Tiểu luận thực trang khai thác đất hiếm và tác động của việc khai thác đất hiếm đến môi trường

bài tiểu luận môn nguyên tố đất hiếm. Bài này viết về thực trạng khai thác đất hiếm và tác động của việc khai thác đất hiếm đến môi trường của nước ta.

MỞ ĐẦU

Đất hiếm là một loại tài nguyên rất có giá trị và nhiều chuyên gia chorằng do nhu cầu phát triển kinh tế và xét thấy thời điểm nào thì cần phải khaithác, sử dụng Nếu chúng ta khai thác hợp lý, hiệu quả lúc này thì cũng là vì

sự phát triển của tương lai Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềmnăng lớn về quặng đất hiếm, các mỏ đất hiếm chủ yếu thuộc nhóm nhẹ, hàmlượng quặng thuộc loại trung bình, phân bố tập trung ở vùng Tây Bắc, nên

có điều kiện thuận lợi để phát triển thành một cụm công nghiệp khai thác,chế biến trong tương lai

Vậy tình hình khác thác, xử lý đất hiếm như thế nào, đã hợp lý chưa,hiện trạng môi trường tại các vùng khai thác ra sao? Bài tiểu luận này sẽgiúp chúng ta hiểu thêm về đất hiếm, lợi ích và hậu quả trong quá trình khaithác đất hiếm tại Việt Nam trong những năm vừa qua

I - TỔNG QUAN VỀ ĐẤT HIẾM

1.1 Đất hiếm

Đất hiếm là nhóm các nguyên tố có hàm lượng khá nhiều trong vỏ tráiđất Mức độ phổ biến của chúng tương đương với mạ kền hay thiếc, thếnhưng chúng không phải là những thứ dễ khai thác và chiết tách; Đất hiếm

và các kim loại đất hiếm là tập hợp của 17 nguyên tố hóa học thuộc bảngtuần hoàn Mendeleev:Scandi (Sc), Yttri (Y), Lantan (La), Xeri (Ce),Praseodymi (Pr), Neodymi (Nd), Promethi (Pm), Samarium (Sm), Europy(Eu), Gadolini (Gd), Terbi (Tb), Dysprosi (Dy), Holmi (Ho), Erbi (er), Thuli(Tm), Ytterbi (Yb), Luteti (Lu) Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ bản

của đất hiếm được thống kê ở bảng 1.(1)

Bảng 1 Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản

TT Nguyên tố Ký hiệu

hoá học

Thứ tựnguyên tử

Hoátrị

Nguyêntử

lượng

HLTB

trong vỏtrái đất(ppm)

TT Nguyên tố Ký hiệu

hoá học

Thứ tựnguyên tử

Hoátrị

Nguyêntử

lượng

HLTB

trong vỏtrái đất(ppm)

TT Nguyên tố Ký hiệu

hoá học

Thứ tựnguyên tử

Hoátrị

Nguyêntử

lượng

HLTB

trong vỏtrái đất(ppm)

Các oxyt

Trong công nghệ tuyển khoáng, các nguyên tố đất hiếm được phânthành hai nhóm: nhóm nhẹ và nhóm nặng hay còn gọi là nhóm lantan-ceri vànhóm ytri Trong một số trường hợp, đặc biệt là kỹ thuật tách triết, cácnguyên tố đất hiếm được chia ra ba nhóm: nhóm nhẹ, nhóm trung gian vànhóm nặng (xem bảng 2)

Bảng 2 Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y

Thực tế các nguyên tố hiếm này không hiếm trên trái đất Theo CụcKhảo sát Địa chất Liên bang Mỹ - USGS: Fact Sheet 087-02, 2002, hàmlượng trung bình của ceri (Ce=60ppm) cao hơn hàm lượng trung bình củađồng (Cu=50ppm), ngay cả như lutexi (có hàm lượng trung bình trên trái đất

ít nhất trong nhóm đất hiếm) cũng có hàm lượng trung bình cao hơn antimon(Sb), bismut (Bi), cacdimi (Cd) và thali (Tl)

Hiện nay đã biết khoảng 250 khoáng vật chứa đất hiếm, trong đó cótrên 60 khoáng vật chứa từ 5 ÷ 8% đất hiếm trở lên và chúng được chiathành hai nhóm:

- Nhóm thứ nhất: gồm các khoáng vật chứa ít đất hiếm, có thể thu hồi nhưmột sản phẩm đi kèm trong quá trình khai thác và tuyển quặng

- Nhóm thứ hai: gồm các khoáng vật giàu đất hiếm có thể sử dụng trực tiếpnhư sản phẩm hỗn hợp đất hiếm

Theo thành phần hoá học, các khoáng vật đất hiếm được chia thành 9 nhóm:

1 Fluorur: yttofluorit, gagarunit và fluoserit

2 Carbonat và fluocarbonat: bastnezit, parizit, ancylit, hoanghit

3 Phosphat: monazit, xenotim

4 Silicat: gadolinit, britholit, thortveibit

5 Oxyt: ferguxonit, esinit, euxenit

6 Arsenat: checrolit

7 Borat: braitschit

8 Sulfat: chukhrolit

9 Vanadat: vakefieldit

Trong 9 nhóm trên, 5 nhóm đầu là quan trọng nhất, đặc biệt là nhómfluocarbonat, phosphat và oxyt Trong đó, các khoáng vật bastnezit, monazit,xenotim và gadolinit luôn được xem là những khoáng vật quan trọng

Trên thế giới những nước có trữ lượng đất hiếm nhiều là Trung Quốc(

27 triệu tấn, chiếm 30,6% của thế giới), Mỹ (13 triệu tấn, chiếm 14,7%),Australia( 5,2 triệu tấn), Ấn Độ (1,1 triệu tấn)… Trung Quốc là nước khaithác đất hiếm nhiều nhất thế giới Mỹ và một số nước là cung cấp đất hiếmchủ yếu trong mấy năm qua Nhưng nhờ chi phí lao động thấp và sự thiếuvắng những quy đinh chặt chẽ về bảo vệ môi trường, Trung Quốc lại đứng

đầu thế giới về giá bán đất hiếm thấp nhất (2)

Việt Nam là nước có tiềm năng về đất hiếm, dự báo đạt trên 10 triệutấn và chữ lượng gần một 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),…

Hình 1: Vị trí của đất hiếm trong bảng hệ thống tuần hoàn

1.2 Ứng dụng của đất hiếm

Đất hiếm đc sử dụng nhiều trong các nghành công nghệ cao như côngnghệ thực phẩm, y tế, gốm sứ, máy tính, màn hình tivi màu, ô tô thân thiệnvới môi trường, nam châm, pin, xúc tác lọc hóa dầu, tên lửa, 17 nguyên tốnày có rất nhiều tính chất vật lý khó tin Chúng tạo ra nhiều công dụng kỳdiệu khi kết hợp với các nguyên liệu thông thường khác

Các sản phẩm của đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong các ngànhcông nghiệp, nông nghiệp, y học,… Những lĩnh vực sử dụng chính của cácnguyên tố đất hiếm và hỗn hợp của chúng tóm tắt ở bảng 3

Bảng 3 Lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp

TT Tên Ký hiệu Lĩnh vực sử dụng

1 Ceri Ce Chất xúc tác; gốm, sứ; kính; một hợp kim của kim

TT Tên Ký hiệu Lĩnh vực sử dụng

loại đất hiếm được sử dụng không chỉ cho đá đánhlửa trong bật lửa mà còn được sử dụng, có lẽ quantrọng hơn, trong thép thanh lọc bởi sự loại bỏ oxy vàsulfur; chất huỳnh quang và bột đánh bóng

2 Dysprosi Dy Gốm, sứ; chất huỳnh quang và ứng dụng hạt nhân;

nam chân vĩnh cửu

3 Erbi Er Gốm, sứ; thuốc nhuộm kính; sợi quang học; ứng

dụng hạt nhân và laze

4 Europi Eu Chất huỳnh quang

5 Gadolini Gd Gốm, sứ; kính; sự dò tìm và trực quan hoá ảnh y học

quang học và từ tính

6 Holmi Ho Gốm, sứ; ứng dụng hạt nhân và laze

7 Lantan La Chất xúc tác tự động; gốm, sứ; kính; chất huỳnh

quang và chất nhuộm

8 Luteti Lu Tinh thể đơn chất phát sáng, chất xúc tác, sản xuất

huỳnh quang tia X đặc biệt

9 Neodym Nd Chất xúc tác; máy lọc IR, laze; chất nhuộm và nam

TT Tên Ký hiệu Lĩnh vực sử dụng

châm vĩnh cửu

10 Praseodym Pr Gốm, sứ; kính và chất nhuộm; nam châm vĩnh cửa

11 Promethi Pm Chất huỳnh quang, pin hạt nhân và dụng cụ đo

15 Thuli Tm Trực quan hoá ảnh y học và ống chùm điện tử

16 Ytterbi Yb Công nghiệp hoá học và nghề luyện kim

17 Yttri Y Tụ điện; chất huỳnh quang (ống dẫn tia catiot-CRT

và đèn), công nghệ rada và chất siêu dẫn

Trong những năm qua, VN đã sử dụng đất hiếm trong sản xuất, chế tạonam châm vĩnh cửu, thủy tinh, bột màu, chế tạo gang, vật liệu siêu dẫn,…

Hình 2: Ứng dụng của đất hiếm

1.3 Các kiểu mỏ công nghiệp

Đất hiếm có thể tạo thành mỏ công nghiệp độc lập hoặc là các nguyên

tố đi cùng với nhiều loại hình nguồn gốc khác nhau Theo Greta J Orris1and Richard I Grauch [11] có thể chia ra làm 17 kiểu mỏ đất hiếm như sau:

1-Kiểu cacbonatit (Carbonatites)

2- Kiểu cacbonatit được làm giàu (Carbonatites with residual enrichment)

3- Kiểu mỏ liên quan đến phức hệ xâm nhập kiềm (Alkaline igneous

complexes)

4- Kiểu oxyt sắt nhiệt dịch (Hydrothermal iron-oxide deposits)

5- Kiểu mỏ liên quan đến đá phun trào (Other Igneous affiliated)

6- Kiểu mỏ liên quan đến đá biến chất (Deposits hosted by metamorphic rocks)

7- Kiểu mỏ sa khoáng bờ biển (Shoreline placer deposits)

8- Kiểu mỏ sa khoáng trầm tích bồi tụ (Alluvial placer deposits)

9- Kiểu mỏ sa khoáng không rõ nguồn gốc (Placer uncertain origin)

10- Kiểu mỏ sa khoáng cổ (Paleoplacers)

11- Kiểu mỏ hấp thụ ion (Ion adsorption weathering crusts)

12- Kiểu phosphorit (Phosphorites)

13- Kiểu bauxit hoặc laterit chính (Bauxite or lateraite hosted)

14- Kiểu mỏ fluorit (F deposits)

15- Kiểu mỏ chì (Pb deposits)

16- Kiểu mỏ urani (Uranium deposits)

17- Các kiểu khác: Hỗn hợp và không xác định (Others: miscellaneous and unkown)

Trong các loại hình mỏ nêu trên, quan trọng nhất là các loại hình 1, 2,

3, 11, 12, 14 chúng chiếm trữ lượng khai thác có hiệu quả và sản lượng khaithác chủ yếu trên thế giới hiện nay

1.4 Nhu cầu và thị trường quặng đất hiếm

Năm 1794: Sản xuất thương mại đất hiếm đầu tiên tại Áo

Năm 1953: Nhu cầu đất hiếm khoảng 1.000 tấn (tương đương 25.000.000 USD)

Năm 1965: Mỏ khai thác mỏ đất hiếm độc lập đầu tiên

Hình 3 Sản lượng đất hiếm sản xuất từ năm 1985 – 2009

Bảng 4 Dự báo giá của một số oxyt kim loại đất hiếm đến năm 2015 (Theo tập đoàn Mackie Research Capital)

Lutetium Oxide (Lu2O3) 412 461 517 579 648 726

Terbium oxide (Tb4O7) 610 778 968 1.172 1.373 1.029

Europium Oxide (Eu2O3)454 499 549 604 665 731

Theo thống kê giá của USGS giá đất hiếm trên thế giới từ năm 1970đến năm 2010 có sự biến động theo từng năm, từng giai đoạn và nhu cầu sửdụng Từ năm 1970 đến năm 1988 do nhu cầu sử dụng đất hiếm chưa cao vàchỉ áp dụng trong một số lĩnh vực nhất định, do vậy giá đất hiếm chưa cao

Từ năm 1988 đến năm 1993 giá đất hiếm tăng mạnh từ 2.050USD/tấn tăngđỉnh điểm trên 10.000USD/tấn, sau đó từ năm 1993 đến năm 2006 giá đấthiếm nhìn chung giảm dần và thấp nhất là năm 2006, giá đất hiếm sấp xỉ4.000USD/tấn Tuy nhiên, vào năm 2010 giá đất hiếm tăng mạnh mẽ, vượtngưỡng 12.000USD/tấn (hình 4)

Hình 4 Biểu đồ thống kê giá đất hiếm từ năm 1970 đến năm 2010

Dự báo từ nay đến năm 2014 tốc độ tăng trưởng của các ngành nghềcông nghiệp phổ thông tăng mạnh dẫn đến việc sử dụng các nguyên tố đấthiếm cũng tăng lên với mức độ tăng trưởng trung bình từ 12,5% đến trên122,9% tùy theo lĩnh vực công nghiệp (bảng 5)

Bảng 5 Dự kiến tăng trưởng của các ứng dụng liên quan với đất hiếm đến năm 2014

Nguyên tố sử dụng

Máy tính 293.000 529.000 12,5 Nd, Pr, Sm, Tb,

Xe đạp, xe máy

Nd, Pr, Sm, Tb,Dy

Bình ác quy xe điện 527 2.717 38,8 La, Ce, Pr, Nd

Xe máy điện

527 2.717 38,8 Nd, Pr, Sm, Tb,

Dy

Màn hình LCD 102.200 375.000 29,7 Eu, Y, Tb, La, Ce

Điện thoại theo tiêu

chuẩn Châu Âu

miền Trung thì cũng có đất hiếm, nhưng chỉ dọc theo ven biển và chủ yếunằm trong sa khoáng nên trữ lượng không lớn lắm

Các kết quả nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò đã phát hiện và ghi nhậnnhiều mỏ, điểm quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam (hình 5)

- Các mỏ đất hiếm gốc và vỏ phong hoá phân bố ở Tây Bắc gồm Nậm

Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai), Yên Phú(Yên Bái)

- Đất hiếm trong sa khoáng chủ yếu ở dạng monazit, xenotim là loạiphosphat đất hiếm, ít hơn là silicat đất hiếm (orthit) Trong sa khoáng venbiển, monazit, xenotim được tập trung cùng với ilmenit với các mức hàmlượng khác nhau, phân bố ven bờ biển từ Quảng Ninh đến Vũng Tàu Sakhoáng monazit trong lục địa thường phân bố ở các thềm sông, suối điểnhình là các mỏ monazit ở vùng Bắc Bù Khạng (Nghệ An) như ở các điểmmonazit Pom Lâu - Bản Tằm, Châu Bình… Monazit trong sa khoáng venbiển được coi là sản phẩm đi kèm và được thu hồi trong quá trình khai thácilmenit

Ngoài các kiểu mỏ đất hiếm nêu trên, ở vùng Tây Bắc Việt Nam còngặp nhiều điểm quặng, biểu hiện khoáng hoá đất hiếm trong các đới mạchđồng - molipden nhiệt dịch, mạch thạch anh - xạ - hiếm nằm trong các đábiến chất cổ, trong đá vôi; các thể migmatit chứa khoáng hoá urani, thori vàđất hiếm ở Sin Chải, Thèn Sin (Lai Châu); Làng Phát, Làng Nhẻo (Yên Bái);

… nhưng chưa được đánh giá

2.2 Các kiểu mỏ công nghiệp

*) Theo nguồn gốc có thể chia các mỏ, điểm quặng đất hiếm trên lãnhthổ Việt Nam thành ba loại hình mỏ như sau:

- Mỏ nhiệt dịch: phân bố ở Tây Bắc gồm các mỏ lớn, có giá trị nhưBắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao, Mường Hum, Yên Phú và hàng loạtcác biểu hiện khoáng hoá đất hiếm trong vùng Thân quặng có dạng mạch,thấu kính, ổ, đới xuyên cắt vào các đá có thành phần khác nhau: đá vôi, đáphun trào bazơ, đá syenit, đá phiến Hàm lượng tổng oxyt đất hiếm trong các

mỏ thuộc loại cao từ 1% đến trên 36%

- Mỏ sa khoáng: đã phát hiện 2 kiểu sa khoáng chứa đất hiếm gồm:+ Sa khoáng lục địa: ở vùng Bắc Bù Khạng (Mỏ monazit Pom Lâu,Châu Bình và Bản Gió), tại các mỏ, điểm quặng này đất hiếm dưới dạngkhoáng vật monazit, xenotim đi cùng ilmenit, zircon Quặng nằm trong cáctrầm tích thềm sông bậc I và II Nguồn cung cấp các khoáng vật chứa đấthiếm chủ yếu từ khối granit Bù Khạng Hàm lượng monazit 0,15 ÷ 4,8kg/m3,điều kiện khai thác, tuyển đơn giản nên cần được quan tâm thăm dò và khaithác khi có nhu cầu

Hình 5 Sơ đồ phân bố các mỏ đất hiếm ở Việt Nam

+ Sa khoáng ven biển: ven biển Việt Nam có nhiều mỏ và điểm quặng

sa khoáng ilmenit có chứa các khoáng vật đất hiếm (monazit, xenotim) vớihàm lượng từ 0,45 ÷ 4,8kg/m3như mỏ Kỳ Khang, Kỳ Ninh, Cẩm Hòa , CẩmNhượng (Hà Tĩnh), Kẻ Sung (Thừa Thiên Huế), Cát Khánh (Bình Định),Hàm Tân (Bình Thuận)… Tuy nhiên, monazit, xenotim trong các mỏ titan sakhoáng chưa được đánh giá đầy đủ

- Kiểu mỏ hấp thụ ion: kiểu mỏ này do Tổng công ty Dầu khí và kimloại Quốc gia Nhật Bản (JOGMEC) phát hiện trong quá trình điều tra cơ bảnđịa chất theo biên bản ghi nhớ giữa Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam

với Tổng công ty Dầu khí và Kim loại Quốc gia Nhật Bản (JOGMEC) ngày

25 tháng 10 năm 2007 về đề án “Điều tra cơ bản địa chất đối với các nguyên

tố đất hiếm đi kèm với khoáng hóa Vàng - đồng - oxit sắt tại các tỉnh LàoCai, Yên Bái và Lai Châu" tại khu vực huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai vớihàm lượng trung bình tổng đất hiếm khoảng 0,0443 ÷ 0,3233% tREO

Đất hiếm khu vực huyện Bảo Thắng được phát hiện chủ yếu khu vựccủa đá gneis milonit hóa hoặc đá gneis bị cà nát hay đá phiến giàu felspat và

đá laterit và đá felspat bị kaolin hóa Trên cơ sở đó mỏ đất hiếm hấp thụ ionđược hình thành ở khu vực này

Đất hiếm ở khu vực này không có sự tương quan hàm lượng giữa cácnguyên tố phóng xạ (urani, thori) với đất hiếm Kết quả nghiên cứu địa hóa ởkhu vực này cho thấy đường địa hóa của urani, thori và đất hiếm là khôngtrùng nhau

Kết quả khảo sát cho thấy, đất hiếm hấp thụ ion tồn tại ở hệ tầng SinhQuyền, theo bản đồ địa chất 1:200.000, hệ tầng Sinh Quyền phân bố dọcsông Hồng từ Lào Cai sang đến Trung Quốc Do đó, kiểu mỏ này cần đượcquan tâm đánh giá thăm dò để khai thác khi có nhu cầu do điều kiện khaithác, tách tuyển quặng đơn giản

*) Theo thành phần nguyên tố quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam

có thể chia làm hai loại:

- Đất hiếm nhóm nhẹ: gồm các mỏ Nam Nậm Xe, Bắc Nậm Xe, ĐôngPao và quặng sa khoáng Trong đó, khoáng vật đất hiếm chủ yếu là bastnezit(Nậm Xe, Đông Pao, Mường Hum) và monazit (Bắc Bù Khạng, sa khoángven biển)

- Đất hiếm nhóm nặng: điển hình là mỏ Yên Phú Trong mỏ, hàmlượng tổng oxyt đất hiếm không cao (trung bình 1,12%) nhưng tỷ lệ hàmlượng oxyt đất hiếm nhóm nặng khá cao chiếm 21,0 ÷ 43,5% tổng oxyt đất

hiếm Ngoài mỏ Yên Phú, mỏ đất hiếm Mường Hum cũng có tỷ lệ hàmlượng oxyt đất hiếm nhóm nặng so với tổng hàm lượng oxyt đất hiếm tươngđối cao (21,16 ÷ 36,43%).

2.3 Trữ lượng và tài nguyên

Trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở các mỏ đã được tìm kiếm, đánhgiá và thăm dò được thống kê ở bảng 5

Bảng 5 Tổng hợp trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở Việt Nam

Hàm lượngtrung bình

Trữ lượng-Tài nguyên (tấn)

Ghichú

2,54÷6,75

%TR2O3

460.856

1.697.524

2.552.852

4.711.232

Thă

m dònăm2011

1,01÷1,21

%TR2O3

27.298 4.082 31.380

Thă

m dònăm2011

Quặngphong hóa:

2,0÷ 16,8%

1.744.662

5.962.799

7.707.461

Đangthăm

Hàm lượngtrung bình

Trữ lượng-Tài nguyên (tấn) Ghi

0,5÷36%

TR2O3 5.680 193.488 740.891

3.150.000

4.090.059

Đangthămdò

it, cordinit,exinit

0,15÷4,8kg/m3Monazit

1.090 225 1.315