Общие сведения Основные свойства редкоземельных металлов Редкоземельные металлы (РЗМ) представляют собой некоторую аномалию в периодической системе Менделеева, поскольку эти 15 химически подобных элементов (с порядковыми номерами от 57 - лантан до 71 - лютеций), называемых также лантаноидами, теоретически объединены в одной основной группе таблицы. В коммерческой практике в группу редкоземельных металлов включают еще два элемента, находящихся в таблице непосредственно над лантаном, - скандий с порядковым номером 21 и иттрий с порядковым номером 39.
Термин «редкие земли», введенный в конце XVIII столетия, также является аномальным, поскольку распространенность этих металлов в земной коре колеблется от 60 млн. долей (для церия) до примерно 0,5 млн. частей (для тулия и лютеция). Это значит, что все они содержатся в земной коре в большем количестве, чем серебро, а четыре наиболее распространенных элемента (иттрий, лантан, церий и неодим) имеются в более значительных количествах, чем свинец. Впоследствии оказалось, что термин «редкие» более применим к раздельно существующим лантаноидам, поскольку отделить и отличить их друг от друга весьма трудно.
Единственным исключением в этой группе является элемент прометий с порядковым номером 61, являющийся радиоактивным и встречающийся в природе в исключительно малых количествах. Он может быть выделен из побочных продуктов деления ядер и имеет ряд специфических сфер применения.
Основными источниками редких земель являются минералы бастнезит (фторо-карбонат РЗМ), монацит, лопарит и ионно-абсорбционные глины. Однако концентрации этих руд в природе распределены таким образом, что в мире существует лишь небольшое число рентабельных для разработки месторождений. Кроме того, в последнее время добыча и переработка монацита значительно сократились ввиду того, что содержание тория (и, что более важно, побочного продукта – радия) делает этот минерал радиоактивным.
Тем не менее, маловероятно, что имеется опасность возникновения нехватки редких земель. По оценке Геологической службы США, их выявленные мировые запасы и добыча (в пересчете на оксиды редкоземельных металлов – РЗО) составили соответственно 88 млн. и 105 тыс. т. При этом эксперты полагают, что невыявленные ресурсы редкоземельных металлов весьма велики в сравнении с ожидаемым уровнем спроса.
Соотношение концентраций отдельных редкоземельных металлов в различных рудах может в значительной степени варьироваться, причем оно не соответствует соотношению уровней коммерческого спроса на них. Это приводит к тому, что для получения адекватного количества более редких, но важных элементов приходится выпускать значительные объемы других более распространенных металлов.
Для производства концентратов, содержащих 60 – 70% смешанных РЗО, добываемая руда обычно перерабатывается с использованием флотационной технологии и технологии разделения. Из концентратов могут быть получены промежуточные продукты, такие как смешанные хлориды редкоземельных металлов, которые обычно являются отправной точкой для наиболее простой технологии разделения – экстракции из раствора. Ввиду сходства металлов разделение первоначально производится на подгруппы, которые затем разъединяются на индивидуальные элементы путем дальнейшей экстракции из раствора.
Индивидуальные редкие земли обычно осаждаются в виде оксалатов, которые обжигаются до получения оксидов. Очень высокая чистота оксидов может быть достигнута с помощью применения ионообменной технологии.
Тогда как в форме химических соединений потребляются все редкие земли, только некоторые из них в промышленных масштабах используются в виде металлов (в частности, в производстве магнитов). Эти металлы могут быть получены из фторидов с применением кальцийтермического или электролитического восстановления, а также в некоторых случаях путем металлотермического восстановления оксидов.
Важными видами редкоземельных продуктов являются редкоземельные металлы, их сплавы, оксиды, карбонаты, ацетаты и ряд других соединений. В ряде областей потребления чистота продукции должна достигать 99,99-99,999%.
Переработка концентратов обычно включает первоначальный крекинг или выщелачивание с целью получения растворов, которые проходят через несколько этапов сепарации: сначала отделяются легкие металлы от тяжелых, а затем выделяются индивидуальные элементы.
Извлечение разделенных редких земель из закупаемых концентратов или частично обработанных материалов осуществляется сравнительно небольшим числом компаний. Важно отметить, что трудно достичь баланса спроса и предложения в отношении различных видов редких земель, в результате чего характерным свойством этого рынка является наличие периодов избытка или недостатка поставок тех или иных индивидуальных элементов.
|
