VẤN ĐỀ KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG ĐẤT HIẾM TRÊN THẾ GIỚI (Simon Walker)

 Thuật ngữ “đất hiếm – rare earths” thực chất là một diễn giải lầm lẫn, do các nguyên tố có trong hợp chất này không đặc biệt hiếm và đều là kim loại. Sự diễn tả thường chỉ đề cập đến 15 nguyên tố có trong dãy lantanit trong Bảng tuần hoàn hóa học và thêm hai nguyên tố là ytri (Y) và scanđi (Sc). Mặc dù hai nguyên tố này không cùng nằm trong nhóm tuần hoàn nhưng chúng cùng xuất hiện với các lantanit trong các khoáng sàng đất hiếm và có các tính chất có thể so sánh được.

Các nguyên tố đất hiếm được phân loại thành hai nhóm, “nặng” hoặc “nhẹ”, tùy thuộc vào mật độ các ion trong nguyên tử. Đất hiếm “nhẹ” bao gồm các nguyên tố từ nguyên tố lantan (La) (số 57 trong bảng tuần hoàn) đến nguyên tố ơropi (Eu) (số 63 trong bảng tuần hoàn), còn đất hiếm “nặng” bao gồm các nguyên tố từ gađolini (Gd) (64) đến luteti (Lu) (71) và ytri.

Nếu như vào những năm giữa thế kỷ 20, nguyên liệu đất hiếm chỉ được sử dụng giới hạn trong lĩnh vực quân sự, thì đến năm 1987, nó còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp sản xuất kính, đồ gốm, các chất xúc tác trong công nghiệp lọc dầu và luyện kim. Vào thời điểm đó, chưa đến 5% sản lượng đất hiếm được sử dụng trong ngành công nghiệp điện tử để sản xuất ra nam châm có cường độ cao. Tới nay, khi ngành luyện kim phát triển, các sản phẩm hợp kim từ đất hiếm được sử dụng nhiều trong các ngành công nghệ cao như công nghệ thực phẩm, y tế, gốm sứ, máy tính, màn hình tivi màu, ô tô thân thiện với môi trường, nam châm, pin, xúc tác lọc hoá dầu, tên lửa, radar... . 

Theo các số liệu thống kê của Cơ quan Khảo sát Địa chất Anh - BGS (British Geological Survey), tổng tài nguyên đất hiếm trên toàn thế giới là 150 triệu tấn, trữ lượng là 99 triệu tấn, trong đó, Trung Quốc: 57,72%; Mỹ: 9,08%; Australia: 3,76%; Cộng đồng các quốc gia độc lập (CIS) 13,62%; Ấn Độ: 0,84%; Brazil: 0,05%; Malaysia: 0,02%; Các nước khác (bao gồm Indonesia, Kazakhstan, CHDCND Triều Tiên, Hàn Quốc, Kyrgyzstan, Mozambique và Việt Nam): 14,91%. Trong 10 năm qua,  sản lượng đất hiếm trên toàn thế giới tăng ổn định, sản lượng đất hiếm năm 2008 đạt 124.000 tấn, trong đó, Trung Quốc chiếm 97%, Ấn Độ 2,2%, Brazil 0,5% và Malaysia 0,3%.

  Trong hơn mười năm qua, Trung Quốc luôn nắm vai trò độc quyền trong sản xuất và xuất khẩu nguồn tài nguyên đất hiếm, cung cấp cho những khách hàng truyền thống như Mỹ, Nhật Bản và những đối tác tại Châu Âu. Hiện nay, Trung Quốc sở hữu hai nguồn đất hiếm chính, đó là, sản phẩm đồng hành được khai thác từ mỏ quặng sắt Bayan Obo thuộc khu Tự trị Nội Mông và khoáng sàng sét hấp thụ iôn cấp thấp tại các tỉnh phía nam Trung Quốc như Jiangxi, Quangdong, Hunan, Quangxi và Fujian. Về mặt thương mại, hai nguồn đất hiếm này bổ sung cho nhau, do sản phẩm đất hiếm của khu vực mỏ quặng Bayan Obo thuộc loại “nhẹ” còn nguồn sét lại chứa nhiều nguyên tố “nặng” hơn. Ưu điểm chung trong khai thác hai nguồn đất hiếm này là chi phí sản xuất thấp, tuy nhiên, trong thời gian gần đây, vấn đề về môi trường và xử lý chất thải trong khai thác đã làm giảm bớt những lợi thế này. Được phát hiện từ năm 1927, lúc đầu, mỏ Bayan Obo chỉ được xem như một khoáng sàng quặng sắt. Tuy nhiên, 9 năm sau nó được xem là khu vực có tiềm năng về đất hiếm. Theo các số liệu thăm dò, khu vực khoáng sàng này có trữ lượng 470 triệu tấn quặng sắt, 40 triệu tấn khoáng hóa có hàm lượng 3,5% - 4% đất hiếm, 1 triệu tấn Nb2O5 và 150 triệu tấn florua. Các thân quặng dạng tầng và dạng thấu kính nằm xen giữa các lớp đất đá đôlomit, đá vôi, đá phiến và thạch anh (đá quaczit).  

