Ảnh Hưởng Của Thời Gian Phân Hủy Đến Hiệu Suất Thu Hồi Đất Hiếm

Tỷ lệ quặng/H2SO4

Ảnh hưởng của tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm Đường cong trên hình 3.9 cho thấy khi tỷ lệ quặng/H2SO4 giảm từ 1/1 đến

1/4, hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng nhanh do lượng axit phản ứng tăng, khi tỷ lệ quặng/axit tiếp tục giảm từ 1/4 đến 1/6, hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm hầu như tăng không đáng kể vì axit bắt đầu dư so với lượng cần phản ứng và tỷ lệ quặng/H2SO4 thích hợp để tiến hành quá trình thủy luyện là 1/4.

3.2.2.3. Ảnh hưởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành với các điều kiện như trên với thời gian phân hủy được thay đổi từ 2 giờ đến 6 giờ. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất hiếm được trình bày ở hình

3.10 và phụ lục 7.

Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian phân hủy đến hiệu suất thu hồi đất hiếm Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng thời gian phân hủy hiệu suất thu hồi

đất hiếm tăng nhanh, khi thời gian phân hủy tăng từ 4 giờ đến 6 giờ, hiệu suất thu hồi đất hiếm hầu như không thay đổi. Điều này có thể được giải thích là do

ban đầu các phản ứng hòa tan các hợp chất như oxit kim loại, muối sắt trong quặng xảy ra nhanh, sau đó đến quá trình phá vỡ các cấu trúc silicat bền vững nên tốc độ xảy ra chậm hơn, sau 4 giờ các phản ứng gần như đạt cân bằng nên hiệu suất thu hồi đất hiếm không tăng thêm đáng kể nữa. Thời gian phân hủy thích hợp là 4 giờ.

3.2.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt đ xử lý quặng ban đầu đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành trong H2SO4 15 M, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, thời gian thủy luyện 4 giờ với quặng được xử lý nhiệt ở 3000C, 4000C, 5000C, 6000C và 7000C trong thời gian 2 giờ. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ xử lý quặng ban đầu đến hiệu suất thu nhận tổng oxit đất

hiếm được trình bày ở hình 3.11 và phụ lục 8.

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý quặng ban đầu đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi tăng nhiệt độ xử lý quặng ban đầu hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng lên, khi tăng nhiệt độ từ 5000C đến 7000C hiệu suất thu hồi đất hiếm hầu như không đổi. Vậy, nhiệt độ xử lý quặng ban đầu thích hợp cho quá trình thủy luyện là 5000C. Quặng được xử lý nhiệt ở 5000C trong 2 giờ là đối tượng cho những nghiên cứu tiếp theo.

Phương pháp thủy luyện bằng H2SO4 có gia nhiệt với quặng có xử lý nhiệt ban đầu ở 5000C trong 2 giờ, H2SO4 15 M, nhiệt độ thủy luyện 1800C, thời gian thủy luyện 4 giờ, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4 cho hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 86,8%.

3.2.3. Phương pháp thủy luyện bằng axit sunfuric dưới tác dụng của vi sóng

3.2.3.1. Ảnh hưởng của công suất vi sóng, nồng đ của a it đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Thí nghiệm được tiến hành với các dung dịch axit H2SO4 có nồng độ từ 12 M đến 18 M, công suất lò vi sóng từ 400 đến 1100 W, tần số 2450 MHz, bước sóng cỡ 12,24 cm, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, thời gian xử lý 50 phút. Các kết quả thí nghiệm được trình bày ở bảng 3.4.

. Ảnh hưởng của công suất vi sóng và nồng độ H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Công suất,

W

Hiệu suất thu hồi, %
H2SO4 12 M	H2SO4 15 M	H2SO4 18 M
400	20,1	22,2	23,4
600	23,6	24,1	26,5
800	63,3	82,0	82,5
900	73,7	87,7	87,8
1100	74,2	88,0	88,2

Có thể bạn quan tâm!

• Phương Pháp Tổng Hợp Phức Chất Đất Hiếm Với Axit Lactic
• Phương Pháp Sắc Kí Trao Đổi Ion Kết Hợp Với Chuẩn Đ Vi Lượng
• 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
• Sự Phụ Thuộc Hiệu Suất Thu Hồi Đất Hiếm Vào Nồng Độ Dung Dịch Naoh Từ Hình 3.16 Có Thể Nhận Thấy Hiệu Suất Thu Hồi Đất Hiếm Tăng Lên Theo
• Ảnh Hưởng Của Nồng Đ Muối Đẩy Đến Hệ Số Phân Bố Của La, Ce, Nd
• Nghiên Cứu Chiết Thu Nhận Xeri Và Đất Hiếm (Iii) Từ Tổng Oxit Đất Hiếm

Xem toàn bộ 149 trang tài liệu này.

