Редкоземельные металлы для полупроводников
Обновлено: 01.06.2024
Отношения между Россией и США в очередной раз накалены до предела. Угрозы ввода санкций звучат практически ежедневно. Казалось бы, ничего нового. В условиях санкций Россия живет уже восемь лет. Но на этот раз ситуация более серьезная — Америка грозит прекратить поставки в Россию высокотехнологичного оборудования. Это не только смартфоны iPhone и процессоры Intel и AMD, но и прочая электроника, в которой используются чипы, выполненные по технологиям США. Следует понимать, что Америка лицензирует каждую свою разработку, в результате чего создать чип без применения американских технологий практически невозможно. Другими словами, после принятия санкций, поставки электронной продукции прекратят не только американский производители. Чем может ответить Россия в такой ситуации? Попросту обрушить производство полупроводников во всем мире. Дело в том, что Россия является основным поставщиком инертного газа неона и палладия, без которые используются для производства чипов.
Если США введут санкции против России, под угрозой может оказаться производство чипом во всем мире
Почему неон необходим для производства чипов
Современные процессоры изготавливаются методом фотолитографии. Суть данной технологии заключается в получении необходимого рисунка на светочувствительной пленке методом засвета через фотошаблон (маску). Для этого на кремниевую пластину вначале наносится фоторезист, то есть светочувствительная поверхность. Она меняет свои свойства, когда на нее попадает свет определенной волны.
Неон используют не только для изготовления светящихся вывесок, но и при производстве процессоров
Затем эта пленка засвечивается через маску с заданным рисунком при помощи ультрафиолетового газового лазера. В итоге на фоторезисте отпечатывается рисунок. А причем тут неон, спросите вы? Он является основным инертным газом в газовой смеси, которая обеспечивает необходимую длину волны лазера.
Таким образом, без неона не будут работать лазеры, необходимые для производства чипов. Кроме того, неон используется при производстве LCD-мониторов и телевизоров.
Где в России добывают неон
Неон представляет собой достаточно редкий газ, который не имеет цвета, запаха или вкуса, кроме того, он не вступает в химические реакции, то есть является инертным газом. Небольшое количество неона присутствует в воздухе, поэтому даже сейчас вы его вдыхаете.
Неон содержится в атмосфере
Надо сказать, что неон специально обычно не добывают. Он является одним из побочных продуктов, который образуется в результате сжижения и разделения воздуха в промышленности. Его получают в больших количествах на металлургических предприятиях России и Украины. Именно отсюда поставляется 90% неона для производства процессоров и микросхем. Причем большая часть газа поступает именно из России, а в Украине он только проходит очистку.
Для чего используют палладий
Палладий часто используется в транзисторах графического процессора вместе с танталом для увеличения объема памяти чипа. Кроме того, палладий и сплавы палладия применяют для покрытия контактов. Его использование обусловлено высокой износоустойчивостью, а также коррозионной стойкостью.
Палладий — драгоценный металл, который применяют для покрытия контактов
Кроме того, палладий в большом количестве используется в автомобилестроения. Он применяется в катализаторах, которые обеспечивают дожиг отработанных газов и очистку в соответствии с принятыми нормами. Поэтому даже на бюджетных автомобилях катализатор является дорогостоящей деталью.
Где в России добывают палладий
Палладий является одним из самых ценных металлов на земле. Он относится к платиновой группе, имеет серебристо-белый цвет. Крупнейшее его месторождение находится в Норильске. Палладий получают путем переработки сульфидных руд таких металлов, как никель, серебро и медь.
Россия добывает более половины от мировой добычи палладия. Правда США закупает его у разных стран — Канады, ЮАР, а также сами добывают на Аляске. Однако Россия покрывает 35% от потребностей страны. Поэтому, в случае наложения ответных санкций, это так же станет серьезной проблемой.
На нашем Яндекс.Дзен-канале вас ждет еще больше увлекательных материалов, которые небыли опубликованы на сайте.
Кроме палладия Россия также может перестать поставлять гелий, фтор и скандий. В результате это может стать серьезным ударом по производству смартфонов, автомобильных запчастей и даже ракет. С учетом того, что на рынке полупроводниковой продукции и так наблюдается дефицит, выпуск данной продукции может быть поставлен под угрозу. Таким образом без высокотехнологичной продукции может остаться не только Россия, но и весь мир.
Разумеется, если США все равно введут санкции, проблему с чипами в России остановка поставок сырья не решит. Собственные заводы должны быть построены только к 2030 году, причем на них будут производиться чипы по 16-нанометровому техпроцессу, который уже сейчас считается устаревшим. К примеру, компания Intel представила Core i9, созданный по 14-нанометровому техпроцессу еще в 2018 году. Поэтому остается надеяться лишь на то, что до введения санкция дело все же не дойдет.
Россия ограничила экспорт инертных газов до конца года
Россия прекращает экспорт инертных газов (upd: 02.06.2022)
Как мы и предполагали, Россия все же пошла на этот шаг и ограничила поставки всех инертных газов до конца 2022 года, о чем сообщают «Вести». Но, как известно, дьявол кроется в деталях. В данном случае эта деталь в слове “ограничила”. Оно означает, что Россия не исключает экспорт газов, необходимых для производства процессоров, но поставки возможны только по решению правительства, которое принимается на основании Минпромторга.
В переводе с дипломатического это означает, что поставки инертных газов возможны только в ответ на поставки необходимой для России микроэлектроники. Надо сказать, что мера стала вынужденной, ведь поставлять чипы в РФ отказался даже Тайвань по требованию США. Если быть точнее, TSMC сможет поставлять чипы с частотой не более 25 МГц.
Как мы сказали выше, с отечественными производителями микроэлектроники в России и так не сложилось. А сейчас еще и под санкции попали такие производители чипов, как “Байкал электроникс”, МЦСТ (известный как разработчик процессоров “Эльбрус”), НТЦ “Модуль” и другие.
Отсюда следует, что либо США придется пересмотреть свою санкционную политику, либо кризис на рынке микроэлектроники будет усугубляться. Какой вариант событий вам кажется наиболее реалистичным? Делитесь своими мыслями в комментариях.
На редкоземельной игле
Потребление редкоземельных металлов, или, как их называют специалисты, редких земель растёт достаточно бурно. В 1980 году в мире добывалось 25 тыс. т. К 2010 году эта цифра выросла в пять раз — 125 тыс. т в пересчёте на оксиды (принятая мера учёта). Годовой оборот рынка сегодня оценивается в 10 млрд. долларов и к 2015 году, по прогнозам экспертов, может вырасти вдвое. При современных темпах развития технологий через пять лет нам понадобится не менее 200–225 тыс. т РЗМ.
Так сложилось, что за последние 15–20 лет 95–97% всей редкоземельной продукции на глобальный рынок поставлял Китай. Осенью 2006 года Пекин поднял налоги на её экспорт. В августе 2010 года урезал экспортные квоты на 72%. А в течение 2011 года обещал сократить их ещё на 30%. В 2012–2014 году КНР планирует полностью прекратить вывоз РЗМ за рубеж, объясняя свои намерения истощением ресурсов, нарушением экологии и возрастанием внутренних потребностей. Решение китайских властей вызвало ажиотаж, если не сказать панику, на мировом рынке. Соответственно и цены на РЗМ подскочили на порядок.
ИСТОРИЯ КИТАЙСКОГО УСПЕХА
Экспансия Китая на рынок редких земель 30 лет назад, ещё в 1981 году, когда было открыто и освоено гигантское коренное бастнезитовое месторождение Баян-Обо, потенциал которого оценивался в 36 млн. т оксидов РЗМ. Для сравнения — все мировые запасы исчисляются 88 млн. т.
— Не знаю, миф это или правда, — рассказывает нашей газете начальник лаборатории отделения «Редкие металлы» ВНИИХТ, один из теперь уже немногих в нашей стране экспертов по редкоземельной продукции Андрей Селивановский, — но Ден Сяопину приписывают такие слова: «У нас нет нефти, зато у нас есть редкие земли».
И действительно, в КНР со всей серьёзностью подошли к добыче востребованного сырья. Это стало истинно народным делом.
— Однажды, в 1990‑х, наш институт посетил гость из Китая, — продолжает Андрей Селивановский, — и мы спросили, как у них обстоят дела с редкими землями. Он ответил: в нашей деревне неплохо. Оказалось, это была не шутка.
Некоторая доля суммарных редкоземельных концентратов была выведена из-под государственного контроля. Причина в том, что часть редкоземельных руд Китая — это, по сути, глины. Содержание целевого сырья в них очень мало, а сами глины рассредоточены по обширной территории. Промышленная переработка в этом случае нерентабельна. И вот что было придумано: в крестьянские дворы по всей стране завозились глина и необходимые реактивы, к примеру сульфат натрия и щавелевая кислота. Люди помещали глину в бочки, разводили водой, размешивали палкой или мотором, добавляли сульфат натрия, затем фильтровали раствор, засыпали в него щавелевую кислоту и собирали осадок солей РЗМ с чистотой около 75%. Эти соли сдавали на частные предприятия, естественно, за деньги. Там соли очищали от примесей и получали чистый суммарный редкоземельный концентрат в виде оксидов. Продукт сбывали государству. Разделение же суммарных концентратов на элементы полностью находилось в руках государства. Со временем заводы тоже перешли к частным владельцам, но контроль производства и жёсткое наблюдение за распределением по-прежнему осуществлялись сверху. Страна постоянно наращивала разделительные мощности, чтобы продавать за рубеж как можно больше дорогих отдельных элементов и как можно меньше дешёвого суммарного концентрата. Разница в цене между ними весьма значительная. Суммарные концентраты сегодня стоят в районе 40 долларов за килограмм, а раздельные редкоземельные элементы — от 30 долларов за килограмм самария до 10 тыс. долларов за килограмм лютеция.
С конца 80‑х годов прошлого века Китай регулярно поставлял всему миру редкие земли на самых выгодных условиях. В 90‑х благодаря демпингу Китая цены на сырьё упали в два-четыре раза. Дело и в том, что выделение редкоземельных металлов из породы — процесс не только дорогой, но и экологически «грязный», а в КНР про экологию и экологические законы тогда ещё никто толком не слышал. В результате из-за китайского демпинга большинство рудников со сравнительно высокой себестоимостью добычи повсеместно стали закрываться. В том числе, месторождение «Маунтин Пасс» (Калифорния, США), где запасы полезных компонентов составляли несколько миллионов тонн и которое с середины 60‑х до середины 80‑х оставалось основным источником редкоземельного сырья в мире. СССР, добывавший до 1986 года 8 тыс. т редких земель в год, не стал исключением. Прекратили деятельность разделительные заводы во Франции и Штатах. Китай превратился в почти полного монополиста — по добыче, обогащению, первичной переработке, сепарации с получением индивидуальных элементов и конечных соединений. А в последние годы страна ощутимо увеличила использование редких земель в собственных высокотехнологичных производствах.
— Если посмотреть на графики по добыче и использованию РЗМ в Китае, — подытоживает Андрей Селивановский, — можно увидеть, что к 2012–2014 году обе кривые должны сравняться. Экспорт сойдёт на нет.
Все эти годы и у нас, и на Западе некоторые специалисты продолжали настаивать на том, что редкие земли — стратегическое сырьё и что необходимо их производить самим. Однако данная сфера долгое время оставалась вне поля зрения большинства государств.
ЗАЧЕМ ОНИ НУЖНЫ
Редкие земли — это действительно стратегическое сырьё для любой крупной экономики. Например, выделение плутония из очень похожего по атомным свойствам урана происходит с помощью фторида лантана. В производстве монокристаллов для твердотельных лазеров (алюмоиттриевый, алюмогадолиниевый гранат) используется почти весь спектр редкоземельных элементов, и в первую очередь неодим, иттрий, церий, гадолиний и эрбий. Гадолиний, эрбий, диспрозий и европий благодаря уникальной способности поглощать нейтроны (высокому сечению захвата) добавляют в регулирующие стержни и в топливо для ядерных реакторов (уран-гадолиниевое и уран-эрбиевое). Например, доли процента эрбия могут продлить топливную кампанию на АЭС с трёх до пяти лет. Из этих же металлов делают специальные покрытия для защиты от радиации, используют в нейтронозахватной терапии для лечения запущенных раковых образований в головном мозге.
Редкие земли незаменимы в металлургии. Их смесь, так называемый мишметалл (сплав РЗМ, содержащий 45–50% Се, 20–25% La, 15–17% Nd и 8–10% других элементов), добавляется в сталь и абсорбирует паразитные элементы, такие как кислород, сера, фосфор. В результате сталь становится хладостойкой, жаропрочной, гибкой, улучшается её устойчивость к коррозии и вязкость. Также РЗМ используются для легирования титана, алюминия и других цветных металлов. Например, с помощью ввода иттриевой крошки на наноуровне в нержавеющую сталь во ВНИИНМ им. Бочвара в 2010 году сделали оболочки твэлов для БН‑1200, которые будут выдерживать немыслимые ранее нагрузки — температуру до 1,2 тыс. градусов и мощное облучение.
Из самария-кобальта и ниодима-железа-бора сегодня изготавливают постоянные магниты, значительно превосходящие старые бариевые и стронциевые магнитотвёрдые ферриты. Без редкоземельных магнитов сегодня немыслимо почти ни одно электронное устройство.
Полирит, то есть оксид церия, служит как для полировки обычных зеркал, так и для производства жидкокристаллических дисплеев и светочувствительных стёкол, полировки оптических линз и драгоценных камней. Что же касается добавки РЗМ в состав оптических линз, то именно за счёт них появляются уникальные свойства селективного пропускания и высокого коэффициента преломления. РЗМ востребованы как катализаторы для оптимизации выделения из нефти светлых нефтепродуктов.
Редкие земли используются в люминофорах, компонентах аудиосистем, в качестве маркеров в медицине. Ими легируют кремний для полупроводников. Кроме того, установлена закономерность — чем «выше» технология, тем больше для её применения нужно РЗМ. Так, для одного гибридного автомобиля, соответствующего последним европейским экологическим стандартам, требуется уже около 10 кг редкоземельных металлов — в основном в моторе и в аккумуляторной батарее. В общем, современное мировое сообщество, учитывая его страсть к инновациям, крепко сидит на редкоземельной игле.
СТАРЫЕ НОВЫЕ КОПИ
Теоретически выхода два: слезть с иглы либо уничтожить монополию Китая. Отказываться от достижений современной науки — солнечных батарей, мобильных телефонов и компьютеров, никто не собирается. Так что практически выход один: возродить добычу и производство РЗМ во всём мире. И хотя процесс обещает быть длительным и очень дорогим (по экспертным оценкам возрождение редкоземельной индустрии потребует 10 лет и десятков миллиардов долларов вложений), именно этим сегодня в экстренном режиме занимаются многие государства. Американцы в прошлом году создали специальный консорциум, среди задач которого лоббирование в Конгрессе и правительстве необходимости срочной реанимации промышленного комплекса РЗМ. США не только восстанавливают месторождения на территории страны, но и вне её. Так, компания Less Common Metals планирует запустить работы на законсервированном в 1963 году руднике Стинкапмскраль (ЮАР), бывшем в своё время мировым лидером по добыче тория.
Добавим, что в основном возрождение собственной редкоземельной промышленности в развитых странах сегодня поддерживается государственными инвестициями.
ШАНС ДЛЯ РОСАТОМА
— 20 лет назад редкоземельный комплекс СССР занимал третье место в мире по производству и второе место по запасам, — сказал в конце декабря директор ОАО «ВНИИХТ» Геннадий Сарычев, выступая на одном из совещаний в Росатоме, — полностью обеспечивая потребности внутреннего рынка и экспорта. В 1990 году было произведено 8,5 тыс. т РЗМ, при этом 5,5 тыс. т выдали предприятия Минсредмаша. Внутри страны потреблялось порядка 5 тыс. т. В настоящее время указанное производство отсутствует, а все потребности страны удовлетворяются за счёт импорта. Однако ОАО «ВНИИХТ» сохранило все необходимые компетенции, технологии и кадры и способно взять на себя технологическое лидерство по вскрытию руд, выщелачиванию и разделению суммарных концентратов РЗМ с получением групповых и индивидуальных элементов.
Добавим, что в 2010 году вышло распоряжение Росатома по подготовке тематической федеральной целевой программы. ВНИИХТ, как ведущий НИИ в области РЗМ, активно работает этом направлении. В результате, если у всех всё получится, Россия вообще и Росатом в частности могут превратиться в одного из крупнейших поставщиков редкоземельной продукции в мире. Не было бы, как говорится, счастья…
— Доля редкоземельных металлов в промышленной продукции, — говорит Андрей Селивановский, — мала. Вторичная переработка и извлечение РЗМ из отходов производства в основном низкорентабельно. Остаются руды.
В мире для добычи редких земель используются специальные руды. Особенность минерально-сырьевой базы России в том, что чисто редкоземельных руд у нас нет. Есть комплексные, в которых, в том числе, содержатся РЗМ.
Единственным источником сырья в настоящее время является месторождение «Ловозеро» на Кольском полуострове, где добываетсяч минерал лопарит, который затем отправляется на переработку в Соликамск. Там из лопарита извлекают тантал, титан и ниобий. Затем редкоземельный остаток дезактивируется и направляется в Эстонию для получения индивидуальных редкоземельных элементов. И только небольшая часть попадает на наш Чепецкий механический завод, в город Глазов. Если построить новое разделительное производство (его в России нет), то весь цикл можно восстановить.
Правда, остаётся ещё один очень важный вопрос — кадровое обеспечение этой деятельности. Специалисты по редким землям в России есть, но их крайне мало. Впрочем, тема кадрового дефицита сегодня актуальна практически для всех отраслей отечественной промышленности.
РЕСУРСЫ ЕСТЬ
Что же касается потенциального сырья, его в России достаточно: запасы РЗМ составляют 30% от мировых, то есть второе место по разведанным запасам и первое по прогнозным. РЗМ учтены в рудах 14 месторождений, причём преобладающая часть (60,2%) находится в апатит-нефелиновых рудах Кольского полуострова, при переработке которых РЗМ не извлекаются. Остальные запасы относятся к лопаритовым рудам Ловозёрского месторождения (14,2%), редкоземельно-апатитовым рудам Селигдарского месторождения в Якутии (22,8%) и, как попутные компоненты, редкометалльным рудам Улуг-Танзекского и нефтеносным песчаникам Ярегского месторождения.
— Месторождения в республике Саха очень перспективные, — говорит Андрей Селивановский, — но расположены они за полярным кругом, и строительство там комбината обойдётся в гигантскую сумму.
Месторождение на территории Якутии уникальное. Содержание редких земель в его рудах достигает феноменальных показателей в 12%. При этом разведанные запасы руды составляют 150 млн. т, а прогнозные едва ли не больше всех мировых. Более того, эти руды в значительных количествах содержат редкие металлы, в частности большие концентрации (около 5%) ниобия.
— А вот апатиты Кольского полуострова близко, и они вовсю используются, — продолжает мой собеседник, — из них делается лучшее в мире удобрение. По одной из технологий для получения из апатитов удобрений используется азотная кислота. При растворении в ней апатитов, процентов 80 редких земель переходят в раствор вместе с фосфором. И пропадают в полях. Но есть метод, мы принимали участие в его разработке, при котором после небольших изменений процесса переработки апатитов в удобрения можно организовать извлечение редких земель.
По другой технологии удобрение из апатитов делается посредством растворения в серной кислоте. При этом редкие земли в раствор не переходят, а остаются в отвале, который называется фосфогипсом и образует целые горы. На одном Воскресенском заводе фосфогипса 10–12 млн. т. Однако извлечь редкие земли из него куда сложнее, чем из раствора апатита в азотной кислоте. Это можно сделать, только если государство начнёт финансировать уничтожение отвалов фосфогипса. Заметим, что в апатите элементов среднетяжёлой подгруппы уже 8–9%, что совсем неплохо по мировым стандартам.
Ресурс редкоземельных металлов у России есть, находится он недалеко и уже разрабатывается. Осталось построить разделительное производство, войти в цепочку по переработке апатитов и можно восстановить своё третье место в мире по производству РЗМ.
Уникальные свойства редкоземельных металлов и их значение для отечественной промышленности в условиях неопределенности
Основной спрос на РЗМ генерируется технологически развитыми странами: Китай (54%), Япония и Южная Корея (24%), Европейские страны (13%) и США (8%). Тем временем предложение РЗМ на мировом рынке ограничено: 97% рынка приходится на поставки из Китая. Благодаря своим сырьевым запасам, низким экологическим требованиям и дешевой рабочей силе, Китай на протяжении 15 лет поставлял РЗМ на мировой рынок по демпинговым ценам, что приводило к нерентабельности производства РЗМ где-либо за пределами Китая. Поэтому цены на данном рынке подвержены значительным колебаниям и определяются в зависимости от экспортных квот Китая.
Так, в 2010 г. Китай резко сократил экспорт РЗМ и заявил о намерении полностью прекратить экспорт РЗМ к 2015-2016 г, в связи с ростом их внутреннего потребления. В результате, в 2011 г. цены на мировом рынке РЗМ выросли в 5-10 раз. В 2012 г. под угрозой принятия санкций ВТО, Китай частичного восстановил экспортные поставки РЗМ, что отразилось на снижении цен до привычного уровня. Дальнейшее развитие ситуации на рынке прогнозируется в таком же неблагоприятном ключе в силу физической нехватки РЗМ на мировом рынке. Перед странами мира встала серьезная проблема обеспечения своих национальных экономик редкоземельными металлами. В странах-потребителях РЗМ, таких как США и Австралия, были приняты экстренные меры по развитию научно-технологической базы для получения РЗМ, в результате чего к 2020 г. доля Китая на рынке РЗМ должна сократиться в два раза.
С целью «удовлетворения потребностей отечественного оборонно-промышленного комплекса, гражданских отраслей экономики и выхода на зарубежные рынки», как отметил в своем выступлении заместитель Министра промышленности и торговли Российской Федерации Глеб Никитин, в России была разработана программа «Технологии редких и редкоземельных металлов», также на данный момент разработана программа «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности на период до 2020 года», в которую входит подпрограмма «Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов».
На сегодняшний день Россия занимает второе место после Китая по балансовым запасам РЗМ, которые оцениваются в 28 млн. тонн оксидов, что делает нас серьезным игроком на мировом рынке в перспективе. Прогнозные ресурсы России составляют 5,2 млн. тонн и являются крупнейшими в мире. Российские запасы РЗМ сосредоточены в 16 месторождениях. Из них наибольший интерес вызывают: Ловозерское лопаритовое месторождение, Томторское месторождение и Хибинская группа месторождений апатитовых руд.
Однако, вследствие низкого содержания РЗМ в рудах, их извлечение чаще всего признается нерентабельным. К тому же на внутреннем российском рынке спрос на РЗМ до настоящего времени был не высок, всего около 2 тыс. тонн/год (2-3% от мирового потребления) и генерируется лишь двумя потребителями: госкорпорацией «Ростехнологии» и предприятиями оборонно-промышленного комплекса. Это лишний раз свидетельствует о техническом отставании ряда отраслей промышленности России от мирового уровня развития. В результате, на сегодняшний день РЗМ в России практически не добываются. В незначительных объемах (менее 2 тыс. тонн) добыча идет на Ловоозерском месторождении, вся продукция которого идет на экспорт в силу отсутствия в России предприятий промежуточного передела. Существующий внутренний спрос полностью удовлетворяется за счет импортных поставок РЗМ из Китая. В свете сложившейся ситуации на мировом рынке РЗМ, такая зависимость от китайского импорта является фактором риска для национальной безопасности и развития отечественной промышленности.
Поэтому поставленная задача обеспечения российской экономики РЗМ является стратегической. В рамках разработанной Госпрограммы предполагается освоение месторождения РЗМ Томтор в Якутии уже с 2015 г., что стало возможным в результате развития отечественных технологий и инноваций (руды Томтора радиоактивны). В программе предполагается участие двух крупных государственных корпораций – «Ростехнологии» и «Росатом».
Томторское комплексное редкометальное месторождение находится на северо-западе Республики Саха (Якутия) Российской Федерации, в пределах Оленекского улуса, в 400 км к югу от побережья моря Лаптевых, на водоразделе рек Уджа и Чима-ра. Практическая значимость нового типа руд Томтора определяется набором, колоссальными запасами и уникальными концентрациями ниобия (Nb), иттрия (Y), скандия (Sc) и тербия (Tr). Руды участка первоочередной отработки при планировавшихся незначительных объёмах добычи хватит более чем на 100 лет эксплуатации при окупаемости основных фондов предприятия от 4 до 7 лет. Объём кондиционных руд участка Буранный, подсчитанный по бортовому содержанию Nb2O5 1%, составляет колоссальную цифру 42,7 млн. т. На государственный баланс поставлены запасы нового геолого-промышленного типа по категориям В+С, предназначенные для открытой отработки по бортовому содержанию Nb2O5 3,5% и предельном коэффициенте вскрыши 3,5 м/м3 в объёме около 1,2 млн. т. Таким образом, на сегодняшний день Томторское месторождение по праву является лидером среди редкометалльных гигантов. По запасам и концентрациям Nb2O5 и TR2O3 , оно превышает все известные мировые аналоги и является уникальным. Так, месторождение Араша (Бразилия), дающее более 80% мировой добычи ниобия, содержит руды с концентрациями 2,5% Nb2O5, а в крупнейшем редкоземельном месторождении Bayan Obo (Китай) содержатся руды с концентрациями TR2O3 около 10%.
Содержания в балансовых рудах Томторского меторождения составляют следующие элементы: Ниобий: Nb2O5 - 6,71%; Иттрий: Y2O3 - 0,595%; Скандий: Sc2O3 - 0,048%; Тербий: Tr2O3 9,53%.
В настоящее время свойства и возможности этих элементов по достоинству оценены авиастроением, машиностроением, радиотехникой, химической промышленностью, ядерной энергетикой.
В свою очередь Ниобий нашел свое применение в производстве контейнеров для хранения радиоактивных отходов или установок по их использованию. Легированная ниобием сталь приобретает высокие антикоррозионные свойства и не теряет своей пластичности. Он увеличивает прочность таких металлов, как титан, молибден, цирконий, и одновременно повышает их жаростойкость и жаропрочность. Из ниобийсодержащих сплавов и реже из листового ниобия иногда делают аппаратуру для производства высокочистых кислот. Способность ниобия влиять на скорость некоторых химических реакций используется, например, при синтезе спирта из бутадиена. Из ниобийсодержащих сплавов и чистого ниобия сделаны некоторые детали ракет и бортовой аппаратуры искусственных спутников Земли.
Ценность Скандия заключается в сочетании легкости и высокой теплостойкости, а также прекрасных прочностных характеристиках, значительной химической и коррозионной стойкостью. Некоторые части самолета МИГ-29 сделаны из сплава алюминия со скандием. Иодид скандия используется для производства осветительных элементов, а именно добавляется в ртутно-газовые лампы, производящие очень правдоподобные источники искусственного света, близкого к солнечному, которые обеспечивают хорошую цветопередачу при съёмке на телекамеру. Оксид скандия используется в производстве супер-ЭВМ (ферриты с малой индукцией). Радиоактивный изотоп Sc-46 (период полураспада 83,83 сут.) используется в качестве «метки» в нефтеперерабатывающей промышленности, для контроля металлургических процессов, и лечения раковых опухолей. Изотоп скандий-47 (период полураспада 3,35 сут.) один из лучших источников позитронов.
Другой элемент - Иттрий и его некоторые сплавы не взаимодействуют с расплавленным ураном и плутонием, что позволяет применять их в ядерном газофазном ракетном двигателе. Напыление (детонационное и плазменное) иттрия на детали двигателей внутреннего сгорания позволяет увеличить износостойкость деталей в 400-500 раз по сравнению с хромированием. Хромит иттрия – это материал для лучших высокотемпературных нагревателей сопротивления способных эксплуатироватся в окислительной среде (воздух, кислород). «Иттрий-локс» – твердый раствор двуокиси тория в окиси иттрия. Для видимого света этот материал прозрачен, как стекло, но также он очень хорошо пропускает инфракрасное излучение, поэтому его используют для изготовления инфракрасных «окон» специальной аппаратуры и ракет, а также используют в качестве смотровых «глазков» высокотемпературных печей.
Тербий используется в основном в виде оксидов в люминофорах, частично во флуоресцентных лампах, а также как высокоинтенсивный излучатель зеленого света в проекционных телевизорах. Оксид тербия эффективнее реагирует с рентгеновским возбуждением, и кроме того используется как рентгеновский люминофор. Соединения Тербия также используют в магнитооптической записи фильмов, для производства керамики и стекла и в качестве легирующей добавки в полупроводниковых приборах.
Таким образом, Госпрограмма позволит сформировать и создать целую отрасль, которая обеспечит поставку необходимых материалов для авиации, космоса, атомной промышленности и радиоэлектроники, которая на сегодняшний день практически на 100% зависит от импортных материалов. Необходимость и значимость данной программы заключается, прежде всего, в обеспечении стабильности именно этих отраслей промышленности, что повысит инновационность производства и позволило бы России представить на мировой рынок отечественную наукоемкую продукцию самого высокого качества с высокой добавленной стоимостью. В условиях складывающейся на сегодняшний день ситуации и ввода экономических санкций первостепенным является снижение уровня импортзависимости и решение задачи перевода на внутреннее обеспечений передовых отраслей промышленности и военной отрасли отечественной продукцией.
Как редкоземельные металлы используются в электронике и технике
Редкоземельные металлы составляют группу из 17 элементов. Они нашли свое применение во многих технических изделиях, включая смартфоны, бытовую технику (телевизоры, компьютеры, объективы фотоаппаратов), электромобили, ветровые турбины, медицинскую и военную технику. Некоторые из этих элементов очень редкие, другие распределены в небольших количествах по разным уголкам мира. Главная проблема редкоземельных металлов в том, что их добыча является экологически опасной, а обработка весьма дорогостоящей.
Список редкоземельных металлов и их названия
К редкоземельным металлам (сокращенно — РЗМ) относят:
10) празеодим (Pr);
В iPhone содержится 8 различных редкоземельных металлов, в некоторых других смартфонах их насчитывается 16 (за исключением радиоактивного прометия). В мобильных устройствах они отвечают за яркость экрана (тербий и диспрозий), ударопрочность, отклик тачскрина и вибрацию (неодим и диспрозий). Редкоземельные металлы также присутствуют в микросхемах и динамиках. И это только небольшая сфера их использования.
Применение редкоземельных металлов в технике
Выше мы разобрали, что такое редкоземельные металлы. Теперь рассмотрим вопрос о том, как они используются в технике и электронике.
• Неодим требуется в производстве мощных магнитов для жестких дисков и динамиков. Также находит применение в электромобилях и ветровых турбинах.
• Лантан применяется в фотокамерах и телескопических объективах, студийном освещении и кинопроекции, в аккумуляторах и водородных хранилищах.
• Церий необходим в автомобильных каталитических нейтрализаторах: он дает им возможность работать при повышенных температурах. Помимо этого, играет ключевую роль в конвертерных химических реакциях, а также в переработке сырой нефти.
• Празеодим нужен для разработки усиленных металлов и стекол, авиационных двигателей и защитных масок для сварщиков и стекольников.
• Гадолиний используется в дисплеях, рентгеновских системах и МРТ-аппаратуре.
• Иттрий, тербий и европий требуются при создании дисплеев телевизоров и компьютеров, энергоэффективных лампочек и люминесцентных ламп, а также для создания стержней управления реакторами.
Помимо индустрии электроники в значительной степени от редкоземельных металлов зависят еще две отрасли — электрический автопром и ветроэнергетика. Компания Tesla создает двигатели с постоянными магнитами на основе неодима и празеодима.
Электродвигатели с содержанием редкоземельных металлов отличаются легкостью, мощностью и экономно расходуют заряд.
Согласно исследованию Argonaut, в электроавтомобилях используется на 1 кг больше редкоземельных магнитов, чем в авто с традиционным двигателем внутреннего сгорания.
В ветроэнергетике также огромным спросом пользуются неодим и празеодим. Как ожидается, спрос на эти металлы в течение следующих лет увеличится в 2,5 раза.
В 2016 году Россия импортировала до 90% редкоземельных металлов. Теперь курс изменился: к 2020 году РФ намерена отказаться от их импорта вовсе.
Каковы экологические последствия добычи редкоземельных ископаемых?
Добыча редкоземельных металлов отрицательно сказывается на экологии. Она провоцирует выброс в атмосферу как токсинов, так и углерода. Большая часть шахт, ведущих добычу редкоземельных металлов, расположена в Китае. Страна исторически ограничивает экспорт ископаемых в ущерб производству других стран. В настоящее время горнодобывающая промышленность Китая сосредоточена в руках шести правительственных организаций.
До 2012 года стоимость редкоземельных металлов росла. Затем производители техники стали использовать альтернативные материалы в том числе и потому, что затраты на добычу РЗМ очень высоки. Однако в 2016 году цены на редкоземельные металлы снова подскочили из-за спроса со стороны автопромышленности и ветроэнергетики.
Можно ли ограничить их добычу?
Да. Одним из решений является восстановление и переработка бытовой электроники. Другим вариантом считаются модульные смартфоны, которые позволяют заменять отдельные устаревшие компоненты для более новые, не меняя само устройство. Старые компоненты могут быть переработаны или утилизированы. Но в настоящее время только 10% смартфонов отправляется на переработку. Рециркуляция редкоземельных металлов осложняется еще и тем, что их трудно извлечь из техники. Отсюда следует, что спрос на них в технологической индустрии закончится не скоро. Ученые продолжают поиски альтернатив этим достаточно дорогим ресурсам. Чем быстрее найдутся подходящие аналоги, тем будет лучше для экологии.
Цены на редкоземельные металлы, дефицит чипов и торговые войны: стоимость гаджетов будет только расти
В начале этого года мы писали о том, что Китай планирует начать ресурсную войну в отношении США. Это должно было стать ответом КНР на санкции Соединенных штатов. Пока что открытой и активной войны нет, хотя предпосылки были, но, возможно, ресурсная война и не потребуется. Дело в том, что за последние несколько месяцев резко повысились цены на редкоземельные металлы.
Стоимость ресурсов — крайне мощный ценовой фактор для всей индустрии производства электронных компонентов и гаджетов. Их стоимость и так постепенно увеличивается, а сейчас игроки рынка ожидают уже не плавного, а скачкообразного роста цен буквально на все.
Насколько все сложно?
Ситуация весьма серьезная. За год стоимость сплава празеодима с неодимом, который используется для производства динамиков для Amazon и Lenovo, выросла вдвое. Валовая прибыль производителей аудиосистем для портативных устройств в результате снизилась сразу на 20%. Это весьма чувствительно для любой компании, но худшее, насколько можно понять, еще впереди.
Празеодим и неодим применяются для создания магнитов с формулой NdFeB. Они применяются везде и всюду, от тех же динамиков до медицинских устройств и электродвигателей.
Рост цен спровоцирован не дефицитом самих ресурсов, хотя и этого вполне можно ожидать в ближайшее время, а увеличением спроса на электронику и электротранспорт. Еще один активный потребитель редкоземельных металлов — военная отрасль. Показательный пример — сверхсовременный самолет F-35. Для его производства используются самые современные материалы. Если ограничить их поставку в США, то, скорее всего, выпускать самолеты не получится — ну, или возникнут большие задержки. Производит самолет компания Lockheed Martin, и, по ее данным, для каждого F-35 требуется 417 кг редкоземельных элементов. И не руды, конечно, а именно готовых элементов.
Китай — единственная страна, у которой есть полный цикл получения редкоземельных металлов — от их добычи до получения чистого металла. КНР принадлежит, по разным оценкам, от 60% до 85% глобального рынка редкоземельных элементов. В любой момент страна может начать жестко контролировать цепочку поставок — в этом случае даже сложно сказать, насколько высоко поднимутся цены.
Дорожает и оксид неодима, который использутся в зеленой энергетике, в частности, в производстве ветряных турбин. С начала года стоимость ресурса выросла на 21,1%.
Китайские компании, которые участвуют в цепочке добычи и получения редкоземельных металлов, вовсе не против повышения цен — это позволяет получать им сверхприбыли. Ну а поскольку Китай, фактически, монополист, то и делает что хочет. США обвиняют страну в намеренном повышении цен на ценные ресурсы, но это пока только слова — новые санкции против компаний из Поднебесной Америка, видимо, вводить пока опасается. Ответом может быть новый скачок цен, с которым вряд ли что можно будет сделать.
Увеличиваются и цены на обычные металлы, включая медь, олово, алюминий, никель и другие. Пока что производители, в цикле которых используются эти и другие металлы, сдерживают рост цен, но в ближайшем будущем ситуация может выйти из-под контроля.
Повышение цен на электронные компоненты
Еще один серьезный фактор роста цен — повышение стоимости электронных компонентов. Цены поднимают крупнейшие производители чипов, включая TSMC, Samsung Foundry, GlobalFoundries, SMIC, UMC и другие компании. Все это приводит к увеличению цен на конечную продукцию — ноутбуки, смартфоны, серверное оборудование, автомобили и т.п.
Эксперты прогнозируют, что через пару лет стоимость некоторых чипов вырастет на треть. А это означает активный рост цен электронных устройств.
У большинства производителей таких девайсов маржа и так минимальная. Дальнейшее повышение цен приведет к тому, что компании начнут пересматривать ценовую политику — понятно, что не в пользу покупателей. Краткосрочная волатильность — не особенная проблема, но цены будут увеличиваться и в долгосрочной перспективе.
Еще одна проблема — переход на новые техпроцессы. Так, TSMC и Samsung активно осваивают производство 7-нм и 5-нм чипов. Они в 2-3 раза дороже, чем чипы предыдущих поколений, просто потому, что дороже обработка пластин для производства новых чипов.
И с этим ничего не поделать — ведь спрос на ноутбуки, смартфоны и прочее электронное оборудование постепенно растет. Причина — как пандемия, так и другие факторы.
Что из всего этого следует?
Главный вывод понятен — все будет дорожать, снижения цен, которое эксперты прогнозировали еще несколько месяцев назад, не будет. Расти будут цены буквально на все, но особенно заметно будет увеличение стоимости топовых девайсов.
Спрос на них будет увеличиваться, но не особенно активно — все же у покупателей есть какой-то предел, выше которого они пойти не могут. Вместо бурного роста спроса на hi-end девайсы фокус интереса покупателей может сместиться на средний ценовой сегмент или даже на бюджетные устройства.
Более того, производители электроники, которые не смогут покупать дорогие чипы, вернутся к закупкам компонентов предыдущих поколений. Подобное уже наблюдалось во время роста цен на криптовалюты и повышения цен графических адаптеров, а также увеличения стоимости чипов памяти DDR4. Некоторые производители просто вернулись к DDR3 и DDR2, так что поставщики этих компонентов даже стали запускать новые производственные линии для вроде как морально устаревших элементов.
Но и это не все. Сейчас появился еще один негативный фактор — поддельные чипы, а также откровенно некачественная продукция, происхождение которой сложно отследить. «Если на следующей неделе вам нужно найти 5000 компонентов или вам придется закрыть линию производства, то вы в любом случае снизите требования к поставляемым компонентам. Поставщики электронных систем просто не успевают верифицировать всю цепочку поставок или проверить оригинальность чипов», — заявляют представители компании CALCE, которая занимается анализом поставок поддельных электронных компонентов.
В общем, в итоге мы можем получить дорогую электронику, которая, к тому же, будет еще и не особенно надежной. Остается надеяться на то, что представители индустрии все же смогут найти какой-то выход из сложившейся ситуации. Правда, надежда на это не слишком большая.
Читайте также: