Các nhà khoa học của Đại học Northeastern (Mỹ) đã phát triển một phương pháp mới để chiết xuất các nguyên tố đất hiếm từ chất thải khai khoáng, giúp sản lượng cao hơn gấp hai đến ba lần so với các phương pháp trước đây.

Một công nghệ khai thác đất hiếm mới được phát triển bởi Đại học Northeastern ở Hoa Kỳ có thể tăng sản lượng lên gấp hai đến ba lần so với các phương pháp trước đây. Ảnh chụp một mỏ đất hiếm ở Wyoming, Hoa Kỳ. (John Haughey/The Epoch Times)

Trong thông cáo báo chí công bố ngày 31/1, Đại học Northeastern cho biết đất hiếm (thường được gọi chung là các nguyên tố đất hiếm) là nguồn tài nguyên tương đối dễ tìm nhưng rất khó tinh luyện, song lại đóng vai trò thiết yếu trong nhiều lĩnh vực, từ nam châm, thiết bị điện tử, pin cho đến chất xúc tác trong các phản ứng hóa học.

Thực tế, các nguyên tố đất hiếm không hề hiếm. Vấn đề nằm ở chỗ chúng thường tồn tại lẫn với các nguyên tố khác trong tự nhiên — đôi khi còn đi kèm các chất phóng xạ — khiến quá trình tách chiết trở nên vô cùng phức tạp.

Nhóm nghiên cứu của trường đã phát hiện ra một phương pháp mới để chiết xuất đất hiếm từ bã thải than đá (coal tailings – đất và đá còn sót lại sau quá trình khai thác than). Phương pháp này kết hợp xử lý hóa học với lò phản ứng vi sóng được thiết kế chuyên biệt nhằm kiểm soát nhiệt độ, qua đó tăng đáng kể hiệu suất chiết xuất đất hiếm.

Phó giáo sư Damilola Daramola, thuộc Khoa Hóa học & Sinh học Hóa học kiêm Khoa Kỹ thuật Hóa học của trường, cho biết các nguyên tố đất hiếm thường được thu hồi như sản phẩm phụ của các hoạt động khai khoáng khác — và trong nghiên cứu này, đó chính là khai thác than.

Ông nhấn mạnh rằng bã thải than vẫn là một nguồn tài nguyên chưa được khai thác đầy đủ, một phần vì trong đó còn chứa lượng lớn vật chất hữu cơ cần được sàng lọc.

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng việc xử lý sơ bộ bã thải than bằng nước và natri hydroxit (dung dịch kiềm mạnh), sau đó ngâm trong axit nitric và điều chỉnh nhiệt độ phản ứng bằng lò vi sóng chuyên dụng, có thể giúp chiết xuất đất hiếm với hiệu suất cao hơn gấp hai đến ba lần so với phương pháp tiêu chuẩn sử dụng các phụ phẩm từ than đá.

Ông Daramola giải thích rằng quá trình kích thích nhiệt kết hợp với xử lý bằng natri hydroxit thực chất sẽ làm thay đổi cấu trúc rắn của vật liệu, từ đó giải phóng và thu hồi được các nguyên tố đất hiếm có giá trị.

Tác giả chính của báo cáo nghiên cứu này, nghiên cứu sinh tiến sĩ Lawrence Ajayi của trường, cho biết các nguyên tố đất hiếm mà họ chiết xuất được có phạm vi ứng dụng rất rộng. Ví dụ, neodymium là nguyên tố có hàm lượng cao thứ ba trong bã thải và đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực năng lượng.

Những rào cản mà công nghệ mới phải đối mặt

Mặc dù công nghệ mới này có thể nâng cao sản lượng, nhưng điều đó không đồng nghĩa với việc nó sẽ sớm được triển khai rộng rãi trên toàn quốc, bởi vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết, bao gồm khó khăn về logistics và hóa học.

Một trong những nguyên nhân nằm ở bản thân công nghệ. Loại lò phản ứng vi sóng mà Daramola và Ajayi sử dụng có chi phí rất cao và hiện chưa được phổ biến. Một nguyên nhân khác là quy mô sản xuất.

