Tuyển Tập Công Trình Khoa Học 1985-2000 (Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam)

Mặc dù cõng nghệ vật !iệu liên quan đến chu trình nhiên liệu hạt nhân là một lĩnh vực rất mới mẻ ô nước ta, nhưng nhờ có sự chỉ đạo sát sao của lãnh đạo Viện Năng lượng nguyên tử Quốc gi

VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYÊN TỬ VIỆT NAM

VIỆN CÔNG NGHỆ XẠ HIẾM

VIỆN NĂNG L* I ư ợ n g* n g u y ê n t ử v iệ t■ n a m

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một nước giàu tài nguyên khoáng sản phóng xạ và quý hiếm Để khảng định, đánh giá, khaỉ thác và xử lý chúng, từ những năm cuối của thập niên 70 th ế kỷ trước, ờ nước ta đã bắt đầu

có những nghiên cứu triển khai trong các cơ sờ nghiên cứu của Viện Năng lượng nguyên tử Quốc gia

và Quân đội Đặc biệt từ đầu năm 1991 với sự ra đời của Viện Công nghệ xạ hiếm (hợp nhất các cd sở nghiên cứu về vật ỉiệu phóng xạ và quý hiếm của Viện Năng lượng nguyên tử Quốc gia và Viện 481) những nghiên cứu trong lĩnh vực xạ hiểm được triển khai có hệ thống trong khuôn khổ các chương trình trọng điểm và đề tài các cấp Mặc dù cõng nghệ vật !iệu liên quan đến chu trình nhiên liệu hạt nhân là một lĩnh vực rất mới mẻ ô nước ta, nhưng nhờ có sự chỉ đạo sát sao của lãnh đạo Viện Năng lượng nguyên tử Quốc gia (trước đây) đứng đầu là cố Giáo SƯ Nguyễn Đinh Tứ và các thế hệ khòa học đàn anh khác, cũng như sự hỗ trợ to lớn của Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trưởng và Cơ quan Nguyên tử năng Quốc tế, Viện Công nghệ xạ hiếm đã đạt được một số kết quả nghiên cứu khả quan trèr> chặng đường phát triển của mình

Tuyển tập các công trình này được tập hợp và biên soạn dưởi sự chủ biên của PGS.TS Đỗ Ngọc Liên (nguyên Viện trưởng Viện Công nghệ xạ hiếm) bao gổm cả những kết quả nghiên cứu cách đây

đã một phẩn tư thế kỷ, từ những nghiên cứu thăm dò thử nghiệm đầu tiên vể tách uran trong quặng cho đến những thành còng đáng khích lệ trong việc chế tạo được viên gốm UOj từ quặng uran Việt Nam Tuyển tập được phân thành 6 tập:

Tập 1 - Tổng quan các kết quả nghiên cứu

Tập 2 - Các công trình nghiên cứu liên quan đến hoá học và cõng nghệ uran

Tập 3 - Luyện kim và vô cơ

Tập 4 - Hoá tìọc và còng nghệ các nguyên tô' đất hiểm

Tập 5 - Chế biến và xử lý sa khoáng ven biển

Tập 6 - Hoá học phân tích và môi trường

Vì thòi gian có hạn, lại phải tập hợp và tuyển chọn các cõng trình đã cõng bố từ lâu, do vậy chắc chắn không tránh khỏi sơ suất và sai sót nhất định Tuy vậy đây là Tuyển tập đẩu tiên có quy mô bao quát các kết quả nghiên cứu chủ yếu trên một chặng đường 25 năm của một lĩnh vực khoa học công nghệ côn khá mới mẻ và không ít khó khăn đối với Việt Nam Hy vọng rằng thông qua Tuyển tập, các nhà quản lý và các nhà khoa học nhìn thấy được công việc và sự vận hành bên trong của một cã máy với cái tên nghe còn chưa mấy dễ hiểu - Viện Cõng nghệ xạ hiếm - từ đó có chủ trương xác đáng trong việc hoạch định chính sách và hỗ trợ cho sự phát triển của lĩnh vực nguyên nhiên vật liệu hạt nhân trong chiến lược chung của ngành nãng lượng nguyên tử Việt Nam

VIỆN TRƯỞNG VIỆN CÕNG NGHẸ XẠ HI ÊM

PGS.TS HUỲNH VĂN TRUNG

3

MỤC LỤC

Lời nói đẩu

Tập 1 - Tổng quan các kết quả nghiên cứu

Hai mươi năm nghiên cứu công nghê uran tại Viện Năng luạng nguyên tử Việt Nam

TS Đỗ Quý Sơn

Nghiên cứu cỏng nghê và úng dụng nguyên tố hiếm và đất hiếm Việt Nam tại Viện Cóng nghệ xạ

hiểm trong thời gian 1985-2000

73 Lê Bá Thuận

Những công trình nghiên cứu trong lĩnh vực luyện kim và võ cơ

PGS.TS Đỗ Ngọc Liên

Tổng quan về các hoạt động khoa hoe công nghệ trong lĩnh vực sa khoáng

TS Cao Hùng Thải, KS Nguyễn Đức Hưng

Tổng quan vể những nghiên cứu và triển khai trong lĩnh vực phân tích và mỏi trưởng

PGS TS Huỳnh Văn Trung

Tập 2 - Các công trình nghttn cứu liồn quan đán hoá học và công nghệ uran

Tinh chê' amon diuranat đến độ tinh khiết hạt nhân

Đỗ Quý Sơn, Nguyễn Quyết Chiến, Trần Hổng Hả, Hoàng Nhuận, BÙI Quang Hưng, Đào Nguyên,

Nguyễn Thuý Hà, Nguyễn Huy Cường, Vũ Ngọc Anh, Nguyễn Phương Nam, Vũ Duy Hoàn, Phan

Tường Vân, Trền Kim Tuấn, Mai Ngọc Tâm Phạm Danh Khanh

Những kết quà nghiên cứu đấu tiẽrt vẻ U02

Đỗ Quý Sem, Phạm Danh Khanh, Tạ Phuong Mai, Lé TưóngMình, Nguyễn Cuong Tuyến, Thân Trọng Huy

Báo cáo kết quả thực hiện dự án ViE/3/003

Uranium ore Processing laboratory

Thái Bá cắu, Cao Đình Thanh, Nguyễn Lanh và các cộng sự

Kết quả nghiên cửu quy trình công nghệ thu hổi ưran từ quặng graphit Tiẻn An (Quang Nam)

Thái Bá Cẩu, Cao Đình Thanh, Nguyễn Lanh, Chu Qưang Kim, Phạm Văr, Dũng, Đinh Mạnh Thắng,

Lê Quang Thải, Phạm Quang Minh, Bùi Đăng Hạnh, Tôn Tuấn Nghĩa, Hoàng Bích Ngọc, Ngỗ Văn

Tuyển và các cộng sự

Kết quả nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất urarì kỹ thuật từ quặng cát kết Khe Hoa-Khe Cao

(Quảng Nam)

Thái Sá Cầu, Cao Đình Thanh, Nguyễn Lanh, Thân Văn Liên, Phạm Văn Dũng, Lê Kim Dung, Đinh

Mạnh Thắng, Lê Quang Thái, Phạm Quang Minh, Bùi Đăng Hạnh, Tôn Tuấn Nghĩa, Hoàng Bích

Ngọc, Ngỗ Vẳn Tuyến

Trang3

Nghiên cứu công nghệ xử lý quỗng đất hiếm Bẩc Nậm Xe để thu hổi uran và đất hiếm

Thái Bá Cẩu, Cao Đinh Thanh, Nguyễn Bá Tiến

Nghiên cứu cỗng nghệ chiết tinh chế uran đến độ sạch hạt nhản trực tiếp từ dưng dịch thuỷ tuyên

Cao Bình Thanh, Bùi Đăng Hạnh, Thải Sá cầu, Phạm Quang Minh

Nghiên cứu khả nãng thu hổi uran bằng phươna pháp trao đổi ion trong bùn

Thần Văn Liên, Đoàn Thị Mơ, Đỗ Quý San, Cao Hùna Thái

Nghiên cứu cỗng nghê xử [ý quặng uran vùng Pá Lừa và An Điểm (Quảng Nam)

Cao Hùng Thái, Lê Kim Dung, Phạm Vãn Dũng, Bùi Đãng Hanb, Nguyễn Hổng Hà, Nguyễn Lanh, Thẳn Văn Liên, Phạm Quang Minh, Đoàn Thị Mơ, Hoàng Bfch Ngọc, Phùng Vũ Phong, Đỗ Quý Son, Trẩn Văn San, Cao Đình Thanh, Lỗ Quang Thái, Đinh Mạnh thắng, Nguyễn Bá Tiến, Ngô Văn Tuyến,

Nguyễn Đình Văn

Xác định giải pháp công nghệ cho quá trình xử lý quặng uran hàm luạng trung binh vùng Nỗng Sơn

Cao Hùng Thài, Lé Quang Thài, Đinh Mạnh Thắng, Trần Văn Sơn, Phùng Vũ Phong

Nghiên cứu quy trình công nghệ điều chế uran đạt một số chì tiêu độ sạch hạt nhãn từ urari kỹ thuật

Việt Nam bằng phưong pháp chiết vâi dung mõi TBP

Lỗ Bá Thuận, Đổ Văn Thành, Trần Ngọc Hà, Lê Thị Bằng, Phạm Thị Hổng Hà, Nguyễn Thành Chung,

Võ Hống Lĩnh, Nguyễn Minh Thư, Nguyễn Trọng Hùng, Nguyễn Thị Thuỷ

Nghiên cứu công nghệ chế tạo bột ỤOj từ amon diưranat (NH1)2Uĩ 07{ADU)

Phạm Đức Thải, Phạm Danh Khanh, Ngô Trọng Hiệp, Đàm Văn Tiến, Nguyễn Trọng Hài, Nguyễn Thế Khanh, Vủ Quang Chất

Nghiên cứu công nghé chế tạo viẻn gốm U02

Nguyễn Đ ứt Kim, Nguyền Văn Đoản, Đặng Ngọc Thắpg, Đặng Thị Hồng, Cao Phương Anh

Tập 3- Luyện kim và vô c ơ

Nghiên cứu công nghệ và thiết bị điểu chế một số vật liệu có triln vọng úng dụng trong ngành hạt nhân

Đó Ngọc Liên, Nguyễn Duy Lốm, Nguyễn Duy cẩn, Phạm Đức Thải, Đặng Thị Hông, Đàm Vẳn Tiến,

Nguyễn Văn Sinh, Bùi Chí Kiên, Kiều Văn Chinh, Nguyễn Trọng Hải, Ngô Trọng Hiệp, Hà Đình Khải

Nghiên cứu cải tiến thành phần thuốc bọc để nâng cao chất lượng que hồn điên

Cao Hùng Thái, Nguyễn Đình Vàn, Ngõ Văn Tuyến, Phạm Quang Minh

Nghiên cứu chế tạo thử vật liệu gốm trên cơ sỏ ZrOj

Nguyễn Đức Kim, Nguyễn Duy cần, Phạm Đức Thái\ Đặng Thị Hổng, Cao Phưong Anh

Nghiên cứu chế thử vật liệu tiếp điện bằng phương pháp luyện kim bột

Nguyễn Đức Kim, Nguyễn Duy cẩn, Hà Đình Khải, Đào Trường Giang, Vũ Quang Chất

Nghièn cứu chế tạo gốm nhôm ôxyt-zircôn

Nguyễn Văn Đoàn, Nguyễn Thế Khanh, Đào Trường Giang

Nghiên cứu chế thử hợp kim Cu-Zr và bốt họp kim Ni-Zr

Nguyên Duy Lầm, Hà Đình Khải, Đào Trường Giang

Nghiên cứu sản xuất bỗt salit thay thế natri-phốĩphát trong chất giặt rửa

Hoàng Đức Thịnh, Thái Bá cầu, Nguyễn Vãn Bá

Nghiêrt cứu sàn xuất chất ổn định nhiệt cadimi stearat

Nguyễn Huy Cường, Đỗ Quý Sơn, Đỗ Ván Thành, Lé Bá Thuận, Phạm Danh Khanh, Hoàng Nhuận,

Nguyễn Phương Nam, Phạm Quang Minh, Ngó Văn Tuyến, Nguyễn Thị Thuỷ

358

6

Nghiên cứu sản xuất thử đổng hydroxy-clorua từ quặng đổng Hà Bắc

Trần Hông Hà, Mai Chl Thuần, Hoàng Văn Sinh

Tập 4- Hoá học vả công nghệ các nguyên tõ' đất hiếm

Nghiên cứu tuyển quâng đất hiếm Yên Phú

Nguyễn Đảng Doanh, Duong Văn Sự, Nguyễn Duy Pháp, Trịnh Giáng Huong, Lề Xuân Hữu

Nghiên cứu sản xuất tổng ôxyt đất hiếm từ quãng Nậm Xe và Đông Pao ở quy mõ pilot

Bùi Văn Tuấn, Vũ Thanh Quang, Tường Duy Nhân

Cđng nghệ và thiết bị điện phân thu hợp kim các kim loại đất hiếm quy mô 500 A

Đô Ngọc Liên, Phạm Đức Thái, Nguyễn Văn Sinh, Bùi Năng Khôi, Ngô Trọng Hiệp, Kiểu Vãn Chinh,

Nguyễn Trọng Hải, Nguyễn Thế Khanh

Nghiên cứu quy trinh công nghệ chế tạo họp kim trùng gian chứa đất hiếm

Phạn Đúc Thài, Nguyễn Mạnh Hùng, Đặng Ngọc Thắng, Nguyễn Trọng Hải, Vũ Quang Chất

Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột mài bóng cery ộxyt

Vũ Thanh Quang, Bùi Văn Tuấn

Nghiên cứu quy trình công nghê và thiết bị sản xuất đố từa từ Mischmetal

Phạm Đức Thái, Nguyễn Vãn Đoàn cùng các cộng lác viên

Nghiên cứu quy trình công nghệ tuyển quỗng vontramit ioại chứa Caxiterit có hàm iượng cao xâm nhíẻm

mịn, thu hổi tinh quăng vonframit vè tinh quãng Caxiterit đạt chỉ tiêu công nghiệp và xuất khẩu

Nguyễn Trung Sơn, Nguyễn Đữc Hưng, Trịnh Giáng Hương, Dương Vãn Sự

Tâp 5 - Chẽ' biốn và xử iý sa khoáng ven biển

Sản xuất ãrconi oxyt kỹ thuật có độ sạch cao từ nguồn nguyên liệu sa khoáng ven biền

Phan Đình Tuấn

Nghiên cứu quy trinh tuyển rutil và chế tạo TiOí từ sa khoáng

Cao Hùng Thái, Cao San, Nguyễn Mạnh Khôi, Phạm Bá Kiên

Tuyển quăng sa khoáng biển Việt Nam

Nguyễn Đúc Hưng

Trữ iượng sa khoáng nặng việt Nam và cõng nghê tuyển thu hổi àrcon sílicat chất lượng cao 65% ZrOz

Cao San, Hoàng Minh Chảu, Phạm Bá Kiên, Trần Vẳn Sơn, Cao Hỗng Lan

Tập 6 - Hoá phân tích và mõi trưởng

Nghiên cứu chế tạo 2 bô mẫu chuổn quặng uran và tinh quặng ilmenit

Huỳnh Vãn Trung, Nguyễn Xuân Chìén, Lê Văn Vượng,

Xác định các tạp chất trong sản phẩm uran độ sạch cao

Chu Văn Vìhh, Phạm Ngọc Khải, Huỳnh Văn Trung, Nguyên Xuân Chiến, Đặng Thế Mỹ, Đinh Công

Bột, Nguyễn Viết Thức, Nguyễn Thị Cúc, Nông Minh Dũng, Đào Nguyên, Thịnh Văn Trung, Trần Đức

377379

495

504

510

527529367

533

Hiển, Đoản Thanh Sơn, Nguyễn Quốc Hoàn, Lẽ Hổng Minh 552Xảy dựng tiéu chuẩn Việt Nam cho quăng graphít

Chu Văn Vĩnh, Phạm Ngọc Khải, Huỳnh Văn Trung, Nguyễn Xuân Chiến, Đinh Công Bật, Nguyễn Viết

Thức, Nguyễn Thị Cúc, Nông Minh Dũng, Đào Nguyên, Thịnh Văn Trung, Trần Đức Hiền, Nguyễn Thị

Hằng, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Thị Kim Dung

Xác định hàm lượng vàng trong quặng bằng phương pháp chiễt-hấp thụ nguyên tử 560

Nguyễn Xuẳn Chiến, Huỳnh Văn Trung

Xác định zirconi trong sa khoáng Việt Nam và các sản phẩm chế biến từ nó bằng phương pháp huỳnh 566 quang tia X

Huỳnh Vãn Trung, Nguyễn Xuân Chiấn, Trần Quốc Hoán

Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích một số anion trong nước bề mật 571

Trần Đức Hiền, Huỳnh Văn Trung, Đinh Thị Chức, Nguyễn Viết Thức, Nông Minh Dũng, Đào Nguyên,

Đặng Thế Mỹ

Xác định các tạp chất trong bột U3Oj bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử 580

Nguyễn Thị Kim Dung, Đoàn Thanh Sơn, Nguyễn Xuắn Chiến, Huỳnh Văn Trung

Tiêu chuẩn Viêt Nam - Quặng sa khoáng - Các phương pháp phân tích hoá học 590

Huỳnh Văn Trung Lê Viết Lản, Lê Giáng Hưong, Nguyễn Xuân Chiến, Nguyễn Thị Kim Dung, Văn

Khang, Nguyễn Thị Cúc, Cão Phuơng Anh

8

TỔNG QUAN

HAI MƯƠI NĂM NGHIÊN c ứ u CÔNG NGHỆ NHIÊN LIỆU URAN

TẠ! VIỆN NĂNG LƯỢNG NGUYỀN TỬ VIỆT NAM

Đỗ Quý Sơn

Trong cõng cuộc chuyển đổi cơ cấu kinh tê' đất nước sang nền kinh íế công nghiệp, nhu cầu điện nãng của nưdc ta sẽ tăng lên nhanh chóng trong những thập kỷ tới Trong bối cảnh môi trường tự nhiên đang bị đe dọa bởi nhiều hiểm họa, điện hạt nhân, một phương án sản xuất điện rất ít phát thài khí nhà kính, dường như là giải pháp chắc chắn được lựa chọn để đáp ứng nhu cầu điện năng trong tương lai

Khi điện hạt nhân được lựa chọn, vấn đề tất yếu phải giải quyết là cung cấp nhiên liệu hạt nhản cho các nhà máy điện được xây dựng Nhập ngoại hoặc nội địa hoã việc cung cấp nhiên liệu hạt nhân cũng như các bưốc tiến hành công việc này phải được quyết định dựa trẽn những cản nhắc thận trọng

và khoa học, trên cc sờ tài nguyên của đâ't nước và tham khảo những bài học đã được íổng kết từ quá

trình cung cấp và sản xuất nhiên liệu hạt nhản ở các nưốc trong nửa thê' kỷ qua, cùng vâi các dự báo

về cung cầu nhiên liệu uran trong tương lai

Những nghiên cứu còng nghệ nhiên liệu uran trong vòng 20 năm qua tại Viện Công nghệ xạ hiếm (CNXH), tiền thán của nó là Trung tâm Vặt liệu hạt nhãn thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam (NLNTVN), chính ià sự chuẩn bị tích cực cho việc hoạch định và thực thi cốc quyết sách chiến lược về cung cấp nhiên liệu cho các lò phân ứng hạt nhân được xây dựng trong tương lai

1 N ội ĐỊA HOẮ VIỆC CUNG CẤP NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN, TẦM QUẠN TRỌNG VÀ LỢI ÍCH

1.1 Cung cẩu uran, tịch sử vả dự báo tương lai

1.1.1 Lịch sử cung cầu uran

Lịch sử của công nghệ nhiên liệu uran có đặc điểm cơ bản là sự mất cán đối nghiêm trọng giữa sản xuất và nhu cẩu tiêu thụ Theo các tài liệu do Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (tAEA) công bô' [1] (hỉnh 1), trước nam 1990 sản xuất uran trên thế giâì dư thừa đáng kể so với nhu cầu tiêu thụ của các nhà máy điện hạt nhân Sự dư thừa này liên quan trước hết với lý do chính trị của thời kỳ chiến tranh lạnh, khi uran là vật liệu quốc phòng chiến lược, Một lý do khác nữa là sự đự báo quá lạc quan về tốc độ phát triển của các nhà máy điện hạt nhãn Tình trạng sản xuất thừa kéo đài hơn 20 năm đó làm cho giá uran cà theo các hợp đồng dài hạn lẫn giá bán nhanh (spot price) giảm xuống nhanh chóng, nhiều cđ sở sản xuất uran phải đóng c ử i và mức sản xuất uran giảm sút mạnh mẽ, Từ năm 1990 trỏ lại đây, mức sản xuất uran trồ thành thấp hơn rất nhiều so với nhu cầu tiêu thụ Chằng hạn năm 1998 sản lượng uran của toàn thế gỉớí là 34.986 t u*, trong khi nhu cầu uran của các lò phản ứng hạt nhãn lên tới 59.551 t u sản xuất như vậy chỉ tương đương với 59% mức tiêu thụ ở các nước OECD (Organization for Economic Cooperation and Development - Tổ chức Hợp tác và Phát triển kinh tế), sự chênh lệch còn nghiêm trọng hơn, sân xuất uran nâm 1998 (19.088 t U) chì đáp ứng 39% như cẩu tiêu thụ {49.3101 U) Sư thiếu hụt của sân xuất uran từ nãm 1990 (ại đây được bù đắp bời nguồn uran sản xuất thừa nằm trong các kho dự trữ từ nhiều năm trước và bối việc chuyển một phần lượng uran có độ làm giàu cao (HEU - highly enriched uranium) từ các kho vũ khí hạt nhân được giải trừ theo Hiệp định Nga - Mỹ

* t U: tẫn quy ra uran

- Nhu cều (một số quốc gia)

■ Nhu cầu (toàn thế giôi)

•Sản xuất (một số quốc gia) Sản xuất (toàn thế giới)

(Một số quốc gia tức là toàn thể giới trừBungarí, Trung Quốc, Cuba, CH Séc (và Tiệp Khắc cũ), CHDC Đức, Hungarí, Kazactan, Mông cổ, Rumani, LB Nga, Slovenia, Tajikistan, Ucraina, Uzbekistan)

1.1.2 Dự báo cung cầu uran cho tớ i năm 2015

Theo sách đỏ IAEA [1], nhu cầu uran cho đến nãm 2015 được dự báo theo hai kịch bản phát triển

của điện hạt nhân Ờ tiến độ phát triển cao của điện hạt nhân, nhu cầu uran cho các nhà máy này vào

năm 2015 sẽ lên tới 79.8001 u/nãm, còn theo kịch bân thấp con sô' tương ứng là 54.5001 u

Mức sản xuất uran cũng được đự báo theo hai kịch bản Kịch bản thứ nhất, uran được sàn xuất trẽn cơ sở các mỏ hiện đã được khai thác và được xác nhận sẽ khai thác trong thời gian tới Trong trường hợp này sản lượng uran của thế giới nãm 2015 sẽ là 33.045 i u Khi giầ định rằng, theo kịch bản 2, các mỏ uran được đự kiến khai thác và những cơ sở có triển vọng khai thác được đểu đi vào hoại động, con số tương ứng sẽ là 55.022 t u Như vậy mức sản xuất uran theo kịch bản thấp của sân xuất sẽ chỉ đáp ứng 60% nhu cẩu uran theo kịch bản thấp và 41% theo kịch bản cao của sự phát triển điện hạt nhân Còn mức sản xuất cao của uran sẽ vượt qua chút ít nhu cẩu của các nhà máy điện theo kịch bản thấp của phát triển điện hạt nhân và còn thấp hơn nhiều so với nhu cầu, khi sự tăng trưởng điện hạt nhân diễn ra theo kịch bản cao (hình 2)

Sự thiếu hựt cửa sản xuất uran có thể được bù đắp bởi các nguồn sau đăy;

- Các kho dự trữ uran:

Trong báo cáo của Viện Nghiên cứu Uran [2] thuộc Cộng đồng Châu âu (EU), các kho dự trữ uran cùa EU đến nãm 1998 còn 168.500 t u Trong khoảng thời gian 1990-2000, để góp phần cân bằng cung cầu uran EU đã bán ra khoảng 187.000 t u, một số lượng lớn hơn phần dự trữ còn lại cho 15 năm từ 2000 đến 2015

Dự trữ uran của Mỹ (con số của thòi kỳ 1996-1998) [3] vào khoảng 25.339-25.7331 u

- Nhu cầu uran của các lò phản ứng (phương án thấp)

- - - sẵn xuất dự kiến và dự đoàn có thê có Sán xuẩt hiện có và thõng báo sẽ có

Hình 2 Dự báo về cung cẩu uran cho đến năm 2015

Dự trữ uran của các nưốc khác không được cõng bố chính thức, nhưng có lẽ fà không đáng kể, trừ của Liên bang Nga

- Uran thu được do giải trừ vũ khí hạt nhản:

Theo Hiệp định ký năm 1993 giữa hai Chính phủ Mỹ và Nga, Nga sẽ cắt giảm 500 tấn HEU từ kho

vũ khí hạt nhân của mình, tương đương với 15.500 tấn nhiên liệu uran có mức iàm giàu thấp (LEU - iightly enricheđ uranium) vể phía Mỹ, 50 tấn HEU cũng sẽ được pha loãng để sản xuất khoảng 1.550 tấn LEU

- Nhiên liệu thu hồi được từ các nguổn plutonì quân sự:

Theo báo cáo của USDOE (US Department of Energy) [4], vào năm 1996, trong 99,5 tấn Pu cùa

Mỹ, 38,2 tấn sẽ được dùng cho mục đích dân sự, tức là để sản xuất nhiên liệu MOX Lượng Pu này

tương đương với 6.5001 u tự nhiên, và sẽ được sừ dụng trong khoảng thời gi an từ 2007 - 2022

- Lượng uran được thay thế bằng nhiên liệu MOX thu được khi tái chế nhiên liệu:

Mặc dù lượng nhiên liệu đã cháy, hiện đang lưu giữ tạm thời, là rất lớn, nhưng tổng lượng nhiên liệu MOX được sử dụng trên toàn thế giới vào năm 1999 cũng chỉ tương dương với 1.1001 u tự nhiên

- Nhiên liệu thu được do đưa vào làm giàu lại lượng uran nghèo đổng vị 235 đã thải loại trưốc đây:

Số lượng uran có thể thu được từ nguồn này sẽ là khá lớn, tuy nhiên giả thành của nó lại quá cao Vì thế, nguổn uran này chỉ có thể là quan trọng trong tương lai xa

Nhận x é t chung về cung cầu uran trong g ia i đoạn 2000 - 2015:

Trong g ia i đoạn này, chỉ trong trường hợp điện hạt nhân phảt triển theo kịch bản thấp, còn sản xuất uran phát triển theo kịch bản cao thì sần xuất uran m ởi đáp ủng được nhu cầu uran của các nhà

mày điện Trong mọi tình huống khác, nhu cầu urarì sẽ vượt xa nảng lực của sẵn xuất và lượng uran

13

cần th iế t sẽ p h ả i trông cậy vào các nguồn cung úng không chắc chắn như lượng uran trô i n ổi trên th ị

trường uran cửa các kho dự trữ, uran từ giẩì trừ vũ khí hạt nhản Nghĩa là, các quốc gia không có khả năng tự cung cấp urart sẽ rơi vào tình trạng kém an toàn về cung cấp nhiên liệu hạt nhân Khi ấy mục tiêu sửơụng điện hạt nhân để đẳm bảo an ninh năng lượng sẽ mất hết ý nghĩa.

1.1.3 Cung cầu uran trong tương iai xa

Những biến đổi đầy nguy hiểm của môi trường sống như sự nóng lẽn của toàn trái đất, mưa axit,

sự thay đổi khí hậu và sự tăng mật độ và cường độ cùa các thiên tai được xem là hậu quả của việc phát thải khí nhà kính, khi đốt các nhiên liệu hoá thạch Vì !ý do đó, điện hạt nhãn được xem là giải pháp cung cấp điện năng quan trọng trong sự phát triển của tương lai Theo dự đoán của Hội đồng Năng lượng toàn cầu (Worid Energy Council) [5], cho tới những năm 2020, mức tăng trưỏng của điện hạt nhãn hàng năm của toàn thế giối sẽ là 0,9% theo kịch bản phát triển thấp và 2,9% theo kịch bản cao Mức tãng trưâng của điện hạt nhân ở các nước không thuộc OECD có thể còn cao hơn nhiều, vì mức tiêu thụ điện bình quản đầu người của các nước này, vào năm 2 020 sẽ tăng lên gấp đòi so với hiện nay [6]

Với sự tãng trưởng của diện hạt nhản, nhu cầu uran của thế giới sẽ tăng lẽn, đăc biệt là ở các nưốc đana phát triển Nhưng mức sản xuất uran sau năm 2010 sẽ có khuynh hướng giảm đi, do sự cạn kiệt cửa các mỏ có thể khai thác với giá < 80 USD/kg u Các kho dự trữ uran, xuất hiện đo sản xuất dư thừa trước năm 1987, chắc chắn đã sử dụng hết từ rất lâu rồi Những yếu tố ấy có thể tạo ra sự cáng thẳng trong việc cung cấp uran cho các nhà máy điện hạt nhân

Tuy nhiên, nhiều tiến bộ khoa học có thể giảm bớt phẩn nào sự căng thảng đó

Việc tái chế nhiên liệu đă cháy, khi đó, có thể thay thế khoảng 17% lượng uran tự nhiên cần

tử (Molecuiar Laser Isotope Separation - MLIS) với nhiều ưu điểm về kinh tế so với các phương pháp khuếch tán và ly tâm hiện nay Tất nhiên, tiến bộ kỹ thuật này cũng sẽ làm giảm mức tiêu thụ uran tự nhiên

Nhìn tổng quát thì sự dự bảo về cung cầu uran trong tuong la i xa sẽ phụ thuộc vào các Itịch bản

dự kiến khác nhau, vói ảnh hưỏng của nhiều yếu tố còn chưa có thể đánh giá được đầy đủ Tuy nhiên không cỏ m ột kịch bản nào cho thấy rằng một cân bằng cung cầu uran có thể được đẫm bảo trong tương lai,

Nếu không cô khẵ năng tự cung cấp, hoặc tự cung cấp m ột phần cho nhà m áy điện hạt nhân của minh, thì các nước đang phát triển dễ dàng đối mặt vói rủi ro và khó đảm bảo an toàn trong việc cung cấp nhiên liệu uran, cũng như an ninh năng lượng của mình.

1.2 Giá uran, lịch sử và dự báo

Trong một thời gian dài thị trường uran tuân thủ một mô hình truyền thống là nhà sản xuất bán uran chỉ cho ndi sử dụng Gần đày các hoạt động bán, cho vay hoăc trao đổi uran tự nhiên lấy uran đã làm giàu thông qua các cơ quan môi giới đã trở thành quan trọng

Giá cung cấp uran theo các hợp đổng dài hạn và các hợp đổng ngắn hạn là khác nhau Hình 3 đưa ra sự biến động giá uran từ năm 1972 đến nay, do IAEA [1] tổng hợp dựa vào báo cáo về giá uran

của một số nước và tẩ chức có nhiều liên quan với thị trường uran cùa thế giới Có thể thấy rằng trong khoảng thời gian từ 1972 đến 1999, giá uran thay đổi một cách phức tạp, nhưng khuynh hướng chung

là sau thời gian tăng giá mạnh 1972-1982, đã giảm đần từ năm 1982 đến nay Sự giảm giá uran trong gần 20 nãm iại đây chắc chắn là do sự dưthừa sản xuất cho đến năm 1990 làm cho một lượng iớn uran phải đưa vào các kho dự trữ

Theo dự báo về cung cẩu uran cho tới năm 2015 đã trình bày trong phần 2.1.2, chắc chắn giá uran sẽ tăng lẽn đáng kể

Năm

— - NUEXCO - u trong nước Mỹ — - — - Mỹ nhập khẩu u

— *í— Canada xuất k h ẩ u Euratan —“ — ức

Hình 3 Biến đông giá uran trong lịch sử

Trong tương iai xa, khi các mỏ uran có thể khai thác và chế biến với giá thành thấp cùng vối các

nguồn dự trữ dần cạn kiệt, chắc chắn giá uran sẽ không thể ổn định ở mức thấp, dù cho các tiến bộ kỹ

thuật như sự nâng cao độ cháy kiệt, tái chế nhiên liệu đã cháy, tái lãm giàu uran nghèo (đươc thải ra từ các nhà máy làm giàu thời kỳ trước), , có thể góp phần làm giảm đi chút ít các áp lực đối với giá uran

Từ hình 3 cũng có thể thấy rằng giá uran được thông báo bài các tổ chức và các quốc gia khác nhau là rất khác nhau Chảng hạn, năm 1990, giá uran thông báo bởi NUEXCO và Euratom khác gần

3 lẩn Những sự khác nhau đó !iẽn quan với tỷ lệ trả chậm và trả tiền ngay, cũng như với việc phãn biệt các quốc gia nằm trong quy định hạn chế mua bán hay không nằm trong qưy định này Ngay vối việc mua bán theo hợp đổng ngắn hạn, giá uran đối với thị trường có quy định hạn chế (restricted market value) và thị trưởng không hạn chế (unrestricted market value) cũng khác nhau đáng kể

Từ những phân tích trên, có thể nhận xét chung là, sự tăng giả uran trong vàì chục năm tới là dễ xảy ra Bên cạnh đó, giá uran sẽ phụ thuộc nhiều vào quan hệ của nước sử dụng với nơí cung cấp và vớỉ cả các quốc gia khác nữa Do ảnh hưởng của nhiều yếu tố phức tạp như vậy, sự nội địa hoá nhiên liệu cho phép giâm bớt các thiệt hại về kinh tế, khi giá uran biến động mạnh

1.3 Kết luận chung

Từ các lư iiệu lịch sử, các dự báo về cung cầu vã giá uran có thể kết luận rằng trong một: hai thập

kỷ tới, nếu không có khả năng nội địa hoá việc cung cấp nhiên liệu, các quốc gia có nhà máy điện hạt

15

nhân có thể vừa gặp phải sự mất an toàn trong việc cung cấp uran, làm giảm an ninh năng lượng, vừa rơi vào những rủi ro về kinh tế do những thay đổi không lường trước được về giá uran.

Đối với các quốc gia có tài nguyên uran thì còn một vấn đề khác cũng cần được xem xét Do sự cạn kiệl đần của tài nguyên uran, đưạc dự báo [à chỉ còn đủ cho khoảng 70 năm nữa, các nưốc sẽ phải gia tăng các nỗ lực tìm kiếm các giải pháp nhằm giảm bớt nhu cầu uran như nâng cao độ cháy kiệt của nhiên liệu, tái chế nhiên liệu đã cháy, tái sử dụng uran nghèo đồng vị 235, sử dụng nhièn liệu thori Những tiến bộ kỹ thuật đó, trong tương iai vài ba thập kỷ sẽ chỉ đủ để tàm giảm bởt áp tực lên giá uran, nhưng xa hơn, có thể làm cho vai trò của tài nguyên uran tự nhiên sẽ trỏ nên thứ yếu Khi ấy, giá trị kinh tế của tài nguyên này sẽ giảm đi nhiều so vâi giai đoạn lịch sử trước đó Khả năng của loài người trong việc chinh phục các nguồn năng lượng khác {nhiệt hạch, gió, mặt trời, địa nhiệt) cũng có

thể làm cho giá trị của uran trong tương lai xa bị giảm đi nhiểu hơn nữa.

Giải pháp khôn ngoan là tìm cách khai thác tài nguyên uran vào thài kỳ nhu cầu và giá cả uran trở nên cãng thẳng An ninh năng lượng, lợi ích kinh tế và tận dụng tài nguyên của đất nước là những lý do thúc đầy việc bắt đẩu các nghiên cứu về nhiên liệu uran ở Việt Nam

Rõ ràng rằng nội địa hoá việc cung cấp nhiên liệu hạt nhân liên quan với những lợi ích quan trọng của đất nước Tuy nhiên, chỉ các cường quốc hạt nhân mới có khả năng tư cung cấp hoàn toàn nhiên liệu cho các lò phản ứng của mình và đã triển khai toàn bộ các khâu của chu trình nhiên liệu Phần lán

các quốc gia khác phải tiến hành quá trình này từng bước một theo một chương trình dài hạn, Trình tự

và thời gian của quá trình nội địa hoá việc cung cấp nhiên liệu hạt nhân phụ thuộc vào các đặc điểm

về tài nguyên, trình độ khoa học cõng nghệ, khả năng tài chính, loại lò được sử dụng và cả các yếu tố chính trị nữa Các nghiên cứu phòng thí nghiệm cần phải đi trước một bưốc để chuẩn bị cho các chươnq trình này Vì thế, kế hoạch nghiên cứu nhiên liệu uran của Viện NLNTVN trong 20 năm qua đã

dựa vào sự phân tích các yếu tô' nói trên, trẻn cơ sở các hiểu biết vể chu trình nhiên liệu hạt nhàn.

2 C ơ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC XÂY DỰNG KỂ HOẠCH NGHIÊN c ứ u CÔNG NGHỆ CHỂ TẠO NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN Ở VÍỆT NAM

2.1, Chu trình nhiên liệu hạt nhân

Việc hoạch định kế hoạch nghiên cứu khoa học và cống nghệ nhiên liệu hạt nhân trước hết dựa

trẽn cơ sở tìm hiểu chu trình nhiên liệu hạt nhân, được mõ tả bỏi một sơ đồ chi tiết ở hình 4.

2.1.1 Những quá trình công nghệ chủ yếu trong chu trình nhiên liệu hạt nhẫn

Từ hình 4 dễ thấy rằng chú trình nhiên liệu là một chuỗi quá trình cóng nghệ, bắt đầu từ việc chê' tạo nhiên liệu hạt nhân đến viểc sử dụng nhiên liệu trong lò phản ứng, và cuổi cùng là việc xử !ỷ hoặc chôn cất nhiên liệu sau khi bức xạ T uỳtheo dạng lò phản ứng, dạng nhiên liệu và việc có tiến hành tái chế nhiên liệu đã cháy hay không, người ta phân biệt ba loại chu trình:

Chu trình sử dụng nhiên liệu một lần (once ■ through fueì cycle), ờ đó nhiên liệu chĩ đi qua lò cố

một lần, Sau khi phân hạch, nhiên liệu được lưu giữ ở một bể cạnh lò phản ứng cho đến khi được chuyển đến nơi lưu trữ trung gian, và cuối cùng đem xử lý và chôn cất vĩnh viễn ỏ xa khu vực lò phản

ứng, thưàng trong các hang động nằm sầu trong lòng đất Loại chu trình này được thực hiện ờ tất cả

các quốc gia có nhà máy điện hạt nhân;

Chu trình lặp của lò phản ứng nhiệt (thermal reactor recycle) là một dạng vận hành của íò nưâc

nhẹ (LWR), ở đó, sau khi ổã làm nguội, nhiên liệu đã cháy được tái chế để tách uran và piutoni ra khỏi các sản phẩm phân hạch, c ả uran và plutoni đã tách ra được sử dụng để chế tạo ioại nhièn liệu hỗn hợp ôxit (MOX) Nhiên liệu này được nạp iại vào lò về nguyên 1ắc, nhiên liệu MOX sau khi phân hạch iại có thể được tái chế và chu trình có thể lặp tại nhiều lẩn Hiện nay chì có 4 nưóc trên thế giới (Pháp, Nhậi, Bỉ vả Anh) đang tiến hành sản xuất nhiên liệu MOX và có 32 lò phản úng sử dụng loại nhiên liệu này [1J

L- í V

Chu trình lò phản ứng tái sính nhanh (fast breeder reactor ' FBR), ở đó, sự hình thành các hạt

nhàn có khả năng phân hạch íớn hơn tốc độ phân hach Khi vận hành một cách thích hợp, lò FBR có thể sản sinh ra nhiều hơn pìutoni phân hạch được so với lượng plutoni được nạp vào lò Vì giá thành xây dựng và chi phí vận hành cao, trong khi uran tự nhiên còn được cung cấp với giá rẻ, các lò FBR còn ít được áp dụng trong thực tế

Sau khi xấy dựng các nhà máy điện hạt nhân đầu tiên, trong một, hai thập kỷ, chu trình nhiên liệu

có thể sử dụng ỏ nước ta chắc chắn sẽ là chu trình sử dụng nhiên liệu một lẩn, Chu trình ấy sẽ bao gồm các quá trình cõng nghệ sau:

a Phần trước lò (front end);

- Thăm dò quăng uran;

- Khai thác và xử lý quặng;

- Tinh chê' và chuyển hoá uran kỹ thuật thành UFS;

- Làm giàu đồng vị u 235;

- Tái chuyển hoá UF6 thành bột U 0 2;

- ép viên và thiêu kết viên gốm u p 2;

- Kiểm tra chất lượng viên gốm U 0 2;

- Đưa viên gốm vảo thanh nhiên liệu và lắp ráp các bó nhiên ỉiệu

b Phần sau lò {back end}:

- Lưu giữ tạm thời nhiên liệu đã cháy tại lò phản ứng (at reactor - AR);

- Lưu giữ nhiên liệu đã cháy có giám sát ở xa lò phản ứng (away from reactor - AFR) còn gọi íá lưu giữ trung gian;

- Lưu giữ lâu dài hoặc thanh toán kết thúc nhiên liệu đã cháy;

- Kiểm tra nhiên liệu đã cháy và phế thải khi lưu giữ lảu dài hoặc thanh toán kết thúc

Các lò CANDU dùng nhiên liệu là uran tự nhiên Khi ấy các quá trình công nghệ trước lò chỉ còn:

- Thăm dò quặng uran;

- Khai thác và xử lý quặng;

- Tinh chê' uran đến độ tinh khiết hạt nhân;

- Điều chế bột U 0 2;

- ép viên và thiêu kết viên gốm UOz;

- Kiểm tra chất tượng viên gốm U 0 2;

- Đưa viên gốm vào thanh nhiên liệu và lắp ráp các bó nhiên liệu,

2.1.2 Một số vấn đề kính tế của chu trình nhiên liệu

Trong Hội thảo quốc tế “Điện, sức khoẻ và môi trường: định mức so sánh phục vụ cho hoạch định chiến lược", G Stevens [9], một chuyên gia của Cơ quan Nguyên tử năng của OECD đã đưa ra tỷ lệ chỉ phí cho các công đoạn của chu trình nhièn liệu, khi tính các chi phí đầu tư với chiết khấu 5% như sau:

Bảng 1fi Tỷ lệ chí phí cho các công đoạn của phần trưốc lò

được 1 kg uran có độ làm giàu 1,5% u 235, từ 2,75 kg uran tự nhiên) cần tiêu tốn 50 kwh điện năng, nếu làm giàu bằng phương pháp ly tâm, và 2.500 kwh bằng phương pháp khuếch tán khí Một nhà máy làm giàu đổng vị, thường được thiết kế với công suất 100 kswu/nãm, sẽ tiêu tốn hàng năm tới 5,10® kvvh trong phương pháp ly (âm, Hoặc 2,5.10® trong phướng pháp khuếch tán khí Các thiết bị làm giàu lại phải làm việc ở chế độ chân không rất cao, với các tiêu chuẩn đặc biệt về độ sạch và độ bền với các tác nhân ăn mòn mạnh như muối ílorua Vì thế, nội địa hoá việc lãm giàu đổng vị u235 là công việc khó khăn và nên tiến hành muộn hơn các công đoạn khác của chu trình nhiên liệu.

Từ các căn cứ đã nêu trên có thể thấy rằng quá trình nội địa hoá cung cấp nhiên liệu hạt nhân cần tiến hành từng bước theo các phương án sau đảy:

Phương án 1(nưôc ta có đủ tồ i nguyên uran):

Bước 1: Sản xuất uran tự nhiên, bao gồm cả việc tinh chế đến độ sạch hạt nhân;

Bước 2: Chế tạo bột UOz và viên gốm U 0 2;

Bưốc 3: Chuyển hoá và tái chuyển hoá UOa UFS;

Bước 4: Làm giàu đồng vị 235

Những vấn để sau lò như xử lý hoặc tái chế nhiên liệu đã cháy sẽ nội địa hoá muộn hơn nữa.Trong trường hợp nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò CANDU chạy bằng nhiên liệu uran tự nhiên, bưốc 1 và 2 của quà trình nội địa hoá đã bao gồm toàn bộ các vấn để trước lò

Nếu sử dụng các lò nước nhẹ chạy bằng uran đã làm giàu đổng vị 235, uran tự nhiên thu được trong bước nội địa hoá thứ nhất có thề được trao đổi lấy nhiên liệu hạt nhân

Khi có khả năng thực hiện bước nội địa hoá thứ hai, uran tự nhiên sản xuất trong nước có thể trao đổi lấy ADU (amôn điuranat) hoặc AUC (amôn uranyì cacbonat) hoặc bột UOz đă làm giàu để tự chế tạo viên nhiên liệu Với hai bưóc nội địa hoá này, khoảng 50% chi phí nhiên liệu đã được thực hiện trong nước Điều quan trọng hơn là, nhờ thế, chúng ta chủ động được việc cung cấp uran tự nhiên, tránh được các rủi ro do mất cân đôì cung cầu uran

Phương án 2: Không có tài nguyên uran:

Bước 1: chế tạo bột U 02 và viên gốm U 0 2;

Bước 2: chuyển hoá và tái chuyển hoá U 02 <=> UFa;

Bước 3: Làm giàu đổng vị 235

Trong phương án này nguyên liệu uran được nhập ngoại, ỏ bước 1 của quá trình nội địa hoá cung cấp nhiên liệu, ADU hoặc AUC đã làm giàu đồng vị 235 được nhập ngoại

Khi chuyển sang bước 2, nguyên liệu nhập ngoại là UF6 đã làm giàụ đổng vị 235

Ở bước 3 cửa quả trình nộí địa hoá, nguyên Kệu nhập ngoại là uran tự nhiên

Việc quyết định lựa chọn phương án nào trong hai phương án nội địa hoá đã trình bày phải dựa vào việc đánh giá nguồn tài nguyên uran của nước ta

2.2 Những kết quả đầu tiên về đánh giá tài nguyên uran của Việt Nam

Mỏ uran được khảo sát tương đối sớm ở nước ta là mỏ Bình Đường (Cao Bằng) Trong vùng mỏ Nậm Xe thuộc Đỏng Bắc Việt Nam có một tượng lớn uran đi kèm với đắt hiếm Trong những nãm

1997, 1998 và 1999, các hoạt động thăm dò và tìm kiếm uran tập trung vào vùng bổn trũng Nông Scm (Quảng Nam), đặc biệt tại hai địa điểm Tabhing và An Điểm Theo các lài liệu được công bố trong sách đỏ của IAEA năm 1999 [1], 1.337 t u đã đươcthăm dò ở cấp RAR (reasonably assured resource

- tài nguyên có cơ sỏ chắc chắn) tại Khe Hoa - Khe Cao (Nông Sơn) với mức giá khai thác < 130

USD/kg U; 6.744 tu đã thăm dò ở cấp EAR - I (estimated additional resource - category I), trong đó

491 t u được dự báo có thể khai thác với giá < 80 USD/kg U; ngoài ra 5.700 t u được thăm dò ở cấp

E A R -II

19

Tổng trữ lượng uran của Việt Nam được ước đoán (speculative resources) là 2 3 0 0 0 0 1 u , trong đó 130.0001 u chưa ấn định được mức giá khai thác,

Dựa vào các con số kể trên có thể kết luận rằng, Việt Nam không phải là một quốc gia đặc biệt giàu tài nguyên urart như Mỹ {2.198.000 t U), Trung Quốc (1.777.000 t U), Mông c ổ (1.390.000 t U), Nga (1.000.0001 U), Nam Phi (1.113.0001 U), nhưng không thiếu tài nguyên cho nội địa hoá cung cấp nhiên liệu hạt nhân

