Sơ Đồ Thí Nghiệm Và Kết Quả Làm Giàu Đất Hiếm Từ Mẫu Nghiên Cứu Tuyển

7,00

0,00

Manhetit

Tuyển từ ướt

100,00

(800 - 1000 ostet)

(8000 - 10000 ostet)

Mẫu nghiên cứu Làm giàu đất hiếm

Tuyển từ ướt

Tỷ lệ

0,63

100

thu hoạch, γ, %

Hàm lượng

đất hiếm β, %

Thực thu đất hiếm ε, %

0,15

Sản phẩm có từ

Sản phẩm không từ

69,88

14,95

7,58

0,07

Sản phẩm giàu đất hiếm

Mica

Tuyển nổi

3,80

0,75 15,54

84,3

Hình 3.2. Sơ đồ thí nghiệm và kết quả làm giàu đất hiếm từ mẫu nghiên cứu Tuyển từ ở cường độ thấp tách được khoáng vật có từ tính mạnh như manhetit.

Tuyển từ ở cường độ cao tách được octit và các khoáng vật có từ tính yếu như mica, ferropargasit… ra khỏi các khoáng vật không từ chủ yếu là fenspat, thạch anh và khoáng vật amphibon khác.

Khoáng vật đất hiếm có tính chất từ giống như một số khoáng vật silicat sắt (ferropargasit), mica (kinoshitalit). Để tách các khoáng vật này ra khỏi nhau phải sử dụng tính nổi của các khoáng vật. Trong công đoạn tuyển nổi này, chúng tôi sử dụng chất tập hợp AНП14 tách được mica ra khỏi khoáng vật octit và các khoáng vật khác.

ảng Tổng hợp kết quả tuyển tách sản phẩm giàu đất hiếm từ mẫu nghiên cứu

Các sản phẩm

Trọng lượng, g	Tỷ lệ thu hoạch γ, %	Hàm lượng đất hiếm β, %	Thực thu đất hiếm, ε, %
Manhetit	1.870	7,00	0,00	0,00
Sản phẩm không từ	18.410	69,88	0,15	14,95
Sản phẩm giàu đất hiếm	4.100	15,54	3,80	84,30
Mica	2.000	7,58	0,07	0,75
Quặng đầu	26.380	100,00	0,63	100,00

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.

Tổng hợp kết quả trên bảng 3.2 cho thấy, đã nâng cao được hàm lượng đất hiếm Ln2O3 từ 0,63% lên 3,80% (hệ số làm giàu khoảng 6 lần) đạt tỷ lệ thực thu khá cao đến 84,30%. Ngoài sản phẩm giàu đất hiếm, còn thu được một số sản phẩm phụ đạt tiêu chuẩn hàng hóa có giá trị kinh tế như tinh quặng manhetit, mica.

3.1.3. Kết quả phân tích thành phần mẫu quặng trong phân đoạn giàu đất hiếm

là Ca2Ce3(SiO4)(Si2O7)(O,OH) là khoáng vật silicat có chứa các NTĐH chủ yếu

nhóm xeri.

Mẫu quặng sau khi làm giàu đất hiếm được xác định cấu trúc pha tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. Kết quả trên giản đồ nhiễu xạ tia X ở hình 3.3 cho thấy, thành phần khoáng vật không từ như là kaolinit, albit được tách ra khỏi mẫu quặng. Ngoài các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho pha tinh thể của ferropargasit, mica (kinoshitalit, cường độ vạch giảm xuống rõ rệt là do công đoạn nổi đã tách được phần lớn khoáng vật này) còn các vạch nhiễu xạ đặc trưng cho sự xuất hiện pha tinh thể của allanit xeri (octit) có công thức hợp thức chung

Pha Ferropargasit NaCa2Fe4AlSi6Al12O22(OH)2 Pha Kinoshitalit BaMg3Al2Si2O10(OH)2

Pha Allanit Ca2Ce3…(SiO4)(Si2O7)(O,OH) Pha Quartz SiO2

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu quặng sau tuyển làm giàu đất hiếm Thành phần hóa học mẫu quặng giàu đất hiếm sau tuyển được xác định

bằng phương pháp phân tích định lượng. Kết quả hàm lượng các nguyên tố (tính theo tổng oxit), cho thấy hàm lượng Al2O3 và SiO2 giảm xuống rõ rệt điều này có thể giải thích do hai thành phần này có hàm lượng lớn trong phần khoáng vật

không từ được tách ra, tương tự hàm lượng Na2O, MgO, BaO. Ngược lại, hàm lượng Fe2O3 tăng lên do pha ferropargasit chứa sắt là khoáng vật có từ tính. Kết quả phân tích hóa học thành phần quặng sau tuyển làm giàu đất hiếm được trình bày đầy đủ trong bảng 3.3.