Ông Daramola cho biết: “Một trở ngại lớn là chúng tôi thiếu thông tin chi tiết hơn về cấu trúc rắn của các loại bã thải này. Những dữ liệu hiện có rất rời rạc và không đầy đủ”.
Ông cũng nhắc tới việc các mỏ khai thác trên khắp nước Mỹ phân bố manh mún, trong đó có những mỏ vẫn đang hoạt động, còn nhiều mỏ khác đã bị bỏ hoang từ lâu.

Theo báo cáo nghiên cứu của nhóm, riêng bang Pennsylvania (nơi cung cấp mẫu bã thải than dùng trong thí nghiệm) đã tích tụ khoảng 2 tỷ tấn bã thải than.

Ajayi cho biết tại Mỹ có rất nhiều mỏ bỏ hoang có thể được tận dụng. Tuy nhiên, một vấn đề quan trọng khác là thành phần khoáng vật trong bã thải than khác nhau tùy theo khu vực. Vì vậy, theo Daramola, hiệu quả của phương pháp này đối với bã thải than ở các vùng khác của Mỹ hiện vẫn còn là dấu hỏi.

Ngoài ra, bất kỳ hoạt động khai thác quy mô lớn nào cũng đòi hỏi phải xử lý và tách chiết nhiều thành phần khác từ bã thải. Đất hiếm không phải là thành phần duy nhất trong chất thải khai khoáng; chúng thường còn chứa các nguyên tố phóng xạ, magiê, sắt và nhiều khoáng vật tiềm năng có giá trị khác. Daramola nhấn mạnh rằng khai thác ở quy mô công nghiệp cần tính đến tất cả những yếu tố này, đồng thời phải cân nhắc các vấn đề về môi trường và chính sách xã hội.

Vấn đề an ninh đất hiếm vẫn cần được giải quyết

Ông Daramola cho biết Trung Quốc hiện kiểm soát phần lớn nguồn cung đất hiếm trên thị trường toàn cầu, có thể lên tới 90%, và ảnh hưởng của nước này đối với thị trường đã tồn tại từ lâu. Thông qua việc hạ giá đất hiếm, Trung Quốc có thể — và trên thực tế đã — đẩy các công ty ở những quốc gia khác ra khỏi thị trường.

Ông nói thêm rằng Mỹ đang nỗ lực tìm kiếm các nguồn cung đất hiếm thay thế nhằm giảm sự phụ thuộc vào nước ngoài. Một trong những nguồn thay thế đầy tiềm năng chính là hàng tỷ tấn bã thải khai khoáng hiện chưa được sử dụng, đang nằm rải rác khắp nước Mỹ.

Các kết quả nghiên cứu nói trên đã được công bố trên tạp chí Environmental Science & Technology.

Ấn Độ công bố kế hoạch xây dựng hành lang khai thác đất hiếm nhằm giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc

Trong bối cảnh Mỹ và châu Âu đang thực hiện các biện pháp để giảm sự phụ thuộc vào Trung Quốc đối với nguồn cung khoáng sản quan trọng, Ấn Độ cũng đang dần tham gia xu hướng này. Hôm Chủ nhật (ngày 1 tháng 2), Ấn Độ đã tuyên bố thành lập các hành lang khoáng sản đất hiếm tại ít nhất bốn bang để giải quyết vấn đề chuỗi cung ứng hạn chế đối với các khoáng sản quan trọng của Ấn Độ.

Bộ trưởng Tài chính Ấn Độ Nirmala Sitharaman đã công bố ngân sách năm 2026-2027 vào Chủ nhật (ngày 1 tháng 2). Một trong những lĩnh vực trọng điểm là xây dựng chuỗi cung ứng cho các khoáng sản thiết yếu.

Bà tuyên bố rằng chính phủ liên bang sẽ thiết lập các hành lang khoáng sản đất hiếm chuyên dụng tại các bang giàu khoáng sản như Odisha, Kerala, Andhra Pradesh và Tamil Nadu để thúc đẩy khai thác, chế biến, nghiên cứu và sản xuất.

Lý Ngọc t/h