ce(CH 3 COO) 4 . Muối của
Ce(IV) không bền, bị thủy phân rất mạnh trong nước nên ion Ce4+ chỉ tồn tại trong dung dịch
có mơi trường axit mạnh. Có tính oxi hóa tương đối mạnh.
- Hợp chất của Ln(II)
Trang thái oxi hóa +2 là đặc trưng đối với Eu và một phần đối với Sm và Yb.
Các oxit LnO và hiđroxit Ln(OH) 2 là hợp chất có tính bazơ.
Muối clorua là thường gặp hơn hết, tan trong nước cho dung dịch có màu vàng – lục hay
không màu của ion [Eu(H 2 O) n ]2+, màu đỏ của ion [Sm(H 2 O) n ]2+ và màu vàng của
[Yb(H 2 O) n ]2+. Những ion này dễ oxi hóa trong khơng khí. Sm(II) và Yb(II) cịn có thể tác
dụng với nước giải phóng khí H 2 .
1.1.5. Ứng dụng các nguyên tố đất hiếm [11]
Bảng 1.3. Ứng dụng các nguyên tố đất hiếm
STT

Kí hiệu

Tên nguyên tố

1

Sc

Scandi

2

Y

Ytri

3

La

Lantan

4

Ce

Ceri

5

Pr

Praseodim

Ứng dụng tiêu biểu
Hợp kim nhôm- scandi
Siêu dẫn nhiệt độ cao
Thủy tinh có chỉ số khúc xạ cao, đá lửa, vật liệu

lưu trữ khí hiđro, pin electron, thấu kính camera,
chất xúc tác.
Chất oxi hóa, bột đánh bóng, chất màu vàng cho
thủy tinh và gốm sứ, chất xúc tác.
Nam châm đất hiếm, đèn laze, màu xanh cho thủy
tinh và gốm sứ, đá lửa, màng lọc màu.
14


6

Nd

Neodim

Laze, màng thủy tinh và gốm sứ, màng lọc màu,
gốm tụ điện.

7

Pm

Prometi

Pin hạt nhân

8

Sm

Samari

Nam châm đất hiếm, laze, hấp thụ nơtron

9

Eu

Europi

10

Gd

Gadolini

11

Tb

Terbi

12

Dy

Dyprosi

13

Ho

Holmi

14

Er

Erbi

Laze, thép vanadi

15

Tm

Tuli

Máy chụp tia X xách tay

16

Yb

Ytecbi

Laze, đèn hơi thùy ngân, hợp chất photpho màu đỏ
và xanh
Nam châm đất hiếm, laze, bộ nhớ máy vi tính, ống
tia X.

Chất photpho màu xanh, laze, đèn huỳnh quang.
Nam châm đất hiếm, laze
Laze

Laze hồng ngoại, tác nhân giảm hoạt hóa

1.2. Xeri [5, 10]
1.2.1. Xeri đơn chất [5]
Kim loại trắng bạc (dạng bột màu đen) nặng, dẻo, thuận từ. Bị phủ màng oxit trong khơng
khí ẩm. Khơng phản ứng với nước nguội, kiềm, hiđrat amoniac. Chất khử mạnh: phản ứng với
nước nóng, axit, hiđro, oxi, halogen.
M = 140,115

t nc = 804oC

d = 6,668

1. 2Ce + 6H 2 O (nóng)  2Ce(OH) 3 + 3H 2 
2. 2Ce + 6HCl (loãng)  2CeCl 3 + 3H 2 
3. Ce + 4HNO 3 (loãng)  Ce(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O
500 C
4. 2Ce + nH 2 400
−
→ 2CeH n
o

(2< n ≤ 3)

180 C
−

→ CeO 2
5. Ce + O 2 160
o

200 C
6. 2Ce + 3Cl 2 → 2CeCl 3
o

600 C
7. 2Ce + 3S 400
−
→ Ce 2 S 3
o

450 −500 C
8. 2Ce + N 2  → 2CeN
o

1000 C
9. Ce + 2C → CeC 2
o

1.2.2. Xeri hợp chất [5]
1.2.2.1. Xeri (III) oxit Ce 2 O 3
15

t s = 3450oC


Màu vàng, nặng, khó nóng chảy, bền nhiệt. Khơng phản ứng với nước nguội, hấp thụ

CO 2 và hơi ẩm trong khơng khí. Phản ứng với nước sơi. Thể hiện tính bazơ, tan được trong
axit. Bị oxi oxi hóa.
M = 328,23

d = 6,86

t nc = 2180oC
(đun sôi)

1. Ce 2 O 3 + 3H 2 O  2Ce(OH) 3 
2. Ce 2 O 3 + 6HCl (loãng)  2CeCl 3 + 3H 2 O

(to thường)

3. Ce 2 O 3 + 2CO 2 + H 2 O  2CeCO 3 (OH)

(to thường)

C
4. 2Ce 2 O 3 + O 2 400
→ 4CeO 2

o

1.2.2.2. Xeri(IV) oxit CeO 2
Khống vật xerianit. Vàng nhạt, khó nóng chảy, không bay hơi, bền nhiệt. Không phản
ứng với nước, kết tủa tinh thể hiđrat CeO 2 .nH 2 O từ dung dịch kiềm. Dạng đã nung thụ động
hóa học. Thể hiện tính lưỡng tính: phản ứng với axit sunfuric, axit nitric, với kiềm (khi thiêu
kết). Chất oxi hóa: với hiđro, cacbon, kim loại khử.
M = 721,11

t nc = 2700oC (p)

d = 7,132

1. 2CeO 2 + 8HCl (đặc)  2CeCl 3 + Cl 2 + 4H 2 O

pT25
= 22,04
t
(đun sôi)

2CeO 2 + 6HCl (loãng) + H 2 O 2  2CeCl 3 + O 2  + 4H 2 O(to thường)
2. CeO 2 + 2H 2 SO 4 (đặc)  Ce(SO 4 ) 2 + 2H 2 O
4CeO 2 + 6H 2 SO 4 (loãng)  2Ce 2 (SO 4 ) 3  + O 2 + 6H 2 O
3. CeO 2 + 3HNO 3 (đặc)  Ce(NO 3 ) 3 OH + H 2 O

(đun sôi)
(đun sôi)
(đun sôi)

850 −900 C
4. CeO 2 + 2NaOH  → Na 2 CeO 3 + H 2 O
o

1250 −1400 C
→ Ce 2 O 3 + H 2 O
5. 2CeO 2 + H 2   
o

C , xt: Ni
1380


→
o

CeO 2 + 2H 2

Ce + 2H 2 O

900 −1250 C
6. 2CeO 2 + C (than chì)   → Ce 2 O 3 + CO
o

900 − 950 C
2CeO 2 + Ca  → Ce 2 O 3 + CaO
o

1.2.2.3. Xeri(III) hiđroxit Ce(OH) 3
Màu trắng, vơ định hình (có khả năng hấp phụ) hay tinh thể. Phân hủy khi đun nóng.
Khơng tan trong nước, khơng phản ứng với kiềm, hiđrat amoniac. Thể hiện tính bazơ: phản
ứng với axit. Chất khử: bị oxi hóa. Hấp thụ CO 2 trong khơng khí.
M = 191,14

pT25
= 21,19
t

400 − 500 C

1. 2Ce(OH) 3  → Ce 2 O 3 + 3H 2 O
o

16


750 C , p
→ CeO(OH) (rắn) + H 2 O (lỏng)
Ce(OH) 3 (rắn)  
o

2. Ce(OH) 3 + 3HCl (loãng)  CeCl 3 + 3H 2 O
(to thường)

3. Ce(OH) 3 + CO 2  CeCO 3 (OH) + H 2 O

(đun sôi)

4. 4Ce(OH) 3 (huyền phù) + O 2  4CeO 2  + 6H 2 O
5. 4Ce(OH) 3 + Ca(ClO) 2  4CeO 2 + CaCl 2 + 6H 2 O
1.2.2.4. Xeri(III) nitrat Ce(NO 3 ) 3

Màu trắng, phân hủy khi đun nóng. Tan nhiều trong nước (bị thủy phân ở cation), axit
nitric. Bị kiềm phân hủy. Chất khử.
k t = 75,6(25); 282,8(50)

M = 326,13

700 − 750 C
1. 4Ce(NO 3 ) 3  → 2Ce 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

o

(to thường, chân không, trên P 4 O 10 )

2. Ce(NO 3 ) 3 .6H 2 O  Ce(NO 3 ) 3 + 6H 2 O

200 − 250 C
2{Ce(NO 3 ) 3 .6H 2 O}  → 2Ce(NO 3 )O + 4NO 2 + O 2 + 12H 2 O
o

3. Ce(NO 3 ) 3 + 8H 2 O  [Ce(H 2 O) 8 ]3+ + 3NO 3 [Ce(H 2 O) 8 ]3+ + H 2 O  [Ce(H 2 O) 7 (OH)]2+ + H 3 O3+

(pK a = 9.00)

4. 2Ce(NO 3 ) 3 + 3H 2 SO 4  Ce 2 (SO 4 ) 3  + 6HNO 3
5. Ce(NO 3 ) 3 + 3NaOH (loãng)  Ce(OH) 3  + 3NaNO 3
700 C
6. 2Ce(NO 3 ) 3 + 3H 2 600
−
→ Ce 2 O 3 + 6NO 2 + 3H 2 O
o

7. 2Ce(NO 3 ) 3 + 3M 2 CO 3  Ce 2 (CO 3 ) 3  + 6MNO 3

(M = Na+, K+, NH 4 +)

8. 2Ce(NO 3 ) 3 + K 2 S 2 O 6 (O 2 ) + 2H 2 O  2Ce(NO 3 ) 3 (OH) + K 2 SO 4 + H 2 SO 4
1.2.2.5. Xeri(III) clorua CeCl 3
Màu trắng, nóng chảy và sơi khơng phân hủy. Tan nhiều trong nước nguội (bị thủy phân)
ở cation), axit clohiđric. Bị nước sôi, kiềm phân hủy.

M = 246,47

t nc = 822oC

d = 3,97

t s = 1650oC

250 C
1. CeCl 3 .7H 2 O → Ce(Cl)O + 2HCl + 6H 2 O
o

400 C
CeCl 3 .7H 2 O → CeCl 3 + 7H 2 O
o

2. CeCl 3 (loãng) + 8H 2 O  [Ce(H 2 O) 8 ]3+ + 3Cl3. CeCl 3 + 2H 2 O  CeCl(OH) 2  + 2HCl
4. CeCl 3 + 3NaOH (loãng)  Ce(OH) 3 + 3NaCl
5. CeCl 3 + 3HF (loãng)  CeF 3  + 3HCl
750 C
−
→ Ce 2 S 3 + 6HCl
6.2CeCl 3 + 3H 2 S 720
o

C
7. 2CeCl 3 + 4F 2 400

→ 2CeF 4 + 3Cl 2
o

17

( khi có mặt NH 4 Cl)
(pH<7)
(đun sôi)


550 − 650 C
8. 2CeCl 3 + 3Ca  → 2Ce + 3CaCl 2
o

đ𝑖ệ𝑛 𝑝ℎâ𝑛

9. 2CeCl 3 (lỏng) �⎯⎯⎯⎯⎯� 2Ce (catot) + 3Cl 2 (anot)

18


1.2.3. Ứng dụng của xeri [10]
Bảng 1.4. Ứng dụng của xeri
STT

Chất

Ứng dụng
Sản xuất các hợp kim nhôm, 3 tới 4% xeri thêm vào hợp kim magiê,
cùng 0,2 tới 0,6% zirconi, hỗ trợ việc làm mịn các hạt tinh thể, tạo ra
sản phẩm đúc hồn hảo với các hình dáng phức tạp, bổ sung khả
năng chịu nhiệt cho các sản phẩm đúc chứa magiê.

Bổ sung xeri vào gang sẽ ngăn ngừa q trình graphit hóa và sinh ra
gang mềm.

1

Ce

Trong thép, xeri khử khí và hỗ trợ làm giảm các sulfua và ôxít,
trong thép không gỉ như là tác nhân làm cứng phân tán.
Trong các hợp kim để chế tạo nam châm vĩnh cửu.
Thành phần tạo hợp kim trong các điện cực vonfram cho hàn hồ
quang vonfram khí.
Là thành phần chính của ferrocerium, còn gọi là "đá lửa".
Chiếu sáng hồ quang cacbon, đặc biệt trong công nghiệp điện ảnh.
Dùng trong các măng sơng nóng sáng.
Là chất đánh bóng thay thế phần lớn cho phấn kim hồn trong cơng
nghiệp thủy tinh/kính.

2

CeO 2

Làm chất xúc tác cho hydrocacbon trong các lò phản ứng tự làm sạch
tường thành lò.
Chất xúc tác trong cracking dầu mỏ.
Thêm vào nhiên liệu diesel làm cho chúng cháy hoàn toàn hơn, giảm
gây ô nhiễm môi trường.
Trong thủy tinh, cho phép hấp thụ có tính chọn lọc các tia cực tím.

3

Ce(SO 4 ) 2

4

CeCl 3

5

Ce 2 (C 2 O 4 )
3

Sử dụng trong phân tích định lượng như là một tác nhân ơxi hóa.
Chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ.
Thuốc chống gây nôn.

1.3. Quặng đất hiếm [1, 4]
1.3.1. Trạng thái tự nhiên [4]

19


Các quặng đất hiếm thường có chứa tồn bộ các nguyên tố của nhóm, tuy nhiên một số
quặng tập trung chủ yếu các nguyên tố nhóm xeri, một số khác là tập trung chủ yếu các
nguyên tố nhóm ytri.
Bảng 1.5. Các quặng đất hiếm quan trọng
Tên

Thành phần
chính

Thành phần phần trăm

Monazite

Ln(PO 4 )
(nhóm nhẹ)

49-74% nhóm xeri
1-4% nhóm ytri
5-9% là thO 2
Vi lượng uran

Bastnasite

LnFCO 3
(nhóm nhẹ)

65-70% nguyên tố nhóm nhẹ
<1% nguyên tố nhóm Ytri

Nơi tìm thấy
Mỏ ngun sinh:
Nam Phi
Mỏ thứ cấp: cát
monazite Ấn Độ,
Brasil, Mỹ, Phần
Lan, Úc, Triều Tiên
Mỹ, Thụy Điển

51-72% nguyên tố nhóm Ceri
Thụy Điển, Liên Xơ
Từ vi lượng-7,6% ngun tố
nhóm Ytri
Vi lượng Th, U và Zr

Cerit

(Ln) 3 MIIH 3 Si 3 O 13
(M= Ca, Fe)

Euxenit

13-35% nguyên tố nhóm nặng
2-8% nguyên tố nhóm nhẹ
20-23% TiO 2
25-35% (Nb, Ta) 2 O 5

Úc, Mỹ

LnTiO 6 .xH 2 O
(Ln= Nb, Ta)
(nhóm nặng)

Na Uy, Brasil

LnPO 4
(nhóm nặng)

54-65% nguyên tố nhóm nặng

~0,1% nguyên tố nhóm nhẹ
~3,5% U 3 O 8
~3% ThO 2
2-3% ZrO 2
35-48% nguyên tố nhóm nặng
2-17% nguyên tố nhóm nhẹ
~11,6% BeO
Vi lượng Th

Na Uy, Mỹ, Thụy
Điển

Xenotim

II

Gadolinit

(Ln) 2 M 3 O 10
(M= Te, Be)

1.3.2. Phân bố quặng ở Việt Nam [1]
Sa khoáng ven biển: Sa khoáng monazite ven biển được coi là sản phẩm đi kèm và được
thu hồi trong quá trình khai thác ilmenite. Ven biển Việt Nam có nhiều mỏ và điểm quặng sa
khống ilmenite có chứa các khống vật đất hiếm (monazite, xenotim) với hàm lượng từ 0,45
20


÷ 4,8kg/m3 như mỏ Kỳ Khang, Kỳ Ninh, Cẩm Hòa, Cẩm Nhượng (Hà Tĩnh), Kẻ Sung (Thừa
Thiên Huế), Cát Khánh (Bình Định), Hàm Tân (Bình Thuận)… Tuy nhiên, monazite, xenotim

trong các mỏ titan sa khoáng chưa được đánh giá đầy đủ.
Sa khoáng trong lục địa: thường phân bố ở các thềm sơng, suối điển hình là các mỏ
monazite ở vùng Bắc Bù Khạng (Nghệ An) như ở các điểm monazite Pom Lâu - Bản Tằm,
Châu Bình…
1.3.3. Phá mẫu quặng cát Monazite [4]
 Phá hủy quặng bằng axit H 2 SO 4
Th 3 (PO 4 ) 4 + 6H 2 SO 4  3Th(SO 4 ) 2 + 4H 3 PO 4
2LnPO 4 + 3H 2 SO 4  Ln 2 (SO 4 ) 3 + 3H 3 PO 4
ThSiO 4 + H 2 SO 4  Th(SiO 4 ) 2 + SiO 2 + 2H 2 O
Phương pháp này dùng cho hầu hết các trường hợp kể cả những trường hợp chất lượng
nguyên liệu thay đổi.
 Phá hủy quặng bằng xút
2LnPO 4 + 6NaOH → Ln 2 O 3 .3H 2 O + 2Na 3 PO 4
Phương pháp này chỉ dùng cho những quặng có thành phần cát monazite cao. Cát
monazite có giá trị thấp chứa nhiều silicat phá bằng xút sẽ rất phức tạp.
 Phá hủy bằng clo hóa (phương pháp khô)
Hỗn hợp cát monazite trộn với C cùng với chất kết dính đóng thành những viên gạch và
đưa vào clo hóa ở nhiệt độ từ 700- 1000oC.
LnPO 4 + 2C + 3Cl 2 → LnCl 3 + POCl 3 + CO + CO 2
Th 3 (PO 4 ) 4 + 8C + 12Cl 2 → 3ThCl 4 + 4POCl 3 + 4CO + 4CO 2
 Phá hủy quặng bằng hỗn hợp cacbon và oxit kim loại nặng (phương pháp khô)
Nung cát monazite nghiền nhỏ với oxit kim loại nặng và cacbon ở nhiệt độ 1400oC
1400𝑜 𝐶

2LnPO 4 + 2MeO + 7C �⎯⎯⎯� Ln 2 O 3 + 2MeP + 7CO

Đây là phản ứng chính, sau 3 giờ phản ứng kết thúc. Để đạt được 1400oC phải tiến hành
trong lò điện, oxit các nguyên tố đất hiếm thu được (trừ Ce) tan tốt trong axit, nhưng photphua
kim loại chỉ tan trong nước cường thủy. Ngâm chiết cả khối rắn sau phản ứng trong HCl ta thu
được tổng lantanit clorua LnCl 3.

21


CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Nội dung nghiên cứu
Để tách xeri đioxit từ quặng monazite Phan Thiết, tôi sử dụng phương pháp axit bởi đây
là một phương pháp hiện đại, phù hợp với điều kiện của phịng thí nghiệm. Nhằm tìm ra các
điều kiệu tối ưu để nâng cao hiệu suất và chất lượng của xeri đioxit, tôi tập trung nghiên cứu
các vấn đề sau:
 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng Na 2 SO 4 để chuyển dung dịch sau khi chế hóa
thành dạng muối kép
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tách CeO 2 từ quặng monazite được tiến hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chuyển dung dịch sau khi chế hóa thành dạng muối kép sẽ sử dụng
các tỉ lệ giữa Na 2 SO 4 : quặng khác nhau.
So sánh khối lượng, màu sắc và phổ XRD của CeO 2 thu được để rút ra ảnh hưởng của tỉ
lệ giữa Na 2 SO 4 : quặng đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.
 Khảo sát ảnh hưởng của việc kết tủa lại pha vô cơ sau khi chiết
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tách CeO 2 từ quặng monazite được tiến hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chiết sẽ khảo sát ảnh hưởng của việc kết tủa lại pha vô cơ.
So sánh khối lượng, màu sắc và phổ XRD của CeO 2 thu được để rút ra ảnh hưởng của
việc kết tủa lại pha vô cơ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.
 Khảo sát ảnh hưởng của việc rửa pha hữu cơ sau khi chiết
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tách CeO 2 từ quặng monazite được tiến hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn chiết sẽ khảo sát ảnh hưởng của việc rửa pha hữu cơ.
So sánh khối lượng, màu sắc và phổ XRD của CeO 2 thu được để rút ra ảnh hưởng của
việc rửa pha hữu cơ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.

