Введение

Сегодня каждый из нас, часто не подозревая об этом, находится в зависимости от редкоземельных элементов (РЗЭ), используемых в производстве моторных топлив и мобильных средств связи, электродвигателей, кондиционеров и компьютеров, осветительных устройств и телевизоров, автомобилей и энергетических установок, в производстве магнитов, аккумуляторов, оптических волокон и мультимедиаустройств, в авиастроении, керамической и стекольной промышленности, в металлургии и военной технике разнообразного назначения. Поскольку редкоземельные элементы чрезвычайно важны в электронике, оптике, магнитных устройствах, сейчас без них невозможно представить большинства современных видов вооружения. Системы слежения и контроля с использованием редкоземельных лазеров и оптики, содержащие РЗЭ электронные компоненты, являются ключевыми элементами в устройстве беспилотников, ракет, управляемых артиллерийских снарядов и «умных» бомб. Средства связи, обнаружения, ночного видения, прослушивания и создания помех, дисплеи, радары и сонары, детекторы инфракрасного и радиационного излучения, микроволновые генераторы, исполнительные механизмы и многое другое созданы из компонентов на основе редкоземельных материалов.

Поскольку редкоземельные элементы в природе всегда встречаются вместе в тех или иных пропорциях, а используются, в основном, индивидуально, необходимость их тонкого разделения усложняет и удорожает технологию производства и отражается на цене. Поэтому не прекращаются попытки отказа от них или замены на более дешевые и доступные металлы. Однако, по мнению крупнейшего специалиста в этой области К. Гшнейднера, ждать быстрых успехов в исследовании возможности замены РЗЭ на другие более доступные элементы не приходится «из-за их уникальной электронной структуры и уникальных свойств 4/ электронных орбиталей». Часто невозможно заменить некоторые из лантаноидов даже другими членами этого семейства. Полный же отказ от использования, например, редкоземельных магнитов приведет к удвоению веса и размера компьютеров и ноутбуков, массы и, соответственно, расхода топлива в автомобилях и, конечно, не удовлетворит ни производителей, ни покупателей такой продукции.

В настоящем курсе мы будем рассматривать совместно с собственно редкоземельными металлами (РЗМ) еще иттрий и скандий, формально не являющиеся таковыми, но тесно примыкающие к ним в части многих свойств, сырья, технологии и областей применения. Еще совсем недавно, чуть более 50 лет назад, общемировое потребление редкоземельных элементов в форме металлов и химических соединений не превышало 2000 т/г. Новые научные достижения, вызвавшие бурное развитие техники, привели к небывалому прежде спросу на редкие металлы и редкоземельные в том числе. В результате их производство росло в среднем на 10 % в год и в настоящее время приближается к отметке 200 000 т/г, объем глобального рынка редкоземельной продукции достигает 4 млрд долл., а конечной потребительской продукции на основе редкоземельных элементов — около 5 триллионов. В начальный период роста (1964—1984 гг.) около 50 % мирового производства обеспечивало бастнезитовое месторождение Маунтин Пасс (США), но, начиная с освоения месторождения бастнезита Баян Обо и первых экспортных поставок в 1985 г., Китай быстро перехватил пальму первенства. Более того, ценовым давлением он вынудил свернуть деятельность крупнейших производителей этих металлов в США и других странах и в новом тысячелетии стал безоговорочным монополистом в производстве всего спектра редкоземельной продукции от сырья до конечных потребительских устройств. Плавный прежде рост цен приобрел характер, близкий к экспоненциальному, усугубившись мерами правительства КНР по реорганизации производства РЗМ, ужесточению контроля над «серым» экспортом и уменьшению в 2,5—3 раза экспортных квот во втором полугодии 2010 г. Неоправданно высокие цены в период разразившегося в 2010—2012 гг. кризиса затем претерпели резкий спад и довольно долго оставались на уровне несколько выше докризисных значений, а с августа 2017 г. ожидаемо снова начали расти. По сравнению с началом лета в августе 2017 г. цена на неодим и празеодим выросла на 50 %, что позволило аналитикам компании Adamas уверенно прогнозировать последующий рост цены тербия и диспрозия, сопутствующих им в производстве магнитов.

До недавнего времени, особенно на фоне безудержного роста цен на мировом рынке редких земель, проблема производства и снабжения ими производителей конечной продукции воспринималась совершенно не дифференцированно. Попытки более глубокого осмысления ее выразились в появлении термина «цена корзины РЗЭ», которым оперируют эксперты из Technology Metals Research (TMR), ежеквартально оценивающие состояние перспективных проектов в так называемом TMR Advanced Rare-Earth Projects Index. Отражая, по сути, динамику цен оксидов РЗЭ определенной квалификации, этот показатель не слишком много говорит о реальной ценности

проекта, но часто используется в спекулятивных целях на стадии принятия стратегических решений. Шагом в правильном направлении стал глубокий анализ сегодняшней и перспективной востребованности отдельных лантаноидов, их важности для производителей конечной продукции, влияния на поставки возможных геополитических факторов, соотношения отдельных РЗЭ в различных сырьевых источниках и т. д. В результате сформировалось новое понятие — «критические элементы», от которых зависит устойчивое развитие и обороноспособность государства. Национальным Исследовательским Советом США, предложившим матрицу в координатах «риск снабжения» — «ущерб от ограничения поставок», к этой категории были отнесены в 2008 г. празеодим, неодим, европий, тербий, диспрозий и иттрий [1]. В 2010 г. эта терминология была принята и Европейской комиссией, опубликовавшей отчет «Критические сырьевые материалы для Евросоюза» [2]. Сегодня преобладает мнение, что не объем запасов и даже не общее содержание в руде суммы РЗЭ, а содержание в ней «критических» элементов определяет жизненность новых редкоземельных проектов. Дифференцированное отношение к редким элементам формируется периодически изменяющимися представлениями о важности тех или иных из них для нужд общества в данный момент времени. В Российской Федерации руды и концентраты, содержащие скандий и редкие земли ит- триевой группы, отнесены к стратегическим видам минерального сырья [3]. Это соответствует прогнозу эксперта с мировым именем Дж. Лифтона, объясняющему долгосрочный тренд роста потребления тяжелых РЗЭ [4]. Основным драйвером этого роста, по его мнению, является не ожидаемое увеличение спроса в той или иной области применения РЗМ, а в целом рост потребностей и повышение качества жизни растущего среднего класса во всем мире и, прежде всего, в развивающихся странах. Эти потребности стимулируют ускоренный переход к очередным новым технологическим укладам, свидетелями чего мы все являемся.

В СССР была создана целостная цепочка редкоземельных производств. Согласно [5], в 1990 г. суммарное производство редкоземельной продукции в РФ составляло 8500 т, что являлось третьим показателем в мире, полностью закрывало собственные потребности и обеспечивало экспортные поставки (14 % от добытого количества). Структура этих производств и взаимосвязи внутри нее представлены на рис. 1.

С развалом Советского Союза налаженная система производств распалась, а многие из составлявших ее предприятий остались за рубежом или перестали существовать. Сейчас страна стоит перед необходимостью принять стратегический путь развития редкоземельной промышленности в мире, заключающийся в создании вертикально интегрированных компаний и альянсов, включающих всю производственную цепочку — от сырья до конечной продукции.

Структура производства РЗМ в СССР [5]

Рис. 7. Структура производства РЗМ в СССР [5]

Расширению областей использования и росту производства РЗМ предшествовала огромная работа мирового научного сообщества, нашедшая отражение в нарастающем потоке публикаций в периодических изданиях, патентах и появлении обобщающих работ. В издательстве Elsevier уже много лет выходят новые книги в серии «Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths» под редакцией Гшнейд- нера, Бунзли и Печарского. Это же издательство в 2015 г. выпустило книгу «Rare Earths: Science, Technology, Production and Use» Лукаса, Ле Мерсье, Ролла и др. В 2005 и 2015 гг. появились два издания фундаментального труда Гупты и Кришнамурти «Extractive metallurgy of rare earths». Разностороннее освещение современного состояния редкоземельной промышленности в мире содержится в вышедшей в 2016 г. книге «Rare Earths Industry: Technological, Economic, and Environmental Implications» под редакцией Де Лимы и Фильо. Отдельным вопросам химической технологии и металлургии редкоземельных металлов посвящены появившиеся недавно специальные монографии и обзоры иностранных авторов, ссылки на которые читатель найдет в соответствующих разделах. В то же время, если не считать вышедшую небольшим тиражом и довольно узкоспециальную книгу Т. Е. Литвиновой «Металлургия иттрия и лантаноидов» и учебное пособие С. И. Степанова и А. М. Чекмарёва «Разделение редкоземельных элементов», последнее отечественное издание на эту тему — книга А. И. Михайличенко, Е. Б. Михлина и Ю. Б. Патрикеева «Редкоземельные металлы» появилось 30 лет назад. Крайне ограниченное число работ отечественных авторов, посвященных фундаментальным и практическим аспектам редкоземельной проблемы и опубликованных в иностранной периодике, не дает реального представления о вкладе нашей науки в мировую копилку знаний. Даже в почти девятисотстраничном труде Гупты и Кришнамурти практически не затронуты работы отечественных исследователей. Другая проблема заключается в том, что опыт освоения наших разработок освещался ранее, в основном, в литературе ограниченного пользования.

При подготовке данной монографии авторы ставили себе целью в какой-то мере заполнить образовавшийся пробел и позволить читателю составить представление о современном состоянии вопроса, дав ему в руки не только книгу, но и многочисленные ссылки на оригинальные работы. Кроме того, была предпринята попытка, насколько возможно, осветить отечественный опыт разработки и промышленного освоения всей цепочки процессов получения редкоземельных металлов, во многом и сегодня не утративший своей актуальности.

Библиографический список

1. Minerals, Critical Minerals and the U. S. Economy. (2008). NAS (National Academy of Sciences) Report.

  • 2. Moss, R. L., Tzimas, E., Willis, P. (2013). Critical Metals in the Path towards the Decarbonisation of the EU Energy Sector. Luxembourg: Publications Office of the European Union.
  • 3. Быховский, Л. 3. Об определении понятия «редкие элементы» («редкие металлы»): исторический и терминологический аспекты / Л. 3. Быховский, Л. П. Тигунов, А. В. Темнов // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2015. — № 3. — С. 32—38.
  • 4. URL: https://investorintel.com/sectors/technology-metals/ technology-metals-intel/global-market-change-drive-demand-heavy- rare-earth-elements/.
  • 5. Косынкин, В. Д. Прошлое и будущее редкоземельного производства в России / В. Д. Косынкин, Ю. М. Трубаков, Г. А. Сарычев // Металлы Евразии. — 2011. — № 5. — С. 40—53.

Тема 1

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >