Редкоземельные элементы

Открытие редкоземельных металлов

Редкоземельными металлами называют некоторую группу элементов, обладающих определёнными сходными свойствами. При нагревании они способны образовывать оксиды, которые не растворяются при соприкосновении с водой. На сегодняшний день насчитывается 17 данных элементов: лютеций, церий, иттрий, лантан и т.д.

Открытие 16 из них произошло к 1907 году, и чуть позже добавился последний - прометий, который был получен в 1945 году, хотя о его существовании говорили с 1907 года.

Техническая классификация редких металлов

Использование редкоземельных металлов

Редкоземельные элементы (РЗЭ) представляют собой очень востребованную на сегодняшний день группу элементов. Их используют во многих областях, активно развивающихся в настоящее время.

Очень сложно переоценить значение данных веществ. Новые исследования позволяют предположить, что развитие технологий с применением РЗЭ позволять снизить или даже полностью ликвидировать энергетическую зависимость государств. На их основе разрабатываются технологии будущего в таких сферах как, здравоохранение, оборона, компьютерная промышленность и всевозможные гаджеты для связи. К тому же они позволяют применять «зеленые технологии» (электрические автомобили, очищение воды, солнечная энергия, катализаторы).

Сплав с использованием РЗЭ позволяет создавать несущие конструкции, которые можно использовать в самолетостроении, причем при производстве сверхзвуковых моделей. Данные элементы весьма востребованы в космической отрасли. Иллюминаторы, изготавливаемые при добавлении РЗЭ способны выдерживать просто невероятные механические нагрузки.

Отраслевое потребление редкоземельных металлов в мире

Запасы РЗЭ

Основными добытчиками РЗЭ являются США, Китай, Индия, Австралия и Россия. Причем около 85% приходится на Китай среди первой десятки лидеров. В основном благодаря крупному месторождению и тому, что снижены требования к экологической безопасности производства, а также самой дешевой рабочей силой.

Россия по запасам ценного ресурса расположилась на втором месте. Последние данные были получены в 1993 году. В основном разработка и оценка не производится из-за труднодоступности РЗЭ. Поэтому на сегодняшний день бесспорным лидером является Китай по запасам (~40%) и производству. Действительное количество запасов РЗЭ в России сложно оценить. По официальным данным это около 20% от общемирового запаса, но благодаря новым месторождениям, расположенным на Кольском полуострове и в Мурманской области, а также в Сибири, запасы могут оказаться действительно намного больше. На сегодняшний день разработка и добыча РЗЭ является основным из приоритетных направлений всех развитых стран.

Мировые запасы редкоземельных металлов

Сложности производства

Стоит заметить, что название не отражает сути, и данные материалы нередко встречаются в природе. Основная проблема заключается в их добыче, так как их составляющая в рудах не предполагает выгодного извлечения для дальнейшего использования.

Кроме того, есть сложности при разделении этих элементов. Для того, чтобы осуществить разделение используются токсичные и дорогие вещества. К тому же сам цикл производства чистого вещества весьма значителен и многоэтапен. Как только будет разработан эффективный метод разделения РЗЭ его добыча, несомненно, значительно увеличится.

Причем РЗЭ разделены на две подгруппы - тяжёлые и легкие элементы. При этом наиболее труднодоступными являются как раз тяжелые РЗЭ. Они способны выдержать высокие температуры, и по этой причине очень востребованы в сфере современной энергетики. Развитие энергетики – основное перспективное направление, в котором используют редкоземельные элементы.

Редкоземельные элементы – основные производители

В настоящее время основным разработчиком, а также потребителем РЗЭ, является Китай. Около 95% РЗЭ добывается в этой стране. Данные элементы двигают технический прогресс вперед, и помогают создавать новые, более совершенные технические новинки, приносящие несомненную пользу человечеству.

Это позволяет Китаю регулировать цены на данное сырье, а также устанавливать квоты на потребление. Китай активно наращивает запас данного ресурса для своих собственных нужд.

Ранее США также весьма активно разрабатывали месторождения, но сейчас практически прекратили добычу. Элементы добываются открытым способом и наносят непоправимый ущерб почве и здоровью рабочих, именно по этой причине многие месторождения перестали разрабатываться.

На сегодняшний день Россия находится на втором месте как поставщик редкоземельных элементов.

Редкоземельные элементы сегодня

Редкоземельные металлы сегодня используются более широко, чем любые другие металлы. Прежде всего, это вызвано добавлением новых сфер производства, где их применение предпочтительнее. Например, в последнее время их используют для изготовления оптоволокна, аккумуляторов и топливных элементов. Их применение позволяет избежать излишнего загрязнения при производстве множества товаров в промышленных масштабах.

Из-за монополии Китая стоимость сырья возросла стремительно примерно в 20 раз. При этом Китай предпочитает добываемую продукцию использовать самостоятельно и продает уже дорогостоящий продукт с использованием редкоземельных элементов. При этом отпускаемое сырье резко ограничилось в объеме. Сложно переоценить столь востребованный ресурс на сегодняшний день. Единственным способом избежать зависимости от ресурсов Китая является собственная разработка месторождений.

