Công nghệ tuyển nổi trong khai thác đất hiếm

Nhóm nghiên cứu lấy mẫu ở mỏ Nậm Xe: Nguồn: PGS Phan Quang Văn.

Tiềm năng lớn nhưng thiếu công nghệ

Câu chuyện về đất hiếm dường như xa lạ với những người ngoài ngành nhưng với những người thuộc ngành công nghiệp lại mang một giá trị đặc biệt. Hợp chất chứa 17 nguyên tố hóa học, trong đó có scandi, yttri và 15 nguyên tố của nhóm Lantan, đang ngày càng có vai trò quan trọng bởi các ngành công nghệ cao hiện nay đều cần đến nó, từ chất xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý môi trường, vật liệu phát quang trong ngành chiếu sáng, màn hình tivi, công nghệ laser, nam châm, rada, tên lửa, linh kiện điện tử… Còn nhớ, quãng năm 2010, giá nguyên liệu đầu vào bột huỳnh quang pha tạp đất hiếm tăng đột biến khi ‘cuộc chiến đất hiếm” giữa Trung Quốc và phần còn lại của thế giới xảy ra, GS. TS Phạm Thành Huy đã “cứu” công ty Rạng Đông một bàn thua bằng giải pháp công nghệ thu hồi và tinh chế bột huỳnh quang ba phổ pha tạp đất hiếm và thủy tinh không chì.

Không phải ai cũng may mắn như Rạng Đông. “Khi Trung Quốc - quốc gia có trữ lượng đất hiếm đứng thứ nhất thế giới và đang chiếm hơn 95% sản lượng - quyết định cắt giảm xuất khẩu, các nước phát triển công nghệ cao như Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc…‘nháo nhào’ tìm nguồn cung”, PGS.TS Phan Quang Văn kể lại. “Vì thế lúc đó Việt Nam rất quan tâm đến việc nghiên cứu công nghệ khai thác tài nguyên này”.

Tuy nhiên, hiểu biết của Việt Nam về đất hiếm không xa hơn những gì thu nhận được từ sự truyền thụ của chuyên gia các nước thuộc khối Đông Âu cũ trong những năm 1950-1970. Những bí ẩn dưới lòng đất vẫn còn nguyên đó bởi thông tin mà chúng ta cần biết như trữ lượng, phân bố… còn chưa cụ thể. Trong cuộc họp báo giao lưu trực tuyến định kỳ lần thứ hai năm 2010, Thứ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Nguyễn Văn Đức giải đáp về trữ lượng đất hiếm ở Việt Nam: “Hiện vẫn chưa thể xác định cụ thể là bao nhiêu và đang trong quá trình chờ thăm dò, khảo nghiệm” (trích Theo Báo cáo Khai thác và sử dụng đất hiếm hiện nay trên thế giới của Cục Thông tin KH&CN quốc gia).

Mặc dù theo thời gian, những hiểu biết đó dần được bổ sung, ví dụ như chúng ta đã biết nằm dưới lòng đất kia là khoảng một phần năm trữ lượng đất hiếm của thế giới, phân bố chủ yếu ở vùng Tây Bắc nhưng lại chưa có được công cụ khai thác nó một cách hiệu quả. Tất cả mới chỉ dừng ở mức độ khai thác nhỏ lẻ, chủ yếu sử dụng phương pháp thủ công, không tách được hết thành phần nguyên tố hiếm, dẫn đến tổn thất tài nguyên lớn (có những mỏ tổn thất tới 60%). Loại tài nguyên này đòi hỏi trình độ khai thác, chế biến ở mức cao, vì vậy, khi chưa có trong tay công cụ đó thì việc tổ chức khai thác đất hiếm tại Việt Nam cần phải xem xét kỹ càng. Khi vấn đề công nghệ còn chưa được giải quyết ổn thỏa, thì việc khai thác lấy nguyên liệu thô và xuất khẩu nó chưa qua chế biến sẽ chỉ thu về giá trị thấp.

“Do đó, chúng tôi đã viết một bản đề xuất với Bộ KH&CN là phải có nghiên cứu đánh giá chi tiết thành phần vật chất và đề xuất công nghệ đất hiếm bền vững với môi trường, phù hợp với điều kiện Việt Nam”, PGS.TS Phan Quang Văn nói. Nậm Xe được nhóm nghiên cứu lựa chọn đánh giá vì đây là mỏ đất hiếm lớn nhất nước ta và có thành phần khoáng vật phức tạp hơn so với các mỏ còn lại với khoảng 80 khoáng vật khác nhau, trong đó có một số nguyên tố phóng xạ có thể gây nguy hại tới hệ sinh thái và đời sống của người dân trong khu vực mỏ và vùng lân cận nên cần được nghiên cứu kỹ lưỡng.

