1.2. Tổng quan về khoáng sản đất hiếm
1.2.1. Khái quát chung về đất hiếm
a. Đặc điểm địa hóa - khống vật
Đất hiếm là nhóm gồm có 17 nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev, gồm các nguyên tố có số thứ tự từ 57 (lantan) đến 71 (lutexi) và nguyên tố ytri (số thứ tự 39), nguyên tố scandi (số thứ tự 21).
Trong cơng nghệ tuyển khống, các nguyên tố đất hiếm đƣợc chia thành 2 nhóm: nhóm nhẹ hay cịn gọi là lantan-ceri và nhóm nặng hay cịn gọi là ytri, hoặc chia thành 3 nhóm: nhóm nhẹ, nhóm nặng và nhóm trung gian (bảng 4).
Bảng 4: Phân loại nhóm các nguyên tố đất hiếm
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Sc Nhóm nhẹ (nhóm lantan –ceri) Nhóm nặng (nhóm ytri)
Nhóm nhẹ Nhóm trung Nhóm nặng
Hiện nay, đã phát hiện khoảng 250 khống vật chứa đất hiếm, trong đó có trên 60 khống vật chứa từ 5 ÷ 8% đất hiếm trở lên và đƣợc chia thành hai nhóm chính:
- Nhóm 1: gồm các khống vật chứa ít đất hiếm, có thể thu hồi nhƣ một sản phẩm đi kèm trong q trình khai thác và tuyển quặng.
- Nhóm 2: gồm các khống vật giàu đất hiếm có thể sử dụng trực tiếp nhƣ sản phẩm hỗn hợp đất hiếm.
Theo thành phần hóa học, các khống vật đất hiếm đƣợc chia thành 9 nhóm: 1. Fluorur: yttofluorit, gagarunit, fluoserit
2. Carbonat và fluocarbonat: bastnesit, 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 có 5 nhóm đầu là quan trọng nhất, trong đó các khống vật bastnesit, monazit, xenotim và gadolonit đƣợc xem là những khống vật cơng nghiệp quan trọng của đất hiếm. Các khoáng vật đất hiếm quan trọng nhất đƣợc thống kê ở bảng 5.
Bảng 5: Các khoáng vật đất hiếm và chứa đất hiếm phổ biến Tên Tên
khoáng vật Cơng thức hóa học
Phân bổ đất hiếm chính
Phần trăm oxyt đất hiếm
Alanit (R, Ca)2(Al,Fe,Mn,Mg)(SiO4)3H2O Nhẹ 5÷20 Apatit {(Ca,R)5(P,Si)O4}3(F,Cl,OH)} Nhẹ 0÷20
Bastnesit R, F(CO3) Nhẹ 60÷70
Branenit (U, Ca,Y,Ce)(Ti,Fe)2O3 Nhẹ 12
Xerit (Ce, Ca)10(SiO4)6(OH,Cl)2 Nhẹ 70 Eudialit {(Ca, R)2Na4}(Fe,Mn,Y)ZiSi8(OH,Cl)2 Nặng, nhẹ -
Ơxenit (R,Ca,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6 Nặng 14÷43
Fecgusonit (R, Ca, U,Th)(Nb,Ta,Ti)O4 Nặng 46
Flurenxit (R, Al3(PO4)2(OH)6 Nặng 32
Fluxerit RF Nặng 70
Gadolinit Be,Fe,R3Si2O10 Nặng 48
Loparit (R,Ca)(Ti,Nb)2O6 Nhẹ 30
Monazit (R,Th)PO4 Nhẹ 50÷80
Parizit Ca, R2(CO3)3F2 Nhẹ 60
Perocskit (Ca, R)TiO3 Nhẹ Thay đổi
Pyroclo (Ca,Na,R) Nb2O6F Nhẹ Thay đổi
Smacskit (Y, Ce,U,Fe3)3(Nb,Ta,Ti)5O16 Nặng 22
Xenotim R(PO4) Nặng 54÷65
Zircon (Zr, Th, R)SiO4 Nhẹ, nặng -
(R - đất hiếm nói chung)
Theo bảng 5, trong một số khống vật quặng đất hiếm có chứa các nguyên tố phóng xạ (U, Th). Do đó, trong các thân quặng đất hiếm thƣờng có cƣờng độ phóng xạ cao [10].
b. Ứng dụng
Đất hiếm là một loại khoáng sản đặc biệt, đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ kỹ thuật cao nhƣ làm chất xúc tác trong cơng nghệ lọc hóa dầu và xử lý môi trƣờng; ứng dụng trong công nghệ laser; dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu, gốm, sứ, kính, thuốc nhuộm kính, chế tạo đèn catot trong thiết bị vô tuyến truyền hình; ứng
dụng hạt nhân; làm các chế phẩm phân bón vi lƣợng nhằm tăng năng suất và chống chịu sâu bệnh cho cây trồng; trực quang hóa ảnh y học, công nghệ rada và vật liệu siêu dẫn, …[36].
c. Nhu cầu và thị trường quặng đất hiếm
Năm 1794: sản xuất thƣơng mại đất hiếm đầu tiên tại Áo. Năm 1953: nhu cầu đất hiếm khoảng 1.000 tấn.
Năm 1965: mỏ khai thác đất hiếm đầu tiên là Mountain Pass (Mỹ). Năm 2003: nhu cầu đất hiếm khoảng 85.000 tấn.
Năm 2008: nhu cầu đất hiếm khoảng 124.000 tấn.
Năm 2015: dự kiến nhu cầu đất hiếm trên toàn thế giới khoảng 200.000 tấn. Tính đến năm 2009, Trung Quốc sản xuất hơn 90% các nguyên tố đất hiếm trên thế giới. Dự báo trong thời gian tới lƣợng cung và cầu đất hiếm sẽ đƣợc cân đối. Tuy nhiên, các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ đƣợc dự báo là cung vƣợt quá cầu, trong khi đó các nguyên tố đất hiếm nhóm nặng nhu cầu sẽ ngày càng tăng và lƣợng cung sẽ không đủ lƣợng cầu. Các nƣớc tiêu thụ đất hiếm lớn nhất là Mỹ (26,95%), Nhật Bản (22,69%), Trung Quốc (21,27%). Ấn Độ và Trung Quốc đã bắt đầu việc thăm dò đất hiếm ở ngồi khơi. Theo ƣớc tính của một số nhà khoa học, nếu có kế hoạch khả thi thì việc này có thể đƣợc triển khai vào năm 2030-2040.