Редкоземельный элемент

Список редкоземельных элементов

Здесь представлена таблица, в которой перечислены семнадцать редкоземельных элементов, их атомный номер и символ, происхождение их названий и некоторые виды их применения. Некоторые редкоземельные элементы названы в честь ученых, которые их открыли, а некоторые - по месту их открытия.

Z	Символ	Имя	Происхождение имени	Избранные приложения
21	Sc	Скандий	из Скандинавии, где была обнаружена первая редкоземельная руда.	Легкий алюминиево-скандиевый сплав используется для изготовления аэрокосмических компонентов. Он также является добавкой в некоторых лампах.
39	Y	Иттрий	в честь деревни Иттерби, Швеция, где он был обнаружен.	Иттрий используется в некоторых лазерах и телевизионных люминофорах. Он также находит применение в высокотемпературных сверхпроводниках, микроволновых фильтрах, энергосберегающих лампах.
57	La	Лантан	от греческого "lanthanein", что означает быть скрытым.	Стекло с высоким коэффициентом преломления, кремень, хранение водорода, электроды для аккумуляторов, линзы для фотоаппаратов, катализатор каталитического крекинга жидкости для нефтеперерабатывающих заводов
58	Ce	Церий	в честь карликовой планеты Церера, названной в честь римской богини земледелия.	Химический окислитель, полировочный порошок, желтые цвета в стекле и керамике, катализатор для самоочищающихся печей, катализатор каталитического крекинга для нефтеперерабатывающих заводов, кремни для зажигалок
59	Pr	Празеодим	от греческого "prasios", что означает "зеленый лук-порей", и "didymos", что означает "близнец".	Редкоземельные магниты, лазеры, материал сердечника для освещения угольной дуги, краситель, добавка в стекло, используемое в сварочных очках,
60	Нд	Неодим	от греческого "neos", что означает новый, и "didymos", что означает близнец.	Редкоземельные магниты, лазеры, фиолетовые цвета в стекле и керамике, керамические конденсаторы
61	Pm	Прометий	в честь титана Прометея, который принес огонь смертным.	Ядерные батареи
62	Sm	Самарий	в честь Василия Самарского-Быховца, открывшего редкоземельную руду самарскит.	Редкоземельные магниты, лазеры,
63	Eu	Европий	в честь континента Европа.	Красные и синие люминофоры, лазеры, ртутно-паровые лампы,
64	Gd	Гадолиний	в честь Йохана Гадолина (1760-1852), в честь его исследований редких земель.	Редкоземельные магниты, стекло или гранаты с высоким коэффициентом преломления, лазеры, рентгеновские трубки, компьютерная память, захват нейтронов, контрастные вещества для МРТ |-.
65	Tb	Тербий	в честь деревни Иттербю, Швеция.	Зеленые люминофоры, лазеры, флуоресцентные лампы
66	Dy	Диспрозий	от греческого "dysprositos", что означает "труднодоступный".	Редкоземельные магниты, лазеры
67	Ho	Гольмий	в честь Стокгольма (на латыни "Holmia"), родного города одного из его первооткрывателей.	Лазеры
68	Er	Эрбий	в честь деревни Иттербю, Швеция.	Лазеры, ванадиевая сталь
69	Tm	Тулий	в честь мифологической северной земли Туле.	Портативные рентгеновские аппараты
70	Yb	Иттербий	в честь деревни Иттербю, Швеция.	Инфракрасные лазеры, химический восстановитель
71	Лу	Лютеций	в честь Лютеции, города, который позже стал Парижем.	Медицинские приборы, стекло с высоким коэффициентом преломления

Происхождение

Редкоземельные элементы тяжелее железа. Они образуются в сверхновых (взрывающихся звездах). В природе при делении урана-238 образуется очень небольшое количество радиоактивного прометия. Большая часть прометия создается синтетически в ядерных реакторах.

Редкоземельные элементы изменяются во времени в небольших количествах (ppm, части на миллион). Их соотношение можно использовать для геологического датирования и датирования окаменелостей.

Геологическое распространение

Редкоземельные элементы часто встречаются вместе. Самый долгоживущий изотоп прометия имеет период полураспада 17,7 лет. Из-за этого элемент существует в природе лишь в очень малых количествах. Прометий - один из двух элементов, которые не имеют стабильных (нерадиоактивных) изотопов и следуют за стабильными элементами (второй - технеций).

Поскольку все лантаниды близки по размеру, редкоземельные элементы всегда было трудно разделить. Даже с учетом эонов геологического времени разделение лантаноидов в природе лишь в редких случаях заходило дальше, чем разделение между легкими и тяжелыми лантаноидами, известными как цериевые и иттриевые земли. Это геохимическое разделение показано на примере первых двух открытых редких земель. Это были иттрий в 1794 году и церий в 1803 году. Когда их впервые обнаружили, каждый из них представлял собой смесь всех редких земель. Крупные рудные тела цериевых земель можно найти по всему миру, и они разрабатываются. Рудные тела иттрия встречаются реже. Кроме того, они обычно меньше и менее концентрированы.

Мировое производство редкоземельных металлов

До 1948 года большая часть мировых запасов редких земель поступала из песчаных месторождений в Индии и Бразилии. В 1950-х годах большая часть редкоземельных металлов добывалась в Южной Африке. Это произошло после того, как там были обнаружены крупные жилы редкоземельного минерала. С 1960-х до 1980-х годов ведущим производителем был рудник в Калифорнии. Сегодня на индийских и южноафриканских месторождениях все еще производятся некоторые редкоземельные концентраты, но они очень малы по сравнению с тем количеством, которое производится в Китае. Китай производил более 95% мирового предложения редкоземельных металлов. Большая часть этого была произведена во Внутренней Монголии, хотя она имела только 37% доказанных запасов. Хотя впоследствии было заявлено, что к 2012 году эти показатели снизились до 90% и 23%. Все тяжелые редкие земли в мире (такие как диспрозий) поступают из китайских редкоземельных источников, таких как полиметаллическое месторождение Баян-Обо. В 2010 году Геологическая служба США (USGS) опубликовала исследование, которое показало, что в Соединенных Штатах имеется 13 миллионов метрических тонн редкоземельных элементов.

Новый спрос на эти элементы превышает их предложение. В скором времени мир может столкнуться с нехваткой редкоземельных элементов. Ожидается, что через несколько лет после 2009 года мировой спрос на редкоземельные элементы будет превышать предложение на 40 000 тонн ежегодно, если не будут разработаны новые источники.

Китай

Эти опасения усилились из-за действий Китая. Китай заявил, что будет регулировать экспорт и работать над пресечением контрабанды. 1 сентября 2009 года Китай заявил, что собирается снизить экспорт до 35 000 тонн в год в 2010-2015 годах. Китай заявил, что это сделано для сохранения редких ресурсов и защиты окружающей среды. 19 октября 2010 года газета China Daily сообщила, что в следующем году Китай "еще больше сократит квоты на экспорт редкоземельных металлов - максимум на 30 процентов, чтобы защитить драгоценные металлы от чрезмерной эксплуатации". В конце 2010 года Китай заявил, что первый раунд экспорта редкоземельных металлов в 2011 году составит 14 446 тонн. Это было на 35% меньше по сравнению с первым раундом экспорта в 2010 году. В сентябре 2011 года Китай заявил, что прекращает производство на трех из восьми редкоземельных рудников. Эти шахты производили почти 40% от общего объема производства редкоземельных металлов в Китае. В августе 2012 года Китай заявил, что производство будет сокращено еще на 20%.

За пределами Китая

Из-за повышенного спроса и ограничений на экспорт металлов из Китая некоторые страны накапливают запасы редкоземельных металлов. Ведутся поиски новых источников в Австралии, Бразилии, Канаде, Южной Африке, Танзании, Гренландии и США. Шахты в этих странах были закрыты, когда Китай в 1990-х годах снизил мировые цены. Потребуется несколько лет, чтобы возобновить производство.

Европейский Союз призвал протекторат Дании Гренландию ограничить китайское развитие проектов по добыче редкоземельных металлов, поскольку на Китай приходится 95 процентов текущего мирового предложения. По состоянию на начало 2013 года правительство Гренландии заявило, что не планирует вводить такие ограничения.

Ядерная переработка - еще один возможный источник редкоземельных или любых других элементов. При ядерном делении урана или плутония образуется множество элементов, а также все их изотопы. Однако вряд ли их создание может быть безопасным и экономически выгодным из-за радиоактивности многих из этих изотопов.

Переработка

Другим источником редких земель являются электронные отходы и другие отходы, содержащие большое количество редкоземельных компонентов. Новые достижения в технологии переработки отходов облегчили получение редкоземельных элементов из этих материалов. В настоящее время перерабатывающие заводы работают в Японии, где в неиспользованной электронике содержится около 300 000 тонн редкоземельных металлов. Во Франции группа Rhodia создает два завода в Ла-Рошели и Сен-Фоне. Эти заводы будут производить 200 тонн в год редкоземов из использованных люминесцентных ламп, магнитов и батарей.

Геополитические соображения

Китай заявил, что истощение ресурсов и экологические проблемы являются причинами усиления национального контроля над производством редкоземельных минералов. Для объяснения политики Китая в отношении редкоземельных металлов были предложены и неэкологические причины. По мнению журнала The Economist, "сокращение экспорта редкоземельных металлов... направлено на продвижение китайских производителей вверх по цепочке поставок, чтобы они могли продавать миру ценные готовые товары, а не дешевое сырье".

Министерство энергетики США в своем отчете "Стратегия критических материалов" за 2010 год определило диспрозий как элемент, который является наиболее критичным с точки зрения зависимости от импорта.

В отчете Геологической службы США и Министерства внутренних дел США "Редкоземельная промышленность Китая" за 2011 год рассматриваются тенденции развития отрасли в Китае. В нем рассматривается национальная политика, которая может определять будущее производства в стране. В докладе говорится, что за последние два десятилетия ведущая роль Китая в производстве редкоземельных минералов выросла. В 1990 году на долю Китая приходилось лишь 27% таких минералов. В 2009 году мировое производство составило 132 000 метрических тонн. Китай произвел 129 000 из этих тонн. Согласно отчету, последние тенденции свидетельствуют о том, что Китай будет замедлять экспорт таких материалов в мир: "В связи с ростом внутреннего спроса правительство постепенно сокращало экспортную квоту в течение последних нескольких лет". В 2006 году Китай разрешил экспорт 47 отечественным производителям и торговцам редкоземельных материалов и 12 китайско-иностранным производителям редкоземельных материалов. К 2011 году в стране насчитывалось всего 22 отечественных производителя и торговца редкоземельными металлами и 9 китайско-иностранных производителей редкоземельных металлов. Будущая политика правительства, скорее всего, сохранит жесткий контроль: "Согласно проекту плана развития редкоземельных металлов в Китае, ежегодное производство редкоземельных металлов может быть ограничено 130 000 - 140 000 [метрических тонн] в период с 2009 по 2015 год. Экспортная квота на редкоземельную продукцию может составить около 35 000 [метрических тонн], и правительство может разрешить 20 отечественным производителям и торговцам редкоземельными металлами экспортировать редкоземельную продукцию".

Геологическая служба США ведет поиск месторождений редкоземельных металлов на юге Афганистана под охраной вооруженных сил США. С 2009 года Геологическая служба США проводит дистанционные исследования, а также полевые работы для проверки советских утверждений о существовании вулканических пород, содержащих редкоземельные металлы, в провинции Гильменд вблизи деревни Ханнешин. USGS обнаружила область пород в центре потухшего вулкана с легкими редкоземельными элементами, включая церий и неодим. Она нанесла на карту 1,3 миллиона метрических тонн полезных пород. Это примерно 10 лет предложения при нынешнем уровне спроса. Пентагон оценил его стоимость примерно в 7,4 миллиарда долларов.

Ценообразование на редкоземельные металлы

Редкоземельные элементы не торгуются на бирже так же, как драгоценные (например, золото и серебро) или цветные металлы (такие как никель, олово, медь и алюминий). Вместо этого они продаются на частном рынке. Поэтому цены на них трудно отслеживать. Тем не менее, цены периодически публикуются на таких сайтах, как mineralprices.com. Эти 17 элементов обычно не продаются в чистом виде. Они обычно продаются в виде смесей различной чистоты, например, "неодим ≥ 99,5%". Поэтому цены могут варьироваться в зависимости от количества и качества, необходимого конечному потребителю.

Мировое производство 1950-2000