Trung Quốc kiểm soát xuất khẩu gali và germani

Trung Quốc mới đây tuyên bố những lệnh kiểm soát xuất khẩu không-nói-cụ-thể lên 36 kim loại và khoáng vật: dường như là phản ứng lại Hà Lan áp đặt những hạn chế xuất khẩu lên những công nghệ sản xuất như quang khắc - hai khoáng vật nằm trong danh sách đã gây xôn xao dư luận là gali và germani

Germani
germani là á kim, giống như boron, thạch tín và silic tác giả Zhang Zhouxiang của báo China Daily đã tuyên bố rằng germani hiếm hơn vàng: nhưng wikipedia trích dẫn cả Barbalace và WebElements rằng germani chiếm 1.8 hoặc 1.4 phần một triệu trong lớp vỏ trái đất - trong khi, vàng trong lớp vỏ trái đất chỉ có 0.0011 hoặc 0.0031 phần một triệu kim loại germani tinh khiết có giá 1500 đôla Mỹ một kilogam, germani ôxit chỉ có giá 700 đôla một kilogam: hiện tại, vàng có giá 61700 đôla một kilogam

Nguồn cung germani
Mỹ có mỏ chứa quặng germani ở Alaska, Washington và Tennessee: nhưng nhìn chung thì không bỏ công tìm nguồn dự trữ toàn cầu germani - như Zhang Zhouxiang viết trên báo China Daily vì germani, và cả gali, không khả thi kinh tế nếu khai thác riêng: vấn đề luôn nằm ở việc tinh chế - germani không tách riêng lẻ trong tự nhiên mà tích tụ thành những cụm trong những khoáng vật quặng với những thứ khác như quặng thiếc-đồng-chì cho nên ngày nay, phần lớn germani có được là phụ phẩm của những công đoạn khác: đâu đó 60% cung toàn cầu là từ việc tinh chế thiếc, 20% là từ tro than bay lên từ những nhà máy điện đốt than tái chế cũng cung cấp nhiều germani: khảo sát địa chất Mỹ cho thấy 60% kim loại germani mà Mỹ sản xuất ra đã được tái chế cho sử dụng lần sau - một lượng lớn từ những thùng đã ngừng hoạt động [decommissioned] từ năm 2012 đến 2016 Trung Quốc sản xuất 80% lượng germani thế giới, Phần Lan sản xuất 10% và Nga làm 5%, trong khi Mỹ và Nhật Bản làm 2%

Mỹ nhập khẩu hơn nửa nhu cầu germani

Canada có 2 nhà máy tinh chế ở bang British Columbia thuộc sở hữu của tập đoàn Teck làm khai khoáng: xử lý những hợp kim thiếc chứa germani, khai thác từ Alaska

Nhu cầu germani
bóng bán dẫn đầu tiên làm từ germani, trước thập niên 1960 khi ngành đổi sang silic

một ước tính thị trường người dùng cuối cho germani cho thấy những hệ thống tia hồng ngoại chiếm 30%, cáp quang chiếm 20% và chất xúc tác polymer chiếm 20% nữa, còn lại chia ra tấm panel mặt trời và mục đích khác như nghiên cứu

cho những hệ thống tia hồng ngoại, germani được sử dụng làm một cửa sổ quang học và vật liệu thấu kính vì tia hồng ngoại đi xuyên qua nguyên tố này: có thể dùng hợp chất thiếc selenide, thiếc đi-sulfide để thay thế cho kính germani - nhưng hiệu năng sẽ giảm cho sợi cáp quang, germani ôxit được ứng dụng nhiều nhất cho trường hợp sử dụng này ở Mỹ: chiếm 40% nhu cầu germani - germani ôxit được pha tạp [dope] vào kính silic để hạn chế sự suy giảm tín hiệu triển khai mạng 5G sẽ cần thêm sợi cáp quang: ví dụ từ năm 2018 đến 2020 công ty Verizon mua 19.96 triệu kilomet sợi cáp quang - đến nay chưa có lựa chọn thay thế nào khác germani ôxit đủ sức cạnh tranh công nghiệp, đã có thí nghiệm với fluorine nhưng chưa đủ cho trường hợp sử dụng làm chất xúc tác polymer, germani được dùng trong sản xuất chai nhựa PET [poly ethylen terephthalat] để nhựa PET không bị phai màu: ở Mỹ nhu cầu không đáng kể nhưng trên toàn cầu thì đây là trường hợp sử dụng nhiều nhất của germani cho tấm panel mặt trời, hợp kim germani được dùng làm một lớp nền [substrate] cho những tấm panel mặt trời hiệu-suất-cao: đắt hơn những tấm panel dựa-trên-silic nên thích hợp hơn cho những vệ tinh - nhưng đang mong chờ là sẽ thay đổi, có thể... vì silic vẫn là một lựa chọn đối thủ đáng gờm cho lĩnh vực điện tử, germani được ứng dụng lẻ tẻ, vá víu: ví dụ bismuth germani ôxit để sản xuất những tinh thể nhấp nháy cho máy chụp cắp lớp phát xạ positron [PET positron emission tomography] hay một tấm nền [substrate] germani cho đèn LED ngày nay, một số đang nhắc đến những hợp kim silic-germani cho những ứng dụng tần số vô tuyến: nhưng nhìn chung thì germani đã không còn ứng dụng trong ngành bán dẫn

Thiếu hụt germani
tháng 1 năm 2018 một vụ nổ - hình như là bụi than - ở một trong hai nhà máy tinh chế của Teck ở Canada và đã khiến giá kim loại germani tăng từ khoảng 1250-1400 đôla lên thành 1720-1800 đôla sau nửa năm: tuy nhiên, các thương gia đã cảm thấy thị trường germani bị thừa cung vì những sửa chữa đang trì hoãn của nhà máy tinh chế Teck năm 2022 tổng giá trị germani được tiêu thụ ở Mỹ chỉ khoảng 39 triệu đôla: Teck là một trong những nhà cung cấp germani hàng đầu thế giới nhưng germani cũng chỉ chiếm 2% doanh thu tập đoàn - germani được sử dụng rộng rãi và được cung cấp bởi nhiều quốc gia

Gali
gali là kim loại yếu [post-transition] như indi, thiếc và nhôm gali có màu xanh nước biển ánh bạc và khá mềm: cùng với thuỷ ngân, ceasi và rubidi thì gali là kim loại duy nhất sẽ có thể lỏng ở nhiệt độ phòng gali sẽ tan chảy trong lòng bàn tay, nhưng không nên ngậm vào miệng: mặc dù gali không độc hại nhưng có thể làm rát họng, buồn nôn và gây nghẹn gali chiếm 18-19 phần một triệu trong lớp vỏ trái đất, hiếm hơn đồng, ceri và lithi nhưng phổ biến hơn germani, chì, urani và thuỷ ngân gali có thể tìm thấy ở những quặng có bôxit, quặng thiếc và than: gali cũng là phụ phẩm khi xử lý thứ khác - ví dụ công nghệ Bayer, ta lấy nhôm khỏi bôxit nhờ sử dụng axit

sau nhiều lượt khuấy qua những axit đó, ta có được thứ còn sót lại là chất lỏng [liquor] Bayer nhiều gali: sau đó ta xử lý bằng nhiều phương pháp như chiết xuất dung môi hoặc trao đổi ion hoặc kết tủa nhân đoạn [fractional precipitation]

Bayer liquor cung cấp 90% nguồn gali thô toàn cầu: nguồn khác là lấy từ tro than

Nguồn cung gali
thị trường gali chia thành thị trường hạ cấp và cao cấp: gali hạ cấp sẽ đạt độ tinh khiết 99.99% và bán giá 100 đôla mỗi cân, trong khi gali cao cấp sẽ tinh khiết đến khoảng 6-7 chữ số 9 sau dấu phẩy và bán giá 500 đôla mỗi kilogam công xưởng sản xuất cả hai thị trường hạ cấp và cao cấp đều là Trung Quốc: Trung Quốc sản xuất nhiều nhôm nhất thế giới, nhiều nhà máy đốt than nhất - cho nên hiển nhiên cũng sản xuất nhiều gali nhất truyền thông nói rằng Trung Quốc chiếm 90% thị phần: trong đó 93% thị phần tinh chế hạ cấp - sản xuất 750 tấn gali hạ cấp mỗi năm phần lớn những đĩa wafer gali cao cấp được làm ở Trung Quốc, Nhật Bản, Canada và Mỹ: Mỹ nhập khẩu toàn bộ nhu cầu gali cao cấp, chủ yếu từ Trung Quốc - Pháp và Nhật cũng là những nước xuất khẩu lớn Mỹ không có nguồn cung gali nội địa mặc dù về lý thuyết có thể tái chế 'sắt vụn' [scrap] Nhật Bản tiêu thụ 40% sản lượng gali thế giới: Mitsubishi Chemical, Sciocs và Sumitomo Electric sử dụng gali để sản xuất và xuất khẩu những đĩa wafer phức hợp gali - nhập khẩu 75% gali thô từ Trung Quốc

Mạch tích hợp gali
phần lớn sản lượng gali thế giới là cho điện tử: mạch tích hợp và quang điện tử - năm 2018 ở Mỹ, mạch tích hợp tiêu thụ 73% thị trường gali, tính theo sản lượng, đâu đó 10800 cân trên tổng số 15 tấn

hai hợp chất gali thạch tín [arsenide] và gali nitride thì gali thạch tín sẽ chịu bức xạ tốt hơn, nên thích hợp cho ứng dụng tần số vô tuyến: thiết bị khuếch đại điện năng trang bị cho điện thoại di động hoặc sản phẩm liên lạc cho ngành viễn thông - thị trường 9 tỷ đôla và tiêu thụ 33-35% thị trường gali thạch tín gali nitride là nguyên liệu trong đồ điện tử điện năng như cái sạc: giống như những chất bán dẫn có năng lượng vùng cấm [band gap] lớn khác thì gali nitride vượt hiệu năng của sili trong một số ứng dụng điện năng - chống chịu tốt hơn với nhiệt độ và điện áp linh kiện bán dẫn điện năng gali nitride vẫn chưa thích hợp cho hệ thống điện áp cao, quy mô lớn: ô tô điện, cối xay gió... mà silic carbide có lợi thế hơn - nhưng gali nitride thích hợp cho đồ kích cỡ nhỏ đến trung bình như thiết bị y tế và đồ điện tử tiêu dùng

Quang điện tử
gali có trong đèn điốp phát quang, pin mặt trời và đèn laser: đèn điốp phát quang [LED light emit diode] trang bị trong tất cả màn hình hiển thị của máy tính, điện thoại và tivi - sử dụng những hợp chất của gali như nhôm gali indi phosphide, indi gali nitride, gali thạch tín, gali arsenide phosphate và gali nitride để tạo ra nhiều màu sắc của đèn LED ví dụ gali nitride là nguyên liệu cho đèn LED xanh nước biển một trường hợp sử dụng nữa là những điốp laser cho hệ thống LiDAR [light detect and range] trong đó điốp laser là đèn LED được chỉnh sửa để tạo ra một chùm ánh sáng mạch lạc hơn đã có ba điốp cảm biến 3 chiều được làm từ gali thạch tín: được trang bị cho iPhone X và những điện thoại thông minh khác để vận hành nhận diện khuôn mặt - có thể thay thế bằng indi phosphide nhưng indi cũng là hợp chất hiếm OLED có thể làm chức năng tương tự và được làm từ những hợp chất 'organic' nhưng không phải lúc nào cũng khả thi thay thế được những hệ thống LED có lẽ những lệnh hạn chế xuất khẩu sẽ ảnh hưởng lên một số linh kiện nhất định của chuỗi cung ứng quang điện tử: biết được ảnh hưởng ấy, nguồn cung có thể được đa dạng hoá, có thể được vời đến mỗi khi người ta làm nhôm hoặc đốt than

Kết
những lệnh kiểm soát xuất khẩu có lẽ sẽ không biến thành những lệnh công khai cấm xuất khẩu: mặc dù chính phủ đã đặt nền móng cho một lệnh cấm như thế nhưng không có nghĩa là khả thi nếu xảy ra, lệnh cấm xuất 2 khoáng vật này sẽ chỉ, cùng lắm, gây chậm trễ giao hàng và tăng giá, nhưng không quá cao, giá hàng hoá gali và germani thì khác với đất hiếm: có những nơi khác sản xuất và tinh chế trên thế giới còn những khoáng vật khác đã bị lọt danh sách bị Trung Quốc kiểm soát xuất khẩu: nếu có một lệnh cấm hoàn toàn tất cả những khoáng vật này thì có thể gây hậu quả bất ngờ Trung Quốc biết và muốn đưa ra tuyên ngôn: tin rằng những vật liệu thô này cũng quan trọng với ngành bán dẫn Mỹ, không kém gì những cỗ máy quang khắc