Bài thuyết trình Hóa học và công nghệ đất hiếm: Tách Ceri (IV) oxit từ quặng bastnaesite
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (783.55 KB, 20 trang )
HĨA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẤT HIẾM
ĐỀ TÀI
TÁCH CERI (IV) OXIT TỪ QUẶNG BASTNAESITE
Giảng viên: TS. Bùi Thị Vân Anh
SVTH: Phạm Thị Lệ
1
NỘI DUNG
2
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 CeO2
Bề ngồi
Khối lượng riêng
Điểm nóng chảy
Điểm sơi
Độ hịa tan
Khối lượng mol
Chất rắn màu trắng hoặc
vàng nhạt
7.215 g/cm3
2400oC
3500oC
Khơng tan trong nước, axit
lỗng, tan trong axit đặc
nóng
117.115 g/mol
3
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.2 Bastnaesite
•
Quặng bastnaesite chủ yếu được tìm thấy ở Trung Quốc,
Mỹ, Mơng Cổ, Na Uy, Thổ Nhĩ Kỳ,….
•
Cơng thức chung: RE(CO3)F (R: Ce, Yt, La)
•
Quặng bastnaesite về lý thuyết chiếm 75% REO
•
Quặng Bastnaesite được làm giàu bằng phương pháp tuyển
Quặng bastnaesite
nổi hoặc tuyển trọng lực, quặng sau khi làm giàu thường
chứa 60% REO
4
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH PHÂN
HỦY QUẶNG
2.1 Qúa trình nung oxi hóa
•
Bastnaesite có thể bị phân hủy ở nhiệt độ
cao tạo ra CO2 và HF. Q trình phân hủy
này thường thực hiện trong khơng khí.
Đồng thời Ceri oxit trong quặng cũng bị oxi
hóa bởi oxi trong khơng khí từ Ce3+ lên
Ce4+.
•
Nhiệt độ nung tối ưu là: 450 – 650oC
5
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA Q TRÌNH PHÂN
HỦY QUẶNG
2.2 Qúa trình hịa tan quặng sau nung bằng axit HCl
-
Q trình hịa
tan ưu tiên
-
-
Q trình hịa
tan chọn lọc
-
Hịa tan bằng HCl lỗng
Hịa tan các oxit đất hiếm khơng chứa ceri
Phản ứng: RE2O3 + 3REOFF + REF3 + 12HCl =
4RECl3 + 2REF3↓ + 6H2O
Hịa tan bằng HCl đặc nóng
Ceri oxit tan trong HCl đặc nóng
Phản ứng: 3CeO2 + 3CeOF2 + 18HCl = 4CeCl3
+2CeF3↓ + 9H2O + 3Cl2↑
6
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (IV) OXIT
7
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.1 Giai đoạn nung quặng
•
Thành phần quặng Bastnaesite ở Bayun – Obo (Trung Quốc)
Thành phần trong quặng
REO
CaO
%
66.5
2.99
BaO Fe2O P2O F ThO2
3
5
11.45 4.65 2.53 8.63 0.136
Thành phần trong La2O CeO Pr6O Nd2O Sm2
đất hiếm
3
2
11
3
O3
%
23
50
6
16
1.6
•
Eu2
O3
0.2
Gd2 Y2O
O3
3
0.7 0.4
Điều kiện nung: quặng sau khi làm giàu và nghiền mịn được đưa vào lị nung
với cơng suất 2 tấn/h trong điều kiện nhiệt độ từ 450 – 550oC, nung trong 2h.
8
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.1 Giai đoạn nung quặng
•
Phản ứng phân hủy quặng:
REFCO3 → REOF + CO2↑
Ce2O3 + 0.5 O2 → 2CeO2
•
Các phản ứng sau cũng có thể xảy ra
3REFCO3 = RE2O3 + REF3 + 3CO2↑
RE2O3 + REF3 = 3REOF
•
Khi có mặt của nước, xảy ra các phản ứng sau:
2REOF + H2O = RE2O3 + 2HF↑
REF3 + H2O = REOF + 2HF↑
9
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.1 Giai đoạn nung quặng
•
Thành phần bastnaesite có CaO nên sẽ xảy ra phản ứng sau:
CaO + 2REOF = CaF2 + RE2O3
•
Các phản ứng sau cũng có thể xảy ra:
3CeF + 0.5O2 = CeO4F3 hoặc 2CeO2. CeF3
2CeF3. Ce2(CO2)3 + 1.5O2 = 3CeO2 + 3CeOF2 + 6CO2↑
3Ce2O3 + O2 = Ce6O11 hoặc 4CeO2. Ce2O3
Sản phẩm chính của q trình nung quặng bastnaesite là: RE2O3, REF3, REOF,
CeO2.
10
3.2 Giai đoạn hịa tan
Hịa tan với axit HCl lỗng
Điều kiện phản ứng:
Quặng sau nung được cho thêm nước để tao thành bùn ( khoảng 180 – 200 g
REO/ L) và gia nhiệt đến 85 – 90oC, dưới điều kiện khuấy trộn. HCl 30%
được thêm vào từ từ và để phản ứng xảy ra trong 2h. Sau đó đem dung dịch
này đi lọc. Bã rắn thu được được rửa ngược dịng nhiều lần bằng nước để
loại bỏ axit dư.
•
Phản ứng:
RE2O3 + 3REOF + REF3 + 12HCl = 4RECl3 + 2REF3↓ + 6H2O
•
Sản phẩm:
Dung dịch: RECl3, HCl dư
Rắn: REF3, CeO2
•
11
3.2 Giai đoạn hịa tan
•
Chuyển hóa REF3 thành RE(OH)3
Điều kiện phản ứng:
NaOH 20% được thêm vào bã rắn, trong điều kiện khuấy trộn và gia nhiệt
khoảng 85 – 90oC. Để phản ứng trong 4h. Sản phẩm thu được rửa bằng nước
nóng cho đến hết NaF và NaOH dư. Sau đó đem đi lọc.
•
Phản ứng:
REF3 + 3NaOH = RE(OH)3↓ + 3NaF
•
Sản phẩm:
Dung dịch: NaF, NaOH dư
Rắn: RE(OH)3, CeO2
12
3.2 Giai đoạn hịa tan
Hịa tan với HCl lỗng
•
Rắn thu được sau khi chuyển hóa với NaOH: RE(OH)3, CeO2 đem hịa
tan với HCl lỗng. Sau đó đem dung dịch sau phản ứng đi lọc.
•
Phản ứng:
RE(OH)3 + HCl → RECl3 + H2O
•
Sản phẩm:
Dung dịch: RECl3
Rắn: CeO2
13
3.2 Giai đoạn hịa tan
Hịa tan với HCl đậm đặc
CeO2 được hịa tan bằng HCl đâm đặc trong 2h ở 85oC, đồng thời sunfua
cacbamit được thêm vào với lượng nhất định để tránh sự phát thải Cl2.
Đem dung dịch sau phản ứng đi lọc. Bã sau lọc được rửa nhiều lần bằng
nước cho đến khi pH của nước rửa bằng 3
•
Phản ứng:
3CeO2 + 3CeOF2 + 18HCl = 4CeCl3 + 2CeF3↓ + 9H2O + 3Cl2↑
4Cl2 + (H2N)2CS + 5H2O = 8HCl + H2SO4 + (H2N)2CO
(H2N)2CO + 2HCl + H2O = 2NH4Cl + CO2↑
•
Sản phẩm:
Dung dịch: CeCl3, H2SO4, NH4Cl, HCl dư
Rắn: CeF3
•
14
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.3 Giai đoạn trung hịa
•
Dung dịch CeCl3 trung hịa đến pH từ 4.0 4.5 bằng NH4(OH). Sau đó
cho thêm một lượng phù hợp BaCl2. 2H2O để loại SO42 trong dung
dịch, để phản ứng xảy ra trong 4h.
•
Phản ứng:
SO42 + Ba2+ → BaSO4↓
Fe3+ + 3OH → Fe(OH)3↓
Th4+ + 4OH → Th(OH)4↓
•
Sản phẩm:
Dung dịch: CeCl3
15
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.4 Giai đoạn kết tủa
•
Dung dịch CeCl3 được kết tủa bằng NH4HCO3. Sau đó kết tủa được
đem nung ngồi khơng khí tạo CeO2
•
Phản ứng:
Ce3+ + 3HCO3 → Ce(HCO3)3↓
2Ce(HCO3)3 → Ce2O3 + 3H2O + 6CO2
Ce2O3 + 0.5 O2 → 2CeO2
•
Sản phẩm:
CeO2 98%
16
Quặng bastnaesite
(RE2O3: 60%)
Nung oxy hóa
(450 – 550oC,
2h)
Hịa tan với HCl
30%
(80 – 90oC, 2h)
Lọc
Phản ứng với
NaOH
Rửa
NaF,
NaO
H
Lọc
Rắn
(RE(OH)3,
CeO2)
Hịa tan với HCl
30%
Lọc
Rắn
(REF3,
CeO2)
Nước
Rử
Trung hịa
a
Nước
Lọc
Lọc bỏ kết tủa
Dung
thải
Dung
Rắn
dịch
dịch
(REF3,
RECl3
(RECl3)
CeO2)
Cơ đăc và kết
tinh
Thu hồi NaF và NaOH
(La,
Nd)Cl3
Dung dịch
(RECl3)
Nước
Rắn
(CeO2)
Hòa tan
với HCl
đặc
Hòa tan với HCl
đặc
Lọc
Dung dịch
CeCl3
Trung hòa
Lọc bỏ kết tủa
Dung
dịch
CeCl3
NaF +
Kết tủa NaOH
Nung
CeO2
Sơ đồ quy trình tách CeO2 từ quặng Bastnaesite
Rắn
REF3 ,
CeF3
Phản ứng
với NaOH
Rửa
Lọc
Rắn
Hòa tan với
HCl 30%
RECl3
17
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.5 Nhận xét
Ưu điểm:
•
Q trình đơn giản
•
Tiêu thụ tác nhân ít
•
Chi phí vận hành thấp
Nhược điểm:
•
Q trình hịa tan tốn thời gian
•
Vận hành phức tạp do cần điều chỉnh nhiều điểm trong q trình u cầu
người vận hành có tay nghề cao.
18
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
Dezhi Qi (2018). Hydrometallurgy of Rare Earths: Extraction and Separation, 1 st edition,
Elsevier, Oxford.
2.
Jack Zhang, Baodong Zhao, Bryan Schreiner (2016). Separation Hydrometallurgy of Rare
Earth
Elements, 1st edition, Spinger, New York.
19
