Tiềm năng khoáng sản Việt Nam: Đất hiếm, titan, bauxite và sự thịnh vượng của đất nước

Theo dõi KTMT trên

Đất hiếm

Đất hiếm là một loại khoáng sản đặc biệt, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ kỹ thuật cao có mặt ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới. Việc khai thác đất hiếm trên Thế giới bắt đầu từ thập niên 50 của thế kỷ trước, bắt đầu từ sa khoáng monazit (Ce, La, Th) PO₄ trên các bãi biển. Vì monazit chứa nhiều thorium (Th) có tính phóng xạ, ảnh hưởng đến môi trường nên bị hạn chế khai thác.

Từ năm 1965, việc khai thác đất hiếm chủ yếu diễn ra ở vùng núi Pass, Colorado - Mỹ. Đến năm 1983, Mỹ mất vị trí độc tôn khai thác vì nhiều nước đã phát hiện mỏ đất hiếm và ưu thế khai thác dần nghiêng về phía Trung Quốc do nước này tiết kiệm đầu tư xử lý ô nhiễm để hạ giá thành sản phẩm đất hiếm. Đến năm 2004, vùng mỏ Bayan Obo của Trung Quốc đã sản xuất đến 95.000/102.000 tấn đất hiếm của thế giới.

Đất hiếm là nhóm 17 nguyên tố hóa học nằm chủ yếu trong ô thuộc nhóm 3, chu kỳ 6 của Bảng Tuần hoàn Mendeleev, gồm: xeri (Ce), dysprosi (Dy), erbi (Er), europi (Eu), gadolini (Gd), holmi (Ho), lanthan (La), luteti (Lu), neođim (Nd), praseođim (Pr), prometi (Pm), samari (Sm), scandi (Sc), terbi (Tb), tuli (Tm), ytterbi (Yb) và ytri (Y).

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, ôtô thân thiện với môi trường, nam châm, pin, radar, tên lửa... Các ứng dụng chính của một số nguyên tố đất hiếm:

- Lantan (La) dùng trong men gốm và thủy tinh quang học;

- Ceri (Ce) dùng trong ngành công nghiệp sản xuất thép, làm tăng độ bền, tăng tính mềm dẻo của hợp kim nhôm và tăng tính chịu nhiệt của hợp kim magne, làm chất xúc tác trong quá trình lọc dầu, tụ điện gốm và vật liệu chịu nhiệt của động cơ phản lực.

- Prazeodim (Pr) là một thành phần của men gốm, của tụ điện và nam châm vĩnh cửu. Hỗn hợp của Pr với Nd gọi là dydim được sử dụng làm kính bảo hộ cho công nghiệp sản xuất thủy tinh.

- Europi (Eu) sử dụng trong đèn màu catôt, oxit của Eu làm chất phát quang màu đỏ cho vô tuyến truyền hình màu, là thành phần cơ bản của các thanh điều khiển lò phản ứng hạt nhân.

- Thuli (Tm) khi bị chiếu xạ, sẽ tạo ra một đồng vị phát ra tia X được sử dụng trong các máy X quang di động.

- Ytri (Y) sử dụng làm chất khử oxit trong thép không gỉ, trong các hợp kim đặc biệt, làm động cơ máy bay, trong bình acquy tái nạp. Động vị của Y sử dụng trong thuốc giảm đau.

Trữ lượng đất hiếm trên thế giới khoảng 87,7 triệu tấn. Trong đó, tập trung chủ yếu ở các nước như: Trung Quốc (27 triệu tấn); Liên Xô trước đây (19 triệu tấn); Mỹ (13 triệu tấn), Australia (5,2 triệu tấn); Ấn Độ (1,1 triệu tấn), Canada (0,9 triệu tấn); Nam Phi (0,4 triệu tấn); Brazil (0,1 triệu tấn); các nước còn lại (21 triệu tấn). Nhu cầu hằng năm chỉ cần 125.000 tấn thì 700 năm nữa mới cạn kiệt loại khoáng sản này.

Việt Nam cũng là một trong những nước sở hữu nguồn tài nguyên đất hiếm lớn, với trữ lượng 11 triệu tấn kim loại; gồm hai dạng nguồn gốc chính: đất hiếm nhiệt dịch (Bắc Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao (Lai Châu), Mường Hum (Lào Cai) và Yên Phú (Yên Bái); đất hiếm trong sa khoáng ở dạng monazit, xenotim là loạt phosphate đất hiếm, ít hơn là silicat đất hiếm (orthit). Quặng đất hiếm nhiệt dịch chứa các nguyên tố đất hiếm nhóm nhẹ, chủ yếu là các nguyên tố La (Lantan) và Ce (Xeri), chiếm khoảng 97% tổng oxit đất hiếm khu Bắc Nậm Xe và 75,9% tổng oxit đất hiếm khu Nam Nậm Xe. Đặc biệt, quặng có hàm lượng nguyên tố phóng xạ Urani và Thori dạng tự nhiên: vùng Bắc Nậm Xe có hàm lượng lần lượt 0,003% và 0,005%, vùng Nam Nậm Xe lần lượt là 0,01% và 0,09%. Ở loại hình nguồn gốc sa khoáng hàm lượng khoáng vật Monazit chứa đất hiếm dao động 0,15-4,8kg/m³.

Theo thông tin thị trường của Tập đoàn Alibaba, giá kim loại và sản phẩm đất hiếm khá cao; cụ thể giá kim loại và hợp kim đất hiếm tính theo đơn vị kg như sau: Kim loại Praseodymium chất lượng cao: 110 – 160 USD/kg; Kim loại đất hiếm loại Lantan Xeri Mischmetal La-Ce Hợp kim cho luyện kim: 5.6 - 6.6USD/kg; Lantanum Cerium La-Ce Mischmetal đất hiếm kim loại hợp kim: 4-4.2 USD/kg; Hợp kim Dy-Fe / kim loại / hợp kim đất hiếm chất lượng cao: 140 – 250 USD/kg

Với trữ lượng hàng chục triệu tấn quặng đất hiếm, dù là đất hiếm nhóm nhẹ (La, Ce), khoáng sản đất hiếm Việt Nam có thể có giá trị hàng chục nghìn tỷ USD nếu được khai thác và chế biến. Tuy nhiên, vấn đề kiểm soát ô nhiễm phóng xạ (U, Th) khi khai thác và chế biến quặng đất hiếm hiện đang là rào cản công nghệ lớn nhất đối với Việt Nam.

Titan    

Titan hay titanium là một nguyên tố hóa học, một kim loại, có ký hiệu là Ti và số thứ tự trong bảng tuần hoàn là 22. Titan là một kim loại chuyển tiếp có màu trắng bạc, tỉ trọng thấp và độ bền cao. Hai tính chất được ứng dụng nhiều nhất ở dạng kim loại là chống ăn mòn và tỉ lệ độ bền / tỉ trọng cao nhất trong tất cả các nguyên tố kim loại. Ở dạng không tạo hợp kim, Titan bền như thép, nhưng nhẹ hơn.

Titan không bị ăn mòn trong nước biển và các loại axit. Titan được dùng trong các hợp kim cứng và nhẹ (đặc biệt là với sắt và nhôm) được ứng dụng trong các động cơ phản lực, tên lửa hành trình, và phi thuyền, quân đội, quy trình công nghiệp (hóa học và hóa dầu, nhà máy lọc nước biển và giấy), hệ tự động, thực phẩm nông nghiệp, bộ phận giả trong y học, cấy chỉnh hình, chân răng nhân tạo (dental implant), thiết bị nội nha, đồ thể thao, trang sức, điện thoại di động, và các ứng dụng khác, v.v.

Tiềm năng khoáng sản Titan của Việt Nam, nếu so sánh với các nước trên thế giới thì có thể xếp vào hàng thứ 2, sau Trung Quốc. Quặng Titan ở Việt Nam gồm các loại hình mỏ: quặng titan gốc; quặng titan eluvi, deluvi; quặng sa khoáng Titan - zircon. Quặng Titan gốc có trữ lượng đã xác định là 4,8 triệu tấn ilmenit, nhưng có điều kiện khai thác và chế biến khó khăn. Quặng Titan eluvi, deluvi: đã được đánh giá là hơn 4 triệu tấn ilmenit. Quặng sa khoáng Titan - zircon ven biển: gồm 2 loại là quặng phân bố trong tầng cát đỏ và quặng phân bố trong trầm tích cát xám. Theo số liệu hiện có, tổng trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng Titan khoảng 650 triệu tấn quặng tinh. Trong đó tập trung chủ yếu trong tầng cát đỏ vùng Ninh Thuận, Bình Thuận và Bắc Bà Rịa - Vũng Tàu khoảng 599 triệu tấn tinh quặng. Bề dày tầng cát đỏ chứa quặng trung bình khoảng 85 m. Hàm lượng trung bình đạt 0,7%. Tài nguyên quặng sa khoáng Titan ở Việt Nam rất lớn, đảm bảo đủ cơ sở để xây dựng các khu công nghiệp khai thác, chế biến hiện đại, phát triển ổn định lâu dài.

Việt Nam đã cấp phép khai thác nhiều mỏ quặng sa khoáng ven biển, với công suất khoảng 1 triệu tấn/năm. Việt Nam cũng đã có một số nhà máy xỉ titan và Inmenit hoàn nguyên với tổng công suất 100.000 tấn/năm. Phần quặng khai thác chủ yếu là xuất khẩu thô ra nước ngoài. Với giá bán khoảng 200 USD/tấn tinh quặng; nếu khai thác hết trữ lượng hiện có thì Việt Nam có tài sản quặng Titan giá trị trên 120 tỷ USD. Tuy nhiên, với giá kim loại Ti trên thị trường thế giới hiện nay là 30 USD/kg, nếu chúng ta có điều kiện chế biến tinh quặng Inmenit (FeTiO₃) thành kim loại Ti thì có thể tạo ra giá trị 5.500 tỷ USD.

Rào cản lớn nhất của việc phát triển công nghiệp khai thác và chế biến Ti là bài toán lựa chọn duy trì các bãi biển đẹp với tầng quặng Inmenit Mũi Né, Bình Thuận với việc khai thác Inmenit các trong tầng cát đó; cũng như kiên quyết dừng xuất khẩu tinh quặng và đầu tư sản xuất kim loại hay các sản phẩm Titan như: Xỉ titan, Gang (SP thu hồi từ sản xuất xỉ titan), Zircon siêu mịn và hợp chất zircon, Rutil nhân tạo, Ilmenit hoàn nguyên, Pigment, Titan xốp/kim loại, Ferro titan.

Bauxite

Bauxite laterit là sản phẩm của quá trình phong hóa dưới tác động của các yếu tố nhiệt độ, lượng nước mưa và ô xi khí quyển các đá macma, chủ yếu là đá phun trào bazan. Loại hình này tạo nên các các mỏ bauxite ở vùng Tây Nguyên nước ta. Yếu tố môi trường phong hóa có ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng quặng và chiều dày thân quặng bauxite laterit theo cơ chế của quá trình phong hóa chính là lượng nước ngầm thấm qua vỏ phong hóa. Nhưng chính lượng nước ngầm thấm qua vỏ phong hóa lại phụ thuộc vào độ dốc địa hình bề mặt và lượng mưa hàng năm.

Do vậy, mặc dù tầng quặng bauxite laterit có ở tất cả mọi nơi trong vùng phân bố đá bazan Tây Nguyên, nhưng nơi xác định là mỏ có giá trị khai thác thường chỉ tập trung ở vùng có lượng mưa lớn và độ dốc địa hình bề mặt dao động trong khoảng 20^O đến 45^O như: Gia Nghĩa, Đắc Nông (lượng mưa hàng năm > 3.000mm), Bảo Lộc, Lâm Đồng (lượng mưa hàng năm >2.500mm), Măng Đen, Kon Tum (lượng mưa hàng năm >2.400mm). Đá bazan Tây Nguyên có tuổi địa chất N2-Q1 và Q1 (khoảng 6 triệu năm trở lại đây) không chứa các nguyên tố phóng xạ, do đó bauxite laterit do phong hóa nằm trên các đỉnh đồi như Tây Nguyên nước ta không chứa các nguyên tố phóng xạ.

Bauxite biến chất là sản phẩm của quá trình biến đổi bauxite laterit cổ xảy ra dưới tác động của tác nhân biến chất (nhiệt độ, áp suất và dung dịch biến chất) khi quặng bị nhấn chìm vào lòng đất hàng trăm triệu năm. Cùng với quá trình thay đổi về thành phần hóa học và khoáng vật của quặng bauxite ban đầu, các nguyên tố phóng xạ hòa tan trong môi trường biến chất như U và Th sẽ thâm nhập và hấp thụ vào quặng bauxit bị biến chất. Kết quả của quá trình biến chất như trên sẽ tạo loại quặng bauxite biến chất có modul Al (tỷ lệ Al/Fe) cao hơn bauxite laterit, nhưng chứa các nguyên tố phóng xạ và khó hòa tan trong quá trình bayer. Loại bauxite biến chất đã được các nhà địa chất Pháp và Việt Nam tìm thấy trong các tầng đá vôi có tuổi 200 -350 triệu năm từ Cao Bằng, Lạng Sơn và Hải Dương, với trữ lượng ước tính khoảng 50 triệu tấn. Nhà máy đá mài Hải Dương đã và đang khai thác một điểm lộ quặng bauxite biến chất trên đá vôi gần với nhà máy xi măng Hoàng Thạch, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương.

Bauxite là nguồn nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp nhôm của thế giới. Quá trình sản xuất Al từ quặng bauxite trải qua hai công đoạn quan trọng: sản xuất alumin (Al₂O₃) theo công nghệ bayer và điện phân alumin thành Al. Hiện Việt Nam như đã nói trên đã có hai nhà máy sản xuất alumin thuộc Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) với sản lượng thiết kế tổng cộng là 1.300.000 tấn/năm. Đồng thời, một nhà máy điện phân nhôm của chủ đầu tư là Công ty TNHH luyện kim Trần Hồng Quân, công suất thiết kế đến năm 2020 dự kiến là 450.000 tấn nhôm/năm đang được xây dựng tại khu công nghiệp Nhân Cơ, huyện Dak R’lap, tỉnh Đắc Nông.

Theo số liệu tổng hợp của tiến sỹ Nguyễn Khắc Vinh, nguyên Chủ tịch Tổng hội Địa chất Việt Nam, trữ lượng công nghiệp của bauxite của Việt Nam trên 7 tỷ tấn, đứng vào hàng thứ 3 về trữ lượng bauxite của thế giới. Trong đó, trữ lượng quặng bauxite laterit ở Nhân Cơ khoảng 4 tỷ tấn, còn trữ lượng tại Bảo Lộc khoảng 500 triệu tấn. Theo số liệu sản xuất thực tế của hai nhà máy alumin Tân Rai, Lâm Đồng và Nhân Cơ, Đắc Nông năm 2018; với lượng quặng thô khai thác là 2,6-2,7 triệu tấn; sau khi tuyển quặng sẽ tạo ra được 1,3 triệu tấn tinh quặng bauxite và sản xuất được 650.000 tấn alumin có hàm lượng Al2O3 đạt trên 99%. Nói một cách khác, theo công nghệ sản xuất bayer đang vận hành tại hai nhà máy của Vinacomin thì hiệu suất thu hồi alumin tính trên quặng thô là 24-25% trọng lượng. Ước tính, với tổng trữ lượng khoáng sản 7 tỷ tấn quặng thô có thể tạo ra 1,68-1,89 tỷ tấn alumin; mức thấp nhất trong dự tính khai thác toàn bộ quặng bauxite có thể tạo ra 1,5 tỷ tấn alumin. Với giá thị trường hiện tại khoảng 500 USD/tấn alumin thì:

- Giá trị kinh tế nếu chế biến toàn bộ quặng bauxite thành alumin theo thời giá hiện tại là 900 tỷ USD, lãi ròng so với giá dự báo trong luận chứng KTKT là 450 tỷ USD.

- Với quy mô sản xuất alumin tại nhà máy Nhân Cơ hiện nay, lượng quặng tại địa phương có thể đủ dùng cho thời gian trên 1.480 năm; với quy mô sản xuất của nhà máy Alumin Lâm Đồng (Tân Rai), lượng quặng tại Bảo Lộc có thể đủ dùng trong 192 năm.

- Nếu điện phân alumin thành kim loại Al thì nguồn thu từ công nghiệp nhôm của Việt Nam dựa trên tiềm năng bauxite Tây Nguyên có thể đạt nhiều nghìn tỷ USD.

Rào cản chính của việc phát triển quy mô khai thác bauxiet là giải quyết các chất thải rắn (bùn đỏ, bùn đuôi quặng), quản lý và sử dụng nguồn nước.

PGS.TS. Lưu Đức Hải