Seminar Zro2

ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊNBỘ MÔN: HÓA VÔ CƠ VÀ ỨNG DỤNG

GVHD : TS. NGUYỄN HỮU TRÍHVTH : VĂN VI HỒNG

TẠ THANH SƠN

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZIRCONI PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZIRCONI ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANOMET TỪ ĐIOXIT KÍCH THƯỚC NANOMET TỪ

TINH QUẶNG ZIRCON VIỆT NAMTINH QUẶNG ZIRCON VIỆT NAM

• Zirconi đioxit với những tính chất hóa lí ưu việt, là nguyên liệu quan trọng trong lĩnh vực gốm cao cấp, ZrO2 có độ sạch cao(98%) thường được dùng làm bột màu cho gốm,sản xuất men sứ, thủy tinh đặc biệt và đá quý, gốm điện tử, gốm kỹ thuật, lớp phủ cách nhiệt, làm nồi nấu kim loại, ...

• Việt Nam là một quốc gia có trữ lượng Zircon khá lớn, dọc theo bờ biển miền Trung.

• Zircon là nguyên liệu chính để sản xuất ZrO2. Tuy nhiên, hiện khoáng này chỉ được khai thác chủ yếu để xuất khẩu ở dạng nguyên liệu thô nên có giá trị kinh tế rất thấp, gây lãng phí tài nguyên.

MỞ ĐẦUMỞ ĐẦU

Như vậy, nếu sản xuất được ZrO2 sạch từ nguồn khoáng ZrSiO4 trong nước (sa khoáng ven biển, biển mỏ, ...) sẽ đem lại những lợi ích :

• Tận dụng hiệu quả tài nguyên khoáng ZrSiO4

• Đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu đối với ZrO2

• Góp phần phục vụ chính sách nội địa hóa trong việc xây dựng nhà máy điện hạt nhân.

MỞ ĐẦUMỞ ĐẦU

PHẦN I : TỔNG QUAN

PHẦN II : TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ZrO2

PHẦN III : PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ

ZrO2 CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCON

NỘI NỘI DUNGDUNG

PHẦN I TỔNG QUAN

a. Địa chất :

1.ÑAËC ÑIEÅM ÑÒA CHAÁT, KHAI KHOAÙNG

Do tính chất hoạt động của Zr nên không tìm thấy Zr ở dạng đơn chất mà thường ở dạng hợp chất như silicat và oxit, tập trung chủ yếu trong 2 quặng là :

Quặng Zircon : Công thức được viết ở 2 dạng :

+ ZrSiO4 (ở t0 thường) + ZrO2. SiO2 (ở t0 cao)

a. Địa chất :


Quặng Badeleit :Thành phần:

+ ZrO2(>90%), tỉ trọng : 5,4-6,02

+ Thường lẫn các tạp chất như thạch anh ,rutil



b. Sự khai khoáng Zircon :


- Trên thế giới : Khoáng Zircon chủ yếu có ở Australia, Brasil, Ấn Độ, Nga, Nam Phi, Hoa Kỳ, cũng như ở dạng trầm tích với trữ lượng nhỏ hơn nhiều khắp thế giới.

- Ở Việt Nam : Nguồn khoáng Zircon thường lẫn với các khoáng khác như rutil, ilmenit, manhetit…nằm trong một lớp sa khoáng gọi là cát đen có dọc ven biển với trữ lượng lớn , tập trung chủ yếu ở Hà Tĩnh, Huế, Quảng Trị, Phú Yên, Bình Định, Bình Thuận…


+ Trữ lượng zircon toàn cầu : Ước tính trên 60 triệu tấn và tổng sản lượng hàng năm là khoảng 900.000 tấn.

b. Sự khai khoáng Zircon :



a. Thành phần – Cấu tạo :

Thành phần :- Hàm lượng chính : ZrO2 (khoảng 61 – 66.8% )- Ngoài ra còn có thêm 1 số oxit khác : + 32.9% SiO2 + 0.12% TiO2 + 0.07% Fe2O3 + 0.12% Al2O3 + 0.08% P2O5 + 0.017% U3O8 + 0.36% Y2O3Cấu tạo : Tinh thể phát triển đều đặn, hình trụ chính phương hay song chóp.

2. ÑAËC ÑIEÅM CUÛA KHOAÙNG ZIRCON


2. ÑAËC ÑIEÅM CUÛA KHOAÙNG ZIRCON

b. Tính chất vật lý

- Thường có ánh phi kim loại (như ánh kim cương, ánh thủy tinh)

- Có độ cứng nằm giữa thạch anh và Topaz

- Màu sắc của quặng thay đổi từ vàng nâu -- vàng - da cam - lam. Nếu hàm lượng ZrSiO4 khoảng 99% : màu trắng. - Bị làm mềm ở 16000 – 18600C.

- t0nc = 21900C.


2. ÑAËC ÑIEÅM CUÛA KHOAÙNG ZIRCON c. Tính chất hóa học :

- Zircon rất bền, nhất là ở nhiệt độ thấp. - Với axit: + Chỉ tác dụng với HF đặc => ZrOF2.2HF và SiF4 (khí). + Các axit khác không phân hủy được Zircon.

- Với kiềm (kiềm hydroxid, kiềm carbonat, oxit kiềm thổ (CaO, SrO, BaO) ) : ở nhiệt độ cao, bị phân hủy tạo silicat và Zirconat. ZrSiO4 +4NaOH -> Na2ZrO3 +Na2SiO3 +2H2O


3. CÁC PHƯƠNG PHÁP TUYỂN KHOÁNG CƠ BẢN :

a. Phương pháp vật lý

- Dùng để tuyển sơ bộ khoáng để có được tinh quặng+ Tuyển trọng lực+ Tuyển từ+ Tuyển tĩnh điện.

b. Phương pháp hóa học :

- Chế hóa hóa học bằng axit hoặc kiềm .


a. Phương pháp kết tinh phân đoạn

- Dựa vào sự khác biệt về độ hòa tan của các hợp chất riêng biệt .

b. Phương pháp chiết

- Dựa vào khả năng hấp phụ khác nhau của chúng lên lớp nhựa trao đổi ion.

- Dựa vào sự khác biệt về khả năng tạo phức với các dung môi chiết

c. Phương pháp trao đổi ion

4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ QUẶNG

Tuyển từ

Cát đen

ZirconRutil Magnetit,

Imenit, MonazitTuyển tĩnh điện,

tuyển nổi

Zircon (trên90%)

Xử lý hóa học loại Fe ZrSiO4(Fe3O4

0,05% - 0,13%)Axit hóa, clo hóa

Rutil

5. Tuyển quặng Zircon từ cát đen

TÍNH CHẤT TÍNH CHẤT & ỨNG DỤNG CỦA ZrO& ỨNG DỤNG CỦA ZrO22

PHẦN IIPHẦN II

1. Tính chất

• ZrO2 là chất rắn màu trắng. Dạng tinh thể đơn tà của ZrO2 tồn tại trong thiên nhiên là bađeleit đồng hình với một dạng tinh thể HfO2 và đều có cấu trúc không đều đặn.

• ZrO2 rất cứng, khó nóng chảy và bền nhiệt, khá trơ về mặt hóa học, không tác dụng với nước, dung dịch loãng axít (trừ HF), chỉ tác dụng chậm với axít khi đun nóng lâu và tác dụng với kiềm nóng chảy.

ZrO2 + H2SO4 ZrOSO4 + H2O ZrO2 + 2KOH K2ZrO3 + H2O

2. Ứng dụng

- Do ZrO2 có nhiệt độ nóng chảy cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng chống ăn mòn thấp, có cả tính axít lẫn bazơ nên được dùng trong nhiều lĩnh vực như ceramic, kỹ thuật hạt nhân, chất hấp phụ, chất xúc tác...- Trong kỹ thuật hạt nhân gốm ZrO2 đã làm sạch Hf được dùng làm vật liệu phản xạ nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân, làm thùng chứa chất thải phóng xạ.

2. Ứng dụng

- Các oxit của zirconium và hafnium (fianit): được dùng làm ngọc nhân tạo, vật liệu laze - ZrO2 có kích thước nanomet còn có khả năng xúc tác quang hóa

2. Ứng dụng

Zirconi đioxit còn được gọi là zirconia, là một khoáng sản tự nhiên quí hiếm. Ziconia có nhiều ứng dụng như chế tạo khớp hông nhân tạo, làm mão răng thẩm mỹ, các thiết bị điện tử.

Trong nha khoa: nhờ đặc tính cứng chắc , chịu lực nén, tương hợp sinh học tốt , không gây kích thích với cơ thể, không dẫn nhiệt và tương phản ánh sáng giống như răng thật nên Ziconia là vật liệu lý tưởng cho phục hình răng mất mà yêu cầu thẩm mỹ cao.

PHẦN III :

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZrOPHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ZrO22 CỠ NANO TỪ CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCONQUẶNG ZIRCON

•Phương pháp clo hóa •Phương pháp acid•Phương pháp kiềm chảy …

• Giai đoạn I: Điều chế muối ZrOCl2.8H2O

từ tinh quặng zircon

• Giai đoạn II: Chuyển hóa ZrOCl2 thành

ZrO2 cỡ nano

Phương pháp kiềm chảyPhương pháp kiềm chảy

• Nguyên liệu NaOH dễ kiếm• Có thể nung ở nhiệt độ không quá cao• Cho hiệu suất phân hủy cao(90 – 97%)

TINH QUẶNG ZIRCON

HỖN HỢP NUNG CHẢY

KẾT TỦA

DUNG DỊCH ZrOCl2

TINH THỂ ZrOCl2

ZrO2.xH2O

ZrO2

Nghiền mịn và nung chảy

Hòa tách bằng H2O

Hòa tách bằng dd HCl

Cô đặc và kết tinh

Thủy phân

Nung

QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZrO2 CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCONQUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ ZrO2 CỠ NANO TỪ QUẶNG ZIRCON

• Quặng Zircon cho vào máy nghiền phối trộn với NaOH.

• Đun hỗn hợp trong lò nung để phân giải ở nhiệt độ và thời gian nhất định.

• Phản ứng: ZrO2.SiO2 + 4NaOH Na2ZrO3 +Na2SiO3 + 2H2O

GĐ1. Nghiền mịn và nung chảyGĐ1. Nghiền mịn và nung chảy

GĐ1. Nghiền mịn và nung chảyGĐ1. Nghiền mịn và nung chảy

Điều kiện để đạt hiệu suất tối đa:

• Độ mịn hạt: 100mesh

• Tỷ lệ phối liệu : k = mNaOH/ mquặng = 1,5

• Nhiệt độ phân hủy: 6750C

• Thời gian phân hủy: 50 phút

( Hiệu suất phân hủy = 97,2%)

GĐ2. Hòa tách bằng nướcGĐ2. Hòa tách bằng nước

• Sau khi khối chảy để nguội, hòa tan khối chảy này bằng nước nóng và rửa lại bằng nước nóng để loại bớt lượng NaOH dư và silicat natri là phần tan tốt trong nước. Phần không tan còn lại chủ yếu là ZrO2.xH2O cùng một số tạp chất được lọc tách ra để xử lý tiếp.

• Phản ứng khi hòa tan khối chảy này bằng nước:

Na2ZrO3 + (1+x)H2O = ZrO2.xH2O +2NaOH.

GĐ3. Hòa tách bằng dung dịch HClGĐ3. Hòa tách bằng dung dịch HCl

• Phần không tan ngoài ZrO2.xH2O còn có các tạp chất như Fe2O3 và SiO2 cần phải loại đi.

(Theo một số tác giả cho rằng phần không tan này gồm: 80-85% ZrO2.xH2O, 8-12% SiO2, 4-6% NaOH và các tạp chất khác)

• Để tinh chế, người ta hòa tan phần cặn này bằng dung dịch HCl 3N để nó chuyển sang muối Zirconyl dễ tan trong nước. Phương trình xảy ra như sau:

• ZrO2.xH2O +2HCl = ZrOCl2 + (x+1)H2O.

GĐ4. Kết tinh và tinh chế ZrOCl2.8H2OGĐ4. Kết tinh và tinh chế ZrOCl2.8H2O

• - Dung dịch Zirconi oxiclorua được đem cô đặc, làm nguội kết tinh ta thu được tinh thể ZrOCl2.8H2O (dựa vào sự thay đổi độ tan theo nồng độ axit và nhiệt độ).

• - Tinh thể ZrOCl2.8H2O đem kết tinh lại trong môi trường HCl đậm đặc để loại đi tạp chất.

GĐ5. Tinh chế ZrOGĐ5. Tinh chế ZrO22

• Duøng dung dòch NH3 theâm vaøo dung dòch ñeå keát tuûa laïi ZrO2.xH2O:

• ZrOCl2 + NH3 + 2H2O -> ZrO2.H2O + 2NH4Cl

• Do tích soá tan cuûa Zirconi hydroxit lôùùn hôn raát nhieàu so vôùi nhöõng kim loaïi khaùc => Chæ caàn chænh pH ~ 3 – 4 laø coù theå taùch ñöợc ZrO2.xH2O.

• Loïc thu saûn phaåm raén roài ñem nung ôû 9000C ñeå ñöôïc ZrO2.

GĐ5. Tinh chế ZrOGĐ5. Tinh chế ZrO22

• Thủy phân dung dịch ZrOCl2 0,15M bằng dung dịch NH3 ở pH=6, điều kiện nhiệt độ phòng

• Phân tán kết tủa trong điều kiện sóng siêu âm, già hóa kết tủa trong điều kiện lò viba.

• Rửa và sấy nung kết tủa ở nhiệt độ ≥5000C.

Điều kiện và kỹ thuật thích hợp để chuyển hóa ZrOCl2 thành ZrO2 cỡ nano

1. TS Nguyeãn Höõu Trí, Giaùo Trình Caùc Nguyeân Toá Hieám.

2. Hoaøng Nhaâm, Hoùa Hoïc Voâ Cô, Taäp 3, Nhaø xuaát baûn Giaùo Duïc, 2003.

3. TS Nguyeãn Höõu Trí, Giaùo Trình Zirconi.4. Phaïm Vaên Troïn, Nghieân cöùu ñieàu cheá

zirconi ñioxit kích thöôùc nano töø tinh quaëng zircon Vieät Nam (Luaän vaên thaïc só)

Seminar Zro2

Documents

Transcript of Seminar Zro2