В последние дни в средствах массовой информации обсуждают редкоземельные металлы в современном мире, поскольку они являются ключевыми компонентами для развития современных технологий.
Подробнее о составе, истории и возможностях их использования, в том числе неочевидных, рассказала директор Института экономики и финансов ГУУ Галина Сорокина.
«История редкоземельных металлов – это увлекательное путешествие от научной экзотики до ключевого компонента современной техники. Отсутствие достойных заменителей делает эти металлы стратегически важными ресурсами, превращая их добычу и экспорт в поле битвы за экономическое и геополитическое господство».
От простой «земли» до бесценного элемента
Несмотря на название, эти металлы не так уж редки – их содержание в земной коре превосходит содержание золота, серебра, платины, ртути и кадмия.
Ещё в XVIII и XIX веках эти элементы, тогда известные как «земли» из-за своей нерастворимости в воде и сыпучей структуры, представляли лишь научный интерес.
Иттриевая земля и цериевые земли, открытые в конце XVIII – начале XIX веков, были настолько редкими, что масштабное промышленное производство оставалось несбыточной мечтой.
Сложность и дороговизна выделения чистых элементов из их оксидов и фторидов, а также низкий спрос, делали добычу экономически нецелесообразной.
И лишь во второй половине XX века было положено начало их широкому применению, обусловленному уникальными свойствами этих элементов.
Что это за металлы и где их применяют
Сегодня редкоземельные металлы — это одни из самых востребованных минералов в промышленности.
Науке известно 17 редкоземельных элементов, относящихся к двум подгруппам: легкой – цериевой и тяжелой – иттриевой.
В чем же секрет их стремительного восхождения на вершину технологического Олимпа? Все дело в их исключительных характеристиках, обуславливающих два основных направления использования.
Мощные магнитные свойства
Редкоземельные металлы, и в частности сплавы на их основе (например, неодим-железо-бор), обладают феноменально сильными магнитными свойствами. Это открыло путь к созданию мощных постоянных магнитов, применение которых революционизировало множество отраслей:
Мощные постоянные магниты используются в электродвигателях, магнитных сепараторах, металлоискателях и многом другом, например, качественный звук в ваших наушниках обеспечивается сплавом с редкоземельным неодимом.
Постоянные магниты используются в жёстких дисках большой мощности, элементах фокусировки лазера, электроусилителей руля, медицинских устройствах, радиолокации и связи. Например, аппарат магнитно-резонансной томографии невозможен без мощных магнитов, созданных из сплавов с редкоземельными металлами.
Зелёная энергетика вообще невозможна без редкоземельных металлов, это не только магниты в электрогенераторах ветряных турбин, но и супермощные конденсаторы и аккумуляторы. Например, твердо оксидные топливные элементы, которые за счёт химической реакции позволяют вырабатывать электрическую энергию до 1 МВт производятся из скандия. Такие электрические батареи длительный период могут обеспечивать энергией как отдельные дома, так и крупные удаленные объекты, или использоваться как альтернативный источник энергии.
Вообще производство самых распространенных металлогидридных аккумуляторов (маркировка NiMH) невозможно без редкоземельного лантана. То есть наши гаджеты и даже электромобили не смогли бы работать, если бы не использовались редкоземельные металлы.
Присадки для улучшения свойств материалов
Именно с помощью редкоземельных металлов удалось повысить объемы хранения информации, эта технология применяется не только в телефонах.
Также оксид церия применяется в качестве полировального порошка при производстве плоских дисплеев, например, таких как LSD, LSD LED, OLED и других.
Редкоземельные металлы применяют в качестве пигмента, люминофора, легирующих добавок в энергосберегающих лампах, жидкокристаллических дисплеях, атомной промышленности.
Вообще большинство микрочипов в приборостроении производятся с использованием редкоземельных металлов.
Сплавы с редкоземельными металлами обладают особенной прочностью, жаростойкостью и лёгкостью.
Такие сплавы нашли применение в областях, где эти характеристики более приоритетны, чем стоимость. Например, в космосе, атомной промышленности, авиации, ракетостроении, военной промышленности, гоночных автомобилях, высококлассном дорогом спортивном инвентаре.
Стекольная промышленность также широко применяет присадки из редкоземельных металлов, эти присадки позволяют создать стекла, защищающие от радиации, УФ излучения, а известное стеклодувам, сварщикам дидимовое стекло производится с редкоземельным празеодимом.
Лазеры заказывали?
Ещё одна крупная сфера, в которой не обойтись без редкоземельных металлов это производство лазеров.
Присадки из редкоземельных повышают прозрачность стекол, линз, точность и сфокусированность лазеров.
Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате используются в медицине, косметологии, офтальмологии, сосудистой хирургии и многом другом.
Системы наведения, оптоволоконная промышленность также не сможет работать без применения редкоземельных металлов. Например, лазер с применением оптоволокон на основе фторида неодима используется в системах наведения и электрооптических лазерных дальнометров современного оружия. Лазеры на неодимовом стекле используется в ядерном синтезе.
Редкоземельных металлы вокруг нас
Однако не стоит думать, что обычный человек редко встречается со сплавами редкоземельных металлов.
Например, привычное нам кресало в зажигалке (колёсико, которое крутите, чтобы высечь искру) сделано из сплава, который содержит 15 % лантана.
К тому же, микроволновая техника и эхолокация также работают на редкоземельных металлах.
Даже при производстве денег используют редкоземельные металлы, так европий и тулий обеспечивает флуоресценцию банкнот евро.
А уж если вы попали в больницу, то тут редкоземельные металлы используются практически на каждом шагу: это не только аппараты МРТ и КТ, лазеры, рентген-аппараты, но и ПЭТ-КТ, а также препараты для диагностики, а также изотопы для радиационной терапии раковых опухолей.
Цифровые рентген-аппараты в аэропортах, переносные рентген-аппараты в кабинетах стоматологии, реанимобилях также работают на оксисульфиде гадолиния и тулии.
Есть ли они в России?
Сегодня крупнейший добытчик и поставщик редкоземельных металлов и продукции на его основе – Китай.
По данным Роснедр Россия находится на втором месте по залежам редкоземельных металлов. Но при этом наша страна пока даже не входит в пятерку крупнейших поставщиков этих ценных минералов.
«В общем сегодня практически ни одну сферу нашей жизни, тем более технический прогресс и прорывные технологии невозможно представить без использования редкоземельных металлов. Именно поэтому из-за добычи, экспорта, использования ими начинаются целые экономические войны».