ảng . Thành phần hóa học của phân đoạn giàu đất hiếm sau tuyển

Chỉ tiêu	Thành phần, %	TT	Chỉ tiêu	Thành phần, %
1	Al2O3	4,33	7	TiO2	0,41
2	CaO	5,11	8	CuO	0,28
3	Fe2O3	26,10	9	MnO2	0,15
4	Na2O	1,42	10	U3O8	0,008
5	MgO	1,40	11	ThO2	0,003
6	SiO2	41,20	12	Ln2O3	3,80

Kết qủa phân tích cho tổng oxit đất hiếm chiếm 3,80% khối lượng.

Quá trình tuyển từ và tuyển nỗi bã thải tuyển quặng đồng Sin Quyền thu được phân đoạn giàu đất hiếm với hàm lượng đất hiếm được nâng từ 0,63% đến 3,8%. Trong phần này, chúng tôi sử dụng phương pháp ướt để xử lý thu hồi tổng oxit đất hiếm từ phân đoạn giàu đất hiếm.

3.2. Nghiên cứu thu hồi đất hiếm bằng phương pháp axit

3.2.1. Nghiên cứu thu hồi đất hiếm bằng phương pháp ngâm chiết với axit

Trong phần này, các axit HCl, HNO3, H2SO4 được sử dụng để nghiên cứu phân hủy quặng nhằm thu hồi đất hiếm. Phân đoạn quặng giàu đất hiếm được ngâm chiết có khuấy trộn trong dung dịch axit ở điều kiện thường với các yếu tố: bản chất axit, nồng độ axit, tỷ lệ quặng/axit và thời gian ngâm chiết được khảo sát.

3.2 1 1 Phương pháp ngâm chiết bằng a it clohidric

Thí nghiệm nghiên cứu khả năng ngâm chiết phân đoạn quặng giàu đất hiếm bằng dung dịch axit clohidric được tiến hành trong thời gian là 3 ngày với những tỉ tỷ lệ quặng/HCl lần lượt là 1/1, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6 và nồng độ axit 4 M, 8 M, 12 M để đánh giá hiệu suất thu hồi đất hiếm. Kết quả được trình bày ở hình 3.4 và phụ lục 1.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl và tỷ lệ quặng/HCl đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Từ hình 3.4 ta thấy hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng lên theo chiều giảm tỉ lệ quặng/HCl và theo chiều tăng nồng độ dung dịch HCl. Khi tỉ lệ quặng/HCl giảm từ 1/4 đến 1/6, hiệu suất thu hồi bằng dung dịch HCl tăng không đáng kể. Hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt giá trị 11,0% với dung dịch HCl 12 M, tỷ lệ quặng/HCl là 1/4.

3.2 1 Phương pháp ngâm chiết bằng axit nitric

Thí nghiệm nghiên cứu hiệu suất thu hồi đất hiếm từ phân đoạn giàu đất hiếm bằng dung dịch HNO3 được tiến hành trong thời gian là 3 ngày với những tỉ tỷ lệ quặng/HNO3 và nồng độ axit khác nhau. Kết quả được trình bày ở hình 3.5 và phụ lục 2.

HNO3 12

HNO3 8 M

HNO3 4 M

Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 và tỷ lệ quặng/HNO3 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng lên theo chiều giảm tỉ lệ quặng/HNO3 và theo chiều tăng nồng độ dung dịch axit HNO3 được thể hiện rõ trên hình 3.5. Khi tăng nồng độ HNO3 tốc độ phản ứng tăng, khả năng oxi hóa của HNO3 tăng lên. Khi tỉ lệ quặng/HNO3 giảm từ 1/4 đến 1/6, hiệu suất thu hồi đất hiếm bằng dung dịch HNO3 gần như không đổi. Hiệu suất thu hồi đạt 14,9% với dung dịch HNO3 12 M, tỷ lệ quặng/HNO3 là 1/4.

3.2 1 Phương pháp ngâm chiết bằng axit sunfuric

Thí nghiệm nghiên cứu khả năng ngâm chiết phân đoạn giàu đất hiếm bằng dung dịch axit sunfuric được tiến hành trong thời gian 3 ngày với những tỉ tỷ lệ quặng/H2SO4 và nồng độ axit khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit đến hiệu suất thu hồi đất hiếm. Kết quả được trình bày ở hình 3.6 và phụ lục 3.

H2SO4 18M H2SO4 15M H2SO4 12M H2SO4 8M

H2SO4 4M

Tỷ lệ quặng/H2SO4

Ảnh hưởng của nồng độ axit H2SO4 và tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Kết quả trên hình 3.6 cho thấy khi tăng nồng độ axit, giảm tỷ lệ quặng/H2SO4 hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng. Tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, hiệu suất thu hồi đạt bão hòa ở các nồng độ. Trong những điều kiện đã cho, hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 24,8% khi dùng H2SO4 18 M, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4.

Thí nghiệm ngâm chiết phân đoạn giàu đất hiếm được thực hiện với các dung dịch HCl 12 M, HNO3 12 M, H2SO4 12 M, 15 M và 18 M. Tỷ lệ khối lượng quặng/axit

1/4. Kết quả thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian ngâm chiết đến hiện suất thu hồi tổng oxit đất hiếm được thể hiện ở hình 3.7 và phụ lục 4.

H2SO4 18 M

H2SO4 15 M

H2SO4 12 M

HNO3 12 M

HCl 12 M

Ảnh hưởng của thời gian ngâm chiết đến hiệu suất thu hồi đất hiếm Kết quả ở hình 3.7 cho thấy nồng độ H2SO4 càng cao và thời gian ngâm chiết

càng dài hiệu suất thu hồi đất hiếm càng tăng vì khi tăng thời gian phản ứng và nồng

độ axit lượng chất trong quặng phản ứng hòa tan vào dung dịch axit nhiều hơn. Thời gian ngâm chiết từ 3 ngày trở lên, hiệu suất thay đổi không đáng kể do quá trình hòa tan đạt bão hòa. Hiệu suất thu hồi đất hiếm bằng quá trình ngâm chiết giảm dần theo thứ tự H2SO4 > HNO3 > HCl vì ở nhiệt độ thường H2SO4, HNO3 có tính oxi hóa hơn HCl. Hiệu suất thu hồi đất hiếm bằng phương pháp ngâm chiết bằng các dung dịch axit tương đối thấp là do trong khoáng octit các kim loại đất hiếm được bao bọc bởi các nhóm silicat nên việc phá vỡ lớp bao bọc này khó khăn ở nhiệt độ thường.

Như vậy, hiệu suất thu hồi đất hiếm chỉ đạt cao nhất 24,8% với axit sunfuric 18 M, thời gian ngâm chiết 3 ngày, tỷ lệ quặng/H2SO4 là 1/4.

3.2.2. Phương pháp thủy luyện có gia nhiệt bằng dung dịch axit sunfuric

Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu suất của quá trình thủy luyện tinh quặng đất hiếm bằng phương pháp ngâm chiết với các loại axit chưa mang lại hiệu quả vì hiệu suất thu hồi đất hiếm khá thấp. Chính vì vậy, cần phải tiến hành các thí nghiệm thủy luyện dưới tác dụng của các nguồn năng lượng khác như nhiệt độ, năng lượng vi sóng, áp suất… Hiệu suất thu hồi đất hiếm phụ thuộc

vào các yếu tố như: nồng độ axit, tỷ lệ khối lượng quặng/axit, nhiệt độ và thời gian phân hủy.

3.2.2.1. Ảnh hưởng của nồng đ a it sunfuric đến hiệu suất thu hồi đất hiếm ở nhiệt đ khác nhau

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành với 30 gam quặng đã tuyển kích thước 0,074 mm bằng axit H2SO4 có nồng độ từ 12 đến 18 M trong bình cầu 250 mL, tỷ lệ quặng/axit 1/4, nhiệt độ thủy luyện 1200C, 1500C và 1800C,

thời gian thủy luyện 4 giờ với loại quặng không được xử lí nhiệt và quặng được xử lý nhiệt ban đầu ở 5000C trong 2 giờ, tốc độ khuấy 100 vòng/phút. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit và nhiệt độ đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở hình 3.8 và phụ lục 5.

Nồng độ H2SO4, M

a. Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thủy luyện ở 1200C

Nồng độ H2SO4, M

b. Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thủy luyện ở 1500C

nhau.

Nồng độ H2SO4, M

c. Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thủy luyện ở 1800C

Hình 3.8. Hiệu suất thủy luyện quặng ở nhiệt độ và nồng độ H2SO4 khác

Từ hình 3.8 cho thấy, hiệu suất thu hồi đất hiếm đối với loại quặng được

xử lý nhiệt ban đầu cao hơn quặng không được xử lý nhiệt vì khi xử lý nhiệt ban đầu đã giải phóng nước kết tinh trong quặng, đốt cháy các tạp chất đi kèm trong quá trình tuyển và phá vỡ một phần cấu trúc quặng chuyển sang dạng có khả năng phản ứng cao hơn. Khi tăng nhiệt độ thủy luyện hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng do tốc độ phản ứng thủy luyện tăng. Khi tăng nồng độ H2SO4 hiệu suất phân hủy quặng tăng và tăng không đáng kể khi tiếp tục tăng nồng độ H2SO4 lớn hơn 15 M. Vì vậy, điều kiện thích hợp cho quá trình thủy luyện quặng được xử lý nhiệt ban đầu bằng axit H2SO4 là nồng độ H2SO4 15 M và nhiệt độ thủy luyện

1800C.

3.2.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm thủy luyện phân đoạn giàu đất hiếm được xử lý nhiệt ban đầu ở 5000C tiến hành với H2SO4 15 M, nhiệt độ thủy luyện 1800C, tỷ lệ quặng/H2SO4 được thay đổi từ 1/1 đến 1/6. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở hình

3.9 và phụ lục 6.