Bài thuyết trình Đề tài tách Ceri (IV) oxit từ quặng Bastnaesite - Phạm Thị Lệ
HÓA HỌC VÀ CÔNG 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
• GIỚI THIỆU CHUNG
1
2
3
• CƠ SỞ HÓA LÝ CỦA QUÁ
TRÌNH PHÂN HỦY QUẶNG
• QUY TRÌNH TÁCH CERI (IV)
OXIT
2
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 CeO2
Bề ngoài
Chất rắn màu trắng hoặc
vàng nhạt
Khối lượng riêng
Điểm nóng chảy
Điểm sôi
7.215 g/cm3
2400oC
3500oC
Độ hòa tan
Không tan trong nước, axit
loãng, tan trong axit đặc nóng
Khối lượng mol
117.115 g/mol
3
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.2 Bastnaesite
• Quặng bastnaesite chủ yếu được tìm thấy ở Trung Quốc, Mỹ,
Mông Cổ, Na Uy, Thổ Nhĩ Kỳ,….
• Công 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 nổi
hoặc tuyển trọng lực, quặng sau khi làm giàu thường chứa
60% REO
Quặng bastnaesite
4
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ 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. Quá trình phân hủy
này thường thực hiện trong không khí. Đồng
thời Ceri oxit trong quặng cũng bị oxi hóa
bởi oxi trong không khí từ Ce3+ lên Ce4+.
• Nhiệt độ nung tối ưu là: 450 – 650oC
5
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN
HỦY QUẶNG
2.2 Qúa trình hòa tan quặng sau nung bằng axit HCl
- Hòa tan bằng HCl loãng
Quá trình hòa - Hòa tan các oxit đất hiếm không chứa ceri
tan ưu tiên - Phản ứng: RE2O3 + 3REOFF + REF3 + 12HCl = 4RECl3
+ 2REF3↓ + 6H2O
- Hòa tan bằng HCl đặc nóng
Quá trình hòa - Ceri oxit tan trong HCl đặc nóng
tan chọn lọc - Phản ứng: 3CeO2 + 3CeOF2 + 18HCl = 4CeCl3 +2CeF3↓
+ 9H2O + 3Cl2↑
6
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (IV) OXIT
Nung
quặng
Hòa tan
Trung
hòa
Kết tủa
quặng
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 BaO Fe2O3 P2O5 F ThO2
%
66.5 2.99 11.45 4.65 2.53 8.63 0.136
Thành phần trong La2O3 CeO2 Pr6O11 Nd2O3 Sm2O3 Eu2O3 Gd2O3 Y2O3
đất hiếm
%
23
50
6
16
1.6
0.2
0.7
0.4
• Điều kiện nung: quặng sau khi làm giàu và nghiền mịn được đưa vào lò nung với
công 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 quá trình nung quặng bastnaesite là: RE2O3, REF3, REOF, CeO2.
10
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.2 Giai đoạn hòa tan
Hòa tan với axit HCl loãng
• 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 dòng 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. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.2 Giai đoạn hòa 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. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.2 Giai đoạn hòa tan
Hòa tan với HCl loãng
• Rắn thu được sau khi chuyển hóa với NaOH: RE(OH)3, CeO2 đem hòa tan
với HCl loãng. 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. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.2 Giai đoạn hòa tan
Hòa tan với HCl đậm đặc
• CeO2 được hòa 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 hòa
• Dung dịch CeCl3 trung hòa đến pH từ 4.0- 4.5 bằng NH4(OH). Sau đó cho
2-
thêm một lượng phù hợp BaCl2. 2H2O để loại SO4 trong dung dịch, để
phản ứng xảy ra trong 4h.
• Phản ứng:
2-
SO4 + Ba2+ → BaSO4↓
Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3↓
Th4+ + 4OH- → Th(OH)4↓
• Sản phẩm:
Dung dịch: CeCl3
Rắn: BaSO4↓, Fe(OH)3↓, Th(OH)4↓
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 ngoài không 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%)
Phản ứng với
Nung oxy hóa
Hòa tan với HCl đặc
NaOH
(450 – 550oC, 2h)
Lọc
Nước
Rửa
Lọc
Hòa tan với HCl 30%
(80 – 90oC, 2h)
Lọc
NaF,
NaOH
Dung dịch
Rắn
CeCl3
REF3 , CeF3
Rắn
(RE(OH)3, CeO2)
Dung dịch
Rắn
(REF3, CeO2)
Phản ứng
với NaOH
Trung hòa
(RECl3)
Hòa tan với HCl 30%
Lọc bỏ kết tủa
Nước
Trung hòa
Rửa
Lọc
Rửa
Lọc
Lọc
Dung dịch
Nước
thải
CeCl3
Lọc bỏ kết tủa
Dung dịch
RECl3
NaF + NaOH
Rắn
(CeO2)
Rắn
Dung dịch
Rắn
(REF3, CeO2)
Kết tủa
(RECl3)
Hòa tan với
HCl 30%
Cô đăc và kết tinh
Hòa tan
với HCl đặc
Nung
CeO2
Thu hồi NaF và NaOH
RECl3
(La, Nd)Cl3
17
Sơ đồ quy trình tách CeOtừ quặng Bastnaesite
3. QUY TRÌNH TÁCH CERI (VI) OXIT
3.5 Nhận xét
Ưu điểm:
• Quá trình đơn giản
• Tiêu thụ tác nhân ít
• Chi phí vận hành thấp
Nhược điểm:
• Quá trình hòa tan tốn thời gian
• Vận hành phức tạp do cần điều chỉnh nhiều điểm trong quá trình yêu 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
20 trang
18/04/2022
1300
Bạn đang xem tài liệu "Bài thuyết trình Đề tài tách Ceri (IV) oxit từ quặng Bastnaesite - Phạm Thị Lệ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_thuyet_trinh_de_tai_tach_ceri_iv_oxit_tu_quang_bastnaesi.pptx
