Редкие металлы — условная группа из 60 химических элементов. Они похожи свойствами, характеристиками, редко попадаются в природе. Разработка месторождений редких металлов — перспективное направление. Представители этой группы еще до конца не изучены, что делает их ценными для применения в промышленности, исследования учеными.
Редкие металлы
Калифорний 252
На данный момент в мире нет металла, который стоил бы дороже Калифорния 252. Его необычайно большая стоимость зарегистрирована в Книге рекордов Гиннесса и равна 10 млн долларов за 1 г.
Ежегодно сложным и кропотливым трудом получают 35–40 мкг элемента. Его запас во всем мире составляет лишь 8 г.
В природе Калифорний 252 не встречается, он был синтезирован американскими учеными в 1950 году. В настоящее время уникальный металл производят в димитровградском НИИАР и Ок-Риджской национальной лаборатории в США.
Ценят металл за его небывалую энергию, сравнимую по мощности с энергией среднестатистического атомного реактора. Применяют в ядерной физике, в медицине при лечении онкологических заболеваний. С его помощью находят новые залежи золота и серебра, выявляют дефекты в реакторах самолетов.
Способы добычи
Открытый
Так как значительные запасы редких металлов сосредоточены в земной коре, подверженной выветриванию и россыпях, то наиболее распространённым способом их добычи является открытый способ. Для освоения россыпных месторождений часто применяется драга – плавучий горно-обогатительный комплекс.
В случае карьерных залежей производится комплекс геологоразведочных, вскрышных, землеройных и транспортных работ с последующим обогащением. Естественно, это связано с большими затратами и вредным влиянием на окружающую среду.
Закрытый
Шахтный способ добычи не утрачивает своих позиций в списке методов извлечения таких полезных ископаемых, какими являются руды редких металлов. Обычно его применяют, когда возникает необходимость изъятия дорогостоящих пород из земных недр, залегающих на глубинах до полукилометра и более.
В противном случае добыча будет нерентабельна, так как не покроет расходы на строительство шахты и эксплуатацию дорогостоящего оборудования.
Родий
Редчайший благородный металл впервые получили в СССР в 1925 году. Для производства 1 кг родия необходимо около 10 т платины.
Родий имеет мощные отражающие свойства и высокую устойчивость к коррозии и окислению.
Используется во многих сферах: в стекольной промышленности, в машиностроении, для финального покрытия ювелирных изделий (придает им блеск и предотвращает потемнение), для производства азотной кислоты.
Ежегодная мировая добыча родия составляет около 30 т. Солидными месторождениями могут похвастаться Россия, Канада и ЮАР. Стоимость: 170 $ за 1 г.
Технология обогащения
Сырьё, из которого извлекаются редкие металлы и элементы обычно содержат в себе десятые, а то и тысячные доли процента необходимых материалов.
Подготовительный процесс
Дробление и измельчение позволяют отделить добываемые минералы от пустой породы. В результате получается продукт приемлемой для дальнейшей переработки формы с заданной концентрацией добываемого металла.
В случае трудностями с обогащением (урановые руды или ряд других полезных ископаемых) применяют гидрометаллургические способы извлечения металлов. Для ряда ценных минералов крупноразмерной фракции используется ручная разработка руды на транспортёре.
Основной процесс
Основной процесс обогащения представляет собой механические, физические и химические процессы, целью которых является получение концентрата (продукта обогащения руды, обладающего повышенной концентрацией необходимого минерала) и отходов.
В случае переработки руд редких металлов применяют следующие виды обогащения:
- Дробление с последующей обработке на грохоте основано на разной степени твёрдости полезных и пустых пород.
- Скольжение нужных минералов по наклонной плоскости со скоростью отличной от неиспользуемых материалов.
- Гравитационное обогащение – принцип действия этого метода базируется на разной скорости падения зёрен минералов в газообразной или жидкой среде.
- Флотационное обогащение, – в основу которого положено изменение смачиваемости поверхности под воздействием флотореагентов.
- Магнитное обогащение разделяет материалы по их магнитным свойствам.
- Электростатическое обогащение основано на использовании различии электрических свойств минералов.
Вспомогательный процесс
Технологические процессы, способствующие проведению основных процессов переработки, носят название «вспомогательных».
Непосредственно из руд получить редкие металлы не представляется возможным. На выходе целого ряда сложных процессов основной переработки имеются лишь оксиды и соли. Конечных потребителей это, естественно, не устраивает, так как им требуются металлы высокой степени очистки.
Для решения этой проблемы применяют методы обогащения, суть которых заключается: в разложении, создании соединений нужной чистоты, получении технически чистого металла или сплавов с его наличием в их составе, рафинировании металла, получении слитков или изделий с одновременным формированием нужной физико-химической структуры. В основе этих методов лежат гидрометаллургические, химические и пирометаллургические процессы.
Золото
Пластичность, прочность, однородность и долговечность сделали драгоценный металл одним из наиболее востребованных на планете. Оно считается высокоэффективным проводником тепла и ценится за отсутствие реакции на кислоты и другие химические элементы.
Золото способно сохранять идеальное состояние на протяжении не одной сотни лет. В природе существует лишь в чистом виде.
Применяют в медицине и косметологии, стоматологии, ювелирном деле, электропромышленности и приборостроении. Используется для инвестирования и кредитования.
Лидирующие позиции по добыче золота занимают США, Китай и Австралия. Стоимость: 65 $ за 1 г.
Шафран — 11 долларов за грамм
Шафран даже близко не является одним из самых редких элементов на Земле; тем не менее, он представлен в нашем списке. Причина в том, что он растет в середине цветка крокуса, который является чрезвычайно трудоемкой культурой. Около одного акра земли фиолетовых крокусов дают только один фунт шафрана.
Шафран широко используется в индийской, европейской и турецкой кухнях. Есть несколько доказательств того, что шафран помогает при депрессивных расстройствах. Это также может помочь облегчить симптомы предменструального синдрома.
Платина
Платину открыли на колумбийских рудниках в XVI веке испанские конкистадоры. Неведомый металл, напоминавший серебро, поначалу считали абсолютно бесполезным и презрительно называли «серебришко».
Его часто использовали для подделки золотых и серебряных изделий. Со временем платина завоевала популярность.
Это один из редчайших элементов, встречающийся в сплаве с другими металлами. Ежегодно в мире добывается около 150 т платины. Процесс синтеза трудоемок и затратен, что и определяет уровень цен.
Тугоплавкая и огнеупорная платина обладает высокой плотностью и отличной износостойкостью. Она имеет низкую теплопроводность и не деформируется. Почти не поддается воздействию никаких кислот. Пластичная, натурально белая и блестящая.
Применяется в автопромышленности, радиотехнике, производстве компьютеров, космической индустрии, медицине, в оружейном и ювелирном делах.
Месторождениями этого металла славятся Россия, США, Китай, Южная Африка, Зимбабве. Стоимость: 33 $ за 1 г.
Наука для жизни: топ-7 самых ценных и дорогих металлов на земле
В современной таблице Менделеева из 118 химических веществ более 90 – различные металлы. Рассказываем о самых дорогих металлах на Земле, где они используются и добываются.
Какие-то из металлов встречаются часто, с их добычей особых проблем нет и стоят они недорого, как, например, самый распространенный, алюминий. Но есть и редкие металлы, в т.ч. такие, которые добываются исключительно в лабораторных условиях. Цена за грамм таких металлов может достигать миллионов долларов, пишет nauka.boltai.com.
Индий
Это довольно редкий, при этом не слишком дорогой металл. Его открыли в 1863 году, он входит в состав руды цинка, свинца, меди и олова. В чистом виде представляет собой белый и очень блестящий металл, который можно легко расплавить и нарезать обычным ножом. Крупнейшие поставщики индия – Китай, Южная Корея и Япония: они ежегодно производят несколько сотен тонн металла.
Индий активно используют в электронной технике и автомобилях. Во времена Второй мировой войны это металл входил в состав подшипников для авиационных двигателей.
Серебро
Серебро известно человечеству с древних времен. В природе оно встречается как в чистом виде, так и в качестве соединения в рудах других металлов. Серебро – высокопластичный металл серебристо-белого цвета. Крупнейшие производители: Китай, Канада и США – они каждый год добывают около 22 тонн металла.
Несмотря на высокую стоимость, серебро используется во многих отраслях. Из него изготавливают украшения и монеты, его используют в электронной технике и стоматологии. Считается, что серебро мешает распространяться бактериям, и сам по себе металл безопасен. На него всегда высокий спрос, отсюда и довольно высокая цена.
Иридий
Металл иридий был открыт в 1803 году и, в основном, добывается из платиновых руд. Он белого цвета и обладает очень высокой температурой плавления – 2466 градусов Цельсия. Ему не страшна коррозия и даже кислоты – это самый стойкий металл. Крупнейшим поставщиком иридия считается Южная Африка: в год производит около тонны металла.
В чистом виде иридий не используется, чаще всего его добавляют к платине. Сплав иридия и платины отлично подходит для изготовления украшений – они красиво выглядят и практически не изнашиваются. Также иридий востребован при изготовлении хирургических инструментов, аэрокосмической техники и электроники. Из этого металла делают и наконечники дорогих пишущих ручек.
Палладий
Открыли в 1803 году. Палладий – очень редкий металл серебристо-белого цвета, легко плавится, не тускнеет и не ржавеет. В природе встречается крайне редко, в основном, его добывают из руд никеля, серебра и меди. Самый крупный поставщик – Южная Африка, в небольшом количестве также добывается в России.
Палладий активно используют в ювелирном деле, смешивая с золотом, можно получить так называемое «белое золото». Из него чеканят редкие монеты, посвященные памятным историческим датам. Также металл пользуется спросом в медицине: из него изготавливают детали для кардиостимуляторов и зубные протезы.
Платина
Многие народы не знали о существовании платины вплоть до XVI века, но есть и те, кто использовал этот металл с незапамятных времен. Платина встречается только в виде сплава с другими металлами, но в чистом виде это металл серебристо-белого цвета. Она стала популярной благодаря красивому внешнему виду и пластичности. Крупнейшими поставщиками считаются Южная Африка, Россия, США и Канада.
Платина используется в ювелирной промышленности, в технике, из нее чеканят монеты. Из нее изготавливают зеркала для лазерной техники. Спрос на платину высок, поэтому она очень дорогая.
Золото
О золоте человек узнал еще 9500 лет до нашей эры. Это сегодня его добыча требует много времени и сил, а раньше этот металл находили в виде слитков. Он обладает высокой прочностью, при этом очень пластичен. Самыми крупными поставщиками золота стали Китай, Австралия, Россия и США. Уже долгие столетия золото считается самым желанным драгоценным металлом.
Из золота изготавливают многие ювелирные изделия. Благодаря тому, что золото отлично проводит электричество, его активно применяют в производстве электроники. Также оно очень востребовано в стоматологии.
Калифорний
Впервые ученые получили его в 1950 году. Это самый дорогой металл, потому что ежегодно производится только 20–40 микрограммов калифорния. Общий мировой запас составляет всего 8 граммов. Для создания калифорния используются ядерные реакторы, которые расположены на территории США и России. Главная ценность калифорния состоит в том, что грамм этого элемента вырабатывает энергию среднего атомного реактора.
Калифорний используется в медицине для обработки злокачественных опухолей – иногда другая лучевая терапия оказывается бесполезной. Также металл используется в научных исследованиях и диагностике повреждений самолетов.
Фото из открытых интернет-источников
Осмий 187
Для производства уникального синтезированного черного порошка с фиолетовым оттенком, который относится к сложным изотопам, необходимо около 280 суток. Его создание вызывает ряд определенных трудностей.
Осмий 187 – самое плотное вещество на Земле, самый прочный и одновременно хрупкий металл в мире.
Он имеет колоссальное значение для научных исследований и применяется как катализатор в ходе химических реакций. Используется для производства высокоточных измерительных приборов.
Первой и единственной страной, обеспечивающей этим ценным элементом мировой рынок, является Казахстан. Стоимость: 200 000 $ за 1 г.
История открытия
Редкие металлы — относительно новый термин, к которому относятся малоизученные химические элементы. Впервые такое обозначение появилось в 20-х годах прошлого столетия. За рубежом первым термином появился Less Common Metals. Если переводить его дословно — менее обычные металлы.
Резкий скачок добычи, производства редких металлических элементов был зафиксирован после окончания Второй Мировой Войны. Тогда нужно было восстанавливать основные сферы промышленности. Новые химические элементы позволяли создавать инновационные материалы, развивать новые технологии в ускоренном режиме.
Добыча металлов (Фото: Instagram / metinvest)
Палладий
Серебристо-белый изотоп, относящийся к благородным платиновым металлам, был открыт британским химиком Уильямом Волластоном в 1803 году. Основные достоинства палладия – пластичность, мягкость, низкая температура плавления, устойчивость к потемнению и коррозии.
Палладий широко применяется в промышленности и медицинской сфере. Незаменим при изготовлении ювелирных изделий: благодаря легковесности из него можно создавать настоящие шедевры искусства.
Самые крупные месторождения обнаружены в России (Мурманск, Норильск, Талнах), Африке, Канаде, Аляске, Колумбии, Австралии. Стоимость: 90 $ за 1 г.
Запасы редкоземельных элементов
Общее количество по массе редкоземельных металлов в природе составляет не более 0,02%. Чаще всего в недрах Земли находятся церий, лантан и неодим. Наименее распространенным соединением является Европий. Ее процентное содержание в недрах Земли составляет не более 0,0013% от его общей массе.
В мире редкоземельные металлы находятся в 240 минеральных веществах: фторидах, силикатах и фосфатах. 62 минерала используются в качестве промышленного сырья: монацит, апатит, бастнезит и эвксенит. Процентное соотношение РЗЭ в составе минеральных веществ неодинаково. В бастнезитах содержатся преимущественно представители цериевой подгруппы, в апатитах – иттриевой.
Редкоземельные элементы содержаться в естественной среде совместно, образуя сульфиды или галоидные соединения. Валентность веществ составляет не более 3+. В природе церий может образовывать четырехвалентные соединения, что обусловлено особенностями строения его электронной оболочки.
Основные запасы редкоземельных металлов содержатся в следующих странах:
- США: 13000000 т;
- Австралия: 1600000 т;
- Бразилия: 36000 т;
- Китай: 55000000 т;
- Индия: 3100000 т;
- Малайзия: 30000 т.
В России 90% редкоземельных элементов импортируется из других стран. Это обусловлено тем, что на российском рынке наблюдается низкий спрос на данные соединения. Из-за развития научно-технического прогресса наибольшее количество редкоземельных ресурсов потребляется развитыми странами Европы и Северной Америки.
Скандий
Высокопрочный скандий в 1870 году в своей статье (как экабор) предсказал Д. И. Менделеев, а открыл в 1879 году и дал название в честь Скандинавии шведский профессор-химик Ларс Нильсон.
Серебристо-желтый элемент невероятно рассеян: его содержание в минералах может достигать 10 г на тонну. Добыча металла крайне затратна.
Наиболее богат скандием тортвейтит. Его значительные месторождения сосредоточены в Норвегии и на Мадагаскаре. С 1911 по 1952 годы на норвежских копях добыли лишь 23 кг тортвейтита.
Скандий имеет редкое сочетание высокой теплостойкости и легкости. Применяется в роботостроении, создании лазерной техники, космической индустрии, спортивной сфере (высококачественный инвентарь для велоспорта, хоккея и гольфа делают из скандия). Стоимость: 4 $ за 1 г.
Пейнит — 8500 долларов за грамм
Painite — очень редкий боратный минерал, найденный в Мьянме. Он содержит следовые количества ванадия и хрома и имеет оранжево-красный или коричневато-красный цвет.
По состоянию на 2004 год было известно менее 25 известных кристаллов, хотя в последнее время в Мьянме было обнаружено гораздо больше материалов. Лишь немногие из них находятся в частной собственности. Остальные камни распределены между Геммологическим институтом Америки и исследовательской лабораторией GRS Gem и Британским музеем естественной истории.
Применение редкоземельных металлов
Редкоземельные металлы нашли применение в следующих областях:
- Производство винчестеров и звуковых динамиков.
- Изготовление фотокамер, телескопических объективов, проекторов, приспособлений для студийного освещения и аккумуляторов.
- Переработка сырой нефти.
- Разработка усиленных металлов и стекол, применяющихся в авиационных моторах и защитных масках для строителей.
- Создание жидкокристаллических дисплеев, аппаратов для МРТ, рентгеновских систем, энергосберегающих ламп и ядерных реакторов.
Также РЗЭ используются для изготовления добавок и эмалей, необходимых для модификации материалов. Они улучшают пластичность и прочность сырья, что увеличивает срок службы различных аппаратов и металлических устройств. Благодаря повышенной скорости поглощения окисей углерода и азота, РЗМ могут применяться в водородных тиратронах в качестве изолирующего материала.
Применение редкоземельных элементов оказывает негативное влияние на экологию планеты. В результате добычи и производства РЗЭ в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ и токсинов, включая углерод. В настоящее время разрабатываются технология определения токсичности РЗМ при помощи биотестирования. Ученые создают биосенсоры, определяющие влияние металлов на организм человека при помощи специальных биосенсоров. При изготовлении тестовых приспособлений используются экологически чистые материалы: Paramecium Bursaria и водоросли Chlorella.
Серебро / Ag (~ 0,5 USD за 1 грамм)
Открывает наш топ 10 серебро, по-латински называемое аргентумом. Серебро известно человечеству с древнейших времен поскольку его возможно обнаружить в природе в виде самородков, и оно не требует никаких химических процессов для получения. Сам металлический цвет назван в честь аргентума — серебряным.
Серебро благородный металл, имеющий температуру плавления равную 962 градуса по Цельсию. Оно обладает самой высокой теплопроводностью среди всех известных металлов. Широко применяется в производстве электротехники и электрооборудования, ювелирном деле, входит в составы различных высокотехнологичных сплавов, используемых в самых разнообразных областях человеческой деятельности.
Серебро издавна известно своими антибактериальными свойствами, с помощью него можно уничтожить около 700 видов различных бактерий.
Даже на космических станциях вся вода очищается с помощью серебра, а некоторые домохозяйки кидают серебряные монетки в молоко продлевая его срок хранения.
