Luyện Kim

Cập nhật hiểu biết vài kim loai đất hiếm công nghệ khoa học, kỹ thuật ứng dụng “luyện kim” cận đại, có lẽ Việt Nam nên lưu ý hơn chăng? G S Tôn Thất Trình Chúng tôi đã thảo luận sơ qua (bài ngày 22 tháng 6 năm 2009) về các kim loại cần thiết (không phải chỉ có sắt, bô xít, chì, kẽm, đồng… cho công nghệ cận đai trên thế giới và tại Việt Nam như tantalium, palladium, platinum và đặc biệt là indium thường xen lẫn ở các quặng mỏ chì- kẽm như ở Chợ Điền, Lăng Hít, Tú Lệ…, kể cả kim loại đất hiếm, nước ta may mắn có trữ lượng khá nhiều. Nay xin bổ sung thêm đôi chút về những sử dụng kim loại đất hiếm rare-earth metals ở một loạt sản phẩm công nghệ cao kỹ và quân sự, cũng như ở vài kỹ thuật “Xanh” then chốt tỉ như xe hơi lai - hybrids cars.

Tuy không nhiều như Trung Quốc, Việt Nam cũng có những vùng mỏ quặng kim loại đất hiếm khá lớn. Từ năm 1956 đã phát hiện các mỏ đất hiếm ở Phong Thổ (Lai Châu). Giữa thập niên 1990, trữ lượng các mỏ Nậm Sa, Đông Pao ước lượng trên 9 triệu tấn tổng oxyd đất hiếm, với hàm lượng oxyd đất hiếm trong quặng trung bình đạt 4 - 5%, các thân quặng giàu đạt tới 10 - 30%. Tiếp theo cũng phát hiện quặng đất hiếm ở các vùng như Yên Phú (Yên Bái), Mường Hum (Lào cai), Quỳ Hợp (Nghệ An). Mới đây ở vùng đồi núi Quảng Nam - Kontum, kể cả quặng uranium (đâu gần mỏ than đá Nông Sơn?). Và biết đâu mai hậu sẽ tìm ra nhiều mỏ quặng kim loại đất hiếm khác Việt Nam có thể chung sức khai thác ở các vùng Trường Sơn Tây- trung hạ lưu sông Mê Kông, kế cận Việt Nam tại Lào, Cam Bốt (?).       Năm 2009, Hoa Kỳ đã khai thác lại quặng mỏ đất hiếm ở Mountain Pass, đóng cửa năm 2002 vì băn khoăn ô nhiễm môi sinh và cạnh tranh hạ giá thành đất hiếm của Trung Quốc, tuy rằng chế biến quặng vẫn còn tiếp tục. Mỏ này nằm trên con đường liên Bang số 15 khi đến gần thành phố tiêu khiển trứ danh thế giới Las Vegas, tại sa mạc Mojave Desert, thuộc bang Ca lifornia. Mỏ Mountain Pass rộng 500 m, đáng kinh ngạc cho những ai không trong nghề khai thác quặng mỏ, nhưng bé nhỏ so với các mỏ rộng gần 2000 m quanh thế giới ở những vùng khai thác đồng, vàng và các kim loại khác. Không có máy ủi, cào đất chạy ầm ĩ trên khu mỏ này, vì đa số đã bị bán đi khi mỏ đóng cửa. Chỉ có một máy bơm nhỏ nổi lên trên mặt nước lợ- mặn xanh lục, dưới đó chừng 100 m. Công ty Molycorp Minerals căn cứ ở tiểu bang Colorado hy vọng sẽ xậy dựng một dây chuyền hội nhập, bắt đầu bằng khai thác quặng và chấm dứt bằng sản phẩm sẳn sàng bán ra thị trường.

Mỏ này do các nhà thám hiểm thăm dò uranium phát hiện ra vào thập niên 1940, chứa một loạt đất hiếm gồm cerium và lanthanium, nồng lượng gần gấp đôi nồng lượng mỏ đất hiếm lớn nhất thế giới là mỏ Bayan Obo ở Trung Quốc. Hoa kỳ khai thác lại mỏ này vì lo ngại Trung Quốc sẽ cấm xuất khẩu vài kim loại đất hiếm hiếm có hơn và giới hạn lớn hơn xuất khẩu các kim loại đất hiếm khác. Hiện nay Trung Quốc hầu như là quốc gia độc chiếm sản xuất kim loại đất hiếm trên thế giới và duy trì tình trạng này ít nhất là 2 năm nữa. Molycotrp hy vọng sẽ đạt mức sản xuất sản phẩm đất hiếm là 20 000 tấn một năm, năm 2012, nghĩa là 20% yêu cầu thế giới năm 2008 là 124 000 tấn .Hiện nay 3 quốc gia khác đang cố tâm phát triển khai thác quặng kim loại đất hiếm là Canada, Brazil và Úc Châu. Trung Quốc cũng đang tìm cách khai thác đất hiếm ngoài Trung Quốc, nhưng thế giới lại e sợ Trung Quốc sẽ kiểm soát tòan thể cung cấp đất hiếm. Cho nên năm 2009, một hãng khai thác quặng đất hiếm Trung Quốc đã phải rút lui chung sức khai thác với hãng Lynas Corp., Úc Châu, khi chánh phủ Úc phản kháng đàm phán này. Những kim loại tỉ như samarium và neodymium rất được tán thưởng nhờ các đặc tính hóa học cần thiết cho một số công dụng công nghệ và quân sự, kể luôn cả làm bóng láng gương - polishing glass, lọc dầu lửa và chế tạo những hệ thống hướng dẫn hỏa tiễn. Chúng cũng đóng một vai trò khẩn thiết cho việc phát triền những kỹ thuật “xanh – green”, tỉ như xe hơi lai, tua bin gió và bóng đèn huỳnh quang dày đặc -compact fluorescent lightbulbs. Các nam châm - kháng nhiệt - heat resistant magnets làm bằng hợp kim đất hiếm là then chốt cho động cơ Toyota Prius, chẳng hạn lanthanium, một trong những đất hiếm phong phú nhất tại vùng mỏ Mountain Psass, đã được sử dụng chế tạo bình điện, ắc quy xe ô tô nickel- metal hydride battery. Những đại công ty như Toyota Motor Corp., những hãng xài lớn đất hiếm như Hirachi Ltd, đều tìm cách gia giảm phụ thuộc vào xuất khẩu đất hiếm Trung Quốc. Cách đây vài năm, Trung Quốc xuất khẩu 50% sản xuất đất hiếm của mình. Năm 2009, chỉ còn xuất khẩu 25%. Năm 2015 sẽ không xuất khẩu nữa, xuống thành con số zero, vì yêu cầu trong nước tăng mạnh. Các hãng Nhật sử dụng những số lượng kim loại đất hiếm nhỏ hơn, tái sử dụng chúng, thử nghiệm những vật liệu thay thế, tìm kiếm những nguồn cung cấp mới.

Thực tế thì đa số kim loại đất hiếm không phải quá hiếm như tưởng tượng đâu. Theo Thomas Monecke, giáo sư địa chất học Trường Hầm Mỏ - School of Mines Colorado kim loại đất hiếm thông thường nhất làcerium lại còn nhiều hơn cả đồng nữa đó. Hai kim loại đất hiếm hiếm hoi nhất là thulium và lutetium thông thường 200 lần hơn cả vàng nữa. Nhưng khác với than đá, sắt và những kim loại ích lợi, chúng rất khó phân lìa, tách rời; và chỉ khai thác có lợi khi chúng ở thể quặng nồng lượng cao đặc, tỉ như ở mỏ Bayan Obo, Trung Quốc và ở những đất sét trầm tích miền Nam Trung Quốc. Muontain Pass là một nơi khác nồng lượng quặng lớn, dày đặc, biết được ttên thế giới. Các chủ nhân mới mỏ Muontain Pass, đang tham vọng lớn bơm hàng chục triệu lít nước từ đáy mỏ lộ thiên này để khai thác quặng giữa năm 2011. Molycorp muốn thiết kế những tiến trình trích chiết kim loại đất hiếm tiên tiến, để có độ thuần chất như ở Trung Quốc và giá thành còn hạ hơn nữa, Hãng còn dự tính tìm kiếm liên doanh nghiệp chung sức hầu sản xuất các nam châm đất hiếm của hãng. Hiện nay Trung Quốc là nhà sản xuất then chốt nam châm đất hiếm. Tổng số đầu tư của Molycorp sẽ từ 100 đến 400 triệu đô la Mỹ. (Irvine, Nam Ca Li, ngày 12 tháng 11 năm 2009)