Добавь сайт в закладки! Инструкция по ссылке.
Их называют редкоземельными элементами. Название ложное, но их дефицит – нет. Хотя редкоземельные элементы (РЗЭ) геологически распространены, они дефицитны с экономической, экологической и политической точек зрения.
Когда шведский лейтенант, а впоследствии страстный минералог Карл Аксель Аррениус в 1787 году подобрал необычный чёрный камень близ деревушки Иттербю, химики назвали эту руду «редкой землёй». «Редкая» означало, что никто её раньше не видел, а «земля» в XVIII веке было сокращённым обозначением для кислоторастворимой горной породы.
Два столетия спустя это название всё ещё сопровождает семейство из 17 серебристо-серых элементов — 15 лантаноидов (группа химических элементов, включающая лантан и следующие за ним 14 элементов в периодической таблице Менделеева) плюс скандий и иттрий — хотя они отнюдь не являются дефицитными.
По данным Геологических служб, распространённые представители этой группы так же обильны в земной коре, как никель, медь или цинк, и даже самые редкие из них, тулий и лютеций, встречаются примерно в 200 раз чаще золота.
Редкостью является обнаружение их месторождения, где какой-либо из этих элементов сконцентрирован в достаточной для рентабельной добычи степени, а также их извлечение без нанесения значительного ущерба окружающей среде токсичными отходами.Материалы будущего – Как синтетические Алмазы меняют инженерию и технологии
Почему мир внезапно ими заинтересовался
Энергетический переход и развитие передовых технологий превратили эти некогда малоизвестные элементы в объект геополитических интересов высокого уровня.
Неодим-железо-боровые магниты вращают роторы ветряных турбин и двигатели электромобилей; европий и тербий используются в подсветке экранов смартфонов; иттрий и гадолиний находятся внутри медицинских сканеров (например, МРТ – магнитно-резонансных томографов); диспрозий и самарий упрочняют сплавы для реактивных двигателей.
По мере ускорения энергетического перехода спрос на РЗЭ растёт, в то время как отношения между Пекином и Вашингтоном ухудшаются. Когда президент США Дональд Трамп резко повысил тарифы на китайские товары, Пекин ответил своим главным козырем — приостановил экспорт 7-стратегических редкоземельных элементов: самария, гадолиния, тербия, диспрозия, скандия, иттрия и лютеция — а также высокоэффективных магнитов, которые их содержат.
Поскольку Китай поставляет примерно 60% добываемых в мире редкоземельных элементов и около 90% переработанных оксидов и готовых магнитов, эта приостановка угрожала остановить всё — от производства истребителей до ветряных электростанций.
Монополия Китая и шахматная доска поставок
Доминирование Пекина не случайно. В 1990-х годах он вкладывал значительные субсидии в разработку обширных карьеров открытого типа во Внутренней Монголии.
Была создана сеть аффинажных заводов (предприятий по глубокой очистке металлов), способных осуществлять сложнейшие химические процессы, часто включающие тысячи этапов жидкостной экстракции (метод разделения веществ, основанный на их различной растворимости в двух несмешивающихся жидкостях), необходимые для выделения отдельных элементов из «коктейля» похожих по свойствам атомов.
Китайские лидеры осознали стратегическую важность редкоземельных элементов для развивающихся технологий и национального развития. Китайский государственный деятель Дэн Сяопин в 1992 году произнёс свою знаменитую фразу: «У Ближнего Востока есть нефть, а у Китая – редкоземельные элементы».
Квоты на добычу, лицензии на плавку и мощности по производству магнитов ежегодно устанавливаются Государственным советом КНР (высший государственный административный орган Китая), и за этими показателями следят очень пристально.
Даже Китай признаёт экологическую цену: в «белой книге» правительства от 2010 года вину за уничтоженные склоны холмов, загрязнённые реки и радиоактивные хвосты обогащения (отходы переработки руды), содержащие торий и уран, возложили на добычу РЗЭ. Формулировки совета были суровы: «интенсивный вред экологической среде».
Редкоземельные элементы: витамины промышленности
Академик А. Е. Ферсман однажды назвал редкоземельные элементы «витаминами промышленности».
Эта метафора актуальна и сегодня. Добавляемые в мизерных количествах, они кардинально улучшают свойства других материалов. Магниты с неодимом и диспрозием могут быть в 15 раз сильнее железных магнитов.
Европий заставляет люминофоры (вещества, способные светиться при возбуждении) ярко светиться красным; церий позволяет каталитическим нейтрализаторам (устройствам в выхлопной системе для снижения токсичности отработавших газов) очищать автомобильные выхлопы; а самарий — кобальтовые магниты сохраняют магнитные свойства при температурах доменных печей.
Именно поэтому наушники Apple, приводные блоки Tesla, медицинские сканеры Philips и даже обычные люминесцентные лампы зависят от этой неприметной части таблицы Менделеева.
Скрытые издержки и почему они важны
Однако каждый грамм этих элементов имеет свою, немалую «цену».
Большинство руд редкоземельных элементов представляют собой сложную геохимическую смесь, поэтому производителям приходится измельчать, подвергать кислотному выщелачиванию (извлечению металлов из руд с помощью кислот) и промывать растворителями огромные объёмы породы, прежде чем получить килограмм нужного оксида.
Сами растворители токсичны; из хвостохранилищ (сооружений для хранения отходов обогащения) могут вымываться тяжёлые металлы; а любые сопутствующие торий или уран вызывают опасения по поводу радиоактивности.
Карьеры открытого типа разрушают ландшафты, потребляют много энергии и нарушают местные водные источники. Одним словом, сами элементы могут и не быть геологически редкими, но вот чистые, социально приемлемые места их добычи и производства – это действительно редкость.
Именно этот дефицит, а не распространённость в земной коре, поддерживает напряжённость в поставках и волатильность цен.
Можно ли обойтись без них
Инженеры, действительно, могут снижать зависимость от РЗЭ по нескольким направлениям.
В 2010 году Китай временно приостановил экспорт редкоземельных элементов в Японию после дипломатического спора из-за островов Сэнкаку (Дяоюйдао, группа островов в Восточно-Китайском море, предмет территориального спора между Японией, КНР и Тайванем) и ареста капитана китайского рыболовного судна.
Эта мера, хотя и кратковременная, вызвала панику в японской промышленности, особенно в автомобильном секторе, поскольку Япония сильно зависела от китайского импорта РЗЭ.
Япония отреагировала на фактический запрет Китая на экспорт РЗЭ реализацией комплексного плана по снижению зависимости от китайских источников, включая инвестиции в альтернативные цепочки поставок, стимулирование переработки и разработку новых технологий для сокращения использования редкоземельных элементов.
Правительства от Канберры до Брюсселя финансируют новые рудники, чтобы ослабить долю Китая на рынке, США также усиленно ищут партнёров в Австралии и Канаде для совместного финансирования аффинажных заводов.
Хотя Штаты пытаются расконсервировать месторождения и запустить новые аффинажные предприятия, как сказал геолог из Университета Невады Саймон Джовитт: «Нет смысла в руднике, если у вас нет всей цепочки поставок».
Добыча руды — это лишь первая глава; без близлежащих химико-разделительных производств, металлургических заводов и предприятий по изготовлению магнитов руда отправляется прямиком в Китай для конечной переработки.
Переработка могла бы восполнить ещё больший пробел. Старые жёсткие диски ноутбуков содержат неодимовые магниты, смартфоны «накопили» диспрозий, а аккумуляторы гибридных автомобилей — лантан. Проблемой является их извлечение из корпусов, пластика и других металлов. «Все эти металлы смешаны с другими материалами, что затрудняет их переработку».
Но, исследователи разрабатывают нестандартные подходы: одна команда использует бактерии, выделяющие органические кислоты, для извлечения редкоземельных элементов из измельчённых печатных плат. Другая продаёт восстановленные магниты, извлечённые из устаревших жёстких дисков.
Учитывая горы списанной электроники по всему миру, «городской рудник» (концепция извлечения ценных материалов из отслужившей техники и отходов городской инфраструктуры) мог бы составить конкуренцию любому карьеру.
Так, всё-таки, они редкие
Если отбросить неверный термин (неправильно или неуместно применённое название), вырисовывается более ясная картина.
Редкоземельные элементы геологически распространены, но дефицитны лишь с экономической, экологической и политической точек зрения. Они достаточно обильны, чтобы скрываться у всех на виду, но при этом и достаточно ценны, чтобы перевернуть мировую торговлю, когда одна страна «перекрывает вентиль».
РЗЭ незаменимы для будущего с низким уровнем выбросов углерода, однако их сегодняшняя добыча может нанести вред планете, которую мы надеемся спасти. И это противоречие не исчезнет в ближайшее время.
Краткосрочные «мирные инициативы» — отмена тарифов или корректировка экспортных квот — могут успокоить рынки. Тем не менее долгосрочная безопасность потребует одновременного строительства рудников, аффинажных заводов и предприятий по производству магнитов, масштабирования более эффективных циклов переработки и инвестиций в материалы-заменители везде, где это позволяет физика.
Пока эта более широкая экосистема не созреет, на вопрос «Действительно ли редки редкоземельные элементы?» существует лишь парадоксальный ответ: нет, они повсюду, и всё же, пока мы должны обращаться с ними так, как будто они действительно редкие.
Поделись видео:
