Luận văn Thu hồi xeri từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM BÙI VIỆT HƢNG THU HỒI XERI TỪ BÃ THẢI TUYỂN QUẶNG ĐỒNG SIN QUYỀN Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60.44.01.13 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Lƣu Minh Đại Thái Nguyên - 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lƣu Minh Đại người hướng dẫn, giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Khoa Học Vật Liệu, các anh, chị em trong phòng Vật Liệu Vô Cơ – Viện Khoa Học Vật Liệu – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, các thầy cô giáo trong trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, người thân trong gia đình đã luôn luôn quan tâm, động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả Luận văn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nôi dung của luận văn là công trình nghiên của tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Lưu Minh Đại. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực. XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Thái nguyên, tháng 5 năm 2013 Tác giả luận văn PGS.TS. Lê Hữu Thiềng Bùi Việt Hƣng XÁC NHẬN CỦA TRƯỞNG KHOA CHUYÊN MÔN TS. Nguyễn Thị Hiền Lan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên i MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục ............................................................................................................... i Các ký hiệu dùng trong luận văn ...................................................................... ii Danh mục các hình trong luận văn ................................................................... iii Danh mục các bảng trong luận văn .................................................................. iv MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................ 3 1.1. Các đặc điểm và tính chất của nguyên tố đất hiếm ................................ 3 1.1.1. Vị trí, cấu tạo của NTĐH. .................................................................... 3 1.1.2 Số oxi hóa của NTĐH........................................................................... 3 1.1.3 Một số hợp chất của NTĐH. ................................................................. 4 1.1.4 Khả năng tạo phức của NTĐH ............................................................. 5 1.1.5 Một số ứng dụng của các NTĐH. ......................................................... 6 1.2 Phương pháp thu tổng oxit đất hiếm và tách riêng xeri .......................... 7 1.2.1. Làm giàu quặng. ................................................................................. 7 1.2.2. Tách tổng oxit đất hiếm. ...................................................................... 7 1.2.3. Phương pháp chiết ............................................................................. 11 1.3 Quặng đồng Sin Quyền .......................................................................... 16 Chƣơng 2: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ................................................ 19 2.1 Các loại hóa chất chính .......................................................................... 19 2.2. Thiết bị .................................................................................................. 20 2.3. Các phương pháp nghiên cứu ............................................................... 20 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2.3.1. Tách tổng oxit đất hiếm khỏi bã thải đồng Sin Quyền của nhà máy tuyển quặng đồng Sin Quyền bằng H2SO4 .................................................. 20 2.3.2. Chiết thu hồi Ce từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền ................. 21 2.4. Phương pháp phân tích ......................................................................... 23 2.4.1. Xác định nồng độ axit ........................................................................ 23 2.4.2. Phương pháp phân tích hàm lượng tổng oxit đất hiếm trong tinh quặng 23 2.4.3 Phương pháp phân tích hàm lượng đất hiếm trong dung dịch ........... 23 2.4.4 Phân tích định lượng các nguyên tố bằng ICP .................................. 24 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 25 3. Thu tổng oxit đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền. ............ 25 3.1. Thủy luyện với axit H2SO4. .................................................................. 25 3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng axit/ quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm. ....................................................................................... 25 3.1.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm ........................................................................................................ 26 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm ........................................................................................................ 27 3.1.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng khi hòa tách đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm ................................................................................................ 28 KẾT LUẬN .................................................................................................... 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên ii CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN + + CH : Nồng độ ban đầu của ion H . CHNO3 : Nồng độ ban đầu của axit nitric. 