Радиоактивные и редкие металлы

Обновлено: 04.10.2024

В мире множество самых разнообразных металлов. Стоимость металла напрямую зависит от его количеств на планете. Металлы делятся на природные и искусственно получаемые в лабораторных условиях. И безусловно, как можно предположить, искусственно созданные будут дороже.

В Топ-10 не попадает серебро, которое остаётся на 12 месте, немного опережая 13 место — индий и уступая 11 месту — рутению.

10 место СКАНДИЙ

Природный редкоземельный металл. Легкий и высокопрочный, серебристого цвета с желтым отливом. Впервые элемент был обнаружен в 1879 году шведским химиком Ларсом Нильсоном, который назвал его в честь Скандинавии. Скандий применяется в мире высоких и инновационных технологий. Его используют при конструировании роботов, ракет, самолетов, спутников и лазерной техники. Сплавы данного металла служат в спортивной сфере — для изготовления высококлассного инвентаря. Самые крупные месторождения богатых скандием минералов находятся в Норвегии и на Мадагаскаре.

Стоимость грамма скандия зависит от чистоты металла, но усреднённая стоимость 3-4 доллара. На биржах драгметаллов не продаётся. В ювелирной промышленности используют оксид скандия для производства фианитов.

9 место РЕНИЙ

Существование металла было предсказано Д.И.Менделеевым в 1871 году, но впервые его открыли в 1925 году немецкие химики и назвали в честь реки Рейн. Относительно чистый рений удалось получить только в 1928 году. Для получения 1 грамма рения требовалось переработать более 600 кг норвежского молибденита.

Рений — серебристо-белый металл, очень плотный, занимает третье место по температуре плавления среди металлов. Используется в электронной и химической промышленности. Имеет стратегическое значение, т.к. используется в космических и военных целях.

По природным запасам рения на первом месте в мире стоит Чили, на втором США, а на третьем Россия. Рений получают при переработке сырья с очень низким содержанием целевого компонента. Его запасы в России не более 15 тонн.

Цена на грамм рения в среднем 5 долларов.

В ювелирной промышленности не используется.

На международных биржах металл не продаётся.

8 место ОСМИЙ

Был открыт в 1803 году двумя британскими химиками. Название металл получил от греческого слова osme, что означает «запах». Осмию присущ довольно резкий и неприятный запах, напоминающий смесь чеснока и хлорки.

Осмий — голубовато-серебристый металл платиновой группы, характеризующийся высокой плотностью, тяжёлый, хрупкий. В чистом виде не существует, встречается только в связках с другим металлом из платиновой группы — иридием.

Добывают данный металл на Урале, в Сибири, Южной Африке, Канаде, США и Колумбии. Используется в сплавах в химической промышленности и фармакологии.

Цена одного грамма осмия на мировом рынке составляет 12-17 долларов.

На биржах металл не продаётся.

7 место ПЛАТИНА

Цивилизации Анд доколумбовой Южной Америки добывала и использовала её с незапамятных времён. Первыми европейцами, познакомившимися с платиной в середине 16 века, были испанские конкистадоры, которые и дали ему пренебрежительное название, что означало в переводе «маленькое серебро», «серебришко». Отношение объясняется тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке и долгое время не находила применения, она ценилась вдвое ниже серебра.

Примечательно, что испанский король в 1735 году повелел платину в Испанию не ввозить, чтобы мошенники не могли расплачиваться ей вместо ценного серебра. При разработке россыпей в Колумбии повелевалось отделять её от золота и топить под надзором королевских чиновников в глубокой речке, которую стали именовать Платино-дель-Пинто. Королевское распоряжение было отменено через 40 лет, когда мадридские власти приказали доставлять платину в Испанию, чтобы самим фальсифицировать золотые и серебряные монеты. С нею познакомились алхимики, считавшие самым тяжёлым металлом золото, а оказавшаяся более тяжёлой платина была наделена адскими чертами.

В 1790 году во Франции из платины был изготовлен эталон метра, а позже эталон килограмма.

В России платину впервые обнаружили на Урале близ Екатеринбурга 1819 году, а в 1824 году были открыты платиновые россыпи в Нижнетагильском округе. Разведанные запасы платины были столь велики, что Россия на долгие годы заняла первое место в мире по добыче этого металла. В настоящее время лидером является ЮАР.

В природе платина встречается только как сплав с другими металлами.

Металл отличается особым блеском и пластичностью. Активно используют в ювелирной, оружейной, медицинской промышленности. В России и СССР платина применялась при изготовлении монет и знаков отличия за выдающиеся заслуги.

Российский спрос на ювелирную платину в настоящее время составляет 0,1 % от мирового уровня.

Платина торгуется на международной бирже драгметаллов.

6 место ИРИДИЙ

Мир впервые узнал о нем в 1803 году благодаря британскому химику С. Теннанту, который его открыл одновременно с осмием.

Иридий- металл платиновой группы, тяжелый, твердый и одновременно хрупкий, серебристо-белого цвета. Имеет высокую коррозийную стойкость даже при температуре 2000 °C.

В чистом виде в земных породах не встречается, поэтому высокая концентрация иридия в образцах породы является индикатором космического метеоритного происхождения последних.

Самостоятельно иридий практически нигде не применяется и используется для создания сплавов. Ювелиры добавляют его к платине, поскольку он делает её твёрже, а украшение из такого сплава становится практически вечным. Также он востребован при изготовлении хирургических инструментов, электроконтактов, точных лабораторных весов. Из него делают кончики для дорогих авторучек. Иридий применяется в аэрокосмической технике, биомедицине, стоматологии, химической промышленности.

В течение года мировая металлургия расходует приблизительно одну тонну данного металла. Основное месторождение иридия находится в ЮАР.

Его стоимость равняется около 47-50 долларам за грамм.

Иридий продаётся на биржах драгметаллов.

5 место ЗОЛОТО

Люди добывают золото с незапамятных времён, археологи находят его в обиходе человека с 5 тысяч лет до н.э. в эпоху неолита в самородках. Начало системной добычи было положено на Ближнем Востоке, откуда поставлялись золотые украшения, в т.ч. в Египет.

В России до Елизаветы золото не добывалось. Оно ввозилось из-за границы в обмен на товары и взималось в виде ввозных пошлин. Первое открытие запасов золота было сделано в 1732 году в Архангельской губернии, где вблизи одной деревни была обнаружена золотая жила.

Латинское aurum означает «жёлтое».

Золото — один из немногих металлов, встречающихся исключительно в чистом виде. Чистое золото — металл жёлтого цвета, тяжёлый плотный металл, мягкий, высокопластичный.

Традиционным и самым крупным потребителем золота является ювелирная промышленность. Все ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, а из его сплавов с другими металлами, значительно превосходящими золото по механической прочности и стойкости.

Запасы золота в мире распределено так: около 10 % — в промышленных изделиях, остальное делится приблизительно поровну между централизованными запасами (в основном, в виде стандартных слитков химически чистого золота), собственностью частных лиц в виде слитков и ювелирными изделиями.

США, Китай и Австралия — лидеры по золотодобыче.

Стоимость грамма золота на мировом рынке около 45-50 долларов. Золото и иридий постоянно соперничают в цене, меняясь местами в рейтинге самых дорогих металлов.

4 место ПАЛЛАДИЙ

Назван в честь астероида Паллада, открыт во время изучения платиновых руд в 1803 году.

Палладий — легкий, пластичный серебристо-белый металл из платиновой группы. Он очень легкоплавкий, хорошо полируется, не тускнеет и довольно стоек к коррозии.

Главное направление использования палладия — ювелирная промышленность. Мастера ценят его гибкость и легковесность, что позволяет создавать из него самые удивительные произведения ювелирного искусства.

Металл широко применяется в химической промышленности, медицине, для создания электроники и пр.

Крупнейшее месторождение палладия находится в России.

Стоимость палладия за последние несколько лет сильно возросла и составляет около 60 долларов за грамм.

Палладий торгуется на международной бирже драгметаллов.

3 место РОДИЙ

Открыт в Англии в 1803 году (плодородный год на открытие металлов. ) в ходе работ с самородной платиной. Назван в честь розы (греч.), т.к. типичные соединения родия имеют глубокий тёмно-красный цвет.

Родий — это твердый благородный металл, обладающий мощнейшими отражающими свойствами, стойкостью к окислению и коррозии. За год во всем мире добывается всего лишь 30 тонн родия.

Применяют для изготовления зеркал и фар, в автомобильной и химической промышленности.

Ювелиры используют электролиты родия для получения износостойких и коррозионно-устойчивых покрытий. В дорогой и высококачественной бижутерии можно встретить родированное покрытие.

Монеты из родия выпускает США, но не как платёжное средство, а в качестве объекта инвестирования средств.

Руанда выпускает монету из чистого родия как платёжное средство.

Самые крупные месторождения находятся в России, Канаде и ЮАР.

Стоимость родия сильно выросла за последнее время, колеблется в пределах 185 -190 долларов за грамм.

Родий торгуется на международной бирже драгметаллов.

2 место ОСМИЙ-187

Металл осмий-187 изотоп, является результатом распада изотопа рения с огромнейшем периодом полураспада. Соотношение изотопного состава осмия и рения позволяет определять возраст горных пород и метеоритов.

Изотопов осмия множество и их разделение представляет собой сложную задачу. Именно поэтому некоторые изотопы довольно дороги.

Самый редкий среди них осмий-187, процесс добычи которого отличается особой сложностью и занимает около девяти месяцев. В результате его получают в виде черного мелкокристаллического порошка с фиолетовым оттенком. Его считают самым плотным на планете. При этом он очень хрупок, его можно растолочь в обычной ступе на мелкие частички. Он имеет важное научно-исследовательское значение, его используют как катализатор химических реакций, для изготовления измерительных приборов высокой точности и в медицинской отрасли.

Казахстан — первое и единственное государство, продающее чистый Осмий-187 на мировом рынке.

Стоимость Осмия-187 оценивается в 200 тысяч долларов за 1 грамм.

Этот изотоп не торгуется на бирже драгметаллов и более того, его международная торговля строго контролируется, пресекается любая контрабандная продажа.

Лидер рейтинга! 1 место КАЛИФОРНИЙ-252

На земле сегодня нет металла, который стоил бы дороже. Рекорд стоимости зафиксирован в Книге Гиннеса. Он является одним из изотопов калифорния.

Баснословная цена составляет 10 миллионов долларов за грамм.

Мировой запас — 8 граммов, а ежегодная добыча –30-40 микрограмм. Получают редкий металл путем сложнейшей и долговременной работы в лабораторных условиях. В чистом природном виде не встречается, полностью искусственного происхождения. Впервые был получен учёными в 1950 году в США.

Главная ценность калифорния-252 состоит в его невероятной энергии, сравнимой с энергией среднего атомного реактора. Применяется в ядерной физике и в медицине в качестве лучевой терапии раковых новообразований. С его помощью научились определять месторождения золота и серебра. Используют для выявления дефектов в реакторах и самолетах, которые невозможно выявить даже при помощи рентгена.

В мировом рейтинге самых дорогих веществ калифорний-252 занимает 2 место, уступая по цене лишь Антиматерии.

Редкие металлы

Большая часть редких металлов была открыта сравнительно недавно - за последние лет 200. А вот использовать их в полной мере начали всего лишь 40 лет назад. Причем, в основном редкие металлы применяют для изготовления важнейших деталей или компонентов самой сложной и дорогостоящей техники. Например, при добавлении в какой-либо сплав чрезвычайно редкого металла на планете, рения, повышается стойкость такого сплава к перепадам температур и коррозийным изменениям.

Рений был открыт в 1925 году, хотя появление металла с атомарным весом, не превышающим 180, предсказывал еще Д. Менделеев. Но только немецким ученым удалось обнаружить редкостное, но очень ценное благодаря своей устойчивости соединение, которое было названо в честь реки Рейн.

Сегодня рений превзошел по ценности даже платину. Без него трудно представить самолетостроение или создание высокоточной электроники. А синтез высокооктановых видов бензина - просто невозможен. Единственным сдерживающим моментом в расширении сфер применения этого редкого соединения до сих пор является . его редкость или рассеянность в недрах планеты. Необходимо обработать где-то около двух тысяч тонн молибденовой руды и только для того, чтобы добыть всего лишь один килограмм рения.

Месторождения редких металлов

Говоря о добыче того же рения, следует учитывать неимоверную рассеянность этого соединения в недрах планеты. Именно поэтому месторождения редких металлов представляют неимоверную ценность для горнодобывающей промышленности. Сегодня эти месторождения делят обычно на две основные группы:

месторождения, на которых редкие металлы, такие как Zr, Nb, Li и Ta, например, содержатся в собственных минералах;
месторождения, где редкие металлы лишь попутно извлекаются во время процесса переработки других, найденных здесь, полезных ископаемых.

Сырьевым источником для извлечения редких металлов на месторождениях второй группы являются цветные металлы:

так, из цинка, молибдена, олова, меди, свинца и алюминия можно извлечь Bi, Re, Ge, In, Cd и другие редкостные соединения;
а вот ванадий добывается только из железных или титановых руд;
германий - при обработке бурого угля;
рубидий и гафний имеются в наличии лишь в редкометальных рудах.

Многие ценные месторождения редких соединений образуются в процессе глубинной деятельности магмы. И это лишь добавляет трудностей при обнаружении и разработке новых месторождений редких металлов.

Добыча редких металлов

Как уже было отмечено выше, добыча редких металлов обычно тесно взаимосвязана с выявлением и добычей других полезных ископаемых. И многие ученые, и специалисты горнодобывающего производства все чаще начинают настаивать на том, что термин «редкие» не совсем подходящий для названия этих соединений. Поскольку многие из них содержатся в недрах земли в достаточно весомом количестве. Однако для добычи этих металлов вначале следует извлечь попутные соединения. И только обработав их, можно получить необходимый редкий металл. Возможно, именно из-за сложности технологического процесса извлечения того же рения или ванадия, эти соединения до сих пор еще считаются редкими.

Сегодня, когда для производства высокотехнологического оборудования необходимы именно редкие металлы, их добыча производится по всему миру. И первое место по их добыче занимают Китай, Япония и некоторые страны бывшего СНГ. Разрабатывать месторождения с редкими и редкоземельными соединениями сложно, но выгодно, поскольку один килограмм рения, например, может стоить на рынке полезных ископаемых от тысячи до четырех тысяч долларов.

Радиоактивные металлы

Радиоактивные металлы — это металлы, которые самопроизвольно излучают поток элементарных частиц во внешнюю среду. Этот процесс называют альфа(α), бета(β), гамма(γ) излучением или просто радиоактивным излучением.

Все радиоактивные металлы со временем распадаются и превращаются в стабильные элементы (иногда проходя целую цепочку превращений). У разных элементов радиоактивный распад может длиться от нескольких миллисекунд до нескольких тысяч лет.

Рядом с названием радиоактивного элемента часто указывается массовое число его изотопа. Например, Технеций-91 или 91 Tc. Разные изотопы одного и того же элемента как правило имеют общие физические свойства и различаются лишь длительностью радиоактивного распада.

Список радиоактивных металлов

Название рус.	Название eng.	Самый стабильный изотоп	Период распада
Технеций	Technetium	Tc-91	4.21 x 10 6 лет
Прометий	Promethium	Pm-145	17.4 года
Полоний	Polonium	Po-209	102 года
Астат	Astatine	At-210	8.1 часов
Франций	Francium	Fr-223	22 минут
Радий	Radium	Ra-226	1600 лет
Актиний	Actinium	Ac-227	21.77 лет
Торий	Thorium	Th-229	7.54 x 10 4 лет
Протактиний	Protactinium	Pa-231	3.28 x 10 4 лет
Уран	Uranium	U-236	2.34 x 10 7 лет
Нептуний	Neptunium	Np-237	2.14 x 10 6 лет
Плутоний	Plutonium	Pu-244	8.00 x 10 7 лет
Америций	Americium	Am-243	7370 лет
Кюрий	Curium	Cm-247	1.56 x 10 7 лет
Беркелий	Berkelium	Bk-247	1380 лет
Калифорний	Californium	Cf-251	898 лет
Эйнштейний	Einsteinium	Es-252	471.7 дней
Фермий	Fermium	Fm-257	100.5 дней
Менделевий	Mendelevium	Md-258	51.5 дней
Нобелий	Nobelium	No-259	58 минут
Лоуренсий	Lawrencium	Lr-262	4 часа
Резенфордий	Rutherfordium	Rf-265	13 часов
Дубний	Dubnium	Db-268	32 часа
Сиборгий	Seaborgium	Sg-271	2.4 минуты
Борий	Bohrium	Bh-267	17 секунд
Ганий	Hassium	Hs-269	9.7 секунд
Мейтнерий	Meitnerium	Mt-276	0.72 секунды
Дармштадий	Darmstadtium	Ds-281	11.1 секунды
Рентгений	Roentgenium	Rg-281	26 секунд
Коперниций	Copernicium	Cn-285	29 секунд
Унунтрий	Ununtrium	Uut-284	0.48 секунд
Флеровий	Flerovium	Fl-289	2.65 секунд
Унунпентий	Ununpentium	Uup-289	87 миллисекунд
Ливерморий	Livermorium	Lv-293	61 миллисекунда

Радиоактивные элементы делятся на естественные (существующие в природе) и искусственные (получаемые в результате лабораторного синтеза). Естественных радиоактивных металлов не много — это полоний, радий, актиний, торий, протактиний и уран. Их наиболее стабильные изотопы встречаются в природе, чаще в виде руды. Все остальные металлы из списка созданы человеком.

Самый радиоактивный металл

Самый радиоактивный металл на данный момент — ливерморий. Его изотоп Ливерморий-293 распадается всего за 61 милисекунду. Впервые этот изотоп был получен в Дубне, в 2000 году.

Другой очень радиоактивный металл — унунпентий. Изотоп унунпентий-289 имеет чуть больший период распада (87 милисекунд).

Из более-менее стабильных, практически применяемых веществ, самым радиоактивным металлом считается полоний (изотоп полоний-210). Это серебристый белый радиоактивный металл. Хотя его период полураспада достигает 100 и более дней, даже один грамм этого вещества раскаляется до 500°C, а излучение может мгновенно убить человека.

Что такое радиация

Всем известно, что радиация очень опасна и лучше держаться подальше от радиоактивного излучения. С этим трудно поспорить, хотя в реальности мы постоянно подвержены влиянию радиации, где бы не находились. В земле залегает довольно большое количество радиоактивной руды, а из космоса на Землю постоянно прилетают заряженные частицы.

Кратко говоря, радиация это самопроизвольное испускание элементарных частиц. От атомов радиоактивного вещества отделяются протоны и нейтроны, «улетая» во внешнюю среду. Ядро атома при этом постепенно изменяется, превращаясь в другой химический элемент. Когда все нестабильные частицы отделяются от ядра, атом перестает быть радиоактивным. Например, торий-232 в конце своего радиоактивного распада превращается в стабильный свинец.

Наука выделяет 3 основных вида радиоактивного излучения

Альфа излучение(α) — поток альфа-частиц, положительно заряженных. Они сравнительно большие по размеру и плохо проходят даже через одежду или бумагу.

Бета излучение(β) — поток бета-частиц, негативно заряженных. Они довольно малы, легко проходят через одежду и проникают внутрь клеток кожи, что наносит большой вред здоровью. Но бета-частицы не проходят через плотные материалы, такие как алюминий.

Гамма излучение(γ) — это высокочастотная электромагнитная радиация. Гамма-лучи не имеют заряда, но содержат очень много энергии. Скопление гамма-частиц излучает яркое свечение. Гамма-частицы проходят даже через плотные материалы, что делает их очень опасными для живых существ. Их останавливают только самые плотные материалы, например, свинец.

Все эти виды излучения так или иначе присутствуют в любой точке планеты. Они не представляют опасности в малых дозах, но при высокой концентрации могут причинить очень серьезный ущерб.

Изучение радиоактивных элементов

Первооткрывателем радиоактивности является Вильгельм Рентген. В 1895 году этот Прусский физик впервые наблюдал радиоактивное излучение. На основе этого открытия был создан знаменитый медицинский прибор, названый в честь ученого.

В 1896 г изучение радиоактивности продолжил Анри Беккерель, он экспериментировал с солями урана.

В 1898 г Пьер Кюри в чистом виде получил первый радиоактивный металл — Радий. Кюри хоть и открыл первый радиоактивный элемент, однако, не успел толком его изучить. И выдающиеся свойства радия привели к быстрой гибели ученого, который беспечно носил свое «детище» в нагрудном кармане. Великое открытие отомстило своему первооткрывателю — Кюри умер в возрасте 47 лет от мощной дозы радиоактивного облучения.

В 1934 г был впервые синтезирован искусственный радиоактивный изотоп.

Сейчас изучением радиоактивности занимаются множество ученых и организаций.

Добыча и синтез

Даже естественные радиоактивные металлы не встречаются в природе в чистом виде. Их синтезируют из урановой руды. Процесс получения чистого металла чрезвычайно трудоемок. Состоит он из нескольких стадий:

концентрирование (дробление и выделение осадка с ураном в воде);
выщелачивание - то есть, перевод уранового осадка в раствор;
выделение чистого урана из полученного раствора;
перевод урана в твердое состояние.

В итоге, из тонны урановой руды можно получить всего несколько граммов урана.

Синтез искусственных радиоактивных элементов и их изотопов проходит в специальных лабораториях, в которых создаются условия для работы с подобными веществами.

Практическое применение

Чаще всего, радиоактивные металлы используют для выработки энергии.

Ядерные реакторы — это устройства, использующие уран для нагревания воды и создания потока пара, который вращает турбину, с помощью чего вырабатывается электричество.

Вообще, сфера применения радиоактивных элементов довольно широка. Они используются для изучения живых организмов, диагностирования и лечения болезней, выработки энергии и для мониторинга промышленных процессов. Радиоактивные металлы являются основой для создания ядерного оружия — самого разрушительного оружия на планете.

Радиоактивные и редкие металлы

Редкие металлы принято подразделять на пять групп по некоторым общим признакам: близости физико-химических свойств, совместному нахождению в рудном сырье и сходству методов выделения из сырья.
Ниже дана характеристика каждой из групп технической классификации, приведенной в табл. 5.

Металлы этой группы расположены в I и II группах периодической системы Менделеева, обладают малым удельным весом (литий — 0,53; бериллий — 1,85; рубидий — 1,55; цезий — 1,87) и отличаются высокой химической активностью. Их химические соединения, окислы, хлориды обладают высокой химической прочностью и с трудом восстанавливаются до металла. По этому признаку они близки к легким цветным металлам, алюминию, магнию, кальцию и натрию.
Подобно легким цветным металлам легкие редкие металлы получаются в свободном состоянии либо электролизом расплавленных солей, либо металлотермическими методами.

Тугоплавкие редкие металлы относятся к числу переходных элементов IV, V и VI групп периодической системы, у которых при переходе одного элемента к соседнему происходит достройка внутренних электронных уровней (так называемых d-уровней).
Эта особенность строения атомов определяет высокую прочность кристаллической решетки рассматриваемых металлов, что сказывается на их повышенной твердости, высоких температурах плавления (от 1660° для титана до 3400° для вольфрама, являющегося самым тугоплавким из всех металлов), высокой антикоррозионной устойчивости и переменной валентности, обусловливающей многообразие химических соединений этих элементов.
Все металлы рассматриваемой группы образуют весьма тугоплавкие, твердые и химически, устойчивые соединения с рядом металлоидов, обладающих малыми атомными радиусами (так называемых «фаз внедрения»). К ним относятся карбиды, нитриды, силициды и бориды, имеющие важное практическое применение.
Тугоплавкие редкие металлы взаимодействуют со многими другими металлами периодической системы, образуя твердые растворы и различные интерметаллические соединения, что широко используется в технике при производстве различных сплавов и высококачественных сталей.
В связи с высокими температурами плавления тугоплавких металлов в технологии их производства широко используется метод порошковой металлургии, заключающийся в получении металла в форме порошка с последующим его превращением в компактный металл путем прессования и спекания.
Близость свойств тугоплавких металлов определяет общность многих областей их применения. Так, кроме использования этих металлов в качестве легирующих добавок к сталям, многие из них применяются в виде тугоплавких твердых карбидов в составе твердых сплавов, а в чистом виде используются в электротехнике и электровакуумной технике.

Общим признаком этой группы является отсутствие или редкая распространенность собственных минералов этих металлов.
Металлы данной группы встречаются обычно в виде изоморфных примесей в ничтожных концентрациях в кристаллах других минералов. Поэтому рентабельное извлечение рассеянных редких металлов возможно только из отходов производств основных металлов.
Так, галлий, встречающийся в бокситах, извлекается из промежуточных продуктов и отходов алюминиевого производства. Галлий вместе с индием, таллием и германием часто встречается в цинковых и свинцовых рудах, и поэтому соединения этих металлов извлекаются из промежуточных продуктов и отходов цинкового и свинцового производств.
Германий часто встречается в углях и извлекается из отходов, получаемых при их переработке.
Селен и теллур, рассеянные в различных сульфидных минералах, извлекаются либо при металлургической переработке этого сырья, либо из отходов сернокислотного производства.
Рений как спутник молибдена извлекается попутно при переработке молибденового сырья.
Гафний, содержащийся в виде примеси в циркониевых минералах, извлекается при производстве циркония или его соединений.
Таким образом, сырьевые источники производства рассеянных редких металлов весьма разнообразны. К ним относятся отходы газовых заводов, шламы медерафинирующих заводов, пыли обжиговых и плавильных печей, отходы цинкового, свинцового и алюминиевого производств и т. д.
Рений и гафний, являющиеся спутниками соответственно молибдена и циркония, по свойствам близки к тугоплавким металлам и могут также рассматриваться в составе этой группы.

К этой группе относятся лантан и следующие за лантаном 14 элементов (от церия 58 до лутеция 71).
Близость физико-химических свойств лантаноидов объясняется одинаковым строением внешних электронных уровней их атомов, так как при переходе одного элемента к другому у лантаноидов происходит заполнение глубоко лежащих недостроенных (4f) электронных уровней.
Близко примыкают к лантаноидам скандий и иттрий.
В рудном сырье редкоземельные металлы всегда сопутствуют друг другу. На первых стадиях переработки сырья они обычно выделяются в виде смеси окислов или других соединений. Дальнейшее разделение соединений редкоземельных элементов представляет большие технологические трудности.

К этой группе относятся естественные радиоактивные элементы: полоний, радий, актиний и актиноиды (торий, протактиний, уран) и искусственно полученные заурановые элементы; нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, атений и центурий.
Радиоактивные свойства металлов этой группы в значительной степени определяют особенности их технологии, приемы работы с ними, а также области их использования.
Актиноиды, так же как и редкоземельные элементы, характеризуются тем, что переход от одного элемента к другому осуществляется путем достройки глубоко расположенных 5f электронных уровней и в этом отношении группа актиноидов аналогична лантаноидам.
В рудном сырье естественные радиоактивные элементы встречаются совместно. Часто им сопутствуют редкоземельные металлы.
Как известно, естественные и некоторые искусственно полученные металлы группы актиноидов играют важнейшую роль в производстве атомной энергии.

Редкие металлы – перечень, классификация и значение

В «металлическом» сегменте таблицы Менделеева эта группа считается элитой. Список редких металлов невелик, но каждая позиция драгоценна. Их стоимость на мировом рынке подтверждает пословицу: «Что редко – дорого».

История

Понятие «редкие металлы» вошло в обиход с середины 1920-х годов. Тогда так называли элементы без собственных месторождений, рассеянные в массиве других руд.

Иногда отождествляются термины «редкий металл» и «редкий элемент». Это ошибка:

Редкие элементы – более широкое понятие.
Оно подразумевает металлы, неметаллы, инертные газы.
Из шести десятков позиций списка редких элементов на металлы приходится 50.

Второе наименование этой группы – менее обычные (привычные) металлы.

Что считается «менее обычным» материалом

К редким металлам относится элемент, соответствующий хотя бы одному критерию:

Малая распространенность в литосфере, рассеянность без коренных месторождений.
Сложная технология извлечения из руды, получения чистого вещества.
Новизна, неосвоенность материала для практического применения.

Последнее условие – самое мобильное. Развитие технологий, появление новых сфер использования, масштабирование производства переводят элемент в привычные.

Классификация

Материал распределяется по нескольким основаниям. Первая основа деления – по происхождению. Различают природный (натуральный) и созданный человеком.

Природные металлы

За основу принадлежности к группе берут свойство, более других влияющее на кондиции элемента либо благодаря которому он востребован.

По базовому признаку различают пять видов редких металлов:

Классификация однобока: многие элементы подпадают под разные группы:

Рубидий с цезием – легкие рассеянные.
Легкий тугоплав – титан.
Рассеянные тугоплавы – рений, гафний, вольфрам.

Есть деление по субъективному признаку. Редкими благородными металлами признаны золото, платина, родий. (Их второе название – драгоценные). А также платиноид осмий, плотность которого наивысшая среди веществ Земли.

Платина

Самые редкие цветные металлы, созданные природой, – осмий, галлий, тантал, рений.

Искусственные

Элементы, созданные на ядерных реакторах: технеций, нептуний, плутоний, прочие трансурановые.

Они причислены к радиоактивной группе.

Самый редкий металл на Земле – калифорний-282.

Ежегодный объем синтезирования калифорния – менее грамма. Глобальный резерв – пять граммов.

А слышали про металл туллий? Смотрите видео:

Где и как добываются

Источник редкостного материала – природные руды:

Почти всегда это конгломерат компонентов.
Доля металлов исчисляется тысячными либо меньше долями процента.
Стандартный способ добычи – закрытый (шахтный), реже – открытый карьерный.

Главный поставщик сырья на мировой рынок – Китай. Он диктует расклад, номенклатуру, цены. Главный потребитель – США.

Российский источник редкого сырья номер один – Кольский полуостров. На его руды, содержащие титан, приходится 40% разведанных запасов страны.

Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты

Технология получения

Редкие металлы вычленяют из отходов металлургического производства.

Обогащение сырья.
Выделение, разделение компонентов.
Очистка.
Восстановление.

Используется металлотермия, электролиз, плавка.

На тугоплавкую группу воздействуют методами порошковой металлургии.

Редкоземельные металлы « разлучают » экстракцией. Катализаторами выступают ионообменные процессы и органические растворители.

Где используются

В отличие от других сегментов промышленности, металлургия «менее привычных» элементов кризисы переносит спокойно. Это закономерно: материал добывается ограниченными партиями, дорогой, всегда востребован.

В чистом виде не используется: слишком накладно. Только как компонент сплавов либо легирующая добавка.

Традиционные сферы

Области использования редкостного материала:

Это также сплавы для нужд космического и оборонного комплекса (орудия, снаряды), взрывчатые вещества.

Новые направления

В новом тысячелетии на первый план вышло использование лития как материала компактных мощных батарей-аккумулятров и магнитов:

Батареями-аккумуляторами снабжают электромобили, смартфоны, планшеты, другие гаджеты.
Магниты присутствуют в объектах «зеленой» энергетики (солнечные панели, ветряки), автомобилях с гибридным двигателем, мониторах.

Материал поколения 2.0 – магнитопласт. Из него делают мини-динамики, гибкие панели, рекламную «инфраструктуру».

Калифорний-282 востребован геологами, физиками-ядерщиками, медициной.

Стоимость

Цены редких элементов различны, но всегда высоки.

Так, самый дорогой химический элемент – калифорний-282. Грамм оценивают в $250 млн.

Читайте также: