MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Các NTĐH nói chung và lantan nói riêng ngày
càng có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều ngành
công nghiệp, kĩ thuật cao [25], [35]. Có thể nói đất hiếm
như là nguyên liệu chiến lược của nhiều ngành công
nghiệp như vật liệu từ, vật liệu siêu dẫn, vật liệu phát
quang, điện tử, hạt nhân, quang học, vũ trụ, luyện kim,
gốm sứ kĩ thuật cao, phân bón vi lượng … . Ở Việt Nam
đất hiếm đã được ứng dụng hiệu quả vào các lĩnh vực
như: sản xuất phân bón vi lượng dùng cho chè, vừng; chế
tạo nam châm vĩnh cửu cho máy phát điện mini, tuyển
quặng; chế tạo thuỷ tinh, bột mài, chất xúc tác để xử lí
khí thải … .
Nước ta có nguồn tài nguyên đất hiếm khá phong
phú, với nhiều mỏ lớn như Yên Phú (Yên Bái), Đông Pao
(Lai Châu). Tuy nhiên, chúng ta mới chủ yếu khai thác
và sử dụng các sản phẩm đất hiếm ở dạng thô, giá trị kinh
tế còn thấp. Do vậy, cần tiếp tục có những nghiên cứu
nhằm tách, tinh chế các NTĐH nói chung và lantan nói
riêng để nâng cao giá trị kinh tế của nguồn tài nguyên
này.

1


Mặc dù có rất nhiều ứng dụng nhưng do các NTĐH
rất giống nhau về tính chất hóa học nên việc tách chúng ở
dạng tinh khiết vẫn luôn là một nhiệm vụ khó khăn. Trong
công nghiệp đất hiếm, chiết dung môi là một trong những
phương pháp chủ yếu để thu nhận các sản phẩm đất hiếm

định là xây dựng sơ đồ tách, tinh chế lantan, nguyên tố
chiếm hàm lượng cao trong thành phần đất hiếm Đông
Pao.
4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu chủ yếu của luận văn được
đề ra như sau:
- Nghiên cứu các đặc điểm hệ chiết phân chia tinh
chế lantan bằng phương pháp chiết dung môi với PC88A.
Từ đó, khảo sát các đặc trưng của hệ chiết và tìm ra các
điều kiện thích hợp cho quá trình chiết.
- Xây dựng các mô hình toán học Thakur mô hình
hóa số liệu cân bằng các hệ chiết chứa đơn và đa cấu tử
đất hiếm bằng PC88A.

3


- Tiến hành các quá trình chiết trên phễu nhằm
kiểm chứng phương pháp tĩnh và sử dụng phương pháp
này để xây dựng sơ đồ chiết, tinh chế lantan.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Về mặt khoa học, luận văn góp phần nghiên cứu
các đặc trưng cơ bản của hệ chiết các NTĐH nhẹ bằng
PC88A. Xây dựng sơ đồ chiết, tinh chế lantan từ đất
hiếm Đông Pao.
Về mặt thực tiễn, luận văn sẽ thực nghiệm chiết,
tinh chế lantan trên thiết bị chiết liên tục ngược dòng tại
Khoa Hóa học. Từ đó nhằm nâng cao giá trị kinh tế và
tiềm năng ứng dụng của quặng đất hiếm Đông Pao.



2.4.1 Sơ đồ lưu trình chiết đất hiếm
2.4.2 Đặc điểm các vùng trong lưu trình chiết

5


2.4.3 Nguyên tắc chuyển động ngược dòng
Chương 3
MÔ HÌNH HÓA SỐ LIỆU CÂN BẰNG
CÁC HỆ CHIẾT ĐẤT HIẾM
3.1

Sơ lược về mô hình hóa hệ chiết dung môi

3.2

Mô hình hóa hệ chiết đơn bậc

3.2.1 Mô hình nhiệt động học
3.2.2 Mô hình kinh nghiệm
3.2.3 Mô hình bán kinh nghiệm
3.3

Mô hình hóa hệ chiết đa bậc
Phần II: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
Chương 4
HOÁ CHẤT VÀ KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

4.1 Hóa chất, thiết bị

Chương 6
ĐẶC ĐIỂM HỆ CHIẾT RE3+(RE= La, Pr, Nd)-Cl-HCl-PC88A
6.1 Số liệu cân bằng thực nghiệm của các hệ chiết

7


Bảng 6-1a. Số liệu cân bằng hệ chiết La3+ - Cl- - HCl PC88A
Ci
0,06

0,08

0,11

Hi
-0,13
-0,10
-0,08
-0,05
-0,03
0,00
0,02
0,07
-0,13
-0,10
-0,08
-0,05
-0,03
0,00

0,094
0,098

[H+]
0,009
0,012
0,016
0,019
0,022
0,029
0,034
0,038
0,010
0,012
0,015
0,018
0,023
0,029
0,034
0,040
0,011
0,014
0,017
0,020
0,024
0,031

8

[La3+]hc

0,18
0,15
1,35
1,05
0,63
0,33
0,18
0,16
0,14
0,11
0,72
0,55
0,34
0,24
0,17
0,12


0,13

0,15

0,02
0,07
-0,13
-0,10
-0,08
-0,05
-0,03
0,00

0,034
0,037
0,009
0,013
0,016
0,019
0,022
0,024
0,028
0,034
0,015
0,019
0,021
0,025
0,029
0,033
0,039
0,041

0,011
0,009
0,049
0,037
0,027
0,023
0,018
0,013
0,012
0,010
0,044

0,04

Hi
-0,08
-0,05
-0,03

[Pr3+]nc
0,009
0,013
0,016

9

[H+]
0,022
0,029
0,036

[Pr3+]hc
0,031
0,027
0,024

D
3,44
2,06
1,47



0,00

0,026
0,028
0,030
0,012
0,020
0,024
0,029
0,037
0,042
0,046
0,048
0,028
0,032
0,039
0,045
0,052
0,061
0,063
0,065
0,060
0,071
0,077
0,083
0,088
0,091

10


0,040
0,036
0,031
0,023
0,018
0,014
0,012
0,052
0,048
0,041
0,035
0,028
0,019
0,017
0,015
0,050
0,039
0,033
0,027
0,022
0,019

0,56
0,43
0,33
4,00
2,00
1,50
1,07
0,62

0,00
0,02
0,07

0,096
0,099
0,080
0,087
0,094
0,101
0,108
0,115
0,118
0,120

0,061
0,067
0,023
0,030
0,034
0,042
0,048
0,053
0,067
0,091

-0,13
-0,10
-0,08
-0,05

0,029
0,022
0,015
0,012
0,010
0,053
0,038
0,022
0,013
0,009
0,005
0,003
0,001

0,15
0,11
0,63
0,49
0,38
0,29
0,20
0,13
0,10
0,08
0,55
0,34
0,17
0,09
0,06
0,03

-0,10
-0,08
-0,05
-0,03
0,00

[Nd3+]nc
0,016
0,023
0,027
0,035
0,041
0,043
0,045
0,048
0,038
0,043
0,049
0,055
0,058
0,062
0,064
0,066
0,063
0,067
0,073
0,078
0,083
0,088


0,025
0,019
0,017
0,015
0,012
0,042
0,037
0,031
0,025
0,022
0,018
0,016
0,014
0,047
0,043
0,037
0,032
0,027
0,022

D
2,75
1,61
1,22
0,71
0,46
0,40
0,33
0,25
1,11

0,039
-0,08
0,096
0,054
0,034
-0,05
0,099
0,061
0,031
0,13
-0,03
0,104
0,069
0,026
0,00
0,111
0,082
0,019
0,02
0,114
0,091
0,016
0,07
0,116
0,112
0,014
-0,13
0,104
0,048
0,046

6.2 Cơ chế chiết hệ RE (RE = La, Pr, Nd) - Cl - HCl PC88A (amoni hoá 20%)
Dựa các trên số liệu cân bằng thực nghiệm của hệ chiết:
La3+- Cl- - HCl - PC88A, Pr3+- Cl- - HCl - PC88A, Nd3+- Cl- HCl - PC88A (bảng 6-1a, 6-1b và 6-1c), cơ chế trong hệ chiết
tại vùng nồng độ Ci = 0,06 ÷ 0,15M đã được khảo sát theo

13

0,20
0,17
0,55
0,43
0,35
0,31
0,25
0,17
0,14
0,12
0,44
0,30
0,26
0,22
0,17
0,13
0,10
0,08


phương pháp trình bày trình bày ở trên. Kết quả được biểu
diễn trên hình (6-1).



1
0,06
2
0,08
3
0,11
4
0,13
5
0,15
Giá trị trung bình

lg[H]-lg(D/[PC88A]^3)
lgKc(La)
lgKc(Pr)
lgKc(Nd)
-3,640
-2,531
-2,367
-3,698
-2,592
-2,241
-3,663
-2,582
-2,248
-3,715
-2,575
-2,334
-3,720

β=

KI
= 1,79
K II

+ Đối với hệ Pr-La:

β=

KI
= 13,18
K II

6.4 Sự phụ thuộc của hệ số phân bố vào nồng độ axit
pha nước

17


Hình 6-2. Sự phụ thuộc của D vào [H+]
(a) Hệ La3+ - Cl- - HCl - PC88A; (b) Hệ Pr3+-Cl- - HCl-PC88A; (c)
Hệ Nd3+ -Cl- - HCl-PC88A

Phân tích các đường phụ thuộc cho thấy, giá trị hệ
số phân bố D giảm dần khi nồng độ axit cân bằng
pha nước tăng. Như vậy, để đảm bảo hiệu suất
chiết đất hiếm bằng tác nhân PC88A, quá trình
chiết cần được tiến hành ở nồng độ axit ban đầu
thấp.

sự phụ thuộc của D vào Hi và Ci.

20


21


Hình 7-1. Sự phụ thuộc giữa hệ số phân bố D vào nồng
độ axit Hi
(a) Hệ La3+ - Cl- - HCl - PC88A; (b) Hệ Pr3+-Cl- - HCl-PC88A; (c) Hệ
Nd3+ -Cl- - HCl-PC88A

Khảo sát sự phụ thuộc giá trị D vào Hi đối với mỗi giá trị
Ci ta thấy sự phụ thuộc này có dạng hàm mũ (hình 7-1).
Nếu biểu diễn sự phụ thuộc lnD vào Hi, ta sẽ thu
được sự phụ thuộc dạng đường thẳng (hình 7-2).
lnD = A’ + B.Hi hay D = A.exp(B.Hi) với A’=
lnA
(7.2)

22


Ở đây giá trị A, B được tính toán theo phương
pháp bình phương tối thiểu, kết quả tính toán được trình
bày ở bảng (7-1).
Các kết quả cho thấy, các giá trị A, B phụ thuộc
mạnh vào giá trị Ci.