1. Nguyên tố đất hiếm là gì?
Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ, nguyên tố đất hiếm (REE) là một tập hợp của 17 nguyên tố kim loại. Chúng bao gồm 15 kim loại trong nhóm lanthanides trong bảng tuần hoàn cộng với scandium và yttrium.
[15 kim loại thuộc nhóm lanthanides bao gồm: Lantan, xerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium và lutetium].
Theo Geoscience News and Information, các nguyên tố đất hiếm đều là kim loại, và nhóm này thường được gọi là “kim loại đất hiếm”. Những kim loại này có nhiều đặc tính giống nhau, và điều đó thường khiến chúng được tìm thấy cùng nhau trong các trầm tích địa chất. Chúng còn được gọi là “oxit đất hiếm” vì nhiều trong số chúng thường được bán dưới dạng hợp chất oxit.
2. Tại sao vật liệu đất hiếm lại quan trọng?
Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ cho biết, vật liệu đất hiếm là một phần thiết yếu của nhiều thiết bị công nghệ cao. Kim loại đất hiếm và hợp kim có chứa chúng được sử dụng trong các lĩnh vực như hàng không, quốc phòng, công nghiệp vũ trụ và y sinh…
Một vài oxit chất hiếm. Theo chiều kim đồng hồ từ tâm trên cùng (màu đen) gồm có: Praseodymium, xerium, lantan, neodymium, samarium và gadolinium. Ảnh: Peggy Greb, USDA image gallery.
Trong báo cáo “Going Critical” của Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ có đoạn:
“Nguyên tố đất hiếm (REE) là thành phần cần thiết của hơn 200 sản phẩm trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là các sản phẩm tiêu dùng công nghệ cao, chẳng hạn như điện thoại di động, ổ cứng máy tính, xe điện và xe hybrid, màn hình phẳng và ti vi.
Các ứng dụng quốc phòng quan trọng bao gồm màn hình điện tử, hệ thống dẫn đường, laser và hệ thống radar và sonar.
Mặc dù lượng REE được sử dụng trong một sản phẩm có thể không phải là một phần đáng kể của sản phẩm đó theo trọng lượng, giá trị hoặc thể tích, nhưng REE rất cần thiết để một thiết bị hoạt động. Ví dụ, nam châm làm bằng REE thường chỉ chiếm một phần nhỏ của tổng trọng lượng, nhưng nếu không có chúng, động cơ trục chính và cuộn dây thoại của máy tính để bàn và máy tính xách tay sẽ không thể hoạt động được.
Năm 1993, 38% sản lượng REE trên thế giới là ở Trung Quốc, 33% ở Mỹ, 12% ở Úc, và 5% là ở Malaysia, và 5% ở Ấn Độ. Một số quốc gia khác, bao gồm Brazil, Canada, Nam Phi, Sri Lanka và Thái Lan, chiếm phần còn lại.
Tuy nhiên, vào năm 2008, Trung Quốc chiếm hơn 90% sản lượng REE trên thế giới, và đến năm 2011, Trung Quốc chiếm 97% sản lượng thế giới”.
VAI TRÒ CỦA VẬT LIỆU ĐẤT HIẾM TRONG LĨNH VỰC CỤ THỂ
Trong công nghệ
Geoscience News and Information cho biết, trong suốt 20 năm qua, đã có sự bùng nổ về nhu cầu đối với nhiều mặt hàng yêu cầu kim loại đất hiếm. 20 năm trước, rất ít người sở hữu điện thoại di động, nhưng ngày nay hơn 5 tỷ người sở hữu thiết bị di động.
Việc sử dụng các nguyên tố đất hiếm trong máy tính cũng đã phát triển nhanh như điện thoại di động. Nhiều loại pin sạc được làm bằng hợp chất đất hiếm. Nhu cầu về pin đang được thúc đẩy bởi nhu cầu về các thiết bị điện tử cầm tay (bên cạnh điện thoại di động) như máy đọc sách, máy tính xách tay và máy ảnh.
Trong xe điện
Một vài kilogram hợp chất đất hiếm có trong pin cung cấp năng lượng cho mọi xe điện và xe điện lai. Khi những lo ngại về độc lập năng lượng, biến đổi khí hậu và các vấn đề khác thúc đẩy việc bán xe điện và xe hybrid, nhu cầu về pin làm bằng hợp chất đất hiếm sẽ còn tăng nhanh hơn trên quy mô toàn cầu.
Ngoài ra, đất hiếm được sử dụng làm chất xúc tác, phốt pho và các hợp chất đánh bóng. Chúng được sử dụng để kiểm soát ô nhiễm không khí, màn hình chiếu sáng trên các thiết bị điện tử và đánh bóng thủy tinh chất lượng quang học. Tất cả các sản phẩm này dự kiến sẽ có nhu cầu tăng cao.
Các chất khác có thể được thay thế cho các nguyên tố đất hiếm trong các mục đích sử dụng quan trọng nhất của chúng; tuy nhiên, những sản phẩm thay thế này thường kém hiệu quả và tốn kém.
Trong quốc phòng
Nguyên tố đất hiếm đóng một vai trò thiết yếu trong quốc phòng. Quân đội sử dụng kính nhìn đêm, vũ khí dẫn đường chính xác, thiết bị liên lạc, thiết bị GPS, pin và các thiết bị điện tử quốc phòng khác. Và tất cả chúng đều cần sự có mặt của vật liệu đất hiếm.
Kim loại đất hiếm là thành phần chính để tạo ra các hợp kim rất cứng được sử dụng trong xe bọc thép. Chất thay thế có thể được sử dụng cho các vật liệu đất hiếm trong một số ứng dụng quốc phòng, tuy nhiên, những sản phẩm thay thế đó thường không hiệu quả và làm giảm ưu thế quân sự.
Một số công dụng khác của các nguyên tố đất hiếm cụ thể, được tóm tắt trong bảng này:
Nguồn: Geoscience News and Information
NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM CÓ THỰC SỰ ‘HIẾM’ KHÔNG?
Nguyên tố đất hiếm không quá “hiếm” như tên gọi của nó. Thực tế, nguyên tố đất hiếm tương đối phong phú trong vỏ Trái Đất, nhưng nồng độ có thể khai thác được của chúng lại ít phổ biến hơn so với hầu hết các loại quặng khác.
Thulium và lutetium là hai nguyên tố đất hiếm ít phong phú nhất – nhưng chúng đều có độ phong phú trung bình ở lớp vỏ Trái Đất lớn hơn gần 200 lần so với lượng vàng ở lớp vỏ Trái Đất. Tuy nhiên, 2 nguyên tố đất hiếm này rất khó khai thác vì sẽ rất khó tìm thấy chúng ở nồng độ đủ cao để khai thác một cách kinh tế.
Các nguyên tố đất hiếm phong phú nhất là xerium, yttrium, lantan và neodymium. Chúng có độ phong phú trung bình ở lớp vỏ Trái Đất tương tự như các kim loại công nghiệp thường được sử dụng như crom, niken, kẽm, molypden, thiếc, vonfram và chì.
Tuy nhiên, vấn đề khiến chúng ‘hiếm’ là vì chúng hiếm khi được tìm thấy ở nồng độ có thể chiết xuất kinh tế (tiết kiệm) được.
Trên thế giới, Trung Quốc là nước sản xuất vật liệu đất hiếm lớn nhất thế giới [năm 2011 khi họ kiểm soát khoảng 97% sản lượng đất hiếm trên thế giới]. Bên cạnh đó, Trung Quốc cũng là nước tiêu thụ lớn nhất. Họ sử dụng đất hiếm chủ yếu để sản xuất các sản phẩm điện tử phục vụ thị trường trong nước và xuất khẩu, Geoscience News and Information thông tin.
Trong khi đó, Nhật Bản và Mỹ là những nước tiêu thụ nguyên liệu đất hiếm lớn thứ hai và thứ ba trên thế giới.
Ngoài Trung Quốc, các quốc gia khác cũng bắt đầu sản xuất đất hiếm từ cách đây khoảng 10 năm đến nay.
Các mỏ ở Úc bắt đầu sản xuất oxit đất hiếm vào năm 2011. Trong năm 2012 và 2013, họ đã cung cấp khoảng 2% đến 3% sản lượng thế giới.
Mỏ đất hiếm Mountain Pass, ảnh chụp từ trên không. Mỏ lộ thiên lớn này nằm ở dãy núi Clark, California, Mỹ. Được vận hành bởi Molycorp, đây là mỏ oxit đất hiếm (REO) duy nhất ở Tây bán cầu. Ảnh: MASSIMO BREGA / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Vào năm 2012, mỏ Mountain Pass ở bang California đã đi vào hoạt động trở lại, giúp Mỹ sản xuất khoảng 4% vật liệu đất hiếm trên thế giới vào năm 2013. Sản lượng vật liệu đất hiếm ở Brazil, Malaysia, Nga, Thái Lan vẫn tiếp tục hoặc tăng lên.
Với việc Thổ Nhĩ Kỳ phát hiểm mỏ đất hiếm lớn thứ hai thế giới, nhiều quốc gia hy vọng, đây sẽ là nguồn cung đất hiếm dồi dào trong bối cảnh thế giới đang cần nguyên liệu đất hiếm cho nhiều ngành công nghiệp trọng yếu.