А ви замислювалися коли-небудь, чому hi-tech підприємства Європи та Америки повально переносять виробничі потужності саме в Китай? При цьому у себе в країнах ці підприємства залишають моторошне безробіття, вбивають цілі промислові галузі. Це звично пояснюють економією, мовляв в Китаї зарплати копійчані і в результаті виробництво дешевше, - але скажіть, який відсоток у вартості високотехнологічного гаджета займають зарплати конвєєрних робочих, яких потрібно всього нічого? Не руками ж плати паяють. Та й не тільки в Китаї зарплати маленькі.
Зроблено в Китаї
Ще версія: китайці дуже працелюбні і старанні. Теж невірно, - зіпсовані комуністичною пропагандою китайці - рідкісні роздовбаї і любителі халяви, і якщо хочеш отримати результат, то над ними потрібно з палицею стояти. Саме тому якість продукції «Made in China» саме по собі низьке, його можна тільки покращувати невсипущим контролем.
Так чому саме Китай?
А справа ось у чому: у виробництві будь-якого сучасного високотехнологічного продукту використовуються рідкоземельні метали. Зокрема, в айпаді їх як мінімум 17 (точна цифра невідома, оскільки Apple тримає в суворій таємниці інформацію подібного роду): в літій-іонній батареї планшета використовується лантан, в бічних магнітах для кріплення смарт-кришки - неодимовий сплав, при поліровці скляної кришки екрану застосовується оксид церію і так далі.
Рідкоземельні метали
Рідкоземельні елементи - група з 17 елементів, що включає скандій, ітрій і лантаноїди. Всі ці елементи - метали сріблясто-білого кольору, при тому всі мають подібні хімічні властивості (найбільш характерна ступінь окислення +3).
Лантаноїди або лантаніди – група з 15 хімічних елементів 3-ої групи періодичної системи з порядковими номерами 57 – 71 від лантану до лютецію. До лантанідів належать: лантан, церій, празеодим, неодим, прометій, самарій, європій, гадоліній, тербій, диспрозій, гольмій, ербій, тулій, ітербій, лютецій.
Лантаніди – група м’яких, хімічно активних, сріблясто-білих металів, подібних за фізичними й хімічними властивостями до лантану, що зумовлюється однаковою будовою зовнішніх електронних оболонок їхніх атомів. Електронна конфігурація усіх лантанідів відрізняється числом електронів на внутрішній 4f-оболонці - від нуля у лантану до масимально можливого числа 14 для лютецію. Внаслідок лантаноїдного стиснення з ростом порядкового номеру лантоноїду атомний чи йонний радіуси елементу зменшуються і досягають мінімум для лютецію.
В 1794 фінський хімік Юхан Гадолин, досліджуючи рудні зразки поблизу шведського містечка Іттербю, виявив невідому до того "рідкісну землю", яку назвав за місцем знахідки ітрій. Пізніше, німецький хімік Мартін Клапрот розділив ці зразки на дві "землі", для однієї з яких він залишив ім’я ітрій, а іншу назвав церій (на честь недавно відкритої малої планети Церера і по імені давньоримської богині Церери). Трохи згодом шведський учений К. Мосандер зумів виділити з того ж зразка ще кілька "земель". Всі вони виявилися оксидами нових елементів, які отримали назву рідкоземельні метали. Спільно до 1907 хіміки виявили та ідентифікували всього 14 таких елементів. На основі вивчення рентгенівських властивостей всіх елементів були присвоєні атомні номери від 57 (лантан) до 71 (лютецій), крім 61.
Спочатку осередок під номером 61 був незаповнений, надалі це місце зайняв прометій, виділений з продуктів поділу урану і став 15-м членом цієї родини.
Лантаноїди поширені в природі не однаково. Найбільш труднодоступні лантаноїди - тербій, тулій, лютецій (все це лантаноїди з непарними атомними номерами) - коштують дорожче золота і платини.
Ресурси лантанідів досить значні – сумарний масовий вміст лантанідів (разом з лантаном) у земній корі 0,01%, що близько до вмісту міді. Найбільш розповсюдженими є La, Ce i Nd. Відомо понад 250 мінералів, які містять лантаніди. З них власних мінералів лантанідів – 60-65 (вміст рідкісних земель понад 5-8%). Це головним чином фосфати, флуориди або флуорокарбонати, титаноніобати.
Найважливіші мінерали, які містять лантаніди: монацит, ксенотим, бастнезит, ґадолініт, ортит, лопарит, евксеніт, ферґусоніт, самарскіт. Лантаніди концентруються в різних типах магматогенних, осадових та метаморфогенних родовищ.
Застосування лантаноїдів
Лантаніди знайшли дуже широке застосування в промисловості, техніці і металургії. З лантаноїдами пов’язана одна з найзначніших подій останніх десятиліть у чорній металургії.
При отриманні високоміцного чавуну модифікують його магнієм. Добавка магнію примушує графіт перейти в кулясту або глобулярну форму, що більш рівномірно розподіляється в металі. У результаті значно поліпшується структура, а з нею і механічні властивості чавуну. Проте легування чавуну магнієм вимагає додаткових витрат: реакція відбувається дуже бурхливо, розплавлений метал бризкає в усі боки, у зв’язку з чим доводилося споруджувати для цього процесу спеціальні камери.
Лантаноїди діють на метал аналогічно: "прибирають" оксидні домішки, зв’язують і виводять сірку, сприяють переходу графіту у глобулярну форму. І при цьому немає спеціальних камер – реакція проходить спокійно.
На тонну чавуну вводять всього 4 кг (0,4%) сплаву фероцерію з магнієм, і міцність чавуну збільшується удвічі. Такий чавун у багатьох випадках можна використовувати замість сталі, зокрема при виготовленні колінчастих валів. Високоміцний чавун на 20-25 % дешевше за решту відливань і в 3-4 рази дешевше сталевих поковок. Стійкість проти стирання у чавунних шийок валів виявилася в 2-3 рази вище, ніж у сталевих. Колінчасті вали з високоміцного чавуну вже працюють в тепловозах, тракторах та інших важких машинах.
Рідкоземельні елементи додають в сталь різних сортів в основному у вигляді сплаву із залізом (фероцерій) або у вигляді мішметалу (49,5 - 65% Се, до 44% La, Pr, Nd, 4,5-5% Fe, 0,5% А1 та ін.). У всіх випадках ця добавка працює як сильний розкиснювач, чудовий дегазатор і десульфатор. У деяких випадках лантаноїдами легують леговану сталь. Хромонікелеві сталі важко прокатувати. Всього 0,03% мішметалу, введені в таку сталь, набагато збільшує її пластичність. Це полегшує обробку металу різанням і виготовлення поковок.
Рідкоземельні елементи вводять і до складу легких сплавів. Відомий, наприклад, жароміцний сплав алюмінію з 11% мішметалу. Добавки лантану, церію, неодиму і празеодиму дозволили більш ніж у три рази підняти температуру розм’якшення магнієвих сплавів і одночасно підвищили їх корозійну стійкість. Після цього сплави магнію з рідкоземельними елементами стали застосовувати для виготовлення деталей надзвукових літаків, оболонок штучних супутників Землі, керованих снарядів. На основі церію і мішметалу виготовляють пірофорні сплави, що дають іскру при терті. Такі сплави застосовують при створенні трасуючих куль, снарядів. На снаряд надягають насадку з пірофорного сплаву, а роль диска, що висікає іскру, відіграє тертя об повітря.
Рідкоземельні добавки покращують властивості і інших важливих металів: міді, хрому, ванадію, титану та ін.
П’ятипроцентна добавка гадолінію помітно підвищує міцність і межу текучості сплавів на титановій основі.
Диспрозієві добавки (разом з ербієм і самарієм) застосовують до сплавів на основі цирконію. Такі сплави набагато кращі, ніж чистий цирконій, піддаються обробці тиском. Можливе також і легування цинку диспрозієм.
Сполуки гадолінію зберігають магнітні властивості. При наднизьких температурах сплав гадолінію з церієм і рутенієм набуває надпровідності, будучи ідеальним провідником електрики.
Оксид гадолінію, доданий до феритів, дозволяє збільшити контрастність рентгенівських знімків, а борид (GdB) дозволяє створювати катоди електронних приладів з дуже великими термінами дії. Таким чином, для магнетохімії становлять інтерес і сам гадоліній, і його сполуки, і сплави. Інший сплав гадолінію з титаном застосовують як активатор у стартерах люмінесцентних ламп.
Інтерметаліди самарію є чудовим матеріалом для ство-рення сильних постійних магнітів - SmCo5, що входять до складу сплаву самарію з кобальтом. Такий магніт розміром з кулак може підняти "Жигулі" з чотирма пасажирами.
Друга не менш важлива галузь застосування лантаноїдів – атомна енергетика. У гадолінію – 157 (його частка в природній суміші 15,68%) перетин захоплення перевищує 150000 барн. Це "рекордсмен" серед усіх стабільних ізотопів. Великий перетин захоплення гадолінію дає можливість застосовувати його при управлінні ланцюговою ядерною реакцією і для захисту від нейтронів.
Прометій-147 використовують у мініатюрних (не більше канцелярської кнопки) атомних батареях. Вони здатні давати енергію протягом декількох років.
Сплави церію з плутонієм і торієм використовуються як ядерне паливо.
Оптична промисловість теж є хорошим споживачем лантаноїдів і їх сполук. Широко використовують оксид лантану - головний компонент оптичних стекол.
Додавання оксиду лантану до скла підвищує показник заломлення і дає можливість зменшити розміри фотооб’єктива при тій самій світлосилі і набагато поліпшити якість кольорової зйомки.
Разом з неодимом і церієм празеодим входить до складу захисних стекол для зварювальних робіт. Неодимові стекла використовують у лазерах. Оксид неодиму при вмісті його не нижче 4,3% додає склу так званий «олександритовий» ефект – здатність змінювати своє забарвлення залежно від освітлення. Неодимове скло використовують не тільки для виготовлення красивих ваз і художніх виробів. Іон Nd3+ дає лазерне випромінювання в інфрачервоній області спектру.
Для спеціальних стекол одержують окисел неодиму надзвичайно високої чистоти-99,996% Nd2O3. Самарій вводять до складу стекол, здатних люмінесціювати і поглинати інфрачервоне проміння. Празеодим забарвлює скло в яскраво - зелений колір, церій - у світло-жовтий.
Важливе значення набув європій як активатор люмінофорів. Зокрема, окисел, оксисульфід і ортованадат ітрію YVO4, використовувані для отримання червоного кольору на телевізійних екранах, активуються мікродомішками європію. Мають практичне значення й інші люмінофори, активовані європієм. Основу їх складають сульфіди цинку і стронцію, фториди натрію і кальцію, силікати кальцію і барію.
Багато лантаноїдів застосовують і в кераміці. Кераміку з добавками церію використовують у ракетобудуванні: вона тугоплавка. На основі ітрію з додаванням цирконію робиться жароміцна кераміка. Деякі її різновиди прозорі як скло. Керамічні матеріали, в які входить окисел самарію (порошок блідо-кремового кольору), стали використовувати як захисні матеріалів в реакторобудуванні. Оксиди гадолінію, самарію і європію входять до складу захисних керамічних покриттів від теплових нейтронів у ядерних реакторах. Церій використовується в газогартівних лампах.
Не обійшли лантаноїди і хімічну галузь. Сполуки лантаноїдів використовуються як каталізатори. Здатність їх з’єднуватися з атмосферними газами використовується для створення високого вакууму. Оксид празеодиму корисний для каталітичного процесу низькотемпературного окиснення аміаку. Цей же оксид застосовують як діелектрик з мінімальним коефіцієнтом теплового розширення.
Вельми значною сферою застосування оксидів лантаноїдів є абразивні матеріали, наприклад, добре відомий склад «полірит». Це найефективніший порошок для полірування.
Тепер найцікавіше:
у Китаї здійснюється видобуток 95-97% всіх рідкоземельних елементів на Землі! І - фінальний акорд: Китай не дозволяє експортувати рідкоземельні елементи в чистому вигляді, тільки в готовій продукції, яка вироблена в самому Китаї.
Ось вам і пояснення китайської монополії на виробництво високотехнологічної техніки. Як світ примудрився допустити таку волаючу диспропорцію в економічних відносинах – збагнути важко. Таке враження, що світ лише сьогодні прокинувся: американська компанія Molycorp і австралійська Lynas Corp планували розпочати власний видобуток рідкоземельних елементів лише наприкінці минулого року. І це тільки планували!
Навіть якщо вдасться налагодити видобуток, ніяк не вийде задовольнити виробничі запити: щорічна потреба в рідкоземельних елементах - 136 100 тонн (дані за 2010 рік), і всю цю потребу монопольно задовольняє Китай. У Захода немає жодного шансу в осяжному майбутньому налагодити власне виробництво своїх комп’ютерів, смартфонів, планшетів, плеєрів, GPS-навігаторів і інших високотехнологічних іграшок у себе вдома, та й взагалі за межами Китаю.
Погодьтеся, ця інформація змушує зовсім по-новому поглянути на реальну розстановку сил у світовій економіці. Китай дуже міцно тримає весь світ за горло.
Рідкоземельні елементи як фактор геополітики
Всесвітня торгова організація (ВТО) визнала дискримінаційними обмеження Китаю на вивезення з країни копалин, підтримавши тим самим скарги країн ЄС, США і Мексики. Тим не менш, припинення китайських поставок в Японію в 2010 році, в розпал дипломатичної кризи (через взаємних територіальних претензій), стало причиною промислового шоку на азіатських і західних підприємствах.
Країни-споживачі прагнуть забезпечити безперебійне постачання матеріалами по розумних цінах, обмеживши дефіцит рідкісноземельних елементів на світовому ринку.
Нафта і газ – не єдині цілі, за які борються учасники протистояння за володіння світовими природними ресурсами. Рідкоземельні елементи також стали однією з стратегічних завдань, і в найближчі роки потреба в них повинна значно зрости.
Нагадаємо ще раз: рідкоземельні елементи – це група з 17-ти рудних копалин, серед яких тербій, ітрій і неодим. Всупереч своїй назві ці елементи досить поширені в земній корі, і, завдяки своїм геохімічним властивостям, зустрічаються в природі спільно в концентраціях, що роблять розробку їх родовищ економічно рентабельною.
Ці рідкоземельні елементи необхідні для виробництва більшої частини високотехнологічної продукції: комп’ютерів, мобільних телефонів, плоских екранів, вітроелектричних установок і батарей для електромобілів. Рідкоземельні елементи також використовуються в ВПК для виробництва керованих ракет і радарів.
Отже, рідкоземельні елементи мають першорядної геостратегічної значимістю, а їх застосування з кінця XX століття значно зросла.
До 1950 року більша частина видобутих рідкоземельних елементів надходила з Індії та Бразилії. Потім, аж до вісімдесятих років, лідерство з видобутку цих копалин належало ПАР, а в 80-і роки США прийняли естафету і стали головним світовим постачальником рідкоземельних елементів.
З початку 2000-х переважна більшість рідкоземельних елементів видобувається в Китаї: 95% від загальносвітового обсягу в 2010 році. Дійсно, з 125 000 тонн рідкоземельних елементів, вироблених у всьому світі в 2010 році, Китай виробив 120 000 тонн. Також 2000 тонн було вироблено в Росії, 1700 тонн в Америці, 650 тонн в Бразилії, 380 тонн в Малайзії та 75 тонн в Індії.
Більше половини від обсягу рідкоземельних елементів, вироблених в Китаї, відобувається в містечку Баян-Обо в провінції Внутрішня Монголія, а 35% - в провінції Сичуань. При цьому більше половини видобутих у Китаї рідкоземельних елементів йде на внутрішній ринок, а в 2009 році 50% від всіх експортних поставок були здійснені до Японії, 19% в США, 7% до Франції, 4% до Нідерландів, 3% в Німеччину та Італію .
Служба геологорозвідки США (United States Geological Survey) в кінці 2010 оцінила світові запаси оксидів рідкоземельних елементів в 110 мільйонів тонн, з яких 50% належить Китаю, 17% країнам СНД, 12% США, 2,8% Індії та 1,9% Австралії. Ця перевага КНР викликає все більше занепокоєння у західних країн, спантеличених пошуком альтернативних постачальників.
Тим більше, що наприкінці 2009 року влада Китаю встановила квоти на експорт і оголосили про скорочення експортних постачань і видобутку рідкоземельних елементів на 10% в 2011 році за «екологічних причин", у той час як попит на рідкоземельні елементи на світовому ринку зростає з кожним роком. У 2015 році загальносвітове споживання рідкоземельних елементів за прогнозами має сягнути 185 000 тонн, тобто на 50% більше ніж в 2010.
Між тим 7 липня 2011 Всесвітня торгова організація (ВТО) визнала дискримінаційними обмеження Китаю на вивезення з країни копалин, підтримавши тим самим скарги країн ЄС, США і Мексики. Тим не менш, припинення китайських поставок в Японію в 2010 році, в розпал дипломатичної кризи (через взаємних територіальних претензій), стало причиною промислового шоку на азіатських і західних підприємствах.
Країни-споживачі прагнуть забезпечити безперебійне постачання матеріалами по розумних цінах, обмеживши дефіцит рідкісноземельних елементів на світовому ринку.
Цього можна досягти трьома способами: перший – це скоротити використання рідкоземельних елементів, другий – диверсифікувати постачальників ресурсів, розробляючи родовища поза територією Китаю, третій – переробляти і використовувати рідкоземельні елементи вдруге.
Скорочення споживання здається майже неможливим, а існуючі методи переробки, принаймні, в найближчому майбутньому, не зможуть задовольнити зростаючий попит споживачів рідкоземельних елементів. Отже, єдине прийнятне рішення – це активна розробка вже існуючих родовищ і пошуки покладів рідкоземельних елементів поза Китаєм.
Розробка американського родовища Mountain Pass, зупинена в 2002 році, повинна бути відновлена і вже в 2012 досягти обсягу видобутку 20 000 тонн за рік. Родовище Mount Weld в Австралії наприкінці 2011 має перезапустити виробництво рідкісноземельних елементів і до кінця 2012 вийти на рівень видобутку 22000 тонн на рік. На родовищі Lofdal (Намібія) ведуть дослідження фахівці тієї ж канадської компанії, що проводила розробку родовища Hoidas Lake в Канаді.
З метою отримання доступу до ресурсів, японці йдуть шляхом створення спільних підприємств у різних країнах: таких, як «Сумітомо» (спільно з «Казатомпрому») в Казахстані, «Тойота» у В’єтнамі, «Міцубісі» в бразильському родовищі Пітінга.
Разом з тим, нещодавно з’явилися повідомлення про відкриття численних родовищ в різних точках земної кулі, що має спричинити послаблення позиції Китаю як монополіста у галузі видобутку та експорту рідкоземельних елементів.
Зовсім недавно Бразилія заявила, що насправді ресурси рідкісноземельних елементів у цій країні можуть досягати приголомшливих цифр – до 3,5 мільярдів тонн. Але не одні бразильці зробили подібні відкриття. На думку японських геологів, дно Тихого океану рясніє покладами рідкоземельних елементів, проте родовища знаходяться на глибині від 3500 до 6000 метрів і простягаються на площі в 11 мільйонів кв. метрів.
За оцінкою дослідників Токійського університету, в цих родовищах може міститися близько 80-100 мільярдів тонн рідкоземельних металів.
Росія є другим за рахунком постачальником рідкоземельних елементів в світі, і, за оцінками вчених, володіє 20% світових резервів.
Ці показники можуть істотно зрости після недавнього відкриття нових родовищ в Мурманській області та на Кольському півострові, і, головним чином, на Курильських островах, де зовсім недавно було виявлено родовище унікального металу ренію. Цей метал дуже затребуваний в нафтохімічному та металургійному виробництвах.
Курильські родовище може давати більше 26 тонн ренію на рік, у той час як попит на цей метал на світовому ринку сягає 30-ти тонн в рік. Курильські острови також багаті іншими рідкісноземельними елементами, такими як германій, індій, гафній. У Росії є ще два або три інших великих родовища. Але поки мова про їхню геологічну розвідку не ведеться.
Згідно з російським законодавством, більшість родовищ рідкоземельних елементів в Росії оголошено стратегічними, тобто їх розробка обмежена.
Всі ці фактори відкривають перспективу зміцнення позицій Росії як стабільного постачальника рідкоземельних елементів в економічно розвинені західні країни, а також у країни Азії. Що стосується Бразилії, то, якщо недавні відкриття будуть доведені, то це підтвердить не лише статус ресурсного гіганта, який ця країна займе в найближчому майбутньому, але також лідерство BRIC (група чотирьох країн, що швидко розвиваються – Бразилія, Росія, Індія та Китай) в завтрашньому світі .
В Україні руди лантанідів не видобуваються. Потреби країни (бл. 100 тон/рік) покриває імпорт. Промислові концентрації лантанідів виявлені у південно-східній та південно-західній частинах Українського щита.
Стаття підготована на основі інформації з відкритих джерел
Актуально
68606 переглядів
До теми:
