Что такое редкоземельные металлы

Редкие металлы: почему они так важны — и почему мы так мало о них знаем?

что такое редкоземельные металлы

Благодаря этим элементам наши устройства становятся всё меньше и всё мощнее. «Магической», то есть реагирующей на прикосновения, стеклянную поверхность телефона делает крупица редкого металла индия, который осуществляет невидимую связь и служит прозрачным проводником между телефоном и вашим пальцем.

Напыление европия и тербия дает оттенки бриллиантового красного и зеленого на экране, частицы тантала регулируют мощность в телефоне, а литий сохраняет энергию, которая делает телефон мобильным.

Без редких металлов не обходится и производство компонентов iPhone: церий используется для полировки стекла на молекулярном уровне.

Cтремление Стива Джобса делать гаджеты маленькими и мощными привело к тому, что его компания начала собирать всё больше элементов из периодической таблицы Менделеева и доставлять их массам. Более того, коммерческий успех iPhone изменил наши ожидания от гаджетов. Он дал импульс развитию новых отраслей, включая мобильные приложения и планшеты, сделав редкие металлы неотъемлемым компонентом не только смартфонов, но и множества новых технологий.

Джобс не только выполнил свое обещание заново изобрести телефон, он также помог заново изобрести каналы поставок мировых ресурсов. И в процессе этого он способствовал наступлению новой эры — века редких металлов.

Редкие металлы находятся везде (действительно везде) — от парящих мостов до наушников. Они — в диванах, объективах камер, компьютерах и машинах. Но они редко используются сами по себе или в качестве основных материалов. В сущности, редкие металлы подобны дрожжам в пицце. Они важны в малых количествах. Без дрожжей не будет пиццы, а без редких металлов не будет высокотехнологичного мира.

Редкие металлы являются фундаментом нашей современной высокотехнологичной, «зеленой» и военной промышленности. Редкие металлы имеют такое же трансформирующее действие, как нефть и уголь. И они будут привлекать к себе не меньше внимания, чем ископаемое топливо, а это означает, что те, кто контролирует и управляет их производством и сбытом, получат огромную экономическую и геополитическую выгоду.

И всё же, в отличие от нефти или угля, их запасы зачастую гораздо более ограниченны, а их месторождения находятся всего в нескольких местах на Земле. Многие из них обладают настолько уникальными свойствами и действиями, что их нельзя заменить более дешевыми или более функциональными альтернативами. Наша зависимость от редких металлов не только абстрактный геополитический вопрос или тема, касающаяся исключительно материаловедения.

Она потенциальный источник конфликта. Но так было не всегда.

***

Всего лишь 150 лет назад почти все материалы в доме каждого человека происходили из близлежащего леса или карьера. К 1960-м годам, с развитием путей поставок и благодаря возросшему спросу на потребительские бытовые товары, в обычном американском доме использовалось около 20 элементов. С тех пор материаловеды провели бесшумную революцию, трансформировав продукты производства, которые нам служат, и материалы, которые позволяют им работать.

В 1990-х годах компания Intel использовала всего 15 элементов для создания компьютерных чипов, сейчас ей требуется почти 60.

Наши сегодняшние индивидуальные потребительские решения наряду с технологиями, которые мы используем каждый день, имеют значительные последствия для запасов редких металлов. К сожалению, мы мало задумываемся об этой связи между нами и этими ресурсами.

Хотя редкие металлы существовали всегда, многие из них были открыты в последние несколько сотен лет, а некоторые — только в прошлом веке. В настоящее время компании используют элементы, которые еще несколько десятилетий назад ученые считали простыми примесями.

За последние 35 лет горнодобывающие компании произвели в 4 раза больше многих (если не всех) редких металлов, чем с самого возникновения цивилизации вплоть до 1980 года.

Источник: https://knife.media/rare-metals/

Редкоземельные элементы — что это?

что такое редкоземельные металлы

В ХХI веке не может не казаться странным, отчего это металлы скандий, иттрий и группа от лантана до лютеция зовут «землями»? И почему ископаемые, добываемые сотнями тысяч тонн в год, именуются редкими? Ответы кроются в прошлом

Сила традиций

Науке прошлых тысячелетий было свойственно делить материю на четыре элемента: землю, огонь, воду и воздух. Со временем «огонь» стали величать «плазмой» и отнесли к особым состояниям вещества. «Воду» научились отличать от иных жидкостей. Понятие «воздуха» развилось в разнообразие газов.

И только «земля» тихой сапой пробралась к границам современности: в не столь уж и далеком ХIХ веке оксиды металлов по старинке звали не иначе как «землями»

При этом несколько металлов – а именно скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций – имели репутацию неуловимых. Ученые с трудом добывали граммы этих веществ!

Оксиды этих металлов по тем временам вполне обоснованно звались «редкими землями», вследствие чего и сами химические элементы обрели название редкоземельных.

Хх век – век борьбы за редкоземельные металлы

Парижская выставка всемирных достижений состоялась в 1900-м году. Ценители научных достижений искренне восхищались неброскими брусочками слитков.

Химики с гордостью поглядывали на обывателей: еще бы! Ученым наконец-то удалось выделить лантан и его металлических собратьев в чистом (как тогда считалось) виде! Достижение преподносилось как успех академической науки. Практического применения редкоземельным металлам в ту пору не находилось.

Возможно, во многом поэтому выделение гольмия, лютеция и тулия в чистом виде припоздало почти на столетие и состоялось уже в конце ХХ века.

Где прячутся редкоземельные элементы

Столп отечественной химии, Дмитрий Менделеев, оценивал распространенность «редких земель» в земной коре как исчезающе малую. Современная наука опровергает опасения Менделеева: подсчитано, что из всех доступных к освоению металлов не менее 20% приходится на редкоземельные элементы. Минералогия описывает 250 минералов, содержащих в себе редкоземельные металлы.

Но лишь четверть из них имеют промышленное значение. Добыча и переработка руд, содержащих менее 5% металла, является убыточной. Самым известным рудным минералом «редких земель» считается монацитовый песок. Монацит – это фосфат одного (самария) или сразу нескольких редкоземельных металлов. Россыпи раздробленного волнами моноцита нередки для морских побережий.

Чаще всего монациты становятся источником церия и радиоактивного тория. В суровые годы монацитовые пески собирают и вывозят прямо с морских пляжей, где они намываются в метровые пласты. В спокойные времена добыча редкоземельных металлов ведется из руд, разрабатываемых промышленно.

Например, широко известные з апатиты могут содержать до трех процентов соединений редкоземельных элементов.

Статистический анализ дает поразительную картину. Свинца на Земле вдесятеро меньше, чем редкоземельных металлов. Запасы сурьмы меньше залежей редкоземельных элементов уже в 320 раз

При этом самые «раритетные» из редкоземельной группы, а именно европий, тулий и лютеций, по объему запасов превышают многие востребованные металлы. Серебро и ртуть, которые уж никак не относятся к особенно редким, а также золото и платиноиды, даже в сумме не могут соперничать с одним только европием!

Просто долго не умели добывать

И в наши дни извлечение редкоземельных металлов из рудных соединений – задача технологически сложная, решаемая с огромными энергозатратами. Столетие назад изготовление слитков к выставке в Париже требовало и вовсе титанических затрат труда.

К примеру, Жорж Урбэн, выдающийся французский химик и первооткрыватель лютеция, истратил десять лет на получение очищенной от примесей окиси тулия! Призывы присвоить редкоземельным металлам статус официальных сокровищ, предложения использовать их как удобное средство накопления звучали на заре прошлого века вполне логично.

Но развитие науки и совершенствование техники не оставило от подобных идей даже следа.

Редкоземельные металлы в наше время

Первый «щелчок по носу» дороговизна редкоземельных элементов получила от геологии. Активное и тщательное исследование месторождений полезных ископаемых вывело «редкие земли» из класса минералогической аристократии в разряд часто встречающихся соединений.

Правда, распределение местностей залегания редкоземельных руд неравномерно. Китай владеет наибольшими разведанными запасами. Америка и Россия менее богаты, но все же богаты востребованными редкоземами.

Многие другие страны могли бы добывать хотя бы некоторые из этих металлов, однако не обладают технологиями выделения искомого продукта из смесей.

Технологические сложности

Не менее полутора веков ученые работают над проблемой получения чистых металлов редкоземельной группы, но до преодоления всех препятствий еще далеко. В рудных соединениях всегда присутствует по нескольку редкоземельных элементов, и выплавление сплава из руды еще не означает получения беспримесного вещества.

Производственные циклы для каждого из РЗМ (принятое в промышленности сокращение) отличаются своими особенностями, но всегда характеризуются многоэтапностью и сложностью. Для выделения химических элементов в чистом виде используются последовательное хлорирование, фторирование с последующим восстановлением в раскаленных газах. Расплавы солей редкоземельных металлов подвергаются электролизу. В некоторых случаях эффективна вакуумная возгонка.

Очистка расплавов подразумевает всем известную дистилляцию – вот только работать химикам приходится с температурами порядка 2000°С.

Применение редкоземельных металлов

Источник: https://finesell.ru/platinoid/redkozemi.html

Редкоземельные металлы и их добыча :

что такое редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы — это группа, которая влючает в себя 17 химических элементов, среди которых иттрий, лантан, скандий, а также лантаноиды. Лантаноиды изучают более подробно в высших учебных заведениях. Первое понятие о редкоземельных металлах дается еще в школе. Редкоземельные металлы представляют собой довольно большую и весомую группу в периодической таблице Менделеева. В данной статье мы расскажем про некоторые редкоземельные химические элементы.

Что такое редкие земли? Происхождение названия

Редкоземельные элементы — это металлы с характерным металлическим блеском, серебристо-белого цвета. Практически все элементы этой группы очень схожи между собой по своим химическим свойствам.

Название «редкоземельные», или «редкие земли», дано этой химический группе из-за того, что ее элементы очень редко встречаются в земной коре, а также практически все образуют плохо растворимые в воде оксиды (в химии такие оксиды раньше называли «землями»).

После того как название «редкоземельные» сложилось исторически и устоялось, ученые-химики выяснили, что эти элементы отнюдь не такие редкие, как считали их открыватели, а встречаются в природе иногда чаще других.

Прометий

Прометий — это знаменитый химический элемент, который относится к группе лантаноидов. Все его изотопы очень радиоактивны, именно поэтому в природе он практически не встречается. В 1945 году его наконец-то удалось получить, но лишь искуственно.

Якоб Мариинский и Лоуренс Гленденинг после долгих лет смогли наконец выделить прометий, несмотря на то, что многие считали это невозможным. Знаменитый английский физик Генри Мозли утверждал, что химического элемента прометий просто не существует.

Полученный элемент был назван в честь знаменитого мифического героя, который похитил у бога Зевса огонь, а затем отдал его людям.

Европий

Еще один редкоземельный металл, который относится к лантаноидам. Является одним из первых открытых химических элементов, которые стоят между барием и лютенцием. В чистом виде этот металл в природе не встречается.

Европий исполняет роль легирующей присадки, а еще этот химический элемент очень часто используется в различных исследованиях. Европий — вещество очень дорогое, он один из самых ценных лантаноидов. Стоимость грамма металлического европия составляла порядка 900-2000 долларов США. На поверхности этого металла всегда есть тонкая оксидная пленка, поскольку европий очень быстро связывается с кислородом.

Гадолиний

В 1880 году знаменитый французский физик по имени Поль Эмиль Лекок де Буабордан выделил гадолиний, который пополнил группу лантаноидов. Сейчас все лантаноиды относятся к группе «редкоземельные металлы», и гадолиний не является исключением.

Применение гадолиния обусловлено его ядерно-физическими свойствами, которые с каждым новым исследованием все больше и больше раскрываются, именно поэтому о его применении говорить можно невероятно долго. Гадолиний — незаменимый химический элемент, основными областями его применения считаются ядерная энергетика, а также электроника.

Уран

Уран, или ураний? — это, пожалуй, самый известный элемент среди всех актиноидов. Элемент не имеет стабильных и постоянных изотопов, поэтому является слаборадиоактивным. При нормальных условиях является металлом серого цвета. Когда-то вещество использовали для окрашивания стекла и керамики. Однако сейчас достоверно известно, что в знаменитой американской бомбе «Малыш» содержался уран. Бомба уничтожила Хиросиму в 1945 году.

В конце XIX века при исследовании этого элемента Беккерель случайно обнаружил его радиоактивность, что впоследствии подтвердила Мария Кюри.

Уран очень широко распространен в земной коре, в отличие от других представителей группы редкоземельных металлов. Однако основная масса элемента сосредоточена в породах с очень высоким содержанием кремния.

Плутоний

Это очень тяжелый, но при этом хрупкий радиоактивный металл, который имеет характерный металлический блеск и светло-серый цвет. Относится с семейству актиноидов, как и предыдущий элемент. Плутоний и уран назвали в честь планет Солнечной системы.

После нескольких десятилетий исследования этого химического элемента ученые выяснили, что его химические свойства очень схожи со свойствами урана. Все дальнейшие исследования элемента проходили в строжайшей секретности в Чикаго.

Плутоний очень редко встречается в земной коре, потому что за миллиарды лет существования планеты Земля почти весь он распался на другие элементы, в том числе уран.

Добыча

Добыча редкоземельных металлов — это важный и сложный процесс. В наши дни абсолютным лидером по добыче является Китай, где ежегодно извлекается из недр порядка 90 тысяч тонн редкоземельных металлов. Второе место по добыче этих веществ занимают Соединенные Штаты Америки, которые контролируют около 13% добычи продукции.

Далеко не маленькими запасами редкоземельных металлов обладает и Россия. Имеющиеся в недрах нашей страны запасы, по мнению геологов и химиков, лишь немногим уступают китайским.

По подсчетам ученых-геологов, в земной коре содержится несколько миллионов тонн редкоземельных элементов, причем почти половина этих запасов приходится на Поднебесную. Сейчас добычу таких металлов продолжают увеличивать. Редкоземельные металлы играют важную роль в развитии и экономике любого государства.

Источник: https://www.syl.ru/article/242131/mod_redkozemelnyie-metallyi-i-ih-dobyicha

Редкоземельные металлы

Редкие и редкоземельные металлы получили свое название из-за их небольшой массовой доле в структуре земной коры по сравнению с другими элементами. Это название впервые было озвучено в начале XIX века, когда месторождения были еще не до конца разведаны. В итоге оказалось, что металлы данной группы отнюдь не являются настолько редкими, как считалось ранее. Но название уже крепко вошло в литературу и научную терминологию, поэтому менять его не стали.

Какие металлы отностясяк группе редкоземельных?

В группу входит 17 металлов, которые имеют сходные химические свойства. Например, все они образуют с кислородом трехвалентные оксиды, которые не растворяются в воде. Редкоземельные металлы достаточно активные химические элементы.

Особенно возрастает их активность при температуре свыше 300 градусов по Цельсию. В этих условиях они реагируют даже с чистым водородом, образуя двухатомные и трехатомные гидриды.

Реакция горения данных металлов сопровождается выделением большого количества тепла в атмосферу.

Самый активный металл из данной группы — лантан. Его приходится хранить под слоем парафина, так как на открытом воздухе он мгновенно образовывает оксид. Редкоземельные элементы хорошо реагируют со всеми галогенами с образованием трехатомных соединений. Их гидроксиды очень плохо растворимы в воде. Соли редкоземельных металлов хорошо растворяются в кислотах.

Наименьшую температуру плавления имеет церий — 797 градусов по Цельсию, а наивысшую — лютеций — 1652 градуса по Цельсию. Эти же элементы являются наиболее и наименее распространенными среди всех металлов, входящих в группу.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сырая резина как пользоваться

Добыча редкоземельных металлов в мире

Лидером по добыче редкоземельных металлов является Китай. В этой стране ежегодно извлекается из недр около 100 тысяч тонн чистых элементов, что составляет более половины от общего количества, добываемого во всем мире. Основная часть запасов находится в районе Баян-Обо.

На втором месте по данному показателю идет США, производящее около 13% мировой продукции. Несмотря на столь скромный показатель, Америка располагает довольно внушительными запасами. Но она, в отличие от многих других стран не спешит разрабатывать свои месторождения, предпочитая импортировать сырье.

Расчет ведется исходя из исчерпаемости природных ресурсов. С каждым годом их становится все меньше и меньше, а цена на них соответственно возрастает. Поэтому сейчас есть возможность покупать более дешевое сырье, а когда придет момент, можно будет продавать уже свое, но гораздо дороже.

Отличная с экономической точки зрения политика.

Довольно большие запасы редкоземельных металлов и в России. По оценкам геологов на сегодняшний момент наша страна занимает по имеющимся запасам второе место в мире после Китая.

Более 70% месторождений сосредоточено в Мурманской области, остальные приходятся на Республику Коми, Республику Сахи и Красноярский край. Пока что главным стратегическим сырьем для Российской Федерации являются нефть и газ. Основные силы добычной промышленности направлены именно на них.

Но в дальнейшем, чем меньше будет их оставаться в недрах, тем более важное место будет занимать добыча редкоземельных металлов в России.

Запасы редкоземельных металлов в мире оцениваются в 110 миллионов тонн. По подсчетам ученых это примерно 80% из всех разведанных наземных месторождений. Около 48% приходится на Китай. Также последние исследования позволяют сделать предположение, что на дне мирового океана имеются огромные запасы редкоземельных металлов на уровне 80-100 миллиардов тонн.

Сейчас продолжаются дополнительные исследования данных фактов. Если они подтвердятся, это станет настоящим прорывом в отрасли. Но быстро наладить их добычу все равно не получится. На сегодняшний день не существует технологии, позволяющей вести разработку полезных ископаемых на огромной глубине. И могут понадобиться десятилетия на поиски наиболее эффективного и рентабельного метода освоения месторождений редкоземельных металлов под водой.

Как уже было сказано выше, основным игроком на рынке редкоземельных металлов является Китай. От него испытывают зависимость практически все остальные государства. Это позволяет диктовать свои условия, угрожая так называемой «сырьевой войной». Данный термин стал очень популярен в последнее время. И очень многие крупные экспортеры полезных ископаемых стали лоббировать свои интересы в мировой политике при помощи данного вида воздействия.

Так что развитые страны стараются вырваться из сырьевой зависимости и освоить альтернативные виды материалов. Еще 8 лет назад производство редкоземельных металлов в Китае удовлетворяло до 97% мирового рынка. Всего за 7 лет удалось отвоевать около 40% от указанной цифры. Но в ближайшее время не предвидится предпосылок для дальнейшего сохранения тенденции. Скорее всего, еще 10-15 лет Китай будет иметь около 60% доли рынка.

Особенности получения редкоземельных металлов

Извлечение редкоземельных металлов из земли в чистом виде не возможно. Это связано с их высокой химической активностью. В природных условиях они образуют многоатомные сложные соединения, входящие в состав горных пород. Всего на сегодняшний день известно около 250 минералов, содержащих в составе редкоземельные элементы. При этом не более 60 из них имеют промышленное значение. В остальных доля чистого металла составляет менее 5% и их переработка не рентабельна.

Металлы редкоземельной группы очень часто встречаются в одном и том же месторождении. Поэтому при поступлении сырья на завод редкоземельных металлов, сначала проводится исследование на процентное содержание различных элементов в минерале. Полученные результаты помогут определить, какой именно обработке подвергнуть сырье для получения максимальной экономической выгоды.

Получение редкоземельных металлов разделяется на несколько этапов. В первую очередь раскладывают на составные части сложные соединения. Для этого применяются реакции термического разложения. Они позволяют выделить двухатомные соединения металлов, которые подвергаются дальнейшей обработке. Наиболее часто проводят реакцию восстановления хлорида или фторида более активным металлом (кальцием, натрием, литием). Также используют процедуру электролиза, ионной хроматографии или экстракции.

Применение редкоземельных металлов охватывает многие отрасли промышленности. В стекольном производстве применяют оксиды лантана, церия, празеодима и неодима для повышения прозрачности стекла.

Также при помощи металлов данной группы изготавливают термостойкие и невосприимчивые к воздействию кислоты стекла. Редкоземельные элементы входят в состав пигментов, применяемых в лакокрасочной промышленности.

В автомобильном производстве лантан используется при производстве аккумуляторов для гибридных машин.

В военном деле вещества используются для изготовления взрывчатых веществ. На основе сплавов неодима, самария, иттрия, европия и эрбия производят сверхмощные постоянные магниты.Редкоземельные элементы в качестве присадок добавляют в некоторые виды сплавов для придания им необходимых свойств. В частности данные металлы придают материалу жаростойкость и повышенную защиту от воздействия коррозии. В чистом виде они практически не используются в виду своей дороговизны.

Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/redkozemelnye-metally-1584.htm

Редкоземельные элементы и экономическая война США и Китая

Редкоземельные металлы превратились в ключевой элемент в торговой войне между Соединенными Штатами и Китаем.

В начале августа 2019 г. Ассоциация китайской редкоземельной промышленности выступила с протестом против новых тарифов, введенных президентом Трампом: китайцы обвинили американскую администрацию в экономическом «запугивании». Они отметили, что новые пошлины должны быть оплачены (в той или иной форме) потребителями и рынком США.

Разозлить китайское лобби редкоземельных элементов — дело не шуточное. В настоящее время около 80% редких металлов, используемых в США, импортируется из Китая. Несмотря на то, что производство в США остаётся одним из крупнейших в мире (15.000 тонн в 2018 году, немного меньше, чем в Австралии), объём его всё же незначителен по сравнению с производством в Китае: 120.000 тонн в год.

Что такое редкоземельные элементы и в чём их ценность?

Редкоземельными считаются 17 элементов таблицы Менделеева, в частности скандий, иттрий и 15 других элементов лантаноидной группы металлов, включая такие как неодим, диспрозий и гольмий.

Все редкоземельные элементы — металлы. Они обладают схожими свойствами и их можно обнаружить в геологических отложениях. Иногда их также называют «редкоземельными оксидами», поскольку обычно они встречаются в природе в виде оксидных соединений.

«Несмотря на название, дело вовсе не в их редкости: их так называют, потому что они сильно разбросаны в земной коре по сравнению с некоторыми другими элементами или композитами, такими как пирит или золото», — поясняет профессор наноминералогии из Тринити-колледжа Дублина Хуан Диего Родригес-Бланко.

Редкоземельные элементы ценятся из-за их использования в производстве бытовой электроники и технологиях, связанных с возобновляемыми источниками энергии (такими как ветряные турбины и электромобили). С распространением высокотехнологичной продукции растёт и спрос на редкоземельные металлы.

«И это, в свою очередь, порождает конкуренцию на уровне геополитики: эти элементы крайне важны для развития новых технологий, что резко повышает их ценность [для промышленности и экономики]», — говорит Родригес-Бланко.

Крупнейшее месторождение редкоземельных металлов расположено в Баян-Обо, на севере Китая. На его долю приходится примерно половина объема производства редкоземельных металлов с 2005 года.

«Голмий используется для изготовления панелей управления в атомной промышленности и микроволновых печах. Неодим используется для изготовления мощных магнитов, роботов, автомобилей, жестких дисков и ветряных турбин», — рассказывает Родригес-Бланко. Кроме того редкоземельные элементы используются в аэрокосмической и военной отрасли, для производства высокостойкого стекла, топливных присадок и лазеров.

В дополнение к высоким технологиям, редкоземельные элементы используются в медицинских исследованиях, а также в лечении некоторых видов онкологических болезней (рака легких, простаты и костей).

Все их ищут, но не все находят

Хотя эти элементы и не являются «редкими», процесс их извлечения и последующей обработки — очень сложный и дорогостоящий. По данным Геологической службы США (USGS), несмотря на то, что они достаточно часто встречаются в земной коре, они широко рассеяны по земному шару. Это означает, что трудно найти значительный объём редкоземельных элементов для последующей добычи.

Именно поэтому для добычи используются агрессивные методы, как например извлечение из руды с помощью органических растворителей, магнитное деление и добыча при сверхвысоких температурах около 1000°C.

«Это очень неэффективные и экологически агрессивные методы, при которых более 50% элементов теряется в процессе разложения породы», — сказал Родригес-Бланко.

Во многих случаях сточные воды рудника содержат больше редкоземельных металлов, чем сами горные породы. Почему бы не подвергнуть переработке эти воды? Дело в том, что «эффективных методов для этого не существует: они настолько дороги, что их применение бессмысленно», — говорит наш эксперт.

Всего 1% редкоземельных элементов подвергается переработке.

В то же время, добыча этих полезных ископаемых сопряжена с высокими экологическими издержками. В некоторых процессах для разделения и сжигания при высоких температурах используются кислоты, выделяющие CO₂, что приводит к загрязнению окружающей среды.

«Редкоземельные элементы часто содержат радиоактивный элемент — торий. Хотя концентрация этого металла невысокая, мы не знаем, как контакт с ним влияет на окружающую среду и людей во время добычи», — сетует геолог.

Ключевой элемент в международной торговле

Китай осознает, что обладает мощным оружием в торговой войне против США, поскольку американская сторона сильно зависит от китайского экспорта редкоземельных элементов.

Визит китайского президента Си Цзиньпина на завод по переработке руды в конце мая дал повод для всевозможных догадок и взбудоражил международные рынки редкоземельных элементов.

По данным властей США, на долю Китая приходится около 36,7% известных мировых запасов редкоземельных металлов и 70,6% мирового производства этих металлов. Если бы Пекин вдруг заявил, что экспорт этих элементов прекращается, было бы очень непросто достичь уровня их производства, необходимого для поддержки индустрии стран Запада.

Коммунистическая партия Китая намекнула, что рассматривает возможность ограничения экспорта редкоземельных металлов. «Не стоит недооценивать способность Китая противостоять нападкам. Не говорите потом, что мы вас не предупреждали», — говорится в материале центрального органа Компартии Китая «Жэньминь Жибао».

В мире есть страны, обладающие крупными запасами редкоземельных элементов, которые, в случае их грамотной добычи, могут удовлетворить потребности американского и европейского рынков и положить конец китайской гегемонии на этом рынке.

Но добыча этих элементов, по словам нашего эксперта, требует проведение ряда серьёзных исследований: «Особенностью редкоземельных металлов является то, что их месторождения имеют совершенно иную природу, а методы их добычи не могут быть просто перенесены их одной страны в другую».

Так, способ извлечения минералов, задействованный в китайском Баян-Обо, оказался бы совершенно бесполезным на австралийском месторождении, поясняет Родригес-Бланко.

Источник: https://ru.euronews.com/2019/08/16/rare-earth-elements-ru

Редкоземельные металлы: список

Вначале 19 века редкоземельные металлы были окружены таинственным культом. Они показывались на выставках. С их появлением связывали научный прогресс. О них говорили рядовые люди и писали газеты. Но с чем был связан такой ажиотаж? Так ли редки эти металлы как об этом говорит их название? Давайте разбираться.

Виды и история открытия

К категории редкоземельных металлов (РЗМ) относятся 15 химических элементов. В таблице Менделеева они находятся под порядковыми номерами от 57 до 71. Схожие по своим химическим характеристикам, в это же время этим редкоземельным элементам присуще четко выраженная уникальность. Каждому свойственны свои технологические особенности.

Редкоземельные элементы имеют 2 семейства: иттербия и церия:

  1. Семейство Иттербия: Тулий, Гольмий, Иттербий, Гадолиний, Диспрозий, Тербий, Эрбий, Лютеций.
  2. В группу Церия входят: Самарий, Неодим, Лантан, Европий, Церий, Прометий, Празеодим

Такое деление производят на основании того, как растворяются выбранные компоненты в солях серных кислот.

Немного позже к списку добавились элементы: Иттрий, Скандий, Лантан, Лютеций. Таким образом список металлов редкоземельной группы состоит из 16 элементов.

Редкоземельные металлы обладают длинной историей открытия. Первое изучение «иттриевых земель» было проведено профессором химии Гандолином в 1790-х годах. В качестве объекта исследования он использовал минерал, найденный в горах Швеции. Позже этот вид горного образования получил название в его честь — гандолинит.

В 1840-х годах Мозандер выделил окись церия. Через 5 лет он же получил тербиевую и эрбиевую земли, используя при этом уже известный нам гандолинит. Последним из семейства редкоземельных металлов был открыт прометий. Его исследованием занимались Маринский и Гленденин, которые для своих экспериментов использовали осколки деления урана в ядерном реакторе.

Открытия редкоземельной группы металлов закончились лишь в середине 20 столетия, но эффективные промышленные методы их разделения развиваются до сих пор.

Самыми ценными и дорогими из списка редкоземельной группы являются:

  1. Тербий;
  2. Неодим;
  3. Европий;
  4. Лютеций.

Распространение редкоземельных металлов

Суммарное количество по массе редкоземельных элементов в недрах Земли равняется 0,01%, что относительно немало. Это больше, чем титан и свинец, вместе взятые. Наиболее часто встречаемыми из РЗМ являются церий, неодим и лантан.

Самым мало распространённым редкоземельным металлом является европий. Его содержание на Земле составляет 0,0012% от ее массы, что сравнимо с таким элементом как ртуть.

На сегодня обнаружено примерно 240 минералов, в химическом составе которых можно найти редкоземельные металлы. В 62 из них суммарный процент РЗМ достигает 10%. По своей природе они представляют собой разного вида фториды, силикаты и фосфаты. Несмотря на такое огромное количество минералов для нужд производства годятся только некоторые из них. Главным образом это монацит, бастнезит, апатит и эвксенит.

Процент соотношения между отдельными редкоземельными металлами в горных образованиях достаточно изменчив. В монацитах и бастнезитах преобладают элементы цериевой подгруппы; в апатитах — иттриевой.

Получение

Существует несколько вариантов переработки минералов:

  1. Разложение плавиковой и серной кислотами.
  2. Хлорирование.
  3. Сплавление щелочами.

Продуктом данных реакций являются разнообразные виды хлоридов, оксидов и сульфатов, которые служат исходными материалами для получения чистых редкоземельных металлов. С этой целью используется методы химического восстановления кальцием, магнием и калием. Под этим подразумевается осаждение, ионный обмен и фракционная кристаллизация. Для очистки редкоземельных металлов от примесей применяют дистилляцию и вакуумный переплав.

Физические свойства

Плотность РЗМ колеблется в пределах 6 000 – 7 000 кг\м3. Процессы плавления начинаются при температуре около 900 – 1000 ºC; кипения — при 3500 ºC. Большинство редкоземельных металлов относятся к группе парамагнетиков, магнитная восприимчивость которых находится в обратной зависимости от температуры.

Редкоземельные металлы по своей природе — сверхпроводники. Температура перехода в сверхпроводящее состояние у них происходит при 4-5 К. Данный показатель можно снизить за счет увеличения избыточного давления до 0,2 МПа.

Механические свойства

Редкоземельные металлы с чистотой до 98% при комнатной температуре обладают твердостью 300-500 МПа по шкале Бринелля. С повышением температуры это значение понижается. Так при 800 ºC твердость лантана уже составляет 35 МПа. Особенно сильно металлы размягчаются при 550 ºC, что связано с их полиморфным превращением.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Шабер что это такое

При испытании на растяжении гантелеобразные образцы редкоземельных металлов разрушаются при 150-200 МПа. Деформироваться они начинаются уже при 100-125 МПа. Относительное удельное растяжение для них составляет 8-12%. Отметим, что в интервале 20-800 ºC наблюдается резкое возрастание пластичности. Причина этого — переход внутренней структуры металлов на кубическую модификацию.

Химические свойства

Редкоземельные металлы в сухом воздухе покрываются тонкой пленкой, в основе которой лежат их оксиды. Она служит эффективной защитой как от механического, так и химического воздействия.

Во влажной среде они начинают медленно окисляться и трансформируются в гидроксиды. Данные процессы имеют место при температуре окружающей среды более 250 ºC. При 450 ºC редкоземельные металлы в кислородной среде сгорают до оксидов с активным выделением тепла.

Редкоземельные металлы охотно вступают в реакции с серой и хлором. При нагревании также взаимодействует с бромом и йодом.

Редкоземельные металлы растворяются в кислотах минеральной группы. Инертны по отношению к большинству видов щелочей.

Технологические свойства

При комнатной температуре редкоземельные элементы хорошо обрабатываются ковкой и прессованием. Стоит заметить, что производить данные операции необходимо крайне аккуратно, т.к. РЗМ не отличаются высокой вязкостью.

Из редкоземельных металлов производят металлопрокат различного типа. Это главным образом прутки диаметром от 1 до 5 мм, лента и фольга. Для предохранения от окисления заготовки металлов предварительно нагревают в среде инертных газов. Обычно это либо аргон, либо гелий.

Применение

Сплавы лантана с алюминием характеризуются повышенной скоростью поглощения окиси углерода и азота, но низко активен по отношению к водороду. Это делает возможным его применение в геттерах водородного тиратрона, где требуется максимальное изолирование водорода от окружающих газов.

Добавками церия эффективно модифицируют структуру чугунов и сталей. Такое легирование улучшает их пластичность и свариваемость, уменьшает процент выхода брака.

Празеодим высокой чистоты применяется в изготовлении эмали, стекла и глазури. Добавление празеодима в керамику придает ей особый желтоватый оттенок. Большинство высококачественных оптических стекол содержат в своем составе оксиды празеодима. На их базе изготавливают искусственные драгоценные камни — рубины, аметисты, топазы и т.д.

Прометий используется в качестве основного материала для атомных мини-батарей. Его изотопы дают мягкое излучение, не требующей специальной защиты.

Европий благодаря широте поперечного сечения захвата тепловых нейронов используется в производстве экранов защиты направляющих стержней ядерного реактора. Люминофор цветного телевизора на базе окиси иттрия активизируется европием, что повышает примерно на 50% качество его изображения. Также европий применяется в производстве магнитных сплавов.

Как видно, металлы редкоземельной группы уже активно используются в разного рода промышленных отраслях. Но исследование их возможностей только набирает обороты и несет в себе множество перспективных способов применения. Что из этого выйдет, покажет время. Нам же лишь остается только ждать.

Источник: https://prompriem.ru/metally/redkozemelnye-metally.html

Что такое редкоземельные металлы и их использование

Название «редкоземельные» (встречается сокращение TR, ср. лат. terrae rarae — «редкие земли») дано в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре (содержание (1,6-1,7)·10−2% по массе) и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды (такие оксиды в начале XIX века и ранее назывались «землями»).

Название «редкоземельные элементы» исторически сложилось в конце XVIII — начале XIX века, когда ошибочно считали, что минералы, содержащие элементы двух подсемейств, — цериевого (лёгкие — La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (тяжёлые — Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — редко встречаются в земной коре.

Основа современнейших технологий

По мнению Американского химического общества, на протяжении следующего столетия запасы 44 из 94 элементов таблицы Менделеева естественного происхождения могут истощиться. Будущее наших высокотехнологичных товаров скорее будет зависеть не от пределов возможностей нашего ума, а от нашей способности обеспечить производство их комплектующих.

Когда Гюстав Эйфель начал строить башню, которая в конечном итоге стала носить его имя, ему потребовалось 7000 тонн стали.

История открытия редкоземельных металлов

В природе все редкоземельные металлы существуют только в виде оксидов. Ранее оксиды носили название «терра», что значит «земля». Поэтому, когда из оксидов сразу не удалось получить чистые металлы, их стали называть «редкая земля», то есть редкоземельные. Этим учёные старались подчеркнуть их малочисленность в природе. Они тогда не знали, что большинство редкоземельных металлов чрезвычайно распространено в земной коре.

Само открытие этих металлов до сих пор покрыто завесами тайны. Считается, что приоритет в этой области принадлежит финну Юхану Гадолину, который в 1794 году в месторождении под шведским селом Иттербю, впервые нашел минерал, в состав которого входил описанный им иттрий. Параллельно с Гадолином ещё два шведских химика также занимались изучением редкоземельных металлов – Берцелиус и Хизингер.

Наш, Д.И. Менделеев, создавая свой труд «Основы химии», признавал наличие только 6 редкоземельных металла: иттрия, лантана, церия, эрбия, тербия и дидима, как тогда называли элементы празеодим и неодим. Причём, даже существование тербия было им поставлено под вопросом. Уже к концу XIX века ситуация с редкоземельными элементами прояснилась и им было отведено место в Периодической системе элементов между барием и танталом.

Долгое время основу для создания магнитных материалов составляли углеродистое железо и железокобальтовые сплавы. Когда были разработаны технологии промышленного выделения редкоземельных материалов, то цена многих из них резко снизилась, и стало возможным их применение в производстве магнитных сплавов.

Долгое время редкоземельные металлы считались скучными и химически малоинтересными. Ситуация изменилась в корне, когда в 60- годы XX века появились технологии выделения чистых металлов этой группы на основе использования технологий разделения изотопов урана. Учёные сразу отметили магнитные свойства этих элементов.

Кроме того, с развитием науки стало возможным искусственное выращивание монокристаллов некоторых металлов этой группы. Были открыты свойства некоторых редкоземельных металлов – они обладают огромной магнитной энергией и на их основе можно создавать мощные постоянные магниты. Сами эти металлы при намагничивании могут менять свои размеры.

Без редкоземельных металлов невозможно производство энергосберегающих ламп, гибридных автомобилей, систем наведения и ночного виденья, беспилотных летательных аппаратов. Также эти металлы используются в технологиях stealth.

В Сибири, в массиве Томтор, который располагается на границе между Якутией и Красноярским краем, новосибирскими учёными было открыто одно из самых больших в мире месторождений редкоземельных металлов, которое было подвергнуто исследованию и разработке. Многие ученые считают, что без промышленной разработки этого месторождения России придётся забыть о пути совершенствования и развития инновационных технологий.

Источник: https://pandora-site.ru/redkie-redkozemelnye-metally-spisok/

Как редкоземельные металлы используются в электронике и технике

Редкоземельные металлы составляют группу из 17 элементов.

Они нашли свое применение во многих технических изделиях, включая смартфоны, бытовую технику (телевизоры, компьютеры, объективы фотоаппаратов), электромобили, ветровые турбины, медицинскую и военную технику.

Некоторые из этих элементов очень редкие, другие распределены в небольших количествах по разным уголкам мира. проблема редкоземельных металлов в том, что их добыча является экологически опасной, а обработка весьма дорогостоящей. 

Список редкоземельных металлов и их названия

К редкоземельным металлам (сокращенно – РЗМ) относят:

1) церий (Ce);

2) диспрозий (Dy);

3) эрбий (Er);

4) европий (Eu);

5) гадолиний (Gd);

6) гольмий (Ho);

7) лантан (La);

8) лютеций (Lu);

9) неодим (Nd);

10) празеодим (Pr);

11) прометий (Pm);

12) самарий (Sm);

13) скандий (Sc);

14) тербий (Tb);

15) тулий (Tm);

16) иттербий (Yb);

17) иттрий (Y).

В iPhone содержится 8 различных редкоземельных металлов, в некоторых других смартфонах их насчитывается 16 (за исключением радиоактивного прометия). В мобильных устройствах они отвечают за яркость экрана (тербий и диспрозий), ударопрочность, отклик тачскрина и вибрацию (неодим и диспрозий). Редкоземельные металлы также присутствуют в микросхемах и динамиках. И это только небольшая сфера их использования.

Применение редкоземельных металлов в технике

Выше мы разобрали, что такое редкоземельные металлы. Теперь рассмотрим вопрос о том, как они используются в технике и электронике.

• Неодим требуется в производстве мощных магнитов для жестких дисков и динамиков. Также находит применение в электромобилях и ветровых турбинах.

• Лантан применяется в фотокамерах и телескопических объективах, студийном освещении и кинопроекции, в аккумуляторах и водородных хранилищах.

• Церий необходим в автомобильных каталитических нейтрализаторах: он дает им возможность работать при повышенных температурах. Помимо этого, играет ключевую роль в конвертерных химических реакциях, а также в переработке сырой нефти.

• Празеодим нужен для разработки усиленных металлов и стекол, авиационных двигателей и защитных масок для сварщиков и стекольников.

• Гадолиний используется в дисплеях, рентгеновских системах и МРТ-аппаратуре.

• Иттрий, тербий и европий требуются при создании дисплеев телевизоров и компьютеров, энергоэффективных лампочек и люминесцентных ламп, а также для создания стержней управления реакторами.

Помимо индустрии электроники в значительной степени от редкоземельных металлов зависят еще две отрасли – электрический автопром и ветроэнергетика. Компания Tesla создает двигатели с постоянными магнитами на основе неодима и празеодима.

Электродвигатели с содержанием редкоземельных металлов отличаются легкостью, мощностью и экономно расходуют заряд.

Согласно исследованию Argonaut, в электроавтомобилях используется на 1 кг больше редкоземельных магнитов, чем в авто с традиционным двигателем внутреннего сгорания.

В ветроэнергетике также огромным спросом пользуются неодим и празеодим. Как ожидается, спрос на эти металлы в течение следующих лет увеличится в 2,5 раза.

В 2016 году Россия импортировала до 90% редкоземельных металлов. Теперь курс изменился: к 2020 году РФ намерена отказаться от их импорта вовсе.

Каковы экологические последствия добычи редкоземельных ископаемых?

Добыча редкоземельных металлов отрицательно сказывается на экологии. Она провоцирует выброс в атмосферу как токсинов, так и углерода. Большая часть шахт, ведущих добычу редкоземельных металлов, расположена в Китае. Страна исторически ограничивает экспорт ископаемых в ущерб производству других стран. В настоящее время горнодобывающая промышленность Китая сосредоточена в руках шести правительственных организаций.

До 2012 года стоимость редкоземельных металлов росла. Затем производители техники стали использовать альтернативные материалы в том числе и потому, что затраты на добычу РЗМ очень высоки. Однако в 2016 году цены на редкоземельные металлы снова подскочили из-за спроса со стороны автопромышленности и ветроэнергетики.

Можно ли ограничить их добычу?

Да. Одним из решений является восстановление и переработка бытовой электроники. Другим вариантом считаются модульные смартфоны, которые позволяют заменять отдельные устаревшие компоненты для более новые, не меняя само устройство. Старые компоненты могут быть переработаны или утилизированы.

Но в настоящее время только 10% смартфонов отправляется на переработку. Рециркуляция редкоземельных металлов осложняется еще и тем, что их трудно извлечь из техники. Отсюда следует, что спрос на них в технологической индустрии закончится не скоро. Ученые продолжают поиски альтернатив этим достаточно дорогим ресурсам.

Чем быстрее найдутся подходящие аналоги, тем будет лучше для экологии.

Источник: https://yznavai.ru/kak-redkozemelnye-metally-ispolzujutsja-v-jelektronike-i-tehnike/

Элементы высоких технологий: как мировые державы борются за рынок редкоземельных металлов

Всё большую ценность в промышленности приобретают редкоземельные металлы (РЗЭ). Они используются во многих высокотехнологичных производствах. Эксперты полагают, что именно эти элементы в дальнейшем будут играть важную роль в развитии глобальной экономики.

Однако мировой рынок РЗЭ за последние 15 лет монополизировал Китай, и любое ограничение поставок из этой страны может иметь крайне негативные последствия для промышленности других государств. Изменить расклад сил в отрасли намерны США и Россия.

В частности, Соединённые Штаты заключили с Австралией соглашение о совместной добыче и переработке этих полезных ископаемых. Есть ли у альянса шансы потеснить КНР, выяснял RT.

США и Австралия будут совместно проводить разведку, добычу и переработку полезных ископаемых, включая редкоземельные и редкие металлы. Соответствующее соглашение было достигнуто в последних числах февраля на переговорах президента США Дональда Трампа и австралийского премьер-министра Малколма Тёрнбулла.

Коллаборация с Австралией — далеко не первая попытка Соединённых Штатов закрепиться на рынке редких металлов, где лидирует Китай.

Чтобы снизить зависимость от импорта этих элементов и защитить национальную экономику, американский лидер ещё в прошлом году распорядился принять меры по наращиванию в США добычи редких металлов.

По данным Геологической службы США, четверть потребностей американской промышленности в этих элементах покрывается исключительно за счёт импорта. Речь, в частности, идёт о неодиме и тантале.

Также по теме

Дороже платины: мировые цены на промышленные металлы достигли максимальных значений за 10 лет

Осень 2017 года стала сезоном рекордного роста цен на группу основных промышленных металлов. Впервые за 16 лет палладий торгуется

К редкоземельным металлам или редким землям (редкозёмам, РЗЭ) относят 17 элементов, обладающих схожими физико-химическими свойствами — такие, как скандий, церий, тулий и другие. В большинстве случаев редкие земли встречаются в рассеянном виде и в форме оксидов, что заметно осложняет их добычу в промышленных масштабах — отсюда и появился термин «редкоземельные».

Редкие земли обладают рядом уникальных свойств. Они незаменимы во множестве отраслей — от космических технологий до медицины. Активно применяются редкоземельные элементы и в металлургии — их сплавы придают разнообразным материалам новые качества.

Процент использования редкоземельных элементов в производстве — ключевая характеристика национальной промышленности. Чем он больше, тем выше технологическое развитие экономики, уверены эксперты. 

  • Поезд на магнитной подушке
  • globallookpress.com
  • Niu Yixin

Спектр применения редких земель с каждым годом только расширяется. Открытие свойств этих металлов стало катализатором развития солнечной энергетики, лазеров, скоростного транспорта и т.д. К примеру, использование даже малых долей неодима и ванадия позволяет снизить вес металлических конструкций на треть, а также увеличить срок их службы в два-три раза.

Одно из наиболее перспективных направлений — ториевая энергетика: специалисты уверены, что в будущем торий может заменить природный уран и даже обойти его по некоторым параметрам. Так, ториевый реактор намного безопаснее тех, что существуют сейчас, а значит, новых Чернобыля и Фукусимы можно будет избежать. По словам экспертов, в отличие от урана, торий не даёт избыточной активности. 

Китайская монополия

В прошлом веке ведущими мировыми производителями редкоземельных металлов были США, СССР и Франция. Однако в 2014 году доля России на рынке редких земель составляла лишь 1,3%, хотя в российских недрах, по некоторым оценкам, содержится около 18% мировых запасов РЗЭ. Свои позиции на этом рынке утратили также и США.

Сейчас фактический монополист в сфере редких земель — Китай. К концу 2000-х годов на его долю приходилось более 90% мировой добычи редкоземельных элементов. Тем не менее в 2010 году Пекин ограничил их экспорт, сославшись на огромный ущерб, который наносит экологии неконтролируемая добыча РЗЭ. Естественно, это привело к резкому удорожанию редкоземельных металлов. В 2015 году Пекин снял ограничения, но последствия монополизации рынка РЗЭ стали очевидны.

О том, чтобы возродить добычу и производство ценного сырья, задумались в Москве. Российский Минпромторг ранее заявлял, что к 2020 году Россия должна полностью заместить импорт редкоземельных металлов. В развитие отрасли планируется вложить порядка 145 млрд рублей.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что делают из титана

В феврале этого года в Королёве открылось производство редкоземельных металлов.

«На первом этапе компания «Лаборатория инновационных технологий» запустила в Королёве экспериментальное разделительное производство редкоземельных металлов мощностью около 130 тонн в год», — сообщили в пресс-службе Министерства инвестиций и инноваций Московской области. 

Прошлым летом глава Минпромторга РФ Денис Мантуров сообщил о планах по освоению крупнейшего Томторского месторождения редкозёмов в Якутии. По словам министра, пять лет ушло на разработку технологии получения концентрата из добываемой руды.

«Рассчитываем выйти на освоение Томторского месторождения со следующего года, но первую руду планируем получить в 2019—2020 годах», — добавил Мантуров.

  • Денис Мантуров, министр промышленности и торговли Российской Федерации
  • РИА Новости
  • Рамиль Ситдиков

Борьба за месторождения

Эксперты считают, что за месторождения редкоземельных металлов будет идти такая же конкурентная борьба, как и за углеводороды.

В 2013 году британская частная компания SRE Minerals заявила, что на территории КНДР, в провинции Пхёнан-Пукто, находится одно из крупнейших в мире месторождений редкоземельных элементов. Компания подписала с северокорейским правительством соглашение о его разработке на 25 лет. Также предусмотрено строительство перерабатывающего завода. По предварительным оценкам, запасы РЗЭ в этом районе превышают 200 млн тонн. Стоимость таких объёмов сырья исчисляется триллионами долларов. 

Также по теме

Индустрия без подзаряда: почему взлёт цен на кобальт угрожает производству смартфонов и электрокаров

Производство электрокаров, смартфонов и высокотехнологичных гаджетов может оказаться под угрозой. Всё дело в стремительном удорожании

В 2014 году несколько российских компаний, включая НПО «Мостовик», начали переговоры с властями КНДР о сотрудничестве. Российская сторона должна была взяться за модернизацию и реконструкцию железнодорожной сети КНДР, получив в обмен доступ к разработке полезных ископаемых в стране. Речь, в первую очередь, шла о добыче редкоземельных элементов и строительстве горно-обогатительных комбинатов. Совместный проект, в который планировалось вложить более $25 млрд, получил название «Победа».

Ещё один регион, располагающий большими запасами редкоземельных элементов, — Африка. Одна только ЮАР занимает шестое место в мире по запасам редкозёмов.

Такие сырьевые богатства не могли не привлечь иностранцев. В конце 2017 года британская компания Rainbow Rare Earths начала добычу редкоземельных элементов на руднике Gakara в Бурунди.

В 2016 году власти другой африканской страны, Зимбабве, предложили России сотрудничество в сфере добычи редкоземельных металлов. С такой инициативой выступил министр шахт и развития горно-рудной промышленности страны Уолтер Чидаква.

Однако и Россию, и другие страны на африканском континенте теснит Китай: Пекин уже давно активно развивает своё экономическое присутствие в Африке.

«Африка богата сырьём, но в разработке африканских месторождений лидирует Китай, — пояснил в интервью RT доктор экономических наук, профессор кафедры мировой и национальной экономики Всероссийской академии внешней торговли Минэкономразвития РФ Александр Бельчук. —  Вряд ли США смогут поколебать монопольное положение китайской стороны в области добычи редкоземельных металлов».

Ещё один регион, где могут столкнуться интересы крупных держав, — Афганистан. Эта страна — настоящая кладовая минерального сырья, включая редкоземельные металлы. Речь, в частности, идёт о празеодиме — этот металл применяют для улучшения свойств ряда сплавов и изготовления специальных стёкол. Также в Афганистане можно добывать церий, неодим, лантан и самарий. Работы по разведке афганских недр начали ещё советские специалисты, продолжили искать РЗЭ здесь уже американцы в 2000-х годах. 

  • Джелалабад, Афганистан
  • AFP
  • NOORULLAH SHIRZADA

Недавно Дональд Трамп и президент Афганистана Ашраф Гани договорились о добыче редкоземельных металлов американскими компаниями на территории республики. Американский лидер решил поколебать монополию КНР на рынке редкозёмов, и развитие зарубежных проектов играет приоритетную роль в этой стратегии, считают эксперты.

Соглашение с Канберрой также закономерно для Вашингтона, ведь страны близки в политическом отношении, а Австралия располагает богатыми запасами природных ресурсов, включая РЗЭ.

Важную роль на рынке редкоземельных элементов играет и Казахстан, богатый разнообразными природными ресурсами. Как пояснил Бельчук, за право разрабатывать казахстанские месторождения борются компании из Японии, Южной Кореи, Китая.

Вопрос технологий

Чтобы применять редкозёмы в производстве, необходимо обладать очень сложными технологиями, а они есть далеко не у всех стран. В силу этого многие государства просто не могут принять участие в конкурентной борьбе за эти ресурсы, считает заведующая отделом цветных, благородных металлов и алмазов ФГБУ «ВИМС» Елена Матвеева.

«Ключевой фактор в этой области — не наличие физических объёмов металлов, а возможности по использованию их в промышленности и других отраслях, — пояснила эксперт в интервью RT. — Такие технологии пока недоступны для развивающихся государств. Например, Китай часто преувеличивает свои технические достижения, нередко просто копируя чужие наработки. Но к технологическим лидерам КНР отнести нельзя, несмотря на большие объёмы производимой продукции». 

Конкуренция, по словам Матвеевой, по сути, сводится к тому, какая из стран сможет поставить на поток перспективные технологии обработки и широкого применения редкозёмов. 

«Что касается России, то мы давно прошли уровень экспериментальных исследований, база у нас в этой сфере мощная», — подчеркнула она.

Со временем роль редкоземельных элементов будет только расти, утверждают специалисты. Матвеева считает, что истинное их значение для экономики пока даже не вполне оценено.

«На данном этапе промышленное применение редкоземельных металлов заметно отстаёт от научных изысканий в этой области. Это, без преувеличения, технологии будущего», — резюмировала эксперт.

Источник: https://russian.rt.com/world/article/488763-redkozemelnye-metally-dobycha-rossiya-ssha-kitay

Редкоземельные элементы

В общем, это такие же элементы периодической таблицы, как и другие. Чтобы начать цепочку РЗЭ к атому бария добавим 1 электрон и 1 протон — получим лантан. Далее добавляем ещё протон с электроном и получаем следующий редкоземельный элемент. Каждый последующий элемент будет толще на 1 протон и 1 электрон.

Существует 17 редкоземельных элементов: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды: церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.

Когда электроны добавляются к атому, они собираются группами или слоями — орбиталями. Они похожи на концентрические круги мишени. Или на орбиты планет Солнечной системы.

Первая орбиталь атома может содержать только два электрона. Если добавить третий, он окажется на второй орбитали вместе с другими семью электронами. На третьей орбитали болтается уже 18 электронов. И следующие 18 электронов бария крутятся на четвёртой. А потом начинаются странности.

Хотя в четвёртой орбитали еще есть место для электронов (32 — максимум), следующие восемь электронов вываливаются на пятую орбиталь. И, несмотря на ещё более просторную пятую, следующие два электрона летают в шестой орбитали.

Именно тогда атом становится барием с атомным номером 56. А те пустые пространства в 4 и 5 орбиталях начинают заполняться. Добавление еще одного электрона создаёт лантан — первый в ряду редкоземельных элементов. При этом электрон падает в пятую орбиталь. Добавим ещё электрон, чтобы сделать церий. И он упадёт на четвёртую. И так и далее.

Электроны самой внешней орбитали во многом влияют на химические свойства элемента. Поскольку редкоземельные элементы имеют одинаковые внешние электронные конфигурации, их свойства весьма схожи

Иттрий и скандий слегка выпадают из этого конструктора. А химики могут поругать меня в чате.

Редкие элементы такие редкие?

Нет. Они более многочисленны в земной коре, чем многие другие элементы. Даже самый редкий редкоземельный тулий в 125 раз менее редкий, чем золото. А церий в 15 000 раз.

Они редки в том смысле, что они «рассеянны». То есть они разбросаны по всей планете, но в низких концентрациях. Редкие земли часто встречаются в редких изверженных породах — карбонатитах.

Есть несколько регионов, в которых много редкоземельных металлов. И они, в основном, в Китае (около 80 процентов от общего годового объема — 130 000 тонн в год). Также редкие земли добывают в Австралии и США.

Не редки, но дороги?

Да, вполне. В 2018 году стоимость оксида неодима, составляет 107 000 долларов США за 1 кубический метр. Ожидается, что к 2025 году цена возрастет до 150 000 долларов. Европий ещё дороже — около 712 000 долларов за кубометр.

Одна из причин дороговизны РЗЭ заключается в том, что их трудно отделить друг от друга, чтобы получить чистое вещество.

Европий

Для чего полезны редкоземельные элементы?

Во второй половине 20-го века европий стал популярным ввиду спроса на светочувствительные люминофоры в видеоэкранах (компьютерные мониторы и плазменные телевизоры). Также европий умеет поглощать нейтроны в стержнях ядерных реакторов.

Другие редкоземельные элементы также широко используются в электронных устройствах. Например, неодим является мощным магнитом (полезен в смартфонах, телевизорах, лазерах, аккумуляторах и жестких дисках). Ожидается, что в следующей версии электромобиля Tesla будет использоваться неодим.

Источник: https://www.geologika-web.ru/rare_earth/

Использование и добыча

Использование редкоземельных металлов является узкоспециализированным, но разнообразным. Эти элементы использованы в мобильных телефонах, суперсильных магнитах и, следовательно, моторах и генераторах, некоторых катализаторах нефтеперерабатывающего предприятия, лазерах и в люминесцентной лампе или плоских экранах, некоторых батареях и в сверхпроводниках и других технологиях важных в современной жизни. Некоторые редкоземельные металлы особенно полезны в энергетических приложениях.

Ученые предупреждают, что нехватка редкоземельных металлов или почти монополия Китая на них, может подавить переход на возобновляемые источники энергии и другие чистые технологии.

В середине 1990-х годов Китай укрепил свой контроль над большей частью мирового рынка и добычу редкоземельных металлов в мире, а последний американский рудник и мельница, когда-то доминирующие в мире закрылись в 2002 году, потому что это было невыгодно.

Китай начал вводить экспортные квоты в 2006 году и ограничил экспорт в Японию (основной потребитель для высокотехнологичных миниатюрных двигателей) поэтому мировые цены взлетели.

Правительственные ведомства США опубликовали срочные сообщения о редкоземельном кризисе и его угрозе национальной безопасности.

Может ли контроль Китая над этими важнейшими элементами (примерно 97 процентов) блокировать способность Вашингтона производить ракеты Томагавк, самолеты F-35 и очки ночного видения, как предупреждали некоторые ученые, не говоря уже об электрических транспортных средствах и ветровых турбинах?

Неодим

Используется для создания мощных магнитов, используемых в громкоговорителях и жестких дисках компьютеров, чтобы они были меньше и эффективнее. Магниты, содержащие неодим, также используются в экологически чистых технологиях, таких как производство ветровых турбин и гибридных автомобилей.

Лантан

Этот элемент используется в камерах и объективах телескопа. Соединения, содержащие лантан, широко используются в приложениях для освещения углерода, таких как студийное освещение и проекция кино.

 Церий

Используется в каталитических нейтрализаторах в автомобилях, что позволяет им работать при высоких температурах и играет решающую роль в химических реакциях в конвертере. Лунтан и церий также используются в процессе переработки сырой нефти.

 Иттрий

Иттрий используется в процессе создания цветных дисплеев на таких устройствах, как телевизионные экраны.

 Празеодим

Используется для создания крепких металлов для использования в авиационных двигателях. Празеодим также является компонентом особого сорта стекла, используемого для изготовления козырьков для защиты сварщиков и стеклоизготовителей.

 Гадолиний

Используется в рентгеновских и МРТ-системах сканирования, а также в телевизионных экранах. Исследования также проводятся в его возможное использование при разработке более эффективных холодильных систем.

 Иттрий, тербий, европий

Применяется в экранах телевизоров, компьютеров и в других устройствах, которые имеют визуальные дисплеи, поскольку используются для изготовления материалов, которые выделяют разные цвета. Европий также используется для изготовления контрольных стержней в ядерных реакторах.

Рынок редкоземельных металлов

В настоящее время рынок редкоземельных металлов в упадке, и Китай планирует ограничить годовое производство до 140 000 метрических тонн, начиная с 2020 года, чтобы попытаться снова поднять цены.

Причины падения цен на редкоземельные металлы

Начнем с супермагнитов.

Неодим – редкоземельный элемент, примерно с концентрацией в земной коре, как свинец и хром, но сосредоточен в высокосортных рудах.

В 1982 году Дженерал Моторс и японская компания Сумитомо обнаружили, что смешивание одной четвертой неодима по весу с тремя четвертями железа и бора может сделать самое мощное семейство супермагнетиков тогда известным, Nd2Fe14B и что свойства этих магнитов могут быть дополнительно улучшены путем добавления следов других редкоземельных металлов – празеодима плюс диспрозий или более дорогой тербий.

Китай, обладая большим количеством всех этих элементов и предпочитая добавленную стоимость экспорту сырья, создал индустрию супермагнитов, чьи низкие цены захватили большую часть мирового рынка и закрыли конкурентов. Китай также энергично проводит исследования и разработки, чтобы найти дальнейшее применение своей редкоземельной щедрости.

Даже в 2015 году, на долю Китая приходилось более 80% мирового редкоземельного производства, сейчас около 70 процентов – это неразумный баланс.

Технологические решения по уменьшению спроса

С 2010 года промышленники предупредили, что рынок редкоземельных металлов с монополией Китая на элементы супермагнитов могут сделать растущий глобальный переход на электрические автомобили и ветряные турбины невозможным – потому что их двигатели и генераторы якобы требовали супермагнитов и, следовательно, этих элементов. Некоторые такие сообщения были даже в 2017 году. Но это все подвергается сомнению. Все, что делают такие вращающиеся машины с постоянными магнитами, также может быть сделано или лучше двумя другими видами двигателей, которые не имеют магнитов.

Сейчас двигатели применяют современную управляющую программу и силовую электронику из кремния, самого распространенного твердого элемента на Земле.

Первый вид – это асинхронный двигатель, изобретенный Николой Теслой 130 лет назад и используемый в каждом электромобиле Приус и Тесла сегодня. Без магнитов изготавливают двигатели не только в электрических автомобилях, но также в ветротурбинах, что освобождает тонны неодима. То, что некоторые ветряные турбины и производители используют генераторы с постоянными магнитами, не означает, что другие должны их изготавливать также.

Точно также красные люминофоры в компактных люминесцентных лампах традиционно используют европий. Но эти лампы теперь в значительной степени вытеснены белыми светодиодами, которые используют примерно на 96 процентов меньше европия. Кроме того, новые красные люминофоры не используют редкоземельные металлы, в то время как последний зеленый люминофор сокращает использование тербия более чем на 90 процентов.

Эрбий в волоконно-оптических ретрансляторах – еще один редкоземельный элемент. Эрбий необходим чтобы увеличить емкость волокна. Ширина полосы частот сейчас увеличена путем передачи по мултиплексу и беспроволочными рационализаторствами.

Некоторые гибридные автомобили, такие как Honda Insight 2001 года, использовали никель-металл-гидридные батареи, содержащие лантан, но теперь они в значительной степени заменены более легкими литиевыми батареями, которые обычно не используют лантан. Кроме того, электромобилям с литиевыми батареями требуется в два—три раза меньше батарей по массогабаритным характеристикам.

Лидирующие на рынке литиевые батареи электромобиля в мире, как и их двигатели, вообще не используют редкие металлы. Количество электромобилей в мире растет.  Появляются новые технологии в виде мощных потенциальных заменителей батарей (в частности, графеновые суперконденсаторы).

Источник: https://v-nayke.ru/?p=11522

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электропривод
Что такое быстрорежущая сталь

Закрыть