Несмотря на то, что в 2016 году были отменены экспортные пошлины и сам объем добываемого сырья из Китая увеличился, стоимость редкоземельных элементов не снизилась, но еще и возросла. Такой эффект получился в результате того, что горнодобывающие компании снизили объем производства сырья и было принято решение об увеличении запасов самого Китая столь ценным ресурсом.

РЗЭ в России

В России было подписано распоряжение, в котором есть пункты о развитии промышленности РЗЭ в 2013 году и выделены средства из Федерального бюджета.

Государственная поддержка в данной отрасли является определяющим для развития данной отрасли, так как практически все приходится создавать с нуля и кроме иностранных инвесторов на данном этапе перспективным направлением вряд ли заинтересуются российские инвесторы.

Основными задачами данной программы является:

- разработка добычи концентратов РЗЭ, а также разделение на чистые элементы;

- исследования, позволяющие получать РЗЭ высокой очистки, а также их соединения;

- создание новых высокотехнологических материалов с применением РЗЭ и производство продукции нового поколения в таких сферах как: автомобильная промышленность, металлургия, магниты и т.д.

В итоге при выполнении программы в России должны создаваться производства, позволяющие получать сырье и производить готовый высокотехнологичный продукт. Данная промышленность в России находится в зачаточном состоянии и отставание в этой области от Китая составляет примерно 40 лет. Нет специалистов в данной области, отсутствуют предприятия и эффективная добыча сырья.

Очень тяжело наладить производство по причине малого использования в производстве РЗЭ, в том числе такая промышленность отрицательно влияет на экологию, так как соседствуют редкоземельные элементы в основном с такими радиоактивными элементами как уран и торий. Поэтому связываться со столь рискованным предприятием частный российский инвестор вряд ли будет. Именно по этой причине участие государства в разработках и финансировании очень важная составляющая успеха.

В России на сегодняшний день учтено 16 месторождений РЗЭ. Выдели основные перспективные:

- Томторское месторождение по своему содержанию элементов является уникальным, но пока всего лишь перспективным в связи отсутствием инфраструктуры в данном районе;

- Чуктуконское месторождение страдает тем же недостатком, что и томторское – слабой инфраструктурой и кроме того требует дополнительной разведки;

- Павловское месторождение в своем роде является уникальным источником РЗЭ, так как содержание радиоактивных элементов здесь минимально, что позволит обойтись без захоронений данных элементов.

Новости по добыче редкоземельных элементов. Российские специалисты разработали новый метод получения редкоземельных элементов из производственных отходов. Причем сама технология получения является безотходной.

Из фосфогипса посредством новой технологии получают гипс, который активно используется в строительстве. А концентраты редкоземельных элементов в свою очередь будут разделены и обогащены. На выходе получаем полноценный продукт, необходимый при производстве высокотехнологических товаров из сырья низкой стоимости, производим гипс и ликвидируем отходы. Производство по данной технологии уже запущено, и первые результаты появятся к концу 2016 года.

В ближайшем будущем данное открытие приведет Россию к полному обеспечению необходимым материалом, что позволит не закупать РЗЭ в Китае. Данное открытие повлияет на ценовую политику редкоземельных металлов. Переоценить значение уникальной разработки вряд ли возможно. В России необходимо развивать технологии использования ценного ресурса, иначе ставится под угрозу национальная безопасность государства.

Для того чтобы сократить возникающий дефицит редкоземельных элементов из-за ценовой политики основного поставщика сырья, а также снять ограничения по объемам поставки на внешний рынок, необходимо приступить к разработке месторождений в других странах, а также наладить повторное использование РЗЭ, что уже успешно выполняется во многих странах.

Сократить потребление столь ценного ресурса не получится в силу его использования во всех высокотехнологических производствах. И в дальнейшем спрос будет только расти, поэтому добычу РЗЭ стоит увеличить.

Ученные из США также ищут пути извлечения РЗЭ. Последняя разработка касается добычи металлов из угля. Благодаря использованию сульфата аммония удалось извлечь 89% из общего содержания в используемых образцах. Данный метод рассматривается для получения РЗЭ в промышленных масштабах в будущем.

Также ученные из Гарвардской школы обнаружили, что некоторые виды бактерий в сочетании с кислотными растворами способны вполне успешно разделять одни из самых тяжелых лантаноидов: иттербия, тулия и лютеция. К тому же данный способ не наносит вред экологии и является безопасным. В данный момент школа подала запрос на патент и изучается возможность коммерческого использования способа.

Согласно прогнозов потребление редкоземельных металлов будет только увеличиваться из года в год, поэтому открытия в данной области подстегнут экономическое развитие и помогут развить высокотехнологическую промышленность. При удешевлении процессов добычи и разделения РЗЭ государство увеличит свой потенциал на мировой рынке. Главное условие успеха не останавливаться на достигнутом, развивать не только добычу, но и использование в производстве. Редкоземельные металлы ценный стратегический ресурс на сегодняшний день.