Metali

REE - rijetki zemaljski elementi i njihova upotreba



Potražnja za rijetkim zemaljskim elementima brzo je rasla, ali je njihova pojava u gipkim naslagama ograničena.


Proizvodnja rijetkih Zemljinih elemenata: Ovaj grafikon prikazuje povijest proizvodnje rijetkih zemljanih elemenata, u metričkim tonama ekvivalenta rijetkog zemljinog oksida, između 1950. i 2017. To jasno pokazuje ulazak Sjedinjenih Država na tržište sredinom 1960-ih, kada je televizija u boji eksplodirala potražnju. Kada je Kina krajem 1980-ih i početkom 1990-ih počela prodavati rijetke zemlje po vrlo niskim cijenama, rudnici u Sjedinjenim Državama bili su prisiljeni zatvoriti jer više nisu mogli donositi profit. Kad je Kina 2010. godine smanjila izvoz, rijetke su se cijene na Zemlji povećale. To je motiviralo novu proizvodnju u Sjedinjenim Državama, Australiji, Rusiji, Tajlandu, Maleziji i drugim zemljama. U 2016. godini proizvodnja rijetkih zemlja u Sjedinjenim Državama prestala je jer je jedini preostali rudnik stavljen na njegu i održavanje.

REE periodična tablica: Rijetki elementi Zemlje su 15 elemenata iz serije lantanida, plus itrij. Skandija se nalazi u većini naslaga rijetkih zemljanih elemenata i ponekad se klasificira kao rijetko zemljani element. Image by.

Koji su rijetki elementi Zemlje (REE)?

Rijetki zemljani elementi su skupina od sedamnaest kemijskih elemenata koji se pojavljuju zajedno u periodičnoj tablici (vidi sliku). Skupinu čine itrij i 15 lantanidnih elemenata (latan, cerijev, praseodimij, neodimij, promethijum, samarij, europijum, gadolinij, terbij, disprozijum, holmijum, erbijum, tulij, itterbijum i lutecij). Skandija se nalazi u većini naslaga rijetkih zemljanih elemenata i ponekad se klasificira kao rijetko zemljani element. Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije uključuje skandij u njihovu definiciju rijetkih zemaljskih elemenata.

Rijetki zemaljski elementi svi su metali, a skupina se često naziva i "rijetko metalnim metalima". Ovi metali imaju mnogo sličnih svojstava, što ih često uzrokuje da se zajedno pronađu u geološkim ležištima. Nazivaju ih se i "rijetkim zemaljskim oksidima", jer se mnogi od njih obično prodaju kao oksidni spojevi.

Upotreba rijetkozemnih elemenata: Ovaj grafikon prikazuje uporabu rijetkozemnih elemenata u Sjedinjenim Državama tijekom 2017. Mnoga vozila koriste katalizatore rijetke zemlje u svojim ispušnim sustavima za kontrolu onečišćenja zraka. Veliki broj legura postaje izdržljivijim dodavanjem rijetkih zemljanih metala. Staklo, granit, mramor i drago kamenje često se poliraju prahom cerijevog oksida. Mnogi motori i generatori sadrže magnete napravljene od rijetkih zemaljskih elemenata. Fosfor koji se koristi u digitalnim prikazima, monitorima i televizorima stvoren je s rijetkim oksidima zemlje. Većina baterija za računalo, mobitel i električna vozila izrađena je od rijetkih metalnih metala.

Upotreba rijetkih zemaljskih elemenata

Retkozemni metali i legure koje ih sadrže koriste se u mnogim uređajima koje ljudi svakodnevno koriste, poput računalne memorije, DVD-a, punjivih baterija, mobitela, katalitičkih pretvarača, magneta, fluorescentne rasvjete i mnogih drugih.

U posljednjih dvadeset godina došlo je do eksplozije potražnje za mnogim predmetima koji zahtijevaju rijetke zemljane metale. Prije 20 godina u uporabi je bilo vrlo malo mobitela, ali danas se taj broj povećao na preko 7 milijardi. Upotreba rijetkozemnih elemenata u računalima porasla je gotovo jednako brzo kao i mobiteli.

Mnoge punjive baterije izrađene su od rijetkih zemljanih spojeva. Potražnja za baterijama pokreće potražnju za prijenosnim elektroničkim uređajima poput mobitela, čitača, prijenosnih računala i kamera.

Amerika upotreba rijetkih elemenata Zemlje

Kemijski katalizatori55%
Izrada keramike i stakla15%
Metalurgija i legure10%
Poliranje stakla5%
drugo15%
(Podaci iz 2017. iz USGS-a)

Nekoliko kilograma rijetkih spojeva zemlje nalazi se u baterijama koje napajaju svako električno vozilo i hibridno-električno vozilo. Kako je zabrinutost za energetsku neovisnost, klimatske promjene i druga pitanja pokretanja prodaje električnih i hibridnih vozila, potražnja za baterijama izrađenim od rijetkih zemljanih spojeva porast će još brže.

Rijetke se zemlje koriste kao katalizatori, fosfori i spojevi za poliranje. Oni se koriste za kontrolu zagađenja zraka, osvijetljene ekrane na elektroničkim uređajima i poliranje stakla optičke kvalitete. Očekuje se da će za sve ove proizvode doći do sve veće potražnje.

Ostale tvari mogu se zamijeniti za rijetke zemaljske elemente u njihovim najvažnijim namjenama; međutim, ti su nadomjesci obično manje učinkoviti i skupi.

Od 1950-ih do početka 2000-ih, cerijev oksid bio je vrlo popularan lapidarni lak. Bilo je jeftino i vrlo učinkovito. Nedavna poskupljenja gotovo su eliminirala uporabu cerijevog oksida u posrnuću stijena i lapidarnoj umjetnosti. Ostale vrste poliranja, kao što su aluminij i titanov oksid, sada se koriste na njegovom mjestu.

Primjene obrane rijetkih zemaljskih elemenata

LantanNaočale za noćno gledanje
neodimijlaserski daljinomeri, sustavi vođenja, komunikacije
evropijumfluorescencije i fosfore u svjetiljkama i monitorima
erbijumpojačala u optičkom prijenosu podataka
samarijtrajni magneti koji su stabilni na visokim temperaturama
samarijprecizno vođeno oružje
samarijproizvodnja "bijelog šuma" u stealth tehnologiji

Kritične uporabe

Rijetki zemaljski elementi igraju ključnu ulogu u našoj nacionalnoj obrani. Vojska koristi naočale za noćno osmatranje, precizno navođeno oružje, komunikacijsku opremu, GPS opremu, baterije i drugu obrambenu elektroniku. Oni daju američkoj vojsci ogromnu prednost. Rijetki zemni metali su ključni sastojci za izradu vrlo tvrdih legura koje se koriste u oklopnim vozilima i projektilima koji se razbiju nakon udara.

Supstituti se mogu koristiti za rijetke zemljane elemente u nekim obrambenim aplikacijama; međutim, ti nadomjesci obično nisu tako učinkoviti i to umanjuje vojnu superiornost. Nekoliko upotreba rijetkozemnih elemenata sažeto je u priloženoj tablici 5.

Dali si znao? Većina skandija koji se koristi u Sjedinjenim Državama ide na palice za baseball od aluminijske legure i drugu sportsku opremu 3. Scandium se također koristi u poluvodičima i specijalnoj rasvjeti.

Jesu li ti elementi stvarno "rijetki"?

Rijetki zemaljski elementi nisu tako rijetki kao što samo ime govori. Thulium i lutetium su dva najmanje obilna rijetka zemaljska elementa - ali svaki od njih ima prosječno bogatstvo krtine koje je gotovo 200 puta veće od krupnog obilja zlata 1. Međutim, ove metale je vrlo teško minirati, jer ih je neobično pronaći u koncentracijama dovoljno visokim za ekonomično vađenje.

Najzastupljeniji rijetkozemni elementi su cerij, itrij, lantan i neodim 2. Oni imaju prosječno obilje kruta sličnih uobičajenim industrijskim metalima poput kroma, nikla, cinka, molibdena, kositra, volframa i olova 1. Opet, oni rijetko se nalaze u koncentracijama koje se mogu ekstrahirati.

Dali si znao? Rijetki magneti zemlje koriste se u vjetroturbinama. Neke velike turbine zahtijevaju dva TON-a od rijetkih magneta zemlje. Ti su magneti vrlo jaki i turbine čine vrlo učinkovitima. Rijetki zemni magneti koriste se u turbinama i generatorima u mnogim primjenama alternativne energije.

Dali si znao? Cijene i potražnja za rijetkim zemaljskim materijalima dramatično su porasla tijekom posljednjeg desetljeća. Kina proizvodi oko 90% opskrbe. Depoziti u Australiji i Sjedinjenim Državama vraćaju se u pogon, a istraživanje na mnogim novim područjima napreduje.

Teški i lagani rijetko zemljani elementi: Elementi rijetke zemlje često se dijele na "Teške rijetke zemlje" i "Lake rijetke Zemlje". Lanthanum, cerium, praseodimij, neodimij, promethium i samarium su "laka rijetka zemlja." Itrij, europijum, gadolinij, terbij, disprozijum, holmij, erbij, tuljum, itterbijum i lutecij su "teške rijetke zemlje." Iako je itrijum lakši od svjetlosnih rijetkozemaljskih elemenata, zbog kemijskih i fizičkih povezanosti s teškim rijetkim zemljima u prirodnim naslagama uvršten je u tešku rijetko zemaljsku skupinu.

Dali si znao? Svako hibridno-električno i električno vozilo ima veliku bateriju. Svaka baterija izrađena je pomoću nekoliko kilograma rijetkih zemljanih spojeva. Očekuje se da će se upotreba električnih vozila brzo povećati, a vođena energetskom neovisnošću, klimatskim promjenama i drugim problemima. To će povećati potražnju za rijetkim zemljanim materijalima.

Dali si znao? Sitne količine rijetkozemnih metala koriste se u većini malih elektroničkih uređaja. Ovi uređaji imaju kratak vijek trajanja, a recikliranje REE-a se rijetko vrši. Milijarde se baca svake godine.

Svjetska proizvodnja i rezerve mina(Procjene za 2017.)

ZemljaProizvodnja
(Metričke tone)
rezerve
(Metričke tone)
Ujedinjene države--1,400,000
Australija20,0003,400,000
Brazil2,00022,000,000
Kanada--830,000
Kina105,00044,000,000
Grenland--1,500,000
Indija1,5006,900,000
Malavi--140,000
Malezija30030,000
Rusija3,00018,000,000
Južna Afrika--860,000
Tajland1,600nije dostupno
Vijetnam10022,000,000
Ukupno u svijetu (zaokruženo)130,000120,000,000

Povijest proizvodnje i trgovine rijetke zemlje

Pre-1965

Prije 1965. bila je relativno mala potražnja za rijetkim zemaljskim elementima. Tada se najveći dio svjetske opskrbe stvarao iz ležišta u Indiji i Brazilu. U pedesetim godinama prošlog vijeka Južna Afrika postala je vodeći proizvođač monazitnih naslaga rijetkih zemlja. U to je vrijeme Rudnik Mountain Pass u Kaliforniji proizvodio manje količine rijetkih oksida zemlje iz pretkambrijskog karbonatita.

Potražnja za paljenjem televizijskih boja u boji

Potražnja za rijetkim zemaljskim elementima svoju je eksploziju doživjela sredinom 1960-ih, kad su na tržište ušli prvi televizori u boji. Europium je bio osnovni materijal za izradu slika u boji. Rudnik Mountain Pass počeo je proizvoditi europij iz bastnasita, koji je sadržavao oko 0,1% europija. Taj je napor Mountain Mine učinio najvećim proizvođačem rijetke zemlje na svijetu i postavio Sjedinjene Države kao vodećeg proizvođača.

Kina ulazi na tržište

Kina je započela s proizvodnjom primjetnih količina rijetkozemnih oksida početkom 1980-ih, a početkom 1990-ih postala je vodeći svjetski proizvođač. Tijekom 1990-ih i početkom 2000-ih, Kina je kontinuirano jačala svoj položaj na svjetskom tržištu rijetkih zemaljskih oksida. Prodavali su rijetku zemlju po tako niskim cijenama da se Rudnik Mountain Pass i mnogi drugi širom svijeta nisu mogli natjecati i prestali s radom.

Potražnja za obranom i potrošačkom elektronikom

U isto vrijeme, svjetska potražnja je bila u porastu, jer su rijetki zemljani metali dizajnirani u široku paletu proizvoda za odbranu, zrakoplovstvo, industriju i potrošačku elektroniku. Kina je iskoristila svoj dominantni položaj i započela s ograničenjem izvoza te omogućivanjem porasta cijena rijetkih zemljanih oksida na povijesne razine.

Kina kao najveći rijetki potrošač zemlje

Kina je, osim što je najveći svjetski proizvođač rijetkozemnih materijala, dominantan potrošač. Oni se rijetko koriste u proizvodnji elektroničkih proizvoda za domaće i izvozno tržište. Japan i Sjedinjene Države su drugi i treći najveći potrošač rijetko zemljanih materijala. Moguće je da je Kina nevoljkost prodaje rijetkih zemlja obrana proizvodnog sektora s dodanom vrijednošću.

Kineski vrhunac proizvodne dominacije?

Kineska dominacija možda je dosegla vrhunac 2010. godine kada su kontrolirali oko 95% svjetske proizvodnje rijetke zemlje, a cijene mnogih rijetkih zemnih oksida porasle su više od 500% u samo nekoliko godina. To je bilo buđenje za rijetke zemaljske potrošače i rudare širom svijeta. Rudarske kompanije u Sjedinjenim Državama, Australiji, Kanadi i drugim zemljama počele su preispitivati ​​stare izglede rijetke zemlje i istraživati ​​nove.

Visoke cijene također su dovele do toga da proizvođači rade tri stvari: 1) traže načine kako smanjiti količinu rijetkih zemljanih elemenata potrebnih za proizvodnju svakog od njihovih proizvoda; 2) traži alternativne materijale koje će umjesto rijetkih zemljanih elemenata koristiti; i 3. razviti alternativne proizvode koji ne zahtijevaju rijetke zemaljske elemente.

Ovaj napor rezultirao je smanjenjem količine rijetkozemnih materijala koji se koriste u nekim vrstama magneta i prelaskom s proizvoda za osvjetljenje rijetkih zemlja na diodnu tehnologiju. U SAD-u se smanjila prosječna potrošnja rijetkih zemlja po jedinici proizvedenog proizvoda, ali povećala se potražnja za više proizvoda proizvedenih s rijetkim zemaljskim elementima. Rezultat je veća potrošnja.

Kina Kupnja resursa izvan Kine

Kineske tvrtke kupuju resurse rijetke zemlje u drugim zemljama. Kompanija za iskopavanje obojenih metala u Kini kupila je 2009. većinski udio u korporaciji Lynas Corporation, australijskoj kompaniji koja ima jedan od najvećih rezultata rijetkih zemljanih elemenata izvan Kine. Kupili su i rudnik Baluba u Zambiji.

Rijetka proizvodnja zemlje izvan Kine

Rudnici u Australiji započeli su s proizvodnjom rijetkih zemnih oksida 2011. godine. U 2012. i 2013. opskrbljivali su oko 2% do 3% svjetske proizvodnje. Godine 2012. Rudnik Mountain Pass vratio se u proizvodnju, a SAD su u 2013. proizvele oko 4% svjetskih rijetkih elemenata. Proizvodnja u Brazilu, Maleziji, Rusiji, Tajlandu i Vijetnamu se nastavila ili povećavala.

Nove procjene mineralnih sirovina koje je proveo američki Geološki institut utvrdile su značajne resurse izvan Kine. Iako je Kina svjetski lider u proizvodnji rijetkih zemalja, oni kontroliraju samo oko 36% svjetskih rezervi. To pruža priliku drugim zemljama da postanu važni proizvođači sada kada Kina ne prodaje rijetke zemljane materijale ispod troškova proizvodnje.

Ree proizvodna shema: Ovaj grafikon prikazuje dominaciju Kine u proizvodnji rijetkih zemaljskih elemenata između 1994. i 2017. Sjedinjene Države bile su značajan proizvođač tijekom 1990-ih, ali su jeftini materijali koje su Kina prodavale u Sjedinjenim Državama i drugim zemljama izvan snage. Kako je Kina ograničila izvoz, a cijene su se brzo povećavale u 2009. i 2010. godini, mine u Australiji i Sjedinjenim Državama ponovno su postale aktivne. Grafikujte pomoću podataka iz američkog Geološkog zavoda.

Opasnosti dominantnog svjetskog producenta

Ponuda i potražnja obično određuju tržišnu cijenu robe. Kako se zalihe smanjuju, cijene rastu. Kako cijene rastu, oni koji kontroliraju opskrbu, pokušavaju ih prodati. Rudarske kompanije visoke cijene vide kao priliku i pokušavaju razviti nove izvore opskrbe.

S rijetkim zemaljskim elementima vrijeme između odluke rudarske tvrtke da kupi nekretninu i početka proizvodnje može biti nekoliko godina ili duže. Ne postoji brzi način za otvaranje novog rudarskog posjeda.

Ako jedna država kontrolira gotovo svu proizvodnju i odlučno odluči da ne izvozi, tada se cjelokupna ponuda robe može brzo prekinuti. To je opasna situacija kada se novi izvori opskrbe toliko dugo razvijaju.

U 2010. Kina je značajno ograničila njihov izvoz rijetke zemlje. To je učinjeno kako bi se osigurala opskrba rijetkih zemlja za domaću proizvodnju i iz ekoloških razloga. Taj je pomak u Kini pokrenuo paničnu kupnju, a neke rijetke cijene Zemlje porasle su eksponencijalno. Pored toga, Japan, Sjedinjene Države i Europska unija žalile su se Svjetskoj trgovinskoj organizaciji na kineske restriktivne politike trgovine zemljom rijetkih zemalja.

Redko zemni oksidi: Ovi oksidi rijetke zemlje upotrebljavaju se kao tragači za utvrđivanje koji dijelovi sliva erodiraju 4. U smjeru kazaljke na satu od gornjeg središta: prazeodimij, cerij, lantan, neodim, samarij i gadolinij. Slika Peggy Greb, USDA galerija slika.

Svjetski rijetki zemni mineralni resursi

"Rijetke zemlje su relativno obilne u Zemljinoj kori, ali otkrivene koncentracije minerala su rjeđe nego kod većine drugih ruda. Američki i svjetski resursi sadržani su prije svega u bastnäsitu i monazitu. Naslage Bastnäsita u Kini i Sjedinjenim Državama čine najveći postotak svjetski ekonomski resursi rijetke zemlje, a nalazišta monazita u Australiji, Brazilu, Kini, Indiji, Maleziji, Južnoj Africi, Šri Lanki, Tajlandu i Sjedinjenim Državama čine drugi najveći segment.

Apatit, heralit, eudialit, loparit, fosforiti, gline koje sadrže rijetku zemlju (ionska adsorpcija), sekundarni monazit, potrošeni otopine urana i ksenotime čine većinu preostalih resursa. Smatra se da su neotkriveni resursi vrlo veliki u odnosu na očekivanu potražnju. "Citirano iz Sažetka za mineralne proizvode Sjedinjenih Američkih Država 2.

Rijetke reference elemenata Zemlje
1 Rijetki zemaljski elementi - kritični resursi za visoku tehnologiju: United States Geological Survey, list sa činjenicama 087-02.
2 Rijetke Zemlje: Joseph Gambogi, Američki geološki pregled, Sažeci mineralnih roba, 2017.
3 Rijetke Zemlje: Joseph Gambogi, Američki geološki pregled, Godišnjak o mineralima 2011.
4 Rijetka zemljani pristup praćenju erozije tla: Ministarstvo poljoprivrede Sjedinjenih Država, Služba poljoprivrednog istraživanja.
5 Kineski as u rupi: rijetki zemaljski elementi: Cindy A. Hurst, Nacionalna obrana University Press.
6 Geologija rijetkih zemaljskih elemenata: Objava "Glavni depoziti rijetkih zemaljskih elemenata u Sjedinjenim Državama - sažetak domaćih depozita i globalna perspektiva."
7 Rijetki zemaljski elementi i nacionalna sigurnost: Izvještaj o energiji Vijeća o vanjskim odnosima, 2014.

Izgled rijetkih elemenata Zemlje

Očekuje se da će globalna potražnja za automobilima, potrošačkom elektronikom, energetski učinkovitom rasvjetom i katalizatorima brzo rasti u sljedećem desetljeću. Očekuje se da će potražnja za rijetkim magnetima za zemlju povećati, kao i potražnja za punjivim baterijama. Očekuje se da će novi razvoj medicinske tehnologije povećati uporabu kirurških lasera, magnetske rezonancije i pozitronskih emisijskih tomografija.

Rijetki zemljani elementi jako se koriste u svim tim industrijama, pa potražnja za njima treba ostati velika.

Gledaj video: Eyes on the Skies Full movie (Lipanj 2020).