Đề tài Semina: Hóa học và công nghệ hóa học các nguyên tố đất hiếm (re)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ MÔN: NGUYÊN TỐ HIẾM Đề tài semina: HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM (RE) GVHD: NGUYỄN HỮU TRÍ SVTH: NGUYỄN LÊ VŨ ĐỖ HỮU PHÚC NGUYỄN HUỲNH THANH VINH NỘI DUNG BÁO CÁO A. Hóa học nguyên tố đất hiếm: I. Cấu trúc vỏ điện tử. II. Tính chất hóa lý và các hợp chất của chúng. B. Công nghệ hóa học chế biến đất hiếm: I. Những lĩnh vực ứng dụng quan trọng. II. Đặc điểm địa chất và tuyển khoáng. III. Công nghệ hóa học sản xuất RE và hợp chất của chúng III.1. Chế luyện quặng MONAZIT. III.2. Chế luyện các dạng quặng khác. III.3. Các phương pháp tách RE. III.3.1. Kết tinh và kết tủa từng phần. III.3.1. Phản ứng oxyhóa khử chọn lọc. III.3.1. Phân hủy nhiệt. III.3.1. Trao đổi ion – sắc ký cột. III.3.1. Chiết lỏng. III.4. Sản xuất kim loại RE. III.4.1. Phương pháp nhiệt kim.  Khử các clorua và florua RE.  Dùng Ca, Mg, Al làm chất khử nhưng trong thực tế hay dùng Ca vì ít bị nhiễm bẩn hơn. Sau đó tách xỉ khỏi kim loại và xử lý bằng nước.  Để tăng hiệu ứng nhiệt cho quá trình khử người ta cho và hỗn hợp clorua RE và bột Ca một ít I2 để khi tác dụng với Ca tạo CaI2 và do đó sản ra nhiệt lượng lớn. Đồng thời tạo ra hỗn hợp etecti CaCl2 – CaI2 cũng sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy xĩ. III.4.2. Phương pháp điện phân. a. Phân tách hỗn hống của chúng.  Đầu tiên phải tạo hỗn hống kim loại bằng con đường điện phân các clorua RE trong dung môi hữu cơ.  Điện phân các clorua Ce, La, Nd và Sm được tiến hành ở catod với mật độ dòng 0,05A/cm2, điện thế 35-70V và ở nhiệt độ 700C . b. Điện phân muối nóng chảy.  Các kim loại phân nhóm Cer và Eu, Yb có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn 10000C có thể nhận được ở dạng đặc xít bằng điện phân nóng chảy tuần hoàn, có bổ sung clorua KL kiềm (Li, Na, K) và kiềm thổ (Ba, Ca).  Hợp kim trung gian thu được từ muối clorua ở điều kiện: thế 12V, cường độ dòng 1300A, mật độ dòng ban đầu ở catod 15-27 A/cm2, ở anod 3-4 A/cm2, ở 800-9500C. C. Ứng dụng của đất hiếm. I. Khuếch đại quang sợi pha tạp Pr (PDFA), Nd (NDFA) cho bước sóng 1300nm sử dụng trong thông tin quang và khả năng ứng dụng.  Các kết quả nghiên cứu gần đây nhất về quang phổ phát xạ của thuỷ tinh pha đất hiếm đã cho thấy các ion đất hiếm Praseodymium và Neodymium trong các gốc thuỷ tinh silica hoặc fluoride có khả năng khuếch đại quang tại bước sóng 1310-1340nm. Khi các ion Pr và Nd được pha tạp cùng với các ion Al hoặc Ge thì ta có thể thay đổi khả năng hấp thụ và phát xạ của chúng, do đó có thể điều khiển được quá trình bơm và hệ số khuếch đại của sợi quang. II. Nam châm đất hiếm.  NCĐH có nhiều loại: Alnico, NdFeB, SmCo, Ferrite… Trong số đó, đáng chú ý hơn cả là loại nam châm NdFeB (có công thức hoá học là Nd12Fe14B). Thực ra, nếu sử dụng nguyên tố Co sẽ tạo ra sản phẩm có từ tính cao hơn so với NdFeB cũng như các loại khác. Tuy nhiên, loại nguyên liệu này lại khó điều chế được thành dạng tinh và giá thành của nó rất đắt, nên thay vì sử dụng SmCo và Alnico, người ta đã chọn NdFeB. Loại nam châm này từ tính đạt gần bằng từ tính của SmCo và Alnico. Nhưng quan trọng hơn cả là, giá thành của nó rẻ nên tiết kiệm được một khoản chi phí rất lớn cho sản xuất. Chính vì vậy mà từ khi ra đời cho đến nay, loại nam châm NdFeB ngày càng vượt trội hơn so với các loại khác và hiện đang chiếm thị phần lớn nhất. III. THỦY TINH PHA TẠP ĐẤT HIẾM.  Những chất biến đổi mạng như Al3+ được sử dụng để đưa các ion đất hiếm (Er3+) vào mạng. Việc sử dụng thuỷ tinh Silica (SiO2) làm mạng nền cho các ứng dụng khuyếch đại sợi quang và laser cần có mật độ pha tạp các ion đất hiếm là tối ưu. Bởi vì, khi pha tạp các ion đất hiếm tăng cao sẽ dẫn đến tạo đám và xuất hiện các hiệu ứng dập tắt huỳnh quang do nồng độ, nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do khả năng hoà tan các oxyt đất hiếm (Er2O3) trong Silica thấp, để tăng khả năng hoà tan các oxyt đất hiếm ta có thể sử dụng Al2O3 đồng pha tạp trong nền SiO2. Hình bên dưới mô tả về sự sắp xếp cấu trúc của thuỷ tinh SiO2 và SiO2.Al2O3 pha tạp ion Er3+. XIN CHAÂN THAØNH CAÙM ÔN THAÀY VAØ CAÙC BAÏN