3+ CRE : Nồng độ ban đầu của ion đất hiếm. D : Hệ số phân bố RE : Nguyên tố đất hiếm. TPPO : Triphenylphotphin oxit. TBP : Tributylphotphat. RE3+ : Ion kim loại đất hiếm. 3+ [RE ]n : Nồng độ cân bằng của ion đất hiếm trong pha nước. 3+ [RE ]hc : Nồng độ cân bằng của ion đất hiếm trong pha hữu cơ. NTĐH : Nguyên tố đất hiếm. + + [H ]n : Nồng độ cân bằng của ion H trong pha nước. + + [H ]hc : Nồng độ cân bằng của ion H trong pha hữu cơ. TiAp : Triizoamylphotphat. DTPA : Axit dietylentriaminpentaaxetic. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iii DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN Hình 3. 1. Ảnh hưởng của tỉ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm .............................................................................. 26 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung quặng sơ bộ đến hiệu suất phân hủy ... 27 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất hòa tách ........ 28 Hình 3.4 Tỷ lệ quặng/ axit ........................................................................... 28 Hình 3.5. Hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm theo nồng độ NaOH. ........ 29 Hình 3.6. Hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm theo nhiệt độ thủy luyện. ........... 30 Hình 3.7. Hiệu suất thu hồi theo tỷ lệ khối lượng NaOH/ quặng. .............. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên iv DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1: Thành phần hóa học bã thải đồng Sin Quyền sau tuyển ................ 17 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của tỷ lệ axit/quặng đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm ................................................................................ 26 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi tổng oxit đất hiếm........................................................................ 27 Bảng 3.3: Hệ số phân bố D của La, Ce, Nd ở nồng độ axit khác nhau: ...... 32 Bảng 3.4: Hệ số phân bố D của La, Ce và Nd phụ thuộc vào bản chất muối đẩy Al(NO3)3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, LiNO3, KNO3 và NH4NO3 nồng độ 2M trong hệ TPPO 0,5M – Toluen - HNO3 0.5 M ........................................................................................... 33 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng độ một số muối đẩy đến hệ số phân bố của La, Ce và Nd. ........................................................................ 34 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ axit nitric đến khả năng rửa giải các NTĐH (III) từ pha hữu cơ (%). .................................................. 36 Bảng 3.7. Khả năng rửa, giải chiết Ce(IV) từ pha hữu cơ bằng HNO3 4 M + H2O2 10%. ............................................................................ 37 Bảng 3.8. Thành phần các NTĐH trong tổng oxit đất hiếm thu hồi được từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền. ..................................... 37 Bảng 3.9. Thành phần NTĐH trong sản phẩm đất hiếm sạch. ..................... 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển khoa học và công nghệ, các nguyên tố đất hiếm ngày càng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nguyên tố đất hiếm (NTĐH) là nguyên liệu không thể thiếu trong lĩnh vực chế tạo các vật liệu, vật liệu siêu dẫn Vật liệu đất hiếm có mật độ năng lượng cao, giá thành rẻ, đã được ứng dụng nhiều trong chế tạo các động cơ điện, máy vi tính ... NTĐH được dùng trong lĩnh vực luyện kim để chế tạo hợp kim trung gian, làm tăng chất lượng thép và hợp kim. Trong lĩnh vực công nghệ thủy tinh các NTĐH được dùng làm chất khử mầu, tạo mầu cho thủy tinh chế tạo lăng kính, thấu kính chịu nhiệt, vật liệu mài bóng và thiết bị quang học đặc biệt. NTĐH được sử dụng để sản xuất chất xúc tác trong công nghệ xử lí khí thải, cộng nghệ xúc tác hóa dầu và tổng hợp hữu cơ. NTĐH còn được sử dụng như chế phẩm dinh dưỡng kích thích sinh trưởng cho cây trồng và mang lại hiệu quả kinh tế cao trong nông nghiệp [2]. Khu mỏ Sin Quyền được đánh giá là vùng quặng hỗn hợp gồm ba thành phần chính là đồng, đất hiếm và vàng. Đồng ở đây chủ yếu là ở dạng sunfua (chalcopyrit). Mỏ đã được phát hiện, tìm kiếm và thăm dò từ những năm 1961- 1873, năm 1975 được Hội đồng trữ lượng Nhà nước phê duyệt với trữ lượng 52,7 triệu tấn quặng đồng cấp B + C1 +C2, hàm lượng đồng trung bình khoảng 1,03%, tương đương 551,2 nghìn tấn Cu, kèm theo 334 nghìn tấn Re2O3, 35 tấn Au, 25 tấn Ag, 843 nghìn tấn S. Vùng quặng này có 3 dải chính: dải Lùng Thàng - Pin Ngang Chải ở phía Tây là dải quặng đồng - đất hiếm - molybđen. Dải giữa Sin Quyền - Nậm Mít là dải quặng chính gồm quặng đồng - đất hiếm. Dải Thùng Sáng - Lũng Pô ở phía Đông gồm các mạch quặng thạch anh - sunfua chứa đồng. Diện tích mỏ không lớn, trữ lượng quặng phân bố tập trung, rất thuận tiện cho việc khai thác, ít ảnh hưởng đến môi trường và đất đai nông, lâm nghiệp [10]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2 Hiện nay, bằng công nghệ tuyển đồng Sin Quyền tại nhà máy đã thu được các khoáng sản chính là đồng, sắt, lưu huỳnh. Quặng thải của công nghệ tuyển Đồng mỏ Sin Quyền chứa các nguyên tố đất hiếm và là đối tượng nghiên cứu thu hồi đất hiếm. Việc thu hồi khoáng sản chứa đất hiếm và kĩ thuật thuỷ luyện thu hồi đất hiếm chưa được triển khai. Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi đất hiếm từ bã thải tuyển đồng Sin Quyền là cần thiết. Trong đề tài này chúng tôi đề cập đến vấn đề nghiên cứu phương pháp thủy luyện thu hồi tổng oxit đất hiếm từ bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền và thu hồi Ce sạch bằng phương pháp chiết với Triphenyl photphinoxit (TPPO) trong dung dịch HNO3 – muối đẩy nhằm tận thu khoáng sản có ích đó là đất hiếm và đồng thời góp phần bảo vệ môi trường. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên