Наша цивилизация развивалась параллельно с освоением «обычных» металлов: свинца, меди, олова (медь, сплавленная с оловом, дает бронзу), цинка, железа, золота и серебра. Первые редкоземельные элементы (также называемые металлами) были открыты только исследователями XVIII века. Они получили такое название из-за больших трудностей в выделении их чистых форм.
Редкоземельные элементы любят горные породы, поэтому встречаются преимущественно в земной коре в виде карбонатов, оксидов, фосфатов и силикатов. Следовательно, вы не найдете их самородков, как это было в случае с золотоискателями на Клондайке. Они также известны как несовместимые элементы, то есть при плавлении горных пород или кристаллизации магмы они концентрируются в образовавшемся сплаве.
Тем, кто их искал, было бы проще, если бы они осаждались в чистом виде в ходе этих процессов, но тогда они были бы гораздо менее редкими, даже обычными и банальными. В течение десятилетий они казались бесполезными, поэтому лишь очень немногие знали их странные названия.
Первые редкоземельные элементы были открыты исследователями в XVIII веке
С годами любознательность первооткрывателей позволила узнать об их ценных свойствах. Некоторые отличаются уникальной электро- и теплопроводностью, другие — беспрецедентными магнитными и люминесцентными свойствами. Однако эти свойства стали важными лишь недавно. Впервые один из редкоземельных элементов нашел применение в газовых уличных фонарях, устанавливавшихся с конца XVIII века.
Белый свет получался путем пропускания пламени через покрытие, содержащее диоксид тория. Время безжалостно погубило и другие инновации той эпохи, такие как кремни для зажигалок, производившиеся с 1905 года и содержащие 70 процентов редкоземельных элементов и 30 процентов железа.
Однако металлурги заметили, что редкоземельные элементы улучшают качество стали. Металлургические заводы добавляли их в шихту в больших количествах, поскольку не было дешевого способа отделить один элемент от других. Интересно, что еще в 1954 году газета The New York Times писала, что «никто, кажется, не знает, почему они улучшают структуру стали именно таким образом».
Элементы из этой группы показали аналогично хорошие результаты в керамической промышленности, поэтому были предприняты неоднократные попытки найти новые области применения. Вскоре они оказались полезными в производстве вакуумных ламп, линз для солнцезащитных очков и студийного освещения. Их полезность росла. Промышленность не спешила их закупать, но покупала все больше и больше.
В 1954 году потребление редкоземельных оксидов в Америке, как из внутренних ресурсов, полученных на карьере Маунтин-Пасс в Калифорнии, так и из импорта, достигло приблизительно 5 миллионов фунтов, или чуть менее 2300 тонн. Спрос рос по мере снижения цены с примерно 4,50 до 10 долларов за фунт в 1954 году. Наибольший спрос исходил от металлургических заводов.
Подобно некоторым минералам и критически важным материалам, таким как литий редкоземельные элементы начали приобретать все большее значение. По мере того, как производственные мощности перешли от тонн и километров листового металла к миллиметрам, микрометрам и нанометрам. Со временем появилось все больше эффективных и впечатляющих применений редкоземельных элементов.
Рост потребления редкоземельных элементов
Полупроводники, образующие интегральные схемы (чипы), в настоящее время возглавляют список продуктов, имеющих решающее значение для дальнейшего развития цивилизации. В 1980-х годах для их производства требовалось 12 минералов и их соединений. Сегодня это число выросло до более чем 60. Помимо кремния и карбида кремния, к ним относятся германий, арсенид галлия и нитрат галлия.
На современном технологическом этапе редкоземельные элементы (РЗЭ) в сочетании с литием оказывают решающее влияние на переход к использованию электроэнергии, вырабатываемой батареями, в системах связи и транспорта. Неодим, в свою очередь, используется для производства очень мощных магнитов для ветряных турбин, электродвигателей и жестких дисков.
Магниты, изготовленные из сплава железа, неодима и бора, обладают магнитной силой более 400 килоджоулей на кубический метр , что в 10 раз больше, чем у дешевых магнитов для холодильников. Европий обеспечивает отображение ярких цветов на телевизорах и мониторах. Лантан необходим, среди прочего, в линзах. Другие элементы этой группы используются в производстве радаров, систем связи и современного оружия, а также в медицинских приборах визуализации, таких как магнитно-резонансная томография.
В металлургии их добавление создает сплавы с уникальными свойствами. Некоторые области применения РЗЭ, вероятно, являются совершенно секретными. В любом случае, редкоземельные элементы стали незаменимыми, и доступ к ним является стратегическим вопросом, тем более важным, чем выше страна находится в мировой иерархии.
По данным аналитической компании IDTechEX, редкоземельные элементы чаще всего используются в производстве магнитов, затем катализаторов, стекла и люминофоров, на четвертом месте — батареи, а затем целый ряд других применений.
Китайская почти монополия
Эти элементы, хотя и ценные и стратегически важные, составляют лишь малую долю в международной торговле. Однако серьезные опасения по поводу их поставок и структуры подтверждают, что даже небольшая капля может переломить ситуацию. В 2023 году общая стоимость их экспорта составила приблизительно 3,4 миллиарда долларов, увеличившись до примерно 3,75 миллиарда долларов годом позже, что почти незаметно на 350 миллионов долларов больше.
Вопреки выводам, сделанным на основе информации об их главном производителе, Китай не является их крупнейшим мировым экспортером. Им является, или, по крайней мере, был в 2023 году, Бирма (Мьянма), которая продала за границу почти на 1,5 миллиарда долларов. В том же году Китай был их ведущим импортером (почти на 2 миллиарда долларов). Поднебесная также экспортирует их, но закупает больше за рубежом (отрицательный баланс Китая в торговле редкоземельными элементами в 2023 году составил почти 1,5 миллиарда долларов).
Эти данные подтверждают абсолютное глобальное превосходство Пекина в использовании редкоземельных элементов, в основном за счет собственных ресурсов, что является результатом огромной доли Китая в производстве аккумуляторов для электромобилей, фотоэлектрических панелей, высокопрочной стали и т. д.
Для сравнения, США в том же году закупили редкоземельных элементов на 181 миллион долларов и продали за границу на 190 миллионов долларов. Япония значительно превосходит США в международной торговле редкоземельными элементами (экспорт 261 миллион долларов, импорт 478 миллионов долларов).
Европейские страны находятся за пределами высшей лиги – они производят и продают часть, но часть импортируют. Например, Германия закупила редкоземельных элементов на 83 миллиона долларов в 2023 году. Доминирование Китая значительно и неоспоримо.
Однако, если мы смело предположим, что наша цивилизация не остановит свое развитие, мы, вероятно, продолжим добывать ресурсы из недр земли. И, к отчаянию многих, кто больше обеспокоен состоянием окружающей среды, чем материальным благополучием, будем добывать их еще интенсивнее.
Читайте на тему: К 2040 году спрос на редкоземельные металлы увеличится в семь раз
