Очередная заметка о критически важных элементах для развития высоких технологий. Редкоземельные металлы: использование, добыча, запасы.
А также сколько их нужно на один истребитель и как один рыбак взбудоражил мировые рынки.
Перечень
Все они являются металлами, так что понятия редкоземельные элементы (РЗЭ) и редкоземельные металлы (РЗМ) можно считать тождественными.
Всего их 17: лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, скандий, иттрий. Последние два элемента некоторые учёные к группе РЗЭ не относят.
У них похожие характеристики: они пластичные, тяжёлые, мягкие, имеют серебристо-белый цвет. Обладают ценными проводящими, магнитными и флуоресцентными свойствами, которые переносятся на сплавы с другими металлами.
Несмотря на внешнее сходство, каждый из них занимает свою уникальную технологическую нишу.
Применение
Масштабный спрос на РЗМ начался с 60-х годов XX века. Первым «в дело» пошёл европий. С его помощью стали получать цветное изображение в телевизорах.
Изобретение самарий-кобальтовых магнитов позволило военным создавать сверхмощную радиолокационную технику. Добавление скандия в алюминий увеличивало прочность и снижало вес последнего, что нашло своё применение в авиации. Также РЗМ используются в сплавах, применяемых бронетехнике и снарядах.
Иттрий задействуется как добавка в активной среде лазерных дальномеров и целеуказателей для управляемых боеприпасов. Он же (наряду с эрбием) служит для создания ярких цветов на экранах смартфонов.
Лантан и неодим применяются в никель-металлогидридных аккумуляторах. Кроме того, неодим является составной частью лёгких мощных постоянных магнитов, используемых в автомобилях, жёстких дисках компьютеров и динамиках смартфонов. Кстати, самым сильным магнитом на сегодня является сплав неодима с железом и бором.
В то же время лантан есть в каждой камере современного смартфона (снижает искажение). Неодим и диспрозий используются в двигателях ветряных электростанций.
Волоконные усилители в оптоволоконных кабелях легируются эрбием. Кроме того, РЗЭ употребляются для защитных стекол (от радиоактивного и ультрафиолетового излучения) а также в регулирующих стержнях атомных реакторов.
Помимо всего прочего, в Китае РЗЭ применяются в качестве кормовой добавки и дополнительного ингредиента в комплексные удобрения. Есть эффект, но побочное действие пока выясняется.
На сегодняшний день наиболее востребованными областями применения РЗМ являются (в порядке убывания): катализаторы (для нефтепереработки и других отраслей), магниты, стекло/керамика, сплавы и высокопроизводительная электроника.
Для ветровой электростанции требуется 171 кг РЗЭ на 1 МВт мощности, для одного истребителя пятого поколения – 427 кг, для одной атомной подводной лодки (водоизмещением 7800 т) необходимо 4,2 т РЗМ.
Добыча
Несмотря на своё название, данные элементы вовсе не так редки. Более того, многие из них достаточно распространены и встречаются по всему земному шару. Проблема в том, что они сильно рассеяны, не залегают в больших концентрациях, а также перемешаны как друг с другом, так и с другими элементами (например, с ураном или торием).
Всего в мире добывается 280 тыс. тонн РЗМ в год. из них 60% приходится на Китай (в отдельные годы этот показатель доходил до 95%).
Китай начал активно развивать данное направление с конца 70-х годов, поставляя на мировой рынок РЗМ по заниженным ценам. Уже с начала 90-х годов он стал главным мировым производителем, вытесняя, разоряя, а иногда покупая и переводя в Китай иностранных конкурентов. С 1978 по 1995 гг. рост производства РЗМ составлял порядка 40% в год.
Фактический руководитель Китая этого периода Дэн Сяопин считал развитие индустрии РЗЭ одним из важных условий превращения Поднебесной в ведущую мировую производственную державу. «У арабов есть нефть, у нас есть редкоземельные элементы» - говаривал он.
Наконец, Китай активно работает над разработкой месторождений за пределами своей страны (в первую очередь в Азии и Африке). Например, в Афганистане ещё советскими геологами в 80-е годы ХХ века были обнаружены довольно большие залежи.
Несмотря на то, что Коллективный Запад после 2010 года (ниже расскажем, что там произошло) предпринял ряд мер по снижению зависимости, Китай остаётся доминирующим производителем, продавцом и потребителем РЗМ. Попытки «развитых стран» снизить их количество в высокотехнологической промышленности (путём замены на традиционные металлы) большим успехом не увенчались. Спрос на РЗМ продолжает расти, а заменители гораздо менее эффективны.
Запасы
По данным U.S. Geological Survey, наибольшие подтверждённые резервы находятся в Китае (44 млн. тонн), Вьетнаме (22 млн. тонн), России (21 млн. тонн) и Бразилии (21 млн. тонн). На эти страны приходится 90% подтверждённых мировых запасов.
Самый распространённый (церий) занимает 25-е место среди всех элементов (что сопоставимо с медью, оловом или свинцом). Но даже самые редкие (тулий и лютеций) имеют содержание в земной коре в 200 раз больше, чем золота.
Особняком стоит прометий – он встречается только в виде радиоактивных изотопов, самый долгоживущий из которых имеет период полураспада менее 18 лет.
Самые крупные российские месторождения находятся в Мурманской области. Объёмы отечественной внешней торговли (как импорта, так и экспорта) ничтожно малы.
Может показаться, что Китай обладает самыми большими природными запасами, но это не совсем так. Они распределены относительно равномерно по всей земной коре. Просто Китай первым понял важность РЗЭ и начал на государственном уровне активно вкладываться в крайне сложный процесс разведки, добычи и отделения их друг от друга, а также получения рафинированных продуктов.
Сейчас Поднебесная обладает полной цепочкой создания добавленной стоимости (от карьера до смартфона).
Кроме того, для выработки даже относительно малого количества РЗМ требуется извлечь и переработать большое количество руды, что связано с образованием огромных отходов и масштабным загрязнением окружающей среды. Для многих западных государств это крайне сложная задача с экономической и экологической точек зрения.
Инцидент с рыбаком
В сентябре 2010 года китайский траулер столкнулся с двумя патрульными катерами японской береговой охраны у необитаемых островов Сэнкаку (обе страны считают их своей территорией). Японцы арестовали капитана траулера и весь экипаж, что вызвало серьёзный дипломатический скандал. Экипаж вскоре был отпущен, но капитан оставался под стражей больше двух недель.
В ответ на это Китай приостановил отправку грузов в Японию, в том числе ряда РЗЭ, в которых в тот момент японская промышленность остро нуждалась. А также ввёл жёсткие квоты на их экспорт.
Это вызвало огромную панику на рынках. Цены на отдельные РЗМ подскочили в 5 раз. США, ЕС и Япония подали жалобу в ВТО. Начались попытки разработок собственных месторождений.
Однако длилось это относительно недолго. В 2012 году Китай смягчил ограничения.
Тем не менее именно тогда страны Коллективного Запада осознали, как крепко Китай их держит за слабое место, и это положение в обозримом будущем никуда не денется (спрос на РЗМ продолжает расти ударными темпами).
Самой критичной они считают свою зависимость от поставок диспрозия.
Возможно, вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.