Редкие металлы и редкоземельные металлы

Обновлено: 22.01.2025

Редкоземы — важные и самые дорогие компоненты магнитных, оптических и электронных устройств, которые производят в оборонной и аэрокосмической промышленности: беспилотников, управляемых ракет, приборов лазерного наведения спутниковой связи и т.д.. Их называют «витаминами промышленности». Ведь эти металлы, хоть и в небольшом количестве, используются в важнейших материалах и процессах.

Редкоземельные элементы: что это такое

В Зеленой книге ИЮПАК (Международного союза прикладной и теоретической химии), представлен перечень из 17 редкоземельных металлов. Это:

скандий,
иттрий,
15 лантаноидов.

В промышленности используют общепринятые аббревиатуры для обозначения редкоземов:

Сокращение

Расшифровка

Где находятся в периодической системе

Обозначение оксидов

Rare earth elements, в переводе редкоземельные элементы

№57-71: от лантана до лютеция, плюс иттрий, №39, скандий, №21

Light rare earth elements, в переводе легкие редкоземельные элементы

№57-62, начиная лантаном и заканчивая самарием

Heavy rare earth elements, в переводе тяжелые редкоземельные элементы

№63-71:, начиная европием и заканчивая лютецием, плюс иттрий

В одну группу эти элементы объединили из-за похожих признаков. Они образуют простые вещества со следующими свойствами

серебристые или серые, с сильным металлическим блеском;
пластичные и мягкие;
активные, особенно при повышенной температуре или тонком измельчении.

Редкоземельные металлы обладают определенными различиями, поэтому и применяются для разных целей. Вот их краткое описание.

Наименование

Цвет

Ценные свойства металла и его соединений

Тугоплавкий, повышает прочность материалов, усиливает свечение

Повышает жаропрочность и долговечность материалов, улучшает качество свечения

Серебристо-белый, похож на кальций

Ускоряет крекинг нефти, повышает пластичность, жаропрочность и химическую устойчивость материалов

Повышает электропроводность и пластичность металлов, придает розоватый оттенок стеклу, катализатор

Улучшает свойства сверхпроводников и сплавов, придает бледно-зеленый оттенок стеклу, используется в лазерах и для получения пигментов

Улучшает качество стекла и сплавов, растворяет плутоний, повышает контрастность изображения, используется в магнитах, лазерах и излучателях

Способен к люменесценции, используется в атомных батарейках, стержнях реакторов, для ионизации воздуха

Улучшает свойства стержней для ядерных реакторов, магнитов, поглощающего инфракрасные лучи стекла, огнеупорность материалов

Повышает качество микрочипов, карт памяти, сверхпроводников, сплавов и керамики

Сильные парамагнитные свойства для получения сверхнизких температур, используется в полупроводниках и рентгеновских аппаратах

Необходим для сверхмощных магнитов и излучателей ультразвука, катализатор реакций окисления

Повышает пластичность и магнитные свойства материалов, катализатор в нефтехимии, для получения красных люминофоров

Придает сверхпроводящие свойства магнитам, применяется в лазерах, активирует люминофоры

Улучшает качество оптоволокна, магнитных сплавов, стекла, специальной керамики

Применяется в лазерах, магнитных носителях, для дефектоскопии, в диагностических приборах

Улучшает термоэлектрические и магнитные свойства материалов, обеспечивает легкость полупроводников

Повышает мощность магнитов, сверхпроводимость, жаропрочность

Но с точки зрения добычи полезных ископаемых они действительно редкоземельные. Потому что не часто встречаются в концентрированной и экономически выгодной форме.

Чем редкие металлы отличаются от редкоземов

Кроме редкоземельных, выделяют еще группу редких металлов. Их всего 18, в том числе 4 таких металла, которые можно после обогащения получать в виде концентратов: бериллий, ниобий, литий, тантал. Остальные 14 называют попутными микрокомпонентами, или рассеянными редкими металлами.

Редкие металлы значительно различаются между собой по объемам производства и областям применения.

Сколько примерно тонн производится в мире в год

Где используется

Добавка к стали и другим сплавам

В виде карбида для строительства, изготовления абразивов, сплавы в ядерных реакторах

Стекло, литье, керамика, батареи для электромобилей, лекарства

Сплавы со свинцом и другими металлами, для производства лекарств

Стекло, пигменты, фотокопировальные устройства, лекарства, удобрения, солнечные батареи

Пиротехника, сверхпроводники, протезы, зубные имплантаты, посуда, фианиты

конденсаторы для электроники, сплавы для турбин самолетов, медицинские импланты

Жидкокристаллические дисплеи, сенсорные и плоские экраны, смартфоны, компьютеры

Атомные реакторы, системы наведения, спутниковое оборудование, рентгеновские аппараты, формы для выдувания

Сплавы, солнечные батареи, полупроводники

Инфракрасная и волоконная оптика, солнечные батареи, японские ПЭТ-бутылки

Полупроводники, лазеры, светодиоды, микросхемы, безопасный заменитель ртути

Теплоносители, электролиты, измерительная техника

Электромобили и гибридные авто, металлогалогенные лампы

Ядерные реакторы, микропроцессоры

Двигатели для самолетов, ракеты, высокооктановый бензин без свинца, рентгеновские снимки, фотовспышки, лечение опухолей

Батарейки, аккумуляторы, антикоррозионные покрытия

Также к редким металлам относится таллий.

Полезные ископаемые с достаточным для добычи содержанием содержанием редкоземов называют редкоземельными минералами. Первый такой минерал обнаружили в шахте возле шведской деревни Иттерби, Это гадолинит. Он состоит из смеси редкоземельных иттербия, церия, других менее ценных веществ.

Лидирующие по мировой добыче источники РЗЭ - следующих минералы:

бастнезит — из него получают лантан, иттрий и церий, местность Маунтин-Пасс в Калифорнии, Байян-Обо в Китае;
монацит — источник церия, празеодима, гадолиния, добыча в Австралии, США, Китае, Бразилии, Красноуфимске (Свердловская область);
лопарит — в основном цериево-лантановый, в меньшей степени неодим и прометий, найден в Карелии, село Ловозеро, в Прибайкалье, Туве;
латеритные ионно-адсорбционные глины — получают иттрий, диспрозий, гадолиний, неодим, месторождения в Китае, на Мадагаскаре, небольшое в Приморье.

