Tại sao Nevada sở hữu những mỏ lithium khổng lồ?

[june04]

Bang Nevada của Mỹ tập trung mọi điều kiện phù hợp về địa hình, khí hậu và hoạt động địa chất để trở thành cơ sở sản xuất lithium lớn trên thế giới.

Ở thung lũng Clayton, một bồn địa rộng lớn ở quận Esmeralda của bang Nevada, những hồ nước màu xanh ngọc nằm xen lẫn giữa các ngọn núi màu nâu. Bồn địa và dãy núi tương tự dàn trải từ phía tây tới phía đông bang. Tuy nhiên, hồ nước lặng ở Clayton là nhân tạo và rất giàu lithium.

Silver Peak, một thị trấn nhỏ chuyên khai thác bạc trước đây ở vùng thung lũng hẻo lánh này, trở thành cơ sở sản xuất lithium đầu tiên của Nevada năm 1966, hàng thập kỷ trước khi lithium trở thành kim loại chủ chốt đối với năng lượng tái tạo và an ninh quốc gia. Cơ sở vận hành bởi tập đoàn Albemarle sản xuất 5.000 tấn lithium carbonate hàng năm, theo Live Science.

Trong lịch sử, lithium hầu như không có tầm quan trọng về mặt kinh tế, nhưng nhu cầu pin lithium - ion tăng vọt đã thay đổi trọng tâm đối với những mỏ quặng. Theo Cục khảo sát địa chất Mỹ, pin lithium - ion chủ yếu dành cho xe điện, chiếm 87% nhu cầu sử dụng lithium toàn cầu. Các nhà phân tích dự đoán thị phần sẽ tăng lên 95% vào năm 2030. Mỹ sản xuất 0,5% lượng lithium toàn cầu, nhưng Nevada có thể thay đổi số liệu trên. "Nevada có nhiều lithium hơn bất kỳ bang nào khác", Christopher Henry, nhà địa chất danh dự ở Cục mỏ và địa chất học Nevada (NBMG), cho biết.

Theo James Faulds, nhà địa chất học ở NBMG, nguyên nhân nằm ở điều kiện kiến tạo. Những mỏ lithium của Nevada là kết quả của may mắn bất ngờ về mặt địa chất. Gần như mọi thứ đều liên quan tới lớp vỏ bị kéo giãn: địa hình dốc, đá núi lửa dồi dào, luồng nhiệt cao, khí hậu khô cằn và bồn địa khép kín về mặt thủy văn.

Lịch sử kiến tạo của vùng Đại bồn địa Bắc Mỹ, bao gồm phần lớn miền tây nước Mỹ với toàn bộ bang Nevada, rất phức tạp. Khoảng 17 triệu năm trước, vỏ Trái Đất từng dày lên do va chạm kiến tạo cổ đại bắt đầu bị kéo giãn và mỏng đi, trải rộng như kẹo kéo. Những khối vỏ nghiêng ngả giống trò chơi domino, hình thành bồn địa nơi trần tích và nước đổ vào các hồ nông. Magma trào lên quá lớn vỏ mỏng, phun đá núi lửa lên mặt đất và trộn lẫn với sỏi cuội, cát và đất sét. Hầu hết bồn địa ở Nevada hiện nay đều khô cằn, chỉ còn sót lại mặt bùn nứt nẻ và muối. Quá trình kéo giãn vỏ vẫn tiếp tục ngày nay và là mấu chốt đối với nguồn dữ trữ lithium khổng lồ của bang.

Theo Simon Jowitt, nhà địa chất học kinh tế ở Đại học Nevada, Reno, sự hình thành của lithium bắt đầu với đá magma. Phần lớn lithium khai thác trên thế giới được đào trực tiếp từ loại đá cứng này, bao gồm mỏ lithium lớn nhất thế giới trong đá pegmatite ở Greenbushes của Australia. Nhưng nguồn lithium ở Nevada là đá rhyolite (dạng phun trào của granite), chỉ chứa lượng lithium rất nhỏ, không đủ để khai thác trực tiếp ở quy mô kinh tế. Thay vào đó, các nhà địa chất học quan tâm tới mỏ trầm tích núi lửa, khi kim loại dễ hòa tan tập trung ở những bồn đại gần đó sau khi lớp đá bị phong hóa.

Các dòng suối thường cuốn theo nước mưa chảy qua mặt đất và đổ ra biển, khi khí hậu khô cằn và địa hình của Nevada khiến đa số bồn địa khép kín về mặt thủy văn. Suối đưa nước vào những bồn địa và đọng thành hồ nhỏ. Nước mưa chắt lọc lithium từ đá rhyolite ở sâu dưới lòng đất hay sườn núi dốc. Loại nước mưa giàu lithium này tích tụ trong bồn địa và chậm rãi tích tụ thành nước muối.

Ở thung lũng Clayton, nước muối giàu lithium được bơm lên mặt đất để bay hơi hoặc xử lý qua kỹ thuật khai thác lithium trực tiếp. Ngoài nước muối, điều khiến các nhà địa chất học hào hứng là tiềm năng của đất sét lithium ở Nevada.

Vũng hõm chảo McDermitt vắt ngang qua hai bang Nevada - Oregon hình thành một chuỗi núi lửa khi mảng Bắc Mỹ di chuyển phía trên nguồn nhiệt cố định. Khi McDermitt phun trào 16,3 triệu năm trước, một hồ nước bên trong hõm chảo chứa đầy tro và đất sét smectite. Khi hồ bay hơi, dòng thủy nhiệt biến đổi smectite giàu lithium thành đất sét illite, đặc biệt là đèo Thacker ở phía nam của hõm chảo. Ngày nay, McDermitt là một trong những mỏ lithium lớn nhất thế giới. Công ty khởi nghiệp công nghệ Lithium Americas Corp ước tính dự án đèo Thacker chứa 217,3 triệu tấn lithium. Công ty lên kế hoạch bắt đầu sản xuất vào năm 2028.

Cách đó 431 km về phía nam, địa tầng đổ nghiêng của Rhyolite Ridge dọc theo dãy Silver Peak, mỏ đất sét lithium tiếp theo của Neavada. Rhyolite Ridge từng nằm bên trên hõm chảo giống McDermitt. Ban đầu, các nhà địa chất học cho rằng mỏ rhyolitic giàu lithium tích tụ ở bồn địa đang hoạt động về mặt kiến tạo của Rhyolite Ridge. Khi bồn địa phát triển, một hồ nước hình thành, lắng đọng phù sa giàu đất sét phía trên đá núi lửa. Chất lỏng thủy nhiệt ngấm qua những khe nứt, khiến phù sa ở lòng hồ ngấm lithium từ lớp đá rhyolite bên dưới. Hoạt động nứt vỡ sau này nâng những mỏ đó lên cao, để lộ lớp đất sét quý giá. Tập đoàn Ioneer USA Corporation đang lên kế hoạch khai thác mỏ lithium - boron và xây nhà máy xử lý hóa chất ở Rhyolite Ridge, dự kiến bắt đầu sản xuất năm 2028. Khi hoạt động sản xuất ở McDermitt và Rhyolite Ridge bắt đầu, sản lượng lithium của Nevada sẽ gia tăng.