Bài tiểu luận phương pháp trao đổi ion và ứng dụng để phân chia nguyên tố đất hiếm

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

MỞ ĐẦU
Ngày nay kim loại đất hiếm đã trở thành vật liệu chiến lược cho các ngành
công nghệ cao. Trên thế giới tài nguyên đất hiếm cí tiềm năng rất lớn, cho đến nay
tổng trữ lượng đất hiếm cấp R1E đã đạt tới 119 triệu tấn. Tổng trữ lượng đất hiếm
của Việt Nam hiện nay theo sự báo khoảng 22.353.000 tấn Re2O3.
Ở nước tamooi trường khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm là điều kiện lý tưởng cho
ăn mòn kim loại, tỷ lệ vật liệu kim loại được sử dụng còn cao, vì vậy thiệt hại do ăn
mòn chắc chắn sẽ lớn hơn.
Một trong những biện pháp chống ăn mòn kim loại là sử dụng lớp phủ
photphat hóa bề mặt. Để tăng hiệu quả bảo vệ của lớp phủ photphat hóa có thể đưa
thêm lượng nhỏ phụ gia là các nguyên tố đất hiếm và một số kim loại chuyển tiếp
như Mn, Ni….Chỉ với một lượng nhỏ các chất phụ gia đó có tác dụng tăng độ bền
lớp phủ, chống ăn mòn, bảo vệ kim loại khỏi môi trường gây hại đồng thời cũng có
thể nâng cao hiệu quả thẩm mỹ của lớp phủ như làm cho lớp phủ mịn và sáng hơn.
Việt Nam là một trong những quốc gia có tiềm năng lớn về quặng đất
hiếm, các mỏ đất hiếm chủ yếu thuộc nhóm nhẹ, hàm lượng 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. Vì vậy, nhà
nước cần có chính sách đầu tư thăm dò, khai thác nguồn tài nguyên khoáng sản
này phục vụ phát triển kinh tế khu vực và đất nước.
Tuy nhiên, việc tách và xác định các nguyên tố đất hiếm còn nhiều khó khăn.
Trong khuôn khổ bài tiểu luận này đề cập ― Phương pháp trao đổi ion và ứng
dụng để phân chia nguyên tố đất hiếm”
PHẦN I:TỔNG QUAN VỀ ĐẤT HIẾM
1. Khái quát chung về đất hiếm
1.1. Đặc điểm địa hóa - khoáng vật
Đất hiếm là nhóm gồm 15 nguyên tố giống nhau về mặt hóa học trong bảng

hệ thống tuần hoàn Mendeleev và được gọi chung là lantan, gồm các nguyên tố
có số thứ tự từ 57 (lantan) đến số thứ tự 71 (lutexi). Thông thường ytri (số thứ
tự 39) và scandi (số thứ tự 21) cũng được xếp vào nhóm đất hiếm vì trong tự
nhiên nó luôn đi cùng các nguyên tố này. Các nguyên tố đất hiếm và đặc tính cơ
bản của đất hiếm được thống kê ở bảng 1.
Bảng 1. Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản

HV: Nguyễn Thị Nga

1 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

TT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

Nguyên
tố

Lantan
Ceri
Prazeodim
Neodim
Prometi
Samari
Europi
Gadoloni
Tecbi
Dysprosi
Honmi
Erbi
Tuli
Ytecbi

HV: Nguyễn Thị Nga

Ký
hiệu
hoá
học
La
Ce
Pr
Nd
P

S
m
Eu
m
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
T
Yb
m

Khoa Công nghệ Hóa học

Thứ
tự
nguyên
tử
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67

68
69
70

Ho Nguyên
á tử
trị
lượn
g
3
3,4
3,4
3
3
2,3
2,3
3
3,4
3
3
3
3
2,3

138,92
140,13
140,92
144,27
145,00
150,43

152,00
156,90
159,20
162,46
164,94
167,20
169,40
173,04

HLTB
trong vỏ
trái đất
(ppm)

29,00
60,00
9,0
37,00
0
8,0
1,3
0
8,0
0
02,5
5,0
0
1,7
0
3,0

0
00,5
0,3
0
3

Các
oxyt

La 2 O 3
CeO 2
Pr 4
Nd
2 O3
O 11
Không
Sm 2
Eu32 O 3
O
Gd 2 O 3
Tb 4 O 7
Dy 2 O 3
Ho 2 O 3
Er 2 O 3
Tm 2
Yb32 O 3
O

2 GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

HLTB
Ký
Thứ
Ho Nguyên trong vỏ
trái đất
tự
hiệu
á tử
TT
Nguyên
Các
Lu 2 O 3
15 Lutexi
Lu
71
3
174,99 (ppm)
0,5
trị
hoá
Y2 O3
16 Ytri
Y
39
3

88,92
29,00
tố
oxyt
nguyên
lượn
0
học
Sc 2 O 3
17 Scandi
Sc
3
g59,72
tử 21
Trong công nghệ tuyển khoáng, các nguyên tố đất hiếm được phân thành
hai nhóm: nhóm nhẹ và nhóm nặng hay còn gọi là nhóm lantan-ceri và nhóm
ytri. Trong một số trường hợp, đặc biệt là kỹ thuật tách triết, các nguyên tố đất
hiếm được chia ra ba nhóm: nhóm nhẹ, nhóm trung gian và nhóm 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
Nhóm nhẹ (nhóm lantan ceri)
Nhóm nặng (nhóm ytri)
Nhóm nhẹ
Nhóm nặng
Nhóm
trungnày không hiếm trên trái đất (hình 1). Theo
Thực tế các nguyên tố hiếm
Cục Khảo sát Địa chất Liên bang Mỹ - USGS: Fact Sheet 087-02, 2002, hàm
lượng trung bình của ceri (Ce=60ppm) cao hơn hàm lượng trung bình của đồng

(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)

Hình 1. Sự phân bố của các nguyên tố trong vỏ trái
HV: Nguyễn Thị Nga

3

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

đất
Hiện nay đã biết khoảng 250 khoáng vật chứa đất hiếm, trong đó có trên 60
khoáng vật chứa từ 5 ÷ 8% đất hiếm trở lên và chúng được chia thành hai nhóm:
- Nhóm thứ nhất: gồm các khoáng vật chứa ít đất hiếm, có thể thu hồi như
một 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 tiếp
như
sản phẩm hỗn hợp đất hiếm.
Theo thành phần hoá học, các khoáng vật đất hiếm được chia thành 9 nhóm:
1.

Fluorur:

HV: Nguyễn Thị Nga

yttofluorit,

gagarunit

4

và

fluoser

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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
nhóm fluocarbonat, phosphat và oxyt. Trong đó, các khoáng vật bastnezit,
monazit, xenotim và gadolinit luôn được xem là những khoáng vật quan trọng.
1.2. Lĩnh vực sử dụng

Các sản phẩm của đất hiếm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp, nông nghiệp, y học,… Những lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên
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

1

2

Tên

Ceri

Dysprosi

Ký
hiệu

Ce

Dy

Lĩnh vực sử
Chất xúc tác; gốm,
sứ; kính; một hợp kim của kim
dụng
loại đất
hiếm được sử dụng không chỉ cho đá đánh lửa

trong bật lửa mà còn được sử dụng, có lẽ quan
trọng hơn, trong thép thanh lọc bởi sự loại bỏ oxy
và sulfur; chất huỳnh quang và bột đánh bóng
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

HV: Nguyễn Thị Nga

5

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

4

5

Europi

Gadolini

Eu

Gd

Khoa Công nghệ Hóa học

Chất huỳnh quang
Gốm, sứ; kính; sự dò tìm và trực quan hoá ảnh
y học
quang học và từ tính

6

7

Holmi

Lantan

Ho

La

Gốm, sứ; ứng dụng hạt nhân và laze
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 châm
vĩnh cửu

10 Praseody
m

Pr

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

11

Promethi

Pm

Chất huỳnh quang, pin hạt nhân và dụng cụ đo lường
thu nhỏ

12

Samari

Sm

Bộ lọc vi ba; ứng dụng hạt nhân và nam châm vĩnh
cửu

13

Scandi

Sc

Không gian vũ trụ; gậy bóng chày; ứng dụng
hạt nhân;
chất bán dẫn và chiếu sáng

14

Terbi

Tb

Chất huỳnh quang; nam chân vĩnh cửu; pin nhiên
liệu

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

HV: Nguyễn Thị Nga

6

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

17

Yttri

Y

Khoa Công nghệ Hóa học

Tụ điện; chất huỳnh quang (ống dẫn tia catiotCRT và
đèn), công nghệ rada và chất siêu dẫn

HV: Nguyễn Thị Nga

7

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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. Orris1 and 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 khai thác chủ yếu
trên thế
giới hiện nay.
1.4. Nhu cầu và thị trường quặng đất hiếm
HV: Nguyễn Thị Nga

8

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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 là Mountain
Pass (Mỹ). Năm 2003: Nhu cầu đất hiếm khoảng 85.000 tấn (tương đương
500.000.000 USD). Năm 2008: Nhu cầu đất hiếm khoảng 124.000 tấn
(tương đương 1,25 tỷ USD). Năm 2015: Dự kiến nhu cầu đất hiếm trên
toàn thế giới khoảng 200.000 tấn
(tương đương 2,0 ÷ 3,0 tỷ USD).
Dự báo nhu cầu thị trường đất hiếm đến năm 2015 (± 15%) thể hiện ở hình
2.

HV: Nguyễn Thị Nga

9

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

Hình 2. Dự báo nhu cầu thị trường đất hiếm của thế giới đến năm
2015 (theo IMCOA)
Hiện nay, Trung Quốc sản xuất hơn 95% các nguyên tố đất hiếm trên thế
giới, một số nước đang phát triển như Canada, Mỹ và Australia. Dự báo trong thời
gian tới nhu cầu cung và cầu sẽ được cân đối. Tuy nhiên, các nguyên tố đất

hiếm nhóm nhóm nhẹ (LREE) được dự báo là cung vượt quá cầu, trong khi các
nguyên tố đất hiếm nhóm nặng (HREE) nhu cầu sẽ ngày càng tăng, lượng cung
sẽ không đủ lượng cầu. Lượng sản xuất đất hiếm trên thế giới từ năm 1985 đến
năm 2009 được thể hiện ở hình 3. Các nước tiêu thụ đất hiếm lớn nhất là Mỹ
(26,95%), Nhật Bản (22,69%), Trung Quốc (21,27%). Các nước xuất khẩu các
sản phẩm đất hiếm lớn nhất là Trung Quốc, Mỹ, Nhật, Thái Lan. Các nước
nhập khẩu các sản phẩm đất hiếm lớn nhất là Nhật Bản, Pháp, Đức, Anh,
Australia. Dự báo giá của một số kim loại đất hiếm đến năm 2015 như bảng 4.

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

10


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

11


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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

Dysprosium oxide (Dy)
Dysprosium Fe (Dy)
Gadolinium
oxide

Năm

Năm

Giá
Năm(USD)Năm

2010

2011

2012

2013

Năm

Năm

2014

2015

305
300
70

375
369
73

454
446
71

504
496
78

580
570
65

672
661
55

412

610
78
90
454

461
778
99
113
499

517
968
121
125
549

579
1.172
135
151
604

648
1.373
163
176
665

726

1.029
186
238
731

8

8

3

10

11

12

(Gd O )
Lutetium Oxide (Lu O )
Terbium oxide (Tb O )
Yttrium Oxide (Y O )
Neodymium (Nd O )
Europium Oxide (Eu O
)

Yttrium Oxide (Y O )

Theo thống kê giá của USGS giá đất hiếm trên thế giới từ năm 1970 đến
năm
2010 có sự biến động theo từng năm, từng giai đoạn và nhu cầu sử dụng. Từ năm

1970 đến năm 1988 do nhu cầu sử dụng đất hiếm chưa cao và chỉ 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 tăng đỉnh điểm trên
10.000USD/tấn, sau đó từ năm 1993
đến năm 2006 giá đất hiếm nhìn chung giảm dần và thấp nhất là năm 2006, giá
đất hiếm sấp xỉ 4.000USD/tấn. Tuy nhiên, vào năm 2010 giá đất hiếm tăng mạnh
mẽ, vượt ngưỡng 12.000USD/tấn (hình 4).

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

12


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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 nghề công
nghiệp phổ thông tăng mạnh dẫn đến việc sử dụng các nguyên tố đất hiếm cũng
tăng lên với mức độ tăng trưởng trung bình từ 12,5% đến trên 122,9% tùy theo
lĩnh
vực
công
nghiệp
(bảng

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

13


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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

(theo trang
pages.com)

website:

http://metal-

Đơn vị tính
Tăng
(000s)
trưởng
Năm
12,5
529.00
100.00
hàng 34,2

năm
2014
0
2.717
38,8
0
(%)
2.717
38,8
29,7
375.00
0

Lĩnh vực sử dụng
Năm
Máy tính
293.00
Xe đạp, xe máy 2008
023.00
Bình
điện ác quy xe
0 527
Xe
527
điệnmáy điện
Màn hình LCD
102.20
Điện thoại theo 0
tiêu
1.055

58.00
Điện
chuẩnthoại
Châu Âu 1.222.24 2.250.00
0
Tua bin gió
815
239
0
(CE)
2. Khoáng sản đất hiếm ở Việt Nam

122,9
13,0
24,1

Nguyên
tố Tb,
sử
Nd,
Pr, Sm,
Nd,
dụngPr, Sm, Tb,
Dy
La,
Dy Ce, Pr, Nd
Nd, Pr, Sm, Tb,
Eu,
Dy Y, Tb, La, Ce
Nd, Pr, Sm, Tb,

Nd,
Dy Pr, Sm, Tb,
Nd,
Dy Pr, Sm, Tb,
Dy

2.1. Đặc điểm phân bố
Các kết quả nghiên cứu, tìm kiếm, thăm dò đã phát hiện và ghi nhận nhiều
mỏ,
điểm quặng đất hiếm trên lãnh thổ Việt Nam (hình 5).

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

14


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

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

- 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).

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

15


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

Đất hiếm trong sa khoáng chủ yếu ở dạng monazit, xenotim là loại
phosphat đất hiếm, ít hơn là silicat đất hiếm (orthit). Trong sa khoáng ven biển,
monazit, xenotim được tập trung cùng với ilmenit với các mức hàm lượng khác
nhau, phân bố ven bờ biển từ Quảng Ninh đến Vũng Tàu. Sa khoáng monazit
trong lục địa thường phân bố ở các thềm sông, suối điển hình là các mỏ monazit ở
vùng Bắc Bù Khạng (Nghệ An) như ở các điểm monazit Pom Lâu - Bản Tằm,
Châu Bình… Monazit trong sa khoáng ven biển được coi là sản phẩm đi kèm và
được thu hồi trong quá trình khai thác ilmenit.
Ngoài các kiểu mỏ đất hiếm nêu trên, ở vùng Tây Bắc Việt Nam còn gặp
nhiều điểm quặng, biểu hiện khoáng hoá đất hiếm trong các đới mạch đồng molipden nhiệt dịch, mạch thạch anh - xạ - hiếm nằm trong các đá biến chất cổ,
trong đá vôi; các thể migmatit chứa khoáng hoá urani, thori và đất 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 lãnh thổ
Việt
Nam thành 3 loại hình mỏ như
sau:
- Mỏ nhiệt dịch: phân bố ở Tây Bắc, gồm các mỏ lớn, có giá trị như Bắc
Nậm Xe, Nam Nậm Xe, Đông Pao, Mường Hum, Yên Phú và hàng loạt các biểu

hiện khoáng hoá đất hiếm khác trong vùng. Thân quặng có dạng mạch, thấu kính,
ổ, đới xuyên cắt vào các đá có thành phần khác nhau: đá vôi, đá phun trào
bazơ, đá syenit, đá phiến. Hàm lượng tổng oxyt đất hiếm trong các mỏ từ 1% đến
trên 36%.
- Kiểu mỏ hấp thụ ion: kiểu mỏ này mới đươc phát hiện tại khu vực huyện
Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai. Quặng đất hiếm phân vỏ phong hóa của đá granit kiềm,
hàm lượng tổng đất hiếm khoảng 0,0443 ÷ 0,3233%, trung bình khoảng 0,1%
tREO. Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy, kiểu quặng này tuy hàm lượng
đất hiếm không cao, nhưng điều kiện khai thác thuận lợi, công nghệ tách tuyển
quặng đơn giản. Do đó, cần được quan tâm điều tra, thăm dò để khai thác khi có
nhu cầu.
- Mỏ sa khoáng: gồm 2 kiểu sa khoáng chứa đất hiếm:
+ Sa khoáng lục địa: phân bố ở vùng Bắc Bù Khạng (Pom Lâu, Châu
HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

16


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

Bình và Bản Gió). Tại các mỏ, điểm quặng này đất hiếm dưới dạng khoáng
vật monazit, xenotim đi cùng ilmenit, zircon. Quặng nằm trong các trầm tích
thềm sông bậc I và II. Nguồn cung cấp các khoáng vật chứa đất hiếm 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 khai thác khi có nhu cầu.
+ 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) với hàm
lượng từ 0,45 ÷
4,8kg/m3 như mỏ Kỳ Khang, Kỳ Ninh, Cẩm Hòa, Cẩm Nhượng (Hà Tĩnh), Kẻ
Sung (Thừa Thiên Huế), Cát Khánh (Bình Định), Hàm Tân (Bình Thuận)… Tuy
nhiên, monazit, xenotim trong các mỏ titan sa khoáng chưa được đánh giá đầy đủ.
* Theo thành phần nguyên tố, quặng đất hiếm ở Việt Nam có thể chia làm 2
loại:
- Đất hiếm nhóm nhẹ: gồm các mỏ Nam Nậm Xe, Bắc Nậm Xe, Đông Pao
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 khoáng ven biển).
- Đất hiếm nhóm nặng: điển hình là mỏ Yên Phú, tỷ lệ hàm lượng oxyt đất
hiếm nhóm nặng trên tổng oxyt đất hiếm trung bình khoảng 30%. Ngoài mỏ Yên
Phú, mỏ đất hiếm Mường Hum, tỷ lệ này tương đối cao, trung bình khoảng 22%.

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

17


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

2.3. Trữ lượng và tài nguyên
Trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở các mỏ đã được tìm kiếm, đánh giá và
thăm dò được thống kê ở bảng 6.
Qua bảng 6 cho thấy:
- Tổng trữ lượng và tài nguyên đất hiếm trong các mỏ gốc và phong hóa ở

Việt Nam đạt khoảng trên 16 triệu tấn tổng oxyt đất hiếm, tập trung chủ yếu ở
tỉnh Lai Châu. Các mỏ đất hiếm gốc và phong hóa ở Việt Nam đều thuộc loại quy
mô lớn, trong đó mỏ đất hiếm lớn nhất là Bắc Nậm Xe.
- Tổng trữ lượng và tài nguyên monazit khoảng 7.000 tấn. Khối lượng tài
nguyên không lớn nhưng phân bố tập trung, điều kiện khai thác, tuyển đơn giản
nên cần được quan tâm thăm dò và khai thác khi có nhu cầu.
Bảng 6. Tổng hợp trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở Việt Nam

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

18


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

2
3

3
0,15 ÷

Trầm
HV: Nguyễn Thị Nga

Monazit,
xenotim, orthit

3

4.381.87 Tổng
3

5.962.799

7.707.461

3.150.00
129.207 0
4.090.05
9
83.231

31.695

Monazit,
xenotim, orthit

3
0,15 ÷

225

0,1÷7
%
TR 2

2.749 3.366 1.315

Trầm

samackit,
octit, treralit,
cherchit,
rapdofanit,
Monazit,
xenotim, orthit

734

Đá
ế
hệ tầ
Sông
a
Trầm

1,0÷3,18
% TR 2

Ghi chú

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê

19

Đang

thăm
dò
Đang
thăm
dò

2.039

t
hiếm
Yên

Trầm

samarskit,
rabdophanit,
Ferguxoxit,
cordinit,
xenotim,
monazit,

740.891

Mỏ đất
ế
ườ

Parizit,
flogopit,
basnezit,

Monazit,
bastnezit,

45.976

Nam
ậ

Đá phu
hệ
tầ

Quặng
c:
0,5÷36
%
TR 2

2.632 1.090

Mỏ
đất
Nậm
ế

Đá
ệ tầ
Na

2,0÷16,8

% TR
O

710

Mỏ đất
ế
ắc

0,5÷39
% TR 2
Quặng
O3

1.475.69 122
9
2.535.59 333
1
334

phức ệ

Bastnezit,
parizit,
lantanit, octit.
Bastnezit,
parizit, cordilit,
fluocerit,
sinkizit,
lantanit,

1.744.662

Đá

Hàm lượng

193.488

iể
ặ
Mỏ đất
ế
Đông

nguyên (tấn)

27.681

TT

Thành phần
khoáng vật

5.680

Đá
chứa
quặng

Tên

370.583 121

Trữ lượng-Tài

ạ
dự
ữ
c


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

3. ỨNG DỤNG ĐẤT HIẾM TRONG CÔNG NGHIỆP VÀ NÔNG NGHIỆP
ĐH được coi là tối quan trọng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công
nghiệp công nghệ cao, công nghệ năng lượng ―xanh‖, và công nghệ quốc phòng.
ĐH hiện diện trong nhiều thiết bị mà chúng ta sử dụng hàng ngày như điện thoại di
động, máy tính, tivi, đèn compact.... Nếu không có các nguyên tố ĐH, rất nhiều
công nghệ hiện đại và các ứng dụng sẽ không thể thực hiện được.
ĐH có rất nhiều ứng dụng:
- Dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu cho các máy phát điện;
- Dùng để đưa vào các chế phẩm phân bón vi lượng nhằm tăng năng suất và chống
chịu sâu bệnh cho cây trồng;
- Dùng để chế tạo các nam châm trong các máy tuyển từ trong công nghệ
tuyển khoáng;
- Dùng để diệt mối mọt, các cây mục nhằm bảo tồn các di tích lịch sử;
- Dùng chế tạo các đèn catot trong các máy vô tuyến truyền hình;

- Dùng làm xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý môi trường;
- Dùng làm vật liệu siêu dẫn;
- Các ion ĐH cũng được sử dụng như các vật liệu phát quang trong các
ứng dụng quang điện;
- Dùng trong công nghệ laser;
- Dùng trong công nghiệp chế tạo xe ôtô (hybid), pin, ổ cứng máy tính,
tua bin gió, điện thoại di động;
- Dùng trong lĩnh vực quân sự (chế tạo tên lửa, rada, xe tăng...), công
nghiệp hạt nhân...
Các nguyên tố ĐH rất cần thiết cho công nghiệp quốc phòng và được tìm
thấy trong tên lửa hành trình, các hệ thống radar.... Chúng cũng là chìa khóa cho sự

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

xuất hiện của công nghệ xanh như thế hệ mới của tua bin gió xe hybrid điện, cũng
như nhà máy lọc dầu, nơi chúng hoạt động như chất xúc tác.
3.1. Ứng dụng đất hiếm trong công nghiệp
ĐH đã trở thành loại nguyên liệu tối cần thiết cho các ngành công nghệ mũi
nhọn tại các quốc gia phát triển. ĐH có mặt trong hầu hết các sản phẩm công nghệ
cao ngày nay từ chiếc máy nghe nhạc bỏ túi iPod cho đến xe hơi, tên lửa, tàu vũ
trụ… Nên nguồn tài nguyên này còn được ví như: ―Vũ khí của thế kỷ‖, ―Vitamin
của ngành công nghiệp hiện đại‖, ―muối của cuộc sống‖ với cuộc cách mạng công
nghệ cao. Các chuyên gia ước tính 25% công nghệ mới dựa vào ĐH.

Mỗi nguyên tố này có cách sử dụng, giá trị và trữ lượng khác nhau. Trong
số17 nguyên tố trên, neodymium và dysprosium là hai nguyên tố có giá trị cao hiện
nay bởi vì, chúng được sử dụng trong các xe ô tô và môtơ trong các đồ điện gia
dụng. Hai nguyên tố này vô cùng cần thiết cho các thiết bị tiết kiệm năng lượng dù
chỉ cần có một lượng rất nhỏ. Ngược lại, người ta phải sử dụng một số lượng lớn
hai nguyên tố cerium và lanthanum để sản xuất các sản phẩm như kính chống tia
cực tím (UV) của ô tô hoặc các nhà cao tầng, làm chất xúc tác cho các khí thải, các
linh kiện điện tử và lọc dầu.
Tên ĐH

Scandium

Yttrium

Ứng dụng tiêu biểu
Có 2 ứng dụng chính: Thứ nhất, do có tính chất phát quang và
tính dẫn điện, scandi được sử dụng trong chiếu sáng, laser và
điện tử gia dụng. Thứ hai, nó được sử dụng như là một hợp kim
nhôm để sản xuất vật liệu hiệu suất cao và bền trong các ngành
công nghiệp sản xuất hàng thể thao và hàng không vũ trụ. Hiện
tại không có sản phẩm thay thế cho scandi trong các ứng dụng
của nó trong công nghệ lade và ngành công nghiệp chiếu sáng.
Tuy nhiên, các hợp kim titan/nhôm và sợi carbon có thể được sử
dụng để thay thế các hợp kim nhôm-scandi trong một số trường
hợp, đặc biệt là trong ngành công nghiệp trang thiết bị thể thao.
Ôxit yttrium là oxit được sử dụng thường xuyên nhất. Mỗi chiếc
xe
đều sử dụng vật liệu dựa trên yttrium để giúp cải thiện hiệu

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

quả nhiên liệu và loại bỏ ô nhiễm. Yttrium cũng được sử dụng
trong các thiết bị thông tin liên lạc vi ba cho các ngành công
nghiệp quốc phòng và vệ tinh, các thiết bị đo từ trường. Nó cũng
được sử dụng trong thiết bị truyền thông di động. Yttrium và
các nguyên tố nhóm lantan khác có nhiều ứng dụng công
nghệ cao và quốc phòng, sử dụng trong công nghiệp siêu bán
dẫn ở nhiệt độ cao, công nghệ lade.

