Реферат: Редкие металлы-металлы будущего

Месторождения литофильных редких металлов. Под редакцией Овчинникова Л. Н., Солодова Н. А. М., Недра, 1980.

Солодов Н. А. Формационные типы редкометальных карбонатитов. // Отечественная геология, № 6, 1996.

Солодов Н. А. Условия образования крупных и богатых редкометальных месторождений. // Геология рудных месторождений, т. 39, № 5, 1997.

Солодов Н. А. Концепция экстренного обеспечения России редкими металлами. // Минеральные ресурсы России. Экономика управления, № 4, 1992.

ЦИФРЫ И ФАКТЫ

› Многие редкие металлы, долгое время почти не находившие применения, сейчас широко используются в мире. Они вызвали к жизни целые новые области современной промышленности, науки и техники - такие, как солнечная энергетика, сверхскоростной транспорт на магнитной подушке, инфракрасная оптика, оптоэлектроника, лазеры, ЭВМ последних поколений.

› Используя низколегированные стали, содержащие всего 0,03-0,07% ниобия и 0,01-0,1% ванадия, можно на 30-40% снизить вес конструкций при строительстве мостов, многоэтажных зданий, газо- и нефтепроводов, геологоразведочного бурильного оборудования и т. п. При этом срок службы конструкций увеличивается в 2-3 раза.

› Магниты с использованием сверхпроводящих материалов на основе ниобия дали возможность построить в Японии поезда на воздушной подушке, развивающие скорость до 577
км/ч.

› В рядовом американском автомобиле используется 100 кг стали марки HSLA с ниобием, ванадием, редкими землями, 25 деталей из медно-бериллиевых сплавов, цирконий, иттрий. При этом вес автомобиля в США (с 1980 по 1990 год) уменьшился в 1,4 раза. С 1986 года автомобили начали оснащаться неодимсодержащими магнитами (37 г неодима на один автомобиль).

› Интенсивно разрабатываются электромобили с литиевыми аккумуляторами, автомобили на водородном топливе с нитридом лантана и другие.

› Американская фирма "Вестингауз" разработала высокотемпературные топливные элементы на основе оксидов циркония и иттрия, которые повышают кпд тепловых электростанций с 35 до 60%.

› За счет внедрения энергоэкономичных осветительных приборов и электронной аппаратуры, сделанной с использованием редких элементов, США предполагают сберегать до 50% электроэнергии из 420 млрд.
кВт/часов, расходуемых на освещение. В Японии и США созданы лампы с люминофорами, содержащими иттрий, европий, тербий, церий. Лампы мощностью 27 Вт с успехом заменяют 60-75-ваттные лампы накаливания. Расход электроэнергии на освещение снижается в 2-3 раза.

› Использование солнечной энергии невозможно без галлия. НАСА США планирует оборудовать космические спутники солнечными элементами на основе арсенида галлия.

› Чрезвычайно высоки темпы роста потребления редких металлов в электронике. В 1984 году стоимость мирового сбыта интегральных схем с использованием арсенида галлия составляла 30 млн. долларов, в 1990 году она уже оценивалась в 1 млрд. долларов.

› Применение редкоземельных элементов (редких земель) и редкого металла рения при крекинге нефти позволило США резко снизить использование дорогостоящей платины, при этом повысить кпд процесса и увеличить на 15 процентов выход высокооктанового бензина.

› В Китае успешно применяются редкие земли в сельском хозяйстве для удобрения риса, пшеницы, кукурузы, сахарного тростника, сахарной свеклы, табака, чая, хлопка, арахиса, фруктов, цветов. Урожай продовольственных культур увеличился на 5-10%, технических - более чем на 10%. Улучшилось качество пшеницы за счет более высокого содержания протеина и лизина, увеличилась сахаристость фруктов, сахарного тростника и свеклы, улучшилась окраска цветов, повысилось качество чая и табака.

› В Казахстане по рекомендации российских ученых была применена разработанная Ф. В. Сайкиным новая методика использования редких земель в сельском хозяйстве. Опыты провели на больших площадях и получили великолепный эффект - увеличение урожайности хлопка, пшеницы и других культур на 65%. Столь высокая эффективность была достигнута , во-первых, благодаря тому, что использовали не смеси всех редких земель одновременно, как это практиковалось в Китае, а только один неодим (поскольку некоторые из лантаноидов не способствуют повышению урожайности, а наоборот - понижают ее). Во-вторых, не проводили, как это делают в Китае, трудоемкого опрыскивания сельскохозяйственных растений в периоды их цветения. Вместо этого только замачивали зерно перед посевом в водном растворе, содержащем неодим. Эта операция много проще и дешевле.

› До последнего времени иттрий использовался в технике чрезвычайно редко, и добыча его была соответствующей - исчислялась килограммами. Но вот оказалось, что иттрий способен резко увеличивать электропроводность алюминиевого кабеля и прочность новых керамических конструкционных материалов. Это обещает весьма большой экономический эффект. Интерес к иттрию и к иттриевым лантаноидам - самарию, европию, требию значительно вырос.

› Скандий (его цена одно время была на порядок выше цены золота) благодаря уникальному сочетанию целого ряда своих свойств теперь пользуется сверхповышенным интересом в авиационной, ракетной и лазерной технике.

Названия "редкие металлы", "редкие элементы", "редкоземельные элементы" - не совсем правильны, потому что эти химические элементы вовсе не такие уж редкие. Их среднее содержание в земной коре сопоставимо или даже выше, чем большинства широко используемых нами в повседневной жизни металлов. Например, таких редких металлов, как скандий, церий, лантан, литий, иттрий, ниобий, галлий, в земной коре содержится примерно столько же, сколько хрома, цинка, никеля, меди, свинца. А стронция, циркония, рубидия - даже на порядок больше.
Полвека назад считали, что редкие элементы не способны образовывать крупные месторождения и высокие концентрации в руде. Сейчас мы знаем, что это не так, что учтенные мировые запасы, например, ниобия, лития и цериевых земель не уступают запасам титана, никеля и превышают запасы свинца и олова. В наиболее крупных месторождениях цериевых земель, ниобия, лития, стронция, циркония, ванадия хранятся миллионы тонн этих ценнейших редких металлов. По способности концентрироваться в рудах промышленных месторождений редкие элементы не уступают, а часто даже превосходят цветные и малые металлы.
Может быть, правильнее было бы называть эти металлы не редкими, а новыми, как предлагал академик В. И. Смирнов. Ведь все редкие элементы открыты за последние 60-220 лет, а использование их в промышленности по-настоящему началось только 20-40 лет назад.

Пирамида наглядно показывает распространенность химических элементов в земной коре.
В "шпиле" уместились редкие и некоторые малораспространенные металлы.

Универсальная ракетно-космическая транспортная система "Энергия" на космодроме Байконур. В ее состав входят мощная ракета-носитель и орбитальный корабль многоразового пользования "Буран".
Чтобы изготовить сверхлегкие материалы для этой сложнейшей транспортной системы, были использованы редкие металлы.

Одна из секций установки Т-15 Токамака со сверхпроводящими магнитными катушками.

периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Здесь, в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, выделены (подчеркнуты) редкие металлы. Как видите, их не так уж мало - 35 из 104-х.