Bài giảng Hóa học các nguyên tố đất hiếm: Phần 1 - ĐH Phạm Văn Đồng

Bài giảng Hóa học các nguyên tố đất hiếm: Phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về các nguyên tố đất hiếm; Vị trí, đặc điểm, cấu tạo, tính chất lý – hóa của các nguyên tố đất hiếm; Các hợp chất của các nguyên tố đất hiếm; Các khoáng vật và quặng chứa đất hiếm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Hóa học các nguyên tố đất hiếm: Phần 1 - ĐH Phạm Văn Đồng ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG ---------- VÕ THỊ VIỆT DUNG BÀI GIẢNG HÓA HỌCCÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM Quảng Ngãi, 12/2015 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, cácnguyên tố đất hiếm (NTĐH) và các hợp chất của chúng ngày càng khẳng định đượcvị trí quan trọng trong các lĩnh vực khoa học, đời sống và trong các ngành kinh tếquốc dân. Nhờ những tính chất đặc biệt, các NTĐH được ứng dụng trong rất nhiềulĩnh vực khác nhau như: trong công nghiệp điện tử, chế tạo vật liệu mới, trong côngnghệ thủy tinh, công nghệ hóa dầu, công nghệ luyện kim, tổng hợp hữu cơ, trongnông nghiệp, chăn nuôi, y học, bảo vệ môi trường, v.v.. Các NTĐH ngoài góp phầnlàm đa dạng sản phẩm, sự có mặt của chúng còn có tác dụng nâng cao chất lượng vàhiệu quả sử dụng. Do đó, việc khai thác, chế biến, phân chia và làm giàu các NTĐHđể ứng dụng trong thực tế là một nhu cầu không thể thiếu. Với việc ứng dụng các NTĐH đã khá phổ biến trong các ngành khoa học kỹthuật, kinh tế quốc dân, nhu cầu về NTĐH ngày càng tăng. Trong khi các NTĐH cótrong tự nhiên rất phân tán. Để đáp ứng nhu cầu về NTĐH, việc nghiên cứu thu hồicác NTĐH từ quặng là một vấn đề quan trọng được các nhà khoa học quan tâm. Trong những năm gần đây, nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thứcchuyên đề, học phần Hóa học các NTĐH đã được đưa vào chương trình giảng dạycủa ngành Sư phạm Hóa học, Công nghệ Hóa học, Cử nhân Hóa học. Việc biênsoạn bài giảng này với mục đích cung cấp tài liệu học tập, tham khảo cho sinh viêntrong việc học tập bộ môn. Đây là lĩnh vực vô cùng rộng lớn, trong bài giảng chỉtrình bày những vấn đề cơ bản của hóa học các NTĐH: vị trí, cấu tạo, tính chất lý -hóa học, các phương pháp xử lý quặng chứa NTĐH, các phương pháp chiết, táchphân chia các NTĐH cũng như ứng dụng các NTĐH trong các lĩnh vực khoa họccông nghệ, phù hợp với chương trình đang được giảng dạy của ngành Cao đẳng Sưphạm Hóa học tại trường Đại học Phạm Văn Đồng. Mặc dù đã dày công biên soạn, song chắc chắn bài giảng vẫn còn nhiều thiếusót, tác giả mong nhận được những ý kiến góp ý của đồng nghiệp và sinh viên đểbài giảng được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cám ơn. Tác giả Võ Thị Việt Dung 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM1.1. Lịch sử phát hiện và tách các NTĐH Lịch sử của các NTĐH bắt đầu vào năm 1794, khi nhà hóa học Phần LanGađôlin (G. Gadolin, 1760–1852) tách được “đất Ytri”. Các NTĐH chiếm khoảng1/6 tổng số các nguyên tố đã biết, nhưng trong một thời gian dài ứng dụng thực tếcủa các nguyên tố này rất hạn chế. Hình 1.1. Các nguyên tố đất hiếm Theo The Christian Science Monitor cho biết, trong những năm đầu thập niên40, của thế kỷ XX, đất hiếm là thứ mà rất ít người biết. Nhưng sau khi FrankSpedding, một nhà hóa học người Mỹ, tìm ra cách phân tách và tinh chế từngnguyên tố thì giới khoa học mới chú ý tới nó. Việc khai thác công nghiệp các quặngđất hiếm lần lượt bắt đầu từ những năm 1950, đến nay, trải qua 4 thời kỳ: Trước hếtlà thời kỳ khai thác monazit sa khoáng trên các bãi biển; nhưng khoáng vậtphosphat đất hiếm này chứa nhiều thorium có tính phóng xạ, nên từ năm 1965 bắtđầu thời kỳ mới khai thác carbonat đất hiếm bastnasit nơi các mạch đá vùng núiPass bang Colorado (Mỹ). Từ năm 1983, đất hiếm Hoa Kỳ mất thế độc tôn do việcmở ra nhiều mỏ đất hiếm ở các nước khác nhau. Đến năm 1991 thì ưu thế lạinghiêng về phía Trung Quốc với sự phát hiện các mỏ đất hiếm ngoại sinh giàu yttri,dễ khai thác, dễ chế biến, bao gồm hai loại quặng sắt đất hiếm và quặng laterit đấthiếm. Năm 2005 vùng mỏ Bayan Obo (Bạch Vân Ngạc Bác) của Trung Quốc cung 3cấp phần lớn nguyên liệu cho việc sản xuất 98.000 tấn trong tổng số 105.000 tấn đấthiếm của thế giới. Các nguyên tố này được gọi là các NTĐH vì có tính chất tương tự hợp chấtcác kim loại kiềm thổ và thường tồn tại đồng hành với chúng trong thiên nhiên.Thuật ngữ “hiếm” bắt nguồn từ thực tế xa xưa để chỉ nhóm các nguyên tố được táchra từ những khoáng chất rất hiếm có trong đất. Đến nay việc xác định hàm lượngcác NTĐH của vỏ trái đất đã cho thấy trữ lượng các NTĐH không phải hiếm. Ngàyxưa chỉ có nguyên tố xeri được dùng để chế tạo đá lửa còn các NTĐH khác rất ítđược sử dụng [26]. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và côngnghệ, các NTĐH và các hợp chất của chúng ngày càng khẳng định được vị trí quantrọng trong các lĩnh vực khoa học, đời sống và trong các ngành kinh tế quốc dân. Trên thế giới bắt đầu cuộc tìm kiếm các nguyên tố đất hi ...