بروكن هيل، أستراليا - 7 يوليو 2025في أعماق المناطق النائية القاحلة في نيو ساوث ويلز، تحدق الجيولوجية المخضرمة سارة تشين بتمعن في عينة لبية حديثة التقسيم. يلمع الصخر، كأنه زجاج، بملمس سكري مميز. "هذا هو المعدن الجيد"، تهمس، بنبرة رضا تخترق غبار المكان. "99.3% SiO₂. قد يمتد هذا العرق لكيلومترات." لا تبحث تشين عن الذهب أو العناصر الأرضية النادرة؛ بل تبحث عن معدن صناعي بالغ الأهمية، ولكنه غالبًا ما يُتجاهل: معدن عالي النقاء.حجر السيليكا، حجر الزاوية لعصرنا التكنولوجي.
أكثر من مجرد رمال
يُشار إلى حجر السيليكا، الذي يُعرف أيضاً باسم الكوارتزيت أو الحجر الرملي النقي للغاية، بأنه صخر طبيعي يتكون أساساً من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂). وبينما يحظى رمل السيليكا باهتمام أكبر، فإن الأنواع عالية الجودة منهحجر السيليكاتوفر الرواسب مزايا فريدة: استقرار جيولوجي أكبر، ومستويات شوائب أقل، وفي بعض الحالات، كميات هائلة مناسبة لعمليات التعدين واسعة النطاق وطويلة الأجل. قد لا يكون الأمر جذابًا، لكن دوره أساسي.
"يعتمد العالم الحديث حرفيًا على السيليكون"، يوضح الدكتور أرجون باتيل، عالم المواد في معهد سنغافورة للتكنولوجيا. "بدءًا من الشريحة الموجودة في هاتفك، مرورًا باللوحة الشمسية على سطح منزلك، وزجاج نافذتك، وصولًا إلى كابل الألياف الضوئية الذي ينقل هذه الأخبار - كل ذلك يبدأ بالسيليكون فائق النقاء. وأكثر المواد الأولية كفاءةً وفعاليةً من حيث التكلفة لهذا السيليكون هو حجر السيليكا عالي النقاء. وبدونه، يتوقف النظام البيئي للتكنولوجيا والطاقة النظيفة بأكمله."
الاندفاع العالمي: المصادر والتحديات
البحث عن الأفضلحجر السيليكايتزايد هذا النشاط عالميًا. وتوجد رواسب رئيسية في:
أستراليا:تزخر مناطق مثل بروكن هيل وبيلبارا بتكوينات كوارتزيتية شاسعة وقديمة، تُقدّر لتجانسها وانخفاض محتواها من الحديد. وتتوسع شركات مثل شركة Australian Silica Quartz Ltd. (ASQ) في عملياتها بسرعة.
الولايات المتحدة:تزخر جبال الأبلاش، ولا سيما مناطق في ولايتي فرجينيا الغربية وبنسلفانيا، بموارد كبيرة من الكوارتزيت. وقد أعلنت شركة سبروس ريدج ريسورسز المحدودة مؤخراً عن نتائج واعدة لتحليل مشروعها الرئيسي في فرجينيا الغربية، مما يسلط الضوء على إمكاناته في إنتاج السيليكون المستخدم في صناعة الطاقة الشمسية.
البرازيل:تُعد رواسب الكوارتزيت الغنية في ولاية ميناس جيرايس مصدراً رئيسياً، على الرغم من أن تحديات البنية التحتية تعيق الاستخراج في بعض الأحيان.
الدول الاسكندنافية:تمتلك النرويج والسويد رواسب عالية الجودة، وهي مفضلة لدى مصنعي التكنولوجيا الأوروبيين لسلاسل التوريد الأقصر والأكثر موثوقية.
الصين:على الرغم من كونها منتجاً ضخماً، إلا أن المخاوف لا تزال قائمة بشأن المعايير البيئية وثبات مستويات النقاء من بعض المناجم الصغيرة، مما يدفع المشترين الدوليين إلى البحث عن مصادر بديلة.
يقول لارس بيورنسون، الرئيس التنفيذي لشركة نورديك سيليكا مينيرالز: "المنافسة شرسة. قبل عشر سنوات، كانت السيليكا سلعة تُباع بكميات كبيرة. أما اليوم، فالمواصفات دقيقة للغاية. نحن لا نبيع مجرد صخور، بل نبيع أساس رقائق السيليكون عالية النقاء. يمكن أن تكون العناصر النزرة مثل البورون والفوسفور، أو حتى الحديد بمستويات أجزاء في المليون، كارثية على إنتاجية أشباه الموصلات. عملاؤنا يطالبون بضمانات جيولوجية ومعالجة دقيقة."
من المحجر إلى الرقاقة: رحلة التنقية
إن تحويل حجر السيليكا الخشن إلى المادة النقية اللازمة للتكنولوجيا ينطوي على عملية معقدة وكثيفة الطاقة:
التعدين والتكسير:يتم استخراج الكتل الضخمة، غالباً عن طريق التفجير المتحكم به في المناجم المكشوفة، ثم يتم سحقها إلى أجزاء أصغر وأكثر تجانساً.
الاستفادة:تخضع الصخور المسحوقة لعمليات الغسل والفصل المغناطيسي والتعويم لإزالة معظم الشوائب مثل الطين والفلسبار والمعادن الحاملة للحديد.
المعالجة بدرجة حرارة عالية:تُعرَّض شظايا الكوارتز المنقاة لحرارة شديدة. وفي أفران القوس المغمور، تتفاعل مع مصادر الكربون (مثل فحم الكوك أو رقائق الخشب) لإنتاج السيليكون المعدني (MG-Si). وهذا هو المادة الخام لسبائك الألومنيوم وبعض الخلايا الشمسية.
التنقيّة الفائقة:في مجال الإلكترونيات (رقائق أشباه الموصلات) والخلايا الشمسية عالية الكفاءة، يخضع السيليكون المعدني (MG-Si) لمزيد من المعالجة. تقوم عملية سيمنز أو مفاعلات الطبقة المميعة بتحويل السيليكون المعدني إلى غاز ثلاثي كلورو سيلان، والذي يُقطر بعد ذلك إلى درجة نقاء عالية للغاية ويُرسب على شكل سبائك من السيليكون متعدد التبلور. تُقطع هذه السبائك إلى رقائق رقيقة للغاية تُشكل أساس الرقائق الدقيقة والخلايا الشمسية.
العوامل الدافعة: الذكاء الاصطناعي، والطاقة الشمسية، والاستدامة
إن ارتفاع الطلب مدفوع بثورات متزامنة:
طفرة الذكاء الاصطناعي:تُعدّ أشباه الموصلات المتقدمة، التي تتطلب رقائق سيليكون أكثر نقاءً باستمرار، محركات الذكاء الاصطناعي. وتُعتبر مراكز البيانات ورقائق الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء مستهلكين لا يشبعون.
توسيع نطاق الطاقة الشمسية:أدت المبادرات العالمية الداعمة للطاقة المتجددة إلى ارتفاع الطلب على الألواح الكهروضوئية بشكل كبير. ويُعدّ السيليكون عالي النقاء عنصراً أساسياً في الخلايا الشمسية عالية الكفاءة. وتتوقع وكالة الطاقة الدولية أن تتضاعف قدرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ثلاث مرات بحلول عام 2030، مما سيُشكّل ضغطاً هائلاً على سلسلة توريد السيليكون.
التصنيع المتقدم:يُعد الكوارتز المنصهر عالي النقاء، المشتق من حجر السيليكا، أمراً بالغ الأهمية بالنسبة للبواتق المستخدمة في نمو بلورات السيليكون، والبصريات المتخصصة، وأدوات المختبرات ذات درجات الحرارة العالية، ومعدات تصنيع أشباه الموصلات.
حبل الاستدامة المشدود
لا يخلو هذا الازدهار من مخاوف بيئية واجتماعية كبيرة. فاستخراج السيليكا، وخاصةً عمليات التعدين السطحي، يُغير معالم البيئة ويستهلك كميات هائلة من المياه. كما أن مكافحة الغبار أمر بالغ الأهمية نظراً لمخاطر السيليكا البلورية على الجهاز التنفسي (داء السيليكا). وتساهم عمليات التنقية كثيفة الاستهلاك للطاقة في زيادة البصمة الكربونية.
تؤكد ماريا لوبيز، رئيسة قسم الحوكمة البيئية والاجتماعية والمؤسسية في شركة تيك ميتالز غلوبال، وهي شركة رائدة في إنتاج البولي سيليكون، على أهمية التوريد المسؤول. وتضيف: "نُجري تدقيقًا دقيقًا لموردي حجر السيليكا لدينا، ليس فقط على مستوى النقاء، بل أيضًا على إدارة المياه، ومكافحة الغبار، وخطط إعادة تأهيل الأراضي، والمشاركة المجتمعية. وتعتمد سمعة قطاع التكنولوجيا في مجال الاستدامة على سلسلة توريد نظيفة تبدأ من موقع استخراج الحجر. وهذا ما يطالب به المستهلكون والمستثمرون".
المستقبل: الابتكار والندرة؟
يقف الجيولوجيون، مثل سارة تشين، في طليعة هذا المجال. ويتجه الاستكشاف نحو آفاق جديدة، بما في ذلك رواسب أعمق وتكوينات لم يسبق لها مثيل. وتكتسب إعادة تدوير السيليكون من الألواح الشمسية والإلكترونيات المستهلكة زخماً، لكنها لا تزال تمثل تحدياً، ولا تلبي حالياً سوى جزء ضئيل من الطلب.
"هناك كمية محدودة من حجر السيليكا فائق النقاء والمجدي اقتصاديًا والمتوفر بالتكنولوجيا الحالية"، تحذر تشين وهي تمسح العرق عن جبينها تحت أشعة الشمس الأسترالية الحارقة. "يزداد صعوبة العثور على رواسب جديدة تفي بمواصفات النقاء المطلوبة دون تكاليف معالجة باهظة. هذا الحجر... ليس لانهائيًا. علينا أن نتعامل معه كمورد استراتيجي كما هو في الواقع."
مع غروب الشمس فوق منجم بروكن هيل، وإلقاء ظلال طويلة على أكوام السيليكا البيضاء اللامعة، يُبرز حجم العملية حقيقة عميقة. فخلف ضجيج الذكاء الاصطناعي وبريق الألواح الشمسية، يكمن حجر متواضع عريق. نقاؤه هو ما يحدد وتيرة تقدمنا التكنولوجي، مما يجعل السعي العالمي وراء حجر السيليكا عالي الجودة أحد أهم القصص الصناعية في عصرنا، وإن لم يُسلّط الضوء عليها بالقدر الكافي.
تاريخ النشر: 7 يوليو 2025