PTN Nghiên cứu chế biến khoáng sản tiên tiến

1 .Giới thiệu chung

 Hiện nay các ngành khái thác khoáng sản tập trung vào các khoáng sản chiến lược phục vụ Công nghệ AI (đất hiếm, nguyên tố công nghiệp bán dẫ bán dẫn..) và công nghiệp xanh (Li, đất hiếm, các nguyên tố hữu cơ) và tiếp tục nâng cao hiệu quả các loại nguyên tố truyền thống (kim loại, phi kim loại…).

Chuyển đổi xanh:  Hiện nay, xu hướng công nghệ chế biến khoáng sản đang chuyển mình với sự chú trọng vào tính bền vững và hiệu quả. Các công nghệ tiên tiến như tuyển nổi, tuyển từ tính, và tuyển bằng trọng lực đang được cải tiến để tăng cường hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng. Ngoài ra, việc áp dụng tự động hóa và trí tuệ nhân tạo trong quy trình chế biến cũng đang gia tăng, giúp tối ưu hóa quy trình và giảm thiểu lãng phí. Sự phát triển của công nghệ tái chế khoáng sản cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và giữ gìn nguồn tài nguyên cho các thế hệ tương lai.

Chuyển đổi số (tự động hóa, sử dụng hệ cảm biến và kết nối internet vạn vật (IoT) điều khiển quá trình real time, trí tuệ nhân tạo (AI)). Tự động hóa trong chế biến khoáng sản mang lại nhiều lợi ích đáng kể, bao gồm tăng cường hiệu suất sản xuất, giảm chi phí lao động và cải thiện độ chính xác trong quy trình. Các hệ thống tự động có khả năng phân tích và điều chỉnh quy trình chế biến theo thời gian thực, giúp phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời. Bên cạnh đó, tự động hóa cũng giúp giảm thiểu tác động môi trường bằng cách tối ưu hóa sử dụng tài nguyên và năng lượng. Cuối cùng, việc áp dụng công nghệ tự động hóa tạo ra môi trường làm việc an toàn hơn cho người lao động.

Các trung tâm nghiên cứu điển hình trên thế giới Các nhóm nghiên cứu chế biến khoáng sản trên thế giới rất đa dạng, bao gồm các tổ chức học thuật, viện nghiên cứu, công ty tư nhân và các cơ quan chính phủ. Dưới đây là một số nhóm tiêu biểu, được biết đến với những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực này:

CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) – Úc: CSIRO là một trong những tổ chức nghiên cứu hàng đầu thế giới về khoa học và công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực khai thác và chế biến khoáng sản. Họ tập trung vào các giải pháp bền vững, công nghệ xử lý quặng tiên tiến và tái chế tài nguyên. Ví dụ, CSIRO đã phát triển các phương pháp tuyển nổi hiệu quả cao và công nghệ giảm thiểu tác động môi trường trong khai khoáng.

 USGS (United States Geological Survey) - Hoa Kỳ:  USGS không chỉ nghiên cứu về tài nguyên khoáng sản mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá trữ lượng và phát triển các kỹ thuật chế biến. Họ hợp tác với các công ty khai thác để cải thiện hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm từ quá trình chế biến.

 Fraunhofer Institute - Đức: Viện Fraunhofer tập trung vào nghiên cứu ứng dụng, bao gồm các công nghệ chế biến khoáng sản tiên tiến như phân tách vật liệu bằng laser, xử lý chất thải khai thác và tái chế kim loại hiếm. Đây là một trong những trung tâm nghiên cứu công nghệ hàng đầu ở châu Âu.

 JKMRC (Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre) – Úc: Thuộc Đại học Queensland, JKMRC là một trung tâm nghiên cứu nổi tiếng về chế biến khoáng sản và kỹ thuật khai thác. Họ chuyên về mô phỏng quá trình nghiền, tuyển khoáng và tối ưu hóa hiệu suất nhà máy chế biến.

Mintek - Nam Phi: Mintek là tổ chức nghiên cứu hàng đầu ở châu Phi, tập trung vào chế biến khoáng sản, luyện kim và phát triển công nghệ khai thác. Họ nổi bật với các nghiên cứu về vàng, bạch kim và các kim loại quý khác, đồng thời phát triển các quy trình thân thiện với môi trường.

 China University of Mining and Technology (CUMT) - Trung Quốc: Trung Quốc là một trong những quốc gia dẫn đầu về sản xuất khoáng sản, và CUMT đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu chế biến quặng, đặc biệt là đất hiếm, than và kim loại màu. Các nhóm nghiên cứu tại đây thường hợp tác với các công ty lớn như China Minmetals.

Outotec (nay là Metso Outotec) - Phần Lan. Dù là một công ty công nghiệp, Metso Outotec có các nhóm nghiên cứu và phát triển (R&D) mạnh mẽ, tập trung vào thiết kế thiết bị và quy trình chế biến khoáng sản. Họ cung cấp các giải pháp toàn diện từ tuyển quặng đến luyện kim, được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu.

 MPC (International Mineral Processing Congress): Đây không phải là một tổ chức cố định mà là một cộng đồng quốc tế quy tụ các nhà nghiên cứu, kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực chế biến khoáng sản. Các hội nghị của IMPC là nơi công bố những tiến bộ mới nhất về công nghệ và phương pháp chế biến.

Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) và các viện nghiên cứu Nhật Bản: Nhật Bản, dù ít tài nguyên khoáng sản, lại dẫn đầu trong nghiên cứu tái chế và chế biến sâu các kim loại hiếm. Các nhóm nghiên cứu từ JICA và các trường đại học như Đại học Tokyo thường hợp tác với các quốc gia giàu tài nguyên để phát triển công nghệ bền vững.

Nhu cầu của Việt Nam về khoáng sản chiến lược tương đối cao. Theo số liệu dự báo, nhu cầu nguyên liệu khoáng sản tại Việt Nam sẽ tăng trung bình 6,5%/năm theo tốc độ phát triển kinh tế[2]. Đặc biệt, khi Việt Nam phấn đấu thực hiện mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, các loại khoáng sản chiến lược sẽ đóng vai trò quan trọng giúp Việt Nam thúc đẩy quá trình chuyển đổi từ các dạng năng lượng truyền thống sang các dạng năng lượng mới xanh hơn.

Việt Nam có nhiều điều kiện khai thác khoáng sản. Thứ nhất, Việt Nam nằm trong nhóm dẫn đầu thế giới về trữ lượng, sản lượng của một số khoáng sản quan trọng. Theo báo cáo của Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS), năm 2019, sản lượng wolfram của Việt Nam đứng thứ hai thế giới (chiếm 5,4% sản lượng toàn cầu, trữ lượng chiếm 2,8% toàn cầu); sản lượng bauxite đứng thứ 11 thế giới (chiếm 1,1% sản lượng toàn cầu, trữ lượng chiếm 12% toàn cầu)[3] hay nguồn nickel sạch[4]. Đặc biệt, đất hiếm là một trong những khoáng sản chiến lược Việt Nam có nhiều tiềm năng: dù sản lượng hiện không nhiều (chỉ chiếm 0,6% sản lượng toàn cầu năm 2019), nhưng trữ lượng vẫn chiếm tới 18% toàn cầu, thứ hai chỉ sau Trung Quốc.[5] Ngoài ra, Việt Nam có tiềm năng khoáng sản đáy biển sâu dù chưa được khai thác, bao gồm tại Biển Đông: Chương trình Ponaga hợp tác của Pháp với Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội, năm 1993 đã phát hiện vỏ và kết hạch sắt mangan khi thăm dò dầu khí trên thềm lục địa Biển Đông; một số nghiên cứu (nhất là từ Trung Quốc) đã phát hiện một số khoáng vật có giá trị ở Biển Đông[6], bao gồm kết hạch đa kim lẫn lớp vỏ giàu kim loại.

Thứ hai, Việt Nam cũng có một số điểm thuận khác trong chuỗi khoáng sản khu vực: (i) có khả năng chế biến một số khoáng sản, hiện được xếp hạng là nhà sản xuất thép lớn thứ 14 và sản xuất bismuth lớn thứ hai thế giới[7]; (ii) có vị trí địa lý thuận lợi, tiếp cận được với các thị trường trọng điểm trong khu vực như Trung Quốc, Nhật Bản hay Hàn Quốc - những thị trường nhập khẩu khoáng sản đất hiếm lớn[8]; (iii) có chính trị ổn định và quan hệ tốt với các quốc gia xuất – nhập khẩu khoáng sản.

Thứ ba, Việt Nam đã có khung chính sách về vấn đề này. Nghị quyết số 10-NQ/TW ngày 10/2/2022 của Bộ Chính trị về định hướng chiến lược địa chất, khoáng sản và công nghiệp khai khoáng đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045 yêu cầu tập trung điều tra, đánh giá các khoáng sản chiến lược, quan trọng. Chiến lược đã đặt ra yêu cầu điều tra, khoanh định các khu vực có triển vọng, đánh giá tổng thể tiềm năng, thăm dò đáp ứng nhu cầu khai thác, chế biến; cân đối giữa khai thác với dự trữ khoáng sản quốc gia đối với các loại khoáng sản chiến lược, quan trọng. Tháng 7/2023, Phó Thủ tướng Chính phủ Trần Hồng Hà đã ký quyết định phê duyệt Quy hoạch thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng các loại khoáng sản thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến năm 2050. Quy hoạch cũng đặt mục tiêu đối với một số loại khoáng sản có trữ lượng lớn, chiến lược, quan trọng trong giai đoạn 2021 - 2030. Ngoài ra, Việt Nam cũng tham gia quá trình đàm phán trong khuôn khổ tại Cơ quan Quyền lực Đáy đại dương (ISA) về khai thác đáy biển sâu.

Thứ tư, Việt Nam đã có nhiều động thái để triển khai các định hướng trên. Trong nước, Việt Nam đã và đang khai thác nhiều loại khoáng sản chiến lược: Sản lượng wolfram đạt khoảng 4.800 tấn/năm, trong đó mỏ quan trọng nhất là Núi Pháo (huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên); mangan và chromi với một số mỏ lớn như mỏ chromit Cổ Định (Thanh Hóa), mỏ mangan tại Cao Bằng, Tuyên Quang và Hà Tĩnh… Ngoài nước, Việt Nam đang thúc đẩy trở thành cơ sở sản xuất thiết bị và linh kiện điện tử quan trọng ở Đông Nam Á, đồng thời là một trong những thị trường năng lượng tái tạo phát triển.

2. Mục tiêu 

Luyện kim (cũ) đã có bề dày trong nghiên cứu đào tạo trong lĩnh vực Chế biến Thép và kim loại màu, Khoa Hóa học (cũ) có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực Chế biến khoáng sản Vô cơ, Phân bón và Silicat. Gần đây nhất Khoa KH và CN Môi trường (cũ) cũng đã xúc tiến các nghiên cứu trong lĩnh vực tái chế kim loại từ rác thải chứ kim loại và rác thải điện tử.

Mục tiêu cụ thể: 

Các quá trình chế biến tài nguyên khoáng sản tiên tiến . Các quá trình chế biến tài nguyên khoáng sản tiên tiến bao gồm các khoáng sản thế mạnh của Việt Nam: Đất hiếm, các kim loại chiến lược (Al, Ni, Cu, Ti, Sb…) các khoáng chất Carbon (Graphit, than), các mỏ á kim (Apatit, Soda…) và các nguyên tố đặc biệt khác.

Chuyển đổi số- chuyển đổi xanh cho quá trình sản xuất chế biến khoáng sản. Đưa các công nghệ tự động hóa, IoT và bắt đầu tiếp cận sử dụng các thuật toán tối ưu hóa quá trình và AI vào các quá trình công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chất thải xử lý quá trình sản xuất. Nâng cao hiệu quả xử lý chất thải trong quá trình chế biến khoáng sản

Công nghệ hóa học và vật liệu mới sứng dụng vào quá trình chế biến khoáng sản. Đặc biệt các công nghệ chống ăn mòn bảo vệ thiết bị chế biến khoáng sản

Các quá trình thu hồi và tinh chế kim loại từ các loại quặng nghèo hoặc quặng đuôi và rác thải chứa kim loại Công nghệ Hỏa luyện và Thủy luyện để thu hồi và tinh chế các loại các kim loại quý quặng nghèo, quặng đuôi hoặc rác thải

3. Chức năng nhiệm vụ

•           Hướng nghiên cứu 1: Các quá trình chế biến tài nguyên khoáng sản tiên tiến: Các quá trình chế biến tài nguyên khoáng sản tiên tiến bao gồm các khoáng sản thế mạnh của Việt Nam: Đất hiếm, các kim loại chiến lược (Al, Ni, Cu, Ti, Sb…) các khoáng chất Carbon (Graphit, than), các mỏ á kim (Apatit, Soda…) và các nguyên tố đặc biệt khác.

•           Hướng nghiên cứu 2: Chuyển đổi số- chuyển đổi xanh cho quá trình sản xuất chế biến khoáng sản. Đưa các công nghệ tự động hóa, IoT và bắt đầu tiếp cận sử dụng các thuật toán tối ưu hóa quá trình và AI vvào các quá trình công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chất thải xử lý quá trình sản xuất. Nâng cao hiệu quả xử lý chất thải trong quá trình chế biến khoáng sản

•           Hướng nghiên cứu 3: Công nghệ hóa học và vật liệu mới ứng dụng vào quá trình chế biến khoáng sản. Đặc biệt các công nghệ chống ăn mòn bảo vệ thiết bị chế biến khoáng sản.

•           Hướng nghiên cứu 4: Các quá trình thu hồi và tinh chế kim loại từ các loại quặng nghèo hoặc quặng đuôi và rác thải chứa kim loại: Công nghệ Hỏa luyện và Thủy luyện để thu hồi và tinh chế các loại các kim loại quý quặng nghèo, quặng đuôi hoặc rác thải.

4. Nội dung phát triển chuyên môn

Phối hợp lợi thế về Kỹ thuật Hóa học nghiên cứu các quy trình chế biến một số khoáng sản đòi hỏi nhiều về Kỹ thuật Hóa học nhứ: Wolfram, Graphit, Soda, Xi măng…

Cộng tác và liên kết mới mang tính liên ngành với các công ty khai thác- chế biến mỏ và các viện nghiên cứu, các trường đại học, các cơ quan quản lý nhà nước; cần mềm dẻo hơn trong việc xây dựng mạng lưới nhà cung cấp, đối tác và khách hàng. Xây dựng và đề xuất các nhiệm vụ, giải pháp để tăng cường năng lực tiếp cận xu hướng công nghệ tiên tiến, hiện đại của cuộc CMCN 4.0 cho cả người lao động và người sử dụng lao độngTình hình nghiên cứu tại các 

Nghiên cứu phát triển và triển khai các ứng dụng mới sử dụng công nghệ nền tảng của CMCN 4.0 để tối ưu hóa các hoạt động nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng công việc. Một cách cụ thể, các nghiên cứu cần tập trung phát triển các ứng dụng mới sử dụng các hệ thống cảm biến giám sát thời gian thực (RT) kết nối trên nền tảng (IoT) nhằm cải thiện mức độ an toàn, nâng cao khả năng giám sát và các hoạt động từ xa trong khai thác mỏ. Bên cạnh đó, cần phát triển và ứng dụng các công cụ và hệ thống mới sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI), sự tự động nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong công việc. Các nghiên cứu cần tập trung vào phân tích và khai thác dữ liệu lớn nhằm tiết kiệm năng lượng và chi phí, nâng cao độ chính xác trong công tác dự báo.

5. Cơ cấu tổ chức

: