Редкоземни елементи: какво са, видове, свойства и приложения

Тук е представена таблица със седемнадесетте редкоземни елемента, техния атомен номер и символ, произхода на имената им и някои от приложенията им. Някои от редкоземните елементи са наречени на учените, които са ги открили, а други са наречени в зависимост от мястото, където са открити.

Редкоземните елементи са по-тежки от желязото. Те се получават от свръхнови (експлодиращи звезди). В природата при деленето на уран-238 се образуват много малки количества радиоактивен прометий. По-голямата част от прометея се създава синтетично в ядрени реактори.

Редкоземните елементи се променят във времето в малки количества (ppm, parts per million). Тяхното съотношение може да се използва за геоложко датиране и датиране на вкаменелости.

Редкоземните елементи често се срещат заедно. Най-дълго живеещият изотоп на прометия има период на полуразпад от 17,7 години. Поради това елементът се среща в природата в много малки количества. Прометият е един от двата елемента, които нямат стабилни (нерадиоактивни) изотопи и са последвани от стабилни елементи (другият е технеций).

Тъй като всички лантаниди са близки по размер, редкоземните елементи винаги са били трудни за разделяне. Дори и с еони геологично време, разделянето на лантанидите в природата рядко е стигало по-далеч от разделянето на леки и тежки лантаниди, известни още като цериеви и итриеви земи. Това геохимично разделяне е показано в първите две открити редки земни тела. Това са иттрий през 1794 г. и церий през 1803 г. При откриването им всеки от тях е бил смес от всички редки земни елементи. Големи рудни находища на цериеви земни елементи се намират по целия свят и се експлоатират. Рудните тела на итрия са по-редки. Освен това те обикновено са по-малки и по-слабо концентрирани.

До 1948 г. по-голямата част от редкоземните елементи в света се добиват от пясъчни находища в Индия и Бразилия. През 50-те години на миналия век Южна Африка добива по-голямата част от световните количества редкоземни метали. Това се случва, след като там са открити големи находища на минерал, съдържащ редкоземни елементи. От 60-те до 80-те години на ХХ век мина в Калифорния е водещият производител. Днес от индийските и южноафриканските находища все още се произвеждат някои редкоземни концентрати, но те са много малки в сравнение с количествата, произвеждани в Китай. Китай е произвеждал над 95 % от световното предлагане на редкоземни елементи. По-голямата част от това е била направена във Вътрешна Монголия, въпреки че тя е разполагала само с 37 % от доказаните запаси. Въпреки че оттогава се твърди, че тези цифри са намалели до 90 % и 23 % до 2012 г. Всички тежки редки земни елементи в света (като диспрозий) идват от китайски източници на редки земни елементи, като например полиметалното находище Баян Обо. През 2010 г. Геологическата служба на САЩ (USGS) публикува проучване, според което Съединените щати разполагат с 13 милиона метрични тона редкоземни елементи.

Новото търсене на тези елементи е по-голямо от предлагането им. Скоро светът може да се сблъска с недостиг на редкоземни елементи. Очаква се след няколко години, считано от 2009 г., световното търсене на редкоземни елементи да надхвърли предлагането им с 40 000 тона всяка година, освен ако не бъдат разработени нови източници.

Китай

Тези опасения се засилват заради действията на Китай. Китай заяви, че ще въведе правила за износа и ще работи за спиране на контрабандата. На 1 септември 2009 г. Китай заяви, че ще намали износа си до 35 000 тона годишно в периода 2010-2015 г. Китай заяви, че това се прави, за да се запазят редките ресурси и да се опази околната среда. На 19 октомври 2010 г. China Daily съобщава, че Китай "ще намали допълнително квотите за износ на редки метали с най-много 30% през следващата година, за да защити ценните метали от прекомерна експлоатация". В края на 2010 г. Китай заяви, че първият кръг на износа през 2011 г. на редкоземни елементи ще бъде 14 446 тона. Това е с 35 % по-малко в сравнение с първия кръг на износа през 2010 г. През септември 2011 г. Китай заяви, че спира производството в три от осемте си мини за редкоземни метали. Тези мини произвеждат почти 40 % от общото производство на редкоземни метали в Китай. През август 2012 г. Китай заяви, че производството ще бъде намалено с още 20 %.

Извън Китай

Поради повишеното търсене и ограниченията върху износа на метали от Китай някои държави натрупват запаси от редкоземни ресурси. Търсят се нови източници в Австралия, Бразилия, Канада, Южна Африка, Танзания, Гренландия и Съединените щати. Мините в тези страни бяха затворени, когато Китай подби световните цени през 90-те години на миналия век. Ще са необходими няколко години, за да се възобнови производството.

Европейският съюз призова датския протекторат Гренландия да ограничи китайското разработване на проекти за редкоземни метали там, тъй като на Китай се падат 95 % от настоящите доставки в света. От началото на 2013 г. правителството на Гренландия заяви, че не планира да налага такива ограничения.

Преработката на ядрени материали е друг възможен източник на редкоземни или други елементи. Ядреното делене на уран или плутоний създава много елементи, както и всички техни изотопи. Малко вероятно е обаче създаването им да може да се извърши безопасно и икономически изгодно поради радиоактивността на много от тези изотопи.

Рециклиране

Друг източник на редкоземни елементи са електронните отпадъци и други отпадъци, които съдържат голямо количество редкоземни компоненти. Новите постижения в технологиите за рециклиране улесниха извличането на редкоземни елементи от тези материали. Понастоящем заводи за рециклиране работят в Япония, където има около 300 000 тона редки земни елементи в неизползвана електроника. Във Франция групата Rhodia изгражда два завода в Ла Рошел и Сен Фонс. Тези фабрики ще произвеждат по 200 тона редки земни елементи годишно от употребявани флуоресцентни лампи, магнити и батерии.

Геополитически съображения

Китай заяви, че изчерпването на ресурсите и загрижеността за околната среда са причините за засиления контрол в цялата страна върху производството на редкоземни минерали. За обяснение на политиката на Китай по отношение на редкоземните елементи са посочени и причини, които не са свързани с околната среда. Според The Economist "намаляването на износа на редкоземни метали... е с цел да се придвижат китайските производители нагоре по веригата на доставки, така че да могат да продават на света ценни готови стоки, а не евтини суровини".

В своя доклад за Стратегията за критични материали от 2010 г. Министерството на енергетиката на САЩ определи диспрозия като елемента, който е най-критичен от гледна точка на зависимостта от внос.

В доклада от 2011 г., издаден от Геологическия институт на САЩ и Министерството на вътрешните работи на САЩ, "Китайската индустрия за редки метали", се разглеждат тенденциите в индустрията в Китай. В него се разглеждат националните политики, които могат да определят бъдещето на производството в страната. В доклада се казва, че през последните две десетилетия водещата роля на Китай в производството на редкоземни минерали е нараснала. През 1990 г. Китай е произвеждал само 27 % от тези минерали. През 2009 г. световното производство възлиза на 132 000 метрични тона. Китай е произвел 129 000 тона от тях. Според доклада последните модели показват, че Китай ще забави износа на такива материали за света: "Поради нарастването на вътрешното търсене правителството постепенно намали квотата за износ през последните няколко години." През 2006 г. Китай разреши на 47 местни производители и търговци на редки метали и на 12 китайско-чуждестранни производители на редки метали да изнасят. Към 2011 г. има само 22 местни производители и търговци на редки метали и 9 китайско-чуждестранни производители на редки метали. Бъдещите политики на правителството вероятно ще запазят строгия контрол: "Според проекта на китайския план за развитие на редкоземните метали годишното производство на редкоземни метали може да бъде ограничено до 130 000-140 000 [метрични тона] през периода 2009-2015 г. Квотата за износ на редкоземни продукти може да бъде около 35 000 [метрични тона], а правителството може да разреши на 20 местни производители и търговци на редкоземни продукти да изнасят редкоземни продукти."

Геоложката служба на САЩ търси в южната част на Афганистан находища на редкоземни метали под защитата на военните сили на САЩ. От 2009 г. насам USGS извършва дистанционни проучвания, както и работа на терен, за да провери съветските твърдения, че в провинция Хелманд, близо до село Ханнешин, съществуват вулканични скали, съдържащи редкоземни метали. USGS е открила област от скали в центъра на угаснал вулкан с леки редкоземни елементи, включително церий и неодим. Тя е картографирала 1,3 милиона метрични тона полезни скали. Това е около 10 години предлагане при сегашните нива на търсене. Пентагонът е оценил стойността й на около 7,4 милиарда долара.

Ценообразуване на редкоземните елементи

Редкоземните елементи не се търгуват на борсата по същия начин, както скъпоценните (например злато и сребро) или цветните метали (като никел, калай, мед и алуминий). Вместо това те се продават на частния пазар. Това затруднява наблюдението и проследяването на цените им. Въпреки това цените се публикуват периодично на уебсайтове като mineralprices.com. 17-те елемента обикновено не се продават в чист вид. Обикновено те се разпространяват в смеси с различна чистота, например "Неодим метал ≥ 99,5 %". поради това цените могат да варират в зависимост от количеството и качеството, необходими на крайния потребител.