Nếu dự kiến lả vào năm 2019 ta sẽ có nhà máy điện hạt nhân đầu tiên và ổưa ra một kịch bản phát triển cao là cứ 3 năm lại có thêm một nhà máy điện hạt nhân tiếp theo được xây dựng, thì vào khoảng 2031 nước ta có 5 nhà máy điện hạt nhân Lượng uran tự nhiên cẩn cho một lò phản ứng công suất 1 GWe là 166,3 - 169,7 tấn, lượng uran cần cho các nhà máy điện hạt nhân hoạt động cho tới

2031 chỉ khoảng 6.000 í u, nhỏ hơn so với lượng uran đã thăm dò ở cấp RAR và EAR - 1 tại Khe Hoa - Khe C a o

Như vậy, nếu chúng ta triển khai việc khai thác Ltran ở mứb cao hơn, thì với tiềm năng uran của

đất nưôc, ngoài việc tự cung cấp uran cho các lò phản ứng trong nưóc, còn phải nghĩ đến các phương

án xuất khẩu

2ễ3 Kết luận

Trên cơ sở tài nguyên uran của nước ta, phương án 1 của quá trình nội địa hoá việc cung cấp nhiên liệu hạt nhân là thích hợp Việc triển khai các chương trình nghiên cứu khoạ học công nghệ về chu trình nhiên liệu cẩn phải phù hợp với phương án này Vào đầu thập kỷ 80 của thê' kỷ trước, khi chương trình nghiên cứu khoa học và cõng nghệ cấp nhà nước 50B được soạn thảo, các thông tin về tài nguyên và những hiểu biết vể chu trình nhiên liệu hạt nhân cửa chúng ta chưa đẩy đủ như được trình bày ở các phần trên, nhưng các định hướng cơ bản của chương trình 50B là hoàn toàn phù hợp với các lập luận mà chúng tôi đã nêu ra Các tác giả của chương trình nàỵ, trước hết là cố Giám đốc Trung tâm Vạt liệu Hạt nhãn, T.s Lê Viết Lân, người đẵ khỏi thâo các ý tưỏng chủ yếu của chương trình, đã thể hiện một tầm nhìn chiến lược sâu sắc

3 NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u CÔNG NGHÊ NHIÊN LIỆU URAN Ở VIỆN CNXH THUỘC VIỆN" NLNTVN

3.1 Vài nét lịch sử

Những dự định đầu tiên về tiến hành các nghiên cứu công nghệ uran có thể đã được nhen nhóm tại phòng thí nghiệm P.70 của Viện Luyện kim đen Những mâu thuẫn nội bộ quyết liệt cùng với điểu kiện làm việc thiếu thốn ở Thái Nguyên đã làm phá sản những kế hoạch đẩy tham vọng cửa P.70 và kéo theo sự sụp đổ của cơ sở nghiên cứu này

Nãm 1979, T.s Lê Viết Lân, một trong những người lãnh đạo p 70 trước kia, được Ban Giảm đốc Viện Nghiên cữu Hạt nhân, tiền thân của Viện NLNTVN ngày nay, giao nhiệm vụ xây dựng Phòng thí nghiệm Hoá Vật liệu, nơi ông soạn thảo các ý tưởng chủ yếu của chương trình nghiên cứu khoa học và công nghệ trọng điểm cấp nhà nưởc "Nghiên cứu công nghệ nguyên, nhiên, vật liệu hạt nhân" mang

mã số 50.02 và sau này íà 50B

Cùng vào khoảng thời gian ấy, ỏ Viện 481, một cơ sở nghiên cứu của Bộ Quốc phòng, nhiều nghiên cứu vể uran cũng được tiến hành Đáng tiếc là những cố gắng của chúng tôi trong việc tập hợp các công trình nghiên cứu uran của Viện 481 đã không có kết quả Nhiều cán bộ khoa học đảm nhiệm các công việc nghiên cũfu chủ yếu thời bấy giờ, những người có thể cung cấp cho chúng tõi báo cáo vể các công trình đã được thực hiện, đã chuyển đi làm việc khác VI thế chuyên khảo này chỉ bao gồm các công trình được thực hiện chủ yếu ở Viện NLNTVN mà thôi

Chặng đường 20 năm nghiên cúu công nghệ nhiên liệu uran ở Viện NLNTVN có thể chia thành

hai giai đoạn, giai đoạn 1980 -1990 trong khuôn khổ chương trình 50.02 và 50B tiếp theo, 1991 - 1996

là chương {rinh KC-09 và sau đó là trong khuôn khổ các đề tài cấp bộ

Chương trình 50B, do cố giáo sư Nguyễn Đình Tứ làm chủ nhiệm, được chia thành năm nhóm đề tài mà bấy giờ được gọi là năm vấn đề:

- Vấn đề mò và tuyển khoáng (50B.01), do K.S Cao San làm chủ nhiệm, bao gồm các để tài nghiên cứu tuyển quặng hiếm và phóng xạ, được thục hiện chù yếu tại một phòng thí nghiệm phối thuộc Viện NLNTVN và Viện Địa chất và Khoáng sản Khi chương trình 50B được chính thức phê duyệt

để trở thành chương trình trọng điểm cấp nhà nước, thì các đề tài của vấn đề 50B.01 chủ yếu tập trung

vào tuyển sa khoáng để thu zircon, monazit và inmenỉt, còn việc thâm dò các mỏ uran lại do Liên đoàn

Địa chất 10 (sau này là Liên đoán Địa chất xạ hiếm) tiến hành ngoài khuôn khổ của chương trình 50B;

- Vấn để thuỷ luyện quặng uran để thu được urart thương phắm (50B.02) được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ I, sau đổi thành Phòng Công nghệ Uran, vài năm đẩu do T.S, Phạm Công cường còn sau đó do T.s Thái Bá cẩu chủ trì;

- Vấn đề tinh chế uran đến độ tinh khiết hạt nhân và điều chế bột U 02 (50B.03) được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Cóng nghề li, sau đổi tên thành Phòng Vật liệu sạch, do T.s Đỗ Qưý Sơn chủ trì;

- Vấn để xử iý tổng hợp sa khoáng ven biển Việt Nam (50B.04) được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Công nghệ III, sau đổi tên thành Phòng nghiên cứu Luyện kim, do T.s Bùi Văn Hưng chủ trì Trọng tâm các nghiên cứu của vấn ổề này ià việc chế tạo 2ircon kim toại dùng làm vỏ bọc thanh nhiên liệu;

- Vấn đề phân tích (50B.05) được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Phân tích do T.s Huỳnh Văn Trung chủ trì

Mỗi vấn đề nói trên bao gồm một số để tài nghiên cứu cấp nhà nước Các vấn để 50B.01, 50B.04 liên quan với các nghiên cứu về sa khoáng ven biển, nhằm mục trêu dài hạn là zircon kim toại, và vấn

đề phân tích 5QB.05 sẽ được tổng kết trong các chuyên khảo riêng

Sau khi chương trinh 50B kết thúc, trong giai đoạn 1990 - 2000, một số đề íài độc lập ííên quan đến các vấn đề 50B.02 được tiếp tục tại Trung tâm Cổng nghệ xử lý quặng của viện CNXH, do K.s Cao Đình Thanh và T.s Cao Hùng Thái chủ trì Nhò những kết quả tích Cực về thâm dò mố uran, các kết quẳ nghièn cứu về thuỷ luyện quăng uran trong giai đoạn này có ý nghĩa thục tế đáng kể cho việc chuẩn bị sản xuất uran tự nhiên ỗ qui mô bán công nghiệp

Liên quan với vấn đề 50B.03, để tài tinh chê' uran đến độ tinh khiết hạt nhãn, trong thời kỳ 1990-

2000, còn được tiếp tục nghiên cứu tại Trung tám Công nghệ tinh chế, do T.s Lê Bá Thuận chủ tà Các nghiên cứu này góp phần làm sáng íò thêm những kết quả đã được khẳng định ở chương trinh 5QB và đưa thêm các tính toán dựa vào mô hình hoá quá trình chiết

Cùng liên quan với vấn đề 50B.03, các nghiên cứu về bột U 02 và viên gốm U 02 được tiến hành khá hệ thổng tại Trung tâm Công nghệ luyện kim, do T,s Nguyễn Đức Kim và K.s Phạm Đức Thải chủ trì, Nhờ sự hiện đại hoá phòng thí nghiệm, trong thời kỳ 1990 - 2000, các nghiên cứu về chế tạo viên gốm U0 2 (fabrication) đã có những kết quả rất khích lệ

Nhìn chung, các nghiên cứu được tiến hành tại Trung tảm Vật liệu hạt nhán trước đây và Viện CNXH ngày nay thể hiện rõ rệt mục tiêu chuẩn bị các bước 1 và 2 của qưá trình nội địa hoá theo phương án I (mục 2.1.2) việc cung cấp nhiên liệu cho cảc lò phản ứng hạt nhân Những kết quả chủ yếu của các công trình đó sẽ đưọc tóm tắt trong các chương tiếp theo, còn các chi tiết vể các công trình này được trình bày trong các báo cáo toàn văn riêng biệt

3.2 Các Kết quả nghiên cứu xử lý quặng uran để thu uran kỹ thuật

Trong thời kỳ 1980 - 1990, các hoạt động thăm dò quâng uran mối chỉ đi được những bước đầu tiên Ngoài mỏ Bình Đuởng mà việc nghiên cứu xử fý quặng do Viện 481 đảm nhiệm, chưa có mò uran

21

nào khác được phát hiện Vì thế các đề tài thuộc vấn đề 50B.02 tập trung chủ yếu vào việc xử lý các khoáng sản có chứa uran nhằm thu đuọc uran như một sàn phẩm phụ, Thuộc vể các nghiên cúu loại này có thể kể đến công trình nghiên cứu thu hổi uran từ than Nông Sơn, xử lý quặng đất hiếm Bắc Nậm Xe để thu hồi uran và đất hiếm, nghiên cúu thu hổi uran lừ quặng graphit Tiên An.

Khi chương trình 50B gẩn kết thúc, mỏ uran ở Nông sơn (Quảng Nam) được phát hiện Vào những năm 1993 - 1994, phòng thí nghiệm xử lý quăng uran được trang bị với tài trợ của IAEA (dự án VÌE/3/0Q3), Hai yếu tố quan trọng đó cùng vói sự trưòng thành của đội ngũ cán bộ nghiên cứu được

chuyên gia của IAEA hướng dẫn đã cho phép tiến hành ỗ Viện CNXH những đề tài khoa học thật sự là

nghiên cứu xử lý quăng uran Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của các đề tài này là quặng uran phát hiện đưạc ở vùng bổn trũng Nông Sơn, tại các điểm Khe Hoa - Khe Cao, Pà Lừa, An Điểm

Dưới đây lả tóm tắt các kết quẳ chính của các đề tăi nghiên cúu quan trọng nhất

A1 Công trình nghiên cót/ câng nghệ x ử lý quặng đất h ié n Bắc Nậm Xe đ ế th u h ổ i uran và

đ ấ t hiềm của nhóm tác giằ T hái Bá cẩu, Cao Đình Thanh và Nguyễn Bá Tiến

A1.1 Nội dung chủ yếu của cồng trình bao gồm các hoạt động nghiên cứu sau đây:

- Phân tích thành phần hoá học của 4 mẫu cõng nghệ do Liên đoàn Địa chất 10 cung cấp;

- Nghiên cứu hoà tách uran vả đất hiếm trực tiếp tử một mẫu quặng nguyên khai

A1.2 Trẽn cơ sở các kết quả thực nghiệm, các tác giả đã đưa ra một số thông số của quy trình

công nghệ thuỷ luyện quặng Bác Nậm Xe nhằm thu hồi uran và đất hiếm:

- Lượng axit tiêu tốn: 32 kg H2scự tấ n quặng;

- Nhiệt độ phân huỷ quặng: 95°C;

- Thời gỉan phân huỳ: 8 giờ có khuấy trộn;

-Bùn hoà tách được pha loãng theo tỷ lệ lỏng/rẳn bằng 10/1 và dùng chất keo tụ (tinh bột ngõ, tinh bột khoai tây và oposmit axit) theo tỷ lệ 1,5% khối iượng quặng làm chất trợ lắng

A 1.3 Nhìn chung đây chĩ là một nghiên cứu thăm dò khả nâng thuỷ luyện trực tiếp quăng Bắc Nậm Xe, chưa qua khâu tuyển khoáng 4 mẫu dùng để phân tích thành phẩn hoá học, tuy không phải

fả mẫu đại diện, cũng cho được thông tin ban đầu về hàm lượng uran và đất hiếm trang quặng Bẳc Nậm Xe (hàm lượng Ltran nằm trong khoảng 0,038 - 0,065%, đất hiếm 7,3 - 9,72%)

Mẫu được dùng để nghiên cứu thuỷ luyện, cũng không phẳi là mẫư đại diện, nhưng đã cho thấy rằng thuỷ luyện trực tiếp quặng Bắc Nậm Xe là không kinh tế, và vỉệc tìm kiốm một giải pháp tuyển khoáng thích hạp là cần thiết

A2 Kết quả n gh iên cứu q u y trìn h công nghệ thu h ồ i uran từ quặng g ra p h it Tiên A n (Quảng Nam) của tập th ề các tác giả Thải Bá cẩu, Cao Đình Thanh, Nguyễn Lanh, Chu Q uang Kim , Phạm Văn Dũng, Đ inh M ạnh Thắng, Lê Quang Thải, Phạm Quang M inh, BÙI Đăng Hạnh, Tôn Tuấn Nghĩa, H oàng B ích Ngọc, N gô Vản Tuyếh

A2.1 Đề tài nghiên cứu nảy được một số lượng cán bộ khoa học đông đảo tiến hành trong khoảng thởi gian khá dài, từ năm 1984 đến năm 1990, với các nội dung chủ yếu sau đây:

-Xác định thành phẩn hoá học và nghiên cứu sơ bộ Gấu trúc khoáng vặt quặng graphit Tiên An;-Nghiên cứu một số phương pháp hoà tách uran từ quặng graphit, nhằm !ựa chọn một phưđng pháp thích hợp Ba phương pháp hoà tách đã được thử nghiệm !à hoà tách có khuâ'y trộn, thấm rửa trực tiếp và trộn Ci axit - rửa;

-Thử nghiệm việc mở rộng các kểt quả nghiên cứu cho các thiết bị cỡ lớn có đung tích 20, 200, 1.000 và 3.000 lit

A2.2 Các kết quá chính của để tài

A2.2.1 Lựa chọn phương án công nghệ

Dựa vào kết quả phân tích hàm lượng uran trong tinh quặng và bã thải của tuyển nổi graphit, các tác giả của để tài cho rằng nên tiến hành hoà tách uran trục tiếp từ quăng graphit, rổi mối tiến hành tuyển nổi để làm giàu graphit,

A2.2.2 Quy trình hoà tách uran từ graphit Tiên An

Phương pháp trộn ù axit - rửa được nhóm tác giả đánh giá !à thích họp nhất Một số thông sô' của quy trình hoà tách đã được đưa ra

A2.2.2.2 Công đoạn rửa

Phương pháp được sử dụng là thấm rủa bằng nước đã axit hoá đến pH = 1,5, theo hai bước:

- Thấm nước từ dưồi lên với tốc đô 50 l/mJ.h để đuổi các bọt khí;

- Khí nuức dâng cao 5 cm trên bề mặt lớp quặng, để dung dịch rửa chảy ra với tốc độ thấm tự nhiên {khoảng 20 l/m2.h

Hiệu suất rửa đạt 95 - 98% Dung dịch thu được có nổng độ 0,46 g U3CV1 được đưa vào thiết bị trao đổi ion

A2.2.2.3 Trao đổi ion

Quá trình trao đổi iort với nhựa wofatit SBW của Cộng hoà Dân chủ Đức được thực hiện trẽn hệ thống 4 cột, trong đó 3 cột hấp thụ và 1 cột rửa giải Dung dịch rửa giải là hỗn hợp NaCi 5% + H2S 04 {nhằm đạt đưạc pH = 1,5) Dưng dịch sau rửa giải, có nồng độ uran khoảng 4 g U3Og/l, được dùng để kết tủa uran kỹ thuật

A2.3 Kết luận

Mặc dù được nghiên cứu công phu, nhưng Ưiển vọng áp dụng cùa đề tài lại phụ thuộc vào các yểu

tố kinh tế kỹ thuật tiên quan đến sản phẩm chính là graphit

A3 Kết quả thực hiện d ự án p hòng th í nghiệm x ứ tý quặng uran (VIE/3/03 - Thải Bổ cổu, Cao

Đ ỉnh Thanh, Nguyễn Lanh và các cộng sụ)

A3.1 Để giúp đỡ Viện NLNTVN tiến hành các nghiên cứu cõng nghệ chế biến quặng uran ở vùng Nông Sơn, lAEA đã cung cấp tài chính cho dự ản phòng thí nghiệm xử lý quặng uran (VIE/3/03), được thực hiện trong 2 năm 1993 - 1994

Nội dung cơ bản của dự án là cung cấp một hệ thống thiết bị hoàn chinh cho phòng thí nghiệm xử

lý quặng uran, bao gồm thiết bị đập, nghiền quặng, sàng phân cấp hạt, chia mẫu, hoà tách, lạc chân không, bơm điểu chình tốc độ, hệ thống thiết bị chiết liên tục nhiều bậc, máy vi tính, cùng các máy phân tích chủ yếu như máy đo pH, máy so mẩu

Các chuyên gia IAEA đã tiến hành một loại các bài giảng và hội thảo, nhằm cung cấp các thông tin và những hiểu biết cơ bản về công nghệ xử lý quặng uran

Trong khuôn khổ của dự án, các cán bộ cùa phòng công nghệ uran đã tiến hành xử lý 50 kg quặng uran vùng Nông Sơn, bằng hệ thống thiết bị được IAEA cung cấp Các chuyên gia đã vạch ra các chương trình thực nghiệm, hướng dẫn, đảnh giá chi tiết các kết quả, cả vể năng lực thực hiện công việc của đội ngũ cán bộ khoa học, tính đổng bộ của hệ thống thiết bị, những đặc điểm cơ bản của mẫu quặng và các giải pháp công nghệ thích hợp cho mẫu quặng này

A3.2 NhQng kết quả chũ yếu của dựần

Nhờ dự án VIE/3/03, lần đầu tiên ở Viện NLNTVN và cũng là ở Việt Nam có một phông thí nghiêm

có đủ các trang bị cần thiết để tiến hành nghiên cứu xử lý quặng uran

23

Thõng qua việc thử nghiệm xử tý 50 kg quặng Nòng Sơn, dưới sự hướng dan của chuyên gia IAEA, các cán bộ khoa học của phòng công nghệ uran đã học hỏi được những kinh nghiệm quý báu,

kể từ việc xây dựng kế hoạch thực nghiêm, xử lý kết quả, đến những chi tiết kỹ thuật như sử dụng các chất keo tụ

A3.3 Trên cơ sờ thí nghiệm hoà tách 50 kg quặng, các chuyên gia IAEA cho rằng các mẫu quặng trên bề mặt, ở trạng thái ôxy hoá thích hợp cho phương pháp hoà tách khuấy trộn, m lu quặng lấy từ vùng khử của mỏ, chiếm hơn nửa trữ lượng của mỏ cần được nghiên cứu khả năng hoà tách đống Các chuyẻn gia cũng cho rằng, vl số lượng lỗ khoan thăm dò còn quá hạn chế, chưa thề đánh giá chính xác hàm lượng và trữ lượng uran của mỏ Nông Sơn

A4 Kết quả nghiên cút/ q u y trìn h công n gh ệ sản x u ấ t uran k ỹ thu ật từ quặng c á t kết Khe Hoa - Khũ Cao (Q uàng Nam) cùa nhóm các tác giả Thái Bá cẩ u , Cao Đỉnh Thanh, Thân Văn Liên, Phạm Văn Dũng, Lê Kim Dung, Đ inh M ạnh Tháng, L ê Q uang Thái, Phạm Q uang M inh, B ù i Đăng Hạnh, Tôn Tuấn Nghĩa, Hoàng B ích Ngọc, Ngô Văn Tuyến

A4.1 Trong khoảng thời gian từ năm 1988 đến 1995, một lực lượng cán bộ đông đảo của phỏng công nghệ uran đã tiến hành nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý quăng cát kết khu vực Khe Hoa - Khe Cao để thu sàn phẩm uran kỹ thuật

A4.2 Báo cáo khoa học của để tài đã nêu ra một số kết quả nghiên cứu chủ yếu dưới đây:

A4.2.1 Thành phẩn hoá học và khoáng vật học

Dựa vào các kết quẳ phân tích của minh, kết hợp với kết quả phân tích của Công ty COGEMA

(Pháp), các tác giả của công trình cho rằng khoáng vật chủ yếu ò khu mỏ này, đá chứa quãng uran,

chiếm tới 70 - 75% khối lượng quãng Phần khoáng vật xi măng gắn kết chủ yếu là khoáng vật nhóm mỉca, hydro mica và clorua Trong quặng tổn tại nhiều loại khoáng uran nguyên sinh như nasturan, nasturan ngậm nước, coffìnit, khoáng uran thứ sinh như uranoían và autunit

Hàm lượng Iiran trung bình trong quặng cát kết ià 0,14% (dao động ừong khoảng 0,008 - 1,41%)

v205 vớí hàm lượng trung bình 0,085% (dao động trong khoảng 0,02 - 0,25%) cũng có thể tà một nguyên tố đáng quan tâm

A4.2.2 Nghiên cứu tuyển khoáng

Dựa vào kết quả (uyển trọng lực, các tác giả cho rằng quặng cát kết là bất khả tuyển

A4.2.3 Nghiên cứu quy trình công nghệ xử lý quặng cát kết

A4.2.3.1 Nghiền quặng

Quặng được nghiền 20 phút trẽn máy nghiển bi thanh Theo báo cáo nãy, các hạt qua sàng 106 fim, trong đó 40 - 50% qua sàng 75 (im (à thoả mãn yèu cầu đưa vào hoà tách uran

A4.2.3.2 Nghiên cứu hoà tách quặng cát kết

Phương pháp cỏng nghệ, được các tác giẳ đánh giá là tốí ưu, là hoà tách có khuấy trộn bằng

H2S 0 4, với các thông số công nghệ sau:

- Nồng độ axit: 0,1 N;

- Tỷ lệ rắn/lòng: 1/1;

- Thời gian hoà tách: 18 giờ;

- Lượng chất ôxy hóa cẩn bổ sung trong quá trình hoà tách không đáng kể

Hiệu suất cũa quy trình hoà tách này đạt đến 90% với chi phí axit 50 kg/tấn quăng Các tác già cũng khẳng định rằng phương pháp hoà tách đống là duy nhất có thể được lựa chọn Tuy nhiên, các tham số của quy trình này chưa được khảo sát Các thông tin ít ỏi về quy trình này là ihờì gian hoà tách nên kéo dài tới vài tháng

Các tác già đã xãy dựng mô hình toán học mô tả quá trình hoà tách liên tục trong hệ thiết bị khuấy trộn liẻn tục Trong mõ hình này, quá trinh hoà tách được giả định xảy ra trong một dãy thiết bị nối tiếp

nhau được khuấy trộn một cách lý tưởng Chương trình tính toán được viết bằng ngôn ngữ Pascal Việc tính toán với điểu kiện T = 30°c, c = 0,1 N cho kết quả số bậc hoà tách n = 4 là thích hợp Tuy nhiên, không có các thực nghiệm chứng minh rằng các tính toán là phù hợp với thực tế.

A4.2.3.3 Phân chia rắn lỏng bùn hoà tách

Chất trợ lọc trung tính FA 920 được đánh giá là thích hợp nhất Tiêu tốn chất trợ lọc khoảng 200 -

A4.2.3.4 Thu uran từ dung dịch hoà tách bằng phương pháp trao đổi lon

Dung dịch hoà tách được trao đổi ion trên nhựa Amberlite - IRA 420 và rửa giải bằng dung dịch

h2s o410%

A4.2.3.5 Dung dịch rửa giải được cho phàn ứng với sữa MgO hoạt hoá để thu kết tủa MgU207 có hàm lượng 67,69% u30 8

A4.2.3.6 Đề tài còn tiến hành một số nghiên cứu sơ bộ vể xử lý bã thải và thử nghiệm quy trình

A4.3 Cõng trình này đã đánh dấu một bưôc đáng kể trong nghiên cứu thưỷ luyện quặng uran, Lần đẩu tiên ở Việt Nam, trong khuôn khổ của để tài nghiên cứu này, dựa vào phòng thí nghiệm công nghệ uran được IAEA trang bị, 250 kg M gU j07 đã được tách ra từ nguồn quặng trong nước

A5 Công trình nghiên cúu xác định g iả i pháp công nghệ cho quá trình x ử lý quặng uran hàm tuợng tru n g bình vùng N ông S O ĩ của các tảc giả Cao Hùng Thải, Lê Quang Thái, Đ inh Mạnh Thắng, Trấn Vân Sơn, P hùng Vũ P hong

A5.1.Đề tàl nghiên cún này có mục đích tìm những giải pháp công nghệ cho phép giảm thấp tổn thất uran khi xử lý quặng uran vùng Nông Sơn

AS.2.SO vói cõng trình nghiên cứu truóc đây về xử lý quặng Khe Hoa - Khe Cao (mục A4), quy trình cõng nghệ thuỷ luyện do T.s Cao Hùng Thái và các cộng tác viên đề ra có những khác biệt cơ bản dưối đây:

- Để thuỷ luyện quặng Nông Sơn với chi phí thẩp và hiệu suất hoà tách cao, cẩn tiến hành phương phảp hoà tách tĩnh với kỹ thuật thấm tách nhiểu bậc ngược dòng, thay cho phuơng pháp hoà tách khuấy trộn;

- Hoà tách tĩnh nhiều bậc ngược dòng { 8 bậc hoà tách và 2 bậc rửa) cho phép thu đuợc dung dịch

có nồng độ uran 3 - 4 g/l, đủ để tiến hành kết tủa trực tiếp để thu được uran mã không cần tập trung uran bằng chiết hoặc trao đổi ion;

- Để giảm bớt tổn thất uran trong quá trình kết tủa tạp chất cần thay phương pháp kết tủa một lần bằng kêì tủa phân đoạn nhiều lần và hổi lưu bã rắn của hai bậc cuối cùng trở lại công đoạn hoà tách, tức là tái hoà tách một phẩn bã rắn của sự kết tủa ỉạp chất;

- Để giảm bớt mức tiêu tốn MgO chừng 10% cẩn thay thê' việc kết tùa uran một lần (từ dung dịch

đã tách tạp chất) bằng kết tủa phân đoạn nhiều bậc

A5,3.Bình luận:

Việc hổi lưu bã rắn thu được khi kết tủa tạp chất vào chu trình tái hoà lách có vẻ là hợp lý xét cả trên quan điểm tận dụng tài nguyên lẫn bảo vệ mối trường Tuy nhiên, quy trình kết tủa nhiều bậc để tách tạp chất được các tác giẳ đưa ra sẽ đòi hôi 8 công đoạn tách rắn lồng Quy trình kết tủa MgU2076 bậc cũng kèm theo 6 công đoạn tách rắn lỏng Dù sự tách rắn lỏng được thực hiện bằng cách lẳng gạn, các khía cạnh kinh tế, kỹ thuật của quy trình cũng cần được cân nhắc thêm

25

A6 Công trình nghiên cứu khả nấng thu h ồ i uran bàng phuon g pháp trao đ ổ i io n tro n g bùn của các tác giả Thân Văn Liê n, Đoàn T h ị Mơ, Đ ỗ Q uý Sơn, Cao H ùng Thái

A6.1.MỤC tiêu của để tài nghiên cứu này là thử nghiệm kỹ thuật trao đổi ion trực tiếp với bùn thu được trong quá trình hoà tách quặng uran, nhằm bỏ qua công đoạn lọc rửa bùn hoà tách phức tạp và tổn kém, nhất là đối với loại quăng có nhiều sét

A6.2.Ngoài việc xác định bằng thực nghiệm một số điểu kiện thích hợp cho việc trao đổi giữa anionit IRA - 420 và bùn hoà tách quặng cát kết Nông Sơn, đề tài còn đưa ra những kết luận sau:-Có thể áp dựng phương pháp trao đổi ion với bùn hoà tảch quăng, gọi tắt là phương pháp trao đồi ion trong bùn (resin in pulp - RIP), để thu hổi uran từ bùn hoà tách quặng uran nghèo của Việt Nam.-Việc áp dụng phương pháp RIP làm tâng hiệu suất hoà tách quăng, do sự tồn tạí đổng thời của hai cản bằng bùn <-* dung dịch «-»• nhựa

-Hạn chế cơ bản của phương pháp trao đổi ion trong bùn là sự mất mát nhựa trao đổi ion và sự phức tạp trong chế tạo thiết bị

A7, Công trình ng hiên cúu công nghệ x ứ lý quặng uran vùng Pà Lừa và A n Điềm (Quàng Nam) cùa các tác giả Cao H ùng Thổi, Lê Kim Dung, Phạm Văn Dũng, B ù i Đăng Hạnh, Nguyễn

H ồng Hà, N guyễn Lanh, Thân Văn Liên, Phạm Quang Minh, Đoàn T hị Mơ, H oàng Bích Ngọc,

P hùng Vũ Phong, Đ ổ Q uý s ơ n , Trẩn Văn Son, Cao Đình Thanh, Đ inh M ạnh Thắng, L é Quang Thái, N guyễn Bá Tiến, N gô Vãn Tuyếh, Nguyễn Đình Văn

A7.1.MỤC tiêu của công trình này là tìm một quy trình công nghệ thích hợp cho xử lý quặng uran vùng Pà Lừa và An Điểm (Nông Sơn, Quảng Nam)

A7.2 Những kết quả nghiên cứu quan trọng nhất có thể được tóm tắt như sau:

-Quặng uran (vùng Pà Lừa và An Điềm) được chia thành 3 loại quặng là quặng phong hoá (QPH), quăng bán phong hoá (QBPH) và quặng chưa phong hoá (QCPH) Ba loại quặng này khác nhau về các tính chất cơ lý, hàm lượng uran và khả năng hoà tách bằng axit Trong đó QCPH khó hoà tách hơn cả

-QPH và QBPH có thể hoà tách tĩnh (ngâm chiết hoặc hoà tách đống) vói hiệu suất tốt, chi phí thấp, thiết bị đơn giản

-QCPH có thể hoà tách bằng cách trộn ủ vối axit, rửa quặng bằng nước Khi dùng H2S 04 40%, tỷ

lệ lỏng/rắn = 0,12 - 0,13, lượng chất õxy hoá KCIO3 31 kgrtấn quặng, thời gian ủ quặng 2 ngày đêm, có thể đạt được hiệu suâ't tách uran lới 96% (lượng uran còn lại trong bã thài 0,01%) mà chỉ tiêu tốn 50 kg axiưtấn quăng

•Dung dịch thu dược sau hoà tách có thể tách sát và các tạp chấi bằng kết tủa phân đoạn 3 bậc ỏ các pH 2,0 - 3,6; 3,6 - 3,9; 3,9 - 4,2 Tổn thất uran khĩ tách lạp chất bằng quy trình trẽn chỉ là 9,32%, thấp hơn rõ rệt so vói quy trình kết tủa một lẩn đến pH cuối (23,83%);

-Dung dịch sau khi tách tạp chất được trung hoà bằng NH4OH đến pH = 4,2 - 5,8 rổi tiếp tục bằng sữa MgO từ pH = 5,8 - 7,0 để thu được uran kỹ thuật có hàm lượng U3Os 76%, Femajt 0,06%, Simax

0 ,8%;

-Có thể thay thế việc trung hoà trực tiếp dung dịch sau hoà tách bằng cách tiến trao đổi iort trực tiếp với bùn quặng (8 bậc hấp phụ và 4 bậc rửa giải), hoặc bằng cách chiết với amin (TOA - trioctylamin) để tập trnng uran trước khi kết tủa;

A7.3 Bình luận:

Trong cõng trình này, nhóm nghiên cứu do T.s Cao Hùng Thái chủ trì tiếp tục chứng minh các ưu ủ\ẻm cỉia phương phảp hoà tèch ữ \h , \ủa phân đoạn VỌỊC Viép >í6\ dung Ạch sau hoà rãch để \ách Vạv> cYiầl 'ià Vhvi ủviọc uvan Vi} \huậ\ Tuy nYúèn, bậc \ùa phân ốoạrv ỗã được g\àm bốv Sáng vẳ SD

vâi còng trình trưòc (Ai5)

Xung quanh các ưu điểm và nhược điểm cùa ba giải pháp xử lý dung dịch sau hoà tách la trung hoà trực tiep, làm giàu bằng trao ion hoặc chiết cần có các luận cứ kinh tế kỹ thuật được chuẩn bị kỹ ỉưỡng hơn nữa

Viêc kết tùa uran hai giai đoạn bằng NH4OH và MgO lãm cho thành phằn kêt tủa khó xác định Khi làm khô và nung ở 500°c trong 3Q phút có thể xảy ra nhiều biến đổi hoá học làm cho thành phần của kết tủa còn khó xác định hơn nữa.

K ết luận chung v ể các nghiên cứu x ử lý quặng uran

Mặc đù các qui trình công nghệ xử lý quăng Bắc Nậm Xe, graphit Tiên An của chương trình 50B

có thể không để lại nhiều đóng góp thực tế cho cõng nghệ uran sau này Nhưng những hoạt động nghiên cứu này đã thúc đẩy các thâm đò quặng urart, chuẩn bị một đội ngũ cán bộ có thể tiếp nhận phòng thf nghiệm công nghệ uran do IAEA tài trợ có kết quả Và vì thế những nghiên cứu ấy không phải là vô ích

Với sự phát hiện mỏ uran Nông Sơn, sự tài trợ phòng thí nghiệm cõng nghệ uran của IAEA và sự trưởng thành của đội ngũ cán bộ khoa học, sau chương trình 50B, Viện CNXH đã có thể tiến hành các nghiên cứu xử lý quăng uran mà các kết quả của nó ảnh hưởng trực tiếp đến việc xảy dựng ngành công nghệ uran sau này ở nước ta

Tuy nhiên, còn nhiểu khía cạnh kinh tế và kỹ thuật của xử lý quặng uran phải được khảo sát và cân nhắc kỹ lưỡng hơn Trước tiên là liên hệ giữa các đặc trưng khoáng hoá, hoá lý và hàm lượng uran với giải pháp hoà tách tĩnh hoặc khuấy trộn, và liên hệ giữa đặc điểm quặng, phương pháp hoà tách, các đặc trưng cùa dung dịch sau hoà tách với phương pháp xử‘ lý dung dịch sau hoà tách (trung hoà trực tiếp và phân đoạn, trao đổi ion hoặc chiết)

Có điều chắc chắn rằng, với kinh nghiêm đã tích luỹ được, Viện CNXH, mà trực tiếp là Trung tâm Công nghệ xử lý quặng, là cơ sở nghiên cứu cố vai trò rất quan trọng trong các dự án nội địa hoá cung cấp nhiên liệu hạt nhân trong tương lai

3.3 Các kết quả nghiên cứu cõng nghệ tinh chế uran đến độ sạch hạt nhân

Trong công nghệ nhiên liệu hạt nhân hiện nay có hai sơ đổ cõng nghệ, khác nhau về vị trí các công đoạn tinh chế uran Trong sơ đổ thứ nhất (hình 4), thứ tự các công đoạn đầu tiên của chu trình nhiên liệu có thể viết lại như sau

Uran thương phẩm thu được từ xử íý quăng -> U 02(N 03)2 -> tinh chê' (thường bằng phương pháp chiết với TBP) đến độ sạch hat nhãn -» U3O0 -> UO; -» UF^ -» UFS -> làm giàu

chế tạo thành nhiên liệu (cho lò CANDU)

Trong sơ đồ thứ hai, công đoạn tinh chế được đặt sau công đoạn chuyển hoá thành UF6:

Uran thương phẩm thu được từ xử lý quặng ->■ U 02 -> UF4 -» UFa -»■ tinh chế đến độ sạch hạt nhân bằng cất phân đoạn —> làm giàu

Khoảng hơn 70% sản lượng UF6 trên thế giới được sản xuất theo sơ đổ thứ nhất, gần 30% theo sơ

đổ thứ hai Vì tính chất phổ biến của sơ đồ thứ nhất, vỉ chưa rõ loại lò nào sẽ được sử dụng cho các nhà máy điện hạt nhân tương lai ở Việt Nam, và vì công đoạn chuyển hoá thành UF6 và làm giàu đổng

vị 235 nên được nội địa hoá muộn hơn (xem phương án 1 của quá trình nội địa hoá, mục 2.1), các nghiên cứu về tỉnh chế uran đến độ sạch hạt nhân trong chương trình 50B và trong thòi kỳ hậu 5ŨB đểu được tiến hành trên cơ sỏ uran thương phẩm

B1 Công trình N ghiên cúu tin h chếam ôn điuranat đến độ tin h k h iế t h ạ t nhân cũa các tác gíả

Đ ổ Q uý Scữỉ, Trần H ổng Hà, Phạm Danh Khanh, Nguyễn Q uyết C hiến', Đào N guyên, Tạ Phuơng Mai, Nguyễn T huýH à, Nguyễn T hị Phương Nam, Võ D uy Hoàn, Phan Tuỡng Vân, H oàng Nhuận,

B ù i Quang HUhg, N guyễn H uy Cuởng, Võ N gọc A nh, M ai Văn Tâm*

B1.1.Là đề tài nghiên cứu quan trọng nhất của vấn đề 506.03, mục tiêu của công trình này là nghiên cứu quy trình cống nghệ tinh chế sản phẩm của công đoạn xử lý quặng uran dạng bánh vàng

* Cán bô Viện Hoá học các Hợp chất Thiên nhiên, Viện Khoa học Viạ Nam

27

(ye!low cake - (NH4)2U20 7) đển độ tinh khiết hạt nhản Tuy nhiên, trong những năm đầu thực hiện đề tài nhiều công việc th ụ t nghiệm buộc phải được tiến hành với các mẫu già, vì để tài xử lý quặng uran (50B.03.01) chưa có khả năng cung cấp amõn điuranat thu được từ quăng uran Việt Nam.

B1 2.Nhùng kết quả quan trọng nhất của đe tài bao gồm:

B1.2.1 Kết quả phân tích, thực hiện ở Việt Nam và ở nước ngoài đối với các mẫu đã được tinh chế, kể cả mẫu giả và mẫu uran thu được từ graphit Tièn An và quặng cát kết Nông Sơn chứng tỏ rằng

có thể đạt đuợc độ linh khiết hạt nhân ở phòng thí nghiệm của Viện NLNTVN vào cuối thập kỷ 80 của thế kỷ 2 0

B1.2 2 Đề tài đã tiến hành khảo sát hiệu quả của phtíững pháp cacbonat trong tinh chế uran, ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ cacbonat trong quá trình hoả tan và kết tinh phức (NH4)2[U 02{C 0 3)3] đến hiệu suất thu hổi uran của quá trinh tinh chế Việc phân tích các tạp chất trong các mẫu uran (cả mẫu giả và mẫu urart thu được từ xử lý graphit Tiên An) ỏ các phòng thí nghiệm của Cộng hoà Dân chủ Đức và ấn Độ, cho thấy rằng phương pháp cacbonat ,có thể sử dụng được để tinh chế uran đến độ sạch hạt nhãn Đề tài cũng nẽu ra các nhược điểm của phương pháp cacbonat đã làm cho phương pháp này dẫn đến ti được sử dụng trong các cd sỏ sản xuất nhiên liệu uran írên thê' giới

B1.2.3 Đề tài đã khảo sát một cách hệ thống nhiều vấn để hoá học và công nghệ quan trọng của quy trình tinh chế uran đến độ sạch hạt nhân bằng phương pháp chiết với TBP Dựa vào các kết quả xác định hệ số phân bố bằng thực nghiệm, các tham số công nghệ của dây chuyển liên tục ngược dòng để tinh chế uran đến độ sạch hạt nhân, như tỷ lệ thể tích pha, nổng độ urart, số bậc cần có trong thiết bị chiết, rửa và giải chiết đã đượctính bằng phương pháp giải tích

B 1.2.4 Trẽn cơ sở các kết quả tính toán, có tham khảo sơ đồ thiết kế thiết bị chiết của ấn Độ và

tham quan thiết bị chiết của Viện Khoa học Việt Nam (do Liên Xô viện irợ), một hệ thống thiết bị chiết tinh chế dạng khuâ'y - lắng {mixer - settler) đã được thiết kế và chế tạo Sự vận hành thành cõng thiết

bị đó đã cho phép thu được, lẩn đầu tiên ở nưốc ta, một lượng đáng kể uran tinh khiết hạt nhân

B1.3 Với việc kết thúc thành công đề tài 50B.03.01, sự ngờ v ụ t về khả năng chế tạo uran tinh khiết hạt nhản ỏ nước ta đã được gạt bỏ, quy trình tinh chế đã được xác định và đội ngũ cán bộ nghiên cứu tinh chế uran đã đủ sự chuẩn bị để chuyển sang các sản xuất thử, nếu việc đó là cần thiết

B2 Công trình nghiên cúu công nghệ ch iế t tính c h ế uran đến độ sạch h ạ t nhân trực tiếp từ dung d ịch th u ỷ luyện của các tác giả Cao Đ ình Thanh, B ù i Đảng Hạnh, Thái B á c ầ u và Phạm

Q uang M inh

B2.1.MỤC tiêu của công trình này là nghiên cứu khả năng và quy trình tinh chê' uran đến độ tính khiết hạt nhân trực tiếp từ dung dịch thuỷ luyện, bò qua việc kết tủa bánh vàng (NH«)2U2Or và hoà tan bánh vàng này để có được dung dịch U 02(N 03)2 đưa vào thiết bị chiết

B2.2 Quy trình tinh chế đuợc đề nghị bao gổm ba công đoạn chủ yếu:

- Chiết để tập trung uran vào pha hữu cơ có chứa 15% amin và 10% isodecanol, rửa bằng dung dịch H2S 04 % và giải chiết bằng dung dịch NHANOs;

- Tách S < V ' khỏi dung dịch sau giải chiết bằng kết tủa với Ba2*, nhờ thế thu được dung dịch

U 02(N 03)2 có các chỉ tiêu cần thiết cho giai đoạn chiết tinh chế bằng TBP;

- Chiết tinh chế dung dịch U 02(N 03)2 đến độ sạch, hạt nhân bằng TBP, với quy trình và thiết bị không khác nhiều lắm so với công trình B1

B.2.3.Tuy nhiên, việc thay thế công đoạn kết tủa và hoà lan {NH4)2U20 7 bằng các công đoạn chiết liên tục ngược dòng với amin rồi kết tủa SOi2- bằng Ba2’ hình như không có nhiều thuận lợi

ở nhiều nước, việc tinh chế trực tiếp từ dung địch thuỷ luyện uran bằng hệ thống thiết bị chiết liên tục nhiều bậc ngược dòng với tác nhân amin được sử dụng để tinh chế sơ bộ uran trước khi chuyển hoá thành U02, còn việc đạt được độ tinh khiết hạt nhân sẽ được thực hiện bằng chưng phân đoạn

UF6 Vi thế, cõng trình nghiên cứu tinh chế đung dịch thuỷ luyện bằng amin là sự chuẩn bị quan trọng

cho việc sản xuất uran thương phẩm chất lượng cao, dùng để trao đổi lấy UFg hoặc bột U 02 đã làm giàu, nếu các nhà máy điện hạt nhân được xây đựng sau này sử dụng lò nưốc nhẹ

B3 N ghiên cứu q u y trình công nghệ tình ch ế u ra n đạt m ộ t s ố c h ỉ tiê u độ sạch h ạ t nhân từ uran k ỹ th u ậ t V iệt Nam bàng phương pháp c h iế t v ở i dung m ô i TBP cõa các tác giả L ê Bá Thuận, Trần N gọc Hà, Đ ổ Văn Thành, Nguyễn Trọng Hùng, Lê T hị Bâng, N guyễn Thành Chung, Vô Hồng Lĩnh , Nguyễn T hị Thuỷ, Nguyễn M inh Thư

B.3.1.Với mục tiêu về cơ bản giống với đề tài 50B.03.01 (được tóm tắt ở phần B1) nhưng được triển khai 6 năm sau khỉ đề tài này đã kết thúc, việc nghiên cớu tinh chế uran trong giai đoạn mới này được tiến hành trong các điều kiện thuận lợi hơn đáng kể so vâi thời kỳ chương trình 50B

B 3.2.Trong điều kiện công nghệ tin học đã bắt đầu phát triển ò nước ta, công trình đã thu được

những kết quả quan trọng sau đây:

- Đã xây dựng các mạng nơron mô tâ sự phân bố của uran và HNO3 trong hệ chiết UN* - TBP - HNO3 ồ tỹ lệ thể tích pha bằng 1 và khác 1;

- Đâ chứng minh rằng giải pháp mạng nơron hoàn toàn thích hợp để mô tả sự phản bố các cấư tử trong hệ chiết và cố thể sử dụng các mạng này cho việc mô phỏng sự phân bố của uran và axit ở các bậc chiết trong quá trình tinh chế uran bằng phương pháp chiết với tác nhân chiết TBP;

- Đã xây dựng được cơ sỏ cho chương trình mô phòng sự phân bố của uran và các tạp chất trong quá trình chiết tỉnh chế uran;

- Đã xây dựng phần mềm mô phỏng quá ừình tinh chế uran bằng kỹ thuật chiết lỏng - lỏng Thực nghiệm xác định phân bố uran và các tạp chất trong quá trình tinh chế uran đã xác nhận sự phù hợp của tính toán trên cơ sô phần mềm đã xây dụng với thực tế;

- Đã sử dụng phẩn mềm mô phỏng quá trình tinh chế uran để xác định các tham số thích hợp cho tinh chế uran kỹ thuật thu được từ quặng uran ỏ vùng mỏ Nông Sơn và tiến hành tinh chế mộĩ Ịượng lán uran Các kết quả phân tích cho thấy rằng hầu hết các tạp chất trong uran đã tinh chế đểu ở mức hàm lượng của uran tinh khiết hạt nhân;

-Công trình cững khẳng định khả năng triển khai tinh chế uran đến độ sạch hạt nhân ở quy môlớn

M ột và i k ê i luận chung vể n g h iê n cún công nghệ tin h ch ế u ra n đến độ sạch h ạ t nhân

Trong lúc phải đợì đến khi hoạt động íhãm dò quặng uran có kết quả hoàn toàn chắc chắn mới có thể tiến hành nghiên cứu phòng thí nghiệm nhằm khẳng định một công nghệ xử lý quăng thích hợp với vùng mỏ sẽ được khai thác, thì quy trình công nghệ tinh chế uran đến độ sạch hạt nhãn có thể được nghiên cứu và khẳng định sốm hơn với mức tin cậy cao, Khi triển khai tinh chế ở quy mô lớn, có thể một vài điểu chỉnh của các tham số công nghệ tinh chế sẽ là cần thiết Nhưng các nghiên cứu khá hệ thống về công nghệ tinh chế uran trong khuôn khổ chương trình 50B, việc ứng dụng cõng nghệ tin học vào mỏ hình hoá và tính toán quá trình chiết tinh chê' uran được thực hiện gần đày và cả nghiên cứu thăm dò về tinh chế trực tiếp dung dịch thuỷ luyện quặng uran đã cho chứng ta những hiểu biết khá đầy đủ về công nghệ tinh chế uran đến độ sạch hạt nhân Những hiểu biết đó đã đủ là sự chuẩn bị chắc chắn cho việc nội địa hoá, trong tương lai, công đoạn này của chu trình nhiên liệu

3.4 Những kết quả nghiên cứu vể U 02 và viên gốm UOj

Trong khi soạn thào chương trình 50B, vấn đề công nghệ chế tạo bột U 0 2và viên gốm U02 đã được thảo luận và cân nhẳc nhiều lần Đẩu tiên, những kế hoạch nhiều tham vọng cũng đã được nêu

ra Nhưng tình hình trang bị phòng thí nghiệm, kinh phí nghiẽn cứu rất eo hẹp và nhiều yếu tố khác đã

* UN: U0 j (N0 j )2

29

đưa đến quyết định xảy dựng đề tài 50B.03.02 như một nghiên cứu thăm dò về câng nghệ chuyển hoá

(NH4)2U207 thành U02 Câng đoạn chuyển hoá này liên quan đến cả hai sơ đổ cổng nghệ đ i nêu ra

ở mục 3.3 Tuy nhiên, lúc bấy giờ không có các thiết bị đo phổ kích thước hạt, bề mặt riêng và nghiên

cứu hoạt tính thiêu kết của bột, vì thê' các kết quả nghiên cứu mới có ý nghĩa tìm hiểu còng nghệ

chuyển hoá thành U02, như là đoạn đầu của công nghệ điều chế UF6, chứ chưa phải để điểu chế

U 02 cho chế tạo viên gốm

Vào cuối thập kỷ 90 của thố kỷ truớc, Viện CNXH được trang bị một hệ thống thiết b| khá đồng bộ

cho phòng thí nghiệm gốm kỹ thuật Vào thời gian này, các hoạt động hợp tác quốc tố của Viện

NLNTVN và Viện CNXH cũng đ | được mở rộng Nhiều nhóm cán bộ khoa học được đi thực tập tại các !phòng thí nghiệm và tham quan các cơ sở sản xuất bột U 02 và viên gốm UOj ở Ấn Độ và một số nước

khác Trong điều kiện thuận lợi đó, các đề tàỉ nghiên cứu cõng nghệ sản xuất bột UOj và viên gốm

U 0 2, được mở lại khoảng 7 năm sau khi đề tài 50B.03.02 kết thúc, có điều kiện tiếp cận thật sự vối

những chuẩn bị cần thiết cho bước tiếp theo cùa phương án nội địa hoá, được xem là hợp lý nhất

(phương án 1), việc cung cấp nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân tương lai ở nước ta

K hanh, Lê Tường M inh, N guyễn Cuơng Tuyến (Viện ĐC&KS), Tạ Phương Mai, Thân Trọng Huy

C1.1.Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu công nghệ chuyển hoá u308 thành U 0 2, một phẩn của

công đoạn chuyển hoá uran tự nhiên thành UF(J

C1,2.Những kết quả nghiên cứu chủ yếu của công trình này bao gổm:

-Nghiên cứu một số phương pháp xác định tỷ số o /u trong u o ^ , Ưu nhược điểm, đặc biệt là mức

sai lệch và nguyên nhăn dãn đến sai số của phuơng pháp chuẩn độ, phương pháp cân, phương pháp

đo hằng số mạng bằng nhiễu xạ tia X đã được kiểm chứng tại phòng thí nghiệm Các phương pháp

cản và đo hằng số mạng bằng nhiễu xạ tia X, VỚI sai số < 0,01 đơn v| tỷ số o /u , được đánh giá là thích

hợp cho mục đích xác định tỷ số này cả trong viên gốm lẫn bột U 02;

- Đ i tiến hành khảo sát ảnh hưỏng của thời gian tiến hành phản ứng, nhiệt độ và áp suất riêng

phẩn của Hj trong hỗn hợp khí khử H2 + Ar lẽn quá trình khử U3Oa thành U 0 2

Ngoài các kết quả thực nghiệm trên, để tài 506.03.02 còn cung cấp một tổng quan khá phong

phú xung quanh vấn đề bột U O j dùng để chế tạo viẽn gốm, những vấn đề nhiệt động học và đông học

quan trọng của quá trình khử u308 để điểu chế U 0 2 Trong điều kiện các tài liệu tham khảo về U 02

thường khó tìm kiếm, tdng quan này có một ý nghĩa đáng kể và đuực sử dụng lại trong nhiều cõng trình

c.2.1 Mục tiêu của công trỉnh là xác định quy trình cõng nghệ phân huỷ và khử (NH4)2U2Ot bằng s ,

phương pháp tĩnh nhằm thu đưọc bột UOz dễ ép và hoạt tính thiêu kết cao

c.2.2 Những kết quả chủ yếu của công trình bao gổm:

-Xác định các tham số công nghệ của quá trình phân huỷ {NH4)2U2Ot trong mỏi trường không khí,

ỗ chế đô tĩnh, để thu được U3Os Theo các tác giả cùa công trình này, nhiệt độ thích hợp là 600 -

650°c và thời gian cần thiết để hoàn tất sự hình thành U3Oa là 90 phúỉ;

-Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ khử và thời gian khử U30 Bl trong chế độ tĩnh với

hỗn hợp khí khử chứa 25% thể tích H2 trong Ar, lên tỷ số o /u , phổ kích thước hạt, bề mặt riêng của bột

U 0 2> tỷ trọng vién ép và tỷ trọng viên U 02 sau thiêu kết Dựa vào các khâo sát thực nghiệm này, kết

hợp với chỉ dẫn của các chuyên gia Ấn Độ, trong thời gian nhóm nghiên cứu thực tập tại Ấn Độ, các

tác giả của công ừình cho rằng ò nhiệt độ khử từ 550 - 600°c vối thời gian khử từ 90 - 120 phút, việc

khử U3Og trong chế độ lĩnh bằng hỗn hợp H2 + Ar, cho phép thu được bột U 02 có các đặc trung hoá - I

lý tương tự với bột U 02 được sân xuất ở NFC (Ấn Độ);

-Trong thời gian thực tập tại Ấn Độ, nhóm nghiên cứu cồa để tài đã thử nghiệm việc ổn định hoả bột U 02 bằng phương pháp ôxy hoá bề mặt.

C.2.3.Măc dù các quy trình sấy tĩnh ADU, phân huỷ và khử ADU trong thiết bị tĩnh, cũng như việc

sử dụng hỗn hợp H2 và Ar làm chất khử sẽ không dược triển khai trong thực tế sản xuất bột U 02 trong tương lai, công trình là một bước tiến đáng kể trong các nghiên cứu thăm dò vẩ công đoạn này của chu trình nhiên liệu,

C3 Công trình nghiên cót/ cõng nghệ c h ế tạo viên gốm U 02 cũa các tác giả Nguyễn Đứs Kim , Nguyễn Văn Đoàn, Đ ặng N gọc Thắng, Cao Phương A nh, Đặng Thị Hổng

C.3.1.ĐƯỢC tiến hành trong những năm 1998 - 1999, khi phòng thí nghiệm của Trung tâm Công nghệ luyện kim thuộc Viện CNXH dã được trang bị những thiết bị khá đồng bộ và hiện đại cho nghiên cứu gốm kỹ thuật Đây là công trình nghiên cúu đầu tiên ỏ nước ta về công đoạn rất quan trọng của chu trình nhiên liệu, công đoạn chế tạo viên gốm nhiên liệu U 0 2

C.3.2.Những kết quả khoa học chủ yếu cũa công trình này bao gồm:

-Đã tiến hành nghiên cúu ảnh hưởng của nhiệt độ phân huỷ ADU và khử U3Os đến các đặc trưng hoá - lý của bột U 0 2, đến tỷ trọng viên ép và tỷ trọng viên gốm sau thiẽu kết Từ các kết quả thực nghiệm đó các tác giả cho rằng sự phân hũỷ và khử ADU ở 680°c (trong điều kiện tĩnh với khí khử là hỗn hợp Hj + Ar) cho phép thu được bột U 02 dễ ép, thiêu kết tốt Kết quả này khác với các kết luận cùa công trình được tóm tắt ở mục C2;

-Đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phân huỷ, khử ADU và áp [ực ép viên lên độ co ngót ngang

và dọc của viên gốm sau khi thiêu kết, từ dó đưa ra chế độ ép thích hợp và nhiệt độ thích hợp cho chế tạo bột U 02;

-Đã khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết, thời gian thiêu kết và các đãc trưng củá viên ép lên tỷ trọng của viên gốm (sau thiẻu kết);

-Một số phương pháp đánh giá chất lượng viên gom đã được sử dụng trong phòng thí nghiêm như xác định'tỷ trọng bằng phương pháp cản nhúng, xác định kích thước hạt tinh thể trong viên gốm bằng phương pháp kim tương, nghiên cứu sự phân bố lỗ xốp bằng phương pháp chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét;

-Trên cơ sở các nghiên cúu nói trên, các tác giả đã đề nghị một quy trình ép và thiêu kết để chế tạo viên gốm U 02 Với quy trình nảy các viên gốm đạt được 95 - 98% tỷ trọng (ý thuyết, kích thước hạt tinh thể 5 - 8 um, có phân bố lỗ xốp đều, có độ cứng và độ bền nén khá cao

C,3.3.Để chế tạo thành công viên gốm nhiẽn liệu, côn nhiều công việc phải được tiếp tục, trong

đó sự hoàn thiện các phương pháp đánh giá các chỉ tiêu hoá - lý của viên gốm có lẽ là quan trọng nhất, nhưng các kết quả đầu tiên vể chế tạo viên gốm U 02 ở Viện CNXH là rất đáng khích lệ

4 KẾT LUẬN

20 năm nghiên cứu cõng nghệ nhiên liệu hạt nhân ở Viện NLNTVN lả một chăng đường khó khăn

Sự nghèo nàn về trang bị của các phòng thí nghiệm, mức kinh phí hạn hẹp của các chương trình và đề tài, thiếu một chiến lược quốc gia vã các kế hoạch dài hạn chính thức về phát triển điện nguyên tử và chu trình nhiên liệu, ccf chế quản lý khoa học còn quá nhiều bất cập cùng với nhiều non yếu vể tổ chức

vả lãnh đạo hoạt động nghiên cứu đã là những trở ngại to lân Tuy nhiên, tẩm quan trọng quốc gia của các kết quẳ nghiên cứu đã đạt đưọc trong 20 năm ấy là không thể phủ nhận được Bằng lịch sử 20 nãm ấy, Viện NLNTVN và cơ quan tỉực tiếp chủ trì các nghiên cứu về chu trình nhiên liệu, Viện CNXH,

dã chứng tỏ rằng việc cung cấp nhiên liệu hạt nhân cho các lò phản úng trong tương lai có thể nội địa hoá từng phần theo một kế hoạch được cản nhắc thận trọng Kết quả nghiên cứu chu trình nhiên liệu trong 20 năm qua là những bước chuẩn bị rất cơ bản

31

Trước tiên, có thể cho rằng vấn đề công nghệ tinh chế uran đến độ tinh khiết hạt nhân, ỏ quí mô phòng thí nghiệm, đã được giải quyết một cách chắc chắn, sự chuẩn bị đã đủ cho triển khai công nghệ

ò qui lớn.

Những nghiên cứu xử lý quặng sẽ còn phải tiếp tục được hoàn thiện và lién quan với tiến trình thăm đò các vùng quặng uran

Những nghiên cứu thăm dò về công nghệ chế tạo bột U 02 và viên gốm U 02 dưòng như đã !à đầy

đủ và cần phải chuyển sang nghiên cứu công nghệ trên các thiết bị đổng dạng với thiết bị sản xuất cóng nghiệp sau này

Bước đi của các' nghiên cứu trong thời gian tới có lẽ nên bắí đầu bằng cách chế tạo hoặc mua các thiết bị thí nghiêm cần phải có Việc nghiên cứu công nghệ nên được thực hiện từng bước chắc chắn theo trình tự hoàn thiện nghiên cứu công nghệ điều chế bột ADU, hoàn thiện công nghệ điều chế bột

U 02 và kết thúc là công nghệ chế tạo và kiểm tra chất lượng viên gốm Cách tổ chúc nghiên cúu như vậy tránh được tình trạng phằi lặp đi lặp lại một hoạt động nghiên cứu, do các công đoạn trước đó đã cung cấp những kết quả đầu vào không chắc chắn

Cuối cùng, nếu các kế hoạch xảy dựng nhà máy điện hạt nhân đã dần dần được khẳng định, các nghiên cứu thăm dò về công đoạn chuyển hoá {uran thương phẩm ->■ UF6) và tái chuyển hoá (UFS ->

U02) có lẽ cũng nèn được khồi đẩu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] NEA - IAEA, Uranium 199, Resources, Production and Demand, Paris 2000.

[2] Uranium Institute, The Global Nuclear Fuel M arker-S uppìy and Demand 1999 - 2000, Uranium

Institute, London 1998

[3] Energy Iníormation Administration, 1998 Uranium Industry Annual VVashington DC 1999

[4] Mc Graw Hill, Nuclear Fuel, 12 February, 1996, New York 1996

[5] International Institute for Applied Systems Analysis, World Energy Council, Global Energy

Perspectives, NASA, Laxenburg 1998.

[6] OECD/IEA, VVorld Energy Outlook: 1999 Insights, OECD/IEA Paris 1999

[7] IAEA, Proceeding of the International Symposium: Nuclear Fuel Cycle and Reactor Sírategy: Adịusting to New Realities, IAEA, Vienna 1997

[8] Uranium Institute, The Global NuclearFuel Marker - Supply and Demand 1998 - 2020, Uranium

ỉnstìtute, Londort 1998

[9] G Stevens, C om parative Assessm ent o f the Ẽconom ics o f N uciear Povver and o th e r Options,

Proceedĩngs series, IAEA, Vienna 1996

[10] w Buechner, R, Schliebs, G Winter, K.H Buechel, Industríelle Anonganische Chemie, VHC Verlagsgesellshaft mBH, Weinheim 1986

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ ỨNG DỤNG NGUYÊN T ố HIẾM

VÀ ĐẤT HIẾM VIỆT NAM TẠI VIỆN CỐNG NGHỆ XẠ HIẾM

TRONG THỜI GIAN 1985 - 2000

Lê Bá Thuận

ABSTRACT

Vietnam is rich in rare earth resources, which has the characteristics of íarge reserve, complete range of rare earth minerals Various kinds of rara earth deposits are available in Vietnam, such as prỉmary and placer deposits

As for rare earth minerals, tha vaíuable ones such as bastnasite, xenotime, and monazite are available in Vietnam and oan be put into industrial practice

During the last 10 to 15 years studies on Vietnamese rare earth mineral utilization have been carried out in tTRRE in order to evaluate the economic values of these deposits and to meet the requirement for use of rare earth in research and production tacilities The R&D vvorks in the fie!d were carried out in the laboratory up to min!

• bench scale tests Some processes were tested at pilot scale Based on this work process flowsheets for mỉneral beneíiciation (Yen Phu xenotime, monazite from beach sand), rare earth ore Processing (North Nam Xe; Dong Pao bastnasite), separation by solvent technique (La; Ca; Pr; Nd; Y and subgroup íractionation), preparation of the rare earth metals (mischmetat) and alloys (Fe - Si - RE, Fe - Si * RE - Mg ), and rare earth application (polishing powder: lighterAints) have been established Some processes have been finalized

The revievv of obtained results and achievements in the field of Vietnamese rare earth mineral utilization at ITRRE is presented The review is divided into sections viz a review of the resuits in the field of rare earth ore Processing, a review of the individual separation of rare earth, and so on The achievements and lacunae of these studies are highlighted and suggestions for íuture work are also given

1 MỞ ĐẦU

Từ những năm 1960 đẫ có những nghiên cứu về xử lý chế biến quặng đất hiếm Việt Nam Nhà Nưóc đã có chương trinh tiến bộ khoa học kỹ thuật cấp nhà nước “Kim loại mầu" và sau đó cũng đã có những chương trình cấp nhà nước, đề tài khoa học công nghệ các cấp và đã lôi kéo nhiều viện và nhiều cán bộ vào lĩnh vực nghiên cứu này, trong đó có Viện Công nghệ xạ hiếm (CNXH)

Trong phẩn tổng kết tình hình nghiên cứu ứng dụng đất hiếm Việt Nam trên 15 nãm của Viện CNXH, chúng tôi điểm lại thành tụu nổi bật đã đạt đưục của Viện, của nhiều cán bộ nghiên cứu đã đóng góp sức mình vào việc chinh phục các nguyên tố thú vị và đầy thách thức này Trong điều kiện nghiên cứu vô cùng khó khăn, thiếu thông tin, thiếu phương tiện, kinh phí nghiên cứu rất hạn chế nhưng cán bộ nghiên cứu cũa Viện đã sáng tạo, kiên trì khắc phục khó khăn, hoàn thành nhiệm vụ và mục tiêu đặt ra là nghiên cúu công nghệ để khai thác tiểm năng tài nguyên và ứng dụng đất hiếm vào các lĩnh vực cõng nghiệp của nước nhà

Chủng tôi nghĩ rằng thành cõng đạt được là rất lớn nhưng cũng để lại cho chúng ta nhiều bài học

Để có thêm những tư liệu cho những đánh giá các nghiên cúu trong thời gian qua cũng như định hưống nghiên cứu trong thời gian tối và nhân nhịp kỷ niệm 10 nãm thành lập Viện CNXH, chúng tôi thay mặt cho cán bộ nghiên cứu tổng kết hoạt động cùa Viện trong lĩnh vực này

Tổng kết này không tránh khỏi thiếu sót, một số công trình chưa được đề cặp đến, đánh giá thành cõng cửa các hoạt động nghiên cúu có thể chưa khách quan mong các cán bộ nghiên cứu bổ sung và đóng góp ỷ kiến

33

2 TỔNG QUAN VỂ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VÀ CÔNG NGHỆ ĐẤT HIỂM THẾ GIỚI

2.1 Đặc điểm chung về các nguyên tố đất hiếm (NTĐH)

Theo danh pháp quốc tế, các nguyên tố từ cery đến lutexi cùng với các nguyên tố latan, scandi,

ytri được gọi là các NTĐH, Tuy vậy, do tính giống nhau và sự biến đổi tính chất liên tục của các

nguyên tố từ tatan đến ìutexi cũng như ytri nên 16 nguyên tố này thường được gọi là các NTĐH Trong

lĩnh vực xử lý quăng, các NTĐH thưòng được phân thành hai hoặc ba phân nhóm (bảng 1) Cách phân

chia này thường được sử dựng nhiều trong công nghệ phán chia các NTĐH

Các NTĐH có phân lớp 4f được điền điển tử, Năng lượng tương đối của các orbital 4f và 5d rất

giống nhau và nhạy càm(nẻn electron dễ chiếm cả hai orbital này cấu hình electron của các nguyên

tử không được đều đăn trong lúc đó cấu hình electron của các cation RE3* [X] 4F5d°6s° rất đều đặn

Bán kính cùa các ion RE(III) giảm đều từ La{lỉl) đến Lu(lll) Sự “nén lantanit" này lả do đặc tính

của các điện tử điển vào phân lớp 4f Sự nén lantanit này ảnh hưỏng rất lớn đến sự biến đổi tính chất

của các NTĐH từ La đến Lu

Một SỐ tính chất của các hớp chất quan trọng của các NTĐH được thống kê ỏ các bảng dưỡi đây

Hoá học phối trí của các ion NTĐH có bán kính lớn là khá phức tạp, đặc biệt ô trong dung dịch

(bảng 3) s ố phối trí của các NTĐH có thể là 7, 8, 9 và cao hơn Một số lớn các muối của axit hữu cơ

được nghiên cứư là ôxalic, cỉtric, tartric Các tác nhân tạo phức châ't như các complexon (EDTA, NTA,

DTPA, CDTA ) được sử đụng nhiều để phân chia các NTĐH bằng phương pháp trao đổi ton, các phối

tử là tác nhân chiết như DEHPA, EHEHPA, TBP,„ được sử dụng trong cõng nghiệp để phân chia và

tinh chế các NTĐH bằng kỹ thuật chiết íỏng- lỏng

Bẵng 2 Tính tan định tính của các muối đất hiếm*

Bảng 3 Phúc chất của NTĐH vởi phối tử vỏ cơ

Tinh định hưởng cửa liên kết

Cuờng độ cùa liê n kế t

Đặc tính trong dung dịch

4f

106 - 85

6, 7, 8, 9Lăng trụ tam giác - Lăng trụ đối vuông - Đa diện 12 mặt

Tuưng tác orbital phối tử - kim loại yếu

Tính định hướng yếu F*> OH‘ > H20 > NCV> Cl'(Theo thứ tự của độ âm điện)Liên kết ion với sự trao đổi nhanh phối tử

3d

7 5 -6 0

4, 6

Tứ diện - Bát diện - Vuông phăng

Tương tác orbrtal phối tử - kim loại mạnh

Tính định hướng mạnh CN-> NH3> HjO > O H ‘ > F- (theo thứ tự tương tác orbital) Thường liên kết cộng hoá trị với

sự trao đổi chậm phối tử

2.2 Các khoáng vật đất hiếm

vể phương diện thành phẩn hoá học, có thể phân các khoáng vật đất hiếm có khả năng khai thác thành 9 nhóm khoáng vật sau:

1.Fluorit - yttotluorit, gagarinrt và ttuocerit;

2.Carbonat và tuocarbonat - bastnazit, ancylit, và huanghoit;

3.Photphat - monzit1 xenotim;

4.Sỉlicat - Godolinit, brttholit và thortveitỉt;

5.Ôxyt - íergusonỉt, eschgnit và euxenit;

Trong số 9 nhóm trẽn 5 nhóm đầu đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp đất hiếm, đặc biệt

là các nhóm íluorcacbónat, photphat và ôxyt Cụ thể, các khoáng vật sau đây có tầm quan trọng nhất đối với công nghiệp đất hiếm là bastnazit, monaz'rt, xenotim và gadolinit Một số tính chất của các khoáng vật này đưục mõ tả ở bảng 5

Bảng 5 Một s ố tính chất cùa khoáng vệt đất hiếm

Thành phần đất hiếm của các mỏ đất hiếm Việt Nam cùng với một số mỏ đất hiếm nổi tiếng thể giới được thống kê các bảng 6

Bảng 6a Thành phần đất hiếm ỏ các mỏ khác nhau

M onazit M onazit M onazit M onazit M onazit REO (Quảng Đông, (Hum ati, (Baiynebo, đen vàng

TQ) TQ) TQ) (Đài Loan) (Đ ài Loan)

REO Monazit

(Úc)

Monazit (Đông ức)

MonazH (Tày Úc)

Monạzit (Píorida, Mỹ)

Monazit (Ấn Độ)

37

Bảng 6c Thành phền đất hiếm bastnazit

REO

Mountain Pass, Mỹ

Shang ơong, TQ

Baiyunebo, TQ

Đông Pao VN

Nam Nậm Xe, VN

Bảng 6d Thành phần đất hiếm của khoáng vệt xenotim

Theo số liệu thống kê được trinh bày trong các công bồ' của IMSI (1993), tổng tiềm nãng đất hiếm cấp R1E trên thế giới có khoảng 93.413.000 tấn (chưa kể Liẽn Xô cũ và Việt Nam) vối 103 mỏ Tình

hình đâ't hiếm của các quốc gia có mỏ đất hiếm được thống kẽ ở bảng 7.

2.3 Tài nguyên đất hiếm thế giới

Bảng 7 Phân bố tài nguyên ôxyt đất hiếm cấp R1E của th ế giới*

(theo IMS!, 1993)

Tên nước

KV khác Châu P hi

Bảng 8 Phân bố tài nguyên ôxyt đất hiếm tương ứng cểp R1E theo quốc gia, loại mỏ và khoáng

vật (số liệu tồng hợp cửa tác giẳ Trinh Xuân Bền)

21.400110.514

21.400 118.800

Chú thích bảng 8:

ks - Không có số liệu báo cáo;

1.Số liệu của IMSI, được thu nhập từ 1989 đến 1990, xuất bản 1993 (Mỹ);

2.Số liệu trích dẫn từ các báo cáo ở Hội nghị qưốc tê' về đất hiếm và các khoáng sản sử dụng trong công nghiệp điện tử, Thái Lan, 1991;

3.Trích từ các báo cáo tìm kiếm đánh giá và thăm dò từ cấp C1 trở lên có xem xét tính khả tuyển, chất lượng quặng và khả năng khai thác có thể tương đương cấp R1E;

4 Số liệu trích từ các báo cáo tại Hội nghị đất hiếm ở Kyoto, Nhặt Bản, 1992.

2.4 sản xuất tổng đất hiếm từ tinh quặng

Kinh nghiệm thệ' giãi cho thấy rằng, việc lựa chọn công nghệ phân huỷ tinh quặng cần phải tính đến các nguyên tắc tận dụng hoàn toàn nguồn tải nguyên trong đó có việc tận thu cốc nguyên tố không

đất hiếm, đảm bảo an toàn về sức khoẻ vả trong sạch vể môi trường, và cuối cùng lả yếu tố kinh tế.

Cơ sờ của phương pháp phân huỷ tinh quặng bastrtazit 70 % REO là phân huỷ bằng HCI có kết hợp với NaOH

Hai phẩn ba lượng đất hiếm trong tinh quặng bastnazit có kích thước 325 mesh được phản ứng với HCI đặc ở 90°c trong 4 giờ theo phản ứng sau:

RE2(C 03)3REF3 + 9HCI -» 6RECI3(dd) + REF3(rắn) + 3HCI + 3HzO + 3COp

Phẩn rắn REF3 sau khi tách ra khỏi dung địch đuợc phân huỷ tiếp bằng dung dich NaOH 20% ở nhiệt độ 96°c trong 4 giờ đề chuyển thành dạng hydroxit đất hiểm (giai đoạn 2) và flo được chuyển thành dạng muối natri tan:

REF3 + 3NaOH RE(OH)3(rán) + 3NaF(dd)Hỗn hợp phản ứng của giai đoạn 2 đuợc rửa lắng gạn để loại bỏ dung địch, còn phần rắn là các hydroxit đất hiếm được hoà tan vào pha nước bằng cách dùng dung dịch axit dư của giai đoạn 1 theo phản ứng sau :

RE(OH)3 + 3HCI -s- RECỰdd) + 3HzO Công ty Molycorp (Mỹ) và một số công ty của Trung Quốc thực hiện quá trình sản xuất theo phương pháp này

2.4.2 Sản xuất clorua đất hiếm từbastnazit bằng phuong phâp H ị S 0 4

Cơ sỏ của phương pháp này tà phản ứng sau:

2REFC03 + 3H2S 04 -> RE2(SO„)3 + HF + 2 C O jt + 2H2O f Nhược điểm của phương pháp này là thoát các sản phẩm độc hại như HF, S 0 3, S 0 2

2.4.3 Sản xuất clorua đất hiếm từm onazit

Cđ sô của phương pháp phân huỷ monazít bằng kiểm như sau:

REP04 + 3NaOH -> RE{OH)3 + NaâPO<

Th3(P 04)4 + 2NaOH -> 3Th(OH)4 + 4Na3P 04 Theo công nghệ kiềm này, sự hình thành hydroxit trên bể mặt của hạt tinh quăng ngăn cản phản ứng tiếp giữa hạt quặng với NaOH Vi vậy, tinh quăng đòi hòi phâi đưọc nghiền thật tốt đến kích thước -

300 mesh trước khi phân huỷ Quá trình phân huỷ được thực hiện ố 140°c - 170°c trong 5 -10 giờ với dung dịch NaOH 50% v ề mặt lý thuyết, tỷ lệ khối lượng NaOH/monazit là 0,5/1 nhưng th ự t tế tl lệ 1,3/1 là tốt nhất để phân huỷ hoàn toàn monazit

Trong công nghệ này, HC! được dùng để hoà tan chọn lọc đất hiểm vào dưng dịch Th, u và Fe ở

trạng thái rắn

Công nghệ phân huỷ kiềm này đòi hỏi tinh quặng monazit chất lượng cao (gần như monazit sạch)

để giảm giá thành sản xuất và làm cho quá trình sản xuất thực hiện tốt đẹp

Công nghệ này được sử dụng ở Ấn Độ, Mỹ, Brazil, Pháp, Trung Quốc, Malaysia, Cộng hoà dàn chủ nhân dân Triều Tiên

Ngoài phương pháp kiềm, trưốc đây còn dùng phương pháp H2S 04 đặc nóng để phân huỷ monazit, nhưng hiện nay hầu như khỏng được sử dụng do vấn đề môi trường và vấn đề thu hổi photphat

2.4.4 sẫn xuất tổng đất hiếm từ tinh quặng hỗn hợp (monazit + bastnazit)

Cơ sỏ cíta phương pháp như sau: tinh quặng đất hiếm được trộn với H2SO4 đặc và nung trong lò quay Trong quá trình này có các phản ứng sau:

2REFC03 + 3H2S 04 -4- RE2(S04)3 + HF + 2CO* + 2H20 2REPO„ + 3H2SO< -► RE2(S04)3 + 2H3P 04

Th3(P 04)4 + 6H2S 04 -► 3Th(S04)í + 4H3P04 Quá trình nung được thực hiện ở 500°c hoặc cao hơn để phân huỷ Th(S04)2 và Fe2(SOJ,)3 thành hợp chất khó tan nhưng vẫn đảm bảo khả năng tan của muối đất hiếm

Công nghệ sản xuất này do Công ty Baotou Steel & Rare Earth (Trung Quốc) thực hiện

Phân huỷ bằng HCl và NaOH:

Cơ sô của phưdng pháp này cơ bản giống như phương pháp phân huỷ bastnazit của công ty Molycorp, nhưng do đặc thù của tinh quặng đất hiếm Trung Quốc khác với đất hiếm của Mountain Pass (Mỹ) là ồ bastnazít Mountain Pass chứa cacbonat kim loại kiềm và kiềm thổ dề dàng tách loại bằng HCI loãng thu được tinh quăng chất lượng cao (68 - 72% TREO), trong khi đó canxi trong tinh

quăng Baotou (Trung Quốc) chủ yếu ỏ dạng CaF2 yà rất khó hoà tan bằng HCI loảng, áp dụng HCI đãc để hoà tan đất hiếm dẫn đến mất mát nhiều đất hiểm Hơn nữa, CaF2 ảnh hưỏng đến hiệu suất và chất lượng của sản phẩm đất hiếm Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã xây dựng quy trinh tách loại được canxi và giảm mất mát đất hiếm côn 1 ~ 2%.

2.S Phân chia và tin h chế các NTĐH

Do sự giống nhau lớn về tính chất nên rất khó phản chia các NTĐH ra khỏi nhau Từ những năm

1960, dựa trên kỹ thuật, kinh nghiêm tách và tinh chế uran và thori, các phương pháp tách hiện đại như trao đổi ion, chiết dung môi, sắc ký chiết đã được phát triển và đã thu nhận lượng tôn NTĐH tinh khiết phục vụ cho nghiên cứu và ứng dụng đất hiếm ừong lĩnh vực vật liệu mới

Trong phẩn nảy chúng tôi tóm tắt một số đặc trưng chung của hai phương pháp hiện đại được sừ dụng phổ biến hiện nay trong cỗng nghiệp đất hiếm thế giới là phương pháp trao đổi ion và phương pháp chiết đung mòi Một số phương pháp cổ điển như kết tủa kết tinh phàn đoạn, ôxy hoá khử chọn lọc vẫn đứợc sử dụng trong công nghiệp nhưng không trình tà y ồ đày

Chúng tôi cũng không đi sâu vào các công nghệ cụ thể đã công bố trong các tạp chí và các chuyên khảo vì số lượng các công bố này là rất lón, mà trình bày nét chung để có thể có định hướng cho nghiên cứu trong nước

2.5.1 Phương pháp chiết dung m ôi

Phương pháp chỉết đung môi là phương pháp quan trọng để tách và tinh chế các chất hữu cơ và

vô cơ Kỹ thuật này được sử dựng nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như công nghiệp hoá học, dược học, nhiên liệu hạt nhân, tách và làm sạch các kim loại màu, kim loại hiếm và đất hiếm

Kỹ thuật chiết dung môi là kỹ thuật chính để tách và tinh chế NTĐH vì nó cho hiệu suất cao, thao tác đơn giản so với phương pháp cổ điển So vói phuơng pháp trao đổi ỉon, phương pháp chiết dung môi cho năng suất cao hơn nhiểu

Tác nhàn chiết trong công nghiệp đất hiếm:

Các tác nhản chiết sau đây thường được sử dụng trong thực tế tách và tinh chế NTĐH (hảng 9)

Bảng 9 Các tác nhân ch iế t điển hình được sở dụng để chiết NTĐH

Tác nhân

Tributylphotphat

c2h5 o h

riêng rẽ

2 - ethylhexyl photphonic axit mono 2 -

(C4H8- CH - c h2 - O) - p = 0

i

PC88A(Nhật)P507

Phãn chia các NTĐHethylhexyl ester c4h 9- c h - c h2 (Trung Quốc) riêng rẽ

Naphthenìcaxit R- C5H5-(CH2)„ -CH=0

[CnH2n+1)ỉ -N *-C H s]Cl

Tinh chế Y, tách Nđ và Pr