 Tại Mỹ, hai khu vực khai thác đất hiếm lớn nhất sẽ được tiến hành khai thác trở lại là Mountain Pass (bang California) và Pea Ridge (bang Missouri) nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước. 

 Theo công suất thiết kế, sau khi sản xuất ổn định, khu mỏ Mountain Pass do Tập đoàn Molycorp Minerals khai thác, sẽ đạt sản lượng 19.050 tấn oxit đất hiếm/năm, đồng thời sẽ hợp tác với các công ty khác trong việc sản xuất ra các sản phẩm nam châm tổng hợp neođim – sắt – bo có độ bền cao. Theo kết quả khảo sát, khu mỏ có trữ lượng tin cậy 40.000 tấn oxit đất hiếm với hàm lượng 9,38% và trên 962.000 tấn oxit có hàm lượng 8,2%. Như vậy, với sản lượng lên tới 40.000 tấn/năm, thì trữ lượng của mỏ vẫn còn đủ để khai thác trong gần 40 năm nữa.     

Khu mỏ quặng sắt Pea Ridge do Công ty tư nhân Wings Iron Ore khai thác từ năm 2001. Tuy nhiên, các thân quặng tại khu mỏ Pea Ridge cũng chứa đất hiếm, đều dưới dạng apatit (đá photphat) trong thân quặng chính và trong các ống quặng rời, hàm lượng cao. Quan trọng hơn nữa, Pea Ridgecó tỷ lệ đất hiếm nặng (samari, ơropi, gadolini, tecbi và ytri) cao hơn so với các nguồn đất hiếm khác, kể cả Mountain Pass, Bayan Obo và Mount Weld thuộc khu vực miền Tây Australia. Việc khai thác trở lại của khu mỏ này có thể được bắt đầu vào năm 2012 và khi sản xuất ổn định, mỏ có thể đạt sản lượng 42.000 tấn apatit/năm và 1.900 tấn oxit đất hiếm/năm.

  Tại khu vực miền Tây Australia, dự án khai thác mỏ đất hiếm Mount Weld của Tập đoàn Lynas được tiến hành khai thác thử nghiệm từ năm 2008. Theo đánh giá sơ bộ, khu mỏ này có tổng trữ lượng 17,59 triệu tấn oxit đất hiếm hàm lượng 8,1% (tương đương 7,9% lantanit), được chia làm hai khu vực khai thác, khu Trung tâm có trữ lượng 9,88 triệu tấn và khu Duncan có trữ lượng 7,62 triệu tấn. Tuy khu Duncan chỉ có hàm lượng 4,8% nhưng lại có tỷ lệ các kim loại đất hiếm nặng cao hơn.   

Tại miền Bắc Canada, theo các số liệu khảo sát, khu vực mỏ Nechalacho có trữ lượng 14,48 triệu tấn và 175, 5 triệu  tấn khoáng hóa lần lượt  có hàm lượng 1,82% và 1,43% oxit đất hiếm. Khoáng sàng đất hiếm Nechalacho còn có chứa các hợp chất khoáng hóa như tantali (Ta), niobi (Nb), gali (Ga) và ziriconi (Zr). Một nghiên cứu tiền khả thi đầu năm 2010 cho thấy, với sản lượng 10.000 tấn oxit đất hiếm/năm cùng các loại khoáng hóa kể trên, mỏ hầm lò Nechalacho có khả năng khai thác trong 18 năm.  

Ngoài mỏ Nechalacho nói trên, Tập đoàn Great Western Minerals của Canada còn đang tiến hành một số dự án thăm dò và khai thác đất hiếm và các khoáng hóa đồng hành như đồng, chì, ziriconi và ilmenit tại khu vực Bắc Mỹ và Nam Phi.

Việt Nam là nước có tiềm năng về đất hiếm, tổng tài nguyên dự báo đạt trên 10 triệu tấn và trữ lượng gần 1 triệu tấn. Kết quả khảo sát cho thấy, tại Việt Nam, đất hiếm có nhiều tại Bắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai), Yên Phú (Yên Bái)… Trong những năm qua, Việt Nam đã sử dụng đất hiếm trong sản xuất, chế tạo nam châm vĩnh cửu, thuỷ tinh, bột màu, chế tạo hợp kim gang, đèn catot trong máy vô tuyến truyền hình, vật liệu siêu dẫn…

Dù là tài nguyên quý, nhưng trong đất hiếm chứa nhiều nguyên tố độc hại, có tính phóng xạ. Vì thế, nếu khai thác không đúng quy trình kỹ thuật có thể gây ô nhiễm môi trường./.

                                                                                           Theo

                                                                               T/c Coalage 12/2010

 

 

 

TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ CHẾ BIẾN KẼM CHÌ TRÊN THẾ GIỚI

Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến sau sắt, nhôm và đồng tính theo lượng sản xuất hàng năm. Tùy theo yêu cầu, kẽm được sử dụng trong các ngành công nghiệp mạ, chế tạo ôtô, chế tạo sơn và hóa chất. 

Trên thế giới, 80% các mỏ kẽm là mỏ hầm lò, 8% là mỏ lộ thiên, còn lại là mỏ kết hợp giữa hai dạng trên. Tuy nhiên, nếu tính theo sản lượng thì khai thác lộ thiên chỉ chiếm 15%, khai thác hầm lò chiếm 64%, 21% còn lại được khai thác từ các mỏ hỗn hợp hầm lò – lộ thiên. 

Thông thường quặng kẽm chỉ chứa từ 5% đến 15% kẽm. Trong quặng kẽm thường chứa một số kim loại khác như đồng, chì và sắt, do đó để tuyển quặng, trước hết cần tiến hành nghiền sau đó thực hiện tách kẽm. Việc tuyển quặng thường được tiến hành ngay tại mỏ nhằm giảm bớt chi phí vận chuyển.   

Nung và thiêu kết

Trên 95% lượng kẽm trên thế giới được sản xuất từ quặng sfalerit (ZnS). Ngoài kẽm, tinh quặng còn chứa khoảng 25%-30% lưu huỳnh, một lượng nhỏ sắt, chì, bạc và một số khoáng vật khác. Trước khi thu hồi kẽm kim loại bằng phương pháp thủy luyện kim hoặc hỏa luyện kim, cần thiết phải tách bỏ lưu huỳnh ra khỏi tinh quặng bằng cách nung và thiêu kết. Theo phương pháp này, tinh quặng được nung nóng tới nhiệt độ trên 9000C, khi đó, sunfua kẽm (ZnS) chuyển hóa thành oxit kẽm (ZnO) có khả năng hoạt động hơn. Đồng thời, lưu huỳnh kết hợp với oxi tạo thành dioxit lưu huỳnh, sau đó chuyển hóa thành axit sunfuaric, một sản phẩm phụ quan trọng có giá trị thương mại. 

Phương pháp thủy luyện kim

Trong giai đoạn ngâm chiết, oxit kẽm được chiết tách từ các sản phẩm nung khác nhờ axit sunfuaric. Lượng kẽm hòa tan, trong khi đó sắt kết tủa, chì và bạc không hòa tan. Tuy nhiên, dung dịch đã hòa tan còn chứa một lượng tạp chất cần phải loại bỏ nhằm đạt được sản phẩm kẽm có chất lượng cao. Quá trình tinh chế được thực hiện bằng cách pha thêm một lượng bột kẽm vào trong dung dịch. Do mọi phần tử cần tách ra nằm phía dưới kẽm trong dãy điện hóa nên chúng có thể kết tủa nhờ sự kết dính. Kết quả là, dung dịch được làm sạch này sẽ tham gia vào một quá trình điện phân và là môi trường điện giải giữa các anot (dương cực) hợp kim chì và các catot (âm cực) nhôm. Dòng điện truyền qua chất điện phân nhờ việc tạo ra sự chênh lệch điện áp 3,3 – 3,5v giữa anot và catot khiến cho kẽm bám vào các catot nhôm. Lượng kẽm kết tủa này được gỡ ra, sấy khô, nấu luyện và đúc thành các thanh kẽm. Các thanh kẽm này có thể khác nhau về chủng loại: loại chất lượng cao (HG) 99,95% và loại chất lượng đặc biệt cao (SHG) 99,99% kẽm. Ngày nay, trên 90% kẽm trên thế giới được sản xuất bằng phương pháp thủy luyện kim trong các nhà máy điện phân.      

Phương pháp hỏa luyện kim

Phương pháp hỏa luyện kim cũng được sử dụng để tinh luyện quặng kẽm. Tuy nhiên phương pháp này tiêu thụ năng lượng cao nên khi giá nhiên liệu tăng, hiệu quả sẽ giảm. Hiện nay, các lò nấu luyện áp dụng phương pháp này đang hoạt động tại Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản và Ba Lan. Một số quốc gia sản xuất kẽm lớn trên thế giới hiện nay phải kể đến là Australia, Canada, Trung Quốc, Peru, Mỹ, Bỉ và Thụy Điển. 

Tại Việt Nam việc khai thác và chế biến kẽm, chì đã được thực hiện từ lâu, gần đây, Công ty Kim loại mầu Thái Nguyên đã xây dựng xong nhà máy điện phân kẽm kim loại, công suất 10.000t/năm, tại khu Công nghiệp Sông Công Thái Nguyên. Theo kế hoạch thời gian tới sẽ tiến hành đầu tư khai thác các mỏ kẽm – chì Nông Tiến – Tràng Đà, Thượng Ấn, Cúc Đường, Ba Bồ,… công suất 40.000-60.000 tấn quặng nguyên khai/năm, một nhà máy luyện chì và tách bạc, công suất 10.000 tấn chì thỏi và 15.000 kg bạc/năm. Bên cạnh đó, từ nguồn nguyên liệu 50.000-100.000 tấn tinh quặng tuyển nổi và bột kẽm, sẽ xây dựng hai nhà máy điện phân kẽm, công suất mỗi nhà máy khoảng 20.000 tấn kẽm/năm, tại Tuyên Quang và Bắc Cạn./.

 

                         Nguồn: Internet

                        Nguyễn Quốc Trung (lược dịch)