Giải ngố về niken - Thứ kim loại quý nhưng không hiếm đang khiến chuỗi cung ứng toàn cầu điêu đứng

Thứ kim loại bóng loáng, trắng bạc ánh vàng đã đồng hành với nhân loại hơn 5.500 năm. Trong tổng sản lượng niken thế giới, 68% được sử dụng trong chế tạo thép không gỉ, 10% dùng để sản xuất hợp kim làm từ cơ sở niken và cơ sở đồng, 9% xuất hiện trong mạ không gỉ, 7% làm hợp kim thép, 3% dùng trong xưởng đúc.

Số còn lại (chỉ khoảng 3%) được dùng vào nhiều việc khác, trong đó có ngành sản xuất xe điện mới chớm nở, vốn sử dụng nhiều pin sạc chứa niken.

Hình ảnh một khối niken.

Mặt khác, ta có câu chuyện ngàn năm tuổi về lược sử kim loại niken. Khi người Đức thời Trung cổ phát hiện ra một thứ kim loại ánh vàng trông giống quặng đồng tại Erzgebirge (Núi Quặng), họ đã cố gắng chiết xuất đồng nhưng bất thành. Người thợ rèn đổ vạ cho Nickel, một nhân vật ưa quậy phá trong tín ngưỡng Đức, và gọi thứ kim loại tai quái là “kufernickel” (với “kufer” nghĩa là “đồng” trong tiếng Đức).

Năm 1751, Nam tước Axel Fredrik Cronstedt, nhà hóa học và khoáng vật học lỗi lạc của Thụy Điển, cố gắng tách đồng từ một khối kufernickel lấy từ khu mỏ trong khuôn viên làng Los. Trái với kỳ vọng, quá trình luyện kim đem lại cho ông một thứ kim loại trắng mà khoa học chưa biết tới.

Nam tước đặt tên cho kim loại là “Nickel”, phỏng theo giai thoại cũ của người Đức. Ngày nay, làng Los, xuất phát điểm của mẫu quặng lịch sử chứa “nickel - niken”, trở thành địa điểm du lịch nổi tiếng của Thụy Điển.

Tại Mỹ, đồng 5 xu chứa 1,1 gram niken, 3,75 gram đồng. Ở thời điểm tháng 4/2007, tổng trị giá hai kim loại trên trong đồng 5 xu chạm ngưỡng… 9 xu. Chênh lệch lớn đã khiến Cục Đúc tiền trực thuộc Bộ Ngân khố Hoa Kỳ tuyên bố cấm người dân “luyện” xu bán kim loại; người vi phạm có thể bị phạt tới 10.000 USD và ngồi tù tối đa 5 năm.

Đồng 5 cent của Mỹ chứa nhiều niken.

Kim loại dùng đại trà với quá trình khai thác không mấy dễ dàng

Bên cạnh hai kim loại sắt, cô-ban và đất hiếm gadolinium, niken là một trong 4 nguyên tố có tính sắt từ khi đặt trong nhiệt độ gần nhiệt độ phòng. Điều đó có nghĩa niken là một trong số nguyên tố được dùng trong sản xuất nam châm, và cũng bị hút mạnh bởi các thiết bị nam châm. Niken đang là kim loại thiết yếu trong sản xuất pin sạc, công nghệ làm nên sự thành công của xe điện. Tuy nhiên mới chỉ khoảng 3% sản lượng niken nuôi dưỡng ngành công nghiệp non trẻ.

Bên cạnh tính sắt từ được ứng dụng trong nhiều khía cạnh của công nghệ, niken còn là kim loại được sử dụng nhiều trong công nghiệp luyện kim và vô số hàng tiêu dùng khác.

Pin xe điện, hay pin sạc nhiều lần nói chung đều cần tới kim loại kền.

Nhờ đặc tính kháng ăn mòn, thợ rèn từ ngàn năm trước đã sử dụng niken để mạ cho vật dụng. Trong công nghiệp ngày nay, niken là thứ “thực phẩm chức năng” thiết yếu giúp hợp kim mạnh mẽ, cứng cáp và tăng cường sức dẻo dai. Danh sách nguyên tố có thể bắt cặp với niken để trở thành hợp kim bền chắc gồm có đồng, crom, chì, cô-ban, bạc và vàng.

Quý hiếm và được ứng dụng rộng rãi, nhưng chỉ một số ít niken tồn tại dưới dạng tinh khiết. Niken chiếm một phần rất nhỏ trong vỏ Trái đất, bên cạnh đó hiện hữu trong ruột của những thiên thạch niken-sắt vẫn lơ lửng ngoài không gian, chưa một lần tiếp xúc oxy trong khí quyển.

Trên Trái đất, niken thường xuất hiện cùng sulfur và sắt trong sulfide pentlandite, song hành với sulfur trong millerite, bắt cặp asen trong khoáng thạch nickeline, và tồn tại cùng cả asen và sulfur trong khoáng thạch tự nhiên galena niken. Vỏ Trái đất chứa tất cả 52 khoáng chất có nguyên tố niken.

Một centimet khối niken đã được tinh luyện bằng công nghệ điện phân đặt cạnh một khối muối niken kết tinh.

Tuy nhiên, ngành công nghiệp khai khoáng chủ yếu tìm niken trong hai vỉa quặng sau:

Đầu tiên là laterite - khái niệm chỉ một loại đất giàu sắt và nhôm thường hình thành tại vùng nhiệt đới nóng ẩm. Thành phần chính trong laterite bao gồm quặng sắt giàu niken limonite, bên cạnh đó là garnierite - một tổ hợp của niken chứa nước và silicate giàu niken.

Thứ hai, ngành khai khoáng còn tận dụng những vỉa quặng sulfide chứa nhiều khoáng chất pentlandite vốn giàu sắt và niken.

Theo khảo sát, niken chiếm 1% (có thể hơn) tổng trữ lượng tài nguyên trên đất liền, tương đương với ít nhất 130 triệu tấn. Trong số đó, khoảng 60% niken nằm tại laterite, 40% còn lại được trữ trong các vỉa sulfide.

Tầm quan trọng cao gia tăng rủi ro của một nguồn cung phụ thuộc

Theo ước tính, trữ lượng niken lớn nhất nằm tại Indonesia và Úc, chiếm 43,6% tổng trữ lượng niken toàn cầu. Thuận theo lẽ đó, Indonesia là quốc gia đứng đầu trong lượng niken khai thác được hàng năm.

Tổng hợp từ thông số khảo sát năm 2020, mỗi năm ngành khai khoáng mang từ lòng đất lên 2,5 triệu tấn niken, với Indonesia chiếm 760.000 tấn, Philippines chiếm 320.000 tấn, Nga chiếm 280.000 tấn, Úc chiếm 170.000. Tuy nhiên, doanh nghiệp sản xuất niken tinh luyện lớn nhất thế giới lại là Norilsk Nickel, quốc gia với sản lượng niken khai thác được chỉ nhiều thứ ba thế giới.

Xưởng sản xuất của Norilsk Nickel.

Với trụ sở đặt tại Moscow, doanh nghiệp tới từ Nga đang chịu nhiều sức ép từ những căng thẳng chính trị vẫn đang leo thang từng ngày. Ngay lập tức, nguồn cung niken của thế giới bị ảnh hưởng, trực tiếp tác động tới ngành xe điện đang trên đà thịnh vượng. Nhưng đây cũng là cơ hội cho những quốc gia sở hữu trữ lượng niken lớn nhận ra tiềm năng khổng lồ của mình.

Theo dữ liệu từ kênh Thông tin Chính phủ Việt Nam, tổng trữ lượng và tài nguyên niken ở Việt Nam ước tính khoảng 3,6 triệu tấn, tập trung chủ yếu ở các tỉnh Thanh Hóa với hơn 3 triệu tấn, Sơn La với 420.523 tấn và Cao Bằng với trữ lượng 133.677 tấn. Trong thời điểm nhiều biến động, tiềm năng từ những mỏ niken Việt Nam có thể giúp chúng ta khẳng định vị thế trong chuỗi cung ứng toàn cầu, đồng thời giúp Việt Nam tự chủ được công nghệ pin thiết yếu với thời đại công nghệ.

Lời kết

Nhân loại sẽ không bao giờ lo thiếu niken. Ngước lên cao hay nhìn sâu xuống dưới, ta đều thấy sự hiện diện của thứ kim loại quý giá.

Trữ lượng niken chỉ chiếm 1% trong tổng trữ lượng tài nguyên trên đất liền, nhưng trong lòng biển, ở độ sâu từ 3,5 tới 6 km so với mực nước biển, một mỏ niken trù phú vẫn đang đợi công nghệ phát triển chín muồi. Ngụ tại Vùng Nứt Clipperton ngoài khơi Thái Bình Dương, những khối đa kim nhỏ giàu đất hiếm và nhiều nguyên tố quý giá vẫn đang chờ chúng ta khai thác. Ước tính, trữ lượng niken trong những khối đa kim lên tới 1,7%.

Và khi tận dụng hết được nguồn năng lượng sẵn có trên Trái đất, nhân loại có thể hướng lên không gian để tìm chân trời chinh phục mới. Nắm trong tay khả năng khai thác khoáng sản trên thiên thạch, chúng ta có thể sớm trở thành giống loài ngự trị Hệ Mặt Trời.

Tạm thời mơ thế thôi đã. Để có được tương lai vẫn nằm trong khuôn viên rộng lớn của “viễn tưởng”, nhân loại cần đi lên từ những nền móng vững chắc nhất. Và một cái móng làm từ nhiều những khoáng vật quý báu, đơn cử như nikel/niken/kền, là một nền tảng vững chắc vậy.

• Dự án tiên phong hydro hóa 95% CO2 thành xăng của Trung Quốc
• Đáp án choáng váng về sự ra đời của công trình cự thạch Stonehenge 4.500 tuổi
• Bị đàn cá sấu phục kích khu cắm trại lúc nửa đêm, nhóm "phượt thủ" rơi vào tình huống sợ mất mật