Сирек кездесетін металдар
Кіріспе
Сирек кездесетін металдар — 17 элементтен құралған топ, лантан, скандий, иттрий және лантаноидтар. Барлық осы элементтер — металдар күмісті-ақ түсті, оның үстіне барлық ұқсас химиялық қасиеттері (ең өзіне тән тотығу дәрежесі +3).
Сирек кездесетін металдар ашылды XVIII ғасырдың аяғында минералдар тобынан оксидтерінің — осыдан олардың атауы (оксидтері өте ұзақ именовали «жер»). Бұл нағыз металдар, правда, мұндай түб және сирек (кездеседі табиғатта шамамен 200 есе жиі қарағанда, алтын) ғана кездеседі, олар рассеянном жай-күйі. Дегенмен, елеулі кенді шоғырлар, олар мағынасы әзірлеу, және шын мәнінде өте сирек кездеседі (Ресейде осындай кен орындары жатады Ковдорское және Хибинское).
1.Ұғым, сирек кездесетін металдарды
Сирек кездесетін металдар (сирек кездесетін элементтер, сирек кездесетін металдар)- 17 элементтен құралған топ, лантан, скандий, иттрий және лантаноидтар. Барлық осы элементтер — металдар күмісті-ақ түсті, соның ішінде барлық ұқсас химиялық қасиеттері (ең тән тотығу дәрежесі +3).
Атауы «жер бетінде сирек кездесетін элементтер» тарихи қалыптасты соңында, XVIII — ХІХ ғасырдың басында, кезде қате деп есептеді минералдар, элементтері бар екі подсемейств, — цериевого (жеңіл-La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu), иттриевого (ауыр -Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — сирек кездеседі, жер қыртысының. Алайда, қорлары бойынша шикізаттың жер бетінде сирек кездесетін элементтер болып табылады сирек, жиынтық таралу олар жоғары, қорғасын 10 есе, молибден — 50 есе, вольфрам — 165 рет.
Кезде Дмитрий Менделеев жаза бастады «химия Негіздері» (1868), танылды болуы келесі ЖСМ: иттрий, лантана, церия, эрбия, тербия және дидима. Күнкөрістің тербия ол қарадым үлкен сомнением және өзінің өзіндік жұмыстарды орындады қатысқан жоқ бұл элемент.
«1794 жылы фин химигі Юхан Гадолин зерттей келе, кен үлгілері жақын швед местечка Иттербю, тауып неизвестную дейін сол «сирек жер» деп атады орны бойынша табылған иттриевой. Кейінірек, неміс химигі Мартин Клапрот бөлісті бұл үлгілер екі жерден»», біреуі үшін ол қалдырды аты иттриевой, ал басқа атады цериевой (жақында ашылған кіші планета Церера, ол, өз кезегінде, названа по имени древнеримской богини Цереры). Сәл кейін швед ғалымы К. Мосандер білді бөліп, сол үлгіде тағы бірнеше «жер». Барлық олар оксидами жаңа элементтерінің, алған сирек кездесетін жер атауы. Бірлесіп — 1907 жылы химик табылған және идентифицировали барлығы осындай 14 элементтерін. Өсуі бойынша атомдық салмағын олар келесідей орналасты.
1.Скандий (Sc)
2.Иттрий (Y)
3.Лантан (La)
4.Цезий (Ce)
5.Празеодим (Pr)
6.Неодим (Nd)
7.Прометий (Pm)
8.Самарий (Sm)
9.Европий (Eu)
10.Гадолиний (Gd)
11.Тербий (Tb)
12.Диспрозий (Dy)
13.Гольмий (Ho)
14.Эрбий (Er)
15.Тулий (Tm)
16.Иттербий (Yb)
17.Лютеций (Lu)
Кейде сирек кездесетін металдар кеңінен таралған жер қыртысында. Алайда олардың концентрациясы кендерде, әдетте, өте төмен, бұл мүмкіндіктерін шектейді және экономикалық жағынан тиімді алу мен байытудың осы заттар үшін қайта өңдеу және пайдалану. Кейбір сирек кездесетін элементтер жиналады ретінде жанама өнім өндіру анағұрлым кең тараған кендері бар, мысалы, мыс, алтын, уран, фосфаттар және темір. Бірақ тіпті шағын санының осы заттардың кезінде өнеркәсіптік өндірісте алуға мүмкіндік береді бірегей қасиеттері мен сапасы, техникалық өнімдер және олардан жасалған бұйымдар.
Жер бетінде сирек кездесетін элементтер, әдетте, жіктеледі неғұрлым жеңіл және ауыр. Жеңіл элементтер (атом нөмірлері 57, 63, сондай-ақ, скандий және иттрий) кең таралған табиғатта, олар кеңінен қолданылады және оңай извлекаются өндіру кезінде. Ауыр жер бетінде сирек кездесетін элементтер (атом нөмірлері бар 64-тен 71-ге дейін), әдетте, кем қол жетімді және одан да көп күрделі шығару үшін. Қабілеті ауыр элементтердің төзімді жоғары температура, салыстырғанда, жеңіл, оларды барынша ыңғайлысы үшін ерекше пайдалану, мысалы, қазіргі заманғы энергетикада. Осы орайда айта кететіні, Геологический обзор, подготавливаемый АҚШ-тың Геологиялық қызметі (US Geological Survey) сипаттайды ауыр жер бетінде сирек кездесетін элементтер эпитетом- «ерекшеліктері болғаны дұрыс».
2.Жерде сирек кездесетін металдарды өндіру
2011 жылы АҚШ-тың Геологиялық қызметі өз бағасын қайта қарастырды әлемдік қорының жер бетінде сирек кездесетін элементтердің, осыған байланысты, бұл ведомство тізімін қысқартты сол минералдар, олар экономикалық жағынан тиімді добывать. Нәтижесі мынаны анықтады: резервтер Қытай өсті 36 млн. тоннаға дейін 55 млн. тонна, бұл — тең жартысы, барлық әлемдік қордың. АҚШ бағалайды қалған қорлар 15 миллион тонна ТМД елдері, хабарланғандай, бар резервтер 19 млн. тонна, ал қайта есептелген резервтер Австралия төмендеді 5,4 1,6 млн. тонна.
Алайда, кен орындары, жер бетінде сирек кездесетін элементтердің, әзірлейді, аз значат. Мәні бар, тек оларды өндіру. Және дәл осы Қытай болып табылады сөзсіз көшбасшы қамтамасыз ететін 95% әлемдік өндіру. Әлемнің ірі қазақстандық кен орны жер бетінде сирек кездесетін металдар орналасқан ҚХР-да, Баян-Обо (Ішкі Моңғолия).
Бұрын көшбасшы өндіру бойынша жер бетінде сирек кездесетін металдар болды. Алайда уақыт өте келе көптеген кеніштер жабылып қалды. Ал Қытай, сонымен қатар, барлық қарқынмен әзірлейтін кен орындары сирек-жер металдар. Неге Қытай көшбасшы болды өндіру бойынша жер бетінде сирек кездесетін металдар?
ҚХР-арзан жұмыс күші, аз шектеулер қоршаған ортаның ластануы. Өндіру осы металдардың білдіреді күрделі технологиялық процесс, байланысты тәуекелді улану улы заттармен жұмыс және радиацияға. Өндіру мұндай металдар, әдетте, жүзеге асырылады, ашық тәсілмен, ашық кеніштерде. Шахталарда жер асты суларын жер бетінде сирек кездесетін металдар ұсталады, сондай-ақ радиоактивті элементтер сияқты уран және торий; жыл сайын шамамен 10 миллион тонна ағынды сулардың құрамында қышқыл немесе радиоактивті элементтер, және, әдетте, бұл су өтпейді тазалау. Бұған дейін хабарланғандай, тұрғындары ауыл маңында Баотоу (Қытай) мәжбүр, өйткені су және өріс болып шықты жұқтырған қалдықтарды әзірлемелер.
Ұсынылған жақында саяси бастамалары туындаған сұраныстың өсуімен байланысты сирек кездесетін металдар. Мәліметтері бойынша, барлық сол АҚШ Геологиялық қызметінің сұраныс артып келеді жыл сайын 10% — ға. Осылайша сұраныс өсуде және қытайдың өзінде — тұтыну осы ресурстарды 2000 жылы төрт есеге артты.
Экспортты шектеу металдар, сондай-ақ жетеледі өндірушілердің аударуға өндірісі Қытай үшін кепілдік беру үшін қажетті қамтамасыз ету, сол арқылы зиян келтірместен дамыту, жоғары технологиялық салалар басқа да елдер сияқты Жапония, Оңтүстік Корея және ЕО елдері. Предприняв бұл қадамдар Қытай, сөйтсек, іс жүзінде лезде құрып, өзіне жоғары технологиялық салалар өнеркәсіп.
Қытай, арқасында жаппай бақылау ағымдағы сирекжер элементтердің мүмкіндігі бар әсер ету нарықтық бағасы мен нақты реттеуге болады. Әрине, Қытай пайдаланады өз ресурстарын ескере отырып, және геосаяси мақсаттары. Сонымен, 2009 ж. артынан келіспеушіліктер Жапониямен аумақтық мәселе Қытай тоқтатты экспорт сирек жер элементтерінің өзінің наразылығын білдірген. Өйткені жапон жоғары технологиялық компания айтарлықтай тәуелді экспорт қытай жер бетінде сирек кездесетін элементтердің, Жапония үкіметі мәжбүр болды баруға беру Қытайға енгізуге рұқсат бере отырып, оқиға, содан кейін ғана импортқа сирек жер элементтерін қайта мүмкін болды.
Қол жетімділіктің негізгі сирек жер элементтерінің кейбір компаниялар әзірлейді материалдар-алмастырғыштар. Корпорацияның Toyota және General Electric ниеттерін білдірді пайдалануды азайту сирек жер элементтерін өндіру кезінде машиналар мен жел қозғалтқыш.
Сол уақытта басқа елдер (Австралия, Бразилия, Үндістан, Ресей, ОАР, Малайзия және Малави) ие ощутимыми қорлары жер бетінде сирек кездесетін элементтердің, мүмкін тартылған әзірлеу.
3.Орналасқан жері жер бетінде сирек кездесетін металдар
Шамамен 82% баланстық қорларының сирек кездесетін металдар Ресейдің үлесіне тиеді құрамында ЖСМ апатитовые кен, соның ішінде 70-тен астам% қорларды байланысты апатит-нефелиновыми кендері кен Хибинской тобы Мурманск облысы. Бірі өндірілетін кендер жер бетінде сирек кездесетін элементтер мұнда жоқ, извлекаются; олар қалады қалдықта көп байыту, складированных үйінділерде байыту фабрикаларының.
Попутное алу ЖСМ жүргізіледі, тек Ловозерском кен орнында Мурманск облысы. Оның кен құрамында сирек жер элементтері көбінесе цериевой.
Кендерде бірегей ресейлік кен Томторское, орналасқан солтүстік-батысында Саха Республикасы (Якутия) ұсталады орта есеппен 12,8% (корах желмен мүжілген) дейін 7,98% (байырғы кендегі) скм-ды. Алайда, кен орны емес, әзірлейді және орналасқан нераспределенном қоры, жер қойнауын, өйткені орналасқан ауданда қатал климаттық жағдайларға және дамымаған инфрақұрылымы бар.
Бірі он алты СЖМ кен орындарын ескерілетін Мемлекеттік баланспен, нераспределенному қорға, басқа Томторского жатады тағы төрт кен орны бар, оның ішінде ірі Селигдарское және Белозиминское.
«Читинской облысы ААҚ «Тау-кен технологиясы» дайындайды әзірлеу бойынша орташа ауқымы Катугинское кен орны.
ААҚ «Солтүстік-Батыс фосфор» компаниясы жүргізеді игеру, екі нысандарды Хибинской кен орындарының бір тобын, Мурманск облысында — Партомчорр және Бұғы Бұлақ. Енгізілсін тау-кен өндіруші кәсіпорны пайдалануға беру жоспарланып отыр, 2014 ж.
Дайындалуда пысықтау қорларының бір бөлігі Төменгі россыпи Ярегского кен орнын Республике Коми, алайда компания «ААҚ ЯрегаРуда» добывать мұнда ЖСМ әзірге жоспарлап отырған жоқ.
4.Қолдану сирек-жер металдар
редкоземельный өндіру металл
Ұзақ уақыт бойы жер бетінде сирек кездесетін металдар болып саналған скучными және химиялық малоинтересными. Жағдай өзгерді түбегейлі, 60 — жылдары XX ғасырдың технологиясы пайда болды бөлу таза металдар осы топтың пайдалану негізінде технологиялар уран изотоптарын бөлу. Ғалымдар бірден атап өтті магниттік қасиеттері осы элементтердің. Сол кезде әлемдік өнеркәсіптік өндірісі жоқ мыслило себя без трансформаторлар, электрогенераторов, моторлардың және басқа да аспаптарды, онда пайдаланылады электромагниттік индукция.
Ашылып қасиеттері кейбір сирек кездесетін металдар, олар ие, үлкен магнит энергиясы мен олардың негізінде құруға болады күшті тұрақты магниттер. Өздері бұл металдар кезінде намагничивании могут менять өз өлшемдері. Осы металдар жатады диспрозий, самарий, гадолиний және басқа да.
Қызығушылық өнеркәсіп қасиеттері сирек топырақты материалдарды әлі күнге дейін орасан зор. Смартфондар, плеерлер, гибридті қозғалтқыштар, компьютерлер және басқа да электроника. Әр аспабында бар және сирек кездесетін металдар. Онсыз бүгінгі таңда бірде-бір компания шығарады жоғары технологиялық әзірлеу. Бұл ақпарат Toyota Prius бар 10 кг лантана. Ал магните ветряного қозғалтқыш — кем 260 кг неодима. Бұл магниттер жасалған осы элементтердің бірі, әлдеқайда күшті қарапайым магниттер, ал салмағы едәуір аз. Бұл себептерінің бірі-бұл электрондық құрылғы неғұрлым ықшамды.
Алайық, мысалы, телевизиялық экран. Қызыл түс шығады арқасында европию. Каталитикалық түрлендіргіш пайдаланылған газдарды төмендететін, олардың уыттылығы, құрамында церий және лантан.
Деректер келтірілетін АҚШ-тың Геологиялық қызметімен көрсетеді, бұл АҚШ-тың жер бетінде сирек кездесетін элементтер пайдаланылады түріндегі катализаторлар химиялық реакциялардың (22%), катализаторлар мұнай өңдеу кезінде (21%), каталитикалық бейтараптандырғыштарға арналған автомобильдерді (14%) және шамамен 40% — өндірісіндегі қорытпалар үшін батареяларды, керамика және магнит (бұл секторларына, өсім құрайтын 4% — дан 10% — ға жыл сайын).
Бөлшектелмеген элементтері қолданылады сияқты салаларда шыны өндірісі, мұнай өңдеу және мұнай химиясы (катализаторлар үшін крекинг мұнай, қоспалар дизель отын және т. б.), металлургия. Жеке элементтер өндірісінде пайдаланылады каталитикалық сүзгі-бейтараптандырғыштарға, пайдаланылған газдардың автомобильдер (церий), магнит (самарий және неодим), люминофорлар, керамикалық конденсаторлар (лантан, неодим).
Металлургияда сирек кездесетін металдар алу үшін пайдаланылады ерекше сорттарын шойыннан, болаттан және түсті металл қорытпаларынан жасалған (қоспалар ЖСМ сапасын арттырады металлургия өнімін жақсартады, олардың қасиеттері, атап айтқанда, соққыға тұтқырлығын және коррозиялық тұрақтылығын).Сирек элементтер өте маңызды металлургиялық процестерде, өйткені мүмкіндік береді сапасын арттыру қорытпалар никель, болат, алюминий, титан. Пайдалана отырып низколегированные болды, 30-40% — ға төмендетуге салмағы конструкцияларын салу кезінде автомобильдер, көпірлер, көп қабатты ғимараттар, газ және мұнай құбырларын, геологиялық барлау, бұрғылау жабдықтарды және ұлғайтуға, олардың қызмет мерзімі 2-3 есе. Бұл өте өзекті салу кезінде мұнай және газ құбырларын күрделі табиғи және климаттық жағдайларда және агрессивті орталарда (түбі Балтық және Қара теңіз), сондай-ақ салу кезінде мұнай және газ өндіруші платформалар үшін көмірсутегін өндіру қайраңында. Бұл негіздейді, ең таяу болашақта үлкен қажеттіліктің өсуі, сирек кездесетін элементтері.
Сирек кездесетін металдар, сондай-ақ пайдаланылады әскери-өнеркәсіптік кешені. Көлемі, онда жер бетінде сирек кездесетін металдар пайдаланылады қорғаныс технологияларына соншалық, онсыз өндіру, қазіргі заманғы қару-жарақ — истребитель, ұшқышсыз ұшу аппараттарының және көбінесе жабдықты компьютермен басқарылатын — мүмкін емес еді. Электромагниттік қару төмендетеді адам құрбан болды, сондықтан ең жақсы болып есептеледі, қару-жарақпен, әскери операциялардың немесе қорғау кемелер.
Перечислим мысал