Почему редкоземельные металлы ценятся дороже золота

Космическая и атомная промышленность, металлургия, нефтепереработка, производство беспилотных летательных аппаратов и самолётов, а также современных гаджетов — в этих и многих других отраслях создание передовых продуктов невозможно без использования редкоземельных металлов.

Не случайно президент России Владимир Путин поручил увеличить добычу этих материалов. По оценкам Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, запасов редкоземельных элементов хватит не только для удовлетворения текущих потребностей экономики страны, но и на долгие годы вперёд. Более того, необходимо стимулировать спрос, поскольку с развитием высоких технологий всё больше природных ресурсов находит применение.

В этой статье мы расскажем, как промышленность использует редкоземельные металлы и чем они отличаются от других редких металлов.

Какие металлы считаются редкоземельными?

История изучения редкоземельных металлов (РЗМ) насчитывает более двухсот лет. В 1794 году финский химик Юхан Гадолин обнаружил иттрий в минерале, который позже был назван гадолинитом. Этот минерал был впервые найден в шахте возле шведской деревни Иттербю и состоял из смеси иттербия, церия и других веществ. Впоследствии были открыты и другие элементы РЗМ.

Редкоземельные металлы являются ключевыми компонентами магнитных, лазерных, оптических и электронных устройств. Например, для производства смартфона требуется несколько редкоземельных элементов: гадолиний, европий, иттрий — для динамиков, дисплеев и электронных схем; тербий и диспрозий — для поддержания свойств гаджета при изменении температуры; лантан — для электронных схем; неодим и празеодим — для магнитов; церий — для шлифованного стекла.

Редкоземельные металлы получили своё название из-за сложности их добычи: они редко встречаются в концентрированном виде.

«Редкоземельные металлы — это группа редких металлов, содержание каждого из которых в земной коре составляет менее 0,01%, — объясняет Юрий Мурашко, директор по связям с общественностью Соликамского магниевого завода. — Можно сказать, что это исторические термины, которые появились в XIX веке. С тех пор многое изменилось, но названия групп химических элементов сохранились. Например, содержание свинца, который не считается редким элементом, в земной коре составляет около 16 граммов на тонну. В то же время литий считается редким элементом, и его содержание составляет около 65 граммов на тонну».

Все редкоземельные элементы (РЗЭ) являются металлами и имеют схожие свойства. По атомной массе они делятся на лёгкие (скандий, иттрий, лантан, церий, неодим, празеодим, прометий, самарий, европий) и тяжёлые (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, итербий, лютеций). «При этом церий, например, не такой уж и редкий, как кажется: это 25-й по распространённости металл на Земле. То есть он встречается чаще, чем медь!» — добавляет Юрий Мурашко.

Однако эти металлы встречаются в природе в очень малых количествах. Чтобы получить их, необходимо переработать огромное количество руды. Кроме того, извлечение редкоземельных металлов из руды гораздо сложнее, чем извлечение просто редких металлов.

Как добывают редкоземельные металлы

В России основным источником редкоземельных металлов является лопарит. Из него получают тантал, титан и ниобий.

Соликамский магниевый завод — лидер в области производства редкоземельных металлов в нашей стране. Он производит 100% соединений редкоземельных элементов, ниобия и тантала, 60% товарного магния и 4–5% губчатого титана.

«К настоящему времени разработаны технологии получения разделённых оксидов редкоземельных металлов. Строятся промышленные комплексы, которые будут производить редкоземельные металлы, включая наиболее востребованные на рынке «магнитные» — празеодим, неодим, диспрозий», — заявил Александр Козлов, министр природных ресурсов Российской Федерации, на Петербургском международном экономическом форуме.

В частности, горнодобывающий дивизион «Росатома» — Соликамский магниевый завод и петербургское АО «Русредмет» — совместно разработали метод повышения степени переработки исходного лопаритового сырья и получения отдельных оксидов из лёгких металлов.

Проще говоря, из группового концентрата были выделены неодим, празеодим, лантан и церий. При этом удалось восстановить утраченные после распада СССР компетенции по разделению редкоземельных металлов (РЗМ).

«В Советском Союзе был полный цикл производства, от добычи руды до готового продукта, — объясняет Юрий Мурашко. — После распада СССР в 1991 году Ловозерский горно-обогатительный комбинат и Соликамский магниевый завод остались в России, а предприятия, где происходило дальнейшее разделение РЗМ, оказались в других странах — Казахстане и Эстонии. Пришлось разрабатывать собственную технологию разделения РЗМ, и это удалось сделать в короткие сроки, фактически за год».

По словам Юрия Мурашко, сложность извлечения РЗМ из руды заключается в том, что это длительный и трудоёмкий процесс.

«Требуется не просто измельчение руды, необходимы различные катализаторы и химические вещества, — поясняет он. — Сначала шахтёры Ловозерского горно-обогатительного комбината, расположенного за полярным кругом в Мурманской области, добывают лопаритовую руду. Затем на фабрике происходит обогащение, то есть отделение полезного продукта от пустой породы. Лопаритовый концентрат, содержащий РЗМ, доставляется на Соликамский магниевый завод в Пермском крае. Здесь из него химическим путём извлекают тантал, ниобий и титан».

Однако в концентрате остаются и другие РЗМ. Поэтому концентрат растворяют в азотной кислоте, получая нитратный раствор РЗМ. Из него с помощью электроокисления и последующей экстракции извлекают церий. Из оставшегося раствора с помощью экстракционного разделения последовательно извлекают лантан, неодим и празеодим. Затем следуют стадии осаждения, сушки и прокаливания.

В результате остаётся концентрат средней группы, содержащий самарий, гадолиний и европий. В настоящее время специалисты работают над разработкой технологии их разделения.

«Мы сможем выделить и среднюю группу, — уверен Юрий Мурашко. — Самарий используется в управлении атомными реакторами. Гадолиний — для выращивания монокристаллов, которые позволяют создавать лазерные системы с очень высоким коэффициентом полезного действия и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. Европий — в качестве поглотителя нейтронов в атомных реакторах».

В каких областях применяются редкоземельные металлы, добываемые в России?

«Тантал используется в производстве электровакуумных приборов, в электротехнике и электронике, а также для создания телекоммуникационного оборудования. Он находит применение в аэрокосмической и атомной промышленности, — говорит Юрий Мурашко. — Ниобий используется в химическом машиностроении, для создания сверхпроводников. В металлургии его применяют при производстве коррозионностойких жаропрочных и жаростойких сплавов, высокопрочных и лёгких сталей и других материалов.

Из титана изготавливают газовые турбины для самолётов, детали для планерной части, обшивку лайнера и элементы шасси, трубопроводы воздушной системы, части двигателя, вентилятора и компрессора», — добавляет он.

У титана невысокие магнитные характеристики, как отмечает наш собеседник, поэтому навигационные устройства с титановыми деталями не теряют работоспособность при воздействии магнитного поля.

Поэтому РЗЭ широко применяется в различных высокотехнологичных отраслях.

«Неодим и празеодим — это магнитные материалы, которые используются в электродвигателях для генераторов, беспилотных летательных аппаратов, ракет и самолётов, — добавляет Мурашко. — Оксиды церия полезны в качестве катализаторов и применяются в автомобильных каталитических нейтрализаторах, а также в нефтеперерабатывающих и твердооксидных топливных элементах. А лантан массово используется как катализатор в процессе крекинга нефти, то есть её разложения на компоненты».

Для чего нужны новые перерабатывающие производства?

Россия обладает значительными запасами редкоземельных металлов. По словам главы Роснедр Олега Казанова, разведанные запасы РЗМ, готовые к добыче, оцениваются в 28,5 миллиона тонн. Например, на Ловозерском месторождении в Мурманской области они составляют 7 миллионов тонн, а на Томторском в Якутии — 4 миллиона тонн. Всего в стране разведано 18 месторождений редких металлов и РЗМ.

По оценке министра Александра Козлова, Россия может обеспечить текущее мировое потребление более чем на сто лет. Запасы РЗМ в стране значительно превышают потребности отечественной экономики, которая ежегодно потребляет около 2 тысяч тонн. Это подтвердил Олег Казанов на февральском заседании круглого стола в Совете Федерации.

Однако Россия занимает менее 1% рынка производства РЗМ, хотя запасы редкоземов составляют 17% от мировых. Эти данные приводит «Росатом». В госкорпорации заявили, что к 2030 году они смогут производить 111 тысяч тонн редкоземельных металлов. Этому будет способствовать запуск крупного разделительного производства в Соликамске. Проектирование уже началось.

По оценке «Росатома», даже на начальном этапе новое производство сможет обеспечить внутренний рынок сырьём для производства 1 тысячи тонн магнитов в год, которые могут быть использованы в электроэнергетике и производстве беспилотных летательных аппаратов. Планируется, что новый разделительный комплекс будет производить до 2,5 тысяч тонн редкоземельных металлов в год и начнёт работу в 2027 году.

«Запуск производства в Соликамске полностью удовлетворит потребности Российской Федерации в редкоземельном сырье для высокотехнологичной промышленности, — уверен Юрий Мурашко. — По сути, мы достигнем технологического суверенитета в этой области».