Thúc đẩy chế biến sâu nhằm nâng cao hiệu quả và phát triển bền vững ngành công nghiệp Titan Việt Nam

Việt Nam có trữ lượng và tài nguyên dự báo quặng titan-zircon (Ti-Zr) khoảng 650 triệu tấn khoáng vật nặng (ilmenit, zircon, rutil, monazit,…), trong đó khoảng 78 triệu tấn zircon. Mặc dù có các mỏ quặng gốc tại tỉnh Thái Nguyên với trữ lượng trên 4 triệu tấn KVN, song, trữ lượng và tài nguyên Ti-Zr Việt Nam chủ yếu là quặng sa khoáng nằm phân bố dọc theo ven biển các tỉnh từ Thanh Hóa đến Bà Rịa-Vũng Tàu, với hơn 92% trữ lượng và tài nguyên Ti-Zr nằm trong tầng cát đỏ các tỉnh Nam Trung Bộ. [1]

Ngành công nghiệp khai thác, chế biến quặng Ti-Zr Việt Nam hình thành từ những năm 90 của thế kỷ trước, giai đoạn cao điểm có trên 50 doanh nghiệp cả Nhà nước và tư nhân hoạt động khai thác quặng Ti, tuy nhiên, sau khoảng 30 năm hoạt động, do nhiều nguyên nhân, sản phẩm của ngành công nghiệp khai thác, chế biến quặng Ti (công nghiệp Ti) chỉ dừng lại ở quặng tinh chứa Ti, Zr, monazit cho xuất khẩu, chỉ một số ít doanh nghiệp đầu tư cơ sở nghiền bột Zr, hoàn nguyên ilmenit, luyện ra sản phẩm xỉ titan xuất khẩu. Thực trạng đó làm cho ngành công nghiệp Ti Việt Nam phát triển và đóng góp cho đất nước không tương xứng với tiềm năng, hiệu suất thu hồi tài nguyên thấp, gây nhiều tác động xấu tới môi trường ở các khu vực khai thác… Khi Nhà nước cấm xuất khẩu quặng tinh, hầu hết các doanh nghiệp ngành công nghiệp Ti phải dừng hoạt động do không có cơ sở chế biến sâu. Nguyên nhân là từ sau khi chính sách quản lý nới lỏng, hàng chục doanh nghiệp thuộc mọi thành phần kinh tế, trong đó hầu hết là doanh nghiệp nhỏ, tiềm lực tài chính hạn chế tham gia ngành công nghiệp Ti với đủ các chủng loại thiết bị tự chế, nhập khẩu chất lượng thấp từ các nước láng giềng…. hoạt động theo quan điểm đầu tư ít, thu hồi nhanh… dẫn tới thực trạng ngành công nghiệp Ti như nêu trên.

Là Thành viên sáng lập của Hiệp hội Ti Việt Nam, Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim (VIMLUKI) đồng hành với ngành công nghiệp Ti Việt Nam ngay từ những ngày đầu, công nghệ, thiết bị khai thác, chế biến quặng Ti do VIMLUKI nghiên cứu, phát triển và sản xuất đã cung cấp và chuyển giao cho hầu hết các đơn vị trong ngành, giúp cho các đơn vị thành viên của Hiệp hội giai đoạn đầu như Tổng Công ty Khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh, Công ty Khoáng sản Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Bình Định… làm chủ công nghệ, thiết bị, hoạt động hiệu quả, góp phần phát triển ngành công nghiệp Ti Việt Nam. Trước thực trạng đất nước có tiềm năng tài nguyên Ti lớn, nhưng các sản phẩm chế biến sâu, có giá trị gia tăng cao như sản phẩm pigment (bột màu TiO2) cho công nghiệp hóa chất, Ti kim loại cho công nghiệp công nghệ cao phải nhập khẩu 100%, lệ thuộc vào nước ngoài, những năm gần đây, bằng kinh nghiệm chuyên môn và thực tế hoạt động trong ngành, VIMLUKI đã tích cực thúc đẩy ngành công nghiệp Ti Việt Nam phát triển theo chiều hướng tích cực hơn thông qua công tác tư vấn chính sách quản lý ngành như xây dựng “Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng titan giai đoạn đến năm 2020, có xét đến năm 2030” đã được Chính phủ ban hành kèm theo Quyết định số 1546/QĐ-TTg ngày 03/9/2013 của Thủ tướng Chính phủ, trong đó, có định hướng “…đến năm 2020 xây dựng 2-3 Nhà máy với tổng công suất khoảng 240.000 tấn pigment/năm và đến năm 2030 sản xuất khoảng 300.000 tấn pigment/năm”. Đồng thời, tích cực hỗ trợ các doanh nghiệp có tiềm lực tài chính, có định hướng hoạt động tốt đổi mới công nghệ, thiết bị để sản xuất hiệu quả hơn, nhập khẩu, làm chủ công nghệ, thiết bị để chế biến sâu, sản xuất ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao, nhu cầu trong nước và xuất khẩu lớn như pigment, tiến tới sản xuất Ti kim loại như định hướng của Quy hoạch đã được Chính phủ phê duyệt.

Trên thị trường thế giới, các sản phẩm tinh quặng ilmenit, rutil tự nhiên, rutil nhân tạo, xỉ titan được gọi chung là nguyên liệu titan và được chia thành loại sunfat và loại clorua. Theo số liệu năm 2018 của Iluka: khoảng 90% nguyên liệu Ti được sử dụng để sản xuất pigment, 5% để sản xuất titan kim loại, còn lại khoảng 5% cho các ngành sản xuất khác như Hình 1. Pigment là sản phẩm chế biến sâu từ tinh quặng ilmenit, ở dạng bột màu trắng với thành phần chủ yếu là TiO₂ (>98%), được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: sơn phủ (56%), nhựa (25%), giấy (9%), các ngành sợi nhân tạo, dược, thực phẩm, mỹ phẩm…sử dụng phần còn lại (Hình 2). [2]

Sự lan rộng toàn cầu của COVID-19 đã dẫn đến các biện pháp giãn cách và tạm ngừng các hoạt động kinh tế đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành sơn & chất phủ thời gian qua. Tuy vậy, báo cáo của Coherent Market Insights vào tháng 9/2020, cho thấy: Thị trường pigment toàn cầu đạt giá trị hơn 15 tỷ đô la doanh thu vào năm 2019 và được dự đoán sẽ tăng trưởng với tốc độ là 4,5% trong giai đoạn 2020-2027, vượt qua 22 tỷ đô la vào năm 2027. Ngành công nghiệp sơn và chất phủ toàn cầu đang phát triển, thêm vào đó, phân khúc mực in cũng đang tăng trưởng kéo theo nhu cầu về bột màu tăng mạnh, mở ra cơ hội thị trường lớn cho pigment. Một yếu tố thúc đẩy tăng trưởng mạnh nhu cầu các sản phẩm cuối của Ti trong đó có pigment là xu hướng phát triển các công nghệ tự làm sạch trong các ngành công nghiệp và các sản phẩm tiêu dùng trên toàn thế giới như: vải tự làm sạch, sơn tự làm sạch, lớp phủ kháng khuẩn cho trang thiết bị bệnh viện, bê tông tự làm sạch, chất nền polycarbonate …

Tập đoàn Tư vấn cho các ngành tài chính, hóa chất và khoáng sản (TiPMC) cho rằng, việc giảm hoạt động kinh tế sẽ tác động đến sản xuất công nghiệp và giảm nhu cầu TiO2 xuống dưới mức dự báo trước đó khoảng 5-7% cho năm 2020. Nhưng, TiPMC tin rằng sẽ tăng lên từ năm 2021, sản xuất công nghiệp bị suy giảm do dịch bệnh năm 2020 sẽ dẫn đến tỷ lệ tăng bù vào năm 2021 và những năm tiếp theo, làm cho nhu cầu sử dụng pigment tiếp tục tăng lên. TiPMC đã tính đến tất cả các yếu tố, cùng với khả năng kích thích kinh tế của các Chính phủ trong đó có nhà sản xuất lớn Trung Quốc cho thời kỳ sau năm 2021, từ đó đưa ra dự báo về nhu cầu sử dụng pigment trên toàn thế giới như tại Hình 3.

Hiện nay, mỗi năm Việt Nam đang phải nhập khẩu những sản phẩm chế biến sâu từ quặng Ti mà trong nước chưa sản xuất được như pigment, Ti kim loại… với giá trị hàng chục triệu USD từ nước ngoài. Với tốc độ tăng trưởng vào nhóm cao của thế giới, chỉ riêng nhu cầu pigment của Việt Nam trong những năm tới sẽ ngày càng lớn. Theo số liệu thống kê, tính riêng sản phẩm pigment trong 6 tháng đầu năm 2020 Việt Nam đã nhập hơn 26.000 tấn từ Trung Quốc. Nếu Việt Nam phát huy được lợi thế tài nguyên, thúc đẩy việc phát triển công nghiệp Ti trong đó chú trọng vào các sản phẩm chế biến sâu, sẽ giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu các sản phẩm titan từ nước ngoài, đồng thời gia tăng được giá trị các sản phẩm titan xuất khẩu.

Về nguyên lý, quy trình sản xuất pigment là lấy nguyên liệu chứa TiO₂ không tinh khiết, chuyển hóa nguyên liệu này qua một quá trình hóa học để thành sản phẩm chứa TiO₂ tinh khiết về thành phần và màu sắc, cụ thể là một quá trình chuyển đổi hóa học nguyên liệu chứa TiO₂ và nhiều tạp chất khác thành dung dịch, tách các tạp chất ra khỏi dung dịch đó, rồi chuyển Ti trong dung dịch trở lại dạng TiO₂ tinh khiết. Pigment được sản xuất chủ yếu bởi công nghệ sunfat và công nghệ clorua, một số đặc tính kỹ thuật khác nhau chính giữa 2 loại hình công nghệ được nêu trong Bảng 1.[4]

Quy trình sản xuất pigment theo công nghệ sunfat bao gồm các khâu: nghiền mịn nguyên liệu chứa Ti, hòa tan bằng axit sunfuric, tách tạp chất khỏi dung dịch, thủy phân kết tủa TiO₂, nung và nghiền mịn thu hồi bột TiO₂. Công nghệ sunfat sản xuất pigment có ưu điểm là có thể sử dụng nguyên liệu đầu vào chất lượng thấp như quặng tinh ilmenit có hàm lượng TiO₂ từ 35%, hay các loại xỉ Ti có hàm lượng TiO₂ thấp từ 75%. Các nguyên liệu thô như leucoxene, rutil tổng hợp và rutil không thích hợp để sử dụng với công nghệ sunfat hóa vì chúng không hòa tan trong axit sunfuric. Nhược điểm của quy trình là: lượng dư axit lớn, phát sinh nhiều chất thải nguy hại (khoảng 1,5 tấn dung dịch chất thải có tính axit/tấn TiO₂).

Quy trình sản xuất pigment theo công nghệ clorua gồm các công đoạn khử clo và oxy hóa, cụ thể là khử nguyên liệu chứa titan bằng khí clo ở nhiệt độ cao, sau đó tiếp tục oxy hóa ở nhiệt độ cao và làm lạnh nhanh. Mặc dù công nghệ clorua đã được phát minh từ những năm 1950 của thế kỷ trước, nhưng, cho đến hiện nay, rất ít nhà sản xuất làm chủ được công nghệ này. Công nghệ clorua thường yêu cầu nguyên liệu có hàm lượng TiO₂ cao (tối thiểu 85%) như rutil, rutil tổng hợp hoặc xỉ titan (Quặng tinh ilmenit thường không được sử dụng cho công nghệ clorua). Chỉ có riêng Tập đoàn Chemours (Dupont trước đây) là có được giải pháp xử lý nguyên liệu có chất lượng thấp hơn, xuống đến 58% TiO₂ như ilmenite và leucoxene. Quy trình này không tạo ra lượng lớn chất thải nguy hại như công nghệ sunfat, nhưng nó vẫn phát sinh yếu tố tác động môi trường, như để tạo ra 1 mol TiO₂ sinh ra 1 mol khí CO₂ tương đương với khoảng 550 kg khí CO₂/ tấn sản phẩm TiO₂.

Đối với các nhà sản xuất pigment, lựa chọn công nghệ sunfat hay clorua chủ yếu là: (1) khả năng tiếp cận công nghệ; (2) chất lượng nguồn nguyên liệu; (3) và cân nhắc về tác động môi trường. Công nghệ clorua sản xuất pigment hiện thuộc sở hữu của một số ít nhà sản xuất và nguyên liệu cho công nghệ clorua thì đắt hơn so với nguyên liệu cho công nghệ sunfat, nhưng các quy định ngày càng chặt chẽ về môi trường và chi phí xử lý chất thải tăng đang thúc đẩy sự chuyển dịch sản xuất pigment bằng công nghệ sunfat sang công nghệ clorua. Khả năng tiếp cận công nghệ clorua khó hơn so với công nghệ sunfat. Trong khi các nước Phương Tây đang tích cực phát triển sản xuất pigment bằng công nghệ clorua thì Trung Quốc vẫn chủ yếu sử dụng công nghệ sunfat, sự phân bố hiện tại của công suất nhà máy pigment theo quy trình clorua và sunfat được thể hiện trong Bảng 2 [3].

Tính chung trên toàn thế giới, tổng sản lượng pigment sản xuất được chia đều cho các quy trình sunfat và clorua. Lịch sử và dự báo sản lượng sản xuất pigment theo các công nghệ sản xuất nêu trong Hình 5, riêng năm 2018, sản lượng pigment sản xuất từ công nghệ sunfat là 3,3 triệu tấn, chiếm hơn 50% tổng sản lượng pigment toàn cầu (Hình 6). Trung Quốc là nhà sản xuất pigment lớn nhất thế giới, chiếm 33%, sau đó là Bắc Mỹ khoảng 23%, Tây Âu khoảng 20% sản lượng toàn cầu trong năm 2016.  Số liệu thống kê năm 2017 cho thấy, trên 65% sản lượng pigment là do 5 Tập đoàn hàng đầu là: Chemours, Venator, Lomon Billions, Tronox và Kronos sản xuất (Bảng 3).

Đến hiện nay, sản xuất pigment trên thế giới vẫn chủ yếu sử dụng 02 công nghệ là sunfat và clorua Trên cơ sở phân tích những ưu, nhược của từng công nghệ, đặc biệt là những tiến bộ của công nghệ sunfat những năm gần đây trong vấn đề nâng cao hiệu suất, giảm thiểu lượng chất thải, các giải pháp xử lý chất thải hiệu quả… có thể thấy, phát triển chế biến sâu khoáng sản Ti Việt Nam là nhiệm vụ cần thiết, phù hợp với định hướng phát triển ngành công nghiệp Ti của Chính phủ. Việc lựa chọn công nghệ phù với khả năng tiếp cận công nghệ, đặc điểm tài nguyên khoáng sản là nhiệm vụ mà các đơn vị nghiên cứu triển khai phải tư vấn cho các cấp quản lý và song hành cùng doanh nghiệp để đưa các kế hoạch phát triển ngành vào thực thi trong thực tế.

Qua nghiên cứu, phân tích kỹ các công nghệ sản xuất pigment đang phổ biến trên thế giới hiện nay, VIMLUKI thấy rằng, việc sử dụng công nghệ clorua có nhiều ưu điểm về hiệu suất, môi trường, là công nghệ các nhà đầu tư sản xuất pigment của Việt Nam nên ưu tiên lựa chọn, song, thực tế là, việc tiếp cận công nghệ clorua hiện nay không dễ, không có nhiều đơn vị nắm bản quyền sẵn sàng chuyển giao, giá bản quyền công nghệ cao. Với những tiến bộ về kỹ thuật của công nghệ sunfat như đã nêu trên, khả năng tiếp cận, nhận chuyển giao công nghệ dễ hơn, cùng với đặc điểm tài nguyên Ti Việt Nam nhìn chung chất lượng không cao nên VIMLUKI đã tham mưu với Bộ Khoa học và Công nghệ trong việc xếp công nghệ clorua sản xuất pigment vào nhóm công nghệ ưu tiên phát triển và công nghệ sunfat sản xuất pigment vào nhóm công nghệ không hạn chế phát triển để mở ra cơ hội phát triển cho ngành công nghiệp chế biến sâu quặng Ti Việt Nam.

Đối với các doanh nghiệp đầu tư chế biến sâu quặng chứa Ti, VIMLUKI tư vấn các giải pháp về công nghệ, thiết bị phù hợp với: Khả năng tiếp cận công nghệ, đặc điểm nguồn nguyên liệu của Việt Nam, khả năng tài chính và định hướng phát triển của doanh nghiệp. Trong đó, trọng tâm là hướng ngành công nghiệp Ti Việt Nam hoạt động hiệu quả, giá trị gia tăng cao, sử dụng ít nguyên liệu thô, giảm thiểu tác động xấu tới môi trường để phát triển bền vững, đóng góp cho sự phát triển kinh tế xã hội vùng mỏ và đất nước tương xứng với tiềm năng nguồn tài nguyên.

Từ quan điểm định hướng trên, trong những năm gần đây, với vai trò là thành viên sáng lập, đơn vị nghiên cứu triển khai duy nhất trong Hiệp hội Titan Việt Nam, VIMLUKI đã đóng góp tích cực vào quá trình đổi mới, hiện đại hóa công nghệ, thiết bị tại các đơn vị khai thác, chế biến quặng Ti đang hoạt động, tư vấn lựa chọn công nghệ, thiết bị và thực hiện công tác thiết kế, tiếp thu, chuyển giao công nghệ cho các đơn vị đang đầu tư xây dựng cơ sở chế sâu quặng chứa Ti tại các vùng mỏ Ti lớn, hướng tiếp cận đó đã đưa lại một số kết quả bước đầu. Việt Nam đã có các nhà máy chế biến sâu quặng Ti-Zr do VIMLUKI tư vấn, thiết kế xây dựng với công nghệ và thiết bị hiện đại, phù hợp đang hình thành đi vào hoạt động, xem Hình 7&8.

[1]. Quyết định số 1546/QĐ-TTg ngày 03/9/2013 của Thủ tướng Chính phủ ban hành “Quy hoạch phân vùng thăm dò, khai thác, chế biến và sử dụng quặng titan giai đoạn đến năm 2020, có xét đến năm 2030”.

[2]. Báo cáo thường niên năm 2019 của ILUKA (https://www.iluka.com/getattachment/ 5043972a-9628 -44ad-8ad3-9aa89a322103/ investor-briefing-31-october-2019.aspx

[3]. Báo cáo của IHS ECONOMICS, The Economic Benefits of Chlorine Chemistry in Titanium and Titanium Dioxide in the United States and Canada. Năm 2016.

[4]. Báo cáo của Titanium Dioxide Industry Consortium, Analysis of the socio-economic impacts of a harmonized classification of Carcinogen Category 2 for titanium dioxide (TiO2). Năm 2017.