BROKEN HILL, Úc – Ngày 7 tháng 7 năm 2025– Sâu trong vùng hoang mạc khô cằn của New South Wales, nhà địa chất kỳ cựu Sarah Chen chăm chú quan sát một mẫu lõi đá vừa được tách ra. Đá lấp lánh, gần như trong suốt như thủy tinh, với kết cấu đặc trưng giống như đường. “Đây mới là loại tốt,” bà lẩm bẩm, một chút hài lòng xen lẫn trong bụi. “99,3% SiO₂. Mạch đá này có thể kéo dài hàng kilomet.” Chen không săn tìm vàng hay đất hiếm; bà đang tìm kiếm một loại khoáng sản công nghiệp ngày càng quan trọng, nhưng thường bị bỏ qua: SiO₂ tinh khiết cao.đá silica, nền tảng của thời đại công nghệ hiện nay.
Không chỉ là cát
Thường được gọi một cách thông tục là thạch anh hoặc sa thạch cực kỳ tinh khiết, đá silica là một loại đá tự nhiên chủ yếu bao gồm silic dioxide (SiO₂). Mặc dù cát silica được chú ý nhiều hơn, nhưng cát silica chất lượng cao cũng rất quan trọng.đá silicaCác mỏ quặng này mang lại những lợi thế riêng biệt: độ ổn định địa chất cao hơn, hàm lượng tạp chất thấp hơn, và trong một số trường hợp, trữ lượng khổng lồ phù hợp cho các hoạt động khai thác quy mô lớn, dài hạn. Vai trò của nó không hào nhoáng, nhưng lại vô cùng quan trọng.
“Thế giới hiện đại thực sự vận hành dựa trên silicon,” Tiến sĩ Arjun Patel, một nhà khoa học vật liệu tại Viện Công nghệ Singapore, giải thích. “Từ con chip trong điện thoại của bạn đến tấm pin mặt trời trên mái nhà, kính cửa sổ và cáp quang truyền tải tin tức này – tất cả đều bắt đầu từ silicon siêu tinh khiết. Và tiền chất hiệu quả, tiết kiệm chi phí nhất để sản xuất silicon đó là đá silica có độ tinh khiết cao. Nếu không có nó, toàn bộ hệ sinh thái công nghệ và năng lượng xanh sẽ ngừng hoạt động.”
Cơn sốt toàn cầu: Nguồn gốc và thách thức
Cuộc săn lùng hàng cao cấpđá silicađang gia tăng trên toàn cầu. Các mỏ quặng chính được tìm thấy ở:
Úc:Các vùng như Broken Hill và Pilbara tự hào sở hữu những mỏ thạch anh cổ đại rộng lớn, được đánh giá cao nhờ độ đồng nhất và hàm lượng sắt thấp. Các công ty như Australian Silica Quartz Ltd. (ASQ) đang mở rộng hoạt động nhanh chóng.
Hoa Kỳ:Dãy núi Appalachian, đặc biệt là các khu vực ở Tây Virginia và Pennsylvania, có nguồn tài nguyên thạch anh đáng kể. Công ty Spruce Ridge Resources Ltd. mới đây đã công bố kết quả phân tích đầy hứa hẹn từ dự án trọng điểm của họ ở Tây Virginia, cho thấy tiềm năng sản xuất silicon chất lượng cao phục vụ cho ngành năng lượng mặt trời.
Brazil:Các mỏ thạch anh phong phú ở bang Minas Gerais là nguồn cung cấp chính, mặc dù những thách thức về cơ sở hạ tầng đôi khi cản trở quá trình khai thác.
Scandinavia:Na Uy và Thụy Điển sở hữu các mỏ khoáng sản chất lượng cao, được các nhà sản xuất công nghệ châu Âu ưa chuộng nhờ chuỗi cung ứng ngắn hơn và đáng tin cậy hơn.
Trung Quốc:Mặc dù là một nhà sản xuất lớn, nhưng vẫn còn những lo ngại về tiêu chuẩn môi trường và tính nhất quán của độ tinh khiết từ một số mỏ nhỏ hơn, khiến người mua quốc tế tìm kiếm các nguồn thay thế.
“Cạnh tranh rất khốc liệt,” Lars Bjornson, Giám đốc điều hành của Nordic Silica Minerals, cho biết. “Mười năm trước, silica là một mặt hàng thô. Ngày nay, các tiêu chuẩn kỹ thuật vô cùng khắt khe. Chúng tôi không chỉ bán đá; chúng tôi đang bán nền tảng cho các tấm silicon có độ tinh khiết cao. Các nguyên tố vi lượng như boron, phốt pho, hoặc thậm chí sắt ở mức phần triệu cũng có thể gây hậu quả nghiêm trọng đối với năng suất bán dẫn. Khách hàng của chúng tôi yêu cầu sự chắc chắn về mặt địa chất và quy trình xử lý nghiêm ngặt.”
Từ mỏ đá đến chip: Hành trình thanh lọc
Việc biến đổi đá silica thô ráp thành vật liệu tinh khiết cần thiết cho công nghệ là một quá trình phức tạp và tiêu tốn nhiều năng lượng:
Khai thác và nghiền quặng:Những khối đá khổng lồ được khai thác, thường bằng phương pháp nổ mìn có kiểm soát trong các mỏ lộ thiên, sau đó được nghiền thành những mảnh nhỏ hơn, đồng đều hơn.
Làm giàu quặng:Đá nghiền trải qua quá trình rửa, tách từ và tuyển nổi để loại bỏ hầu hết các tạp chất như đất sét, fenspat và các khoáng chất chứa sắt.
Xử lý ở nhiệt độ cao:Các mảnh thạch anh tinh khiết sau đó được nung ở nhiệt độ cực cao. Trong các lò hồ quang chìm, chúng phản ứng với các nguồn cacbon (như than cốc hoặc dăm gỗ) để tạo ra silic cấp luyện kim (MG-Si). Đây là nguyên liệu thô để sản xuất hợp kim nhôm và một số loại pin mặt trời.
Siêu thanh lọc:Đối với các thiết bị điện tử (chip bán dẫn) và pin mặt trời hiệu suất cao, MG-Si trải qua quá trình tinh chế tiếp theo. Quy trình Siemens hoặc lò phản ứng tầng sôi chuyển đổi MG-Si thành khí trichlorosilane, sau đó được chưng cất đến độ tinh khiết cực cao và lắng đọng dưới dạng thỏi polysilicon. Những thỏi này được cắt thành các tấm wafer siêu mỏng, trở thành lõi của vi mạch và pin mặt trời.
Động lực thúc đẩy: Trí tuệ nhân tạo, năng lượng mặt trời và phát triển bền vững
Sự gia tăng nhu cầu này được thúc đẩy bởi các cuộc cách mạng diễn ra đồng thời:
Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo:Các chất bán dẫn tiên tiến, đòi hỏi các tấm silicon ngày càng tinh khiết hơn, là động lực của trí tuệ nhân tạo. Trung tâm dữ liệu, chip AI và điện toán hiệu năng cao là những "người tiêu dùng" không ngừng nghỉ.
Mở rộng năng lượng mặt trời:Các sáng kiến toàn cầu thúc đẩy năng lượng tái tạo đã làm tăng vọt nhu cầu về tấm pin quang điện (PV). Silicon có độ tinh khiết cao là yếu tố thiết yếu cho các tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) dự báo công suất điện mặt trời PV sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2030, tạo áp lực rất lớn lên chuỗi cung ứng silicon.
Sản xuất tiên tiến:Thạch anh nung chảy có độ tinh khiết cao, được điều chế từ đá silica, rất quan trọng đối với các loại nồi nung dùng trong quá trình nuôi cấy tinh thể silicon, quang học chuyên dụng, dụng cụ phòng thí nghiệm chịu nhiệt độ cao và thiết bị sản xuất chất bán dẫn.
Sự cân bằng giữa tính bền vững và sự bền vững
Sự bùng nổ này không phải không đi kèm với những lo ngại đáng kể về môi trường và xã hội. Khai thác silica, đặc biệt là các hoạt động khai thác lộ thiên, làm thay đổi cảnh quan và tiêu thụ một lượng nước khổng lồ. Kiểm soát bụi là rất quan trọng do nguy cơ gây hại cho đường hô hấp của silica tinh thể (bệnh bụi phổi silic). Các quy trình tinh chế tiêu tốn nhiều năng lượng cũng góp phần làm tăng lượng khí thải carbon.
“Việc tìm nguồn cung ứng có trách nhiệm là tối quan trọng,” Maria Lopez, người đứng đầu bộ phận ESG của TechMetals Global, một nhà sản xuất polysilicon lớn, nhấn mạnh. “Chúng tôi kiểm tra nghiêm ngặt các nhà cung cấp đá silica của mình – không chỉ về độ tinh khiết, mà còn về quản lý nước, giảm thiểu bụi, kế hoạch phục hồi đất và sự tham gia của cộng đồng. Uy tín về môi trường của ngành công nghệ phụ thuộc vào một chuỗi cung ứng sạch từ khâu khai thác đến tận mỏ đá. Người tiêu dùng và nhà đầu tư đang yêu cầu điều đó.”
Tương lai: Đổi mới và khan hiếm?
Các nhà địa chất như Sarah Chen đang ở tuyến đầu. Hoạt động thăm dò đang mở rộng sang những khu vực mới, bao gồm cả các mỏ sâu hơn và các tầng địa chất trước đây bị bỏ qua. Việc tái chế silicon từ các tấm pin mặt trời và thiết bị điện tử đã qua sử dụng đang ngày càng phổ biến nhưng vẫn còn nhiều thách thức và hiện chỉ đáp ứng được một phần nhỏ nhu cầu.
“Với công nghệ hiện tại, lượng đá silica siêu tinh khiết có thể khai thác được với số lượng khả thi về mặt kinh tế là có hạn,” Chen cảnh báo, vừa lau mồ hôi trên trán dưới cái nắng gay gắt của Úc. “Việc tìm kiếm các mỏ mới đáp ứng tiêu chuẩn độ tinh khiết mà không tốn chi phí xử lý khổng lồ ngày càng khó khăn. Loại đá này… nó không phải là vô tận. Chúng ta cần coi nó như một nguồn tài nguyên chiến lược thực sự.”
Khi mặt trời lặn xuống phía sau mỏ Broken Hill, đổ bóng dài lên những đống silica trắng muốt lấp lánh, quy mô của hoạt động này càng làm nổi bật một sự thật sâu sắc. Bên dưới sự ồn ào của trí tuệ nhân tạo và ánh sáng rực rỡ của các tấm pin mặt trời là một loại đá cổ xưa, khiêm tốn. Độ tinh khiết của nó quyết định tốc độ tiến bộ công nghệ của chúng ta, biến cuộc tìm kiếm đá silica chất lượng cao trên toàn cầu trở thành một trong những câu chuyện công nghiệp quan trọng nhất, dù ít được chú ý, của thời đại chúng ta.
Thời gian đăng bài: 07-07-2025