MỤC LỤC
Chương 1 : Giới thiệu chung………………………………………………

3

Đất hiếm…...……………………………………………………………

3

Chương 2: Phương pháp đánh giá………………………………………….. 4
2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X………………………………………..

4

2.2. Phương pháp phân tích nhiệt……………. ………………………...

6

Chương 3. Thực nghiệm và kết quả ………………………………………

8

3.1. Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm………………………………………

8

3.2.Kết quả thành phần quặng đất hiếm đầu vào…………………………... 8
3.3. Thu nhận đất hiếm từ quặng Yên Phú ………………………………… 13
Phần 5: Kết luận…………………………………………………….......

17


CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ
2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X


Nhiễu xạ tia X (XRD) là một trong những phương pháp hiện đại được dùng để xác
định thành phần pha tinh thể của vật liệu. Nguyên tắc của phương pháp này là khi chiếu
một chùm tia X đơn sắc song song vào vật liệu có cấu trúc tinh thể thì xảy ra hiện tượng
khuếch tán tia X. Điện trường của chùm tia tới làm cho điện tử của nguyên tử trong mạng
tinh thể dao động, sự dao động này là nguồn phát thứ cấp phát ra bức xạ cùng tần số với
tia X.
Vì các tia khuếch tán có cùng tần số nên chúng có thể giao thoa với nhau. Mặt
khác, khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng lưới bằng bước sóng tia X nên tinh thể
thường được dùng làm mạng nhiễu xạ để quan sát sự giao thoa của tia X. Sự giao thoa
của các tia khuếch tán sau khi đi qua mạng tinh thể gọi là sự nhiễu xạ tia X. Trong mạng
tinh thể các nguyên tử tạo thành mặt phẳng nút. Sự khuếch tán tia X có thể xem như sự
phản xạ từ các mặt phẳng nút đó. Khi chiếu một chùm tia X đơn sắc có bước sóng xác
định đi qua một hệ tinh thể, trong tinh thể ta chọn 2 mặt phẳng nút song song với nhau có
khoảng cách giữa các mặt là dhkl, góc hợp bởi phương của tia tới và mặt phẳng nút là θ.

Hình 1. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg
Nếu hiệu số đường đi giữa 2 lia tới và tia phản xạ bằng một số nguyên lần bước sóng thì
sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu xạ.


Ta có: DEF – ABC = nλ
mặt khác: DEF – ABC = GE + EH = 2dhklsinθ
Do đó: 2dhklsinθ = nλ

(*)

=
d2
a2


Hệ tứ phương

a=b#c

(Tetragonal)

α = β = γ = 900

Hệ trực thoi

A# b# c

(Orthohombic)

α = β = γ = 900

Hệ lục phương

a=b#c

(Hexagonal)

α = β = 900, γ = 1200

1 (h 2 + k 2 ) l 2

PP đẳng nhiệt : m = m(t) hoặc m = m(t)-m0
Trong đó : T – nhiệt độ
t – thời gian

m – khối lượng mẫu
m0 – khối lượng mẫu ban đầu.


CHƯƠNG 3 : THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ
3.1. Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm
- Mẫu quặng đất hiếm Yên Phú


- axit H2SO4, các hóa chất cơ bản khác
- Lò nung
- Máy XRD :D8-Advanced tại Phòng phân tích khoáng vât - Viện Khoáng sản địa
chất.
- Máy ICP-MS (Viện Công nghệ xạ hiếm) (ICP-1) và ICP-AES (Trung tâm Thí
Nghiệm địa chất) ( ICP-2).
3.2. Kết quả phân tích mẫu quặng đất hiếm đầu vào
Thành phần của quặng Yên Phú theo phân tích ICP
Bảng 2 : Hàm lượng các nguyên tố trong các mẫu tinh quặng
ST
T
1
2
3
4
5
6

Cu
Rb
Sr
Nb
Zr
Pb
Y
La
Ce

Mẫu
Nguyên tố
ICPXRF
ICP-2
1
4,070 1,33 1,01
19,57
13,29
1,035
1,71
0,055
0,15
0,006
0,470 0,26 1,04
0,241
0,14
0,027
0,160 0,15 0,14
8,180 8,57
6,20


Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Tm
Er
Ho
Yb
Lu
Th
U
TREO
(TN)

38

TRE

39

TREO
(TT)

0,499 0,51
2,587 2,26
0,716 0,58

Kết quả XRD của mẫu đất hiếm Yên Phú-Yên Bái


Hình 1 : Giản đồ XRD của mẫu quặng đầu
Kết luận : Kết quả cho thấy mẫu tinh quặng đất hiếm chứa khoáng Xenotime – REPO 4.
Bên cạnh đó là sự có mặt của các thành phần có hàm lượng lớn khác như : Quartz - SiO2,
Talc - Mg3(OH)2Si4O10, Kaolinite – Al2(Si2O5)(OH)4, Illite – K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2H2O,
Goethite – FeO(OH), Calcite – CaCO3, Gibbsite – Al(OH)3. Kết quả phân tích thành phần
khoáng vật cho kết quả phù hợp với kết quả phân tích thành phần hóa học của tinh quặng.
Theo phương pháp này, khoảng hàm lượng xenotime của các mẫu đất hiếm Yên
Phú lần lượt nằm trong khoảng 24-26% (sai số ±5%).
Một điểm đáng lưu ý là sắt tồn tại trong các mẫu tinh quặng dưới dạng Fe 3+ và sự
có mặt của các nguyên tố khác như Si, Al, Ca, Mg thì mẫu tinh quặng này có thể bị
ximăng hóa trong một số điều kiện.
Khảo sát quá trình phân hủy nhiệt của mẫu
Ta có


Hình 3 : Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu tinh quặng
Qua các hình trên nhận thấy rằng trong khoảng nhiệt độ từ 200 đến 300 0C mẫu
tồn tại hai pic tỏa nhiệt (254.130C). Điều này là do sự phân hủy của một số chất không
phải xenotime như Illite – K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2H2O và do sự cháy của các hợp chất
hữu cơ có trong mẫu. Quá trình phân hủy tinh quặng bắt đầu diễn ra từ nhiệt độ khoảng
3000C, giản đồ XRD của mẫu tinh quặng Yc sau khi đã nung ở 300 0C/2h (hình 4) đã chỉ
ra điều này.


Hình 4 : Giản đồ XRD của mẫu tinh quặng đã nung ở 3000C/2h.
0
Theo đó, quặng sau khi nung ở 300Tinh


Bả rắn

Hình 5 : Ảnh SEM của mẫu tinh quặng.
3.3. Thu nhận đất hiếm từ quặng Yên Phú
Chiết dung môi
Rửa bã lọc
3.3.1. Sơ đồ công nghệ sử dụng
( bùn hóa)

Kết tủa oxalat
Lần 1
Nung và hòa tan


3.3.2. Tiến hành thí nghiệm
- Thí nghiệm được tiến hành với mẫu quặng Yên Phú được trộn với axit H2SO4 đặc, với
5% nước. Trộn đều và tiến hành nung phân hủy trong lò nung điện. Nhiệt độ phân hủy
350oC và thời gian phân hủy là 2h.
i. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỷ lệ axit đến hiệu suất phân hủy
 Tính toán lượng axit theo lý thuyết
Tính toán lượng axit cần để sunphát hóa các hợp phần của tinh quặng được trình bày
bảng sau .

Bảng 3 : Lượng axit tiêu tốn cho 100 g tinh quặng theo lý thuyết
TT

Nguyên tố

1

Dy2(SO4)3

Hàm
lượng
trong TQ
1.410
2.853
0.202
2.718
0.526
0.055
0.646
0.044
0.872

Hệ số tiêu tốn Lượng
axit
H2SO4/100g TQ
1.058315
1.4922
1.049251
2.9935
1.043293
0.2107
1.019417
2.7708
0.977394
0.5141
0.967105
0.0532

0.770
0.188
0.430
0.056
5.372

0.891449
0.879187
0.870337
0.849711
0.840000
1.653543

16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

Fe
Al

0.070
0.150
6.000
1.000
0.100
0.002
0.050

2.6344086
5.4444444
2.6775956
3.7692308
6.3913043
3.0688935
6.0493827
3.6658354
2.3131393
1.3543394
2.6372443

0.0517
0.6770
0.1636
0.3654
0.0470
8.8828
∑ = 19.655
25.132
8.167
0.509

(oC)

Thời
gian (h)

Tỷ lệ
A/Q

Hiệu suất
theo moxit (%)

0.8

Hiệu suất theo
bã rắn (%)
78.8

1

1C

250

2

2

2C

250

250

2

1.4

97.6

100

5

5C

250

2

1.6

94.3

100

6

6C

250



2

1.4

91.8

3

4C

250

2

1.4

97.6

4

9C

300

2

1.4

97.6

nhiệt độ từ 200 đến 2500C. Khi tăng nhiệt độ lên đến 3000C thì hiệu suất không thay đổi.
Hiệu suất giảm khi nhiệt độ lớn hơn 3000C.


Hình 6 : Giản đồ XRD của bã hòa tách mẫu
iii. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất của quá trình phân hủy tinh quặng
Thời gian là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới quá trình phân hủy tinh quặng
bên cạnh các yếu tố tỷ lệ A/Q và nhiệt độ. Ở một số nhiệt độ việc kéo dài thời gian phân
hủy có thể là tăng hiệu suất phân hủy. Mặt khác, các tỷ lệ A/Q khác nhau cũng cần thời
gian phân hủy khác nhau để thu được hiệu quả phân hủy phù hợp nhất. Do đó trong phần
này chúng tôi tiến hành phân hủy các mẫu tinh quặng với các tỷ lệ A/Q và thời gian khác
nhau. Nhiệt độ phân hủy được lựa chọn là 2500C. Hiệu suất của quá trình phân hủy ứng
với các điều kiện khác nhau được chỉ ra như bảng 6
Bảng 6 : Hiệu suất phân hủy Yc ở thời gian và tỷ lệ A/Q khác nhau
TT

Kí hiệu
mẫu

Nhiệt độ
(oC)

Thời gian
(h)

Tỷ lệ
A/Q

1



4

1.2

96.7

4

4C

250

2

1.4

97.6


5

12C

250

3

1.4


250

3

1.6

95.1

9

16C

250

4

1.6

84.1

Theo kết quả được chỉ ra trong bảng 6 và lập luận như trên, điều kiện phân hủy
như mẫu 14C là hợp lý để phân hủy mẫu tinh quặng Yên Phú.

KẾT LUẬN
Sau khi nghiên cứu, khảo sát dựa trên kết quả phân tích ICP, SEM, XRD, TGA, ta có :
- Điều kiện với mẫu quặng là 250 oC/2h, A/Q = 1.4. Sau khi xét đến các yếu tố kinh
tế thì điều kiện hợp lý để tiến hành phân hủy là: tỷ lệ A/Q = 1.2, nhiệt độ 250 0C
trong 4h hoặc tỷ lệ A/Q =1.4, nhiệt độ 300 0C trong 2h. Với các điều kiện này hiệu
suất phân hủy của mẫu tinh quặng là xấp xỉ 97%, ta thu được đất hiếm với hàm
lượng cao nhất từ quặng đầu vào.