Редкоземы есть в ряде ниже перечисленных полезных ископаемых

Минерал

Какие РЗЭ содержит

Месторождения

Празеодим, церий, лантан, неодим, иттрий,

Хибины, Кольский полуостров

Северное Прибайкалье, Монголия

Церий, диспрозий, гольмий

Хабаровский край, Малмыжское месторождение

лютеций, диспрозий, эрбий, гольмий, иттрий, туллий, иттербий

Бразилия, Норвегия, Швеция, Северная Карелия, Южный и Северный Урал, Хабаровский край

Колумбия, Норвегия, Китай, Урал, Северные Саяны

Иттрий, европий, тербий

Южный Урал, Миасс

Кольский полуостров, Тува, Швеция, Норвегия

Эрбий, туллий, иттрий, иттербий

Норвегия, Гренландия, Швеция, Урал, Украина, Зимбабве, США

Дальний Восток, Казахстан

Челябинская область, Монголия, Китай, Кения

Диспризий, гольмий, эрбий

Россия, США, Норвегия, Бразилия, Мадагаскар

Минералы-концентраты с набором разных РЗЭ получают рядом с месторождениями из первичной руды путем ее обогащения. В Мурманской области это лопаритовый концентрат. В мировых масштабах большое всего производится следующих концентрата:

насыщенного раствора сорбционно-ионных руд - до 90% РЗЭ в оксидной форме;
ксенотимового – 25% оксида иттрия;
моноцитового – 55% смеси оксидов РЗЭ;
бастнезитового – 60-85% комплекса редкоземельных оксидов.

Чем определяется стоимость редкоземов

Всего по расчетам 2014 года мировые запасы РЗЭ составляют 147 млн тонн:

Китай 38% всех разведанных редкоземов,
Монголия 21%,
Бразилия 15%,
США 9%,
Япония 5%,
Индия 2%,
Австралия 1%.

Оставшиеся 9% - все остальные страны.

Но далеко не все обладатели запасов РЗЭ готовы к разработке найденных месторождений. Во-первых, получение редкоземельных металлов связано с сильным загрязнением окружающей среды. При производстве 1 тонны РЗЭ из руды по стандартной китайской технологии образуется:

1 тонна радиоактивных отходов;
12000 кубометров газовой смеси с пылью, фтороводородной и серной кислотой, диоксидом серы;
75 кубометров кислотного раствора.

Это приводит к загрязнению сточных вод, а следом за ними пахотных земель и рек. В том числе Хуанхэ, из которой берут питьевую воду полторы сотни миллионов людей. В нее попадает торий, элемент с высокой радиоактивностью.

Во-вторых, для запуска проектов по добыче редкоземов нужны большие стартовые капиталы. В результате расчетная себестоимость очищенных металлов окажется намного больше, чем у китайских конкурентов.

Например, австралийская компания Nothern Minerals собирается получать окись диспрозия и продавать килограмм по 720$. Китай сейчас продает это же сырье по 400$. Похожие проекты есть у канадских компаний Great Vestern Minerals и Tastan Metals. Последняя предполагает продавать все ту же окись диспрозия за 580$. В США Rare Element Resourse планирует цены на оксид этого же редкозема 655$/кг, а на окись европия 950$/кг.

В ближайшие годы другим странам, желающим производить РЗЭ, будет трудно конкурировать с Китаем. Ведь там дешевая рабочая сила и пренебрежение к требованиям экологии позволяют держать цены на достаточно низком уровне.

Редкоземельные элементы и производство гаджетов
Рост потребности в редкоземах растет параллельно тому, как высокотехнологичная техника становится необходимой для всех и каждого, определяет уровень и качество жизни. Часто цена гаджета в значительной доле определяется наличием и количеством редкоземельных и редких металлов в его электронной начинке.

Почему смартфоны Apple такие дорогие? На это есть ряд причин, и одна из них — использование РЗЭ. Причем не одного-двух, а как минимум девяти:

гадолиния — в дисплеях, динамиках и электронных схемах,
диспрозия — добавка в магниты электросхем для для сохранения свойств при нагреве и температурных перепадах,
европия — для красного светящегося вещества дисплея,
иттрия — для дисплеев, светодиодов,
лантана — в электронных схемах, дисплее, шлифованном стекле, для оптических линз,
неодима — магниты в схемах и динамиках из сплава с железом и бором,
празеодима — добавка в неодимовые магниты, дисплей, динамик,
тербия — для зеленого люминесцирующего вещества на дисплее, в динамиках, схемах и вибрационном механизме для защиты мини-магнитов от высоких температур,
церия — для шлифованного стекла.

Из этих редкоземельных элементов только четыре – церий, лантан, празеодим и неодим –поставляются для Apple американской компанией Molycorp и австралийской Lynas Corp. Остальные пять добывают преимущественно в Китае. Если Китай запретит экспортировать свои РЗЭ, то у Apple могут появиться серьезные проблемы.

В каждом из пяти важнейших узлов iPhone — дисплее, микросхеме, динамиках, механизме вибрации и шлифованном стекле — есть как минимум один редкоземельный металл, который на данный момент можно получить только из Китая.

Можно производить iPhone без европия, неодима, диспрозия и тербия, если заменить их более дешевыми и доступными металлами. Но это ухудшит цветовое отображение на дисплее , увеличит вес гаджета, снизит скорость работы и устойчивость к высоким температурам. То есть качество продукции Apple серьезно пострадает.

Если Apple и другие богатые компании, нуждающиеся в редкоземах, такие как Tesla , Intel , HP , материально поддержат американские проекты по добыче РЗЭ, то это поможет снизить зависимость от Китая. Но пока что цена вопроса слишком большая.

На редкоземельной игле

Потребление редкоземельных металлов, или, как их называют специалисты, редких земель растёт достаточно бурно. В 1980 году в мире добывалось 25 тыс. т. К 2010 году эта цифра выросла в пять раз — 125 тыс. т в пересчёте на оксиды (принятая мера учёта). Годовой оборот рынка сегодня оценивается в 10 млрд. долларов и к 2015 году, по прогнозам экспертов, может вырасти вдвое. При современных темпах развития технологий через пять лет нам понадобится не менее 200–225 тыс. т РЗМ.

Так сложилось, что за последние 15–20 лет 95–97% всей редкоземельной продукции на глобальный рынок поставлял Китай. Осенью 2006 года Пекин поднял налоги на её экспорт. В августе 2010 года урезал экспортные квоты на 72%. А в течение 2011 года обещал сократить их ещё на 30%. В 2012–2014 году КНР планирует полностью прекратить вывоз РЗМ за рубеж, объясняя свои намерения истощением ресурсов, нарушением экологии и возрастанием внутренних потребностей. Решение китайских властей вызвало ажиотаж, если не сказать панику, на мировом рынке. Соответственно и цены на РЗМ подскочили на порядок.

ИСТОРИЯ КИТАЙСКОГО УСПЕХА

Экспансия Китая на рынок редких земель 30 лет назад, ещё в 1981 году, когда было открыто и освоено гигантское коренное бастнезитовое месторождение Баян-Обо, потенциал которого оценивался в 36 млн. т оксидов РЗМ. Для сравнения — все мировые запасы исчисляются 88 млн. т.

— Не знаю, миф это или правда, — рассказывает нашей газете начальник лаборатории отделения «Редкие металлы» ВНИИХТ, один из теперь уже немногих в нашей стране экспертов по редкоземельной продукции Андрей Селивановский, — но Ден Сяопину приписывают такие слова: «У нас нет нефти, зато у нас есть редкие земли».

И действительно, в КНР со всей серьёзностью подошли к добыче востребованного сырья. Это стало истинно народным делом.
— Однажды, в 1990‑х, наш институт посетил гость из Китая, — продолжает Андрей Селивановский, — и мы спросили, как у них обстоят дела с редкими землями. Он ответил: в нашей деревне неплохо. Оказалось, это была не шутка.

Некоторая доля суммарных редкоземельных концентратов была выведена из-под государственного контроля. Причина в том, что часть редкоземельных руд Китая — это, по сути, глины. Содержание целевого сырья в них очень мало, а сами глины рассредоточены по обширной территории. Промышленная переработка в этом случае нерентабельна. И вот что было придумано: в крестьянские дворы по всей стране завозились глина и необходимые реактивы, к примеру сульфат натрия и щавелевая кислота. Люди помещали глину в бочки, разводили водой, размешивали палкой или мотором, добавляли сульфат натрия, затем фильтровали раствор, засыпали в него щавелевую кислоту и собирали осадок солей РЗМ с чистотой около 75%. Эти соли сдавали на частные предприятия, естественно, за деньги. Там соли очищали от примесей и получали чистый суммарный редкоземельный концентрат в виде оксидов. Продукт сбывали государству. Разделение же суммарных концентратов на элементы полностью находилось в руках государства. Со временем заводы тоже перешли к частным владельцам, но контроль производства и жёсткое наблюдение за распределением по-прежнему осуществлялись сверху. Страна постоянно наращивала разделительные мощности, чтобы продавать за рубеж как можно больше дорогих отдельных элементов и как можно меньше дешёвого суммарного концентрата. Разница в цене между ними весьма значительная. Суммарные концентраты сегодня стоят в районе 40 долларов за килограмм, а раздельные редкоземельные элементы — от 30 долларов за килограмм самария до 10 тыс. долларов за килограмм лютеция.

С конца 80‑х годов прошлого века Китай регулярно поставлял всему миру редкие земли на самых выгодных условиях. В 90‑х благодаря демпингу Китая цены на сырьё упали в два-четыре раза. Дело и в том, что выделение редкоземельных металлов из породы — процесс не только дорогой, но и экологически «грязный», а в КНР про экологию и экологические законы тогда ещё никто толком не слышал. В результате из-за китайского демпинга большинство рудников со сравнительно высокой себестоимостью добычи повсеместно стали закрываться. В том числе, месторождение «Маунтин Пасс» (Калифорния, США), где запасы полезных компонентов составляли несколько миллионов тонн и которое с середины 60‑х до середины 80‑х оставалось основным источником редкоземельного сырья в мире. СССР, добывавший до 1986 года 8 тыс. т редких земель в год, не стал исключением. Прекратили деятельность разделительные заводы во Франции и Штатах. Китай превратился в почти полного монополиста — по добыче, обогащению, первичной переработке, сепарации с получением индивидуальных элементов и конечных соединений. А в последние годы страна ощутимо увеличила использование редких земель в собственных высокотехнологичных производствах.

— Если посмотреть на графики по добыче и использованию РЗМ в Китае, — подытоживает Андрей Селивановский, — можно увидеть, что к 2012–2014 году обе кривые должны сравняться. Экспорт сойдёт на нет.

Все эти годы и у нас, и на Западе некоторые специалисты продолжали настаивать на том, что редкие земли — стратегическое сырьё и что необходимо их производить самим. Однако данная сфера долгое время оставалась вне поля зрения большинства государств.

ЗАЧЕМ ОНИ НУЖНЫ

Редкие земли — это действительно стратегическое сырьё для любой крупной экономики. Например, выделение плутония из очень похожего по атомным свойствам урана происходит с помощью фторида лантана. В производстве монокристаллов для твердотельных лазеров (алюмоиттриевый, алюмогадолиниевый гранат) используется почти весь спектр редкоземельных элементов, и в первую очередь неодим, иттрий, церий, гадолиний и эрбий. Гадолиний, эрбий, диспрозий и европий благодаря уникальной способности поглощать нейтроны (высокому сечению захвата) добавляют в регулирующие стержни и в топливо для ядерных реакторов (уран-гадолиниевое и уран-эрбиевое). Например, доли процента эрбия могут продлить топливную кампанию на АЭС с трёх до пяти лет. Из этих же металлов делают специальные покрытия для защиты от радиации, используют в нейтронозахватной терапии для лечения запущенных раковых образований в головном мозге.

Редкие земли незаменимы в металлургии. Их смесь, так называемый мишметалл (сплав РЗМ, содержащий 45–50% Се, 20–25% La, 15–17% Nd и 8–10% других элементов), добавляется в сталь и абсорбирует паразитные элементы, такие как кислород, сера, фосфор. В результате сталь становится хладостойкой, жаропрочной, гибкой, улучшается её устойчивость к коррозии и вязкость. Также РЗМ используются для легирования титана, алюминия и других цветных металлов. Например, с помощью ввода иттриевой крошки на наноуровне в нержавеющую сталь во ВНИИНМ им. Бочвара в 2010 году сделали оболочки твэлов для БН‑1200, которые будут выдерживать немыслимые ранее нагрузки — температуру до 1,2 тыс. градусов и мощное облучение.

Из самария-кобальта и ниодима-железа-бора сегодня изготавливают постоянные магниты, значительно превосходящие старые бариевые и стронциевые магнитотвёрдые ферриты. Без редкоземельных магнитов сегодня немыслимо почти ни одно электронное устройство.

Полирит, то есть оксид церия, служит как для полировки обычных зеркал, так и для производства жидкокристаллических дисплеев и светочувствительных стёкол, полировки оптических линз и драгоценных камней. Что же касается добавки РЗМ в состав оптических линз, то именно за счёт них появляются уникальные свойства селективного пропускания и высокого коэффициента преломления. РЗМ востребованы как катализаторы для оптимизации выделения из нефти светлых нефтепродуктов.

Редкие земли используются в люминофорах, компонентах аудиосистем, в качестве маркеров в медицине. Ими легируют кремний для полупроводников. Кроме того, установлена закономерность — чем «выше» технология, тем больше для её применения нужно РЗМ. Так, для одного гибридного автомобиля, соответствующего последним европейским экологическим стандартам, требуется уже около 10 кг редкоземельных металлов — в основном в моторе и в аккумуляторной батарее. В общем, современное мировое сообщество, учитывая его страсть к инновациям, крепко сидит на редкоземельной игле.

СТАРЫЕ НОВЫЕ КОПИ

Теоретически выхода два: слезть с иглы либо уничтожить монополию Китая. Отказываться от достижений современной науки — солнечных батарей, мобильных телефонов и компьютеров, никто не собирается. Так что практически выход один: возродить добычу и производство РЗМ во всём мире. И хотя процесс обещает быть длительным и очень дорогим (по экспертным оценкам возрождение редкоземельной индустрии потребует 10 лет и десятков миллиардов долларов вложений), именно этим сегодня в экстренном режиме занимаются многие государства. Американцы в прошлом году создали специальный консорциум, среди задач которого лоббирование в Конгрессе и правительстве необходимости срочной реанимации промышленного комплекса РЗМ. США не только восстанавливают месторождения на территории страны, но и вне её. Так, компания Less Common Metals планирует запустить работы на законсервированном в 1963 году руднике Стинкапмскраль (ЮАР), бывшем в своё время мировым лидером по добыче тория.

Добавим, что в основном возрождение собственной редкоземельной промышленности в развитых странах сегодня поддерживается государственными инвестициями.

ШАНС ДЛЯ РОСАТОМА

— 20 лет назад редкоземельный комплекс СССР занимал третье место в мире по производству и второе место по запасам, — сказал в конце декабря директор ОАО «ВНИИХТ» Геннадий Сарычев, выступая на одном из совещаний в Росатоме, — полностью обеспечивая потребности внутреннего рынка и экспорта. В 1990 году было произведено 8,5 тыс. т РЗМ, при этом 5,5 тыс. т выдали предприятия Минсредмаша. Внутри страны потреблялось порядка 5 тыс. т. В настоящее время указанное производство отсутствует, а все потребности страны удовлетворяются за счёт импорта. Однако ОАО «ВНИИХТ» сохранило все необходимые компетенции, технологии и кадры и способно взять на себя технологическое лидерство по вскрытию руд, выщелачиванию и разделению суммарных концентратов РЗМ с получением групповых и индивидуальных элементов.

Добавим, что в 2010 году вышло распоряжение Росатома по подготовке тематической федеральной целевой программы. ВНИИХТ, как ведущий НИИ в области РЗМ, активно работает этом направлении. В результате, если у всех всё получится, Россия вообще и Росатом в частности могут превратиться в одного из крупнейших поставщиков редкоземельной продукции в мире. Не было бы, как говорится, счастья…

— Доля редкоземельных металлов в промышленной продукции, — говорит Андрей Селивановский, — мала. Вторичная переработка и извлечение РЗМ из отходов производства в основном низкорентабельно. Остаются руды.

В мире для добычи редких земель используются специальные руды. Особенность минерально-сырьевой базы России в том, что чисто редкоземельных руд у нас нет. Есть комплексные, в которых, в том числе, содержатся РЗМ.

Единственным источником сырья в настоящее время является месторождение «Ловозеро» на Кольском полуострове, где добываетсяч минерал лопарит, который затем отправляется на переработку в Соликамск. Там из лопарита извлекают тантал, титан и ниобий. Затем редкоземельный остаток дезактивируется и направляется в Эстонию для получения индивидуальных редкоземельных элементов. И только небольшая часть попадает на наш Чепецкий механический завод, в город Глазов. Если построить новое разделительное производство (его в России нет), то весь цикл можно восстановить.

Правда, остаётся ещё один очень важный вопрос — кадровое обеспечение этой деятельности. Специалисты по редким землям в России есть, но их крайне мало. Впрочем, тема кадрового дефицита сегодня актуальна практически для всех отраслей отечественной промышленности.

РЕСУРСЫ ЕСТЬ

Что же касается потенциального сырья, его в России достаточно: запасы РЗМ составляют 30% от мировых, то есть второе место по разведанным запасам и первое по прогнозным. РЗМ учтены в рудах 14 месторождений, причём преобладающая часть (60,2%) находится в апатит-нефелиновых рудах Кольского полуострова, при переработке которых РЗМ не извлекаются. Остальные запасы относятся к лопаритовым рудам Ловозёрского месторождения (14,2%), редкоземельно-апатитовым рудам Селигдарского месторождения в Якутии (22,8%) и, как попутные компоненты, редкометалльным рудам Улуг-Танзекского и нефтеносным песчаникам Ярегского месторождения.

— Месторождения в республике Саха очень перспективные, — говорит Андрей Селивановский, — но расположены они за полярным кругом, и строительство там комбината обойдётся в гигантскую сумму.

Месторождение на территории Якутии уникальное. Содержание редких земель в его рудах достигает феноменальных показателей в 12%. При этом разведанные запасы руды составляют 150 млн. т, а прогнозные едва ли не больше всех мировых. Более того, эти руды в значительных количествах содержат редкие металлы, в частности большие концентрации (около 5%) ниобия.

— А вот апатиты Кольского полуострова близко, и они вовсю используются, — продолжает мой собеседник, — из них делается лучшее в мире удобрение. По одной из технологий для получения из апатитов удобрений используется азотная кислота. При растворении в ней апатитов, процентов 80 редких земель переходят в раствор вместе с фосфором. И пропадают в полях. Но есть метод, мы принимали участие в его разработке, при котором после небольших изменений процесса переработки апатитов в удобрения можно организовать извлечение редких земель.

По другой технологии удобрение из апатитов делается посредством растворения в серной кислоте. При этом редкие земли в раствор не переходят, а остаются в отвале, который называется фосфогипсом и образует целые горы. На одном Воскресенском заводе фосфогипса 10–12 млн. т. Однако извлечь редкие земли из него куда сложнее, чем из раствора апатита в азотной кислоте. Это можно сделать, только если государство начнёт финансировать уничтожение отвалов фосфогипса. Заметим, что в апатите элементов среднетяжёлой подгруппы уже 8–9%, что совсем неплохо по мировым стандартам.

Ресурс редкоземельных металлов у России есть, находится он недалеко и уже разрабатывается. Осталось построить разделительное производство, войти в цепочку по переработке апатитов и можно восстановить своё третье место в мире по производству РЗМ.

В России может активизироваться добыча редкоземельных элементов

Несмотря на богатство и разнообразие минерально-сырьевых ресурсов, на сегодняшний день Россия вынуждена импортировать достаточно большую часть стратегических видов минерального сырья. В прошлом году Счетная палата даже указала на то, что такая ситуация создает риски для нацбезопасности. Например, за 2018–2020 годы с Украины было доставлено 83% титана, 51% циркония, 70% каолина, из Казахстана – 87% хрома, 73% меди, 73% урана, из Чили – 71% лития, из Китая – 90% редкоземельных металлов и 83% бокситов.

По мнению аудиторов, действующая в России система управления фондом недр недостаточно эффективна, меры по импортозамещению дефицитных стратегических видов минерального сырья отсутствуют. Так, в отношении более 86% видов твердых полезных ископаемых не проводятся геологоразведочные работы, в том числе по 12 из 29 импортируемых. Кроме того, аудиторы отметили технологическую отсталость горнодобывающего комплекса, которая приводит к существенным потерям минерального сырья при его добыче и переработке. Дело в том, что существующая минерально-сырьевая база была создана и поставлена на государственный баланс в других экономических условиях, а в современных она уже нерентабельна.

Особый интерес для мирового промышленного производства в текущей ситуации стремительного развития технологий представляют редкоземельные металлы, рассказал исполнительный директор НП «Горнопромышленники России», заместитель председателя комитета по бюджету, финансовой, экономической политике, инвестиционной деятельности и предпринимательству Мособлдумы Анатолий Никитин.

В перечень редкоземельных металлов входят 17 элементов (скандий, иттрий, лантан и лантаноиды). В природе РЗМ встречаются в виде оксидов в земной коре. По общему присутствию на планете редкими их назвать нельзя, но их высокая разбросанность по поверхности земли и низкая концентрация делают их труднодоступными для промышленного использования.

Они применяются в атомной энергетике, оптике, медицине, химической и стекольной промышленности, производстве телекоммуникационного оборудования, электронике и прочих областях. Конечное их использование варьируется от автомобильной промышленности до мобильных телефонов, дисплеев, микроэлектроники и медицинских приборов. Эти металлы имеют большое значение для производств оборонного комплекса, реактивных двигателей и спутниковых систем.

Даже малые количества этих веществ позволяют получать уникальные технические продукты и изделия из них. Например, в западных странах сейчас придается особое значение расширению технического применения РЗМ в энергетике для поиска способов повышения энергоэффективности и перехода на «зеленую» энергетику. Редкие элементы также помогают повышать качество сплавов никеля, стали, алюминия, титана. Сферы инновационного применения РЗМ расширяются практически ежедневно.

Объем добычи редкоземельных веществ во всем мире не превышает 140 тыс. тонн в год. Согласно оценкам, приводимым в Геологическом обзоре США, в последнее десятилетие подавляющее большинство РЗМ производится в Китае (от 80% до 93% в зависимости от элемента). Однако рост потребления РЗМ внутри страны, а также политические позиции заставляют Китай сокращать объемы экспорта уже четвертый год подряд. При постоянном спросе на рынке возникает структурный дефицит, особенно в США, высвобождая место для других стран-производителей.

«По оценкам Goldman Sachs, ежегодно рынок РЗМ растет на 6–10% вследствие развития «зеленой» энергетики, технологий электромобилей и роста потребления РЗМ в других областях. Соответственно, можно ожидать сохранения функционального дисбаланса на рынке. Именно тут и есть потенциал России, которая входит в семерку стран, имеющих значимые запасы РЗМ», – подчеркивает Анатолий Никитин.

СССР занимал лидирующие позиции на рынке редкоземов, однако с развалом Союза они были утеряны. Сейчас на долю нашей страны приходится всего около 1% их добычи в мире, тогда как в 1991 году доля СССР достигала 15%. Попытки возвращения на рынок предпринимались, но он уже был занят – преимущественно США и Китаем.

«Россия располагает уникальной ресурсной базой для создания современных производств в сфере добычи, переработки и дальнейшего применения редкоземельных элементов. Российские запасы РЗМ составляют примерно 30% от мировых, а прогнозные ресурсы – самые крупные в мире. Наиболее перспективные месторождения находятся в Якутии и на Кольском полуострове», – отмечает Никитин.

При этом концентрация редкоземельных элементов в рудах настолько низка, что ограничивает возможности их экономически эффективного извлечения и обогащения. Некоторые редкоземельные элементы накапливаются в качестве побочного продукта при производстве, например, меди, золота, железа – традиционных конечных продуктов нашей промышленности.

«Развитие экономики в данном направлении позволит наилучшим образом сочетать природно-ресурсный потенциал страны и удовлетворить потребность в переводе ее на инновационный путь развития, а в долгосрочной перспективе придаст дополнительный импульс для перехода экономики от производства и экспорта сырья к созданию современных высокотехнологичных продуктов», – уверен Анатолий Никитин.

Редкоземельные металлы широко используются в микроэлектронике (на фото), автомобильной промышленности, в производствах оборонного комплекса, реактивных двигателей и спутниковых систем

По оценкам НП «Горнопромышленники России», суммарный запас редкоземов в России составляет 20,6 млн тонн, большая часть этих металлов содержится в рудах низкого качества, рассказал первый заместитель исполнительного директора ассоциации Сергей Кононенко.

Между тем в нашей стране есть крупные месторождения – Томторское в Якутии и Чуктуконское рудное поле в Красноярском крае. На их базе можно создать два новых комплексных центра добычи редкоземельных металлов мирового класса. По прогнозам экспертов ассоциации, Томтор способен обеспечить прирост запасов оксидов редких земель в размере 2,48 млн тонн, оксидов ниобия – 0,193 млн тонн, скандия – 3,1 тыс. тонн. В свою очередь, Чуктукон принесет 6,4 млн тонн оксидов редких земель, 1,15 млн тонн оксида ниобия и 5,7 тыс. тонн скандия. Попутно оба месторождения дадут до 140 млн тонн запасов марганца.

В первую очередь следует провести там комплексные разведочные работы с переоценкой запасов редкоземельных металлов, ниобия, марганца, а также провести технологические испытания всех типов добываемых редкометальных руд. Ориентировочно геологоразведочные работы обойдутся в 2,7 млрд руб.

Развитие РЗМ сейчас широко обсуждается на государственном уровне и в бизнес-среде, отметил Сергей Кононенко. В частности, этот вопрос будет поднят на заседании Высшего горного совета ассоциации «Горнопромышленники России», которое пройдет в начале сентября во Владивостоке в рамках программы Восточного экономического форума. В частности, речь пойдет о задачах, которые стоят перед горной отраслью в реализации стратегических направлений социально-экономического развития Дальнего Востока и Арктики.

Один из самых богатых минерально-сырьевых регионов России – Западная Сибирь, рассказал генеральный директор Западно-Сибирского НИИ геологии и геофизики Василий Морозов. Кроме углеводородного сырья, округ располагает значительными запасами железных, титаномагнетитовых и медных руд, цветных, благородных и редких металлов, торфа, асбеста, нерудных строительных материалов, драгоценных и полудрагоценных камней.

Из перечня редких металлов здесь, в частности, добывают кадмий и цирконий. Так, основная добыча кадмия (75%) приходится на Челябинскую область. В настоящее время разрабатывается еще восемь месторождений в Свердловской и Челябинской областях, подготавливаются к освоению четыре месторождения. Еще два месторождения кадмия учтены в нераспределенном фонде недр (не переданные в освоение).

В Уральском федеральном округе учтены пять месторождений циркония, разведываются еще два. В нераспределенном фонде недр в группе не переданных в освоение учтены три месторождения циркония.

На юге Тюменской области обнаружены проявления титан-циркониевых минералов, сейчас готовится проект освоения месторождения. Титан-циркониевые концентраты находят применение почти во всех отраслях промышленности – в металлургии, станкостроении, в производстве самолетов, морских и речных кораблей, автомобилей, электронной техники, медицинского оборудования, товаров народного потребления.

«Использование в промышленности редких металлов свидетельствует о высоком уровне научно-технического развития отраслей и экономики страны в целом», – подчеркнул Василий Морозов.

Все существующие в России крупные месторождения находятся в сложных геологических и природных условиях, и их освоение требует колоссальных затрат, рассказала академик РАЕН, профессор кафедры государственного регулирования экономики Института государственной службы и управления (ИГСУ) РАНХиГС Ольга Маликова.

Например, у Минпромторга есть программа по выпуску редких и редкоземельных металлов. Согласно «дорожной карте», к 2024 году добыча должна вырасти до 20 тыс. тонн, к 2030-му – до 70 тыс. Стоимость программы оценивается в 284,6 млрд руб., из них 62,67 млрд руб. должно выделить государство, 222 млрд руб. – другие инвесторы. В частности, «Росатом» вложит 17,7 млрд руб., еще 144,6 млрд руб. – партнеры госкорпорации.

Кроме того, добыча и первичная переработка редких и редкоземельных металлов всегда сопровождается значительными экологическими рисками: это, как правило, вредные производства. «Возможный выход из этой ситуации связан с освоением малых техногенных месторождений, представленных отвалами старых горных производств или зольными отвалами рядом с крупными электростанциями, работавшими на угле. Поскольку Россия нуждается в разнообразных с точки зрения состава полезных компонентах, то небольших объемов запасов старых техногенных месторождений на первых порах может вполне хватать», – полагает Ольга Маликова.

Кроме того, необходимо использовать техногенные запасы минерального сырья – отходы, образующиеся во время получения и обработки металла, и отходы горнометаллургических и химических производств, содержащие РЗМ. В нашей стране накопилось более 100 млрд тонн такого сырья, рассказал Сергей Кононенко. Это почти столько же, сколько учтено сегодня в российских недрах. При этом техногенные образования составляют более 80% всех отходов в РФ. Эти ресурсы становятся все более привлекательными, поскольку современные технологии направлены на многокомпонентное (15–25 компонентов) извлечение полезных веществ из бедного сырья с последующим их разделением.

Чтобы добыча и переработка РЗМ была экономически обоснована, на них должен быть спрос промышленности, пояснил Сергей Миронов. А значит, ее продукция, а не импортная должна быть востребована в стране. Перспективы может дать только новая промышленная политика, которая стимулирует технологическое перевооружение российской промышленности, убежден политик.

Богатая минерально-сырьевая база и значительный природный потенциал России накладывают сильный отпечаток на характер производства и структуру экспорта, поясняет Ольга Маликова. Открытие границ, участие страны в системе международного разделения труда в полном соответствии с экономическими законами способствовали ускоренному развитию именно добывающих секторов национальной экономики, специализации страны на экспорте минерально-сырьевых ресурсов, углеводородов. Также в значительной степени на создание благоприятных условий для развития добывающих отраслей экономики и расширения экспорта были нацелены российская налоговая система и правовая среда.

«Однако у успехов в развитии сырьевого сектора экономики была и обратная сторона – перетягивание финансовых, человеческих, технологических ресурсов в добывающие отрасли и недоинвестирование отраслей обрабатывающей промышленности», – отметила Маликова. Как следствие, в России сформировалась структура экономики с превалированием экспортоориентированного добывающего сектора. «Однако при прочих равных условиях более устойчивой все же считается разнообразная, дифференцированная структура экономики, предполагающая развитие не только добывающей, но и обрабатывающей промышленности и высокотехнологичных секторов экономики. Насколько это важно, отчетливо показали события последних месяцев», – подчеркнула эксперт.

По разнообразию природных ресурсов Россия является мировым лидером: так же, как США, Китай, Бразилия и Иран, наша страна обладает практически полным перечнем всевозможных минерально-сырьевых ресурсов, говорит директор Центра региональной политики Института прикладных экономических исследований (ИПЭИ) РАНХиГС Владимир Климанов.

«Богатство природными ресурсами во многом определяет топливно-сырьевую направленность всей российской экономики. При дефиците трудовых ресурсов, больших издержках, связанных с удаленностью от основных рынков потребления, и сложностях природно-географических условий развитие отраслей обрабатывающих производств не идет так же бурно, как добывающей промышленности. Поэтому отказаться от нефтегазовой ориентации российской экономике сложно», – отметил он.

По мнению эксперта, единой стратегии в отношении всех природных ресурсов быть не может. Где-то нужно и можно сохранять объемы их добычи или извлечения, в других случаях практика работы с природно-ресурсным потенциалом должна быть скорректирована или даже полностью пересмотрена.

Существуют запасы полезных ископаемых, которые удовлетворят необходимые потребности экономики еще не в одном поколении россиян (природный газ, уголь, железные руды, ряд цветных металлов, цементное сырье), но есть и такие (нефть, свинец, золото, серебро, алмазы), достигнутые уровни добычи которых уже недостаточно обеспечены запасами разрабатываемых месторождений. Есть также и дефицитные полезные ископаемые – в первую очередь это бокситы для развитой в стране алюминиевой промышленности и некоторые редкоземельные металлы.

«Необходимо продолжать проводить активное геологическое изучение недр, работы по воспроизводству минерально-сырьевой базы, принимая во внимание наличие естественных ограничений», – подчеркнул Владимир Климанов.

Редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы – группа из 17 химических элементов таблицы Менделеева. Они обладают одинаковым строением атомов, а также имеют схожие химические и физические свойства. Редкоземельные элементы применяются в различных промышленных сферах: в радиоэлектронике, атомной энергетике, машиностроении, химической промышленности и металлургии.

Металлы, составляющие группу редкоземельных

По состоянию на 2019 г., в список редкоземельных металлов входят следующие химические элементы:

Скандий: назван в честь Скандинавии.
Иттрий: получил наименование в честь населенного пункта Иттербю, расположенного на территории современной Швеции.
Лантан: в переводе с греческого языка наименование этого элемента означает «таинственный, скрытный».
Церий: назван в честь римской богини Цереры и одноименной карликовой планеты в солнечной системе.
Празеодим: в переводе с греческого языка наименование этого элемента обозначает «зеленый близнец».
Прометий: назван в честь древнегреческого мифического персонажа Прометея.
Неодим: в переводе с греческого языка означает «новый близнец».
Самарий: получил наименование в честь минерала самарскит.
Европий: назван в честь одноименной части света.
Гадолиний: получил наименование в честь финского химика Юхана Гадолина.
Диспрозий: в переводе с греческого языка наименование этого элемента означает «труднодоступный».
Гольмий: назван в честь столицы Швеции – Стокгольма.
Эрбий: получил наименование в честь шведской деревни Иттербю.
Лютеций: назван в честь старинного названия столицы Франции, используемого древними римлянами.
Иттербий: получил наименование в честь населенного пункта Иттербю.
Тулий: получил наименование в честь сказочного острова Туле, описанного в скандинавской мифологии.
Тербий: назван в честь деревни Иттербю.

Термин «редкоземельные» образован от словосочетания «редкие земли». Он объединяет химические элементы по следующим признакам:

Вещества редко встречаются в естественной среде. В нынешнее время только 2% редкоземельных металлов добываются в земной коре. Извлечение металлов в большинстве случаев осуществляется из отходов производства минеральных удобрений. Добыча осуществляется с применением инновационных технологий.
При взаимодействии с кислородом элементы образуют тугоплавкие, нерастворимые оксиды, называемые «землями».
Представляют собой серебристо-белые металлы, тускнеющие при взаимодействии с воздухом в результате образования оксидной пленки.

Редкоземельный металл лантан является одним из самых дорогих химических элементов. При взаимодействии с алюминием он образует вещества с повышенной интенсивностью поглощения углерода и азота. Благодаря низкой активности по отношению к H2, его можно применять для изоляции водорода от окружающих газов.

Редкоземельные соединения отличаются между собой по химической активности. Этот параметр возрастает от скандия до лантана. До лютеция химическая активность снижается до минимальных значений. Это явления обусловлено постепенным снижением расстояния между атомами и энергетическими уровнями.

В научной литературе редкоземельные металлы имеют следующие обозначения:

TR: аббревиатура, обозначающая “редкие земли” (Terrae rarae).
REE: сокращение английского словосочетания Rare-earth elements (редкоземельные элементы).
REM: сокращение английского словосочетания Rare-earth metals (редкоземельные металлы).

В российских учебниках редкоземельные элементы обозначаются аббревиатурами РЗЭ или РЗМ.

История открытия редкоземельных металлов

Впервые редкоземельные металлы были изучены финским химиком Юханом Гадолином в конце XVIII столетия. В 1794 г. ученый во время изучения рудных образцов, найденных вблизи деревни Иттербю, открыл “редкую землю”, названную иттриевой. В начале XIX в. немецкий химик Мартин Клапрот создал первую классификацию редкоземельных соединений. Он раздел эти элементы 2 группы: иттриевые и цериевые.

Спустя несколько десятилетий шведский химик Мосандер выявил наличие новых редкоземельных металлов. В 1840-х г. ученый выделил из образцов “редких земель” окись церия, тербиевую и эрбиевую земли. К концу XIX столетия в мире было открыто 16 редкоземельных элементов. В XX в. был открыт последний редкоземельный металл — прометий. Ее исследованием занимались русские химики Маринский и Гленделин. На основе их экспериментов были проведены опыты по использованию осколков деления атомов урана в ядерном реакторе. По состоянию на 2019 г. группа редкоземельных металлов состоит из 17 химических соединений. В таблице Менделеева они расположены в ячейках 21, 39 – 57, 57 – 61.

Запасы редкоземельных элементов

Общее количество по массе редкоземельных металлов в природе составляет не более 0,02%. Чаще всего в недрах Земли находятся церий, лантан и неодим. Наименее распространенным соединением является Европий. Ее процентное содержание в недрах Земли составляет не более 0,0013% от его общей массе.

В мире редкоземельные металлы находятся в 240 минеральных веществах: фторидах, силикатах и фосфатах. 62 минерала используются в качестве промышленного сырья: монацит, апатит, бастнезит и эвксенит. Процентное соотношение РЗЭ в составе минеральных веществ неодинаково. В бастнезитах содержатся преимущественно представители цериевой подгруппы, в апатитах – иттриевой.

Редкоземельные элементы содержаться в естественной среде совместно, образуя сульфиды или галоидные соединения. Валентность веществ составляет не более 3+. В природе церий может образовывать четырехвалентные соединения, что обусловлено особенностями строения его электронной оболочки.

Основные запасы редкоземельных металлов содержатся в следующих странах:

США: 13000000 т;
Австралия: 1600000 т;
Бразилия: 36000 т;
Китай: 55000000 т;
Индия: 3100000 т;
Малайзия: 30000 т.

В России 90% редкоземельных элементов импортируется из других стран. Это обусловлено тем, что на российском рынке наблюдается низкий спрос на данные соединения. Из-за развития научно-технического прогресса наибольшее количество редкоземельных ресурсов потребляется развитыми странами Европы и Северной Америки.

Добыча

Добыча редкоземельных металлов из отходов фосфорных удобрений является одной из самых инновационных технологий. Наличие в породном отвале большого количества гипса обуславливает высокую водостойкость и механическую прочность сырья. Эта технология извлечения РЗМ позволяет добыть до 800 000 ценных химических элементов и утилизировать отходы при производстве фосфорных удобрений. Она представляет собой замкнутый цикл. В результате переработки минеральных удобрений выделяются строительный гипс и оксиды редкоземельных металлов: неодима, тербия, церия, диспрозия, празеодима и лантана.

Существуют 3 метода переработки отходов от производства удобрений:

Разложение материала с помощью плавиковых или серных кислот: позволяет удалять из веществ оксиды азота в процессе реакции обмена.
Хлорирование: атомы неметаллов сменяются на хлор в результате химической реакции замещения.
Сплавление гидроксидами, растворимыми в воде: в результате реакции гидролиза из РЗМ удаляются сульфированные поверхностно-активные вещества.
Химическое восстановление кальцием: осуществляется в бескислородной среде или в атмосфере аргона. Эта процедура позволяет избавиться от самых прочных химических окислов.