Tuyển nổi kết hợp tuyển từ

Được Bộ KH&CN tài trợ cho nghiên cứu trong khuôn khổ đề tài “Hợp tác nghiên cứu thành phần vật chất, đề xuất qui trình công nghệ chế biến, định hướng phương pháp khai thác và bảo vệ môi trường mỏ đất hiếm Nậm Xe, tỉnh Lai Châu, Việt Nam”, mã số NĐT-02.GER/15, nhóm nghiên cứu của PGS.TS Phan Quang Văn khảo sát đo và lấy mẫu ở gần 3000 điểm nhằm đánh giá môi trường phóng xạ tự nhiên trong khu vực và lân cận. Đây là một trong những công đoạn được thực hiện rất cẩn trọng với những thiết bị chuyên dụng khác nhau, ví dụ nhóm đã sử dụng máy DKS-96 đo suất liều gamma môi trường ở 2345 điểm nhằm xác định suất liều chiếu ngoài bức xạ gamma trong diện tích nghiên cứu, sử dụng thiết bị đo chuyên dụng RAD-7 đo khí phóng xạ môi trường nhằm xác định nồng độ radon trong không khí tại 309 điểm, từ đó tính toán liều chiếu trong qua đường hô hấp. Do trong thành phần của đất hiếm ở đây chứa nguyên tố phóng xạ nên nhóm nghiên cứu dùng thiết bị đo phổ gamma môi trường xác định hàm lượng của Urani, Thori, Kali trong đất, đá, vật liệu xây dựng..., từ đó đánh giá khả năng phát tán của các nguyên tố phóng xạ trong vùng nghiên cứu và tìm hiểu nguyên nhân gây ô nhiễm phóng xạ (nếu có). Kết quả cho thấy, khu vực này có sự ảnh hưởng của các chất phóng xạ trong vùng quặng đất hiếm phát tán ra, diện phân bố vượt tiêu chuẩn an toàn thứ cấp về suất liều gamma; nồng độ khí radon ở một số địa điểm cao hơn mức khuyến cáo của TCVN 7889: 2008 về quy định các mức nồng độ khí radon tự nhiên trung bình năm trong nhà.

“Đặc thù lượng chất phóng xạ, gồm urani và thori đòi hỏi phải có một quy trình khảo sát kỹ lưỡng và công nghệ riêng nhằm đảm bảo không làm phát tán phóng xạ ra môi trường trong quá trình khai thác, chế biến”, PGS.TS Phan Quang Văn cho biết. Mặt khác “mỏ Nậm Xe có đặc tính quặng rất mịn như đất sét, độ dính kết cao, rất khó tuyển, khác so với các mỏ khác trên thế giới”. Chính vì vậy, nhóm phải hợp tác với Viện Công nghệ tài nguyên Helmholtz Freiberg, đơn vị có kinh nghiệm trong nghiên cứu về đất hiếm để nghiên cứu quy trình công nghệ phù hợp. Một tấn mẫu thí nghiệm địa chất đã được gửi đi Đức để Viện Công nghệ tài nguyên Helmholtz Freiberg đánh giá thành phần vật chất và sử dụng công nghệ tuyển nổi kết hợp với công nghệ tuyển từ để tuyển đất hiếm từ quặng. Khi quặng được nung nóng, một số chất hóa học được đưa vào để tách lấy quặng tinh và các tạp chất. Hai phương pháp tuyển này cho hiệu quả cao, thu được đất hiếm trong quặng tới hơn 90% tổng số đất hiếm trong quặng. Theo PGS.TS Phan Quang Văn, hiệu quả này cao hơn của Trung Quốc, một nước đang dẫn đầu sản lượng đất hiếm được khai thác – cũng chỉ đạt được hiệu quả ở mức khoảng trên 80%. Kết quả thử nghiệm ban đầu cũng đã giúp chiết tách được 142 gram Urani kỹ thuật, hiệu suất tách các tạp chất đạt hơn 95%.

Từ kết quả thử nghiệm công nghệ này, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng công nghệ tuyển nổi có thể kết hợp với tuyển từ và phối hợp với một số doanh nghiệp có kinh nghiệm để khai thác và chế biến quặng đất hiếm Nậm Xe. Tuy nhiên, “vì trong quá trình khai thác, chế biến, các chất phóng xạ sẽ phát tán trong không khí, nước mặt và nước ngầm, nên phải kết hợp chương trình phục hồi môi trường phù hợp, đặc biệt phải luôn có hệ thống quan trắc môi trường phóng xạ một cách chặt chẽ”, PGS.TS Phan Quang Văn lưu ý.

Để có cái nhìn cụ thể hơn về tác động của các nguyên tố phóng xạ lên môi trường, nhóm nghiên cứu đã lấy mẫu đất, nước và thực vật và phân tích. Kết quả cho thấy, các mẫu thực vật tại khu vực mỏ đất hiếm Nậm Xe đều có nồng độ phóng xạ vượt tiêu chuẩn cho phép (Hd ≤ 0,2 mSv/năm), các cây lương thực chính đã hấp thụ các hoạt chất phóng xạ với liều lượng cao, trong đó các mẫu nồng độ cao hơn cả tập trung tại khu Bắc Nậm Xe và phần diện tích có chứa các thân quặng đất hiếm. Nhờ đó, nhóm đã phân vùng ô nhiễm phóng xạ, khoanh định diện tích dự báo bị ô nhiễm phóng xạ tự nhiên và diện tích có nguy cơ ô nhiễm phóng xạ tự nhiên ở khu vực mỏ và xây dựng được bản đồ ô nhiễm làm cơ sở cho việc khuyến cáo sản xuất nông nghiệp ở khu mỏ và lân cận. Cụ thể, diện tích ô nhiễm phóng xạ tự nhiên là 14,33 km2, trong đó, diện tích có nguy cơ gây ô nhiễm phóng xạ là 8,33Km2 (xem bản đồ). Bản đồ phân vùng ô nhiễm phóng xạ do nhóm xây dựng của mỏ Nậm Xe. Nguồn: PGS.TS Phan Quang Văn.