 Khảo sát ảnh hưởng của pH kết tủa Ce4+
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tách CeO 2 từ quặng monazite được tiến hành như nhau.
Tuy nhiên, pH kết tủa Ce4+ giữa các mẫu khảo sát là khác nhau.
So sánh khối lượng, màu sắc và phổ XRD của CeO 2 thu được để rút ra ảnh hưởng của pH
kết tủa Ce4+ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.
22


 Khảo sát ảnh hưởng của một số chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+
Các mẫu khảo sát được chế hóa trong cùng điều kiện.
Các bước tách CeO 2 từ quặng monazite được tiến hành như nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn oxi hóa Ce3+ thành Ce4+, chúng tơi sử dụng 3 chất oxi hóa là dung
dịch HNO 3 , dung dịch (NH 4 ) 2 S 2 O 8 /HNO 3 và dung dịch H 2 O 2 /HCl để oxi hóa Ce3+ thành
Ce4+.
So sánh khối lượng, màu sắc và phổ XRD của CeO 2 thu được để rút ra ảnh hưởng của
một số chất oxi hóa Ce3+ thành Ce4+ đến hiệu suất tách và chất lượng của xeri đioxit.
 Khảo sát thành phần pha và cấp hạt của sản phẩm
Sản phẩm cuối cùng được ghi phổ XRD và chụp ảnh SEM để xác định thành phần pha,
hình dạng và kích thước hạt vì chất lượng, hàm lượng, kích thước hạt CeO 2 sẽ quyết định khả
năng ứng dụng của nó trong thực tiễn.
2.2. Phương pháp nghiên cứu [3, 4]
2.2.1. Phương pháp chế hóa với axit
Nguyên tắc của phương pháp này là xử lý cát monazite (đã được nghiền nhỏ) với axit
sunfuric đặc, nóng đun trong 5 giờ ở 230 – 250oC. Hỗn hợp thu được được hòa tách với nước
cất, xeri và các nguyên tố khác trong dung dịch được tách ra khỏi phần cát khơng tan.

Hình 2.1. Chế hóa quặng bằng phương pháp axit
2.2.2. Phương pháp huỳnh quang tia X (XRF) [3]
Phổ XRF xác định thành phần hóa học của quặng monazite (được đo tại Sở Khoa học và

Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh- Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm TP HCM - số 2,
Nguyễn Văn Thủ, Quận 1, TP HCM).
23


2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD method) [3]
2.2.3.1. Điều kiện nhiễu xạ - Định luật Bragg

Hình 2.2. Nhiễu xạ tia X
Giả sử có một chùm tia X đơn sắc đến gặp tinh thể và phản xạ trên các mặt phẳng mạng.
Để có sự giao thoa của các sóng phản xạ, các sóng này phải cùng pha, nghĩa là hiệu
quang trình của chúng phải bằng một số nguyên lần bước sóng.
Hiệu quang trình của hai tia đến gặp hai mặt phẳng mạng có khoảng cách d là
∆ =2d .sin θ

Đối với nhiều góc tới θ, giá trị Δ khơng phải bằng một nguyên lần bước sóng λ nên các
tia X phản xạ có giao thoa giảm.
Khi ∆ =nλ thì các sóng phản xạ sẽ cùng pha và ta có sự giao thoa tăng. Như vậy ta sẽ thu
được cường độ sóng phản xạ tăng mạnh khi góc tới θ thỏa mãn điều kiện:
2d .sin θ = nλ (1)

Với n là bậc phản xạ (n = 1, 2, 3…). Sự phản xạ bậc n thường được xem là được tạo
thành từ các mặt (nh nk nl)
Trong thực nghiệm, người ta thường chọn bậc phản xạ bằng 1 nên (1) trở thành
2d .sin θ = λ

Ứng dụng chính của định luật Bragg là để xác định khoảng cách mạng d khi đã biết λ và
góc tới θ tương ứng với vạch thu được.
Đây chính là nội dung định luật Bragg.
2.2.3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD pattern) [3]

24