В результате образуется хлориды, сульфаты и оксиды, из которых извлекаются редкоземельные соединения. Для очистки РЗЭ от примесей используются технологии вакуумного переплава или дистилляции.

Наибольшее количество РЗМ добывается на территории США, Канады, Австралии и КНР. С 2010 г. спрос на эти химические соединения растет во многих индустриальных отраслях: машиностроении, электронике, ядерной энергетике и химической промышленности. Одним из крупнейших месторождений редкоземельных металлов является Bayan Obo, расположенное в Китае. Здесь содержится 44 млн. оксидов. Китай экспортирует сырье во многие страны Европы, Азии, Северной Америки и Африки. С 2010 г. КНР сокращает экспорт РЗМ, что связано с ростом потребления на внутреннем рынке. В результате во многих странах возникла физическая нехватка редкоземельных ресурсов.

В Российской Федерации добыча РЗМ из горных пород является нерентабельным занятием, что обусловлено низким потреблением этих металлов. Наибольшее количество редкоземельных элементов используют государственная корпорация “Ростехнологии” и предприятия оборонной промышленности. В России РЗМ добываются на территории Мурманской области и Республики Саха (Якутии). В данных регионах находятся крупнейшие месторождения редкоземельных металлов: Ловозерское и Томторское. С 2016 г. в РФ действует госпрограмма по созданию отраслевых предприятий, обеспечивающих российскую промышленность редкоземельными элементами. Она позволила улучшить методы добычи РЗМ и ликвидировала зависимости экономики России от импортных материалов.

Свойства редкоземельных металлов

Редкоземельные металлы имеют серебристый или желтый окрас. Они поддаются механической обработке и проводят электрический ток. Свойства РЗМ могут изменяться при переходе веществ из металлического состояния в парообразное. При высоком давлении и большой разнице в энергии атомные радиусы уменьшаются, что приводит к увеличению плотности простых веществ.

Физические свойства

Плотность РЗЭ составляет 6000–7000 кг/м 3 . Температура плавления вещества равняется 900 °С. Переход веществ в газообразное состояние осуществляется при температуре от 3500 °С. Наибольшим захватом тепловых нейтронов обладают гадолиний, самарий и европий. При нагревании до высоких температур элементы становятся пластичными и легко поддаются прокатке или ковке.

РЗМ обладают магнитными свойствами. Они относятся к классу парамагнетиков. Магнитная восприимчивость соединений зависит от их температуры. Гадолиний, Диспрозий и Гольмий располагают ферромагнитными свойствами. Они могут увеличить свое магнитное поле в несколько раз при нагреве до критических температур. В естественной среде большая часть редкоземельных металлов являются сверхпроводниками. Переход сверхпроводящее состояние осуществляется при охлаждении веществ до температуры -268,15 °С. Величина данного показателя зависит от избыточного давления.

Механические свойства

Механические свойства РЗЭ находятся в зависимости от количества примесей, содержащихся в веществе: кислорода, серы, азота и углерода. Ими обладают большинство представителей иттриевой и цериевой подгрупп. Чистые металлы, в которых содержится меньше 1% примесей, имеют твердость 500 Мпа. Этот показатель зависит от температуры химического соединения. При охлаждении вещества до 800 °С твердость элемента составляет 30 МПа. Если понизить температуру вещества до 550 °С, то оно полностью размягчится, что обусловлено полиморфным превращением.

При температурах 20-800 °С повышается пластичность редкоземельных металлов. Во время нагревания внутренняя структура элементов переходит на кубическую модификацию. Во время растяжения РЗМ полностью разрушаются при давлении в 150 Мпа. При более низких значениях этого показателя соединения деформируются. Удельное растяжения металлов составляет не менее 12%.

Химические свойства

При взаимодействии с молекулами кислорода РЗЭ покрываются тонкой оксидной пленкой, защищающей металлы от физических деформаций и воздействия иных химических элементов. При высокой влажности вещества начинаются окисляться с большей интенсивностью и превращаются в щелочи. Данный химический процесс осуществляется при температурах до 250 °С. При дальнейшем нагревании в кислородной среде металлы начнут окисляться с выделением большого количества тепловой энергии.

Наибольшей реакционной способностью располагают скандий и иттрий. При нагревании до 400 °С они вступают в реакции с водородом, образуя гидриды. Полученные вещества имеют высокую плотность и могут взаимодействовать с солями. Церий обладает свойством пирофорности. При разрезании этого элемента на воздухе образуется множество искр. В этом случае выделяется до 220 ккал тепла.

Степень окисления редкоземельных соединений равняется +3. Поэтому эти способы образовывать тугоплавкие, твердые и крепкие оксиды. При взаимодействии с водой РЗМ образуют малорастворимые гидроксиды. Растворимость элементов зависит от ряда активности и свойств амфотерности. Из-за высокой активности металлов, соли редкоземельных соединений быстро растворяются в сильных кислотах, относящихся к минеральной группе химических веществ. При взаимодействии РЗМ с неметаллами VI – VII групп получаются галогены. РЗЭ могут вступать в реакцию с селеном, бромом, йодом при нагревании. Они инертны к большинству растворимых гидроксидов.

Применение редкоземельных металлов

Редкоземельные металлы нашли применение в следующих областях:

Производство винчестеров и звуковых динамиков.
Изготовление фотокамер, телескопических объективов, проекторов, приспособлений для студийного освещения и аккумуляторов.
Переработка сырой нефти.
Разработка усиленных металлов и стекол, применяющихся в авиационных моторах и защитных масках для строителей.
Создание жидкокристаллических дисплеев, аппаратов для МРТ, рентгеновских систем, энергосберегающих ламп и ядерных реакторов.

Также РЗЭ используются для изготовления добавок и эмалей, необходимых для модификации материалов. Они улучшают пластичность и прочность сырья, что увеличивает срок службы различных аппаратов и металлических устройств. Благодаря повышенной скорости поглощения окисей углерода и азота, РЗМ могут применяться в водородных тиратронах в качестве изолирующего материала.

Применение редкоземельных элементов оказывает негативное влияние на экологию планеты. В результате добычи и производства РЗЭ в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ и токсинов, включая углерод. В настоящее время разрабатываются технология определения токсичности РЗМ при помощи биотестирования. Ученые создают биосенсоры, определяющие влияние металлов на организм человека при помощи специальных биосенсоров. При изготовлении тестовых приспособлений используются экологически чистые материалы: Paramecium Bursaria и водоросли Chlorella.

Читайте также: