Thực hành xác định các kim loại đất hiếm trong bùn đỏ để có thể sử dụng

PowerPoint Presentation BÀI 5 XÁC ĐỊNH CÁC KIM LOẠI ĐẤT HIẾM TRONG BÙN ĐỎ ĐỂ CÓ THỂ SỬ DỤNG GIỚI THIỆU Bùn đỏ là dư lượng của ngành công nghiệp chế biến bauxite thu được trong quá trình khai thác kiềm[.]

BÀI 5 : XÁC ĐỊNH CÁC KIM LOẠI ĐẤT HIẾM TRONG BÙN ĐỎ ĐỂ CÓ THỂ

SỬ DỤNG

GIỚI THIỆU

• Bùn đỏ là dư lượng của ngành công nghiệp chế biến bauxite thu được trong quá trình khai thác kiềm của alumina từ quặng bauxite

• Quy trình sản xuất alumina của Bayer bao gồm lọc quặng bauxite

bằng dung dịch natri hydroxit (NaOH) để chiết xuất khoáng alumina

có trong đó dưới dạng dung dịch natri aluminate (NaAl (OH) 4) Đồng thời, một phần ba đến một nửa tổng trọng lượng của quặng được sử dụng được thải ra dưới dạng bùn đỏ còn lại

Bùn đỏ chứa các nguyên tố chính sau:

sắt (III) oxit (Fe 2 O 3) 12-48% khối lượng

oxit canxi (CaO) 2-42% khối lượng

silica ( SiO2) 8-43 wt%

Titania (TiO2) 4-18 wt%

natri oxit (Na2O) 2-11 wt%

Tuy nhiên, bùn đỏ cũng chứa một lượng nhỏ vanadi (V) 0,1% khối

lượng, zirconi (Zr) 0,1% khối lượng, niobi (Nb) 100 ppm và các nguyên

tố đất hiếm (REE) 0,1-0,3% khối lượng

Do đó bùn đỏ được coi là nguyên liệu thứ cấp vì hàm lượng kim loại có giá trị của nó

Table 1 REE content of bauxites, Hungarian red mud and manganese deposit in Hungary

REE element (ppm)

deposit d

2 Thực nghiệm

2.1 Mục tiêu

Để trích xuất 60Co và 137Cs từ chất thải lỏng phóng xạ, một phương pháp

xử lý kết hợp đã được sử dụng Phương pháp bao gồm hai giai đoạn Trong giai đoạn đầu tiên, các hạt nhân phóng xạ phức tạp EDTA đã bị suy thoái và khoáng hóa bởi bức xạ UV và sưởi ấm với quá trình oxy

hóa

các chất và sau đó trong giai đoạn hạt nhân phóng xạ thứ hai

các ion đã được loại bỏ bằng cách hấp thụ sử dụng VNB

Để chuẩn bị các mô hình giải pháp của nghiên cứu này,

nồng độ hoạt động của chất phóng xạ của 137Cs và 60Co

trong mẫu chất thải phóng xạ lỏng điển hình được xác định bằng tiêu chuẩn y-spectrometry sử dụng phương pháp máy

dò tán xạ Gamma Műszaki Zrt (NaI) Bảng 1 cho thấy các phép đo được lấy từ

mẫu chất thải lỏng phóng xạ

Bảng 1 Mẫu chất thải lỏng phóng xạ điển hình

(Số đo 3/2/2015).

Hạt nhân Nồng độ hoạt động pH Vật chất khô axit boric EDTA

phóng xạ Bp dm -3 g dm -3 g dm -3 g dm -3

60 Co 1.23*10 4 12.5 85.23 120 4

137 Cs 2.51*10 5

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Nồng độ các nguyên tố phóng xạ được xác định bằng cách sử dụng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử iCE 3000 (AAS, Thermo khoa học, Hoa Kỳ) với một ngọn lửa không khí-C2H2 với tốc độ dòng 0,9 dm3 / phút

Các hóa chất được sử dụng làm tiêu chuẩn phân tích là tất cả các loại thuốc thử hoặc tốt hơn Ethylenediaminetetraacetic axit (EDTA), H3B03 , NaOH, H2O2, CoSO4 và CsCl được mua từ Merck (Đức) Tất cả đồ thủy

tinh và chai polyetylen được rửa kỹ và sau đó rửa sạch bằng nước siêu tinh khiết trước khi sử dụng

2.2.1 Sự thoái hóa các hợp chất phức tạp bởi nhiệt độ với một chất oxy hóa

Trong hệ thống được làm nóng (Hình 2), thoái hóa của EDTA, CoSO4 và H3BO3 phức tạp đã được nghiên cứu tỉ mỉ trong hai bộ điều kiện ở 60 và 70ºC với có và không có H2O2 ở nồng độ 30 mg dm-3 Mỗi

thử nghiệm kéo dài 1 giờ cho ba giải pháp với nhiều nồng độ CoSO4 (10, 20 và 40 mg dm-3).

Aliqots của các mẫu đã được thực hiện đều đặn, như vậy như 10, 30 và 60 phút Những giải pháp này

đã được ly tâm và khuấy với VNB trong 1 giờ Sau đó, các mẫu giải pháp, có và không có VNB, đã được phân tích để xác định nồng độ Co (II)

2.2.2 Sự thoái hóa các phức hợp bởi bức xạ UV và chất oxy

hóa

Các khía cạnh của sự thoái hóa quang xúc tác với EDTA, CoSO 4và H3B03 đã được nghiên cứu Hiệu quả suy thoái đã được nghiên cứu chi tiết bằng cách sử dụng một hệ thống bức xạ tia cực tím trong phạm vi 280-315 nm

và ở 0,15 W m -2 (Hình 3) theo các điều kiện dưới đây:

1 chỉ với đèn UV;

2 UV và O2 với tốc độ dòng chảy 70 dm 3 /h

3 UV, O2 và H2O2 ở nồng độ 3 mg dm-3;

4 UV, O2 và TiO2

5 UV, O2, TiO2 và H2O2.

Mỗi thí nghiệm kéo dài trong 2 giờ cho ba giải pháp sử dụng nồng độ CoSO4 khác nhau (10, 20,

và 40 mg dm-3) Các mẫu được lấy thường xuyên khoảng thời gian 10, 30, 60 và 120 phút Các giải pháp được

ly tâm và khuấy với VNB trong 1 giờ Sau đó,các mẫu giải pháp, có và không có VNB, được phân tích

để xác định nồng độ Co (II)

2.2.3 Hấp phụ các nguyên tố phóng xạ lên VNB.

Các thí nghiệm về sự hấp phụ của Co(II) và Cs+ lên bentonite đã được thực hiện theo các đợt để xác định

thời gian hấp phụ và các đường đẳng nhiệt cân bằng Một thể tích 30 cm3

dung dịch phóng xạ lúc ban đầu

nồng độ CoSO4 (10, 20 và 40 mg dm-3); và CsCl (60 và 120 mg dm-3) được khuấy với bentonite trong 1 giờ trong phạm vi pH từ 12 đến 13, tùy thuộc vào nồng độ ban đầu của EDTA và H3B03 trong mô hình giải pháp Các

mẫu được lấy theo định kỳ, ly tâm và nồng độ của các ion Co(II) và Cs+ đã được đo

2.2.4 Đường đẳng điện nhiệt hấp thu:

Để đánh giá khả năng hấp phụ của các ion lên bentonite, mô hình đường đẳng nhiệt Langmuir

và Freundlich đã được sử dụng Trên cơ sở thực nghiệm dữ liệu, các thông số điển hình của quá trình hấp thụ được xác định bằng phương pháp hồi quy tuyến tính.Phương trình Langmuir được cho bởi:

qe = qm ka Ce / (1 + Ka Ce) (1)

Dạng tuyến tính của nó là

Ce / qe = (1 / qm) Ce + 1 / (Ka qm ) (2)

Trong đó qe là lượng ion bị hấp phụ (mg g -1 ) tại cân bằng; Ce là nồng độ cân bằng (mg dm -3 ); qm

là khả năng hấp phụ tối đa (mg dm -3 ); và Ka là hằng số cân bằng hấp phụ Một sơ đồ của Ce / qe so với

Ce dự kiến sẽ đưa ra một đường thẳng với một

gadient 1 / qm và phần mặt phẳng bị chắn 1 / (Ka pm) Phương trình Freundlich được cho bởi:

Qe. = Kf Ce l/n

Dạng tuyến tính của nó là:

ln qe = ln Kf + (1 / n) ln Ce (4)

Trong đó Kf và n là hằng số.

KẾT QUẢ

• bùn đỏ có chứa một số khoáng sản bao gồm: đá sodalit, cancrinite, hydrated casilactes, tri – calcium aluminates, hydrocalumites, calcite/ aragonite, sodium carbonates

• Hematit có mặt trong tất cả các quặng boxit, quy định màu đỏ của

quặng này

• Boehmit, gibbsite và anatase, rutile ( cả TiO2 ) là các khoáng chất

thường có trong quặng boxit

• Cancrinite với xác suất cao được hình thành ở nhiệt độ cao trong quá trình chưng cất boxit loại boehmite Perovskite và calcite là phổ biến trong quặng boxit do bổ sung vôi trong quá trình Bayer

Các vi ảnh cho thấy bùn đỏ vẫn ổn Bột có kích cỡ hạt đa dạng, chủ yếu

là với các hạt nhỏ hơn 10 µm Các

hạt lớn hơn cũng được phát hiện và những người xuất phát từ sự kết tụ của các hạt nhỏ hơn Các đỉnh của các thành phần chính như vậy như

Fe, Al, Ca, Na, Si, Ti được quan sát

thấy trên phổ EDS (Hình 3) đồng ý với kết quả XRD và dữ liệu tài liệu

(Pascual et al., 2009).

TIÊU HÓA VI SÓNG

• So sánh cấu hình nhiệt độ và áp suất trong quá trình phân hủy vi sóng

để sử dụng axit 1HNO3: 3HCl có hoặc không có mẫu bùn đỏ được thể hiện trong hình 3 Áp suất cao nhất (17 bar) trong các lò vi sóng được ghi lại trong trường hợp dung dịch axit không có màu đỏ bùn Do hiệu ứng nhiệt, sự phân hủy axit xảy ra trong các bình kín theo các phương trình sau(phương trình 1-2):

• 4HNO3→ 4NO2 + O2 + 2H2O (1)

• 2HCl→ Cl2 + H2 (2)

Hàm lượng nồng độ của REE

trong bùn đỏ

• Tổng lượng REEs (ppm) của bùn đỏ cao hơn trong các giải pháp thu

được sau lò vi sóng tiêu hóa kết hợp các axit khác nhau (trừ sự hòa tan trong HNO3) Giá trị cao nhất của các công ty chứng khoán (923 ppm)

đã được phát hiện để giải thể màu đỏ bùn trong nước cường toan

(Bảng 4)

• Tuy nhiên, giá trị này thấp hơn so với báo cáo trong tài liệu, nơi dành cho các yếu tố của REE 1500-2500 con số ppm được đưa ra ) Các sự khác biệt quan sát có thể là do khác nhau thủ tục / axit áp dụng cho

việc xác định các yếu tố Sự cải thiện của việc giải thể Có thể thực hiện các RAT bằng cách lọc bùn đỏ bằngaxit nitric loãng dẫn đến chọn lọc và hiệu quả sự phục hồi của các công ty chứng khoán

Kết luận

• Dữ liệu cấu trúc của bùn đỏ trước quy trình tiêu hóa cho thấy sự hiện diện của các thành phần khoáng chất chính như bohmite, rutile,

hematite, calcite, hydrogarnet, perovskite, cancrinite và gibbsite Các phân tích SEM-EDX đã cung cấp thông tin về hình thái và về nguyên tố chính (cao như Fe, Al, Na, Ca, Na, Si, Ti) và nguyên tố phụ (dưới 1 wt

%: Mg, Mn, S, K , V, Cr) thành phần của bùn đỏ Không phát hiện được các loại thuốc có nồng độ thấp (ở mức ppm) bởi SEM-EDX

• Bùn đỏ của Ajka chứa các yếu tố sau theo thứ tự giảm dần theo đến nội dung trung bình của họ: Ce (371)> La (141)> Nd (86) > Pr (81)> Y (74)> Sc (53)> Sm (37)> Gđ (6)> Hồ (4) > Ê (1)

Phương pháp chiết vi sóng có thể là

đề nghị xác định đất hiếm thành

phần kim loại của bùn đỏ vì nó

nhiều hơn hiệu quả hơn phương

pháp tắm cát trên tổng số giải thể

các côn ty chứng khoán