Lanthanum

Sử dụng trong chế tạo các loại kính phản chiếu cao, vật liệu
tích trữ hydro, ống kính máy ảnh, các thiết bị nhìn trong bóng
tối, tivi, pin ôtô điện, xúc tác cracking dầu mỏ, đầu lọc thuốc lá.
Các hợp chất phospho của nó được sử dụng trong các phim tia
– X và một số lade để giúp giảm phóng xạ cho bệnh nhân tới
75%.

Cerium

Sử sụng trong các bộ chuyển đổi xúc tác của ôtô làm giảm khí
thải. Nó cũng được sử dụng lọc hoá dầu và các ứng dụng nguyên
tử và luyện kim. Là một ôxit thì nó lại được sử dụng làm chất

đánh bóng kính. Người ta cũng sử dụng nó làm chất oxy hóa, bột
đánh bóng, màu vàng trong kính và chất men, chất xúc tác
để lau rữa lò nướng.

Dùng làm nam châm, sản xuất đá lửa, tua bin gió, xe ôtô hybrid.
Praseodymi được sử dụng như một tác nhân tạo hợp kim với
magiê để tạo ra vật liệu rất chắc khoẻ được sử dụng trong động
cơ máy bay. Nó cũng được sử dụng trong một hợp chất kim loại
Praseodymium Misch (5%) dùng cho đá lửa trong các bật lửa. Nó được thêm
vào cáp quang như một tác nhân kích thích khuếch đại tín hiệu.
Muối Praseodymi tạo màu sắc kính và men. Nó cũng là một
thành phần của thủy tinh didymi, được sử dụng để làm cho các
loại mặt nạ của thợ hàn.
Neodymium

Làm nam châm mạnh, tia lade, điện thoại di động, máy điện
toán, hệ thống môtơ cho máy, tua pin gió, xe ôtô hybrid.

Promethium

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

Các loại pin nguyên tử, dùng cho sản xuất máy tia – X di động.

Samarium kết hợp với coban để tạo ra nam châm vĩnh cửu để
khử từ của bất kỳ vật liệu nào. Nó cần thiết trong hàng không vũ
trụ và các ứng dụng quân sự. Samari cobalt có thể được sử dụng
như là một phần của công nghệ tàng hình trong máy bay trực
thăng. Các nam châm vĩnh cửu cũng được sử dụng như một phần
của hệ thống
Samarium

điện trên máy bay. Samari được sử dụng trong cả hai hệ thống
tên lửa và rada. Nam châm samari-coban được sử dụng trong các
hệ thống radar phòng thủ cũng như trong một số loại thiết bị
điện tử đo lường. Samari ôxit đã được sử dụng trong thủy tinh
quang học để hấp thụ các tia hồng ngoại. Nó được sử dụng
trong thủy tinh hấp thụ tia hồng ngoại và như một chất hấp
thụ nơtron trong lò phản ứng hạt nhân.

Europium

Được dùng để hấp thụ tia cực tím, sử dụng trong công nghệ màn
hình màu và đèn điện tiết kiện năng lượng, đèn huỳnh
quang compact, tia lade, cáp quang.

Gadolinium

Dùng cho nam châm ĐH, thuỷ tinh chỉ số khúc xạ cao, lade,
ống x-quang, bộ nhớ máy tính, thu neutron. Gadolinium có từ
tính độc đáo, cho phép nó tạo thành trái tim của công nghệ ghi từ
tính- quang được sử dụng để xử lý dữ liệu máy tính. Các hệ
thống chụp cộng hưởng từ (MRI) sử dụng vật liệu có chứa
gadolinium để nâng cao hình ảnh tạo ra. Gadolinium cũng là hiệu

quả nhất để phát hiện rò rỉ bức xạ của nhà máy điện. Gadolinium
được sử dụng trong các ứng dụng vi sóng. Gadolini có thể được
hợp kim với một số kim loại, chẳng hạn như sắt và crôm, để cải
thiện khả năng làm việc, chống nhiệt độ cao và oxy hóa.

Terbium

Dùng cho các hợp chất phospho xanh, lade, đèn huỳnh quang,
làm vật liệu bảo vệ điện tử, nam châm có độ mạnh cao, tua bin
gió. Terbium và điôxít zirconi có thể được sử dụng như một
chất ổn định tinh thể trong tế bào nhiên liệu hoạt động ở nhiệt

HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

độ cao. Nó
được sử dụng trong các đèn huỳnh quang hiệu quả năng lượng
và các hợp kim cung cấp phim kim loại phù hợp cho ghi dữ
liệu
quang - từ.
được sử dụng trong công nghệ điện tử bộ phận nhỏ với năng
xuất

Dysprosium

cao, nam châm có độ mạnh cao, tua bin gió, xe ôtô hybrid.
Holmium

chất này rất hiếm và ít sử dụng. Tuy nhiên, nó có những đặc tính
có thể được khai thác trong tương lai.

Erbium

Được trong các hợp kim, cáp quang. Erbium được sử dụng
như một bộ khuếch đại để truyền dữ liệu sợi quang. Erbium
được sử dụng để tạo kính màu. Erbium cũng được sử dụng trong
lĩnh vực hạt nhân và luyện kim.

Thulium

Thulium là hiếm nhất của ĐH. Tính chất hóa học của nó tương
tự như yttrium. Nó có thể được sử dụng trong các hợp chất
phospho tia – X nhạy, để giảm phơi nhiễm tia - X. Tuy nhiên, do
tốn kém nên nó có ít ứng dụng thực tế.

Ytterbium

Dùng cho chế tạo tia lade hồng ngoại và vật dụng làm giảm
hóa chất, thép không gỉ, cáp quang.

Lutetium

Lutetium có thể được sử dụng như là chất xúc tác trong
cracking, tạo hydro, ankyl hóa, và trùng hợp. Xeri pha tạp

lutetium oxyorthosilicate (LSO) hiện đang được sử dụng trong
chụp cắt lớp bức xạ positron (PET). Lutetium được sử dụng làm
kính có chỉ số khúc xạ cao.

ĐH rất quan trọng trong sản xuất công nghệ cao như ổ đĩa máy tính, điện
thoại di động và các phụ tùng cho loại ôtô lai (hybrid), có mặt trong các loại thiết
bị quốc phòng hiện đại như hệ thống rada quân sự hay điều khiển tên lửa, các xe
HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê


Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Khoa Công nghệ Hóa học

tăng chiến đấu... Các nhà phân tích nói rằng không có những kim loại này, nhiều
nền kinh tế hiện đại sẽ không vận hành được. Kim loại ĐH cũng là một phần
không thể thiếu của các công nghệ mà giới chính trị thế giới đang dựa vào nhằm
tránh những tác hại tồi tệ nhất của tình trạng Trái đất nóng lên.
Trên thực tế ĐH được sử dụng nhiều trong các vật dụng hàng ngày, chúng
có mặt trong hầu khắp gia đình. Cụ thể: Cerium là chất mài mòn được dùng để sản
xuất tivi màn hình phẳng; Neodymium được dùng sản xuất ổ cứng máy tính...
Nhiều nguyên tố khác cũng tham gia vào thành phần thiết bị hiện đại, tinh xảo nhất
của ô tô, máy giặt, tủ lạnh, lò vi sóng, điện thoại di động. Bởi vậy, nếu nguồn ĐH
bị lũng đoạn, các hãng sản xuất lớn trên thế giới sẽ vấp phải vấn đề nghiêm trọng
và có thể khiến cho giá nhiều mặt hàng dân dụng tăng cao. Có nhà khoa học còn
cho rằng, nếu không có ĐH, nền kinh tế hiện đại sẽ ngừng hoạt động.
Bảng 6: Sử dụng ôxit ĐH năm 2008 (theo khối lượng và theo giá trị)
Các lĩnh vực sản xuất/sản Tỷ lệ (%) sử dụng ôxit Tỷ lệ (%) sử dụng ôxit

phẩm
ÐH theo giá trị
ÐH theo khối lýợng
Ðiện tử và các hợp chất 32%
7%
phốt pho (phosphors)
Hợp kim
Chất xúc tác
Kính và gốm
Nam châm
Ðánh bong
Các lĩnh vực sản xuất

14%
5%
5%
37%
4%
3%

18%
20%
16%
21%
12%
6%

Khác
Nguồn: Dudley J Kingsnorth Industrial Minerals Company of Australia
(IMCOA),November 2009.

3.2. Ứng dụng đất hiếm trong nông nghiệp
Việc ứng dụng ĐH trong nông nghiệp được tiến hành từ năm 1972 ở Trung
Quốc, với nhiều thí nghiệm quy mô nhỏ và lớn đã được tiến hành. Kết quả thu
được cho thấy ĐH có ảnh hưởng tới hơn 20 loại cây trồng. Phương pháp phun và
ngâm hạt bằng dung dịch ĐH được coi là phù hợp hơn cả. Trong quá trình khảo
sát, các nhà nghiên cứu đã xác định được lượng ĐH thích hợp dùng cho các loại
HV: Nguyễn Thị Nga

GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê