Редкоземы? Давайте знакомиться!

   Добрый день, уважаемые читатели!   
Если вы внимательно следите за новостями, то наверное заметили, что все события освещаются “волнами”- поднимается на ее гребень какое - то происшествие, держится на вершинке немного и резко идет на убыль. А потом о нем и не вспоминают.
    Хотелось немного прояснить ситуацию о редкоземах. Как помню, тему эту толкли чуть не месяц, а сейчас и не вспоминают.Чем же они так привлекательны, эти редкоземы? Хотелось пояснить два разных термина: “редкие металлы” и “редкоземы”.
   Редкие металлы - это общее название металлов, которые встречаются на Земле в ограниченных количествах. К ним относятся рений, индий, тантал, ниобий, осмий и иридий.   Редкоземельные - это отдельная группа металлов, объединенная одной группой периодической системы(родственные металлы). Их всего 17. Это 15 лантаноидов, скандий и иттрий.
 
   В число семнадцати элементов входят: лантан, церий, празеодим неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий эрбий, тулий, иттербий, лютеций, скандий и иттрий.   Свое название “редкоземельные” в общем-то они не оправдывают - некоторых элементов в земной коре гораздо больше чем меди, или свинца, но они очень рассеяны в горной породе и их добыча очень затратна.
 
   Например, церия в земной коре больше, чем цинка, меди и свинца, а тулий встречается чаще, чем золото. По своим физическим и химическим свойства редкоземы схожи между собой: серебристо - белого цвета с серым оттенком, ковкие, пластичные, имеют сравнительно невысокие температуры плавления.   
   По химическим свойствам они весьма активные - мгновенно окисляются кислородом на воздухе, образуя тугоплавкие оксиды, охотно реагируют с водой и кислотами.

   Потребность человечества в редкоземах появилась давно и сейчас со стремительным развитием электроники стала весьма актуальной. Но производится и покупается их очень мало. Причина в дороговизне добычи и отсутствие технологий по их использованию во многих странах.

   Мировые аналитики сообщают, редкоземов в 2023 году продано всего на 4,9 миллиарда долларов. Это просто мизер! На эту дату одной только меди продано на 321 млрд. Существенная разница!

   По разведанным запасам редкоземельных руд Россия занимает третье место после Китая и Вьетнама. Много таких руд обнаружено в США, Монголии, ЮАР, Казахстане и Киргизии.
   А что же Украина? Ведь из-за нее возник весь этот сыр-бор, поднятый Трампом. При СССР на Украине добывалось семь видов металлов: церий (производство цветных стекол), лантан (сплавы), неодим (магниты), самарий (ядерная промышленность), иттрий (сплавы для ракет), гадолиний (в медицине-рентгеновские снимки), диспрозий (ядерные реакторы). В настоящее время Украина почти полностью лишилась этих месторождений, так как они расположены в основном в Донецкой угле - металлургической зоне. Так что Трампу с его сделкой достанется мизер - небольшие месторождения Винницкой и Житомирской области.

   У России нет острой потребности в редкоземах, потому, как нет промышленности, где они будут использованы. До распада СССР добывали 8500 тонн редкоземов и то за счет среднеазиатских республик и Прибалтики. После развала страны добыча почти полностью прекратилась. Оказалось, что выгоднее покупать готовые металлы, чем добывать их самим. Не забывайте основной закон капитализма: только выгода!   Самые крупные месторождения редкоземов расположены в Сибири, на севере страны. Сами понимаете, какими расходами чреваты добыча их и логистика. Так страна попала в разряд потребителей.

Немного истории.
   В 1787 году тридцатилетний лейтенант шведской армии Карл Аррениус принял решение провести летний отпуск в небольшом поселении Иттербю, расположенном на одном из многочисленных островов вблизи столицы Швеции — Стокгольма. Этот выбор был обусловлен его глубоким увлечением минералогией: Аррениусу было известно, что в окрестностях села располагался старый, давно заброшенный карьер, который привлекал его как потенциальное место для пополнения личной коллекции минералов.   Вскоре молодой офицер нашел черный камень и подумал, что это уголь, но когда стал его исследовать, то был разочарован - камень он есть камень...Он сделал описание найденного минерала и назвал его “иттербит” по аналогии с названием поселка.   
   Через семь лет финский химик Гадолин провел анализ этого минерала и выявил неизвестную примесь, которую назвал “иттриевой землей”.   Эта “земля” вызвала интерес у ученых-химиков того времени. Она оказалась весьма богатой на неизвестные металлы. Из нее были выделены иттрий и церий. Остальные неизвестные металлы были выделены и названы позже. Уже к 1907 году были получены 17 редкоземельных элементов, правда, в мизерных количествах.

   Применение редкоземов направлено на современную промышленность.
Они играют большую роль в электронных устройствах, для улучшения физико - механических свойств сплавов. Современная металлургическая промышленность не может обходиться без инновационных подходов, новые сплавы требуются в военной промышленности, космонавтике и радиоэлектронике. Прямая добыча редкоземов невозможна, за редким исключением. Их добывают в основном из отходов хим. производства удобрений. При получении фосфорных удобрений образуется много гипса. После очистки отходов выделяют чистый гипс и оксиды неодима, церия, диспрозия, тербия лантана и празеодима.   Дальнейшая переработка этих оксидов весьма затратна и трудоемка - попробуйте разделить эту смесь оксидов! Отсюда и нерентабельность добычи этих металлов.   
   Вторая проблема - если добавлять небольшие количества редкоземов в сплавы, то стоимость их увеличивается в разы. Если при переработке нефти используют катализаторы на основе церия и лантана, то естественно стоимость бензина, солярки и масел увеличивается!
   И еще немаловажная проблема при переработке сырья - это экология. Добывают металлы методом щелочной и кислотной экстракции. А это весьма опасные вещества.   В современном мире редкоземы считаются стратегическими материалами. Многие страны переходят на современные производства, новые технологии, включая био - и нано - технологии, атомную и космическую промышленность. Именно по этому редкоземы стали стратегическим сырьем, критически важном для безопасности страны и технологической независимости.

Области применения редкоземов весьма широки:неодим необходим для мощных магнитов при производстве электроэнергии разного вида. Эти магниты в десяток раз по эффективности превосходят обычные. Кроме этого нужны современные электродвигатели, которые применяются для беспилотных летательных и плавательных аппаратов, где без магнитов легких и мощных не обойтись.   
   Без европия невозможно создание современных дисплеев. Он отвечает за красный цвет, который придает яркость и насыщенность изображения.
   Гадолиний применяется в медицинской диагностике, в частности в приборах МРТ, он повышает точность диагностики, помогая четче визуализировать патологии в организме.

   Современное человечество все больше ощущает потребность в легких и энергоемких аккумуляторах, не только как источников света, но и для гаджетов разного вида, автомобилей, электросамокатов и летательных аппаратов. Здесь без литий - ионных батарей не обойтись. Добавка неодима и дистпрозия в состав электролита аккумулятора увеличивает его электроемкость.
   Металлурги получают все больше сплавов с использованием редкоземов - лантана, празеодима и церия, они продлевают срок службы изделий, улучшают их физико - механические свойства.
   Неоценима роль этих металлов в создании цветных стекол, устойчивых к действию высоких и низких температур, а так же для агрессивных сред.Редкоземы в России и мире.

   До начала 90-х годов США были ведущей страной по добыче редкоземельных металлов, которые разрабатывались в Калифорнии.   В это же время в Китае начинается активный рост промышленного производства. Такой рост невозможен без модернизации горно - рудной добычи и переработки сырья. Что было и сделано в кратчайшие сроки и к концу XX века Китай практически монополизировал рынок редкоземов, обеспечив 95% их мирового производства.

   А чем может похвалиться Россия?По данным Роснедр запасы редкоземов на территории страны оцениваются в 28,7 млн. тонн, разведано 18 месторождений. Это примерно 20% от общемировых запасов. Солидная доля, но к сожалению пустая....  Эта доля в добыче этих ресурсов довольно мизерная и едва дотягивает до 1% от общемировой добычи. Переработка таких металлов внутри страны практически отсутствует находясь на уровне небольших ГОК и лабораторий.

   В чем причина? Я уже говорил о законе капитализма и его поисках выгоды.А выгода от добычи и переработки редкоземов весьма мала: нет логистики, основные месторождения находятся в Сибири, естественно, добыча и транспортировка весьма затруднительны.
   Отсутствуют промышленно апробированные технологии переработки сырья, а так же нет технологических площадок и заводов.
   Основная часть крупных проектов СССР по добыче и переработке редкоземов заброшена, в рабочем состоянии находится месторождение Томторское в Якутии, где есть ниобий и тантал.
   В Туве добычей занимается Ак - Сугский участок, где добывают молибден и рений.В Мурманской области находится Ловозерское месторождение редкоземов. Здесь находится половина всех редкоземельных металлов России. Редкоземы находятся в минерале лопарит, являющемся источником лантана, церия, неодима, празеодима, самария, европия и гадолиния.
  Соликамский магниевый завод перерабатывает сырье с редкоземами, которые закупает у разных ГОК, но мощность его невелика.
   Вот в общем-то и всё...В остальном из России вывозятся отходы промышленности, содержащие редкоземы. Продать легче, чем самим что-то сделать...

Какие редкоземы являются самыми ценными?
   Самым ценным и дорогим металлом считается скандий. Его цена до ходит до 2800 евро за килограмм. Основным потребителем скандия является военная промышленность. Легирование сталей скандием улучшает свойства сплавов в разы! А так же перспективным является лазеростроение.

Лютеций.
   Один килограмм на рынке цветных металлов оценивается до 10 тыс. долларов.Металл прост в обработке, весьма активен, может образовывать множество различных сплавов для легирования изделий.
Европий.
   Оценивается в 285 (Китай) долларов. Получают его из лопарита и монацита, добываемых из природных источников. Металл весьма активный, подобно щелочным. Хранят его залитым парафином в специальных капсулах, а обработку ведут в среде азота или гелия. Применяют его в приборостроении, лазерной технике и ядерной энергетике.
Тербий.
   Это пока еще малоизученный элемент, цена его невелика - до 2 тыс. долларов за килограмм. Используется в аэрокосмической технике, лазеров и производстве магнитов.
Неодим.
Металл неширокого потребления. Добывают его карьерным способом при добыче фосфатных руд. Используется в производстве стеклоколокна, цветных стекол, экспериментальных сплавов, в сельском хозяйстве, для повышения всхожести семян.Цена металла зависит от чистоты его переработки и составляет несколько сотен долларов за килограмм.

Остальные редкоземы применяются сравнительно мало или вообще не применяются и ждут своих исследователей.