Андрей Смирнов
Время чтения: ~19 мин.
Просмотров: 0

Добыча и месторождения редкоземельных металлов

История[править]

В 1794 году финский химик Юхан Гадолин, исследуя рудные образцы вблизи шведского местечка Иттерби, обнаружил неизвестную до того «редкую землю», которую назвал по месту находки иттрий. Позже, немецкий химик Мартин Клапрот разделил эти образцы на две «земли», для одной из которых он оставил имя иттрий, а другую назвал церий (в честь недавно открытой малой планеты Церера и по имени древнегреческой богини Цереры). Немного спустя, шведский ученый К. Мосандер сумел выделить из того же образца еще несколько «земель». Все они оказались оксидами новых элементов, и получили название редкоземельные металлы. Совместно, к 1907 году химики обнаружили и идентифицировали всего 14 таких элементов. На основе изучения рентгеновских свойств всем элементам были присвоены атомные номера от 57 (лантан) до 71 (лютеций), кроме 61. По возрастанию атомного веса они расположились следующим образом:

ZИмяЭтимология
57LaЛантанот греч. «скрытный»
58CeЦерийв честь Цереры
59PrПразеодимот греч. «зеленый близнец», из-за зеленой линии в спектре
60NdНеодим«новый близнец»
61PmПрометийот имени мифического героя Прометея, похитившего у Зевса огонь и передавшего его людям.
62SmСамарийпо имени минерала самарскит, где тот был обнаружен
63EuЕвропийв честь Европы
64GdГадолинийв честь Иохана Гадолина
65TbТербийв честь Иттербийского месторождения
66DyДиспрозийот греч. «труднодоступный»
67HoГольмийв честь Стокгольма
68ErЭрбийв честь Шведского города Иттерби
69TmТулийот старого названия Скандинавии
70YbИттербийв честь Шведского города Иттерби
71LuЛютецийот древнеримского названия Парижа

Вначале, ячейка под номером 61 была незаполненной, в дальнейшем это место занял прометий, выделенный из продуктов деления урана и ставшим 15-м членом этого семейства.

Происхождение названияправить

Название «редкоземельные» дано в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре (содержание (1,6-1,7)×10−2% по массе) и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды (такие оксиды в начале XIX века и ранее назывались «землями»).

Название «редкоземельные элементы» исторически сложилось в конце XVIII — начале XIX века, когда ошибочно считали, что минералы, содержащие элементы двух подсемейств, — цериевого (La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — редко встречаются в земной коре. Однако по запасам сырья редкоземельные элементы не являются редкими, по суммарной распространенности они превосходят свинец в 10 раз, молибден — в 50 раз, вольфрам — в 165 раз.

Об альбоме

Этот альбом можно назвать новым лишь условно, так как в него включены редкие и никогда не издававшиеся песни.

Открывает альбом инструментальная композиция «Война человечков», написанная группой «Мумий Тролль» во время работы над саундтреком к фильму «Незнайка и Баррабасс».

«Смог» является самой молодой и, наверное, единственной песней, специально написанной для этого альбома. Она задумывалась как «музыкально-художественная притча о Долге, Мире и Женщинах, что всегда ждут любимых». На песню был снят видеоклип, идея которого родилась в Кронштадте и премьера которого состоялась 23 февраля, в День защитника Отечества.

Дальше в списке композиций следуют песни, написанные во время работы над альбомом «Точно Ртуть Алоэ». Это песни «Вечер» (сингл «Невеста»), «Другие места» (сингл «Моя певица»), «Масло» (сингл «Карнавала.нет» и «Девочкодруг» (сингл «Без обмана»).

«Вечер» была написана Ильёй Лагутенко как дань уважения Владивостоку — городу, в котором он вырос, в котором он многое познал и который сделал его таким, какой он есть.

Песня «Другие места» не попала в окончательный вариант альбома «Точно Ртуть Алоэ», но, тем не менее, её можно поставить в ряд с другим хитом Мумий Тролля — «Моя певица». «Другие места» являют ей органичный контраст благодаря своему надрывному звучанию и фантастическому гитарному соло — таким образом составляя слушателю своеобразную картину. Композиция неплохо бы подошла для какого-нибудь триллера в стиле Альфреда Хичкока, если бы такой был в природе.

Такая же своеобразная история есть и у песни «Девочкодруг». Изначально она была включена в список 13 композиций, которые должны были выйти в составе вышеупомянутого альбома «Точно Ртуть Алоэ». Но буквально в последний момент её заменили на песню «Без обмана», которая имела больше шансов стать потенциальным хитом. Тем не менее, «Девочкодруг» вошла в сингл к этой песне.

Песня «Шамора» названа в честь одноимённого пляжа, который благодаря группе Мумий Тролль стал известен всей России. Она была написана в 1996 году для альбома «Морская», но Илья Лагутенко решил не включать песню в альбом, посчитав её проходной и не самой удачной. Поэтому песня вошла в «Редкие земли» спустя 14 лет с новой аранжировкой.

Концерт-презентация альбома «Редкие земли» состоялась в Москве 30 апреля в ГлавClub (ДК Горбунова), а также и в Северной столице: 30 мая «Мумий Тролль» выступил в Петербургском ГлавClub’е.

Общероссийский тур был начат в октябре 2010 года и объединял 50 городов России и ближнего Зарубежья.

На обложке изображена работа китайского художника Рен Жи Тьен.

Партнёры

  • Выставка Металл-Экспо;
  • Форум поставщиков атомной промышленности Атомекс;
  • Конференция Актуальные вопросы добычи, производства и применения редкоземельных элементов в России (Томск)
  • Форум Арктика: настоящее и будущее (Санкт-Петербург);
  • Форум People Investor — Устойчивое развитие и глобальные вызовы современной России;
  • Кластерный саммит;
  • Композит-Экспо;
  • Международный форум «Инновационные материалы и технологии»;
  • ИМТЕХ, где была проведена конференция с участием ведущих институтов и компаний;
  • Саммит «Металлы России и СНГ»;
  • Информационные технологии на службе оборонно-промышленного комплекса (Саров);
  • Саммит Сильная Россия;
  • Форум Технопром (Новосибирск);
  • VIII Сибирская венчурная ярмарка;
  • Выставка Metall+Metallurgy (Пекин);
  • Первое российско-китайское экспо (Харбин);
  • Международный Военно-морской салон (Санкт-Петербург);
  • Форум инновационных технологий «Инфоспейс»;
  • Открытые инновации (форум)
  • Саммиты БРИКС/ШОС
  • Восточный экономический форум (Владивосток)
  • Петербургский экономический форум (Санкт-Петербург)
  • Красноярский экономический форум (Красноярск)
  • Форум Иннопром (Екатеринбург)
  • Международный форум «Атомэкспо»
  • Международная выставка лабораторного оборудования и химических реактивов «Аналитика-Экспо»
  • Международная научно-практическая конференция «Актуальные вопросы получения и применения РЗМ-2015» в институте «Гинцветмет»
  • Международная научно-практическая конференция «Рений, вольфрам, молибден-2016. Научные исследования, технологические разработки, промышленное применение» в институте «Гинцветмет»
  • OFFSHORE MARINTEC RUSSIA Междурнародная конференция и выставка по судостроению и разработке высокотехнологичного оборудования для освоения континентального шельфа (Санкт-Петербург)
  • Мероприятия РАСПП
  • RUSSIAN SPONSORSHIP FORUM
  • Гайдаровский форум
  • Международный военно-технический форум «Армия»
  • Конференция при поддержке Российского совета по международным делам
  • Международная конференция «Арктика: регион развития и сотрудничества»
  • Форум People Investor — Устойчивое развитие и глобальные вызовы современной России.
  • Рейтинг устойчивого развития городов Российской Федерации
  • Форум People Management ReForum «Winning The Hearts»
  • Выставка «Металлургия. Литмаш»
  • Семикон Россия
  • RAO/CIS OFFSHORE 12-я Международная выставка и конференция по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ
  • Форум «РосБиоТех»
  • Выставка АтомЭко
  • Нефть и газ/MIOGE
  • Выставка Russia Arms Expo
  • Конференция «Геологоразведка −2015»
  • Арктика: Освоение арктического шельфа шаг за Шагом
  • Дни Арктики в Москве
  • Национальный горнопромышленный форум
  • 7-й Международный молодежный научно-практический конгресс «Нефтегазовые горизонты»
  • Международная выставка оборудования и технологий для водоочистки, переработки и утилизации отходов Wasma-2015
  • Международный форум природоохранных технологий MIEF-2015

Особенности получения редкоземельных металлов

Извлечение редкоземельных металлов из земли в чистом виде не возможно. Это связано с их высокой химической активностью. В природных условиях они образуют многоатомные сложные соединения, входящие в состав горных пород. Всего на сегодняшний день известно около 250 минералов, содержащих в составе редкоземельные элементы. При этом не более 60 из них имеют промышленное значение. В остальных доля чистого металла составляет менее 5% и их переработка не рентабельна.

Металлы редкоземельной группы очень часто встречаются в одном и том же месторождении. Поэтому при поступлении сырья на завод редкоземельных металлов, сначала проводится исследование на процентное содержание различных элементов в минерале. Полученные результаты помогут определить, какой именно обработке подвергнуть сырье для получения максимальной экономической выгоды.

Получение редкоземельных металлов разделяется на несколько этапов. В первую очередь раскладывают на составные части сложные соединения. Для этого применяются реакции термического разложения. Они позволяют выделить двухатомные соединения металлов, которые подвергаются дальнейшей обработке. Наиболее часто проводят реакцию восстановления хлорида или фторида более активным металлом (кальцием, натрием, литием). Также используют процедуру электролиза, ионной хроматографии или экстракции.

Применение редкоземельных металлов охватывает многие отрасли промышленности. В стекольном производстве применяют оксиды лантана, церия, празеодима и неодима для повышения прозрачности стекла. Также при помощи металлов данной группы изготавливают термостойкие и невосприимчивые к воздействию кислоты стекла. Редкоземельные элементы входят в состав пигментов, применяемых в лакокрасочной промышленности. В автомобильном производстве лантан используется при производстве аккумуляторов для гибридных машин.

В военном деле вещества используются для изготовления взрывчатых веществ. На основе сплавов неодима, самария, иттрия, европия и эрбия производят сверхмощные постоянные магниты.Редкоземельные элементы в качестве присадок добавляют в некоторые виды сплавов для придания им необходимых свойств. В частности данные металлы придают материалу жаростойкость и повышенную защиту от воздействия коррозии. В чистом виде они практически не используются в виду своей дороговизны.

Рубрики

  • Обзор — короткие материалы о презентациях новейших технологий, выставках и форумах.
  • Персона — главный человек номера.
  • Тенденции — прогнозы и экспертные оценки всего, что происходит в сфере высоких технологий, международного партнерства и торговых связей.
  • Военно-промышленный комплекс — оборонная промышленность, высокотехнологичные разработки ОПК, технологии двойного назначения.
  • Технологии — высокие и инновационные технологии в гражданских разработках.
  • Ноосфера — спорные и общепринятые научные теории, гипотезы.
  • Русские земли — рассказ о русских землях, землях бывших когда-то русскими, или землях, которые могут стать русскими.
  • БРИКС — о самом молодом и динамично развивающимся международном сообществе.
  • Дискуссия — разговор о перспективах различных технологий, о их возможной пользе или вреде: новые мнения, подтверждение господствующих теорий.
  • Экология — высокие технологии способные спасти планету.
  • Инновации
  • Наука
  • Тайны нашей планеты
  • Словарь — образование и познание окружающего мира.

Применение

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 стёкол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стёкол. 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.

Потребление редкоземельных металлов в России сейчас составляет порядка 2000 тонн в год. Примерно 70% используется в электронике, несколько сотен тонн в год также необходимо для выпуска катализаторов для нефтепереработки, меньшее количество применяется при производстве магнитов и в оптике. В целом лишь около четверти редкоземельных металлов в России используется для производства продукции гражданского назначения, остальное — для выпуска изделий военно-технического назначения.
Основные потребители редкоземельных металлов в России — предприятия, входящие в структуру «Ростеха»: «Росэлектроника», Объединённая двигателестроительная корпорация», холдинг «Швабе» и т.д.

Механические свойства

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

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

Добыча

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

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

Получение

Существует несколько вариантов переработки минералов:

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

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

Интересные факты

Среди читателей журнала:

  • 72 % — высокообеспеченные и обеспеченные читатели;
  • 53 % — руководители и специалисты;
  • 46 % — от 25 до 44 лет;
  • 67 % — мужчины;
  • 33 % — женщины.

Журнал «Редкие земли» является

  • Дискуссионной площадкой для чиновников, ученых, производственников и предпринимателей.
  • Потенциальным деловым партнером для владельцев бизнеса; объективным информатором для управленцев и руководителей — того круга лиц, от которого зависит принятие решений, тактика и стратегия развития сегмента РЗМ.
  • Выступает в роли информационного координатора, занимает открытую и независимую позицию, ведет активную общественную и научно-просветительскую деятельность.

Борьба за месторождения

Эксперты считают, что за месторождения редкоземельных металлов будет идти такая же конкурентная борьба, как и за углеводороды.

В 2013 году британская частная компания SRE Minerals заявила, что на территории КНДР, в провинции Пхёнан-Пукто, находится одно из крупнейших в мире месторождений редкоземельных элементов. Компания подписала с северокорейским правительством соглашение о его разработке на 25 лет. Также предусмотрено строительство перерабатывающего завода. По предварительным оценкам, запасы РЗЭ в этом районе превышают 200 млн тонн. Стоимость таких объёмов сырья исчисляется триллионами долларов. 

Также по теме


Индустрия без подзаряда: почему взлёт цен на кобальт угрожает производству смартфонов и электрокаров

Производство электрокаров, смартфонов и высокотехнологичных гаджетов может оказаться под угрозой. Всё дело в стремительном удорожании…

В 2014 году несколько российских компаний, включая НПО «Мостовик», начали переговоры с властями КНДР о сотрудничестве. Российская сторона должна была взяться за модернизацию и реконструкцию железнодорожной сети КНДР, получив в обмен доступ к разработке полезных ископаемых в стране. Речь, в первую очередь, шла о добыче редкоземельных элементов и строительстве горно-обогатительных комбинатов. Совместный проект, в который планировалось вложить более $25 млрд, получил название «Победа».

Ещё один регион, располагающий большими запасами редкоземельных элементов, — Африка. Одна только ЮАР занимает шестое место в мире по запасам редкозёмов.

Такие сырьевые богатства не могли не привлечь иностранцев. В конце 2017 года британская компания Rainbow Rare Earths начала добычу редкоземельных элементов на руднике Gakara в Бурунди.

В 2016 году власти другой африканской страны, Зимбабве, предложили России сотрудничество в сфере добычи редкоземельных металлов. С такой инициативой выступил министр шахт и развития горно-рудной промышленности страны Уолтер Чидаква.

Однако и Россию, и другие страны на африканском континенте теснит Китай: Пекин уже давно активно развивает своё экономическое присутствие в Африке.

Ещё один регион, где могут столкнуться интересы крупных держав, — Афганистан. Эта страна — настоящая кладовая минерального сырья, включая редкоземельные металлы. Речь, в частности, идёт о празеодиме — этот металл применяют для улучшения свойств ряда сплавов и изготовления специальных стёкол. Также в Афганистане можно добывать церий, неодим, лантан и самарий. Работы по разведке афганских недр начали ещё советские специалисты, продолжили искать РЗЭ здесь уже американцы в 2000-х годах. 

  • Джелалабад, Афганистан
  • AFP

Недавно Дональд Трамп и президент Афганистана Ашраф Гани договорились о добыче редкоземельных металлов американскими компаниями на территории республики. Американский лидер решил поколебать монополию КНР на рынке редкозёмов, и развитие зарубежных проектов играет приоритетную роль в этой стратегии, считают эксперты.

Соглашение с Канберрой также закономерно для Вашингтона, ведь страны близки в политическом отношении, а Австралия располагает богатыми запасами природных ресурсов, включая РЗЭ.

Важную роль на рынке редкоземельных элементов играет и Казахстан, богатый разнообразными природными ресурсами. Как пояснил Бельчук, за право разрабатывать казахстанские месторождения борются компании из Японии, Южной Кореи, Китая.

Производство

История добычи, тысячи тонн, 1950—2000.

До начала 1990-х годов основным производителем были США. В 1986 году в мире произвели 36500 тонн оксидов редкоземельных металлов. Из них в США 17000 тонн, СССР 8500 тонн, Китай 6000 тонн. В 90-х годах в Китае происходит модернизация отрасли с участием государства. С середины 1990-х годов КНР становится крупнейшим производителем. В 2007—2008 годах в мире добывалось по 124 тыс. тонн редкоземельных элементов в год. Лидировал Китай, добывая до 120 тыс. тонн, Баян-Обо, компания Inner Mongolia Baotou Steel Rare-Earth. В Индии 2700 тонн, Бразилии 650 тонн. В 2010-х годах Китай проводит политику ограничения добычи и экспорта редкоземельных металлов, что стимулировало рост цен и активизацию добычи в других странах.

На конец 2008 года данные по запасам следующие: Китай 89 млн тонн, СНГ 21 млн тонн, США 14 млн тонн, Австралия (5,8 млн тонн), Индия 1,3 млн тонн, Бразилия 84 тыс. тонн.

В 2011 году японская группа обнаружила залежи редкоземельных руд на дне Тихого океана, проверив образцы грунта из 80 мест с глубин от 3.5 до 6 км. По некоторым оценкам, эти залежи могут содержать до 80-100 млрд тонн редкоземельных материалов. Концентрация элементов в руде оценивалась на уровне до 1-2,2 частей на тысячу для иттрия и до 0,2 — 0,4 частей на тысячу для тяжёлых РЗЭ; лучшие подземные месторождения имеют на порядок более высокую концентрацию.

В СССР и России

В СССР промышленная добыча редкоземельных металлов велась с 1950-х годов в РСФСР, Казахстане, Киргизии, Эстонии и Украине и достигала 8500 тонн в год. После развала СССР и промышленного коллапса производственные цепочки получения редкозёмов начали распадаться. Этому способствовала и относительная бедность руд основных месторождений.

В 2010 году Росатом и Ростех создали рабочую группу по редкоземельным элементам. В 2013 году Минпромторг принимает программу по развитию добычи редкоземельных элементов стоимостью 145 млрд руб. до 2020 года. В 2016 году обнуляется налог на добычу полезных ископаемых для редкоземельных элементов.

В 2014 году начинается освоение месторождения Томтор и строительство перерабатывающего завода на базе Краснокаменского гидрометаллургического комбината. Планируется начать производство полного цикла в 2020 году и добывать до 10 тыс. тонн разделённых оксидов редкоземельных элементов в год. В 2016 году на новгородском заводе компании Акрон запущен цех переработки апатитовых руд мощностью 200 тонн разделённых оксидов редкоземельных элементов в год. Планируется возобновить производство полного цикла мощностью до 3600 тонн разделённых оксидов на базе Соликамского магниевого завода в Пермском крае.

Список редкоземельных металлов и их названия

К редкоземельным металлам (сокращенно – РЗМ) относят:

1) церий (Ce);

2) диспрозий (Dy);

3) эрбий (Er);

4) европий (Eu);

5) гадолиний (Gd);

6) гольмий (Ho);

7) лантан (La);

8) лютеций (Lu);

9) неодим (Nd);

10) празеодим (Pr);

11) прометий (Pm);

12) самарий (Sm);

13) скандий (Sc);

14) тербий (Tb);

15) тулий (Tm);

16) иттербий (Yb);

17) иттрий (Y).

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.

Редакция

Учредитель, руководитель проекта и главный редактор — Черноба, Роксолана Андреевна.

Редакционный совет

  • Председатель: Михайлов Юрий Михайлович, академик РАН, Председатель научно-технического совета Военно-промышленной комиссии Российской Федерации, Заместитель председателя коллегии Военно-промышленной комиссии Российской Федерации;
  • Илькаев Радий Иванович, академик РАН;
  • Каблов Евгений Николаевич, академик РАН, Генеральный директор института ВИАМ, доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии;
  • Костюков Валентин Ефимович, Член НТС Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ, Директор Российского федерального ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ), доктор технических наук.
  • Садовничий Виктор Антонович, академик РАН, ректор Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Экспертный совет

  • Леонтьев Леопольд Игоревич, академик РАН;
  • Богоявленский Василий Игоревич, член-корреспондент РАН (г. Москва)
  • Мелентьев Гелий Борисович, (координатор совета) старший научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук;
  • Воробьев Александр Егорович, доктор технических наук, профессор;
  • Ларин Валерий Константинович, доктор технических наук;
  • Николаев Анатолий Иванович, член-корреспондент РАН;
  • Рихванов Леонид Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор;
  • Толстов Александр Васильевич, ведущий научный сотрудник, доктор геолого-минералогических наук;
  • Шешуков Олег Юрьевич, доктор технических наук, профессор;
  • Щипцов Владимир Владимирович, доктор геолого-минералогических наук, профессор.
  • Язиков Виктор Григорьевич, доктор технических наук, кандидат геолого-минералогических наук

Нахождение в природе

Как правило, редкоземельные элементы встречаются в природе совместно. Они образуют весьма прочные окислы, галоидные соединения, сульфиды. Для лантаноидов наиболее характерны соединения трёхвалентных элементов. Исключение составляет церий, легко переходящий в четырёхвалентное состояние. Кроме церия четырёхвалентные соединения образуют празеодим и тербий. Двухвалентные соединения известны у самария, европия и иттербия. По физико-химическим свойствам лантаноиды весьма близки между собой. Это объясняется особенностью строения их электронных оболочек.

Суммарное содержание редкоземельных элементов составляет более 100 г/т. Известно более 250 минералов, содержащих редкоземельные элементы. Однако к собственно редкоземельным минералам могут быть отнесены только 60 — 65 минералов, в которых содержание Ме2О3 превышает 5 — 8 %. Главнейшие минералы редких земель — монацит (Ce, La)PO4, ксенотим YPO4, бастнезит Ce[CO3](OH, F), паризит Ca(Ce, La)2[CO3]3F2, гадолинит Y2FeBe2Si2O10, ортит (Ca, Ce)2(Al, Fe)3Si3O12(O, OH), лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3, эшинит (Ce, Ca, Th)(Ti, Nb)2O6. Наиболее распространён в земной коре церий, наименее — тулий и лютеций. По правилам Комиссии по новым минералам и названиям минералов (КНМНМ) Международной минералогической ассоциации (IMA) минералы с большим количеством редкоземельного элемента (или близких к редкоземельным иттрия и скандия) в составе получают специальный суффикс, «уточнитель Левинсона», например, известны два минерала: гагаринит-(Y) с преобладанием иттрия и гагаринит-(Ce) с преобладанием церия.

Несмотря на неограниченный изоморфизм, в группе редких земель в определённых геологических условиях возможна раздельная концентрация редких земель иттриевой и цериевой подгрупп. Например, с щелочными породами и связанными с ними постмагматическими продуктами преимущественное развитие получает цериевая подгруппа, а с постмагматическими продуктами гранитоидов с повышенной щёлочностью — иттриевая. Большинство фторкарбонатов обогащено элементами цериевой подгруппы. Многие тантало-ниобаты содержат иттриевую подгруппу, а титанаты и титано-тантало-ниобаты — цериевую. Некоторая дифференциация редких земель отмечается и в экзогенных условиях. Изоморфное замещение редких земель между собой, несмотря на разницу в их порядковых номерах, обусловлено явлениями «лантаноидного сжатия»: с увеличением порядкового номера происходит достройка внутренних, а не внешних электронных орбит, в результате чего объём ионов не увеличивается.

Селективное накопление редкоземельных элементов в минералах и горных породах может быть обусловлено различиями в их радиусах ионов. Дело в том, что радиусы ионов лантаноидов закономерно уменьшаются от лантана к лютецию. Вследствие этого возможно преимущественное изоморфное замещение в зависимости от степени различия в размерах замещённых ионов редкоземельных элементов. Так, в скандиевых, циркониевых и марганцевых минералах могут присутствовать только редкие земли ряда лютеций — диспрозий; в урановых минералах преимущественно накапливаются минералы средней части ряда (иттрий, диспрозий, гадолиний); в ториевых минералах должны концентрироваться элементы цериевой группы; в состав стронциевых и бариевых минералов могут входить только элементы ряда европий — лантан.

Химические свойства

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

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

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

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

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации