Що таке рідкісні метали
До рідкісних металів зазвичай відносять 34 хімічних елементу Періодичної системи Д. І. Менделєєва (рис. 1), які стали широко освоюватися промисловістю тільки в 50-60-х роках XX століття.
Мал. 1. Хімічні елементи, які називають рідкісними металами в Періодичній системі Д. І. Менделєєва (селен і телур - рідкісні неметали)
До групи рідкісних металів входять також лантаноїди (14 елементів) - рідкоземельні метали (РЗМ). Багато з цих металів були відкриті тільки в кінці ХVIII століття, а реній, галій, гафній, германій, скандій виявлені, за передбаченням Д. І. Менделєєва, вже після створення їм Періодичної системи, причому гафній і реній відкриті, відповідно, тільки в 1923 і 1925 рр. На відміну від чорних, кольорових і благородних металів, відомих людству протягом тисячоліть, природні утворення рідкісних металів, як мінерали, так і родовища, були вивчені в основному в XX столітті і спочатку представлялися екзотичними, винятковими об'єктами. Звідси виник термін «рідкісні метали», хоча за сучасними уявленнями це поняття дуже умовне. Тут більше данини історичної традиції, ніж фізико-хімічним критеріям або малої поширеності в природі.
Як правило, рідкісні метали - це матеріали високих технологій, сучасних і майбутніх. Сучасні дослідження відкривають все нові властивості рідкісних металів і нові можливості їх практичного використання. І якщо на початку їх освоєння промисловістю головною його сферою була оборонна техніка, то зараз багато рідкісних метали застосовують у виробництві самих звичайних споживчих товарів: пакувальної тари, сантехнічних виробів і кахлю, батарейок для електронних приладів та багатьох інших. За темпами зростання виробництва і споживання рідкісні і рідкісноземельні метали обганяють всі інші промислові метали, а в деяких швидко областях попит на них збільшується на 15-40% на рік. Ступінь промислового використання великою мірою залежить від вартості рідкісних металів, діапазон цін на які дуже великий, - від близьких до свинцю і цинку для кадмію до наближаються до золота і металів платинової групи для лютецію і скандію і перевищують їх для багатьох нових синтетичних (металоорганічних і ін.) з'єднань (табл. 1). Світове споживання окремих рідкісних металів і їх численних з'єднань також неоднаково - від декількох кілограмів для рубідію до сотень тисяч тонн для цирконію (рис. 2).
По суті справи, кожен рідкісний метал індивідуальний, але в той же час можна виділити групи металів, споріднених за багатьма властивостями і зазвичай разом зустрічаються в природі: Nb і Та, Rb і Cs, Zr і Hf, Se і Te. Вельми близькими властивостями володіють і рідкоземельні метали (лантаноїди і ітрій), які завжди зустрічаються разом, але в мінливих співвідношеннях.
Важливо відзначити, що маркетинг (світовий і внутрішні ринки) редкометалльние продукції має свою специфіку: спочатку формуються пропозиції, а потім виникає попит, але частіше в сучасних економіках світу виникає їх дефіцит виробництва і споживання, пов'язані з нерівномірним розподілом мінерально-сировинних ресурсів рідкісних металів на землі і зі значним збільшенням темпів зростання їх споживання в новому тисячолітті. Далеко не всі країни, що розвиваються мають хоча б незначні природні ресурси рідкісних і рідкоземельних металів. У світі, особливо в XXI столітті, йде і буде тривати непримиренна боротьба за редкометалльние ресурси, можливість мати лідируючі позиції в їх виробництві та особливо споживанні. Не треба забувати і те обставина, що майже всі рідкісні метали мають найважливіше стратегічне значення для провідних економік світу. Надії придбати редкометалльние продукцію за кордоном (у сучасних лідерів їх виробництва) не виправдання і по суті неправильні, особливо для нашої країни, так як Росія володіє унікально багатими джерелами багатьох рідкісних і рідкоземельних металів. Прискорене освоєння декількох вітчизняних великих, а іноді і унікальних редкометалльних родовищ на Кольському півострові, в Карелії, на Уралі, в Східному Сибіру і на Далекому Сході повинні стати проривними об'єктами гірничодобувної, рудоперерабативающей і хімічної промисловості в умовах інноваційної економіки. Томторское комплексне фосфор-ніобій-титан-скандій-ітрій-рідкоземельні родовище на північному заході Якутії з його унікальними змістами корисних компонентів, балансовими запасами і ресурсами є безперечним лідером серед ресурсних об'єктів і вимагає свого якнайшвидшого освоєння.
2 млрд.т) може забезпечити роботу рудника на сотні років вперед.
Ціни на продукти індивідуальних рідкоземельних елементів, ітрію і скандію, в доларах за кг
48 000-19 4000
Примітки: (1 - різниця ціни від чистоти продукції (99%, 99,9%, 99,99%); (2 - від складу з'єднань (карбонати, ацетати, броміди, нітрати, хлориди, сульфати, ізопропоксіди і ін.), в дужках вказані ціни на синтетичні (металлоорганические) з'єднання РЗМ, Тріс і ін.
Як же виглядають маркетингові дослідження основних рідкісних і рідкісноземельних металів Томторского родовища?
Томтор - родовище хоча і комплексне, але унікальне саме як скандієві родовище, здатне забезпечити значну частину (до 90%) світового видобутку цього металу найближчі 20-30 років, а в ціновій частині вартості видобутих корисних компонентів уч. Буранний доходи від видобутку скандію можуть скласти понад 35% замість розрахункових 19%.
Перспективи використання ітрію в промисловості настільки широкі, що про них можна написати окрему брошуру. Тут же обмежимося коротким перерахуванням основних областей застосування з окремими прикладами. Ітрій - це метал, що володіє рядом унікальних властивостей, і ці властивості в значній мірі визначають дуже широке застосування його в промисловості сьогодні і, очевидно, ще більш широке застосування в найближчому майбутньому. Наприклад, межа міцності на розрив для нелегованого чистого ітрію один з найвищих серед металів (близько 30 кг / мм2). Дуже важливою якістю як металевого ітрію, так і його сплавів є та обставина, що, будучи активним хімічно, він при нагріванні на повітрі покривається плівкою оксиду і нітриду, що оберігають його від подальшого окислення до t ° = 10 000 ° С. Найбільш перспективними галузями застосування сплавів ітрію є авіакосмічна промисловість, атомна техніка, автомобілебудування. Дуже важливо і те обставина, що ітрій і його деякі сплави не взаємодіють з розплавленим ураном і плутонієм, а це дозволяє застосовувати їх в ядерному газофазних ракетному двигуні. При додаванні ітрію в жаростійкі сплави нікелю з хромом (ніхроми) значно підвищується температура експлуатації нагрівальних дротів і стрічок, що дозволяє в 3-4 рази збільшити термін служби нагрівальних приладів, що має велике економічне значення. Широко вивчається перспективний магнітний сплав - неодим-ітрій-кобальт. Напилення (детонационное і полум'яне) ітрію на деталі двигунів внутрішнього згоряння дозволяє збільшити зносостійкість деталей в 400-500 разів у порівнянні з хромуванням.
Рідкоземельні метали (РЗМ) поділяються на дві групи: так звану иттриевую (важких РЗМ), що включає гадоліній, тербий, діспрозій, Гольмій, ербій, тулій, ітербій і лютеций, і церієву (легких РЗМ) - лантан, церій, празеодим, неодим, прометий, самарій і европий. Всього 15 елементів, діапазон їх поширеності в земній корі досить широкий: від 0,003% по масі для лантану до 0,00008% для тулия і лютецію. На Томторском родовищі коефіцієнти концентрацій рідкісноземельних металів в рудах досягають сотні, а іноді перші (2-3) тисячі разів (П100-п1000) - це найвищі коефіцієнти концентрації РЗ М на відомих родовищах в світі.
C поточною ситуацією і прогнозом розвитку російського і світового ринків рідкоземельних металів можна познайомитися в звіті Академії кон'юнктури Промислових Ринків «Світовий і російський ринок рідкоземельних металів».
Олександр Самонов,
провідний науковий співробітник
ІГЕМ РАН,
кандидат геолого-мінералогічних наук,
генеральний директор
НП «РЕБС-ТПП-Агентство
за операціями з рідкісними і рідкоземельними металами »
Гелій Мелентьев,
провідний науковий співробітник
НДЦ «Екологія та промислова енерготехнологія»
ОИВТ РАН,
кандидат геолого-мінералогічних наук,
дійсний член Мамри