Редкоземельные металлы называют таковыми не из-за редкости или минимального содержания в земной коре. В действительности, запасы многих из них обширны (даже более чем свинца), а месторождения — распространены.
Название элементов связано с тем, что они редко встречаются в концентрированном состоянии. В составе минералов вещества присутствуют в значительно рассеянном виде. Выделить их (получить в чистой форме) из руды непросто.
Для справки:
Церий — наиболее часто встречаемый элемент группы. Его находят не реже, чем свинец, олово, медь. Наиболее нераспространенные вещества — лютеций и тулий. Но даже их объемы — в сотни раз большие, чем золота. Отдельно следует выделить прометий. Он находится в минералах лишь в форме радиоактивных изотопов. Время полураспада самого долгоживущего из изотопов — меньше 18 лет.
Добыча и выделение редких металлов
В одной тонне грунта установленного месторождения может найтись несущественный объем РЗМ. Для снижения стоимости добычи, их выделяют совместно с иными полезными компонентами, такими как фосфор.
Сложность получения редкоземельных элементов связана не только с их низкой концентрацией в составе руды. Но и со способностью мгновенно реагировать с кислородом и другими химическими веществами. Результаты реакции — формирование тугоплавких высокоплотных оксидов, еще больше затрудняют удаление примесей.
Кроме добычи из руды, оксиды РЗМ выделяют современными методами. Например, их извлекают из гипсовых остатков фосфорных удобрений. Сепарацией, иными химическими процедурами можно получить празеодим, лантан, церий.
Важный момент — конечная продукция, для создания которой были использованы ценные оксиды, их самих может не содержать. Пример: в бензине, получаемом из нефти с применением катализаторов с церием, элемента нет. Переработка и вторичное применение металла, как, допустим, стали, невозможны.
Виды и общие свойства редкоземельных металлов
По общему содержанию в руде, фосфатных отходах и прочих источниках, РЗМ делят на цериевые и иттриевые. Типы элементов:
- Лютеций, иттербий;
- Туллий, эрбий;
- Диспрозий, иттрий;
- Лантан, скандий;
- Еще 9 наименований.
Независимо от того, где добываются элементы и каково их распределение по составу руды, вещества обладают некоторыми характерными качествами. Они: имеют высокую скорость химических реакций (особенно, при нагревании), формируют нерастворимые водой тугоплавкие оксиды, под действием кислорода, покрываются слоем оксидов. Цвет — с серым/серебристым оттенком. Структура — мягкая (пластичная) плотная, удельная масса — высокая.
РЗМ обладают флуоресцентными, магнитными и проводящими качествами, которые передают иным металлам при соединении с ними — при легировании сплавов.
Месторождения и запасы редких металлов
Ежегодный объем мировой добычи — свыше 280 000 тонн. Несколько десятилетий назад, 90-95% показателя приходилось на Китай. Сейчас у КНР — около 60%, у России — не более 2.5%.
Таблица предлагает сведения о запасах стран-лидеров по информации геологической службы «Geological Survey».
РФ
· 28.7 млн тонн
Вьетнам
· 22 млн тонн
КНР
· 44 млн тонн
Бразилия
· 21 млн тонн
Другие страны со значимыми объемами природных ресурсов — Америка, Австралия, Индия.
Мнение, что наибольшие запасы сырья — у КНР, не до конца верное. РЗМ относительно равномерно расположены по всей поверхности планеты. Китай — первое государство, которое осознало реальную ценность элементов, и стало выделять из бюджета огромные средства на их выделение, добычу. После — активно наращивать объемы торговли.
Другие страны также имеют запасы редких металлов. Но не у каждой достаточно возможностей для разведки месторождений, очищения руд. Помимо этого, для извлечения небольшого объема ценных компонентов, необходимо переработать тонны сырья. Отсюда — масштабное загрязнение природы, возникновение гигантского количества отходов. Не все государства, ради выгоды экономики, готовы рисковать экологией.
Редкие металлы в России
В минерально-сырьевой базе РФ есть комплексные руды, содержащие редкоземельные компоненты. По словам Д. Олейника, советника главы «Роснедр», на российской территории насчитывается 18 крупных месторождений.
Международные эксперты тоже оценивают запасы редкого металлического сырья России как крупномасштабные. Но российские объемы экспорта-импорта РЗМ незначительные (после распада СССР). Показатели импорта в последние несколько лет колеблются на уровне 12-18 млн долларов.По объемам добычи и выделения редкоземельных металлов, РФ также находится на последних позициях мирового рейтинга.
Крупнейшие запасы России сосредоточены в Западной Сибири — в Мурманской области. Неразрабатываемые и мало разрабатываемые месторождения с большими запасами также находятся в Восточной Сибири. Направления:
- Белозиминское;
- Катугинское;
- Чуктуконское;
- Томторское.
Освоение территорий осложняют суровые климатические условия регионов. Геологические работы в Мурманской области не настольно затратные. Например, на склонах Аллуайва добывается эвдиалит, в Ловозерском районе — лопарит.
Горно-обогатительные комбинаты (ГОК) России отправляют сырье гидрометаллургическим перерабатывающим предприятиям. Например, Магниевому заводу Соликамска, производящему карбонаты редкоземельных металлов. Завод является экспортером. Его прежним основным покупателем выступала Эстония. Объемы поставок карбонатов в зарубежное государство составляли около 2000 тонн в год.
Стратегии и планы России
Для наращивания объемов добычи редкоземельных ресурсов, в РФ на государственном уровне разрабатываются и инвестируются перспективные проекты. Среди них:
- План предприятия «ТГОК Ильменит» по освоению Туганского месторождения. На территории в Томской области находятся залежи руды с ильменитом и цирконием, из которой можно совместно выделить редкие компоненты;
- Проект по разработке территорий Томтора в Якутии. Предполагаемый объем запасов РЗМ — свыше 150 млн тонн. В списке металлов — европий, самарий, ниобий и прочие. Специально для проведения работ было создано предприятие «Восток Инжиниринг»;
- План ГК «Акрон Холдинг» по выделению редких элементов при одновременном извлечении из руды апатита.
Другой масштабный проект, заслуживающий внимания, реализует предприятие «Техноинвест Альянс» — в Иркутской области. Компания разрабатывает ниобиевые и танталовые месторождения, из которых можно добыть РЗМ, в Нижнеудинском районе. По ее подсчетам, на участке сосредоточено более 34 млн тонн ценной руды.
Планируемый срок реализации большинства проектов крупнейшими добытчиками редкого сырья — до 2035 года.
Использование редкоземельных металлов
По подсчетам, почти 25% покупателей РЗМ — предприятия, занятые установкой ветряных турбин, производством электромобилей и авто с ДВС. Другой активный заказчик — представители военной отрасли. Пример: для создания запчастей для одного истребителя F35, нужно больше 410 кг редких металлов (в чистом виде, не руды). Без них, с производством столь современной боевой авиатехники будут проблемы.
Другой пример: неодим применяют для строительства ветряных электростанций. На постройку одной установки для «зеленой энергетики», способной давать 1 МВт энергии, уходит примерно 200 кг ценного вещества.
Редкоземельные ресурсы входят в состав смартфонов, планшетов, ПК. С ними изготавливают термостойкие сверхпроводники, постоянные магниты, платы для АКБ электроники. Среди покупателей — гиганты, как корпорация «Apple».
С помощью церия, празеодима, лантана в военной и автомобильной промышленности увеличивают сроки эксплуатации металлоконструкций, остекления. Эти и прочие элементы используют при производстве жаропрочных, кислотостойких и ударопрочных стекол, ракетных двигателей. Металлы с мощными магнитными свойствами повышают не только период работы, но и энергоэффективность готовых изделий.
Цены на редкоземельные металлы
Кажется, что по понятным причинам рыночная цена и биржевой курс высокоценных природных ресурсов должны только расти. Но это неверно. Для примера, летом 2023 года КНР «обвалила» котировки, чтобы доминировать на рынке РЗМ. Стоимость редких элементов снизилась до минимальных показателей 2020 года.
Другая причина, по которой цены повышаются не столь быстро и неуклонно, как многие предполагают — усилия «зеленых» активистов и работа предприятий, выбравших экологически чистую энергетику. Альтернативы РМЗ ищут даже производители в секторе электромобилей.
Некоторых редких металлов «финансовые проблемы» не касаются. Примеры — неодим, празеодим. Вещества (в составе сплавов) применяют корпорации-гиганты, такие как «Lenovo», при изготовлении динамиков, другой техники. Металлы также используют, создавая электродвигатели, медицинские приборы, иные популярные устройства. За прошлый год цена ресурсов увеличилась вдвое. За первые несколько месяцев 2023 года — более чем на 20%.
Повышение стоимости редкоземельных металлов связано с растущим спросом на электромобили и электроприборы, а не с дефицитом сырья. Интерес к электротранспорту, электротехнике у покупателей вряд ли будет снижаться. При отсутствии действий со стороны КНР и других крупных игроков рынка, цена РМЗ падать не станет.
