BROKEN HILL, Úc – 7 tháng 7 năm 2025– Sâu thẳm trong vùng hẻo lánh nắng cháy của New South Wales, nhà địa chất kỳ cựu Sarah Chen chăm chú nhìn vào một mẫu lõi mới tách. Đá lấp lánh, gần giống như thủy tinh, với kết cấu ngọt ngào đặc trưng. “Đúng là hàng tốt đấy,” bà lẩm bẩm, một thoáng hài lòng len lỏi qua lớp bụi. “99,3% SiO₂. Mạch này có thể trải dài hàng cây số.” Chen không săn vàng hay đất hiếm; bà đang tìm kiếm một loại khoáng sản công nghiệp ngày càng quan trọng nhưng thường bị bỏ qua: quặng sắt độ tinh khiết cao.đá silica, nền tảng của thời đại công nghệ của chúng ta.
Không chỉ là cát
Thường được gọi một cách thông tục là đá thạch anh hoặc đá sa thạch cực kỳ tinh khiết, đá silica là một loại đá tự nhiên có thành phần chủ yếu là silicon dioxide (SiO₂). Trong khi cát silica được chú ý nhiều hơn, thì đá silica chất lượng caođá silicaCác mỏ này mang lại những lợi thế rõ rệt: độ ổn định địa chất cao hơn, ít tạp chất hơn, và trong một số trường hợp, khối lượng lớn phù hợp cho các hoạt động khai thác quy mô lớn, dài hạn. Tuy không hào nhoáng, nhưng vai trò của nó rất quan trọng.
“Thế giới hiện đại thực sự vận hành bằng silicon,” Tiến sĩ Arjun Patel, nhà khoa học vật liệu tại Viện Công nghệ Singapore, giải thích. “Từ con chip trong điện thoại đến tấm pin mặt trời trên mái nhà, kính cửa sổ, và cáp quang truyền tải tin tức – tất cả đều bắt đầu từ silicon siêu tinh khiết. Và tiền chất hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất cho silicon đó chính là đá silica có độ tinh khiết cao. Nếu không có nó, toàn bộ hệ sinh thái công nghệ và năng lượng xanh sẽ bị đình trệ.”
Cuộc chạy đua toàn cầu: Nguồn gốc và thách thức
Cuộc săn lùng cao cấpđá silicađang gia tăng trên toàn cầu. Các mỏ chính được tìm thấy ở:
Úc:Các khu vực như Broken Hill và Pilbara tự hào có những khối thạch anh cổ đại rộng lớn, được đánh giá cao vì 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, sở hữu nguồn tài nguyên thạch anh đáng kể. Spruce Ridge Resources Ltd. gần đây đã công bố kết quả phân tích đầy hứa hẹn từ dự án chủ lực của họ ở Tây Virginia, nhấn mạnh tiềm năng sản xuất silicon cấp năng lượng mặt trời của dự án này.
Brazil:Các mỏ thạch anh giàu có ở bang Minas Gerais là nguồn cung cấp chính, mặc dù những thách thức về cơ sở hạ tầng đôi khi cản trở việc khai thác.
Scandinavia:Na Uy và Thụy Điển sở hữu các mỏ chất lượng cao, được các nhà sản xuất công nghệ châu Âu ưa chuộng vì chuỗi cung ứng ngắn hơn và đáng tin cậy hơn.
Trung Quốc:Mặc dù là một nhà sản xuất lớn, nhưng vẫn còn lo ngại về các tiêu chuẩn môi trường và tính nhất quán về mức độ tinh khiết từ một số mỏ nhỏ hơn, khiến người mua quốc tế phải tìm kiếm các nguồn thay thế.
“Cạnh tranh rất khốc liệt,” Lars Bjornson, CEO của Nordic Silica Minerals, cho biết. “Mười năm trước, silica là một mặt hàng số lượng lớn. Ngày nay, các thông số kỹ thuật cực kỳ khắt khe. Chúng tôi không chỉ bán đá; chúng tôi còn bán nền tảng cho các tấm wafer silicon có độ tinh khiết cao. Các nguyên tố vi lượng như bo, phốt pho, hay thậm chí sắt ở mức phần triệu có thể gây ra thảm họa cho sản lượng bán dẫn. Khách hàng của chúng tôi yêu cầu sự chắc chắn về địa chất và quy trình xử lý nghiêm ngặt.”
Từ Mỏ đá đến Mảnh vụn: Hành trình thanh lọc
Việc chuyển đổi đá silica thô thành vật liệu nguyên sơ cần thiết cho công nghệ đòi hỏi một quá trình phức tạp và tốn nhiều năng lượng:
Khai thác và nghiền:Các khối đá lớn được khai thác, thường thông qua phương pháp nổ mìn có kiểm soát tại các mỏ lộ thiên, sau đó được nghiền thành các mảnh nhỏ hơn, đồng nhất.
Làm giàu:Đá nghiền được rửa, tách từ và tuyển nổi để loại bỏ hầu hết các tạp chất như đất sét, fenspat và khoáng chất chứa sắt.
Xử lý nhiệt độ cao:Các mảnh thạch anh tinh khiết sau đó được xử lý ở nhiệt độ cực cao. Trong 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 cho hợp kim nhôm và một số pin mặt trời.
Siêu thanh lọc:Đối với thiết bị điện tử (chip bán dẫn) và pin mặt trời hiệu suất cao, MG-Si trải qua quá trình tinh chế sâu hơn. 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: AI, Năng lượng mặt trời và Tính bền vững
Nhu cầu tăng đột biến được thúc đẩy bởi các cuộc cách mạng diễn ra đồng thời:
Sự bùng nổ của AI:Các chất bán dẫn tiên tiến, đòi hỏi các tấm wafer silicon ngày càng tinh khiết, chính 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 biết mệt mỏi.
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 pin mặt trời hiệu quả. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) dự đoán công suất PV mặt trời sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2030, tạo áp lực rất lớn lên chuỗi cung ứng silicon.
Sản xuất tiên tiến:Thạch anh nóng chảy có độ tinh khiết cao, có nguồn gốc từ đá silica, rất quan trọng đối với các nồi nấu kim loại dùng trong quá trình phát triển tinh thể silicon, quang học chuyên dụng, đồ dùng phòng thí nghiệm nhiệt độ cao và thiết bị sản xuất chất bán dẫn.
Sự bền vững trên dây
Sự bùng nổ này không phải không có những lo ngại đáng kể về môi trường và xã hội. Khai thác silica, đặc biệt là khai thác lộ thiên, làm thay đổi cảnh quan và tiêu thụ một lượng nước khổng lồ. Việc kiểm soát bụi là rất quan trọng do nguy cơ hô hấp của silica tinh thể (bệnh bụi phổi silic). Các quy trình tinh chế tiêu tốn nhiều năng lượng góp phần tạo ra lượng khí thải carbon.
“Nguồn cung ứng có trách nhiệm là tối quan trọng”, Maria Lopez, giám đốc ESG của TechMetals Global, một nhà sản xuất polysilicon lớn, nhấn mạnh. “Chúng tôi kiểm tra nghiêm ngặt các nhà cung cấp đá silica – không chỉ về độ tinh khiết, mà còn về quản lý nước, giảm thiểu bụi, kế hoạch cải tạo đất và sự tham gia của cộng đồng. Uy tín xanh của ngành công nghệ phụ thuộc vào chuỗi cung ứng sạch từ đầu mỏ đá. Người tiêu dùng và nhà đầu tư đang đòi hỏi 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 lĩnh vực mới, bao gồm các mỏ sâu hơn và các thành tạo trước đây bị bỏ qua. Việc tái chế silicon từ các tấm pin mặt trời và thiết bị điện tử đã hết hạn sử dụng đang ngày càng được chú ý nhưng vẫn còn nhiều thách thức và hiện chỉ đáp ứng được một phần nhỏ nhu cầu.
“Có một lượng hữu hạn đá silica có độ tinh khiết cực cao, khả thi về mặt kinh tế, có thể khai thác được bằng công nghệ hiện tại,” Chen cảnh báo, lau mồ hôi trên trán khi ánh nắng mặt trời Úc rọi xuống. “Việc tìm kiếm các mỏ mới đáp ứng các tiêu chuẩn về độ tinh khiết mà không phải chịu chi phí xử lý khổng lồ đang ngày càng khó khăn. Loại đá này… không phải là vô hạn. Chúng ta cần coi nó như một nguồn tài nguyên chiến lược thực sự.”
Khi mặt trời lặn xuống mỏ Broken Hill, phủ bóng dài lên những bãi silica trắng lấp lánh, quy mô của hoạt động này càng làm nổi bật một sự thật sâu sắc. Đằng sau tiếng ồn ào của AI và ánh sáng rực rỡ của các tấm pin mặt trời là một loại đá cổ xưa, khiêm nhường. Độ tinh khiết của nó quyết định tốc độ tiến bộ công nghệ của chúng ta, khiến cuộc tìm kiếm đá silica chất lượng cao trên toàn cầu trở thành một trong những câu chuyện công nghiệp quan trọng nhất, dù có phần khiêm tốn, của thời đại chúng ta.
Thời gian đăng: 07-07-2025