Редкоземельные металлы список названий: Редкоземельные металлы: список названий элементов

Редкоземельные металлы: список названий элементов

Вначале 19 века редкоземельные металлы были окружены таинственным культом. Они показывались на выставках. С их появлением связывали научный прогресс. О них говорили рядовые люди и писали газеты. Но с чем был связан такой ажиотаж? Так ли редки эти металлы как об этом говорит их название? Давайте разбираться.

Виды и история открытия

К категории редкоземельных металлов (РЗМ) относятся 15 химических элементов. В таблице Менделеева они находятся под порядковыми номерами от 57 до 71. Схожие по своим химическим характеристикам, в это же время этим редкоземельным элементам присуще четко выраженная уникальность. Каждому свойственны свои технологические особенности.

Редкоземельные элементы имеют 2 семейства: иттербия и церия:

1. Семейство Иттербия: Тулий, Гольмий, Иттербий, Гадолиний, Диспрозий, Тербий, Эрбий, Лютеций.
2. В группу Церия входят: Самарий, Неодим, Лантан, Европий, Церий, Прометий, Празеодим

Такое деление производят на основании того, как растворяются выбранные компоненты в солях серных кислот.

Немного позже к списку добавились элементы: Иттрий, Скандий, Лантан, Лютеций. Таким образом список металлов редкоземельной группы состоит из 16 элементов.

Редкоземельные металлы обладают длинной историей открытия. Первое изучение «иттриевых земель» было проведено профессором химии Гандолином в 1790-х годах. В качестве объекта исследования он использовал минерал, найденный в горах Швеции. Позже этот вид горного образования получил название в его честь — гандолинит.

В 1840-х годах Мозандер выделил окись церия. Через 5 лет он же получил тербиевую и эрбиевую земли, используя при этом уже известный нам гандолинит. Последним из семейства редкоземельных металлов был открыт прометий. Его исследованием занимались Маринский и Гленденин, которые для своих экспериментов использовали осколки деления урана в ядерном реакторе.

Открытия редкоземельной группы металлов закончились лишь в середине 20 столетия, но эффективные промышленные методы их разделения развиваются до сих пор.

 

 

Самыми ценными и дорогими из списка редкоземельной группы являются:

1. Тербий;
2. Неодим;
3. Европий;
4. Лютеций.

Распространение редкоземельных металлов

Суммарное количество по массе редкоземельных элементов в недрах Земли равняется 0,01%, что относительно немало. Это больше, чем титан и свинец, вместе взятые. Наиболее часто встречаемыми из РЗМ являются церий, неодим и лантан.

Самым мало распространённым редкоземельным металлом является европий. Его содержание на Земле составляет 0,0012% от ее массы, что сравнимо с таким элементом как ртуть.

На сегодня обнаружено примерно 240 минералов, в химическом составе которых можно найти редкоземельные металлы. В 62 из них суммарный процент РЗМ достигает 10%. По своей природе они представляют собой разного вида фториды, силикаты и фосфаты. Несмотря на такое огромное количество минералов для нужд производства годятся только некоторые из них.

Главным образом это монацит, бастнезит, апатит и эвксенит.

Процент соотношения между отдельными редкоземельными металлами в горных образованиях достаточно изменчив. В монацитах и бастнезитах преобладают элементы цериевой подгруппы; в апатитах — иттриевой.

Добыча

Главные месторождения РЗМ находятся на территории современного Китая, Соединенных Штатов Америки и России. Согласно экспертным данным, мировые запасы РЗМ составляют порядка 120 млн. тонн. Стоит отметить, что половина этой массы приходится на Китайскую народную республику.

Некоторые ученые заявляются, что океанское дно изобилует минералами на основе редкоземельных металлов. По их расчетам там скрывается около 130 млрд. тонн их запасов. Пока не ясно, как верно их предположение. Производство на данном этапе развития не располагает оборудованием, которое смогло бы работать на таких глубинах.

Получение

Существует несколько вариантов переработки минералов:

1. Разложение плавиковой и серной кислотами.
2. Хлорирование.
3. Сплавление щелочами.

Продуктом данных реакций являются разнообразные виды хлоридов, оксидов и сульфатов, которые служат исходными материалами для получения чистых редкоземельных металлов. С этой целью используется методы химического восстановления кальцием, магнием и калием. Под этим подразумевается осаждение, ионный обмен и фракционная кристаллизация. Для очистки редкоземельных металлов от примесей применяют дистилляцию и вакуумный переплав.

Физические свойства

Плотность РЗМ колеблется в пределах 6 000 – 7 000 кг\м3. Процессы плавления начинаются при температуре около 900 – 1000 ºC; кипения — при 3500 ºC. Большинство редкоземельных металлов относятся к группе парамагнетиков, магнитная восприимчивость которых находится в обратной зависимости от температуры.

Редкоземельные металлы по своей природе — сверхпроводники. Температура перехода в сверхпроводящее состояние у них происходит при 4-5 К. Данный показатель можно снизить за счет увеличения избыточного давления до 0,2 МПа.

Механические свойства

Редкоземельные металлы с чистотой до 98% при комнатной температуре обладают твердостью 300-500 МПа по шкале Бринелля. С повышением температуры это значение понижается. Так при 800 ºC твердость лантана уже составляет 35 МПа. Особенно сильно металлы размягчаются при 550 ºC, что связано с их полиморфным превращением.

При испытании на растяжении гантелеобразные образцы редкоземельных металлов разрушаются при 150-200 МПа. Деформироваться они начинаются уже при 100-125 МПа. Относительное удельное растяжение для них составляет 8-12%. Отметим, что в интервале 20-800 ºC наблюдается резкое возрастание пластичности. Причина этого — переход внутренней структуры металлов на кубическую модификацию.

 

 

Химические свойства

Редкоземельные металлы в сухом воздухе покрываются тонкой пленкой, в основе которой лежат их оксиды. Она служит эффективной защитой как от механического, так и химического воздействия.

