Рідкісноземельні елементи

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Видобуток РЗЕ. (USGS) Лідер видобутку - Китай.
Руда РЗЕ

Рі́дкісноземе́льні елеме́нти (англ. rare-earth elements; нім. Seltenerdmetalle n pl, Seltenerden f pl, seltene Erden f pl) — хімічні елементи: Sc, Y, La і 14 елементів сімейства лантаноїдів — Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Традиційно лантаноїди підрозділяють на дві підгрупи: церієву (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) та ітрієву (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tu, Yb, Lu). У геохімії прийнято Sc розглядати окремо від рідкісноземельних елементів. Назва «рідкісноземельні елементи» склалася історично у зв'язку з тим, що у XIX ст. вони вважалися малопоширеними (що насправді неправильно), звідси «рідкісні», а «землі» — це старовинна назва важкорозчинних оксидів, характерних для цих елементів. У вільному вигляді рідкісноземельні елементи є типовими металами.

Поширення[ред.ред. код]

Рідкісноземельні елементи зустрічаються практично у кожній породі земної кори, але найбільшим є їх вміст у лужних породах. Вміст рідкісноземельних елементів в земній корі 2·10−2 (% за масою), причому різні рідкісноземельні елементи поширені неоднаково — так для Tm — 2,7·10−5 мас.%, а для Се — 7·10−3 мас.%.

Відомо близько 100 рідкісноземельних мінералів, але як сировина для одержання рідкісноземельних елементів практичне значення мають фосфати — монацит (Ce, La)[PO4], ксенотим YPO4, флуоркарбонати — бастнезит Се[СО3](F,OH) та ітросинхізит CaY (CeCO3)2F, складний оксид-лопарит NaCeTi2O6. Промисловими джерелами також є глинисті мінерали кори вивітрювання гранітів. Світові сировинні запаси рідкісноземельних елементів перевищують 90 млн т. Найбільшими запасами володіють Китай, США та Австралія.

Продукцією первинного збагачення рідкісноземельних руд за кордоном є в основному чотири види концентратів:

  • бастнезитові (60—70 і до 85% рідкісноземельних оксидів, РЗО),
  • монацитові (55—60% РЗО),
  • ксенотимові (понад 25% Y2O3),
  • концентровані розчини йонних руд (до 90% РЗО).

Отримання[ред.ред. код]

Оксиди рідкісноземельних елементів. За годинниковою стрілкою від нижнього: оксиди неодиму, самарію, гадолінію, празеодиму, церію і лантану

Отримання рідкісноземельних елементів з руд проводиться за допомогою різних методів гідрометалургії, електролізу і металотермічного відновлення, йонообмінної хроматографії. Переробку концентратів здійснюють високотемпературним хлоруванням, лужним методом із застосуванням каустичної соди, соляно- або сірчанокислим методом. У світовому виробництві кінцевої рідкісноземельної продукції на початку XXI ст. провідними є французька компанія Rhone Poulenc та американська Molycorp.

Вилучення рідкісноземельних елементів з вугілля вилуговуванням сульфат амонієм у дослідах американських вчених досягає 89% при загальному вмісті рідкоземельних металів в зразках вугілля (264 мг/кг). Ця технологія оцінюється як перспективна для промислового використання.[1]

В Україні руди рідкісних земель не видобуваються. Країна імпортує близько 100 т/рік рідкісноземельних металів. Прогнозується, що до 2010 р. вони зростуть до 115 т. Промислові концентрації Л. виявлені у південно-східній та південно-західній частинах Українського щита. Державний баланс запасів корисних копалин України враховує запаси рідкісних земель по Новополтавському апатит-рідкіснометалічному родовищу. У приазовській частині Українського щита відкрито Азовське родовище рідкісних земель, що вивчається і, за попередніми даними та оцінками фахівців, є одним з найбільших у світі (прогнозні ресурси — 70—75 млн т руди). До 2010 р. заплановано оцінку рідкісноземельних руд у корах вивітрювання Сущано-Пержанської зони, що знаходяться на північному заході Українського щита.

До 1991 р. рідкісноземельний промпродукт з Прикаспійського ГМК (Казахстан) перероблявся на Придніпровському ХЗ (м. Дніпродзержинськ). Церієві рідкісноземельні елементи вилучалися екстракцією в кінцевий продукт і використовувалися в нафтохімії. Концентрат ітрієвих рідкісноземельних елементів у вигляді розчинів нітратів направлявся в Росію.

Торгівля і видобуток рідкісноземельними металами у другій половині ХХ ст. — ХХІ ст. увійшли у стадію тимчасової консолідації. Темпи зростання обсягів видобутку скорочуються, постіндустріальне суспільство ХХІ ст. спрямоване не добування ресурсів, а їх відтворення у лабораторних умовах[2].

Лідером же з видобутку РЗМ є Китай, на який станом на 2016 р. припадає понад 95 відсотків усіх видобутих запасів рідкоземельних металів.[3]

Застосування[ред.ред. код]

Практичне використання рідкісноземельних елементів розпочалося лише у ХХ ст., але розвивалося швидкими темпами. Сьогодні нараховується понад 100 галузей застосування рідкісноземельних елементів. Вони застосовуються в техніці як легуючі добавки в різних сталях і сплавах, в електронних приладах, магнітних матеріалах і запалювальних сумішах, як каталізатори, акумулятори водню, в ядерній техніці. Більшість з них застосовується у вигляді змішаних сполук, оксидів та мішметалу (сплав на основі рідкісноземельних металів) як каталізатори при крекінгу нафти, у виробництві скла та кераміки, а також у металургії. На ці галузі припадає близько 70% сумарного споживання рідкісноземельних елементів.

В кінці ХХ ст. швидко зростало споживання індивідуальних оксидів і металів у виробництві автокаталізаторів (Се, La), постійних магнітів (Nd, Sm), нікель-гідридних батарей (La та La-мішметал), телевізорів і люмінесцентних ламп (Y, Eu, Tb), волоконно-оптичних систем зв'язку (La, Er), оптоелектроніки (Tb, Dy, Er). Оксиди Pr, Ce застосовують у виробництві скла, La — в оптичному склі, Gd, Eu — в атомній техніці, Y — в надпровідній та металокераміці. Металічні Y, La, Nd використовуються для легування алюмінієвих, магнієвих та інших сплавів, в авіації та ракетній техніці. Є перспективи використання Но у надпровідній кераміці, яка у порівнянні з ітрієвою має вищу густину струму. Розвиваються також галузі застосування ітрієвих лантаноїдів: Er — в атомній енергетиці та виробництві волоконно-оптичних пристроїв; Tb, Dy, Gd, Sm — магнітострикційних сплавах; Nd, Gd, Er — у пристроях магнітного охолодження. Споживання рідкісноземельних елементів щорічно зростає на 10—15% і складає сьогодні 75—80 тис. т.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

Chem template.svg Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.