Từ kết quả ở bảng 3.4 ta thấy khi tăng nồng độ axit hiệu suất thu hồi tăng, nếu tiếp tục tăng nồng độ axit từ 15 M đến 18 M hiệu suất thu hồi tăng không đáng kể. Công suất vi sóng ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất thu hồi vì khi vi sóng truyền qua dung dịch một phần năng lượng của nó bị phản xạ trở lại, một phần đáng kể hơn sẽ bị dung dịch hấp thu, năng lượng này chuyển hóa thành nhiệt lượng làm tăng tốc độ phản ứng hóa học trong dung dịch. Khi tăng công suất vi sóng từ 400 W đến 900 W, hiệu suất thu hồi tăng nhanh, tiếp tục tăng công suất vi sóng lên 1100 W hiệu suất thu hồi đạt bão hòa.

Điều kiện thích hợp cho quá trình thủy luyện vi sóng là: nồng độ axit H2SO4 15 M, công suất vi sóng 900 W.

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

Các thí nghiệm được tiến hành với H2SO4 15 M, công suất vi sóng 900 W, thời gian thủy luyện 50 phút, tỷ lệ quặng/H2SO4 thay đổi từ 1/1 đến 1/6. Kết quả

khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm bằng phương pháp thủy luyện vi sóng được trình bày ở hình 3.12 và phụ lục 9.

Tỷ lệ quặng/H2SO4

. Ảnh hưởng của tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm Đường cong trên hình 3.12 cho thấy khi tỷ lệ quặng/H2SO4 giảm hiệu suất

thu hồi đất hiếm tăng nhanh, khi tỷ lệ quặng/H2SO4 tiếp tục giảm từ 1/4 đến 1/6 hiệu suất thu hồi đất hiếm hầu như tăng không đáng kể và tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4 có hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 87,7% là thích hợp để tiến hành quá trình thủy luyện.

3.2.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thủy luyện đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, công suất vi sóng 900 W, axit H2SO4 nồng độ 15 M, thời gian thủy luyện được khảo sát từ 20 đến 70 phút. Kết quả thu được được trình bày ở hình 3.13 và phụ lục 10.

Hình 3.13. Ảnh hưởng của thời gian thủy luyện vi sóng đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Đường cong trên hình 3.13 cho thấy khi thời gian thủy luyện tăng lên hiệu suất thu hồi đất hiếm cũng tăng nhanh vì ở giai đoạn đầu dưới tác dụng của vi sóng các phản ứng hóa học trong dung dịch axit xảy ra rất mãnh liệt, khi thời gian thủy luyện tiếp tục tăng từ 50 phút đến 70 phút hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng không đáng kể do các phản ứng xảy ra trong dung dịch đạt cân bằng. Vậy, thời gian thích hợp để tiến hành quá trình thủy luyện là 50 phút với hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 87,7%.

Phương pháp thủy luyện vi sóng trong H2SO4 15 M, công suất vi sóng 900 W, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/4, thời gian phản ứng 50 phút, hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 87,7%. So với phương pháp thủy luyện bằng H2SO4 có gia nhiệt phương pháp thủy luyện vi sóng bằng H2SO4 có hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng không đáng kể (khoảng 1%) nhưng có ưu điểm là rút ngắn thời gian tiến hành thí nghiệm từ 4 giờ xuống 50 phút. Nhược điểm của phương pháp thủy luyện vi sóng là khó kiểm soát tốc độ phản ứng nên dễ gây cháy nổ, đòi hỏi thiết bị có độ an toàn cao.

3.2.4. Phương pháp thủy luyện bằng axit sunfuric ở nhiệt độ cao

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

Các thí nghiệm thủy luyện được tiến hành với 30 gam quặng kích thước 0,074 mm bằng axit sunfuric 98%, tỷ lệ quặng/H2SO4 được thay đổi từ 1/1 đến 1/5. Nhiệt độ nung là 6000C, thời gian nung 2 giờ. Kết quả nghiên cứu ảnh

hưởng của tỷ lệ quặng/H2SO4 đến hiệu suất thu hồi đất hiếm được trình bày ở bảng 3.5

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

hiếm

Tỷ lệ quặng/H2SO4

1/1	1/2	1/3	1/4	1/5
% khối lượng quặng bị hòa tan	9,1	9,9	10,5	10,6	10,6
Hiệu suất thu hồi đất hiếm, %	42,8	72,3	87,7	88,3	89,2

Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy khi giảm tỷ lệ quặng/H2SO4 phần trăm khối lượng quặng bị hòa tan và hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng lên. Điều này cho thấy

phản ứng xảy ra cần tiêu tốn nhiều axit vì khi đó xảy ra các phản ứng oxi hóa khử và hòa tan các hợp chất trong quặng đồng thời giải phóng khí SO2.

Khi tỷ lệ quặng/H2SO4 giảm xuống dưới 1/3, hiệu suất tăng rất ít. Vì vậy,

tỷ lệ quặng/H2SO4 thích hợp cho quá trình thí nghiệm là 1/3. Quá trình này tiêu tốn lượng axit ít hơn so với các quá trình thủy luyện đã nghiên cứu ở trên.

3.2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt đ nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm được tiến hành với tỷ lệ quặng/H2SO4 1/3, nhiệt độ nung quặng được thay đổi từ 4000C đến 7000C. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm và phần trăm khối lượng quặng hòa

tan được trình bày ở bảng 3.6

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Nhiệt độ nung, 0C

400	500	600	700
% quặng hòa tan	18,7	19,3	10,5	9,7
Hiệu suất thu hồi đất hiếm, %	65,8	80,3	87,7	88,1

0

Kết quả ở bảng 3.6 cho thấy khi tăng nhiệt độ nung từ 4000C đến 6000C hiệu suất thu hồi đất hiếm tăng vì khi tăng nhiệt độ tốc độ phản ứng tăng. Khi tăng nhiệt độ nung từ 6000C đến 7000C hiệu suất thu hồi tăng không đáng kể điều này cho thấy nhiệt độ thích hợp cho quá trình phản ứng là 6000C. Đáng chú ý là khi tăng nhiệt độ nung từ 5000C đến 6000C phần trăm quặng bị hòa tan giảm xuống, điều này có thể giải thích là ở nhiệt độ khoảng 6000C muối sắt(III) sunfat bị phân hủy nhiệt tạo thành Fe2O3 không tan theo phương trình:

Fe2(SO4)3

550650 CFe2O3 + 3SO3

2SO3 2SO2 + O2

3.2.4.3. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm được tiến hành ở 6000C, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/3, thời gian nung được thay đổi từ 0,5 đến 3,0 giờ. Kết quả được trình bày ở hình 3.14 và phụ lục 11.

Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian nung đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Kết quả trên hình 3.14 cho thấy khi tăng thời gian nung từ 0,5 giờ lên 2 giờ, thời gian nung ảnh hưởng mạnh đến hiệu suất thu hồi đất hiếm, nhưng khi tiếp tục tăng thời gian nung lên trên 2 giờ hiệu suất thu hồi tăng không đáng kể. Kết quả thí nghiệm cho thấy, thời gian thích hợp để thực hiện quá trình thủy luyện quặng bằng phương pháp axit sunfuric ở nhiệt độ cao là 2 giờ, hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 87,7%.

3.2.4.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng trong quá trình hòa tách đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện: tỷ lệ quặng/H2SO4 1/3, thời gian nung 2 giờ, nhiệt độ nung 6000C. Tỷ lệ rắn/lỏng trong quá trình hòa

tách được thay đổi từ 1/4 đến 1/12. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng đến hiệu suất thu hồi đất hiếm được cho ở hình 3.15 và phụ lục 12.

Hình 3.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn/lỏng trong quá trình hòa tách đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi giảm tỷ lệ rắn/lỏng trong quá trình hòa tách hiệu suất thu hồi tăng lên do lượng nước tăng làm tăng lượng đất hiếm hòa

tan vào dung dịch. Khi tỷ lệ rắn/lỏng 1/10, muối đất hiếm đã tan hoàn toàn vào dung dịch nên hiệu suất thu hồi không tăng nữa. Tỷ lệ rắn/lỏng thích hợp khi hòa tách 1/10.

Phương pháp thủy luyện bằng axit ở nhiệt độ cao được thực hiện trong H2SO4 98%, nhiệt độ 6000C, thời gian thủy luyện 2 giờ, tỷ lệ quặng/H2SO4 1/3, tỷ lệ rắn/lỏng khi hòa tách 1/10. Với những điều kiện này, hiệu suất thu hồi đất hiếm đạt 87,7%. So với phương pháp thủy luyện trong H2SO4 có gia nhiệt, phương pháp thủy luyện bằng axit sunfuric ở nhiệt độ cao không tăng đáng kể hiệu suất thu hồi đất hiếm nhưng rút ngắn thời gian phản ứng từ 4 giờ xuống còn 2 giờ, tỷ lệ quặng/H2SO4 giảm từ 1/4 xuống 1/3, sản phẩm sau khi hòa tách thu được Fe2O3 có màu đỏ tươi có thể sử dụng để chế tạo bột màu. Hiệu suất thu hồi đất hiếm bằng phương pháp axit sunfuric ở nhiệt độ cao tương đương với phương pháp vi sóng. Tuy nhiên, phương pháp này cần nhiệt độ cao và thiết bị chuyên dụng, tiêu hao nhiều năng lượng nên ít hiệu quả kinh tế.

3.3. Nghiên cứu thu hồi đất hiếm bằng phương pháp kiềm

3.3.1. Phương pháp thủy luyện bằng dung dịch NaOH ở áp suất thường

3.3.1.1. Ảnh hưởng của nồng đ dung dịch NaOH đến hiệu suất thu hồi đất hiếm

Các thí nghiệm được tiến hành với 30 gam quặng kích thước 0,074 mm, dung dịch NaOH có nồng độ thay đổi từ 1 M đến 10 M, thời gian thủy luyện là 2 giờ, tỷ lệ quặng/NaOH 1/5, nhiệt độ thủy luyện 3000C với hai loại quặng không xử lý nhiệt ban đầu và quặng có xử lý nhiệt ban đầu ở 5000C trong 2 giờ. Kết quả nghiên cứu được trình bày ở hình 3.16 và phụ lục 13.