Во влажной среде они начинают медленно окисляться и трансформируются в гидроксиды. Данные процессы имеют место при температуре окружающей среды более 250 ºC. При 450 ºC редкоземельные металлы в кислородной среде сгорают до оксидов с активным выделением тепла.

Редкоземельные металлы охотно вступают в реакции с серой и хлором. При нагревании также взаимодействует с бромом и йодом.

Редкоземельные металлы растворяются в кислотах минеральной группы. Инертны по отношению к большинству видов щелочей.

Технологические свойства

При комнатной температуре редкоземельные элементы хорошо обрабатываются ковкой и прессованием. Стоит заметить, что производить данные операции необходимо крайне аккуратно, т.к. РЗМ не отличаются высокой вязкостью.

Из редкоземельных металлов производят металлопрокат различного типа. Это главным образом прутки диаметром от 1 до 5 мм, лента и фольга. Для предохранения от окисления заготовки металлов предварительно нагревают в среде инертных газов. Обычно это либо аргон, либо гелий.

Применение

Сплавы лантана с алюминием характеризуются повышенной скоростью поглощения окиси углерода и азота, но низко активен по отношению к водороду. Это делает возможным его применение в геттерах водородного тиратрона, где требуется максимальное изолирование водорода от окружающих газов.

Добавками церия эффективно модифицируют структуру чугунов и сталей. Такое легирование улучшает их пластичность и свариваемость, уменьшает процент выхода брака.

Празеодим высокой чистоты применяется в изготовлении эмали, стекла и глазури. Добавление празеодима в керамику придает ей особый желтоватый оттенок. Большинство высококачественных оптических стекол содержат в своем составе оксиды празеодима. На их базе изготавливают искусственные драгоценные камни — рубины, аметисты, топазы и т.д.

Прометий используется в качестве основного материала для атомных мини-батарей. Его изотопы дают мягкое излучение, не требующей специальной защиты.

Европий благодаря широте поперечного сечения захвата тепловых нейронов используется в производстве экранов защиты направляющих стержней ядерного реактора. Люминофор цветного телевизора на базе окиси иттрия активизируется европием, что повышает примерно на 50% качество его изображения. Также европий применяется в производстве магнитных сплавов.

Как видно, металлы редкоземельной группы уже активно используются в разного рода промышленных отраслях. Но исследование их возможностей только набирает обороты и несет в себе множество перспективных способов применения. Что из этого выйдет, покажет время. Нам же лишь остается только ждать.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

Редкоземельные металлы: список названий, запасы, свойства

Редкоземельные металлы – группа из 17 химических элементов таблицы Менделеева. Они обладают одинаковым строением атомов, а также имеют схожие химические и физические свойства. Редкоземельные элементы применяются в различных промышленных сферах: в радиоэлектронике, атомной энергетике, машиностроении, химической промышленности и металлургии.

Металлы, составляющие группу редкоземельных

По состоянию на 2019 г., в список редкоземельных металлов входят следующие химические элементы:

1. Скандий: назван в честь Скандинавии.
2. Иттрий: получил наименование в честь населенного пункта Иттербю, расположенного на территории современной Швеции.
3. Лантан: в переводе с греческого языка наименование этого элемента означает «таинственный, скрытный».
4. Церий: назван в честь римской богини Цереры и одноименной карликовой планеты в солнечной системе.
5. Празеодим: в переводе с греческого языка наименование этого элемента обозначает «зеленый близнец».
6. Прометий: назван в честь древнегреческого мифического персонажа Прометея.
7. Неодим: в переводе с греческого языка означает «новый близнец».
8. Самарий: получил наименование в честь минерала самарскит.
9. Европий: назван в честь одноименной части света.
10. Гадолиний: получил наименование в честь финского химика Юхана Гадолина.
11. Диспрозий: в переводе с греческого языка наименование этого элемента означает «труднодоступный».
12. Гольмий: назван в честь столицы Швеции – Стокгольма.
13. Эрбий: получил наименование в честь шведской деревни Иттербю.
14. Лютеций: назван в честь старинного названия столицы Франции, используемого древними римлянами.
15. Иттербий: получил наименование в честь населенного пункта Иттербю.
16. Тулий: получил наименование в честь сказочного острова Туле, описанного в скандинавской мифологии.
17. Тербий: назван в честь деревни Иттербю.

Термин «редкоземельные» образован от словосочетания «редкие земли». Он объединяет химические элементы по следующим признакам:

1. Вещества редко встречаются в естественной среде. В нынешнее время только 2% редкоземельных металлов добываются в земной коре. Извлечение металлов в большинстве случаев осуществляется из отходов производства минеральных удобрений. Добыча осуществляется с применением инновационных технологий.
2. При взаимодействии с кислородом элементы образуют тугоплавкие, нерастворимые оксиды, называемые «землями».
3. Представляют собой серебристо-белые металлы, тускнеющие при взаимодействии с воздухом в результате образования оксидной пленки.

Редкоземельный металл лантан является одним из самых дорогих химических элементов. При взаимодействии с алюминием он образует вещества с повышенной интенсивностью поглощения углерода и азота. Благодаря низкой активности по отношению к h3, его можно применять для изоляции водорода от окружающих газов.

 

Редкоземельные соединения отличаются между собой по химической активности. Этот параметр возрастает от скандия до лантана. До лютеция химическая активность снижается до минимальных значений. Это явления обусловлено постепенным снижением расстояния между атомами и энергетическими уровнями. В научной литературе редкоземельные металлы имеют следующие обозначения:

1. TR: аббревиатура, обозначающая “редкие земли” (Terrae rarae).
2. REE: сокращение английского словосочетания Rare-earth elements (редкоземельные элементы).
3. REM: сокращение английского словосочетания Rare-earth metals (редкоземельные металлы).

В российских учебниках редкоземельные элементы обозначаются аббревиатурами РЗЭ или РЗМ.

История открытия редкоземельных металлов

Впервые редкоземельные металлы были изучены финским химиком Юханом Гадолином в конце XVIII столетия. В 1794 г. ученый во время изучения рудных образцов, найденных вблизи деревни Иттербю, открыл “редкую землю”, названную иттриевой. В начале XIX в. немецкий химик Мартин Клапрот создал первую классификацию редкоземельных соединений. Он раздел эти элементы 2 группы: иттриевые и цериевые.

 

Спустя несколько десятилетий шведский химик Мосандер выявил наличие новых редкоземельных металлов. В 1840-х г. ученый выделил из образцов “редких земель” окись церия, тербиевую и эрбиевую земли. К концу XIX столетия в мире было открыто 16 редкоземельных элементов. В XX в. был открыт последний редкоземельный металл — прометий. Ее исследованием занимались русские химики Маринский и Гленделин. На основе их экспериментов были проведены опыты по использованию осколков деления атомов урана в ядерном реакторе. По состоянию на 2019 г. группа редкоземельных металлов состоит из 17 химических соединений. В таблице Менделеева они расположены в ячейках 21, 39 – 57, 57 – 61.

Запасы редкоземельных элементов

Общее количество по массе редкоземельных металлов в природе составляет не более 0,02%. Чаще всего в недрах Земли находятся церий, лантан и неодим. Наименее распространенным соединением является Европий. Ее процентное содержание в недрах Земли составляет не более 0,0013% от его общей массе.

 

В мире редкоземельные металлы находятся в 240 минеральных веществах: фторидах, силикатах и фосфатах. 62 минерала используются в качестве промышленного сырья: монацит, апатит, бастнезит и эвксенит. Процентное соотношение РЗЭ в составе минеральных веществ неодинаково. В бастнезитах содержатся преимущественно представители цериевой подгруппы, в апатитах – иттриевой. Редкоземельные элементы содержаться в естественной среде совместно, образуя сульфиды или галоидные соединения. Валентность веществ составляет не более 3+. В природе церий может образовывать четырехвалентные соединения, что обусловлено особенностями строения его электронной оболочки. Основные запасы редкоземельных металлов содержатся в следующих странах:

• США: 13000000 т;
• Австралия: 1600000 т;
• Бразилия: 36000 т;
• Китай: 55000000 т;
• Индия: 3100000 т;
• Малайзия: 30000 т.

В России 90% редкоземельных элементов импортируется из других стран. Это обусловлено тем, что на российском рынке наблюдается низкий спрос на данные соединения. Из-за развития научно-технического прогресса наибольшее количество редкоземельных ресурсов потребляется развитыми странами Европы и Северной Америки.

Добыча

Добыча редкоземельных металлов из отходов фосфорных удобрений является одной из самых инновационных технологий. Наличие в породном отвале большого количества гипса обуславливает высокую водостойкость и механическую прочность сырья. Эта технология извлечения РЗМ позволяет добыть до 800 000 ценных химических элементов и утилизировать отходы при производстве фосфорных удобрений. Она представляет собой замкнутый цикл. В результате переработки минеральных удобрений выделяются строительный гипс и оксиды редкоземельных металлов: неодима, тербия, церия, диспрозия, празеодима и лантана.

Существуют 3 метода переработки отходов от производства удобрений:

1. Разложение материала с помощью плавиковых или серных кислот: позволяет удалять из веществ оксиды азота в процессе реакции обмена.
2. Хлорирование: атомы неметаллов сменяются на хлор в результате химической реакции замещения.
3. Сплавление гидроксидами, растворимыми в воде: в результате реакции гидролиза из РЗМ удаляются сульфированные поверхностно-активные вещества.
4. Химическое восстановление кальцием: осуществляется в бескислородной среде или в атмосфере аргона. Эта процедура позволяет избавиться от самых прочных химических окислов.

В результате образуется хлориды, сульфаты и оксиды, из которых извлекаются редкоземельные соединения. Для очистки РЗЭ от примесей используются технологии вакуумного переплава или дистилляции.

 

Наибольшее количество РЗМ добывается на территории США, Канады, Австралии и КНР. С 2010 г. спрос на эти химические соединения растет во многих индустриальных отраслях: машиностроении, электронике, ядерной энергетике и химической промышленности. Одним из крупнейших месторождений редкоземельных металлов является Bayan Obo, расположенное в Китае. Здесь содержится 44 млн. оксидов. Китай экспортирует сырье во многие страны Европы, Азии, Северной Америки и Африки. С 2010 г. КНР сокращает экспорт РЗМ, что связано с ростом потребления на внутреннем рынке. В результате во многих странах возникла физическая нехватка редкоземельных ресурсов. В Российской Федерации добыча РЗМ из горных пород является нерентабельным занятием, что обусловлено низким потреблением этих металлов. Наибольшее количество редкоземельных элементов используют государственная корпорация “Ростехнологии” и предприятия оборонной промышленности. В России РЗМ добываются на территории Мурманской области и Республики Саха (Якутии). В данных регионах находятся крупнейшие месторождения редкоземельных металлов: Ловозерское и Томторское. С 2016 г. в РФ действует госпрограмма по созданию отраслевых предприятий, обеспечивающих российскую промышленность редкоземельными элементами. Она позволила улучшить методы добычи РЗМ и ликвидировала зависимости экономики России от импортных материалов.

Свойства редкоземельных металлов

Редкоземельные металлы имеют серебристый или желтый окрас. Они поддаются механической обработке и проводят электрический ток. Свойства РЗМ могут изменяться при переходе веществ из металлического состояния в парообразное. При высоком давлении и большой разнице в энергии атомные радиусы уменьшаются, что приводит к увеличению плотности простых веществ.

Физические свойства

Плотность РЗЭ составляет 6000–7000 кг/м³. Температура плавления вещества равняется 900 °С. Переход веществ в газообразное состояние осуществляется при температуре от 3500 °С. Наибольшим захватом тепловых нейтронов обладают гадолиний, самарий и европий. При нагревании до высоких температур элементы становятся пластичными и легко поддаются прокатке или ковке. РЗМ обладают магнитными свойствами. Они относятся к классу парамагнетиков. Магнитная восприимчивость соединений зависит от их температуры. Гадолиний, Диспрозий и Гольмий располагают ферромагнитными свойствами. Они могут увеличить свое магнитное поле в несколько раз при нагреве до критических температур. В естественной среде большая часть редкоземельных металлов являются сверхпроводниками. Переход сверхпроводящее состояние осуществляется при охлаждении веществ до температуры -268,15 °С. Величина данного показателя зависит от избыточного давления.

Механические свойства

Механические свойства РЗЭ находятся в зависимости от количества примесей, содержащихся в веществе: кислорода, серы, азота и углерода. Ими обладают большинство представителей иттриевой и цериевой подгрупп. Чистые металлы, в которых содержится меньше 1% примесей, имеют твердость 500 Мпа. Этот показатель зависит от температуры химического соединения. При охлаждении вещества до 800 °С твердость элемента составляет 30 МПа. Если понизить температуру вещества до 550 °С, то оно полностью размягчится, что обусловлено полиморфным превращением.

 

При температурах 20-800 °С повышается пластичность редкоземельных металлов. Во время нагревания внутренняя структура элементов переходит на кубическую модификацию. Во время растяжения РЗМ полностью разрушаются при давлении в 150 Мпа. При более низких значениях этого показателя соединения деформируются. Удельное растяжения металлов составляет не менее 12%.

Химические свойства

При взаимодействии с молекулами кислорода РЗЭ покрываются тонкой оксидной пленкой, защищающей металлы от физических деформаций и воздействия иных химических элементов. При высокой влажности вещества начинаются окисляться с большей интенсивностью и превращаются в щелочи. Данный химический процесс осуществляется при температурах до 250 °С. При дальнейшем нагревании в кислородной среде металлы начнут окисляться с выделением большого количества тепловой энергии. Наибольшей реакционной способностью располагают скандий и иттрий. При нагревании до 400 °С они вступают в реакции с водородом, образуя гидриды. Полученные вещества имеют высокую плотность и могут взаимодействовать с солями.  Церий обладает свойством пирофорности. При разрезании этого элемента на воздухе образуется множество искр. В этом случае выделяется до 220 ккал тепла.

 

Степень окисления редкоземельных соединений равняется +3. Поэтому эти способы образовывать тугоплавкие, твердые и крепкие оксиды. При взаимодействии с водой РЗМ образуют малорастворимые гидроксиды. Растворимость элементов зависит от ряда активности и свойств амфотерности. Из-за высокой активности металлов, соли редкоземельных соединений быстро растворяются в сильных кислотах, относящихся к минеральной группе химических веществ. При взаимодействии РЗМ с неметаллами VI – VII групп получаются галогены. РЗЭ могут вступать в реакцию с селеном, бромом, йодом при нагревании. Они инертны к большинству растворимых гидроксидов.

Применение редкоземельных металлов

Редкоземельные металлы нашли применение в следующих областях:

1. Производство винчестеров и звуковых динамиков.
2. Изготовление фотокамер, телескопических объективов, проекторов, приспособлений для студийного освещения и аккумуляторов.
3. Переработка сырой нефти.
4. Разработка усиленных металлов и стекол, применяющихся в авиационных моторах и защитных масках для строителей.
5. Создание жидкокристаллических дисплеев, аппаратов для МРТ, рентгеновских систем, энергосберегающих ламп и ядерных реакторов.

Также РЗЭ используются для изготовления добавок и эмалей, необходимых для модификации материалов. Они улучшают пластичность и прочность сырья, что увеличивает срок службы различных аппаратов и металлических устройств. Благодаря повышенной скорости поглощения окисей углерода и азота, РЗМ могут применяться в водородных тиратронах в качестве изолирующего материала. Применение редкоземельных элементов оказывает негативное влияние на экологию планеты. В результате добычи и производства РЗЭ в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ и токсинов, включая углерод. В настоящее время разрабатываются технология определения токсичности РЗМ при помощи биотестирования. Ученые создают биосенсоры, определяющие влияние металлов на организм человека при помощи специальных биосенсоров. При изготовлении тестовых приспособлений используются экологически чистые материалы: Paramecium Bursaria и водоросли Chlorella.

Где они в мире?

Редкоземельные элементы: где они в мире?

Первоначально это было опубликовано на Elements. Подпишитесь на бесплатный список рассылки, чтобы каждую неделю получать красивые визуализации мегатенденций в области природных ресурсов по электронной почте.

Редкоземельные элементы представляют собой группу металлов, которые являются важнейшими компонентами более экологичной экономики, а расположение запасов для добычи становится все более важным и ценным.

На этой инфографике представлены данные Геологического общества США (USGS), которые показывают страны с самыми большими известными запасами редкоземельных элементов (РЗЭ).

Что такое редкоземельные металлы?

РЗЭ, также называемые редкоземельными металлами или оксидами редкоземельных элементов, или лантанидами, представляют собой набор из 17 серебристо-белых мягких тяжелых металлов.

17 редкоземельных элементов: лантан (La), церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb), лютеций (Lu), скандий (Sc) и иттрий (Y).

Скандий и иттрий не относятся к семейству лантанидов, но конечные пользователи включают их, поскольку они встречаются в тех же месторождениях полезных ископаемых, что и лантаноиды, и имеют схожие химические свойства.

Термин «редкоземельные элементы» является неправильным, поскольку редкоземельные металлы на самом деле в изобилии содержатся в земной коре. Однако они редко встречаются в крупных концентрированных месторождениях сами по себе, а скорее среди других элементов.

Редкоземельные элементы, как они работают?

Большинство редкоземельных элементов находят применение в качестве катализаторов и магнитов в традиционных и низкоуглеродных технологиях. Другими важными областями применения редкоземельных элементов являются производство специальных металлических сплавов, стекла и высокопроизводительной электроники.

Сплавы неодима (Nd) и самария (Sm) можно использовать для создания сильных магнитов, выдерживающих высокие температуры, что делает их идеальными для широкого спектра критически важных электронных и оборонных приложений.

Конечное использование	% спроса на редкоземельные элементы в 2019 г.
Постоянные магниты	38%
Катализаторы	23%
Порошок для полировки стекла и добавки	13%
Металлургия и сплавы	8%
Аккумуляторные сплавы	9%
Керамика, пигменты и глазури	5%
Люминофоры	3%
Прочее	4%

Источник

Самый сильный из известных магнитов представляет собой сплав неодима с железом и бором. Добавление других РЗЭ, таких как диспрозий и празеодим, может изменить характеристики и свойства магнитов.

Эти магниты и элементы требуются для двигателей гибридных и электрических транспортных средств, генераторов ветряных турбин, жестких дисков, портативной электроники и мобильных телефонов. Эта роль в технологии делает их добычу и переработку предметом беспокойства для многих стран.

Например, для производства одного мегаватта энергии ветра требуется 171 кг редкоземельных элементов, для одного американского истребителя F-35 требуется около 427 кг редкоземельных элементов, а для атомной подводной лодки класса «Вирджиния» используется почти 4,2 тонны.

Глобальные запасы редкоземельных минералов

Китай возглавляет список добычи и запасов редкоземельных элементов с 44 миллионами тонн запасов и 140 000 тонн годовой добычи.

В то время как Вьетнам и Бразилия занимают второе и третье место по запасам редкоземельных металлов с 22 миллионами тонн запасов и 21 миллионом тонн соответственно, их добыча на рудниках является одной из самых низких среди всех стран и составляет всего 1000 тонн в год каждая.

Страна	Добыча 2020	Запасы	% от общих запасов
Китай	140 000	44 000 000	38,0%
Вьетнам	1 000	22 000 000	19,0%
Бразилия	1 000	21 000 000	18,1%
Россия	2 700	12 000 000	10,4%
Индия	3 000	6 900 000	6,0%
Австралия	17 000	4 100 000	3,5%
США	38 000	1 500 000	1,3%
Гренландия	—	1 500 000	1,3%
Танзания	—	890 000	0,8%
Канада	—	830 000	0,7%
Южная Африка	—	790 000	0,7%
Другие страны	100	310 000	0,3%
Бирма	30 000	Н/Д	Н/Д
Мадагаскар	8 000	Н/Д	Н/Д
Таиланд	2 000	Н/Д	Н/Д
Бурунди	500	Н/Д	Н/Д
Всего по миру	243 300	115 820 000	100%

В то время как Соединенные Штаты имеют запасы в 1,5 миллиона тонн, они в значительной степени зависят от импорта очищенных редкоземельных элементов из Китая.

Обеспечение глобальных поставок

Доминирование Китая в индустрии редкоземельных металлов не случайно. Годы исследований и промышленной политики помогли стране занять превосходящую позицию на рынке, и теперь у страны есть возможность контролировать производство и глобальную доступность этих ценных металлов.

Этот жесткий контроль над поставками этих важных металлов заставляет мир искать собственные запасы. С началом добычи полезных ископаемых в других странах доля Китая в мировом производстве упала с 92% в 2010 г. до 58%85% мировых переработанных редкоземельных элементов в 2020 г.

Китай предоставляет производственные квоты только шести государственным компаниям:

• China Minmetals Rare Earth Co
• Chinalco Rare Earth & Metals Co
• Guangdong Rising Цветные металлы
• Группа северных редкоземельных элементов Китая
• Китайская группа южных редкоземельных элементов
• Сямэнь Вольфрам

По мере увеличения спроса на РЗЭ миру потребуется использовать эти запасы. Этот рисунок может дать подсказки относительно следующего источника редкоземельных элементов.

РЗЭ — редкоземельные элементы

Главная » Металлы » РЗЭ — редкоземельные элементы

Спрос на редкоземельные элементы быстро растет, но их появление в пригодных для добычи месторождениях ограничено.

Статья: Хобарт М. Кинг, PhD, RPG

Производство редкоземельных элементов: На этой диаграмме показана история производства редкоземельных элементов в метрических тоннах в эквиваленте оксидов редкоземельных элементов в период с 1950 по 2022 год. Она ясно показывает выход США на рынок в середине 1960-х годов, когда цветное телевидение взорвало спрос. Когда Китай начал продавать редкоземельные элементы по очень низким ценам в конце 1980-х и начале 1990-х годов, шахты в Соединенных Штатах были вынуждены закрыться, потому что они больше не могли приносить прибыль. [1] Когда Китай сократил экспорт в 2010 году, цены на редкоземельные элементы взлетели до небес. Это побудило к созданию новых производств в США, Австралии, России, Таиланде, Малайзии и других странах. В 2018 году стали доступны данные о производстве в Бирме/Мьянме, что повысило категорию «другие». До 2018 года о некоторых объемах производства в Бирме/Мьянме не сообщалось. График составлен Geology.com с использованием данных из сводок по минеральным товарам Геологической службы США и других публикаций.

РЗЭ Периодическая таблица: Редкоземельные элементы представляют собой 15 элементов ряда лантанидов плюс иттрий. Скандий встречается в большинстве месторождений редкоземельных элементов и иногда классифицируется как редкоземельный элемент. Изображение сайта Geology.com.

РЕКЛАМА

Что такое редкоземельные элементы (РЗЭ)?

Редкоземельные элементы представляют собой группу из семнадцати химических элементов, которые вместе встречаются в периодической таблице (см. изображение). Группа состоит из иттрия и 15 лантанидных элементов (лантана, церия, празеодима, неодима, прометия, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, тулия, иттербия и лютеция). Скандий встречается в большинстве месторождений редкоземельных элементов и иногда классифицируется как редкоземельный элемент. Международный союз теоретической и прикладной химии включает скандий в свое определение редкоземельного элемента.

Все редкоземельные элементы представляют собой металлы, и эту группу часто называют «редкоземельными металлами». Эти металлы имеют много схожих свойств, что часто приводит к их совместному обнаружению в геологических отложениях. Их также называют «оксидами редкоземельных элементов», поскольку многие из них обычно продаются в виде оксидных соединений.

Использование редкоземельных элементов: На этой диаграмме показано использование редкоземельных элементов в Соединенных Штатах в 2021 году. Многие автомобили используют редкоземельные катализаторы в своих выхлопных системах для контроля загрязнения воздуха. Большое количество сплавов делают более прочными за счет добавления редкоземельных металлов. Стекло, гранит, мрамор и драгоценные камни часто полируют порошком оксида церия. Многие двигатели и генераторы содержат магниты, изготовленные из редкоземельных элементов. Люминофоры, используемые в цифровых дисплеях, мониторах и телевизорах, создаются из оксидов редкоземельных элементов. Большинство аккумуляторов для компьютеров, мобильных телефонов и электромобилей изготавливаются из редкоземельных металлов.

РЕКЛАМА

Использование редкоземельных элементов

Редкоземельные металлы и сплавы, которые их содержат, используются во многих устройствах, которые люди используют каждый день, таких как компьютерная память, DVD-диски, перезаряжаемые батареи, сотовые телефоны, каталитические преобразователи, магниты, флуоресцентное освещение и многое другое.

В течение последних двадцати лет произошел взрыв спроса на многие предметы, для изготовления которых требуются редкоземельные металлы. Двадцать лет назад очень немногие люди владели мобильным телефоном, но сегодня мобильные устройства есть у более 5 миллиардов человек. [3] Использование редкоземельных элементов в компьютерах растет почти так же быстро, как и в мобильных телефонах.

900 39 Керамика и стекло Использование редкоземельных элементов в США Химические катализаторы 74% 10% Полировка 4% Металлургия и сплавы 6% Прочее 6% (данные Геологической службы США за 2021 г.)

Многие перезаряжаемые батареи изготавливаются из соединений редкоземельных элементов. Спрос на батареи обусловлен спросом на портативные электронные устройства, такие как сотовые телефоны, устройства для чтения, портативные компьютеры и фотоаппараты.

Несколько фунтов соединений редкоземельных элементов содержатся в батареях, питающих все электромобили и гибридные электромобили. Поскольку забота об энергетической независимости, изменении климата и других проблемах стимулирует продажи электрических и гибридных автомобилей, спрос на батареи, изготовленные из соединений редкоземельных элементов, будет расти еще быстрее.

Редкоземельные элементы используются в качестве катализаторов, люминофоров и полировальных составов. Они используются для контроля загрязнения воздуха, подсветки экранов электронных устройств и полировки стекла оптического качества. Ожидается, что спрос на все эти продукты будет расти.

Другие вещества могут быть заменены редкоземельными элементами в их наиболее важных областях применения; однако эти заменители обычно менее эффективны и дорогостоящи.

С 19С 50-х до начала 2000-х оксид церия был очень популярным полировальным средством. Это было недорого и очень эффективно. Недавнее повышение цен почти исключило использование оксида церия в акробатике и камнерезном искусстве. Вместо него теперь используются другие типы полироли, такие как оксид алюминия и оксид титана.

Использование редкоземельных элементов в обороне
Лантан	очки ночного видения
Неодим	Лазерные дальномеры, системы наведения, связи
Европий	Люминесцентные вещества и люминофоры в лампах и мониторах
Эрбий 9004 0	усилители в оптоволоконной передаче данных
Самарий	постоянные магниты, устойчивые к высоким температурам
Самарий	высокоточное оружие
Самарий	производство «белого шума» в технологии стелс

Критическое использование защиты

Редкоземельные элементы играют важную роль в нашей национальной обороне. Военные используют очки ночного видения, высокоточное оружие, средства связи, оборудование GPS, аккумуляторы и другую оборонную электронику. Это дает вооруженным силам Соединенных Штатов огромное преимущество. Редкоземельные металлы являются ключевыми ингредиентами для изготовления очень твердых сплавов, используемых в бронетехнике и снарядах, которые разбиваются при ударе.

Заменители редкоземельных элементов могут использоваться в некоторых оборонных целях; однако эти заменители обычно не так эффективны, и это снижает военное превосходство. Несколько применений редкоземельных элементов обобщены в прилагаемой таблице [6].

Знаете ли вы? Большая часть скандия, используемого в США, идет на изготовление бейсбольных бит из алюминиевого сплава и другого спортивного инвентаря [4]. Скандий также используется в полупроводниках и специальном освещении. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Dori OConnell.

РЕКЛАМА

Действительно ли эти элементы «редки»?

Редкоземельные элементы не так «редки», как следует из их названия. Тулий и лютеций являются двумя наименее распространенными редкими земных элементов, но каждый из них имеет среднее содержание в земной коре, которое почти в 200 раз превышает содержание золота в земной коре [1]. Однако эти металлы очень трудно добывать, потому что редко можно найти их в концентрациях, достаточно высоких для экономичной добычи.

Наиболее распространенными редкоземельными элементами являются церий, иттрий, лантан и неодим [2]. Они имеют среднее содержание в земной коре, которое аналогичны широко используемым промышленным металлам, таким как хром, никель, цинк, молибден, олово, вольфрам и свинец [1]. Опять же, они редко встречается в извлекаемых концентрациях.

Знаете ли вы? Редкоземельные магниты используются в ветряных турбинах. Для некоторых больших турбин требуется две ТОННЫ редкоземельных магнитов. Эти магниты очень сильны и делают турбины очень эффективными. Редкоземельные магниты используются в турбинах и генераторах во многих альтернативных источниках энергии.

Знаете ли вы? Цены и спрос на редкоземельные материалы резко выросли за последнее десятилетие. Китай производит большую часть поставок. Месторождения в Австралии и США возвращаются в эксплуатацию, ведутся разведочные работы на многих новых участках.

Тяжелые и легкие редкоземельные элементы: Редкоземельные элементы часто подразделяются на «тяжелые редкоземельные элементы» и «легкие редкоземельные элементы». Лантан, церий, празеодим, неодим, прометий и самарий являются «легкими редкоземельными элементами». Иттрий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций являются «тяжелыми редкоземельными элементами». Хотя иттрий легче легких редкоземельных элементов, он включен в группу тяжелых редкоземельных элементов из-за его химических и физических связей с тяжелыми редкоземельными элементами в природных месторождениях.

Знаете ли вы? Каждый гибридно-электрический и электрический автомобиль имеет большую батарею. Каждая батарея изготовлена ​​с использованием нескольких фунтов соединений редкоземельных элементов. Ожидается, что использование электромобилей будет быстро расти из-за энергетической независимости, изменения климата и других проблем. Это увеличит спрос на редкоземельные материалы. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Mark Stay.

Знаете ли вы? Крошечные количества редкоземельных металлов используются в большинстве небольших электронных устройств. Эти устройства имеют короткий срок службы, а переработка РЗЭ производится нечасто. Ежегодно выбрасываются миллиарды. Правообладатель иллюстрации iStockphoto / Бакалеев Алексей.

История производства и торговли редкоземельными элементами

До 1965 года

До 1965 года спрос на редкоземельные элементы был относительно небольшим. В то время большая часть мировых запасов производилась из россыпных месторождений в Индии и Бразилии. В 1950-х годов Южная Африка стала ведущим производителем редкоземельных месторождений монацита. В то время шахта Маунтин-Пасс в Калифорнии производила небольшое количество оксидов редкоземельных элементов из докембрийского карбонатита.

Цветное телевидение вызывает спрос

Спрос на редкоземельные элементы впервые резко вырос в середине 1960-х годов, когда на рынок вышли первые цветные телевизоры. Европий был основным материалом для получения цветных изображений. Рудник Маунтин-Пасс начал производить европий из бастнезита, который содержал около 0,1% европия. Благодаря этим усилиям рудник Маунтин-Пасс стал крупнейшим производителем редкоземельных элементов в мире, а Соединенные Штаты стали ведущим производителем.

Китай выходит на рынок

Китай начал производить значительное количество оксидов редкоземельных элементов в начале 1980-х годов и стал мировым лидером производитель в начале 1990-х. На протяжении 1990-х и начала 2000-х годов Китай неуклонно укреплял свои позиции на мировой рынок оксидов редкоземельных элементов. Они продавали редкоземельные металлы по таким низким ценам, что рудник Маунтин-Пасс и многие другие по всему миру не смогли конкурировать и прекратили работу.

Спрос на оборонную и бытовую электронику

В то же время мировой спрос стремительно рос, поскольку редкоземельные металлы применялись в различных оборонных, авиационная, промышленная и бытовая электроника. Китай воспользовался своим доминирующим положением и начал ограничивать экспорта и позволяя ценам на оксиды редкоземельных элементов подняться до исторического уровня.

Китай как крупнейший потребитель редкоземельных металлов

Помимо того, что Китай является крупнейшим в мире производителем редкоземельных материалов, он также является доминирующим потребителем. Они используют редкоземельные элементы в основном в производстве электронных продуктов для внутреннего и внешнего рынков. Япония и США являются вторым и третьим по величине потребителем редкоземельных материалов. Возможно, что Нежелание Китая продавать редкоземельные элементы является защитой их производственного сектора с добавленной стоимостью.

Вершина производственного доминирования Китая?

Китайское доминирование, возможно, достигло своего пика в 2010 году, когда они контролировали около 95% мирового производства редкоземельных элементов, а цены содержание многих оксидов редкоземельных элементов выросло более чем на 500% всего за несколько лет. Это было пробуждением для потребителей редкоземельных элементов. и шахтеров по всему миру. Горнодобывающие компании США, Австралии, Канады и других стран начали переоценить старые перспективы редкоземельных элементов и исследовать новые.

Высокие цены также заставили производителей сделать три вещи: 1) искать способы уменьшить количество редкоземельных элементов необходимые для производства каждого из их продуктов; 2) искать альтернативные материалы для использования вместо редкоземельных элементов; и, 3) разрабатывать альтернативные продукты, не требующие редкоземельных элементов.

Результатом этих усилий стало снижение количества редкоземельных материалов, используемых в некоторых типах магнитов, и сдвиг от редкоземельных осветительных приборов до светодиодной технологии. В США среднее потребление редкоземельных элементов на единицу произведенной продукции снизился, но спрос на большее количество продукции, изготовленной с использованием редкоземельных элементов, увеличился. В результате увеличилось потребление.

Китай Покупка ресурсов за пределами Китая

китайских компании закупают редкоземельные ресурсы в других странах. В 2009 году China Non-Ferrous Metal Mining Company приобрела контрольный пакет акций Lynas Corporation, австралийской компании, производящей редкоземельные элементы за пределами Китая. Они также приобрели шахту Балуба в Замбии.

900 39 Южная Африка 9063 2 7 100 906 32 80

Мировая добыча и запасы (оценки на 2022 год)
Страна	Добыча (метрические тонны)	Запасы (метрические тонны)
США	43 000	2 300 000
Австралия	18 000	4 200 000
Бразилия	80	21 000 000
Бирма	12 000	нет данных
Канада	—	830 000
Китай	210 000	44 000, 000
Гренландия	—	1 500 000
Индия	2 900	6,9 00 000
Мадагаскар	960	недоступен
Россия	2 600	21 000 000
—	790 000
Танзания	—	890 000
Таиланд	нет в наличии
Вьетнам	4 300	22 000 000
Другие страны	280 000
Всего по миру (округлено)	300 000	130 000 000

Производство редкоземельных элементов за пределами Китая

Рудники в Австралии начали производить оксиды редкоземельных элементов в 2011 году. В 2012 и 2013 годах они обеспечивали от 2% до 3% мирового производства. В 2012 году рудник Маунтин-Пасс возобновил работу, и в 2013 году Соединенные Штаты произвели около 4% мировых редкоземельных элементов. Производство в Бразилии, Малайзии, России, Таиланде и Вьетнаме сохранилось или увеличилось.

Новые оценки минеральных ресурсов, проведенные Геологической службой США, выявили значительные ресурсы за пределами Китая. Хотя Китай является мировым лидером по производству редкоземельных элементов, он контролирует лишь около 36% мировых запасов. Это дает возможность другим странам стать важными производителями, поскольку Китай не продает редкоземельные материалы ниже себестоимости.

Таблица производства РЗЭ: На этой диаграмме показано доминирующее положение Китая в производстве редкоземельных элементов в период с 1994 по 2022 год. другие страны не работают. Поскольку Китай ограничил экспорт, а цены быстро выросли в 2009 и 2010 годах, шахты в Австралии и США снова стали активными. В 2018 году стали доступны данные из Бирмы / Мьянмы, что привело к увеличению добычи, которое могло иметь место, но не сообщалось до 2018 года. График на Geology.com с использованием данных Геологической службы США.

Производители редкоземельных элементов: На этой круговой диаграмме показаны основные мировые производители редкоземельных элементов. Страны, которые попадают в категорию «другие», включают Индию, Мадагаскар, Вьетнам, Россию и Бразилию. Изображение предоставлено Geology.com с использованием данных Геологической службы США.

Опасности доминирующего мирового производителя

Спрос и предложение обычно определяют рыночную цену товара. По мере того, как поставки сокращаются, цены растут. По мере роста цен у тех, кто контролирует предложение, возникает соблазн продать. Горнодобывающие компании рассматривают высокие цены как возможность и пытаются найти новые источники поставок.

В случае редкоземельных элементов время между принятием горнодобывающей компанией решения о приобретении собственности и началом производства может составлять несколько лет и более. Не существует быстрого способа открыть новую недвижимость для майнинга.

Если одна страна контролирует почти все производство и принимает твердое решение не экспортировать, то все поставки товара могут быть быстро прекращены. Это опасная ситуация, когда новые источники снабжения развиваются так долго.

В 2010 году Китай значительно ограничил экспорт редкоземельных элементов. Это было сделано для обеспечения поставок редкоземельных элементов для внутреннего производства и по экологическим причинам. Это изменение со стороны Китая вызвало панику покупки, и цены на некоторые редкоземельные элементы подскочили в геометрической прогрессии. Кроме того, Япония, США и Европейский союз пожаловались во Всемирную торговую организацию на ограничительную политику Китая в отношении торговли редкоземельными элементами.

Оксиды редкоземельных элементов: Эти оксиды редкоземельных элементов используются в качестве индикаторов для определения того, какие части водораздела подвержены эрозии [5]. По часовой стрелке от центра вверху: празеодим, церий, лантан, неодим, самарий и гадолиний. Изображение Пегги Греб, галерея изображений Министерства сельского хозяйства США.

Мировые редкоземельные минеральные ресурсы

«Редкоземельные элементы относительно распространены в земной коре, но обнаруженные концентрации, пригодные для добычи, встречаются реже, чем для большинства других руд. Ресурсы США и мира содержатся в основном в бастнезите и монаците. Месторождения бастнезита в Китае и Соединенных Штатах составляют самый большой процент редкоземельные экономические ресурсы мира, в то время как монацит месторождения в Австралии, Бразилии, Китае, Индии, Малайзии, Южной Африке, Шри-Ланке, Таиланде и США составляют второй по величине сегмент.

Апатит, хералит, эвдиалит, лопарит, фосфориты, редкоземельные (ионно-адсорбционные) глины, вторичный монацит, отработанные урановые растворы и ксенотим составляют большую часть остальных ресурсов. Считается, что неразведанные ресурсы очень велики по сравнению с ожидаемым спросом». Цитата из сводки по минеральным товарам Геологической службы США [9].

Ссылки на редкоземельные элементы

[1] Редкоземельные элементы – критические ресурсы для высоких технологий: Геологическая служба США, Информационный бюллетень 087-02. [2] Редкоземельные элементы — жизненно важные для современных технологий и образа жизни: Брэдли С. Ван Госен, Филип Л. Верпланк, Кит Р. Лонг, Джозеф Гамбоги и Роберт Р. Сил II, Информационный бюллетень Геологической службы США, 2014 г. -3078, ноябрь 2014 г. [3] Количество владельцев смартфонов быстро растет во всем мире, но не всегда одинаково: Лаура Сильвер, Pew Research Center, статья на веб-сайте Pew Research Center, февраль 2019 г. [4] Скандий: Дэниел Дж. Кордье, Геологическая служба США, сводки по минеральным товарам, январь 2022 г. [5] Редкоземельный подход к отслеживанию эрозии почвы: Министерство сельского хозяйства США, Служба сельскохозяйственных исследований. [6] Китайский козырь в рукаве: редкоземельные элементы: Синди А. Херст, National Defense University Press. [7] Геология редкоземельных элементов: переиздание « Основные месторождения редкоземельных элементов в Соединенных Штатах — сводка внутренних месторождений и глобальная перспектива. » [8] Редкоземельные элементы и национальная безопасность: Юджин Гольц, Энергетический отчет Совета по международным отношениям, 2014 г. [9] Редкоземельные металлы: Джеймс Б. Хедрик, Геологическая служба США, сводки по минеральным товарам, январь 2008 г. [10] Редкоземельные металлы: Дэниел Дж. Кордье, Геологическая служба США, сводки по минеральным товарам, январь 2023 г.

Редкоземельный элемент Outlook

Ожидается, что глобальный спрос на автомобили, бытовую электронику, энергоэффективное освещение и катализаторы будет быстро расти в течение следующего десятилетия. Ожидается, что спрос на редкоземельные магниты будет расти, как и спрос на перезаряжаемые батареи. Ожидается, что новые разработки в области медицинских технологий увеличат использование хирургических лазеров, магнитно-резонансной томографии и сцинтилляционных детекторов для позитронно-эмиссионной томографии.

Редкоземельные элементы активно используются во всех этих отраслях, поэтому спрос на них должен оставаться высоким.

Другие металлы

Найдите другие темы на Geology.com:

Породы: Галереи фотографий изверженных, осадочных и метаморфических пород с описаниями.	Минералы: Информация о рудных минералах, драгоценных камнях и породообразующих минералах.
Вулканы: Статьи о вулканах, вулканических опасностях и извержениях в прошлом и настоящем. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий *