Các nguyên tố đất hiếm (REE) bao gồm một tập hợp gồm 17 nguyên tố thiết yếu với nhiều ứng dụng, từ tia laser, phần cứng quân sự, đến nam châm điều khiển xe điện, tua bin gió và các thiết bị điện tử tiêu dùng như chất bán dẫn, máy tính, điện thoại, cùng nhiều loại sản phẩm khác.

Các nguyên tố đất hiếm và sự phát triển của nó

Kim loại đất hiếm là nền tảng của công nghệ, nó đang gây ra sự cạnh tranh toàn cầu và căng thẳng địa chính trị trên toàn cầu.

Trong hướng dẫn toàn diện này, chúng tôi đi sâu vào tầm quan trọng của các nguyên tố đất hiếm và kim loại hiếm, các ứng dụng đa dạng và vai trò then chốt của chúng trong thế giới ngày nay.

Trong vài thập kỷ qua, các nguyên tố đất hiếm đã biến thành ‘tài sản địa kinh tế’ có giá trị cao, ảnh hưởng đáng kể đến ‘địa chính trị’ toàn cầu. Nhu cầu gia tăng của nó diễn ra song song với những tiến bộ công nghệ và cách mạng công nghiệp, khiến đất hiếm trở thành động lực chính cho sự cân bằng quyền lực trên thế giới.

Cuộc đua công nghệ và đòn bẩy của Trung Quốc

Khi cuộc đua toàn cầu nhằm khẳng định sự thống trị trong ngành công nghiệp chip tăng cao, trong những năm gần đây, nỗi lo về các sự kiện an ninh đã trở thành động lực chính, khiến các quốc gia cố gắng đảm bảo chuỗi cung ứng bền vững cho những nguyên liệu quan trọng này.

Với ý nghĩ đó, mặc dù đất hiếm có sẵn tương đối rộng rãi trong tự nhiên, nhưng chỉ tập trung ở một vài khu vực trên thế giới. Vì vậy, chúng được xem là hiếm.

Trung Quốc đang sở hữu nguồn tài nguyên đất hiếm lớn nhất thế giới. Tính đến năm 2022, gã khổng lồ châu Á này nắm giữ 70% thị phần sản lượng khai thác trên toàn thế giới.

Trong khi đó, Hoa Kỳ phụ thuộc rất nhiều vào Trung Quốc như một nguồn cung cấp đất hiếm, chiếm tới 74% tổng lượng nguyên tố nhập khẩu của Hoa Kỳ từ năm 2018 đến năm 2021.

Các ứng dụng của đất hiếm

Dưới đây là danh sách các kim loại đất hiếm quan trọng và ứng dụng của nó đối với các ngành công nghiệp:

1. Antimon

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Nga và Tajikistan.

Dưới đây là một số ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp:

Chất bán dẫn: Antimon được sử dụng để cải thiện tính dẫn điện trong sản xuất chất bán dẫn, đặc biệt là trong sản xuất điốt và máy dò hồng ngoại.

Pin: Thành phần này được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin axit chì, thường được sử dụng trong xe và hệ thống cung cấp điện liên tục (UPS) để cải thiện hiệu suất và độ bền.

2. Dysprosi

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc gần như độc quyền hoàn toàn về loại khoáng sản này.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Lò phản ứng hạt nhân: Dysprosi được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân để điều chỉnh tốc độ phản ứng hạt nhân và quản lý việc giải phóng năng lượng.

Lưu trữ hydro: Hợp kim của nó được sử dụng trong vật liệu lưu trữ hydro, có thể quan trọng đối với các ứng dụng năng lượng sạch.

Năng lượng xanh: Hóa chất này đóng vai trò không thể thiếu trong các công nghệ năng lượng sạch, như tua-bin gió và xe điện EV.

Lưu trữ và đọc dữ liệu: Nó cũng là thành phần cốt lõi trong ổ cứng máy tính như một phần của hợp kim trong nam châm dùng để ghi dữ liệu.

3. Bari

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Ấn Độ và Maroc (Morocco).

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Khoan dầu khí: Các hợp chất bari, chẳng hạn như barit (bari sunfat), được sử dụng trong dung dịch khoan, dùng trong thăm dò dầu khí để giúp kiểm soát áp suất và ngăn ngừa nổ tung trong quá trình khoan.

Hình ảnh y tế: Bari sulfat thường được sử dụng trong chẩn đoán y tế như một chất tương phản để kiểm tra bằng tia X của hệ tiêu hóa.

Điện tử: Nó cũng được sử dụng trong sản xuất tụ điện và điện trở, cùng các linh kiện điện tử khác. Nó tìm thấy các ứng dụng trong viễn thông, cảm biến và bộ cộng hưởng.

4. Berili (Berillium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Hoa Kỳ, Trung Quốc và Brazil.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Hàng không vũ trụ và phòng thủ: Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao và độ ổn định nhiệt của Berillium, khiến nó có giá trị cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và quốc phòng. Nó được sử dụng trong việc xây dựng các thành phần cấu trúc nhẹ, gương vệ tinh và cửa sổ tia X cho máy dò cùng các phần cứng khác.

Công nghiệp hạt nhân: Kim loại được sử dụng trong một số loại lò phản ứng hạt nhân để làm chậm và chuyển hướng neutron, nâng cao hiệu quả của các phản ứng hạt nhân.

Vũ khí hạt nhân: Berillium cũng được sử dụng trong một số thiết kế vũ khí hạt nhân với vai trò là chất khởi tạo neutron. Các hạt alpha của nó gây ra phản ứng dây chuyền gây ra vụ nổ hạt nhân chính.

Điện tử và Viễn thông: Nó là thành phần quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn hiệu suất cao, bao gồm các mạch tích hợp và bóng bán dẫn.

5. Coban

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Cộng hòa dân chủ Congo, Indonesia và Nga.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Pin: Coban là thành phần quan trọng của pin lithium-ion, được sử dụng trong xe điện EV, thiết bị di động, máy tính xách tay, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo.

Năng lượng mặt trời: Nó có giá trị cao trong việc sản xuất pin mặt trời hiệu suất cao, đặc biệt là pin mặt trời đa chức năng, được sử dụng cho các ứng dụng không gian.

Hàng không vũ trụ và quốc phòng: Siêu hợp kim gốc coban được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ và quốc phòng để chế tạo các bộ phận cho động cơ máy bay, tua bin khí và các ứng dụng nhiệt độ cao khác.

Điện tử: Coban là nguyên liệu chính trong sản xuất ổ cứng và các thiết bị lưu trữ dữ liệu khác.

Pin sạc cho thiết bị điện tử cầm tay: Khoáng chất này được sử dụng để sản xuất pin sạc dùng trong thiết bị điện tử cầm tay, dụng cụ điện và các ứng dụng khác.

Dầu mỏ và hóa dầu: Chất xúc tác gốc coban được sử dụng trong quá trình lọc và sản xuất dầu mỏ và hóa dầu.

Xạ trị: Coban-60, một đồng vị phóng xạ của coban, được sử dụng trong xạ trị để điều trị ung thư. Nó phát ra tia gamma có thể hướng vào các khối u để tiêu diệt tế bào ung thư.

6. Gali (Gallium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Nga và Ukraine.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Công nghiệp bán dẫn: Gallium là thành phần quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn, bao gồm mạch tích hợp và đèn LED.

Làm mát bằng kim loại lỏng: Nó cũng được sử dụng để làm mát các linh kiện điện tử trong các hệ thống hiệu suất cao, chẳng hạn như máy tính và máy chủ chơi game.

Quang điện: Gallium được sử dụng trong một số loại pin mặt trời, bao gồm cả pin dùng trong các ứng dụng không gian, do khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng của nó.

Hàng không vũ trụ: Loại đất hiếm này là thành phần quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ vì nó được sử dụng trong chất bán dẫn, cảm biến và các linh kiện điện tử khác trong máy bay và tàu vũ trụ.

Hệ thống làm mát: Hợp kim kim loại lỏng gốc gali được sử dụng trong các hệ thống làm mát tiên tiến cho các thiết bị điện tử hiệu suất cao.

7. Germani (Germanium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Nga và Hoa Kỳ.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Công nghiệp bán dẫn: Germanium được sử dụng trong sản xuất các thiết bị điện tử chuyên dụng, chẳng hạn như bóng bán dẫn hiệu suất cao và công nghệ nhìn đêm.

Truyền thông sợi quang: Kim loại đất hiếm này cũng được sử dụng trong các hệ thống thông tin sợi quang để cho phép truyền tín hiệu ánh sáng trên khoảng cách xa.

Năng lượng mặt trời: Pin mặt trời đa điểm nối cho các ứng dụng không gian phụ thuộc rất nhiều vào kim loại đất hiếm này. Những tế bào này được sử dụng trong các tấm pin mặt trời trên vệ tinh và tàu vũ trụ, vì chúng có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng một cách hiệu quả trong môi trường không gian.

Máy dò và cảm biến: Germanium rất quan trọng trong các ứng dụng vật lý hạt nhân và thí nghiệm vật lý hạt.

Thiết bị nhiệt điện: Nó rất hiệu quả trong việc chuyển đổi nhiệt thải từ các nguồn như quy trình công nghiệp hoặc động cơ ô tô thành điện năng có thể sử dụng được. 

Hợp kim: Hợp kim của nó rất hiệu quả trong việc chế tạo các thiết bị điện tử tốc độ cao và tần số cao được sử dụng trong truyền thông tiên tiến, công nghệ sóng milimet – dùng cho radar và vệ tinh – điện toán lượng tử và ngành công nghiệp bán dẫn.

8. Lithi (Lithium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Úc, Chile và Trung Quốc.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Xe điện và pin: Một trong những ứng dụng nổi tiếng nhất của lithium là chế tạo pin lithium-ion có thể sạc lại. Những loại pin này được sử dụng trong xe điện EV, điện thoại thông minh, máy tính xách tay, xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo.

Hàng không vũ trụ: Lithium cũng được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, bao gồm tàu ​​vũ trụ và vệ tinh, do khả năng cung cấp năng lượng đáng tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.

Lò phản ứng hạt nhân: Đất hiếm này rất quan trọng trong việc sản xuất triti, thành phần chính tạo ra lượng năng lượng lớn trong một số lò phản ứng hạt nhân.

9. Indi (Indium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Chất bán dẫn: Indium được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử khác nhau, chẳng hạn như bóng bán dẫn và thiết bị nhiệt điện dùng để chuyển đổi nhiệt thành năng lượng – giúp giảm thiểu tối đa sự thất thoát năng lượng.

Vật liệu quang điện: Nó cũng được sử dụng trong sản xuất vật liệu quang điện cho pin mặt trời, đặc biệt là những vật liệu có đặc tính chuyển đổi năng lượng tiên tiến.

Màn hình bảng điều khiển: Một thành phần thiết yếu trong sản xuất màn hình cảm ứng, bao gồm màn hình LCD và màn hình OLED.

10. Erbi (Erbium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng theo thông tin công khai mới nhất: Trung Quốc, Úc và Hoa Kỳ.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Truyền thông sợi quang: Bộ khuếch đại sợi pha tạp Erbium (EDFA) được sử dụng để khuếch đại tín hiệu quang trong mạng truyền thông cáp quang. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường tín hiệu khi chúng di chuyển quãng đường dài qua các sợi quang.

Lò phản ứng hạt nhân: Kim loại đất hiếm Erbium có thể hấp thụ neutron nhiệt và được sử dụng làm chất hấp thụ neutron có thể đốt cháy trong một số lò phản ứng hạt nhân.

Phẫu thuật Laser: Laser Erbium được sử dụng trong một số quy trình phẫu thuật vì khả năng cắt mô với độ chính xác cao, đồng thời giảm thiểu tổn thương nhiệt cho các khu vực xung quanh.

11. Niobi (Niobium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Brazil gần như thống trị hoàn toàn, tiếp theo là Canada nhưng có khoảng cách sản xuất lớn.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Siêu hợp kim: Niobium được sử dụng làm nguyên tố hợp kim trong siêu hợp kim, là vật liệu có độ bền cao được sử dụng trong động cơ tua bin khí và hàng không vũ trụ.

Điện tử: Tụ điện oxit Niobi được sử dụng trong các thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác.

Công nghiệp hạt nhân: Hợp kim của nó cũng được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân do khả năng chống ăn mòn và phá hủy bức xạ.

Hàng không vũ trụ: Nguyên tố này được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ nhờ độ bền nhiệt độ cao và khả năng chống ăn mòn.

Chất xúc tác: Các hợp chất của nó được sử dụng làm chất xúc tác trong một số phản ứng hóa học, đặc biệt là trong ngành hóa dầu.

Sản xuất thép: Niobium được thêm vào thép để cải thiện độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn. Nó được sử dụng trong xây dựng, đường ống và các ứng dụng kết cấu khác.

Chất siêu dẫn: Một số hợp kim của nó cũng được sử dụng để chế tạo nam châm siêu dẫn. Những nam châm này được sử dụng trong các ứng dụng như máy chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI), máy gia tốc hạt và nghiên cứu nhiệt hạch.

12. Tanta (Tantalum)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Cộng hòa dân chủ Congo, Brazil và Rwanda.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Điện tử: Tantalum được sử dụng rộng rãi trong điện tử do điện dung, độ tin cậy và độ ổn định cao trong phạm vi nhiệt độ rộng. Nó được tìm thấy trong nhiều loại thiết bị, bao gồm điện thoại thông minh, máy tính và thiết bị điện tử ô tô.

Hàng không vũ trụ và quốc phòng: Nguyên tố đất hiếm Tantalum cũng cực kỳ có giá trị trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và quốc phòng. Nó được sử dụng trong các bộ phận như cánh tuabin, vòi phun tên lửa và các bộ phận kết cấu máy bay.

Xử lý hóa học: Loại đất hiếm này thích hợp để sử dụng trong các thiết bị xử lý hóa học, bao gồm lò phản ứng, bộ trao đổi nhiệt và đường ống.

Chất bán dẫn: Tantalum là nguyên tố quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn và mạch tích hợp tiên tiến.

13. Rhenium

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Chile, Hoa Kỳ và Ba Lan.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Siêu hợp kim: Rhenium là kim loại đất hiếm quan trọng trong siêu hợp kim được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao, chẳng hạn như động cơ máy bay và cánh tuabin khí.

Chất xúc tác: Nó cũng là chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau, đặc biệt là trong sản xuất xăng có chỉ số octan cao. Đất hiếm này cũng được sử dụng trong các quá trình cải cách xúc tác trong ngành hóa dầu.

Lò phản ứng hạt nhân: Một số thành phần của lò phản ứng hạt nhân được sản xuất bằng Rhenium do khả năng chống lại sự bắn phá neutron và độ ổn định ở nhiệt độ cao.

Chất bán dẫn: Rhenium có thể được sử dụng trong các màng mỏng cho một số ứng dụng bán dẫn, bao gồm cả việc lắng đọng lên các tấm silicon – nguyên tố không thể thiếu để sản xuất chip.

14. Selen (Selenium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Nhật Bản và Nga.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Tế bào quang điện: Selenium được sử dụng nhiều trong sản xuất pin mặt trời màng mỏng, đặc biệt là pin mặt trời indium gallium selenide (CIGS). Những ‘tế bào’ này có khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng một cách hiệu quả.

Điện tử: Một loạt các thiết bị quang điện và quang dẫn, ngoài một số bộ chỉnh lưu và thiết bị chống sét lan truyền, đều sử dụng các nguyên tố đất hiếm.

15. Tellurium

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Nga và Nhật Bản.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Hợp kim: Được sử dụng trong các hợp kim khác nhau để cải thiện khả năng gia công, độ bền và khả năng chống ăn mòn của kim loại. Ví dụ, nó được thêm vào chì để tạo ra hợp kim chì-telurium dùng trong các ứng dụng điện như phát điện và truyền tải điện.

Vật liệu nhiệt điện: Dùng trong sản xuất vật liệu nhiệt điện có khả năng chuyển hóa nhiệt năng thành điện năng hoặc ngược lại. Những vật liệu này có ứng dụng trong sản xuất điện và thu hồi nhiệt thải.

Quang điện tử: Các hợp chất đất hiếm Tellurium được sử dụng trong máy dò hồng ngoại, tia laser và các thiết bị quang điện tử khác.

16. Titan

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Mozambique và Nam Phi.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Hàng không vũ trụ và hàng không: Được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ cho các bộ phận máy bay, bao gồm khung máy bay, thiết bị hạ cánh và các bộ phận động cơ.

Quốc phòng và quân sự: Kim loại này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng quân sự, bao gồm xe bọc thép, tàu hải quân và máy bay do sức mạnh và khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt.

Thiết bị công nghiệp: Titan rất cần thiết trong các thiết bị công nghiệp khác nhau như bình xử lý hóa chất, bộ trao đổi nhiệt và máy bơm.

Công nghiệp ô tô: Cũng được sử dụng trong các bộ phận ô tô hiệu suất, chẳng hạn như hệ thống ống xả, bộ phận treo và bộ phận động cơ.

Khám phá không gian: Các sứ mệnh không gian và tàu vũ trụ cũng sử dụng kim loại đất hiếm này do khả năng chịu được các điều kiện khắc nghiệt của không gian và trọng lượng nhẹ của nó.

17. Vanadi

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Trung Quốc, Nga và Nam Phi.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Sản xuất thép: Một trong những ứng dụng chính của vanadi là làm nguyên tố hợp kim trong sản xuất thép. Thép Vanadi được biết đến với độ bền và độ dẻo dai cao nên được sử dụng trong xây dựng, khung ô tô và dụng cụ.

Hàng không vũ trụ: Vanadi là thành phần chính trong các ứng dụng hàng không vũ trụ do đặc tính độ bền cao và khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt. Nó được sử dụng trong các bộ phận máy bay, vòi phun tên lửa và các bộ phận khác.

Pin: Pin dòng oxi hóa khử Vanadi (VRFB) là loại pin sạc được sử dụng để lưu trữ năng lượng trong các hệ thống năng lượng tái tạo và các ứng dụng ở cấp độ lưới điện.

Công nghiệp hạt nhân: ‘Hóa chất’ này cũng được sử dụng trong một số ứng dụng hạt nhân do khả năng hấp thụ neutron và khả năng chống ăn mòn của nó.

18. Zirconi (zirconium)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Úc, Nam Phi và Trung Quốc.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Lò phản ứng hạt nhân: Nguyên tố này được coi là vật liệu lý tưởng để chứa và bảo vệ nhiên liệu hạt nhân.

Hàng không vũ trụ và phòng thủ: Hợp kim zirconium được sử dụng trong các bộ phận máy bay và tàu vũ trụ do độ bền cao, mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn trong các điều kiện khắc nghiệt.

Lưu trữ chất thải hạt nhân: Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong việc lưu trữ chất thải hạt nhân do khả năng đóng gói và cố định các vật liệu phóng xạ.

19. Hafnium (Hafni)

Các nhà sản xuất hàng đầu theo thứ hạng: Pháp, Hoa Kỳ và Nga.

Ứng dụng quan trọng nhất của nó trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Lò phản ứng hạt nhân: Hafnium giúp điều chỉnh tốc độ phản ứng hạt nhân và giải phóng năng lượng trong các lò phản ứng, khiến nó trở thành REE quan trọng trong các dự án năng lượng hạt nhân.

Động cơ tua bin khí: Nó cũng là một bộ phận thiết yếu cho động cơ tua bin khí và các ứng dụng hàng không vũ trụ, bao gồm ống lót đốt và các bộ phận động cơ phản lực.

Chất bán dẫn: Hafnium được sử dụng làm vật liệu cách điện trong sản xuất chất bán dẫn và giúp cải thiện hiệu suất của các thiết bị bán dẫn tiên tiến.

Sản xuất phụ gia: Hafnium cũng là thành phần chính trong quy trình in 3D và sản xuất phụ gia để sản xuất các linh kiện hiệu suất cao cho ngành hàng không vũ trụ và các ngành công nghiệp khác.