A Đặt vấn đề Từ lâu việc khai thác chế biến đất mối quan tâm nhiều quốc gia có công nghiệp mạnh giới Tuy nhiên mỏ quặng lớn lại nằm quốc gia chưa đầu tư mạnh sản xuất đất Việt Nam Việc khai thác thô sơ bán sản phẩm chất lượng thấp làm thất thoát nguồn tài nguyên quan trọng quốc gia Vì báo cáo công nghệ chế biến Monazite đóng góp phần thông tin công nghệ chế biến Monazite giới phù hợp với điều kiện sản xuất nước ta B Tổng quan quặng monazite Khái niệm Monazite loại khoáng vật phốt phát chứa kim loại đất Nó thường tồn dạng tinh thể nhỏ riêng lẻ Công thức hóa học chung có dạng (Ce, La)PO4 Monazite loại quặng quan trọng Thori, Lantan Xê ri Phân loại Tùy thuộc thành phần nguyên tố tương đối khoáng vật người ta phân chia thành loại chủ yếu: - Monazite – Ce (Ce, La, Nd, Th)PO4 Monazite – La (La, Ce, Nd)PO4 Monazite – Nd (Nd, La, Ce)PO4 Monazite – Sm (Sm, Gd, Ce, Th)PO4 Lịch sử phát triển Cát Monazite lần tìm thấy Brazil Carl Auer von Welsbach vào năm 1880, ông tìm kiếm nguồn Thori cho phát minh Cát Monazite từ nhanh chóng sử dụng nguồn cung cấp Thori trở thành tảng công nghiệp đất Sau thời gian ngắn khai thác Bắc Carolina người ta phát mỏ Monazite lớn nam Ấn Độ tập trung khai thác trước Chiến tranh giới Sau Thế chiến hoạt động khai thác mỏ lớn chuyển dần tới Nam Phi Bolivia, phần khác Úc Những năm 60 kỉ 20 việc sử dụng Monazite giảm bớt khó khăn xử lý phóng xạ Thori hàm lượng Thori quặng khác tìm cao hơn, nhiên dự đoán nhà khoa học tương lai Monazite lại sủ dụng nhiều cho ngành lượng hạt nhân Phân bố - Trữ lượng Trên giới: Quặng monazite với hàm lượng Thori cao tìm thấy nhiều Brazil, Nam Phi, nhiên không khai thác Quặng có hàm lượng Thori thấp có Malawi Burundi Theo số liệu năm 1990 trữ lượng quặng đất vào khoảng 84 triệu tấn, nửa nằm Trung Quốc Trữ lượng quặng Monazite theo số liệu ước tính vùng: Australia 6500 tấn, Brazil 1900 tấn, Ấn Độ 2030 tấn, Malaysia 1740 tấn, Nam Phi 1000 tấn, USA 2000 tấn… Tại Việt Nam: Trong sa khoáng ven biển, Monazite tập trung Xenotime Ilmenite với mức hàm lượng khác trải dài ven biển từ Quảng Ninh đến Vũng Tàu Sa khoáng lục địa Monazite thường phân bố thềm sông suối điển Bắc Bù Khạng (Nghệ An) - Pom Lâu – Bàn Tằm, Châu Bình, Kỳ Khang , Cầm Hòa (Hà Tĩnh), Thừa Thiên Huế, Hàm Tân (Bình Thuận),Núi Thành (Quảng Nam) Tuy nhiên chưa có nghiên cứu cụ thể khảo sát đánh giá trữ lượng quặng Monazite mỏ - Tính chất chung Công thức hóa học chung: (Ce, La)PO4 Màu: nâu đỏ, vàng nhạt, hồng, nâu, lục, xám Dạng tinh thể phổ biến: Lăng trụ Hệ tinh thể: đơn tà Độ cứng Mohs: 5,0 – 5,5 Tính mờ: Trong suốt đến đục Tỷ trọng riêng: 4,6 – 5,7 (4,98 – 5,43 với Monazite – Ce) Phóng xạ giàu Thori, có tính thuận từ Ứng dụng Tách Thori Oxit phục vụ công nghệ hạt nhân, nguyên liệu điều chế chất đốt cho lò phản ứng hạt nhân Tách Xê ri sử dụng công nghệ silicat, làm chất huỳnh quang bột đánh bóng Tách số nguyên tố đất khác (có hàm lượng nhỏ) ứng dụng công nghệ điện tử C Công nghệ chế biến quặng Monazite theo phương pháp Kiềm Tách làm giàu quặng Monazite Phân hủy chế biến quặng Monazite Phân hủy chế biến quặng Monazite theo phương pháp Kiềm tiến hành theo sơ đồ Các bước tiến hành cụ thể: (1) (2) (3) (4) Làm giàu monazite: quặng Monazite sàng qua sàng cỡ hạt 200mm với sai khác tối đa 10% Sản phẩm đạt yêu cầu làm ẩm, hạ nhiệt độ đưa dạng huyền phù không vón cục Chuẩn bị dung dịch kiềm: Hòa tan NaOH rắn tạo dung dịch NaOH 65% trước chuẩn bị công đoạn phân hủy Monazite Phân hủy monazite: Trộn từ từ dung dịch NaOH với quặng Monazite, gia nhiệt giữ nhiệt độ 140-145oC 2-5 giờ, thông thường từ 3-4 giờ, đến hiệu suất phân hủy đạt từ 98-100% Tuần hoàn chế biến lại: Có trường hợp a Trong trường hợp trình chế biến tạo nước sạch, khoảng 5,5m3 Nước nhiệt độ lớn 50oC sử dụng, tốt khoảng 70-80oC b Trong trường hợp có nước đến từ công đoạn lắng gạn tận dụng, khoảng 6,5m3, bao gồm 5m3 nước Công đoạn lắng gạn lần II (11), 1,5m3 NaOH nồng độ 130g/l đến từ trình thu hồi (9) sau loại bỏ nước trình (7) Quá trình chế biến lại thực nhiệt độ lớn 60oC, tốt 7085oC Ưu điểm trình tuần hoàn nước cái: Tuần hoàn nước sử dụng làm mát cho thiết bị lọc (12), tái sinh bảo vệ vải lọc, tận dụng NaOH đưa vào trình phân hủy (3) thu hồi xút tối đa tiết kiệm tài nguyên (5) (6) (7) (8) (9) Lắng gạn lần I: Hỗn hợp sau phân hủy Monazite NaOH hỗn hợp hydroxit không tan Na3PO4 dạng huyền phù Việc tách riêng Photphat Natri thực trình lọc, nhiên sử dụng trình lắng gạn đặt hiệu tốt Kết tinh Na3PO4: Thực đơn giản thiết bị kết tinh Lọc: Na3PO4 kết tinh loại bỏ bớt nước trình lọc rửa Sản xuất phốt phát: Khoảng 1,5 Na3PO4.12H2O sản xuất theo công đoạn tương ứng với khoảng 45% lượng Xút dung cho trình phân hủy quặng (3) chứa 90% P2O5 có quặng ban đầu Các tinh thể thu có chất lượng thương mại bán thị trường Thu hồi Xút ăn da: Nước (9) tập trung thiết bị lọc dung dịch NaOH nồng độ khoảng 120-150 g/l 4-5 g/l P2O5 tương ứng với 4045% lượng NaOH dùng phân hủy quặng Khoảng 3,5 m3 thu hồi Nước sử dụng cho công nghiệp chế tạo xà phòng chất tẩy rửa (10)Cô đặc nước sau kết tinh: Nước trình cô đặc công đoạn (10) trình bay sử dụng lại để phân hủy NaOH công đoạn (3), giúp tiết kiệm 40-50% lượng NaOH cần ban đầu (11)Lắng gạn lần II: Hydroxit xử lý lại lần Lần trình thực nhiệt độ cao 25oC, tốt 40-50oC Sau lắng gạn, khoảng 20% lượng ban đầu, tức 1,1-1,5m3 huyền phù tách ra, chứa khoảng 700kg Oxit (12)Lọc rửa: Sau lắng gạn lần II, trình lọc thực nhiệt độ thấp mà không lo ngại vấn đề kết tinh ăn mòn thép thiết bị Dung dịch NaOH 80 g/l rửa với nước, sau xử lý lại rửa triệt để P2O5 đến 1% khối lượng tổng, tốt khoảng 0,4% Sản phẩm thu dạng bánh với 60% Oxit (13)Tách nguyên tố đất Thori: Quá trình phải thực theo cách sau: a Phương pháp hòa tan Hydroxit phân hủy HCl, HNO3 H2SO4 với lượng dư khoảng 5% so với khối lượng lý thuyết cần thiết Dung dịch lọc tách Thori kết tủa chất phụ gia trợ lọc trợ kết tủa, điều chỉnh trì pH = b Phương pháp trích ly HCl thêm từ từ vào hỗn hợp Hydroxit với nước, tương ứng với khối lượng lý thuyết cần thiết Quá trình trích ly tiến hành vài kiểm soát pH cẩn thận tránh dư axit, cuối trình pH đạt 3,2 (14)Lọc: dung dịch lọc với chất trợ lọc thêm vào tiến hành sau: a Hơn 95% đất bị hòa tan trình phân hủy quặng, nằm dạng clorit gần tinh khiết (15) với P2O5, SO3, ThO2, Fe2O3 tự do, chuyển đổi tách thành Clorit thương mại (16) cacbonat tinh khiết kết tủa Na2CO3 (17) b Toàn Thori bị phân hủy, Uranium tập trung đến 90% ThO2/Tổng oxit khoảng 3% P2O5 (19) Phân hủy mới: Thori hòa tan axit HCl HNO3, trừ axit H2SO4, với lượng khoảng 50% so với lượng ThO2 Nếu quặng có chứa Silic tạp chất khó lọc, sử dụng thêm bước lọc phụ trước vào trình phân hủy (20) Lọc: Cặn sau phân hủy tách cách lọc, rửa thông thường không tách Chúng chiếm 0-2% lượng quặng đưa vào ban đầu (bã 21) (22) Kết tủa lọc (tách Thori): Thori trộn vào khoảng 125kg dung dịch H2SO4 lạnh loãng, sau lọc kết tủa Thori thương phẩm (23) sản xuất theo cách có hiệu suất khoảng 90% (24) Kết tủa lọc tách đất hiếm: Phần Thori dư nước phục hồi cách bổ sung K2SO4 tới nồng độ khoảng 30 g/l, nhiệt độ thấp Thori kết tủa dạng sulfat kép Kali Thori, mang theo đất lại dung dịch Uranium Uranium thu lại cách trung hòa nước cái, cô đặc xử lý với Na2CO3 NaOH (26) Phân hủy xút lọc: Sunfat kép phân hủy xút (26), dung dịch rửa tận dụng quay vòng lại công đoạn (13), giúp tận dụng 10-12 Thori 1-2% đất sót lại D Kết luận Đất nguồn tài nguyên quý nhiều nước giới có nhu cầu khai thác sử dụng cao Việt Nam số nước có nhiều mỏ quặng lớn đặc biệt quặng Monazite nhiên việc triển khai sử dụng hạn chế Báo cáo Công nghệ chế biến quặng Monazite hy vọng đem lại nhìn tổng quan công nghệ sản xuất chế biến quặng Monazite phương pháp Kiềm, phương pháp lâu đời hiệu so với phương pháp hạn chế phù hợp với điều kiện xây dựng sản xuất nước E Tài liệu tham khảo Tài liệu xử lý quặng Monazite – USA 18/7/1950 Báo cáo tổng quan đất – Việt Nam