Bài giảng Hóa học các nguyên tố đất hiếm - Võ Thị Việt Dung

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG NGÃI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 
---------- 
VÕ THỊ VIỆT DUNG 
BÀI GIẢNG 
HÓA HỌC 
CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM 
Quảng Ngãi, 12/2015 
 2 
LỜI NÓI ĐẦU 
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các 
nguyên tố đất hiếm (NTĐH) và các hợp chất của chúng ngày càng khẳng định được 
vị trí quan trọng trong các lĩnh vực khoa học, đời sống và trong các ngành kinh tế 
quốc dân. Nhờ những tính chất đặc biệt, các NTĐH được ứng dụng trong rất nhiều 
lĩnh vực khác nhau như: trong công nghiệp điện tử, chế tạo vật liệu mới, trong công 
nghệ thủy tinh, công nghệ hóa dầu, công nghệ luyện kim, tổng hợp hữu cơ, trong 
nông nghiệp, chăn nuôi, y học, bảo vệ môi trường, v.v.. Các NTĐH ngoài góp phần 
làm đa dạng sản phẩm, sự có mặt của chúng còn có tác dụng nâng cao chất lượng và 
hiệu quả sử dụng. Do đó, việc khai thác, chế biến, phân chia và làm giàu các NTĐH 
để 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 kỹ 
thuật, kinh tế quốc dân, nhu cầu về NTĐH ngày càng tăng. Trong khi các NTĐH có 
trong tự nhiên rất phân tán. Để đáp ứng nhu cầu về NTĐH, việc nghiên cứu thu hồi 
các 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 thức 
chuyên đề, học phần Hóa học các NTĐH đã được đưa vào chương trình giảng dạy 
của ngành Sư phạm Hóa học, Công nghệ Hóa học, Cử nhân Hóa học. Việc biên 
soạn bài giảng này với mục đích cung cấp tài liệu học tập, tham khảo cho sinh viên 
trong việc học tập bộ môn. Đây là lĩnh vực vô cùng rộng lớn, trong bài giảng chỉ 
trình 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, tách 
phân chia các NTĐH cũng như ứng dụng các NTĐH trong các lĩnh vực khoa học 
công nghệ, phù hợp với chương trình đang được giảng dạy của ngành Cao đẳng Sư 
phạm Hóa học tại trường Đại học Phạm Văn Đồng. 
Mặc dù đã dày công biên soạn, song chắc chắn bài giảng vẫn còn nhiều thiếu 
sót, tác giả mong nhận được những ý kiến góp ý của đồng nghiệp và sinh viên để 
bài giảng được hoàn thiện hơn. 
Xin chân thành cám ơn. 
 Tác giả 
 Võ Thị Việt Dung 
 3 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM 
1.1. Lịch sử phát hiện và tách các NTĐH 
Lịch sử của các NTĐH bắt đầu vào năm 1794, khi nhà hóa học Phần Lan 
Gađôlin (G. Gadolin, 1760–1852) tách được “đất Ytri”. Các NTĐH chiếm khoảng 
1/6 tổng số các nguyên tố đã biết, nhưng trong một thời gian dài ứng dụng thực tế 
của 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 niên 
40, của thế kỷ XX, đất hiếm là thứ mà rất ít người biết. Nhưng sau khi Frank 
Spedding, một nhà hóa học người Mỹ, tìm ra cách phân tách và tinh chế từng 
nguyên tố thì giới khoa học mới chú ý tới nó. Việc khai thác công nghiệp các quặng 
đất hiếm lần lượt bắt đầu từ những năm 1950, đến nay, trải qua 4 thời kỳ: Trước hết 
là thời kỳ khai thác monazit sa khoáng trên các bãi biển; nhưng khoáng vật 
phosphat đất hiếm này chứa nhiều thorium có tính phóng xạ, nên từ năm 1965 bắt 
đầu thời kỳ mới khai thác carbonat đất hiếm bastnasit nơi các mạch đá vùng núi 
Pass bang Colorado (Mỹ). Từ năm 1983, đất hiếm Hoa Kỳ mất thế độc tôn do việc 
mở ra nhiều mỏ đất hiếm ở các nước khác nhau. Đến năm 1991 thì ưu thế lại 
nghiêng 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 đất 
hiếm. Năm 2005 vùng mỏ Bayan Obo (Bạch Vân Ngạc Bác) của Trung Quốc cung 
 4 
cấp phần lớn nguyên liệu cho việc sản xuất 98.000 tấn trong tổng số 105.000 tấn đất 
hiếm của thế giới. 
Các nguyên tố này được gọi là các NTĐH vì có tính chất tương tự hợp chất 
các 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 tách 
ra từ những khoáng chất rất hiếm có trong đất. Đến nay việc xác định hàm lượng 
các NTĐH của vỏ trái đất đã cho thấy trữ lượng các NTĐH không phải hiếm. Ngày 
xưa chỉ có nguyên tố xeri được dùng để chế tạo đá lửa còn các NTĐH khác rất ít 
được sử dụng [26]. Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công 
nghệ, các NTĐH và các hợp chất của chúng ngày càng khẳng định được vị trí quan 
trọng 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 hiếm vì lợi ích của nó 
đem lại rất lớn nên lần lượt các mỏ đất hiếm được tìm thấy: 
- Các mỏ đất hiếm ở Việt Nam đã được tìm và tiến hành thăm dò những năm 
1958. Sau nhiều lần thăm dò, Việt Nam hiện là quốc gia có vị trí quan trọng trong 
bản đồ đất hiếm thế giới và đang đứng ở vị trí thứ 3 trên thế giới về tài nguyên đất 
hiếm 
- Mỹ: Năm 1884 nước Mỹ thăm dò và phát hiện nhiều mỏ đất hiếm ở khu vực 
biển đông của nước mình. 
- Trung Quốc: Từ năm 1950 hàng loạt các mỏ đất hiếm được tìm thấy, nhưng 
đến giai đoạn 1990 – 2000 thì đất hiếm được Trung Quốc khám phá và nghiên cứu 
phát triển. Và Trung Quốc vươn lên đứng vị trí đầu tiên trên thế giới về nước có 
nhiều mỏ đất hiếm và cung cấp đất hiếm cho thế giới nhiều nhất . 
- Nga: Vào năm 1993 đất hiếm ở Nga được phát hiện nhiều nhưng không được 
ứng dụng rộng rãi vì đất hiếm được coi là bí mật quốc gia. 
Và gần đây nhất là vào tháng 7 năm 2014 tại Châu Phi mới phát hiện được 5 
mỏ quặng đất hiếm được xem là lớn nhất thế giới. 
* Lịch sử của các nguyên tố đất hiếm: 
- Lanthanium: Nguyên tố Lantan được nhà Bác Học người Thụy Điển là Carl 
Gustav Mosander phát hiện năm 1839, khi ông phân hủy một phần mẫu nitrat xeri 
 5 
bằng nhiệt và xử lý muối thu được bằng axit nitric loãng. Từ dung dịch nhận được, 
ông cô lập ra một nguyên tố đất hiếm mới mà ông gọi là lantana. Lantan được cô 
lập ở dạng tương đối tinh khiết vào năm 1923. 
- Cerium: được Jöns Jakob Berzelius và Wilhelm Hisinger phát hiện 
tại Bastnäs, Thụy Điển và độc lập với họ là Martin Heinrich Klaproth tại Đức, đều 
vào năm 1803. 
- Năm 1885 nhà bác học người Áo là nam tước Carl Auer von Welsbach đã 
tìm ra nguyên tố Praseodymium và nguyên tố Neodymium. 
- Năm 1901, nhà hóa học người Pháp là Eugène Anatole Demarçay đã tìm ra 
phương thức tách riêng hai oxit ra trong đó có oxit của Samarium và năm 1903 nhà 
hóa học Đức là Wilhelm Muthmann đã tách được Samarium kim loại bằng điện 
phân. 
- Europium lần đầu tiên được Paul Émile Lecoq de Boisbaudran phát hiện 
năm 1890, khi ông thu được một phần có tính bazơ từ các dung dịch cô đặc có các 
vạch quang phổ không khớp với cả samari lẫn gadolini. 
- Terbium được nhà hóa học người Thụy Điển là Carl Gustaf Mosander phát 
hiện năm 1843. 
- Gadolinium: được đặt tên từ khoáng vật gadolinit bởi nhà hóa học và địa 
chất học người Phần Lan Johan Gadolin. 
- Dysprosium: Năm 1878, quặng erbi được tìm thấy có chứa các oxit của 2 
nguyên tố đất hiếm: holmium và thulium. Nhà hóa học người Pháp Paul Émile 
Lecoq de Boisbaudran, khi làm việc với oxit holmi đã tách từ nó ra được oxit 
dysprosi tại Paris vào năm 1886. 
- Holmium (Holmia, tên Latin cho Stockholm): đã được phát hiện bởi Marc 
Delafontaine và Jacques-Louis Soret vào năm 1878, họ đã nhận thấy các dải hấp thụ 
quang phổ khác thường của các phần tử chưa được biết đến (họ gọi nó là "Yếu tố 
X"). Đồng thời vào năm 1878, nhà hóa học Thụy Điển Per Teodor Cleve cũng độc 
lập phát hiện các yếu tố trong khi ông đang làm việc trên erbium oxit. 
- Erbium được Carl Gustaf Mosander phát hiện năm 1843.Mosander đã tách 
"yttria" từ khoáng vật gadolinit thành 3 phần gọi là yttria, erbia, và terbia. 
 6 
- Ytterbium được nhà hóa học Thụy Điển Jean Charles Galissard de 
Marignac phát hiện năm 1878. 
- Lutetium: Luteti (Latin Lutetia nghĩa là Paris) được phát hiện một cách độc 
lập vào năm 1907 bởi nhà khoa học Pháp - Georges Urbain, nhà khoáng vật học Úc 
- Nam tước Carl Auer von Welsbach và nhà hóa học Hoa Kỳ - Charles James. 
- Scandium: Lars Fredrick Nilson và đồng nghiệp của mình, dường như đã 
không biết đến dự đoán này tới tận mùa xuân năm 1879 trong khi tìm kiếm các kim 
loại đất hiếm; đã sử dụng phương pháp phân tích quang phổ và tìm thấy một nguyên 
tố mới trong các khoáng chất euxenite và gadolinit. Ông đặt tên nó là scandium. 
- Yttrium (đặt tên theo Ytterby, một làng ở Thụy Điển gần Vaxholm) được 
nhà hóa học, nhà vật lý kiêm nhà khoáng vật học người Phần Lan là Johan 
Gadolin phát hiện ra năm 1789 dưới dạng oxit. Yttrium nguyên tố lần đầu tiên được 
phân lập vào năm 1828 bởi Friedrich Wöhler. 
1.2. Trạng thái thiên nhiên 
Các nguyên tố đất hiếm, theo IUPAC là tập hợp của 17 nguyên tố hóa 
học thuộc bảng tuần hoàn Mendeleev, có tên gọi là scandi, yttri và các nguyên tố 
của nhóm Lantan. 
Mặc dù được gọi là đất hiếm, song trên thực tế những nguyên tố trong đất 
hiếm khá sẵn trong tự nhiên. Mức độ phổ biến của chúng tương đương với mạ kền 
hay thiếc. Người ta có thể tìm thấy các nguyên tố đất hiếm ở trong các lớp trầm tích, 
khoáng vật, trong nước biển, các mỏ quặng và cát đen. Thế nhưng chúng không 
phải là những thứ dễ khai thác và chiết tách. 
Các mỏ đất hiếm tồn tại ở khắp nơi trên thế giới. Cục Địa chất Mỹ nhận định 
tổng trữ lượng đất hiếm trên toàn cầu lên tới 99 triệu tấn, trong đó Trung Quốc có 
36 triệu tấn và Mỹ có 13 triệu tấn. 
Mỹ và một số nước là nguồn cung cấp đất hiếm chủ yếu trong 50 năm qua. 
Nhưng nhờ chi phí lao động thấp và sự thiếu vắng những quy định chặt chẽ về bảo 
vệ môi trường, Trung Quốc trở thành nước bán đất hiếm với giá thấp nhất trên thế 
giới. 
 7 
Cục Địa chất Mỹ khẳng định những mỏ đất hiếm chưa được phát hiện trên thế 
giới có trữ lượng đủ lớn để đáp ứng nhu cầu của loài người trong tương lai. Tuy 
nhiên, giới khoa học không dám chắc liệu những mỏ mới sẽ được phát hiện kịp thời 
để đáp ứng nhu cầu đang tăng vọt hay không. Theo Cục Địa chất Mỹ, nguồn cung 
đất hiếm sẽ thấp hơn cầu khoảng 40 nghìn tấn trong vòng 5 năm tới. 
Tại Việt Nam, theo đánh giá của các nhà khoa học địa chất, trữ lượng đất hiếm 
ở khoảng 10 triệu tấn phân bố rải rác ở các mỏ quặng vùng Tây Bắc và dạng cát đen 
phân bố dọc theo ven biển các tỉnh miền Trung. 
Hình 1.2. Nguồn tài nguyên đất hiếm trong tự nhiên 
1.3. Phương pháp điều chế 
Do mỗi NTĐH có những tác dụng riêng vì vậy cần điều chế chúng ở dạng 
sạch để đáp ứng nhu cầu. 
Có nhiều phương pháp điều chế NTĐH qua chiết, phân chia, tinh chế NTĐH. 
Các phương pháp sẽ được đề cập chi tiết ở các chương sau. 
 8 
CHƯƠNG 2. VỊ TRÍ, ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, TÍNH CHẤT 
LÝ – HÓA CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM 
2.1. Vị trí các NTĐH trong bảng hệ thống tuần hoàn 
Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) chiếm vị trí từ 57 đến 71 trong bảng hệ thống 
tuần hoàn bao gồm các nguyên tố lantan (La), xeri (Ce), praseodim (Pr), neodim 
(Nd), prometi (Pm), samari (Sm), europi (Eu), gadolini (Gd), tecbi (Tb), dysprosy 
(Dy), holmi (Ho), ecbi (Er), tuli (Tm), yterbi (Yb), lutexi (Lu). Hai nguyên tố ytri 
(Y, vị trí thứ 39) và scandi (Sc, vị trí thứ 21) có tính chất tương tự nên cũng được 
xếp vào họ NTĐH. 
Hình 2.1. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học 
2.2. Đặc diểm, cấu tạo của các NTĐH 
2.2.1. Đặc diểm chung của các NTĐH 
Theo danh pháp quốc tế, các nguyên tố từ xeri đến lutexi cùng với các nguyên 
tố lantan, scandi, ytri được gọi là các NTĐH. Tuy vậy do tính giống nhau và sự biến 
đổi tính chất liên tục của các NTĐH từ lantan đến lutexi cũng như ytri nên 16 
nguyên tố này thường được gọi là các NTĐH. Đặc điểm của các NTĐH được trình 
bày ở bảng 2.1. 
 9 
Bảng 2.1. Một số đặc điểm của các NTĐH 
TT 
Tên 
NTĐH 
Kí 
hiệu 
Số hiệu 
nguyên 
tử 
Khối 
lượng 
nguyên 
tử 
Số khối của các đồng vị 
(hàm lượng tính bằng %) 
1 Scandi Sc 21 44.9559 45(100) 
2 Ytri Y 39 88.9059 89(100) 
3 Lantan La 57 238.9055 138(0.0898): EC. 1.1x1011 a) 
4 Xeri Ce 58 140.12 
139(0.139); 138(0.250), 
140(88.48); 142(11.07; β-, 
5x1015a) 
5 Praseodym Pr 59 140.9077 141(100) 
6 Neodym Nd 60 144.24 
142(27.11), 143(12.17), 
144(23.85; α, 1x1015a), 
145(8.30), 
146(17.22), 148(5.73), 
150(5.26) 
7 Prometi Pm 61 (145) Chỉ có các đồng vị phóng xạ 
8 Samari Sm 62 150.4 
144(3.09), 147(14.97: α, 
1.06x1011a), 
148(11.24: α, 1.2x1013a) 
149(13.83): α, 4x1014a), 
150(7.44), 152(76.72), 
154(22.71) 
9 Europi Eu 63 151.96 
151(47.82), 154(2.15), 
155(14.73), 
156(20.47), 
157(15.68), 158(24.87), 
160(21.90) 
 10 
10 Gadolini Gd 64 157.25 
152(0.20), 154(2.15), 
155(14.73), 
156(20.47), 
157(15.68), 158(24.87), 
160(21.90) 
11 Tecbi Tb 65 158.9254 159(100) 
12 Dysprozi Dy 66 162.50 
156(0.052), 158(0.090), 
160(2.29), 
161(18.88), 162(25,53), 
163(24.97, 
164(28.18) 
13 Holmi Ho 67 164.9304 165(100) 
14 Ecbi Er 68 167.26 
162(0.136), 164(1.56), 
166(33.41) 
167(22.94), 168(27.07), 
170(14.88) 
15 Tuli Tm 69 168.9342 169(100) 
16 Ytecbi Yb 70 173.04 
168(0.135), 170(3.03), 
171(14.31), 
172(21.82), 173(16.13), 
174(31.84), 
176(12.73) 
17 Lutexi Lu 71 174.97 
175(97.41), 176(2.59: β-, 
2.1x1011a) 
* Đối với các đồng vị phóng xạ, ghi trong ngoặc: kiểu phóng xạ (EC: electron 
capture - khả năng bắt electron), chu kì bán hủy và hàm lượng tương ứng. 
Trong quá trình xử lý quặng, dựa vào các tính chất lý hóa biến đổi một cách 
tuần hoàn của các NTĐH mà người ta thường phân chia NTĐH thành hai hoặc ba 
nhóm. Cách phân chia này hiện nay thường được sử dụng nhiều trong công nghệ 
phân chia các NTĐH. 
 11 
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 39 
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y 
 NTĐH nhẹ (phân nhóm xeri) NTĐH nặng (phân nhóm ytri) 
 NTĐH nhẹ NTĐH trung NTĐH nặng 
2.2.2. Cấu trúc điện tử, bán kính nguyên tử và bán kính ion của các NTĐH 
Các nguyên tử của NTĐH có cấu tạo điện tử lớp ngoài cùng 4f2-145d0-26s2 và 
chỉ khác nhau ở số điện tử 4f là lớp thứ 3 từ ngoài vào. Năng lượng tương đối của 
các orbital 4f và 5d rất giống nhau và nhạy cảm nên electron dễ chiếm cả hai orbital 
này. Cấu hình electron của nguyên tử và ion các NTĐH được trình bày ở bảng 2.2. 
(Ln là kí hiệu chung cho các NTĐH). 
Bảng 2.2. Cấu hình electron và bộ vạch phổ của các NTĐH và ion 
NTĐH Ln0 Ln2+ Ln3+ 
Sc 
Y 
La 
Ce 
Pr 
Nd 
Pm 
Sm 
Eu 
Gd 
[Ar] 3d1 4s2 
(2D3/2) 
[Kr] 4d1 5s2 
(2D3/2) 
[Xe]4f0 5d1 6s2 
(2D3/2) 
[Xe]4f1 5d1 6s2 (1G4) 
[Xe]4f3 6s2 (4I0/2) 
[Xe]4f4 6s2 (5I4) 
[Xe]4f5 6s2 
(6H5/2) 
[Xe]4f6 6s2 (7F0) 
[Xe]4f7 6s2 
(8S7/2) 
[Xe]4f7 5d1 6s2 (9D2) 
[Ar] 3d1 
(2D3/2) 
[Kr] 4d1 
(2D3/2) 
[Xe]4f0 5d1 
(2D3/2) 
[Xe]4f2 (3H4) 
[Xe]4f3 (4I0/2) 
[Xe]4f4 (5I4) 
[Xe]4f5 
(6H5/2) 
[Xe]4f6 (7F0) 
[Xe]4f7 (8S7/2) 
[Xe]4f7 5d1 (9D2) 
[Ar] (1S0) 
[Kr] (1S0) 
[Xe]4f0 (1S0) 
[Xe]4f1 (2F5/2) 
[Xe]4f2 (3H4) 
[Xe]4f3 (4I9/2) 
[Xe]4f4 (5I4) 
[Xe]4f5 (6H5/2) 
[Xe]4f6 (7F0) 
[Xe]4f7 (8S7/2) 
 12 
Tb 
Dy 
Ho 
Er 
Tm 
Yb 
Lu 
[Xe]4f9 6s2 
(6H15/2) 
[Xe]4f10 ...  nghiên cứu về vai trò sinh lý của đất hiếm cho thấy có khả năng làm tăng hàm 
lượng cholorophyl và thúc đẩy quá trình quang hợp. Đó là một trong những nguyên 
nhân chính làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm thu hoạch. 
Song với việc nghiên cứu ứng dụng đất hiếm trong nông nghiệp các nhà khoa 
học Trung Quốc đã khảo sát ảnh hưởng của đất hiếm tới cơ thể sống bằng cách trộn 
đất hiếm vào thức ăn của khỉ. Kết quả thu được cho thấy ở một giới hạn nhất định, 
đất hiếm hoàn toàn không độc đối với cơ thể sống. 
Về mặt sinh thái, đất hiếm có tác dụng rõ rệt tới sự phát triển của lá và rễ, rõ 
nhất đối với rễ cây họ đậu. 
Phương pháp sử dụng đất hiếm trong nông nghiệp thay đổi tùy theo từng loại 
cây, loại đất và điều kiện thời tiết. Đối với loại cây thời vụ, nồng độ 0,01– 0,03% là 
thích hợp. Ngược lại, cây ăn quả đòi hỏi nồng độ cao hơn: 0,05- 0,1%. 
Sau khi phát hiện ra hiệu ứng đối với cây trồng, đất hiếm được sử dụng rộng 
rãi ở Trung Quốc. Năm 1981 có hơn 50.000 mẫu được xử lý bằng đất hiếm, đến 
 90 
năm 1987 đã có 13 triệu mẫu được xử lý bằng đất hiếm, tăng 260 lần. Một số nông 
trường quốc danh ở tỉnh Hắc Long Giang đã sử dụng đất hiếm như một biện pháp 
thông dụng để tăng năng suất. Ở tỉnh Giang Tây năm 1976 chỉ có 570 ngàn mẫu 
mía được xử lý bằng đất hiếm, đến năm 1987 đã có 20 loại cây trồng được xử lý đất 
hiếm. Tất cả đều cho năng suất thu hoạch cao hơn. Một số loại cây như bông, mía, 
củ cải đường, dưa hấu, cao su có năng suất tăng rõ rệt. Hiện nay, các nhà khoa học 
đang tiếp tục khảo sát nồng độ đất hiếm và thời gian bón thích hợp. 
Hình 7.6. Ứng dụng NTĐH trong sản xuất phân bón nông nghiệp 
Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng đất hiếm trong nông nghiệp, hơn 90% cây 
trồng trong đó có ngũ cốc, rau, cây ăn quả được xử lý bằng đất hiếm cho năng suất 
tăng từ 5 – 19% hoặc cao hơn. So với ruộng đối chứng, lúa nước và lúa mì được xử 
lý bằng đất hiếm có năng suất 8-10%. Năm 1986, 570.000 mẫu ruộng mía ở tỉnh 
Quảng Tây được xử lý bằng đất hiếm. Kết quả thu hoạch tăng 23.600 tấn đường làm 
lãi 40 triệu đồng Trung Quốc. Như vậy, tỷ lệ chi phí/lãi: 1/10. Năm 1986, 110.000 
mẫu thuốc lá được xử lý bằng đất hiếm nên có chất lượng cao hơn, đem lại lãi suất 
gần 2 triệu đồng Trung Quốc. 
Ở nước ta Viện Thổ nhưỡng và Nông hóa (Bộ Nông nghiệp và Lương thực 
thực phẩm) đã phối hợp với viện Vật lý (Viện khoa học Việt Nam) nghiên cứu ảnh 
hưởng của đất hiếm tới tốc độ sinh trưởng của cây đậu tương và cây lạc. Kết quả sơ 
bộ cho thấy dung dịch đất hiếm có tác dụng rõ rệt đối với hai loại cây nói trên, làm 
tăng sinh khối khoảng 15%. Hiện nay, các thí nghiệm sử dụng đất hiếm trong nông 
nghiệp còn đang được tiếp tục tiến hành. 
 91 
7.8.2. Trong bảo quản gỗ 
Để bảo quản gỗ chống mốc, mối, mọt trong điều kiện nhiệt đới, người ta 
thường tẫm gỗ bằng 2 loại hợp chất sau đây: 
- Hợp chất hữu cơ như cressote hoặc pentachlophenol 
- Hợp chất vô cơ hòa tan trong nước như hỗn hợp các muối Cu, Cr, As. 
Cả hai loại hợp chất nói trên đều độc đối với cơ thể người. Vì vậy, chỉ có thể 
sử dụng để bảo quản gỗ, chống nấm mốc, côn trùng. 
Gỗ được ngâm trong dung dịch muối đất hiếm ở nhiệt độ 95oC dưới áp suất 
khoảng 10 atm. Trong trường hợp khác, dung dịch muối tổng hợp đất hiếm hoặc 
tùng nguyên tố đất hiếm riêng biệt cho thấy, gỗ tẩm đất hiếm bền, không bị thay đổi 
màu sắc, không độc, vì vậy có thể dùng xử lý nhiều đối tượng. 
Trong năm 1990, Viện Vật lý (Viện khoa học Việt Nam) dùng dung dịch đất 
hiếm để chống mốc, mối, mọt cho gỗ, tre, mây. Kết quả sơ bộ cho thấy các mẫu gỗ, 
tre, mây được ngâm tẩm dung dịch đất hiếm không bị mốc trong môi trường có độ 
ẩm cao (85 – 90%). Có thể hy vọng rằng bảo quản gỗ, tre, mây chống mối, mọt se là 
một lĩnh vực sử dụng nhiều đất hiếm ở nước ta. 
 92 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tiếng Việt 
1. Trần Thị Đà, Nguyễn Thế Ngôn (2005), Hóa học vô cơ, Tập 2, NXB ĐHSP Hà 
Nội. 
2. Lưu Minh Đại, Đặng Vũ Minh, Võ Quang Mai (2003), "Chiết thu nhận đất 
hiếm và Xêri từ quặng sa khoáng Monazit Thừa Thiên Huế bằng hỗn hợp 
tributylphotphat và axit 2–etylhexyl 2–etylhexyl photphonic", Tạp chí Hóa 
học, T.41(1), tr.102–106. 
3. Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm (2007), "Xác định thành phần của phức chất 
triphenylphosphin oxit – Ytri từ môi trường axit nitric", Tạp chí Hóa học, 
T.45(2), tr.195–198. 
4. Lê Chí Kiên, Đặng Thị Thanh Lê, Phạm Đức Roãn (2006), "Tổng hợp và 
nghiên cứu tính chất của một số phức chất của nguyên tố đất hiếm với axit 
DL–2–amino–n–butyric", Tạp chí Hóa học, T.44(1), tr.48–51. 
5. Bùi Tất Hợp, Trịnh Đình Huấn (2012), Tổng quan về đất hiếm ở Việt Nam, Lưu 
trữ Liên đoàn Địa chất xạ hiếm. 
6. Võ Thị Liên (2003), "Tiềm năng đất hiếm ở Việt Nam và ứng dụng trong chế 
tạo xúc tác cracking dầu mỏ", Tạp chí Hóa học và ứng dụng, số 1, tr.23–25 
7. Nguyễn Đình Luyện (2005), "Chiết một số nguyên tố đất hiếm (Nd, Eu, Gd, Y) 
bằng tributylphotphat, axit đi–(2–etylhexyl)photphoric từ dung dịch axit 
clohiđric", Hội nghị khoa học Phân tích, Hóa, Lý và Sinh học Việt Nam lần 
thứ hai, tr.115–118. 
8. Bùi Minh Lý, Trần Thị Thanh Vân, Ngô Quốc Bưu (1994), "Phân tích định 
lượng uran, thori và các nguyên tố đất hiếm trong một số mẫu Monazit sa 
khoáng miền trung Việt Nam", Tạp chí hóa học, T.32(2), tr.48–52. 
9. Đặng Vũ Minh (1992), Tình hình nghiên cứu công nghệ và ứng dụng đất hiếm, 
Viện Khoa học Việt Nam, Trung tâm thông tin khoa học, Hà Nội. 
10. Hoàng Nhâm (2001), Hoá vô cơ, Tập III, NXB Giáo dục, Hà Nội. 
11. Hồ Viết Quý (2001), Chiết tách, phân chia, xác định các chất bằng dung môi 
hữu cơ, lý thuyết – thực hành – ứng dụng, T.1, NXB Khoa học và kỹ thuật, 
Hà Nội. 
 93 
12. Phạm Đức Roãn, Nguyễn Thế Ngôn (2008), Hóa học các nguyên tố hiếm và 
hóa phóng xạ, NXB ĐHSP Hà Nội. 
13. Võ Văn Tân (2004), "Nghiên cứu thu tổng oxit đất hiếm từ Monazit Thừa Thiên 
Huế bằng phương pháp kiềm áp suất cao", Tạp chí Hóa học, T.42(4), tr.422– 
425. 
14. Lê Bá Thuận, Đỗ Ngọc Liên, Nguyễn Văn Hải, Nguyễn Đức Vượng, Phạm Đức 
Roãn (2006), "Hoá học chiết của nguyên tố đất hiếm Sm, Gd, Dy, Y với tác 
nhân chiết PC88A", Tạp chí Hoá học, T.44(5), tr.598–603. 
15. Lê Bá Thuận, Đỗ Ngọc Liên, Nguyễn Đức Vượng, Nguyễn Trọng Hùng, Lưu 
Xuân Đỉnh (2006), "Tổng hợp nghiên cứu một số phức chất của Europi (III) 
với 1, 10 – phenantrolin dùng làm nguyên liệu chế tạo màng chuyển hoá ánh 
sáng", Tạp chí Hoá học và Ứng dụng, T.59(11), tr.35–38. 
16. V.A.Molosco, R.A.Lidin, LL.Andreeva (2001), Tính chất lý hóa học các chất 
vô cơ, Lê Kim Long, Hoàng Nhuận dịch, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà 
Nội. 
Tiếng Anh 
17. A.T. Minakawa, K. Yamaguchi (1990), Relative extraction rates of rare earth 
ions from weakly acidic by di–(2–etylhexyl)phosphoric acid – Korosine, 
Hydromatallurry, N0 14, pp.300–350. 
18. J.S. Preston and A.C Du Preez (1990), Sovent extraction processes for the 
separation of the race earth metals, Proceeding of the International sovent 
extraction inferences, pp.383–395. 
19. P.S. Thind, S.K. Mittal (1998), Synthesis and physico–chemical properties of 
zirconium phosphoborate and its application in the quantitative separation 
of lanthanides, Synthe. React. Inorg. Met. Org.chem, Vol 18, N0 6, pp.593–
607. 
20. Tam Tran (1991), Proceeding of the International Conference on Rare Earth 
Minerals and Minerals of Electronices uses, Jan, 23–25, Hatyai Thailand, 
pp.337–353. 
21. T. Hirato and J.M. Toguri (1989), The Kinestics of solvent extraction of yttrium 
with di–(2–etylhexyl) phosphoric acid, Precious and Rare Metal 
Technologies Elsevier, pp.461–470. 
 94 
MỤC LỤC 
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ........... 3 
1.1. Lịch sử phát hiện và tách các NTĐH ..................................................... 3 
1.2. Trạng thái thiên nhiên ............................................................................. 6 
1.3. Phương pháp điều chế ............................................................................. 7 
CHƯƠNG 2. VỊ TRÍ, ĐẶC ĐIỂM, CẤU TẠO, TÍNH CHẤT LÝ – HÓA 
CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ........................................................ 8 
2.1. Vị trí các NTĐH trong bảng hệ thống tuần hoàn ................................. 8 
2.2. Đặc diểm, cấu tạo của các NTĐH ........................................................... 8 
2.2.1. Đặc diểm chung của các NTĐH ..................................................... 8 
2.2.2. Cấu trúc điện tử, bán kính nguyên tử và bán kính ion của các 
NTĐH ...................................................................................................................... 11 
2.3. Tính chất lý –hóa học của các NTĐH .................................................. 14 
2.3.1. Trạng thái oxi hóa ......................................................................... 15 
2.3.2. Tính chất các hợp chất của các NTĐH ......................................... 16 
2.3.3. Từ tính và màu sắc của các NTĐH .............................................. 18 
CHƯƠNG 3. CÁC HỢP CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ... 21 
3.1. Các oxyt, peoxyt, muối của NTĐH ....................................................... 21 
3.2. Hydrua, halogenua ................................................................................. 22 
3.3. Kiểu liên kết số phối trí ......................................................................... 23 
3.4. Khả năng tạo phức của các NTĐH ....................................................... 23 
3.5. Một số phương pháp nghiên cứu phức chất NTĐH ........................... 25 
3.5.1. Nghiên cứu phức chất các NTĐH bằng phương pháp phổ hồng 
ngoại ........................................................................................................................ 25 
3.5.2. Nghiên cứu phức chất các NTĐH bằng phương pháp phổ hấp thụ 
electron .................................................................................................................... 27 
3.5.3. Nghiên cứu phức chất đất hiếm bằng phương pháp phân tích 
nhiệt .......................................................................................................................... 30 
 95 
3.5.4. Ứng dụng của các β-đixetonat đất hiếm và phức chất hỗn hợp với 
các phối tử trung hòa ............................................................................................... 31 
CHƯƠNG 4. CÁC KHOÁNG VẬT VÀ QUẶNG CHỨA ĐẤT HIẾM .. 34 
4.1. Các khoáng vật và quặng chứa đất hiếm trên thế giới ....................... 34 
4.1.1. Nhu cầu thị trường và tài nguyên đất hiếm trên thế giới .............. 34 
4.1.2. Các khoáng vật đất hiếm trên thế giới .......................................... 37 
4.1.3. Trữ lượng đất hiếm trên thế giới .................................................. 41 
4.2. Các khoáng vật và quặng chứa đất hiếm ở Việt Nam ........................ 42 
4.2.1. Quặng đất hiếm Mường Hum ....................................................... 44 
4.2.2. Đất hiếm trong sa khoáng ven biển Thừa Thiên Huế ................... 46 
CHƯƠNG 5. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ QUẶNG ĐẤT HIẾM ...... 48 
5.1. Làm giàu quặng đất hiếm ..................................................................... 48 
5.2. Tách tổng oxyt đất hiếm ........................................................................ 50 
5.2.1. Phương pháp nhiệt luyện thu nhận tổng oxyt đất hiếm ................ 50 
5.2.2. Phương pháp thủy luyện thu nhận tổng oxyt đất hiếm ................. 50 
5.2.3. Thu nhận tổng NTĐH một số quặng ở Việt Nam ........................ 54 
CHƯƠNG 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH, PHÂN CHIA LÀM SẠCH 
CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ................................................................ 60 
6.1. Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ .......................................... 60 
6.1.1. Khái niệm và đặc điểm của phương pháp chiết bằng dung môi hữu 
cơ ............................................................................................................................. 60 
6.1.2. Các đại lượng đặc trưng cơ bản của quá trình chiết ..................... 60 
6.1.3. Tác nhân chiết NTĐH .................................................................. 63 
6.1.4. Cơ chế chiết .................................................................................. 64 
6.2. Phương pháp sắc ký trao đổi ion .......................................................... 71 
6.2.1. Giới thiệu về phương pháp sắc ký trao đổi ion ............................ 71 
6.2.2. Nguyên tắc .................................................................................... 72 
6.2.3. Nhựa trao đổi ion .......................................................................... 72 
6.2.4. Dung dịch rửa giải ........................................................................ 73 
 96 
CHƯƠNG 7. ỨNG DỤNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM 
TRONG CÁC LĨNH VỰC KHOA HỌC KỸ THUẬT VÀ ĐỜI SỐNG .. 76 
7.1. Ứng dụng của các NTĐH trong lĩnh vực xúc tác ................................ 76 
7.1.1. Xúc tác làm sạch khí thải ôtô ....................................................... 76 
7.1.2. Xúc tác cracking dầu mỏ .............................................................. 77 
7.2. Ứng dụng của các NTĐH trong kỹ thuật thủy tinh ............................ 78 
7.2.1. Trong nấu thủy tinh ...................................................................... 78 
7.2.2. Chế tạo bột mài bóng .................................................................... 79 
7.3. Ứng dụng của các NTĐH trong lĩnh vực vật liệu gốm ....................... 80 
7.3.1. Trong sản xuất gốm kỹ thuật và gốm dân dụng ........................... 80 
7.3.2. Trong sản xuất gốm áp điện ......................................................... 81 
7.3.3. Trong sản xuất gốm siêu dẫn ........................................................ 82 
7.4. Ứng dụng của các NTĐH trong lĩnh vực vật liệu siêu dẫn nhiệt độ 
cao ........................................................................................................................... 82 
7.5. Ứng dụng của các NTĐH trong lĩnh vực vật liệu từ ........................... 83 
7.5.1. Ferit bari pha oxit Lantan ............................................................. 83 
7.5.2. Hợp kim SmCo5 và NdFeB .......................................................... 83 
7.5.3. Vật liệu từ trở khổng lồ của hệ vật liệu perovskite ...................... 85 
7.6. Ứng dụng của các NTĐH trong lĩnh vực vật liệu phát quang ........... 86 
7.6.1. Vật liệu huỳnh quang dùng cho đèn ống ...................................... 86 
7.6.2. Đặc trưng phát quang của Europi trong halophotphat canxi ........ 88 
7.7. Ứng dụng của các NTĐH trong tấm tăng quang ................................ 88 
7.8. Ứng dụng của các NTĐH trong lĩnh vực nông nghiệp ....................... 89 
7.8.1. Trong sản xuất phân bón nông nghiệp ......................................... 89 
7.8.2. Trong bảo quản gỗ ........................................................................ 91 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 92