ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
NGUYỄN THỊ THẢO NGUYÊN
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT
PHƯƠNG ÁN PHỤC HỒI MÔI TRƯỜNG
SAU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN THÂN QUẶNG F3, F7
MỎ ĐẤT HIẾM ĐÔNG PAO, TỈNH LAI CHÂU
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
THÁI NGUYÊN - 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát từ
yêu cầu thực tế để từ đó hình thành nên hướng nghiên cứu cho luận văn thạc sĩ dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Xuân Tặng .
Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng quy định và kết quả trình bày
trong luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình!
Thái Nguyên, tháng 11 năm 2014
Học viên
Nguyễn Thị Thảo Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
NGUYỄN THỊ THẢO NGUYÊN
ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT
PHƯƠNG ÁN PHỤC HỒI MÔI TRƯỜNG
SAU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN THÂN QUẶNG F3, F7
MỎ ĐẤT HIẾM ĐÔNG PAO, TỈNH LAI CHÂU
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số ngành: 60440301
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN XUÂN TẶNG
Nguyễn Thị Thảo Nguyên
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH vii
MỞ ĐẦU …………………………………………………………… ……………. 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu của đề tài 2
3. Ý nghĩa của đề tài 2
3.1. Ý nghĩa của đề tài 2
3.2. Ý nghĩa của đề tài 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 3
1.1.1. Khái niệm về đất hiếm 3
1.1.2. Đặc điểm địa chất, khoáng vật 3
1.1.3. Mục đích sử dụng 4
1.1.4. Các bước để sản xuất thương mại đất hiếm 6
1.1.5. Nhu cầu và thị trường quặng đất hiếm 7
1.2. Cơ sở pháp lý 12
1.3. Hiện trạng khai thác và sử dụng đất hiếm 12
1.3.1. Khai thác và sử dụng đất hiếm trên thế giới 12
1.3.2. Khai thác và sử dụng đất hiếm ở Việt Nam 14
1.3.3. Khoáng sản đất hiếm ở Việt Nam 16
1.3.3.1. Đặc điểm phân bố 16
1.3.3.2. Các kiểu mỏ công nghiệp 17
1.3.3.3. Trữ lượng và tài nguyên 19
CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21
3.2.2. Môi trường nước 40
3.2.2.1. Nước mặt 40
3.2.2.2. Nước dưới đất 41
3.2.3. Môi trường không khí 43
3.2.4. Hiện trạng về môi trường phóng xạ 45
3.2.4.1. Dự báo sự thay đổi suất liều chiếu ngoài hiệu dụng 45
3.2.4.2. Dự báo nồng độ các khí phóng xạ 46
3.2.4.3. Tác động của chất thải phóng xạ đến môi trường 47
3.3. Đề xuất và lựa chọn phương án phục hồi môi trường sau khai thác khoáng sản
thân quặng F3, F7 52
v
3.3.1. Đề xuất phương án phục hồi môi trường 52
3.3.1.1. Cơ sở để lựa chọn phương án 52
3.3.1.2. Các phương án cải tạo phục hồi môi trường 52
3.3.1.3. Phân tích đánh giá các phương án đề xuất 54
3.3.2. Lựa chọn phương án cải tạo phục hồi môi trường 56
3.3.2.1. Tính chỉ số phục hồi đất 57
3.3.2.2. Nội dung phương án cải tạo, phục hồi môi trường 63
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản………………………… 3
Bảng 1.2: Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm………………………………………4
Bảng 1.3: Lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp ……… 5
Bảng 1.4: Các bước để sản xuất thương mại đất hiếm………………………………6
Bảng 1.5: Dự báo giá của một số oxyt kim loại đất hiếm đến năm 2015 ………… 9
Bảng 1.6: Dự kiến tăng trưởng của các ứng dụng liên quan với đất hiếm đến năm
2014………………………………………………………………………… 11
Bảng 1.7: Tổng hợp trữ lượng và tài nguyên đất hiếm ở Việt Nam……………… 19
Hình 3.2: Sơ đồ phân vùng hoạt độ phóng xạ lớp đất trên mặt ……………………48
Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị nồng độ khí phóng xạ mỏ đất hiếm Đông Pao………… 51
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Tài nguyên thiên nhiên gồm các dạng năng lượng vật chất, thông tin tồn tại khách
quan với ý muốn con người mà con người có thể sử dụng trong hiện tại và tương lai,
phục vụ cho sự tồn tại và phát triển của loài người. Ngày nay, việc sử dụng hiệu quả và
bền vững nguồn tài nguyên thiên nhiên trong đó có tài nguyên đất hiếm là một mục
tiêu rất quan trọng trong chiến lược phát triển của nước ta.
Như chúng ta đã biết, đất hiếm là nhóm 17 loại khoáng sản chiến lược, trong đó
có nhiều khoáng chất như: dysprosium, terbium, thulium được sử dụng trong các ngành
công nghiệp mũi nhọn hiện nay, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử và xe hơi. Ngoài
ra nó còn có rất nhiều tác dụng khác như: dùng chế tạo nam châm vĩnh cửu cho các nhà
máy phát điện, hay được ứng dụng trong công nghệ laze, vv… Tại Việt Nam từ những
năm 1960, các nhà địa chất đã đánh giá trữ lượng đất hiếm là khoảng 10 triệu tấn, nằm
rải rác ở các mỏ quặng vùng Tây Bắc, đặc biệt xuất hiện nhiều ở Yên Bái, Lai Châu.
Cụ thể là mỏ đất hiếm Đông Pao, nằm trên địa phận xã Bản Hon, huyện Phong Thổ,
tỉnh Lai Châu. Nhằm khai thác có hiệu quả nguồn tài nguyên đất hiếm phục vụ phát
triển kinh tế xã hội của đất nước, góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế của tỉnh Lai
Châu, giải quyết việc làm cho lao động địa phương. Lâu nay nước ta cũng có khai thác
đất hiếm nhưng công nghệ còn lạc hậu, chủ yếu sử dụng phương pháp thủ công và dẫn
đến tổn thất tài nguyên lớn (có những mỏ tổn thất tới 60%), công suất thấp, không tách
được hết thành phần nguyên tố hiếm. Trong đất hiếm chứa nhiều nguyên tố độc hại, có
tính phóng xạ, việc khai thác có nhiều yếu tố rủi ro cao và khả năng gây tổn hại môi
trường. Vì vậy việc đưa ra các giải pháp để hồi phục môi trường hiện nay là rất cần
thiết.
Xuất phát từ thực tế trên, được sự nhất trí của Nhà trường, dưới sự hướng dẫn của
thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Xuân Tặng, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: "Đánh
2
earth elements) và các kim loại đất hiếm (rare earth metals) là tập hợp của 17
nguyên tố hóa học thuộc bảng tuần hoàn hóa học của Mendeleev, có tên gọi là
Scandi, Yttri và 14 trong 15 nguyên tố của của nhóm Lantan (ngoại trừ Promethi),
có hàm lượng rất nhỏ chứa trong vỏ trái đất. Người ta có thể tìm thấy các nguyên tố
đất hiếm ở trong các lớp trầm tích, các mỏ quặng và cát đen. Đất hiếm được sắp xếp
vào dạng hợp kim và các hợp chất khác, chính xác là nam châm đất hiếm từ các
dạng khác nhau của nam châm.
1.1.2. 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 sau.
Bảng 1.1: Các nguyên tố đất hiếm và các đặc tính cơ bản
TT
Nguyên tố
Ký hiệu
hoá học
Thứ tự
nguyên tử
Hoá trị
Nguyên tử lượng
Các oxyt
1
Lantan
La
57
3
138,92
O
3
5
Prometi
Pm
61
3
145,00
Không
6
Samari
Sm
62
2,3
150,43
Sm
2
O
3
7
Europi
Eu
63
2,3
152,00
Eu
2
O
3
4
11
Honmi
Ho
67
3
164,94
Ho
2
O
3
12
Erbi
Er
68
3
167,20
Er
2
O
3
13
Tuli
Tm
69
3
169,40
Tm
2
O
3
17
Scandi
Sc
21
3
59,72
Sc
2
O
3
Nguồn: [24]
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.
Bảng 1.2: Phân nhóm các nguyên tố đất hiếm
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
cho các động cơ phản lực, nam châm vĩnh cửu cho các ứng dụng từ tính… và dĩ
nhiên trong các ngành chiếu sáng, luyện kim, điện tử, trong các kỹ thuật quân sự từ
màn hình radar đến tia laser và hệ thống điều khiển tên lửa. Thật hiếm có loại
nguyên liệu nào như đất hiếm, vừa có tính ứng dụng phổ quát, vừa có tính kỹ thuật
cao, lại vừa có nhiều triển vọng áp dụng cho tương lai, ví như sản xuất các thùng
chứa và ống dẫn hydrogen nhiên liệu cho thời kỳ thế giới cạn kiệt dầu mỏ [3].
Bảng 1.3: Lĩnh vực sử dụng chính của các nguyên tố đất hiếm và hỗn hợp
TT
NGUYÊN TỐ
KÝ HIỆU HH
LĨNH VỰC SỬ DỤNG
1
Lantan
La
Chất xúc tác; gốm,
s
ứ, kính một hợp kim của
kim loại
đ
ất hiếm được
s
ử dụng không chỉ
cho đá đánh lửa t
r
ong
b
ật lửa mà còn được
s
ử dụng, có lẽ quan t
r
ứng dụng
h
ạt nhâ
n
và laze.
6
4
Neodim
Nd
Chất huỳnh quang.
5
Prometi
Pm
G
ốm,
s
ứ; kính;
s
ự dò tìm và t
r
ực quan hoá
ảnh y học quang học và từ tính.
6
Samari
Sm
G
ốm,
s
ứ; ứng dụng hạt nhân và laze
7
G
ốm,
s
ứ; kính và chất nhuộm; nam châm vĩnh
cửa.
11
Honmi
Ho
Chất huỳnh quang, pin hạt nhân và dụng cụ đo
lường thu nhỏ.
12
Erbi
Er
Bộ lọc vi ba; ứng dụng hạt nhân và nam châm
vĩnh cửu.
13
Tuli
Tm
K
hông gian vũ t
r
ụ; gậy bóng chày; ứng
dụng hạt nhân; chất bán dẫn và chiếu
s
áng.
14
Ytecbi
Yb
Chất huỳnh quang; nam chân vĩnh cửu; pin
nhiên liệu.
2
Xác định quy trình: Tuyển quặng; Chiết xuất; Tách đất hiếm
3
Nghiên cứu tiền khả thi
4
Tuyển quặng
Từ bước 4 đến bước 6 : chứng tỏ quy trình được
7
5
Chiết xuất đất hiếm
lựa chọn là hợp lý, tin cậy về mặt kỹ thuật và
thương mại thông qua các nhà máy sản xuất thử
để sản xuất các sản phẩm mẫu cho thuyết minh
khách hàng; để thu thập dữ liệu cho nghiên cứu
khả thi và đánh giá tác động môi trường.
6
Tách đất hiếm
7
Đạt được sự thông qua về đánh giá tác động môi trường của dự án
8
Đàm phán các hợp đồng bán
9
Hoàn thiện nghiên cứu khả thi
10
Xây dựng và tiến hành sản xuất
Nguồn: [22]
Hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam đã tách được các nguyên tố đất hiếm
đạt độ sạch đến 98 - 99% và ứng dụng cho nhiều ngành khác nhau trong công
nghiệp.
1.1.5. Nhu cầu và thị trường quặng đất hiếm
Bảng 1.5 :Dự báo giá của một số oxyt kim loại đất hiếm đến năm 2015
Ô
xyt đất hiếm
G
iá
(USD)
2010
2011
2012
2013
2014
2015
D
y
s
p
ros
ium oxide
(D
y
)
305
375
454
504
580
672
D
y
s
xide
(
Lu
2
O
3
)
412
461
517
579
648
726
Te
r
bi
u
m oxide
(
Tb
4
O
7
)
610
778
968
1.172
1.373
1.029
238
Eu
r
opium
O
xide
(
Eu
2
O
3
)
454
499
549
604
665
731
Y
tt
r
ium
O
xide
(Y
2
O
3
)
8
(
000
s)
N
ăm 2008
N
ăm 2014
Tăng t
r
ưởng
hàng năm
(%)
N
guyên tố
s
ử dụng
M
áy tính
293.000
529.000
12,5
N
d,
Pr
,
S
m, Tb,
D
y
X
Pr
,
S
m, Tb,
D
y
M
àn hình LC
D
102.200
375.000
29,7
Eu,
Y
, Tb, La, Ce
Đ
iện thoại
1.222.245
2.250.000
13,0
N
d,
Pr
,
S
m, Tb,
D
y
Tua bin gió
81
Việc khai thác đất hiếm trên thế giới bắt đầu từ thập niên 50 của thế kỷ trước,
thoạt tiên là những sa khoáng monazit trên các bãi biển do chúng có chứa nhiều
thorium (Th) có tính phóng xạ ảnh hưởng đến môi trường nên việc khai thác bị hạn
chế. Từ năm 1965, việc khai thác đất hiếm chủ yếu diễn ra ở vùng núi Pass, California
- Hoa Kỳ. Đến năm 1983, Hoa Kỳ mất vị trí độc tôn khai thác đất hiếm vì nhiều nước
đã phát hiện mỏ đất hiếm, trong đó có Trung Quốc. Đến năm 2004, vùng mỏ Bayan
Obo của Trung Quốc đã sản xuất đến 95.000 tấn tổng số 102.000 tấn đất hiếm của thế
giới [13].
13
Cho tới cuối thập niên 80, Hoa Kỳ vẫn là nước dẫn đầu về sản xuất đất hiếm của
thế giới, nhưng sau đó trọng tâm chuyển dịch sang Trung Quốc. Trong những năm qua,
có 4 nước khai thác đất hiếm là Trung Quốc : 120.000 tấn/năm (sử dụng trong nước là
70.000 tấn/năm; Ấn Độ: 2.700 tấn/năm; Braxin: 650 tấn/năm; Malaixia: 350 tấn/năm.
Chính sách cắt giảm xuất khẩu đất hiếm của Trung Quốc đã làm tăng các dự án
khai thác đất hiếm trên thế giới. Thực tế thì nhiều mỏ đất hiếm lớn đang được triển
khai ở Ôxtraylia, Canada, Hoa Kỳ và nhiều nơi khác cũng có các mỏ có trữ lượng lớn
như ở Nga, Ấn Độ, Braxin hay Mông Cổ, nhưng chỉ có thể thực sự đi vào khai thác sau
năm 2014.
Trong thời gian trước đây, do các tổn phí khai thác đất hiếm quá cao, lại lo sợ
trước các tác hại đối với môi trường, nên các nước phương Tây (cụ thể là Hoa Kỳ) đã
đình chỉ sản xuất đất hiếm để dựa vào nguồn cung ứng dồi dào và giá rẻ đến từ Trung
Quốc [13].
Tại Trung Quốc :
Ở Trung Quốc, nhằm mục đích hiện đại hóa ngành công nghiệp, việc nghiên cứu cơ
bản nguyên liệu đất hiếm được xếp vào một trong 15 nội dung tối ưu tiên của Bộ khoa
học và công nghệ nước này. Các nhà địa chất Trung Quốc vừa phát hiện một trữ lượng
lớn đất hiếm ở tỉnh Hồ Bắc, miền Trung nước này. Các nhà địa chất đang điều tra về
thành phần, kết cấu, chất lượng, và quy mô của mỏ này. Khu tự trị Nội Mông chiếm
gần 75% trữ lượng đất hiếm của nước này. Trung Quốc là nước xuất khẩu hơn 97% đất
hiếm cho các nước công nghiệp lớn như Mỹ, Canada, Nhật Bản. Từ năm 2007, Trung
3
như mỏ Kỳ Ninh, Kỳ Khang, Cẩm Hòa, Cẩm Thượng (Hà Tĩnh), Kẻ Sung
(Thừa Thiên - Huế), Cát Khánh (Bình Định), Hàm Tân (Bình Thuận) [13].
Mặc dù có tiềm năng nhưng nguồn tài nguyên này mới chỉ dừng ở mức độ khai
thác nhỏ lẻ do công nghệ lạc hậu, chủ yếu sử dụng phương pháp thủ công, vì vậy dẫn
đến tổn thất tài nguyên lớn (có những mỏ tổn thất tới 60%), năng suất thấp, không tách
15
được hết thành phần nguyên tố hiếm. Tại hội thảo góp ý xây dựng hướng dẫn kỹ thuật
lập báo cáo đánh giá tác động môi trường đối với các dự án khai thác và chế biến đất
hiếm giữa Bộ Tài nguyên và Môi trường và Cơ quan Hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA),
các chuyên gia môi trường cho rằng, việc tổ chức khai thác đất hiếm tại Việt Nam là
một vấn đề cần phải xem xét kỹ càng vì đây là loại tài nguyên đòi hỏi trình độ khai
thác và chế biến ở mức cao. Bên cạnh vấn đề về môi trường, nếu trình độ kỹ thuật của
nước ta chỉ dừng lại ở việc khai thác và bán nguyên liệu thô chưa qua chế biến thì giá
trị thu về cũng rất thấp. Hàng năm, Việt Nam mới chỉ khai thác nhỏ, cỡ vài chục tấn
quặng banexit ở Đông Pao và vài ngàn tấn quặng monazit hàm lượng 35-45% R
2
O
3
ở
sa khoáng ven biển miền Trung, để bán theo đường tiểu ngạch. Đất hiếm được nghiên
cứu sử dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp, chế tạo nam châm vĩnh cửu, biến tính
thép, hợp kim gang, thủy tinh, bột màu, chất xúc tác trong xử lý khí thải ôtô nhưng
hiện vẫn dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm và bán công nghiệp.
Mỏ đất hiếm Đông Pao, huyện Tam Đường (Lai Châu) hiện đang được Công ty
Cổ phần Đất hiếm Lai Châu (Vimico) quản lý. Mỏ Đông Pao đến nay được xem là lớn
nhất nằm trên địa phận xã Bản Hom, huyện Phong Thổ, tỉnh Lai Châu. Mỏ Đông Pao
bao gồm trên 30 thân quặng lớn nhỏ đã được tìm kiếm tỉ mỉ với tài nguyên trữ lượng
đạt trên 10,6 triệu tấn R2O3; 34,7 triệu tấn CaF2; 66,7 triệu tấn BaSO4[13]. Hiện tại,
mới chỉ tiến hành khai thác quặng fluorit với sản lượng hàng năm khoảng 1.000 tấn
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.
Copyright: Tài liệu đại học ©