بروكن هيل، أستراليا - 7 يوليو 2025في أعماق المناطق النائية المحروقة من نيو ساوث ويلز، تُمعن الجيولوجية المخضرمة سارة تشين النظر في عينة لبّية حديثة التفتت. تلمع الصخرة، كالزجاج تقريبًا، بقوام سكري مميز. "هذه هي المادة الجيدة"، همست، ونفحة رضا تخترق الغبار. "99.3% من ثاني أكسيد السيليكون. هذا العرق يمتد لمسافة كيلومترات." لا تبحث تشين عن الذهب أو المعادن النادرة؛ بل تبحث عن معدن صناعي يزداد أهمية، ولكنه غالبًا ما يُغفل عنه: معدن عالي النقاء.حجر السيليكا، الأساس لعصرنا التكنولوجي.
أكثر من مجرد رمل
يُشار إلى حجر السيليكا عادةً باسم الكوارتزيت أو الحجر الرملي فائق النقاء، وهو صخر طبيعي يتكون أساسًا من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂). وبينما يحظى رمل السيليكا باهتمام أكبر، فإن...حجر السيليكاتتميز الرواسب المعدنية بمزايا فريدة: استقرار جيولوجي أكبر، وشوائب أقل، وفي بعض الحالات، كميات هائلة مناسبة لعمليات تعدين واسعة النطاق وطويلة الأمد. ليس الأمر جذابًا، لكن دوره أساسي.
يوضح الدكتور أرجون باتيل، عالم المواد في معهد سنغافورة للتكنولوجيا، قائلاً: "يعتمد العالم الحديث كلياً على السيليكون". ويضيف: "من شريحة هاتفك إلى لوحة الطاقة الشمسية على سطح منزلك، إلى زجاج نافذتك، وكابل الألياف الضوئية الذي ينقل هذه المعلومات - كل شيء يبدأ بالسيليكون فائق النقاء. وأكثر المواد الأولية فعاليةً وفعاليةً من حيث التكلفة لهذا السيليكون هو حجر السيليكا عالي النقاء. وبدونه، سيتوقف نظام التكنولوجيا والطاقة الخضراء بأكمله".
الاندفاع العالمي: المصادر والتحديات
البحث عن القسطحجر السيليكايتزايد الطلب على المعادن الثمينة عالميًا. توجد رواسب رئيسية في:
أستراليا:تتميز مناطق مثل بروكن هيل وبيلبارا بتكوينات كوارتزيتية قديمة وواسعة، تتميز بتماسكها وقلة محتواها من الحديد. وتوسّع شركات مثل شركة "أستراليان سيليكا كوارتز المحدودة" (ASQ) عملياتها بوتيرة متسارعة.
الولايات المتحدة:تزخر جبال الأبلاش، وخاصةً مناطق في غرب فرجينيا وبنسلفانيا، بموارد هائلة من الكوارتزيت. وقد أعلنت شركة سبروس ريدج ريسورسز المحدودة مؤخرًا عن نتائج تحليل واعدة لمشروعها الرائد في غرب فرجينيا، مما يُبرز إمكاناته في إنتاج السيليكون المُناسب للطاقة الشمسية.
البرازيل:تشكل رواسب الكوارتزيت الغنية في ولاية ميناس جيرايس مصدرًا رئيسيًا، على الرغم من أن تحديات البنية التحتية تعوق الاستخراج في بعض الأحيان.
الدول الاسكندنافية:تتمتع النرويج والسويد برواسب عالية الجودة، وهي ما يفضله مصنعو التكنولوجيا الأوروبيون لسلاسل التوريد الأقصر والأكثر موثوقية.
الصين:ورغم كونها منتجاً ضخماً للألماس، إلا أن المخاوف لا تزال قائمة بشأن المعايير البيئية ومدى ثبات مستويات النقاء في بعض المناجم الأصغر حجماً، 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 بالجملة. أما اليوم، فالمواصفات صارمة للغاية. نحن لا نبيع الصخور فحسب، بل نبيع أساس رقائق السيليكون عالية النقاء. قد تُسبب العناصر النزرة، مثل البورون والفوسفور وحتى الحديد، بمستويات ضئيلة، أضرارًا كارثية على إنتاج أشباه الموصلات. يطلب عملاؤنا ضمانًا جيولوجيًا دقيقًا ومعالجة دقيقة."
من المحجر إلى الرقاقة: رحلة التنقية
تتضمن عملية تحويل حجر السيليكا الخشن إلى المادة البكر اللازمة للتكنولوجيا عملية معقدة وتتطلب الكثير من الطاقة:
التعدين والسحق:يتم استخراج الكتل الضخمة، في كثير من الأحيان عن طريق التفجير المتحكم فيه في المناجم المفتوحة، ثم يتم سحقها إلى شظايا أصغر وموحدة.
الاستفادة:تخضع الصخور المكسرة للغسيل والفصل المغناطيسي والتعويم لإزالة معظم الشوائب مثل الطين والفلسبار والمعادن الحاملة للحديد.
المعالجة بدرجة حرارة عالية:تُعرَّض شظايا الكوارتز المُنقّاة بعد ذلك لحرارة شديدة. وفي أفران القوس المغمور، تتفاعل مع مصادر الكربون (مثل فحم الكوك أو نشارة الخشب) لإنتاج السيليكون المعدني (MG-Si). وتُستخدم هذه المادة الخام في سبائك الألومنيوم وبعض الخلايا الشمسية.
التنقية الفائقة:في الإلكترونيات (رقائق أشباه الموصلات) والخلايا الشمسية عالية الكفاءة، يخضع السيليكون متعدد الأمونيوم (MG-Si) لمزيد من التحسين. تُحوّل عملية سيمنز (أو مفاعلات الطبقة المميعة) السيليكون متعدد الأمونيوم إلى غاز ثلاثي كلورو السيلان، الذي يُقطّر بعد ذلك إلى درجة نقاء عالية ويُرسّب على شكل سبائك سيليكون متعدد. تُقطّع هذه السبائك إلى رقائق فائقة الرقة تُشكّل جوهر الرقائق الدقيقة والخلايا الشمسية.
القوى الدافعة: الذكاء الاصطناعي والطاقة الشمسية والاستدامة
إن ارتفاع الطلب مدفوع بالثورات المتزامنة:
طفرة الذكاء الاصطناعي:أشباه الموصلات المتقدمة، التي تتطلب رقائق سيليكون أنقى باستمرار، هي محركات الذكاء الاصطناعي. أما مراكز البيانات، ورقائق الذكاء الاصطناعي، والحوسبة عالية الأداء، فهي مستهلكون لا يشبعون.
توسيع الطاقة الشمسية:أدت المبادرات العالمية الداعمة للطاقة المتجددة إلى ارتفاع حاد في الطلب على الألواح الكهروضوئية. يُعد السيليكون عالي النقاء ضروريًا لكفاءة الخلايا الشمسية. وتتوقع وكالة الطاقة الدولية (IEA) أن تتضاعف سعة الألواح الكهروضوئية الشمسية ثلاث مرات بحلول عام 2030، مما سيُشكل ضغطًا هائلًا على سلسلة توريد السيليكون.
التصنيع المتقدم:يعد الكوارتز المندمج عالي النقاء، المشتق من حجر السيليكا، ضروريًا للأواني المستخدمة في نمو بلورات السيليكون، والبصريات المتخصصة، وأجهزة المختبر ذات درجات الحرارة العالية، ومعدات تصنيع أشباه الموصلات.
حبل الاستدامة المشدود
لا يخلو هذا الازدهار من مخاوف بيئية واجتماعية كبيرة. فتعدين السيليكا، وخاصةً عمليات التعدين المكشوفة، يُغير طبيعة الأرض ويستهلك كميات هائلة من المياه. يُعدّ التحكم في الغبار أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لخطر السيليكا البلورية على الجهاز التنفسي (السُحار السيليسي). كما تُساهم عمليات التنقية كثيفة الاستهلاك للطاقة في زيادة البصمة الكربونية.
تؤكد ماريا لوبيز، رئيسة قسم الحوكمة البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات في شركة TechMetals Global، وهي شركة رائدة في إنتاج البولي سيليكون، على أهمية "التوريد المسؤول". وتضيف: "نُجري تدقيقًا دقيقًا لموردي أحجار السيليكا لدينا، ليس فقط من حيث نقائها، بل أيضًا من حيث إدارة المياه، وكبح الغبار، وخطط إعادة تأهيل الأراضي، والمشاركة المجتمعية. تعتمد المؤهلات البيئية لصناعة التكنولوجيا على سلسلة توريد نظيفة، بدءًا من موقع المحجر. وهذا ما يطالب به المستهلكون والمستثمرون".
المستقبل: الابتكار والندرة؟
يقف الجيولوجيون، مثل سارة تشين، في طليعة الجهود المبذولة. وتتجه أعمال الاستكشاف نحو آفاق جديدة، تشمل رواسب أعمق وتكوينات كانت غائبة عن الأنظار سابقًا. وتكتسب إعادة تدوير السيليكون من الألواح الشمسية والإلكترونيات منتهية الصلاحية زخمًا متزايدًا، لكنها لا تزال تُمثل تحديًا، ولا تُلبي حاليًا سوى جزء ضئيل من الطلب.
تُحذّر تشين، وهي تمسح عرقها من جبينها تحت أشعة الشمس الأسترالية الحارقة: "هناك كمية محدودة من أحجار السيليكا عالية النقاء وذات الجدوى الاقتصادية المتاحة باستخدام التكنولوجيا الحالية. يزداد العثور على رواسب جديدة تُلبي مواصفات النقاء دون تكاليف معالجة باهظة صعوبة. هذه الصخرة... ليست لا متناهية. علينا أن نتعامل معها كمورد استراتيجي حقيقي".
مع غروب الشمس فوق منجم بروكن هيل، مُلقيةً بظلالها الطويلة على أكوام السيليكا البيضاء اللامعة، يُبرز حجم العملية حقيقةً عميقة. فخلف ضجيج الذكاء الاصطناعي ولمعان الألواح الشمسية، يكمن حجرٌ عتيقٌ متواضع. يُحدد نقاؤه وتيرة تقدمنا التكنولوجي، مما يجعل السعي العالمي وراء حجر السيليكا عالي الجودة أحد أهم القصص الصناعية، وإن كانت مُبهمة، في عصرنا.
وقت النشر: ٧ يوليو ٢٠٢٥