Bài tiểu luận: Phương pháp trao đổi ion và ứng dụng để phân chia nguyên tố đất hiếm

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học MỞ ĐẦU Ngày nay kim loại đất hiếm đã trở thành vật liệu chiến lược cho các ngành công nghệ cao. Trên thế giới tài nguyên đất hiếm cí tiềm năng rất lớn, cho đến nay tổng trữ lượng đất hiếm cấp R1E đã đạt tới 119 triệu tấn. Tổng trữ lượng đất hiếm của Việt Nam hiện nay theo sự báo khoảng 22.353.000 tấn Re2O3. Ở nước tamooi trường khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm là điều kiện lý tưởng cho ăn mòn kim loại, tỷ lệ vật liệu kim loại được sử dụng còn cao, vì vậy thiệt hại do ăn mòn chắc chắn sẽ lớn hơn. Một trong những biện pháp chống ăn mòn kim loại là sử dụng lớp phủ photphat hóa bề mặt. Để tăng hiệu quả bảo vệ của lớp phủ photphat hóa có thể đưa thêm lượng nhỏ phụ gia là các nguyên tố đất hiếm và một số kim loại chuyển tiếp như Mn, Ni….Chỉ với một lượng nhỏ các chất phụ gia đó có tác dụng tăng độ bền lớp phủ, chống ăn mòn, bảo vệ kim loại khỏi môi trường gây hại đồng thời cũng có thể nâng cao hiệu quả thẩm mỹ của lớp phủ như làm cho lớp phủ mịn và sáng hơn. Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng lớn về quặng đất hiếm, các mỏ đất hiếm chủ yếu thuộc nhóm nhẹ, hàm lượng quặng thuộc loại trung bình, phân bố tập trung ở vùng Tây Bắc, nên có điều kiện thuận lợi để phát triển thành một cụm công nghiệp khai thác, chế biến trong tương lai. Vì vậy, nhà nước cần có chính sách đầu tư thăm dò, khai thác nguồn tài nguyên khoáng sản này phục vụ phát triển kinh tế khu vực và đất nước. Tuy nhiên, việc tách và xác định các nguyên tố đất hiếm còn nhiều khó khăn. Trong khuôn khổ bài tiểu luận này đề cập ― Phương pháp trao đổi ion và ứng dụng để phân chia nguyên tố đất hiếm” PHẦN I:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT HIẾM 1. Khái quát chung về đất hiếm 1.1. Đặc điểm địa hóa - khoáng vật Đất hiếm là nhóm gồm 15 nguyên tố giống nhau về mặt hóa học trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev và được gọi chung là lantan, gồm các nguyên tố có số thứ tự từ 57 (lantan) đến số thứ tự 71 (lutexi). Thông thường ytri (số thứ tự 39) và scandi (số thứ tự 21) cũng được xếp vào nhóm đất hiếm vì trong tự nhiên nó luôn đi cùng các nguyên tố này. Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ bản của đất hiếm được thống kê ở bảng 1. Bảng 1. Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản HV: Nguyễn Thị Nga 1 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học TT Nguyên tố 1 Lantan 2 Ceri 3 Prazeodim 4 Neodim 5 Prometi 6 Samari 7 Europi 8 Gadoloni 9 Tecbi 10 Dysprosi 11 Honmi 12 Erbi 13 Tuli 14 Ytecbi Ký hiệu hoá học La Ce Pr Nd P S Eu Gd Tb Dy Ho Er T Yb Thứ Ho Nguyên tự á tử nguyên trị lượn tử g 57 3 138,92 58 3,4 140,13 59 3,4 140,92 60 3 144,27 61 3 145,00 62 2,3 150,43 63 2,3 152,00 64 3 156,90 65 3,4 159,20 66 3 162,46 67 3 164,94 68 3 167,20 69 3 169,40 70 2,3 173,04 HLTB trong vỏ trái đất (ppm) Các oxyt 29,00 La2O3 60,00 CeO2 9,0 Pr4 37,00 Nd2O3 - Không 8,0 Sm2 1,3 Eu2O3 8,0 Gd2O3 2,5 Tb4O7 5,0 Dy2O3 1,7 Ho2O3 3,0 Er2O3 0,5 Tm2 0,3 Yb2O3 HV: Nguyễn Thị Nga 2 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học 15 Lutexi 16 Ytri 17 Scandi Ký Thứ hiệu tự 1 Y 39 Sc 21 Ho Nguyên á t 174,99 3 88,92 3 59,72 HLTB trong vỏ trái đất 0,5 Lu2O3 29,00 Y2O3 - Sc2O3 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 triết, các nguyên tố đất hiếm được chia ra ba nhóm: nhóm nhẹ, nhóm trung gian và nhóm nặng (xem bảng 2). Bảng 2. Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Nhóm nhẹ (nhóm lantan ceri) Nhóm nặng (nhóm ytri) Nhóm nhẹ Nhóm Nhóm nặng Thực tế các nguyên tố hiếm này không hiếm trên trái đất (hình 1). Theo Cục Khảo sát Địa chất Liên bang Mỹ - USGS: Fact Sheet 087-02, 2002, hàm lượng trung bình của ceri (Ce=60ppm) cao hơn hàm lượng trung bình của đồng (Cu=50ppm), ngay cả như lutexi (có hàm lượng trung bình trên trái đất ít nhất trong nhóm đất hiếm) cũng có hàm lượng trung bình cao hơn antimon (Sb), bismut (Bi), cacdimi (Cd) và thali (Tl) Hình 1. Sự phân bố của các nguyên tố trong vỏ trái HV: Nguyễn Thị Nga 3 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học đất Hiện nay đã biết khoảng 250 khoáng vật chứa đất hiếm, trong đó có trên 60 khoáng vật chứa từ 5 ÷ 8% đất hiếm trở lên và chúng được chia thành hai nhóm: - Nhóm thứ nhất: gồm các khoáng vật chứa ít đất hiếm, có thể thu hồi như một sản phẩm đi kèm trong quá trình khai thác và tuyển quặng. - Nhóm thứ hai: gồm các khoáng vật giàu đất hiếm có thể sử dụng trực tiếp như sản phẩm hỗn hợp đất hiếm. Theo thành phần hoá học, các khoáng vật đất hiếm được chia thành 9 nhóm: 1. Fluorur: yttofluorit, gagarunit và fluoser HV: Nguyễn Thị Nga 4 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học 2. Carbonat và fluocarbonat: bastnezit, parizit, ancylit, hoanghit 3. Phosphat: monazit, xenotim 4. Silicat: gadolinit, britholit, thortveibit 5. Oxyt: ferguxonit, esinit, euxenit 6. Arsenat: checrolit 7. Borat: braitschit 8. Sulfat: chukhrolit 9. Vanadat: vakefieldit Trong 9 nhóm trên, 5 nhóm đầu là quan trọng nhất, đặc biệt là nhóm fluocarbonat, phosphat và oxyt. Trong đó, các khoáng vật bastnezit, monazit, xenotim và gadolinit luôn được xem là những khoáng vật quan trọng. 1.2. Lĩnh vực sử dụng Các sản phẩm của đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học,… Những lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp của chúng tóm tắt ở bảng 3. Bảng 3. Lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp TT Tên Ký Lĩnh vực sử Chất xúc tác; gốm, sứ; kính; một hợp kim của kim loại đất hiếm được sử dụng không chỉ cho đá đánh lửa trong bật lửa mà còn được sử dụng, có lẽ quan 1 Ceri Ce trọng hơn, trong thép thanh lọc bởi sự loại bỏ oxy và sulfur; chất huỳnh quang và bột đánh bóng Gốm, sứ; chất huỳnh quang và ứng dụng hạt 2 Dysprosi Dy 3 Erbi Er nhân; nam chân vĩnh cửu Gốm, sứ; thuốc nhuộm kính; sợi quang học; ứng dụng hạt nhân và laze HV: Nguyễn Thị Nga 5 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê ... - tailieumienphi.vn