Какие металлы редкоземельные металлы

Обновлено: 04.05.2024

Редкоземы — важные и самые дорогие компоненты магнитных, оптических и электронных устройств, которые производят в оборонной и аэрокосмической промышленности: беспилотников, управляемых ракет, приборов лазерного наведения спутниковой связи и т.д.. Их называют «витаминами промышленности». Ведь эти металлы, хоть и в небольшом количестве, используются в важнейших материалах и процессах.

Редкоземельные элементы: что это такое

В Зеленой книге ИЮПАК (Международного союза прикладной и теоретической химии), представлен перечень из 17 редкоземельных металлов. Это:

скандий,
иттрий,
15 лантаноидов.

В промышленности используют общепринятые аббревиатуры для обозначения редкоземов:

Сокращение

Расшифровка

Где находятся в периодической системе

Обозначение оксидов

Rare earth elements, в переводе редкоземельные элементы

№57-71: от лантана до лютеция, плюс иттрий, №39, скандий, №21

Light rare earth elements, в переводе легкие редкоземельные элементы

№57-62, начиная лантаном и заканчивая самарием

Heavy rare earth elements, в переводе тяжелые редкоземельные элементы

№63-71:, начиная европием и заканчивая лютецием, плюс иттрий

В одну группу эти элементы объединили из-за похожих признаков. Они образуют простые вещества со следующими свойствами

серебристые или серые, с сильным металлическим блеском;
пластичные и мягкие;
активные, особенно при повышенной температуре или тонком измельчении.

Редкоземельные металлы обладают определенными различиями, поэтому и применяются для разных целей. Вот их краткое описание.

Наименование

Цвет

Ценные свойства металла и его соединений

Тугоплавкий, повышает прочность материалов, усиливает свечение

Повышает жаропрочность и долговечность материалов, улучшает качество свечения

Серебристо-белый, похож на кальций

Ускоряет крекинг нефти, повышает пластичность, жаропрочность и химическую устойчивость материалов

Повышает электропроводность и пластичность металлов, придает розоватый оттенок стеклу, катализатор

Улучшает свойства сверхпроводников и сплавов, придает бледно-зеленый оттенок стеклу, используется в лазерах и для получения пигментов

Улучшает качество стекла и сплавов, растворяет плутоний, повышает контрастность изображения, используется в магнитах, лазерах и излучателях

Способен к люменесценции, используется в атомных батарейках, стержнях реакторов, для ионизации воздуха

Улучшает свойства стержней для ядерных реакторов, магнитов, поглощающего инфракрасные лучи стекла, огнеупорность материалов

Повышает качество микрочипов, карт памяти, сверхпроводников, сплавов и керамики

Сильные парамагнитные свойства для получения сверхнизких температур, используется в полупроводниках и рентгеновских аппаратах

Необходим для сверхмощных магнитов и излучателей ультразвука, катализатор реакций окисления

Повышает пластичность и магнитные свойства материалов, катализатор в нефтехимии, для получения красных люминофоров

Придает сверхпроводящие свойства магнитам, применяется в лазерах, активирует люминофоры

Улучшает качество оптоволокна, магнитных сплавов, стекла, специальной керамики

Применяется в лазерах, магнитных носителях, для дефектоскопии, в диагностических приборах

Улучшает термоэлектрические и магнитные свойства материалов, обеспечивает легкость полупроводников

Повышает мощность магнитов, сверхпроводимость, жаропрочность

Но с точки зрения добычи полезных ископаемых они действительно редкоземельные. Потому что не часто встречаются в концентрированной и экономически выгодной форме.

Чем редкие металлы отличаются от редкоземов

Кроме редкоземельных, выделяют еще группу редких металлов. Их всего 18, в том числе 4 таких металла, которые можно после обогащения получать в виде концентратов: бериллий, ниобий, литий, тантал. Остальные 14 называют попутными микрокомпонентами, или рассеянными редкими металлами.

Редкие металлы значительно различаются между собой по объемам производства и областям применения.

Сколько примерно тонн производится в мире в год

Где используется

Добавка к стали и другим сплавам

В виде карбида для строительства, изготовления абразивов, сплавы в ядерных реакторах

Стекло, литье, керамика, батареи для электромобилей, лекарства

Сплавы со свинцом и другими металлами, для производства лекарств

Стекло, пигменты, фотокопировальные устройства, лекарства, удобрения, солнечные батареи

Пиротехника, сверхпроводники, протезы, зубные имплантаты, посуда, фианиты

конденсаторы для электроники, сплавы для турбин самолетов, медицинские импланты

Жидкокристаллические дисплеи, сенсорные и плоские экраны, смартфоны, компьютеры

Атомные реакторы, системы наведения, спутниковое оборудование, рентгеновские аппараты, формы для выдувания

Сплавы, солнечные батареи, полупроводники

Инфракрасная и волоконная оптика, солнечные батареи, японские ПЭТ-бутылки

Полупроводники, лазеры, светодиоды, микросхемы, безопасный заменитель ртути

Теплоносители, электролиты, измерительная техника

Электромобили и гибридные авто, металлогалогенные лампы

Ядерные реакторы, микропроцессоры

Двигатели для самолетов, ракеты, высокооктановый бензин без свинца, рентгеновские снимки, фотовспышки, лечение опухолей

Батарейки, аккумуляторы, антикоррозионные покрытия

Также к редким металлам относится таллий.

Полезные ископаемые с достаточным для добычи содержанием содержанием редкоземов называют редкоземельными минералами. Первый такой минерал обнаружили в шахте возле шведской деревни Иттерби, Это гадолинит. Он состоит из смеси редкоземельных иттербия, церия, других менее ценных веществ.

Лидирующие по мировой добыче источники РЗЭ - следующих минералы:

бастнезит — из него получают лантан, иттрий и церий, местность Маунтин-Пасс в Калифорнии, Байян-Обо в Китае;
монацит — источник церия, празеодима, гадолиния, добыча в Австралии, США, Китае, Бразилии, Красноуфимске (Свердловская область);
лопарит — в основном цериево-лантановый, в меньшей степени неодим и прометий, найден в Карелии, село Ловозеро, в Прибайкалье, Туве;
латеритные ионно-адсорбционные глины — получают иттрий, диспрозий, гадолиний, неодим, месторождения в Китае, на Мадагаскаре, небольшое в Приморье.

Редкоземы есть в ряде ниже перечисленных полезных ископаемых

Минерал

Какие РЗЭ содержит

Месторождения

Празеодим, церий, лантан, неодим, иттрий,

Хибины, Кольский полуостров

Северное Прибайкалье, Монголия

Церий, диспрозий, гольмий

Хабаровский край, Малмыжское месторождение

лютеций, диспрозий, эрбий, гольмий, иттрий, туллий, иттербий

Бразилия, Норвегия, Швеция, Северная Карелия, Южный и Северный Урал, Хабаровский край

Колумбия, Норвегия, Китай, Урал, Северные Саяны

Иттрий, европий, тербий

Южный Урал, Миасс

Кольский полуостров, Тува, Швеция, Норвегия

Эрбий, туллий, иттрий, иттербий

Норвегия, Гренландия, Швеция, Урал, Украина, Зимбабве, США

Дальний Восток, Казахстан

Челябинская область, Монголия, Китай, Кения

Диспризий, гольмий, эрбий

Россия, США, Норвегия, Бразилия, Мадагаскар

Минералы-концентраты с набором разных РЗЭ получают рядом с месторождениями из первичной руды путем ее обогащения. В Мурманской области это лопаритовый концентрат. В мировых масштабах большое всего производится следующих концентрата:

насыщенного раствора сорбционно-ионных руд - до 90% РЗЭ в оксидной форме;
ксенотимового – 25% оксида иттрия;
моноцитового – 55% смеси оксидов РЗЭ;
бастнезитового – 60-85% комплекса редкоземельных оксидов.

Чем определяется стоимость редкоземов

Всего по расчетам 2014 года мировые запасы РЗЭ составляют 147 млн тонн:

Китай 38% всех разведанных редкоземов,
Монголия 21%,
Бразилия 15%,
США 9%,
Япония 5%,
Индия 2%,
Австралия 1%.

Оставшиеся 9% - все остальные страны.

Но далеко не все обладатели запасов РЗЭ готовы к разработке найденных месторождений. Во-первых, получение редкоземельных металлов связано с сильным загрязнением окружающей среды. При производстве 1 тонны РЗЭ из руды по стандартной китайской технологии образуется:

1 тонна радиоактивных отходов;
12000 кубометров газовой смеси с пылью, фтороводородной и серной кислотой, диоксидом серы;
75 кубометров кислотного раствора.

Это приводит к загрязнению сточных вод, а следом за ними пахотных земель и рек. В том числе Хуанхэ, из которой берут питьевую воду полторы сотни миллионов людей. В нее попадает торий, элемент с высокой радиоактивностью.

Во-вторых, для запуска проектов по добыче редкоземов нужны большие стартовые капиталы. В результате расчетная себестоимость очищенных металлов окажется намного больше, чем у китайских конкурентов.

Например, австралийская компания Nothern Minerals собирается получать окись диспрозия и продавать килограмм по 720$. Китай сейчас продает это же сырье по 400$. Похожие проекты есть у канадских компаний Great Vestern Minerals и Tastan Metals. Последняя предполагает продавать все ту же окись диспрозия за 580$. В США Rare Element Resourse планирует цены на оксид этого же редкозема 655$/кг, а на окись европия 950$/кг.

В ближайшие годы другим странам, желающим производить РЗЭ, будет трудно конкурировать с Китаем. Ведь там дешевая рабочая сила и пренебрежение к требованиям экологии позволяют держать цены на достаточно низком уровне.

Редкоземельные элементы и производство гаджетов
Рост потребности в редкоземах растет параллельно тому, как высокотехнологичная техника становится необходимой для всех и каждого, определяет уровень и качество жизни. Часто цена гаджета в значительной доле определяется наличием и количеством редкоземельных и редких металлов в его электронной начинке.

Почему смартфоны Apple такие дорогие? На это есть ряд причин, и одна из них — использование РЗЭ. Причем не одного-двух, а как минимум девяти:

гадолиния — в дисплеях, динамиках и электронных схемах,
диспрозия — добавка в магниты электросхем для для сохранения свойств при нагреве и температурных перепадах,
европия — для красного светящегося вещества дисплея,
иттрия — для дисплеев, светодиодов,
лантана — в электронных схемах, дисплее, шлифованном стекле, для оптических линз,
неодима — магниты в схемах и динамиках из сплава с железом и бором,
празеодима — добавка в неодимовые магниты, дисплей, динамик,
тербия — для зеленого люминесцирующего вещества на дисплее, в динамиках, схемах и вибрационном механизме для защиты мини-магнитов от высоких температур,
церия — для шлифованного стекла.

Из этих редкоземельных элементов только четыре – церий, лантан, празеодим и неодим –поставляются для Apple американской компанией Molycorp и австралийской Lynas Corp. Остальные пять добывают преимущественно в Китае. Если Китай запретит экспортировать свои РЗЭ, то у Apple могут появиться серьезные проблемы.

В каждом из пяти важнейших узлов iPhone — дисплее, микросхеме, динамиках, механизме вибрации и шлифованном стекле — есть как минимум один редкоземельный металл, который на данный момент можно получить только из Китая.

Можно производить iPhone без европия, неодима, диспрозия и тербия, если заменить их более дешевыми и доступными металлами. Но это ухудшит цветовое отображение на дисплее , увеличит вес гаджета, снизит скорость работы и устойчивость к высоким температурам. То есть качество продукции Apple серьезно пострадает.

Если Apple и другие богатые компании, нуждающиеся в редкоземах, такие как Tesla , Intel , HP , материально поддержат американские проекты по добыче РЗЭ, то это поможет снизить зависимость от Китая. Но пока что цена вопроса слишком большая.

Редкоземельные металлы - неплохая альтернатива золоту

Редкоземе́льные металлы — группа из 17 элементов, включающая лантан, скандий, иттрий и лантаноиды. Все эти элементы — металлы серебристо-белого цвета, при том все имеют сходные химические свойства.Редкоземельные элементы используют в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и др. Широко применяют La, Ce, Nd, Pr в стекольной промышленности в виде оксидов и других соединений. Эти элементы повышают светопрозрачность стекла. Редкоземельные элементы входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол. Большое значение получили редкоземельные элементы и их соединения в химической промышленности, например, в производстве пигментов, лаков и красок, в нефтяной промышленности как катализаторы. Редкоземельные элементы применяют в производстве некоторых взрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, как газопоглотители. Монокристаллические соединения редкоземельных элементов (а также стёкла) применяют для создания лазерных и других оптически активных и нелинейных элементов в оптоэлектронике. На основе Nd, Y, Sm, Er, Eu с Fe-B получают сплавы с рекордными магнитными свойствами (высокие намагничивающая и коэрцитивная силы) для создания постоянных магнитов огромной мощности, по сравнению с простыми ферросплавами.

На самом деле эти металлы не являются такими уж редкими.Их редкость скорее связанна с высокой долей Китая в производстве данных металлов .Китай имеет экспортную квоту, ограничивающую поставки редкозмельных металлов.Эти металлы не торгуются на бирже подобно золоту и серебру, поэтому инвестировать в них достаточно сложно.Одним из способов это сделать является покупка etf фонда Market Vectors Rare Earth/Strategic Metals ETF (REMX)

Если взглянуть на график за последние несколько лет то видно , что редкоземельные металлы доасточно сильно снизились, возможно это связано с открытием новых месторождений на дне Тихокого океана, но их значимость при этом только возрастает, поэтому в текущей ситуации редкозмельные металлы могут стать хорошей альтернативой золоту и серебру.Для тех кто не желает покупать фонд можно выбрать одну или несколько компаний, которые входят в данный фонд.
1.Tronox LTD (TROX).
Компания занимается производством и продажей минеральных песков (Mineral sands) и диоксидных титановых пигментов (titanium dioxide pigment).Рыночная капитализация составляет 3,4 млрд.Отношение фактической стоимости к балансовой равно 1,6.Дивидендная доходность 3,37%.

3.Iluka Resources Ltd — лидер по производству минеральных песков.наибольшие месторождения принадлежащие компании находятся в Виктории и Южной Африке.

4.Assore Ltd-холдинг по добыче металлов.

Таким образом, купить редкоземельные металлы можно либо через фонд REMX либо через компании, которые держит данный фонд

Редкоземельные металлы: инвестиционная идея

Мы продолжаем нашу серию статей про интересные объекты для инвестиций.

Сегодня на очереди у нас редкоземельные металлы (РЗМ). Пока железная руда летит в космос, а золото консолидируется около уровней 1800 $/oz, мы решили обратить внимание именно на них.

РЗМ используются в самых быстрорастущих секторах экономики: зеленой энергетике, электрокарах и в отраслях высоких технологий. Что скрывается под РЗМ и как на этом заработать, читайте в этой статье.

Что такое редкоземельные металлы

Название «редкоземельные металлы» объединяет 17 элементов, схожих по своим химическим свойствам: иттрий, церий, скандий, иттербий, лютеций, неодим и др.

В природе редкоземельные металлы встречаются в виде оксидов в земной коре. По общему присутствию на планете редкими их назвать нельзя, но их высокая разбросанность по поверхности планеты и низкая концентрация в одном регионе делает их труднодоступными для промышленного использования.

Китай – лидер производства РЗМ

На Земле всего несколько стран, где есть значимые запасы редкоземельных металлов. Среди них можно выделить Китай, Бразилию, Вьетнам, Россию, Индию, Австралию и США. Абсолютным лидером по добыче и запасам является Китай с общей долей добычи РЗМ ~80%–95% в зависимости от элемента.

Страны, в которых представлены запасы редкоземельных металлов, млн т

Ежегодная добыча редкоземельных металлов в стране, т

Редкоземельные металлы важны в высоких технологиях и других горячих трендах

17 элементов из РЗМ очень важны в современной промышленности. Они используются в разных сферах: атомная, солнечная и ветряная энергетики, медицина, электромобили, высокоточные измерительные приборы и др.

Из-за особенностей мирового баланса в РЗМ есть большая зависимость от Китая. Поэтому спрос вне КНР сильно зависит от объемов экспорта Поднебесной.

Рынок РЗМ завязан на китайском производстве

2021 год, по всей видимости, станет третьим годом подряд, когда Китай будет снижать экспорт редкоземельных металлов из-за роста потребления внутри страны и административного регулирования отрасли и цепочек поставок. При постоянном спросе вне Китая снижение экспорта существенно давит на общее предложение, создавая дефицит в отрасли.

Падение экспорта редкоземельных металлов Китаем, тыс. т

США называет этот процесс катастрофой, т.к. они потребляют ~10%+ всего предложения ежегодно, и 80% из них приходится на Китай. Кратное снижение экспорта РЗМ Китая бьет напрямую по интересам США.

Потребление США РЗМ в метрических тоннах

К ситуации постоянного развития отраслей, где необходимы РЗМ, добавляется борьба США и Китая. Так как основные запасы редкоземельных металлов находятся в Китае, а США они также необходимы, возникает конфликтная точка. США активно ее используют для давления на Китай, а КНР, в свою очередь, следует своим национальным интересам: регулирует на законодательном уровне эту отрасль и удовлетворяет внутренний растущий спрос за счет снижения экспорта.

При таком противостоянии РЗМ рынок получает структурный дефицит и, как следствие, сильный рост цены.

Цены на РЗМ выросли в 1,5–2 раза

Сейчас этот процесс уже выливается в рост стоимости редкоземельных металлов. К примеру, цены на неодим с сентябрьских уровней в 60 $/кг выросли до 81$/кг.

Цены на редкоземельные металлы, $/кг

Тербий же показал практически кратный рост с 500 до 950 $/кг.

Цены на редкоземельные металлы, $/кг

Источник: Goldman Sachs

Рынок растет умеренными темпами

Сам рынок РЗМ в объемах растет темпами 6–10% благодаря буму в спросе на электромобили, озеленению энергетики и др.

Предполагается, что рынок ключевых РЗМ для указанных целей вырастет со 140–150 тыс. тонн в год в 2020 году до> 200 тыс. тонн в год к 2025 году, при мощностях неодима и празеодима в ~ 70 тыс. тонн в год.

Инвестиционные инструменты для отыгрыша идеи в РЗМ

Рынок РЗМ нам видится интересным. Фундаментальный дисбаланс не уходит и, вероятнее всего, будет сохраняться. При этом РЗМ будут сильно дорожать. На этом можно заработать через:

ETF-инструмент — VanEck Vectors Rare Earth/Strategic Metals ETF. На Тинькофф брокере доступен для квалифицированных инвесторов.

Металлургов в отрасли РЗМ. Среди них мы выделим:

MP Materials — крупнейшая добывающая компания РЗМ за пределами Китая (доля рынка ~15% всех мировых редкоземельных оксидов, ~80% китайские производители).
Iluka Resources — компания занимается добычей циркона и титана, а также разработкой одного из месторождений в Австралии с общим содержанием РЗМ в 20%. Бумага доступна для квалифицированных инвесторов на Тинькофф-инвестиции.
Lynas Rare Earths Limited – австралийский металлург в РЗМ сегменте. 20–25% продаж компании приходится на неодим и празеодим (рзм). Объемы продаж будут драйвиться улучшением состояния на рынке и восстановления промышленного производства с уходом эффекта от пандемии COVID-19.
Также есть российский актив СМЗ (Соликамский магниевый завод). Этот актив сопоставим с американский Iluka Resources по объемам производства (россиянин делает 3–4 тыс. т неодима и других РЗМ) и доступен для покупок российским инвесторам. Ралли в РЗМ он уже начал отыгрывать.

Финансовые метрики зарубежных металлургов в РЗМ, млн $

Резюме

На рынке редкоземельных металлов сформировался структурный дефицит из-за огромной доли Китая в общем выпуске редкоземельных металлов (80%–95% чистого объема в зависимости от металла) при одновременном сокращении им экспорта РЗМ за пределы страны.

Ситуацию усугубляет рост производства электромобилей, озеленение энергетики и рост потребления РЗМ в других областях производства, а также, глобальное противостояние США-Китай, ведущее к укреплению дефицита.

Мы считаем, что на этом можно заработать через ETF и покупку некоторых добывающих компаний из Австралии и США.

Редкоземельные металлы

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:

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

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

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.
При взаимодействии с кислородом элементы образуют тугоплавкие, нерастворимые оксиды, называемые «землями».
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 H2, 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:

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

Разложение материала с помощью плавиковых или серных кислот: позволяет удалять из веществ оксиды азота в процессе реакции обмена.
Хлорирование: атомы неметаллов сменяются на хлор в результате химической реакции замещения.
Сплавление гидроксидами, растворимыми в воде: в результате реакции гидролиза из РЗМ удаляются сульфированные поверхностно-активные вещества.
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/м 3 . 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:

Производство винчестеров и звуковых динамиков.
Изготовление фотокамер, телескопических объективов, проекторов, приспособлений для студийного освещения и аккумуляторов.
Переработка сырой нефти.
Разработка усиленных металлов и стекол, применяющихся в авиационных моторах и защитных масках для строителей.
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.

(лантаноиды), представлены группой из 15 весьма близких по свойствам элементов (№ 57–71 в системе Д. И. Менделеева). Название группы происходит от лат. «terra rarae» – «редкая земля», поэтому их обозначают общим символом TR. К редкоземельным металлам относятся: лантан (La), церий (Се), празеодим (Рr), неодим (Nd), прометий (Рm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Тb), диспрозий (Dy), гольмий (Но), эрбий (Еr), тулий (Тm), иттербий (Yb), лютеций (Lu). В эту группу включен близкий к TR по свойствам иттрий (Y). Редкоземельные элементы широко используются в высокотехнологичных производствах. Ежегодно спрос на них возрастает на 10–15 %. Осн. минералы-носители редких земель: бастнезит, монацит, лопарит, ксенотим, черчит, иттросинхизит, браннерит, апатит. Гл. промышленные типы месторождений: карбонатитовый, коры выветривания карбонатитов, редкометалльные щелочные граниты и коры выветривания на них, прибрежно-морские россыпи. Суммарные мировые запасы редких земель оцениваются в 100–110 млн. т, что может обеспечить мировое промышленное производство на 1,5 тыс. лет. Наиболее крупные запасы: Китай (41 % мировых), Россия (18 %), США (12 %). Более половины запасов сосредоточено в рудах двух эндогенных месторождений: Баюнь-Обо (Китай) и Маунтин-Пасс (США). Мировое производство (в пересчёте на триоксиды) составляет ок. 80 тыс. т. Осн. продуценты: Китай (43 %), США (38 %), Австралия (7,6 %), Индия (5,2 %).

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн . Под редакцией проф. А. П. Горкина . 2006 .

Полезное

Смотреть что такое "редкоземельные металлы" в других словарях:

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ — (РЗМ) см … Большая политехническая энциклопедия

редкоземельные металлы — РЗМ Группа РЗМ включает Sc, Y, La и лантаноиды (редкие земли) — 14 элементов III группы Периодич. системы с ат. н. от 58 (Се) до 71 (Lu). РЗМ отличаются высокой химич. активностью и образуют прочные оксиды, галогениды, сульфиды, реагируют с … Справочник технического переводчика

Редкоземельные металлы — Rare earth metal. Редкоземельные металлы. Группа из 17 химически подобных металлов, которая включает скандий и иттрий (атомные номера 21 и 39, соответственно) и элементы лантанового ряда (атомные номера от 57 до 71). (Источник: «Металлы и сплавы … Словарь металлургических терминов

редкоземельные металлы — Смотри редкоземельные металлы (РЗМ) … Энциклопедический словарь по металлургии

Редкоземельные металлы — Редкоземельные элементы (редкие земли) группа из 17 элементов, включающая лантан, скандий, иттрий и лантаноиды. Все эти элементы металлы серебристо белого цвета, притом все имеют сходные химические свойства (наиболее характерна степень окисления… … Википедия

редкоземельные металлы (РЗМ) — [rare earth metals] группа РЗМ включает Sc, Y, La и лантаноиды (редкие земли) 14 элементов III группы Периодической системы с атомный номер от 58 (Се) до 71 (Lu). РЗМ отличаются высокой химической активностью и образуют прочные оксиды, галогениды … Энциклопедический словарь по металлургии

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ (РЗМ) — смотри Редкоземельные элементы … Металлургический словарь

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (редкоземельные металлы) химические элементы побочной подгруппы III группы периодической системы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды. Распространены в земной коре сравнительно редко, образуют нерастворимые оксиды (устаревшее выражение земли)… … Большой Энциклопедический словарь

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (РЗЭ) группа из 15 хим. элементов, размещённых в 57 й клетке Периодической системы элементов Д. И. Менделеева (см.) (лантано), а также скандий и иттрий. Все они химически активны (как правило, трёхвалентны) и сходны по своим хим. и некоторым физ … Большая политехническая энциклопедия

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (редкоземельные металлы), хим. элементы побочной подгруппы III гр. периодич. системы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды. Распространены в земной коре сравнительно редко, образуют нерастворимые оксиды (устар. земли) отсюда название. Серебристо… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Читайте также: