Рассказываем об иттрии: свойствах, использовании, добыче, запасах, ценах.
А также в честь какой деревни назвали четыре элемента в таблице Менделеева, как крошечный остров может перевернуть весь рынок редкоземельных металлов, в каком человеческом органе больше всего иттрия и что является главным призом в работах по сверхпроводимости.
Свойства
В конце XVIII века лейтенант шведской армии подбирал место для строительства укреплений и нашёл необычный очень тяжёлый камень чёрного цвета. Он отправил его своему знакомому химику. В минерале были обнаружены неизвестные доселе элементы, которые начали физически выделять в середине XIX века.
Первый из них получил название иттрий (Y) по наименованию посёлка Иттербю неподалёку от места находки. Всего в честь этой деревни было наречено четыре элемента: иттрий, иттербий, тербий и эрбий (видимо своеобразное шведское чувство юмора).
По итогу на этом месте было открыто восемь новых элементов (уникальный случай в истории). К вышеперечисленным добавились скандий, тулий, гольмий и гадолиний.
Иттрий представляет собой мягкий пластичный ковкий нетоксичный металл серебристо-белого цвета. Имеет высокую температуру плавления (1795°С), вступает в реакцию с водой, растворяется в кислотах. Порошок иттрия взрывоопасен при нагревании в атмосферном воздухе.
Часть учёных (но не все) относит иттрий и скандий к редкоземельным металлам (РЗМ) ввиду сходных свойств и залегания в одних и тех же месторождениях.
Применение
Несмотря на то, что иттрий был открыт в конце XVIII века, его практическое использование началось всего несколько десятилетий назад.
Одной из первых и до настоящего времени главных сфер применения металла (в сочетании с европием) являются красные люминофоры (соединения, преобразующие энергию в свечение). В цветных телевизионных электронно-лучевых трубках они начали использоваться с 1960-х годов. Позже нашли своё применение в люминесцентных лампах.
Иттрий востребован в различных рецептурах стекла и керамики. Он придаёт конечному продукту термостойкость, ударопрочность и устойчивость к расширению. Это важно для объективов фотокамер, огнеупорных форсунок, покрытий реактивных двигателей, инструментов, подшипников и других продуктов.
В качестве катализатора он используется в реакции полимеризации этилена.
Синтетические иттриево-железные гранаты являются отличными микроволновыми фильтрами и применяются в радарах и прочем оборудовании высокочастотной связи.
В свою очередь, искусственные иттриево-алюминиевые гранаты (твёрдость по шкале Мооса составляет 8,5) изначально предназначались для ювелиров как имитация алмазов. Однако сегодня всё больше востребованы в лазерах (хирургические операции, резка и сварка металлов, высокоточное измерение).
Применение иттрия в качестве металлургической добавки (0,1-0,2%) позволяет уменьшить размер зерна (в хроме, титане, цирконии, молибдене) и повысить прочность магниевых и алюминиевых сплавов. Кроме того, он используется в качестве раскислителя ванадия и других металлов.
Изотоп иттрий-90 (период полураспада 64 часа) успешно опробован для лечения рака печени. Может применяться для лечения лимфомы, лейкемии, а также рака костей, яичников и поджелудочной железы.
Использование иттрия в катодах литий-железо-фосфатных батарей увеличивает их ёмкость и долговечность.
Новый тёмно-синий стойкий нетоксичный пигмент для красок и пластмасс был разработан на основе иттрия, марганца и индия в 2009 году. Это первый подобный материал за 200 лет.
В свечах зажигания Y является бюджетной альтернативой платине.
Во многих вышеперечисленных сферах применения иттрий либо не подлежит замене, либо замещение связано со значительной потерей эффективности.
Добыча
По распространённости среди всех элементов в земной коре иттрий находится в третьем десятке. Его примерно в 400 раз больше, чем серебра. Среди РЗМ он уступает только церию. Проблема в большой рассеянности элемента, что сильно затрудняет добычу. Кроме того, в несвязанном виде иттрий никогда не встречается.
Мировое производство оксида иттрия составляет порядка 10-15 тыс. тонн в год.
Ключевой поставщик на мировой рынок – Китай (2,4 тыс. тонн в 2022 году). Основные направления экспорта (в порядке убывания): Япония, США, Южная Корея и Германия. За год поставки выросли на 14% (в натуральном выражении) и это несмотря на увеличение цены (об этом ниже).
Основные запасы сосредоточены в Китае, России, Бразилии, Австралии, Вьетнаме и Мьянме.
Лучшие месторождения Китая в провинциях Цзянси и Гуандун выдают соответственно 64,9% и 59,3% иттрия (по отношению к другим РЗМ). Для сравнения: месторождение в п. Ревда Мурманской области содержит 1,3% иттрия (из всех добываемых РЗМ), месторождение Маунтин Пасс в США – 0,1%, главное австралийское месторождение – 0,8%.
В 2018 году появились сведения об открытии очень перспективных резервов РЗМ на дне океана в окрестностях маленького (1,5 кв. км) необитаемого острова Минамитори (он же Маркус), принадлежащего Японии. Остров находится на удалении от основной группы японских островов. Если данные подтвердятся, то его запасы (16 млн. тонн иттрия) закроют потребности Страны Восходящего Солнца на ближайшие 700 лет, а также полностью изменят мировой расклад на мировом рынке диспрозия, европия и тербия.
Кроме того, иттрий содержался в образцах лунного грунта, доставленных на Землю.
Человеческий организм является слабым биоконцентратором иттрия. Основной орган, в котором накапливается металл, – печень.
Цена
Иттрий всегда был одним из самых дешёвых РЗМ. Несмотря на монополизацию поставок Китаем, такого ажиотажа, как вокруг диспрозия, на иттриевом рынке не наблюдается.
Средняя цена на чистый иттрий в 2022 году составляла $43 за 1 кг (+10% к цене 2021 года).
По состоянию на середину марта 2023 года цена на азиатских биржах зафиксирована на уровне $34 за 1 кг.
Сверхпроводимость
Хотя явление сверхпроводимости было открыто в 1911 году, «рабочей» температурой для сверхпроводников долгое время считался абсолютный ноль (минус 273°С).
В 1986 году удалось добиться исчезновения электрического сопротивления (для оксида лантана-бария-меди) при температуре минус 238°С.
Уже в следующем году произошёл настоящий прорыв. Другое соединение (оксид иттрия-бария-меди или сокращённо YBCO) стало сверхпроводящим при температуре минус 178°С, то есть на 95°С выше абсолютного нуля!
Это позволило применять для поддержания сверхпроводимости относительно дешёвый жидкий азот (температура кипения минус 196°С), вместо дорогостоящего и необычайно сложного в эксплуатации жидкого гелия (температура кипения минус 269°С).
Такие соединения (те что можно охладить жидким азотом) получили название высокотемпературные сверхпроводники и YBCO стал первым из них.
На сегодняшний день лидерство удерживает купрат ртути, бария и кальция (минус 140°С).
Исследования продолжают многие учёные из самых разных стран. Главная цель – достижение сверхпроводимости при комнатной температуре. Нельзя исключать того, что это произойдёт в соединениях иттрия.
Возможно, Вам также будет интересно:
Если узнали что-то новое, просьба оставить лайк. Подпишитесь на канал, и мы обещаем ещё много интересного.