Nghe cái tên "đất hiếm" (Rare Earth Elements - REE) thì ai cũng nghĩ đây là thứ khan hiếm như vàng ròng, khó tìm lắm lắm. Nhưng mà sự thật là... các bác khoa học và địa chất bảo nó chẳng hiếm tí nào trong lòng đất cả!
Thật ra đất hiếm là một nhóm 17 nguyên tố hóa học gồm 15 nguyên tố nhóm Lanthan cộng thêm Scandium (Sc) và Yttrium (Y). Plot twist là một số loại như Cerium (Ce) còn nhiều hơn cả đồng hay kẽm nữa đó! Vậy mà sao lại gọi là "hiếm"? Và tại sao nó lại được coi là "vàng của thế kỷ 21" trong cuộc đua công nghệ toàn cầu?
Cái tên gây hiểu lầm này bắt đầu từ đâu?
Câu chuyện bắt nguồn từ cuối thế kỷ 18, khi các nhà khoa học lần đầu tách chiết được những nguyên tố này từ các khoáng vật phức tạp, trông không được phổ biến lắm và chỉ tìm thấy ở những vùng địa chất đặc biệt. Chúng được chiết xuất dưới dạng oxit (hợp chất với oxy), có dạng chất rắn, trơ, trông giống "đất" (earth) trong thuật ngữ hóa học thời xưa. Tìm thấy chúng trong các khoáng vật hiếm (rare mineral) nên người ta đặt tên là "đất hiếm" (rare earth) luôn.
Nhưng mà "hiếm" ở đây không có nghĩa là ít trong lòng đất đâu nhé! Nó hiếm là vì khó tìm được dạng quặng tập trung đủ lớn để khai thác dễ dàng và tiết kiệm chi phí. Khác với sắt hay nhôm thường tụ thành mỏ khổng lồ, đất hiếm lại phân tán rải rác khắp nơi. Chúng lẫn lộn với nhau và với nhiều khoáng chất khác, tạo thành các lớp mỏng hoặc phân bố ở nồng độ thấp trên diện rộng. Cái này khiến việc khai thác và thu hồi trở nên cực kỳ "nhức đầu" và tốn tiền mặc dù chúng có mặt gần như khắp nơi trên hành tinh. Giáo sư Aaron Noble từ Đại học Bách Khoa Virginia còn khẳng định đất hiếm "chắc chắn không hiếm như bạc, vàng hay bạch kim" đâu!
Khai thác và tinh chế: Game khó nhất hành tinh
Thách thức lớn nhất không phải là tìm được đất hiếm, mà là làm sao biến quặng thô thành kim loại tinh khiết để dùng được. Đây chính là lý do biến đất hiếm từ loại khoáng vật dồi dào thành nguồn cung khan hiếm trên thị trường.
Quá trình khai thác đất hiếm thường đi kèm với các vấn đề môi trường siêu nghiêm trọng luôn. Do các nguyên tố đất hiếm có tính chất hóa học giống nhau một cách bất thường, việc tách chúng ra khỏi nhau và khỏi tạp chất cần cả một chuỗi quy trình phức tạp, tốn kém và dùng nhiều hóa chất độc hại. Ví dụ, tách Neodymium khỏi Praseodymium, hay tách các nguyên tố đất hiếm nặng khỏi nhóm nhẹ cần công nghệ luyện kim chiết tách chất lỏng-chất lỏng siêu tiên tiến. Hoạt động này tạo ra một núi chất thải axit và bùn thải chứa các chất phóng xạ tự nhiên (NORM) như Uranium và Thorium, vốn thường nằm cùng trong quặng đất hiếm. Xử lý đống chất thải này mất tiền khổng lồ và cần công nghệ kiểm soát ô nhiễm nghiêm ngặt lắm.
Thêm nữa là phần lớn trữ lượng đất hiếm trên thế giới hiện được kiểm soát bởi một quốc gia, tạo ra sự phụ thuộc và rủi ro địa chính trị cực lớn cho chuỗi cung ứng toàn cầu. Điều này càng làm tăng cảm giác "hiếm" của loại vật liệu này trên thị trường, mặc dù trữ lượng tự nhiên vẫn còn rất nhiều.
Tại sao đất hiếm lại quan trọng đến vậy?
Nếu đất hiếm chỉ là loại khoáng vật khó khai thác thì chắc nó chẳng hot đến vậy. Nhưng mà chính những đặc tính từ tính, quang học và điện hóa đặc biệt của chúng đã biến đất hiếm thành "vitamin" không thể thiếu của ngành công nghiệp hiện đại!
Các nguyên tố đất hiếm được dùng để tạo ra nam châm vĩnh cửu siêu mạnh, nhỏ gọn nhưng hiệu suất cao như Neodymium (Nd), Praseodymium (Pr), Dysprosium (Dy) và Terbium (Tb). Những nam châm này là trái tim của mọi thiết bị công nghệ cao: từ động cơ xe điện, tua-bin gió, máy bay không người lái, ổ cứng máy tính, tai nghe, smartphone, cho đến các hệ thống vũ khí quân sự tiên tiến.
Ngoài ra, đất hiếm còn có vô vàn ứng dụng khác nữa. Cerium (Ce) làm chất xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý khí thải ô tô. Lanthanum (La) là thành phần quan trọng trong pin NiMH và thấu kính quang học chất lượng cao. Europium (Eu) và Terbium (Tb) làm vật liệu phát quang trong màn hình tivi và đèn LED. Trong y học, chúng được dùng để sản xuất thiết bị chụp MRI và một số loại thuốc điều trị ung thư nữa!
Nguồn: genk.vn
Thật ra đất hiếm là một nhóm 17 nguyên tố hóa học gồm 15 nguyên tố nhóm Lanthan cộng thêm Scandium (Sc) và Yttrium (Y). Plot twist là một số loại như Cerium (Ce) còn nhiều hơn cả đồng hay kẽm nữa đó! Vậy mà sao lại gọi là "hiếm"? Và tại sao nó lại được coi là "vàng của thế kỷ 21" trong cuộc đua công nghệ toàn cầu?
Cái tên gây hiểu lầm này bắt đầu từ đâu?
Câu chuyện bắt nguồn từ cuối thế kỷ 18, khi các nhà khoa học lần đầu tách chiết được những nguyên tố này từ các khoáng vật phức tạp, trông không được phổ biến lắm và chỉ tìm thấy ở những vùng địa chất đặc biệt. Chúng được chiết xuất dưới dạng oxit (hợp chất với oxy), có dạng chất rắn, trơ, trông giống "đất" (earth) trong thuật ngữ hóa học thời xưa. Tìm thấy chúng trong các khoáng vật hiếm (rare mineral) nên người ta đặt tên là "đất hiếm" (rare earth) luôn.
Nhưng mà "hiếm" ở đây không có nghĩa là ít trong lòng đất đâu nhé! Nó hiếm là vì khó tìm được dạng quặng tập trung đủ lớn để khai thác dễ dàng và tiết kiệm chi phí. Khác với sắt hay nhôm thường tụ thành mỏ khổng lồ, đất hiếm lại phân tán rải rác khắp nơi. Chúng lẫn lộn với nhau và với nhiều khoáng chất khác, tạo thành các lớp mỏng hoặc phân bố ở nồng độ thấp trên diện rộng. Cái này khiến việc khai thác và thu hồi trở nên cực kỳ "nhức đầu" và tốn tiền mặc dù chúng có mặt gần như khắp nơi trên hành tinh. Giáo sư Aaron Noble từ Đại học Bách Khoa Virginia còn khẳng định đất hiếm "chắc chắn không hiếm như bạc, vàng hay bạch kim" đâu!
Khai thác và tinh chế: Game khó nhất hành tinh
Thách thức lớn nhất không phải là tìm được đất hiếm, mà là làm sao biến quặng thô thành kim loại tinh khiết để dùng được. Đây chính là lý do biến đất hiếm từ loại khoáng vật dồi dào thành nguồn cung khan hiếm trên thị trường.
Quá trình khai thác đất hiếm thường đi kèm với các vấn đề môi trường siêu nghiêm trọng luôn. Do các nguyên tố đất hiếm có tính chất hóa học giống nhau một cách bất thường, việc tách chúng ra khỏi nhau và khỏi tạp chất cần cả một chuỗi quy trình phức tạp, tốn kém và dùng nhiều hóa chất độc hại. Ví dụ, tách Neodymium khỏi Praseodymium, hay tách các nguyên tố đất hiếm nặng khỏi nhóm nhẹ cần công nghệ luyện kim chiết tách chất lỏng-chất lỏng siêu tiên tiến. Hoạt động này tạo ra một núi chất thải axit và bùn thải chứa các chất phóng xạ tự nhiên (NORM) như Uranium và Thorium, vốn thường nằm cùng trong quặng đất hiếm. Xử lý đống chất thải này mất tiền khổng lồ và cần công nghệ kiểm soát ô nhiễm nghiêm ngặt lắm.
Thêm nữa là phần lớn trữ lượng đất hiếm trên thế giới hiện được kiểm soát bởi một quốc gia, tạo ra sự phụ thuộc và rủi ro địa chính trị cực lớn cho chuỗi cung ứng toàn cầu. Điều này càng làm tăng cảm giác "hiếm" của loại vật liệu này trên thị trường, mặc dù trữ lượng tự nhiên vẫn còn rất nhiều.
Tại sao đất hiếm lại quan trọng đến vậy?
Nếu đất hiếm chỉ là loại khoáng vật khó khai thác thì chắc nó chẳng hot đến vậy. Nhưng mà chính những đặc tính từ tính, quang học và điện hóa đặc biệt của chúng đã biến đất hiếm thành "vitamin" không thể thiếu của ngành công nghiệp hiện đại!
Các nguyên tố đất hiếm được dùng để tạo ra nam châm vĩnh cửu siêu mạnh, nhỏ gọn nhưng hiệu suất cao như Neodymium (Nd), Praseodymium (Pr), Dysprosium (Dy) và Terbium (Tb). Những nam châm này là trái tim của mọi thiết bị công nghệ cao: từ động cơ xe điện, tua-bin gió, máy bay không người lái, ổ cứng máy tính, tai nghe, smartphone, cho đến các hệ thống vũ khí quân sự tiên tiến.
Ngoài ra, đất hiếm còn có vô vàn ứng dụng khác nữa. Cerium (Ce) làm chất xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý khí thải ô tô. Lanthanum (La) là thành phần quan trọng trong pin NiMH và thấu kính quang học chất lượng cao. Europium (Eu) và Terbium (Tb) làm vật liệu phát quang trong màn hình tivi và đèn LED. Trong y học, chúng được dùng để sản xuất thiết bị chụp MRI và một số loại thuốc điều trị ung thư nữa!
Nguồn: genk.vn