Nghiên cứu thu hồi và tách đất hiếm từ mỏ Nam Đề Gi để sản xuất phân bón vi lượng
Trong thời gian qua, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và sản xuất, mà đặc biệt là các lĩnh vực công nghệ cao. Chẳng hạn đối với các lĩnh vực xúc tác, sản xuật vật liệu từ và linh kiện điện tử, vật liệu gốm và thủy tinh cao cấp, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, vật liệu phát quang... các NTĐH đóng vai trò then chốt. Từ những năm 70 của thế kỉ XX, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu ứng dụng các NTĐH trong lĩnh vực nông nghiệp, góp phần làm tăng năng suất và chất lượng nông sản, tăng hiệu quả sản xuất. Do vậy, nhu cầu sử dụng đất hiếm ngày càng tăng, xếp đất hiếm thuộc nhóm tài nguyên chiến lược của thế kỷ 21 và 22. Các nhà khoa học nông nghiệp Trung Quốc, trong nhiều năm, đã tiến hành hàng trăm thử nghiệm để khẳng định hiệu quả phân bón đất hiếm đến năng suất của hơn 30 loại cây và việc sử dụng đất hiếm đã là một biện pháp được chấp nhận để nâng cao sản lượng cây trồng. Hiện nay 1/3 sản lượng đất hiếm sản xuất ở Trung Quốc đều được tiêu thụ trong lĩnh vực nông nghiệp, Trung Quốc là nước đứng hàng đầu về lĩnh vực này. Nói chung phân vi lượng đất hiếm tăng sản lượng thu hoạch từ 5 – 15 và đồng thời nâng cao chất lượng của sản phẩm.
Những kết quả nghiên cứu đã làm rõ vai trò đất hiếm đến sinh lý của cây trồng. Đất hiếm ảnh hưởng đến bộ rễ, hệ thống lá, quá trình nãy mầm và phát triển chồi. Chúng thúc đẩy các quá trình phát triển của cây, tăng hàm lượng chất diệp lục, tăng quá trình quang hóa, tăng sự hấp thụ các chất dinh dưỡng vi lượng và vĩ lượng cũng như khả năng chống chịu trong điều kiện bất lợi của môi trường.
Việt Nam là một trong số các nước có tài nguyên phong phú về đất hiếm, theo điều tra sơ bộ, trữ lượng đất hiếm ở nước ta khoảng trên dưới 15 triệu tấn oxit, với nhiều loại mỏ đất hiếm rất đa dạng.
Ở vùng Tây Bắc có các mỏ đất hiếm gốc và vỏ phong hoá phân bố ở vùng gồm các mỏ đất hiếm nhẹ như: Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao (Lai Châu) và các mỏ đất hiếm nặng như: Mường Hum (Lào Cai), Yên Phú (Yên Bái). Các mỏ này có trữ lượng lên đến vài triệu tấn.
Loại photphat đất hiếm tìm thấy trong sa khoáng chủ yếu ở dạng monazit, xenotim và ít gặp hơn là khoáng silicat đất hiếm (octit hay allanit). Quặng sa khoáng chủ yếu là sa khoáng monazit trong lục địa thường phân bố ở các thềm sông, suối. Điển hình là các monazit ở vùng Bắc Bù Khạng (Nghệ An), các điểm monazit Pom Lâu - Bản Tằm, Châu Bình…, sa khoáng monazit ven biển (sa khoáng monazit Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Quảng Nam…) được coi là sản phẩm đi kèm và được thu hồi trong quá trình khai thác ilmenit.
Đất hiếm có vai trò quan trọng trong nông nghiệp. Tuy nhiên rất ít công trình nghiên cứu ứng dụng trong nông nghiệp. Hầu như các công ty khai thác quặng monazit đều bán thô cho các thương lái Trung Quốc, một số ít bán cho Nhật Bản. Từ những yêu cầu và thực tiễn trên, PGS.TS Cao Văn Hoàng cùng nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Quy Nhơn thực hiện đề tài “Nghiên cứu thu hồi và tách đất hiếm từ mỏ Nam Đề Gi để sản xuất phân bón vi lượng” với mục tiêu: Làm chủ được công nghệ thu hồi và tách nguyên tố đất hiếm từ mỏ Nam Đề Gi để sản xuất phân bón vi lượng; Nghiên cứu được dây chuyền pilot thu hồi và tách đất hiếm từ quặng monazite ở mỏ Nam Đề Gi làm phân bón; Xây dựng được dây chuyển sản xuất phân bón vi lượng đất hiếm đạt công xuất 200.000 Lit /năm.
Monazit là một loại quặng nằm trong sa khoáng ven biển chứa đất hiếm và Thori ở dạng photphat. Trong sa khoáng, monazit thường tồn tại cùng một số loại quặng khoáng khác có giá trị kinh tế cao như ilmenite, zircon và rutile. Vì vậy, việc khai thác một trong các loại quặng trên thường kèm theo việc thu hồi các loại còn lại. Hàm lượng trung bình của monazit trong sa khoáng là 1 ÷ 5%. Thành phần của đất hiếm và Thori trong monazit có thể khác nhau tùy thuộc vào nguồn địa lý của sa khoáng.
Theo tài liệu của Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ công bố liên tục trong nhiều năm gần đây thì thế giới có tổng tài nguyên ĐH là hơn 150 triệu tấn, trong đó trữ lượng khai thác là 99 triệu tấn. Sản lượng khai thác hàng năm hơn 120.000 tấn. Nếu tính cả nhu cầu tăng hàng năm là 5% thì thế giới vẫn còn có thể khai thác nguyên tố đất hiếm đến gần 1000 năm nữa.
Về trữ lượng đất hiếm, Trung Quốc và Mỹ là hai quốc gia đứng đầu, chiếm tới hơn 90% tổng lượng tài nguyên đất hiếm của thế giới. Quặng bastnaesite cũng chỉ tập trung ở hai nước trên đó là mỏ Mountain Pass, Mỹ và Baiyunebo, Trung Quốc. Về trữ lượng monazite, Australia đứng hàng đầu thế giới.
Sau một thời gian nỗ lực nghiên cứu với sự ủng hộ của các cơ quan quản lý, sự phối hợp hiệu quả giữa các đơn vị tham gia, nhóm nghiên cứu đề tài đã thu được một số kết quả cụ thể sau:
Đã thiết kế và chế tạo thành công hệ thiết bị phá mẫu quặng monazit công suất 100 kg/mẽ với các thông số kỹ thuật tối ưu gồm: Thời gian phá mẫu tối ưu: 6 giờ; Nhiệt độ tối ưu: 200-2100C; Nồng độ axit tối ưu: 12M; Nồng độ amoni tối ưu:12M
Đã nghiên cứu và chế tạo thành công dây chuyền sản xuất phân bón với công suất 200.000 Lít/năm. Các thông số kỹ thuật tối ưu. Dây chuyền được thiết kế bằng hệ composite không bị ăn mòn và chịu được axit. Dung tích mỗi bình là 200 Lit. Dây chuyền gồm 4 bình phản ứng tạo phức với hệ thống thông nhau.
Hệ thống cánh khuấy cho mỗi bình phản ứng với tốc độ khuấy tối đa là 1800 vòng/phút. Thời gian tạo phức tới ưu là 60 phút và hệ phức ổn định trong 24 giờ. Hệ phức được lựa chọn là Lactat – ĐH, Humat – Đất hiếm; Glutamat – Đất hiếm với tỉ lệ phối trộn tối ưu là 1:3;2
Đã nghiên cứu thành công quy trình tách oxit đất hiếm từ quặng monazite mỏ nam Đề Gi.Kết quả thu được: Tổng oxit đất hiếm sạch đạt 99% là 500 Kg; Ce(OH)4 đạt độ sạch 99,5% là 50 kg; Pr(OH)3 đạt độ sạch 99,5% là 01 kg; La(OH)3 đạt độ sạch 99,5% là 10 kg; Nd(OH)4 đạt độ sạch 99,5% là 02 kg.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19759/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
