что такое редкоземельные металлы определение

Редкоземельные металлы

Редкоземе́льные элеме́нты (ре́дкие зе́мли) — группа из 17 элементов, включающая лантан, скандий, иттрий и лантаноиды. Все эти элементы — металлы серебристо-белого цвета, притом все имеют сходные химические свойства (наиболее характерна степень окисления +3).

Содержание

Происхождение названия

Название «редкоземельные» дано в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре (содержание (1,6-1,7)×10 −2 % по массе) и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды (такие оксиды в начале XIX века и ранее назывались «землями»).

Название «редкоземельные элементы» исторически сложилось в конце XVIII — начале XIX века, когда ошибочно считали, что минералы, содержащие элементы двух подсемейств, — цериевого (La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — редко встречаются в земной коре. Однако по запасам сырья редкоземельные элементы не являются редкими, по суммарной распространенности они превосходят свинец в 10 раз, молибден — в 50 раз, вольфрам — в 165 раз.

Свойства и получение

Редкоземельные элементы проявляют между собой большое сходство химических и некоторых физических свойств, что объясняется почти одинаковым строением наружных электронных уровней их атомов. Редкоземельные элементы — металлы, их получают восстановлением соответствующих оксидов, фторидов, электролизом безводных солей и другими методами.

Нахождение в природе

Применение

Редкоземельные элементы используют в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и др. Широко применяют La, Ce, Nd, Pr в стекольной промышленности в виде оксидов и других соединений. Эти элементы повышают светопрозрачность стекла. Редкоземельные элементы входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол. Большое значение получили редкоземельные элементы и их соединения в химической промышленности, например, в производстве пигментов, лаков и красок, в нефтяной промышленности как катализаторы. Редкоземельные элементы применяют в производстве некоторых взрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, как газопоглотители. Монокристаллические соединения редкоземельных элементов (а также стёкла) применяют для создания лазерных и других оптически активных и нелинейных элементов в оптоэлектронике.

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Редкоземельные металлы» в других словарях:

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ — (РЗМ) см … Большая политехническая энциклопедия

редкоземельные металлы — РЗМ Группа РЗМ включает Sc, Y, La и лантаноиды (редкие земли) — 14 элементов III группы Периодич. системы с ат. н. от 58 (Се) до 71 (Lu). РЗМ отличаются высокой химич. активностью и образуют прочные оксиды, галогениды, сульфиды, реагируют с … Справочник технического переводчика

Редкоземельные металлы — Rare earth metal. Редкоземельные металлы. Группа из 17 химически подобных металлов, которая включает скандий и иттрий (атомные номера 21 и 39, соответственно) и элементы лантанового ряда (атомные номера от 57 до 71). (Источник: «Металлы и сплавы … Словарь металлургических терминов

редкоземельные металлы — Смотри редкоземельные металлы (РЗМ) … Энциклопедический словарь по металлургии

редкоземельные металлы — (лантаноиды), представлены группой из 15 весьма близких по свойствам элементов (№ 57–71 в системе Д. И. Менделеева). Название группы происходит от лат. «terra rarae» – «редкая земля», поэтому их обозначают общим символом TR. К редкоземельным… … Географическая энциклопедия

редкоземельные металлы (РЗМ) — [rare earth metals] группа РЗМ включает Sc, Y, La и лантаноиды (редкие земли) 14 элементов III группы Периодической системы с атомный номер от 58 (Се) до 71 (Lu). РЗМ отличаются высокой химической активностью и образуют прочные оксиды, галогениды … Энциклопедический словарь по металлургии

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ (РЗМ) — смотри Редкоземельные элементы … Металлургический словарь

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (редкоземельные металлы) химические элементы побочной подгруппы III группы периодической системы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды. Распространены в земной коре сравнительно редко, образуют нерастворимые оксиды (устаревшее выражение земли)… … Большой Энциклопедический словарь

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (РЗЭ) группа из 15 хим. элементов, размещённых в 57 й клетке Периодической системы элементов Д. И. Менделеева (см.) (лантано), а также скандий и иттрий. Все они химически активны (как правило, трёхвалентны) и сходны по своим хим. и некоторым физ … Большая политехническая энциклопедия

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ — (редкоземельные металлы), хим. элементы побочной подгруппы III гр. периодич. системы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды. Распространены в земной коре сравнительно редко, образуют нерастворимые оксиды (устар. земли) отсюда название. Серебристо… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

Добыча и месторождения редкоземельных металлов

Редкоземельные металлы (РЗМ) относятся к обширной группе в периодической таблице Менделеева. Она состоит из 17 химических элементов, которые похожи строением атомов, физическими, химическими и механическими свойствами. Они применяются в разных сферах деятельности, до конца не изучены.

Редкоземельные металлы в таблице Менделеева

Какие металлы относятся к редкоземельным?

К этой группе относятся элементы, которые:

Одно из главных отличий РЗМ — изменение химической активности. Этот параметр возрастает, начиная от скандия и заканчивается лантаном. Обозначения РЗМ:

Самый редкий из всех редкоземельных металлов — европий. Общее количество этого химического элемента на планете — около 0,0012%.

История открытия

Первым внес вклад в изучение редкоземельных металлов известный финский химик Юхан Гадолин. Первые открытия он сделал в конце XVIII века. Дополнительные исследования ученый проводил в 1794 году. Тогда он открыл иттриевую землю. К началу XIX века Мартин Клапрот классифицировал РЗМ. Он выделил две группы — цериевые, иттриевые металлы. Новые РЗМ открыл шведский химик Мосандер в 1840 году.

К концу XIX века, началу XX столетия, ученые смогли открыть 16 разновидностей РЗМ. В XX веке был открыт последний элемент из этой группы химических элементов.

Запасы и месторождения

Количество редкоземельных металлов, которые находятся в природе, достигает 0,02%. Они содержатся в составе 240 видов минералов. Только 64 разновидности применяются для промышленной переработки.

Основные месторождения РЗМ находятся в США, Китае, Бразилии, Индии, Австралии, Малайзии. В России крупных месторождений нет. Примерно 90% этих материалов завозятся из других стран.

С середины 1990 годов сфера добычи, производства РЗМ была практически полностью занята Китаем. К 2015 году эта страна обладала уже 80% мирового рынка РЗМ. Сейчас общее количество упало до 70%, но это не мешает Китаю занимать лидирующую строку по добыче, получению, экспорту этих химических элементов.

Добыча и промышленное получение

Наиболее инновационная технология получения РЗМ — добыча металлов из отходов от фосфорных удобрений. С ее помощью можно получить около 800 тысяч полезных химических элементов.

Для переработки расходного сырья, существует несколько технологий получения редкоземельных металлов:

Свойства и характеристики

При изучении редкоземельных металлов нужно обратить внимание на их свойства — физические, химические, механические и технологические.

Физические

Физические, механические свойства зависят от количества примесей — углерода, азота, серы, кислорода. Если металл чистый, с процентным содержанием примесей менее 1%, он будет иметь средний показатель твердости 500 Мпа.

Химические

Если нагревать металлы в камере, заполненной кислородом, окисление будет проходить с выделением большого количества тепла.

Механические

Чтобы материалы легче поддавались прокатке, ковке, их нужно нагреть до высокой температуры.

Технологические

Чаще из этих материалов изготавливают разные типы металлопроката. Наиболее популярные из них — фольга, металлические ленты, прутки сечением от 1 до 5 мм.

Без дополнительной обработки детали из редкоземельных металлов начнут быстро окисляться. Чтобы это предотвратить, их разогревают в среде защитных инертных газов.

Сферы применения

Сплавы редкоземельных металлов нашли свое применение в разных сферах промышленности:

Редкоземельные металлы применяются в химической, ядерной, атомной промышленностях, автомобилестроении, медицине, металлургии.

К редкоземельной группе относится множество металлов. Многие из них до конца исследованы, что дает перспективы для их дальнейшего применения. Даже сейчас РЗМ применяются в разных сферах промышленности.

Источник

Редкоземельные элементы

Редкоземе́льные элеме́нты — группа из 17 элементов, включающая лантан, скандий, иттрий и лантаноиды. Все эти элементы — металлы серебристо-белого цвета, при том все имеют сходные химические свойства (наиболее характерна степень окисления +3).

Содержание

Происхождение названия

Название «редкоземельные» (встречается сокращение TR, ср. лат. terrae rarae — «редкие земли») дано в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре (содержание (1,6-1,7)·10 −2 % по массе) и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды (такие оксиды в начале XIX века и ранее назывались «землями»).

Название «редкоземельные элементы» исторически сложилось в конце XVIII — начале XIX века, когда ошибочно считали, что минералы, содержащие элементы двух подсемейств, — цериевого (лёгкие — La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (тяжёлые — Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) — редко встречаются в земной коре. Однако по запасам сырья редкоземельные элементы не являются редкими, по суммарной распространенности они превосходят свинец в 10 раз, молибден — в 50 раз, вольфрам — в 165 раз.

История

В 1794 году финский химик Юхан Гадолин, исследуя рудные образцы вблизи шведского местечка Иттербю, обнаружил неизвестную до того «редкую землю», которую назвал по месту находки иттрий. Позже, немецкий химик Мартин Клапрот разделил эти образцы на две «земли», для одной из которых он оставил имя иттрий, а другую назвал церий (в честь недавно открытой малой планеты Церера и по имени древнеримской богини Цереры). Немного спустя шведский ученый К. Мосандер сумел выделить из того же образца еще несколько «земель». Все они оказались оксидами новых элементов, получивших название редкоземельные металлы. Совместно к 1907 году химики обнаружили и идентифицировали всего 14 таких элементов. На основе изучения рентгеновских свойств всем элементам были присвоены атомные номера от 57 (лантан) до 71 (лютеций), кроме 61. По возрастанию атомного веса они расположились следующим образом:

Вначале ячейка под номером 61 была незаполненной, в дальнейшем это место занял прометий, выделенный из продуктов деления урана и ставший 15-м членом этого семейства.

Свойства и получение

Редкоземельные элементы проявляют между собой большое сходство химических и некоторых физических свойств, что объясняется почти одинаковым строением наружных электронных уровней их атомов. Редкоземельные элементы — металлы, их получают восстановлением соответствующих оксидов, фторидов, электролизом безводных солей и другими методами.

Химические свойства

Скандий, иттрий и лантаноиды имеют высокую реакционную способность. Химическая активность этих элементов особенно заметна при повышенных температурах. При нагревании до 300—400 °C металлы реагируют даже с водородом, образуя RH₃ и RH₂ (символ R выражает атом редкоземельного элемента). Эти соединения достаточно прочные и имеют солевой характер. При нагревании в кислороде металлы легко реагируют с ним, образуя оксиды: R₂O₃, CeO₂, Pr₆O₁₁, Tb₄O₇ (лишь только Sc и Y при помощи образования защитной оксидной плёнки являются стойкими на воздухе, даже при нагревании до 1000 °C). Во время горения данных металлов в атмосфере кислорода выделяется большое количество тепла. При сгорании 1 г лантана выделяется 224,2 ккал тепла. Для церия характерной особенностью является свойство пирофорности — способность искриться при разрезании металла на воздухе.

Лантан, церий и другие металлы уже при обычной температуре реагируют с водой и кислотами-неокислителями, выделяя водород. Из-за высокой активности к атмосферному кислороду и воде куски лантана, церия, иттрия и др. следует хранить в парафине.

Химическая активность редкоземельных металлов неодинакова. От скандия до лантана химическая активность возрастает, а в ряду лантан — лютеций — снижается. Отсюда следует, что наиболее активным металлом является лантан. Это обуславливается уменьшением радиусов атомов элементов от лантана до лютеция с одной стороны, и от лантана до скандия — с другого.

Эффект «лантаноидной контракции» (сжатия) приводит к тому, что следующие после лантаноидов элементы (гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, платина) имеют уменьшенные радиусы атомов на 0,2—0,3 Å отсюда и очень схожие их свойства со свойствами соответствующих элементов пятого периода.

В элементах — скандий, иттрий, лантан — d-оболочка предпоследнего электронного слоя только начинает образовываться, поэтому радиусы атомов и активность металлов в этой группе возрастают сверху вниз. Этим свойством группа отличается от других побочных подгрупп металлов, у которых порядок изменения активности противоположный.

Поскольку радиус атома иттрия (0,89 Å) близок к радиусу атома гольмия (0,894 Å), то по активности этот металл должен занимать одно из предпоследних мест. Скандий же из-за своей активности должен располагаться после лютеция. В этом ряду ослабляется действие металлов на воду.

Редкоземельные элементы чаще всего проявляют степень окисления +3. Из-за этого наиболее характерными являются оксиды R₂O₃ — твёрдые, крепкие и тугоплавкие соединения. Будучи основными оксидами, они для большинства элементов способны соединяться с водой и создавать основания — R(OH)₃. Гидроксиды редкоземельных металлов малорастворимы в воде. Способность R₂O₃ соединяться с водой, основная функция, то есть и растворимость R(OH)₃ уменьшаются в той же последовательности, что и активность металлов: Lu(OH)₃, а особенно Sc(OH)₃, проявляют некоторые свойства амфотерности. Так, кроме раствора Sc(OH)₃ в концентрированном NaOH, получена соль: Na₃Sc(OH)₆·2H₂O.

Поскольку металлы данной подгруппы активны, а их соли сильных кислот растворимы, они легко растворяются в кислотах-неокислителях и кислотах-окислителях.

Все редкоземельные металлы энергично реагируют с галогенами, создавая RHal₃ (Hal — галоген). С серой и селеном они также реагируют, но при нагревании.

Нахождение в природе

Как правило, редкоземельные элементы встречаются в природе совместно. Они образуют весьма прочные окислы, галоидные соединения, сульфиды. Для лантаноидов наиболее характерны соединения трёхвалентных элементов. Исключение составляет церий, легко переходящий в четырёхвалентное состояние. Кроме церия четырёхвалентные соединения образуют празеодим и тербий. Двухвалентные соединения известны у самария, европия и иттербия. По физико-химическим свойствам лантаноиды весьма близки между собой. Это объясняется особенностью строения их электронных оболочек.

Суммарное содержание редкоземельных элементов составляет более 100 г/т. Известно более 250 минералов, содержащих редкоземельные элементы. Однако к собственно редкоземельным минералам могут быть отнесены только 60 — 65 минералов, в которых содержание Ме₂О₃ превышает 5 — 8 %. Главнейшие минералы редких земель — монацит (Ce, La)PO₄, ксенотим YPO₄, бастнезит Ce[CO₃](OH, F), паризит Ca(Ce, La)₂[CO₃]₃F₂, гадолинит Y₂FeBe₂Si₂O₁₀, ортит (Ca, Ce)₂(Al, Fe)₃Si₃O₁₂(O, OH), лопарит (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O₃, эшинит (Ce, Ca, Th)(Ti, Nb)₂O₆. Наиболее распространён в земной коре церий, наименее — тулий и лютеций.

Несмотря на неограниченный изоморфизм, в группе редких земель в определённых геологических условиях возможна раздельная концентрация редких земель иттриевой и цериевой подгрупп. Например, с щелочными породами и связанными с ними постмагматическими продуктами преимущественное развитие получает цериевая подгруппа, а с постмагматическими продуктами гранитоидов с повышенной щёлочностью — иттриевая. Большинство фторкарбонатов обогащено элементами цериевой подгруппы. Многие тантало-ниобаты содержат иттриевую подгруппу, а титанаты и титано-тантало-ниобаты — цериевую. Некоторая дифференциация редких земель отмечается и в экзогенных условиях. Изоморфное замещение редких земель между собой, несмотря на разницу в их порядковых номерах, обусловлено явлениями «лантаноидного сжатия»: с увеличением порядкового номера происходит достройка внутренних, а не внешних электронных орбит, в результате чего объём ионов не увеличивается.

Селективное накопление редкоземельных элементов в минералах и горных породах может быть обусловлено различиями в их радиусах ионов. Дело в том, что радиусы ионов лантаноидов закономерно уменьшаются от лантана к лютецию. Вследствие этого возможно преимущественное изоморфное замещение в зависимости от степени различия в размерах замещённых ионов редкоземельных элементов. Так, в скандиевых, циркониевых и марганцевых минералах могут присутствовать только редкие земли ряда лютеций — диспрозий; в урановых минералах преимущественно накапливаются минералы средней части ряда (иттрий, диспрозий, гадолиний); в ториевых минералах должны концентрироваться элементы цериевой группы; в состав стронциевых и бариевых минералов могут входить только элементы ряда европий — лантан.

Производство

В 2007—2008 гг. в мире добывалось по 124 тыс. т редкоземельных элементов. Причем лидировали следующие страны Китай (120,00 тыс. т), Индия (2,70 тыс. т), Бразилия (0,65 тыс. т). Данные по СНГ, США и Австралии на 2008 год неизвестны. На конец 2008 года данные по запасам следующие: Китай (89 000 тыс. т), СНГ (21 000 тыс. т), США (14 000 тыс. т), Австралия (5 800 тыс. т), Индия (1 300 тыс. т), Бразилия (84 тыс. т). [1]

Применение

Редкоземельные элементы используют в различных отраслях техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и др. Широко применяют La, Ce, Nd, Pr в стекольной промышленности в виде оксидов и других соединений. Эти элементы повышают светопрозрачность стекла. Редкоземельные элементы входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные лучи и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол. Большое значение получили редкоземельные элементы и их соединения в химической промышленности, например, в производстве пигментов, лаков и красок, в нефтяной промышленности как катализаторы. Редкоземельные элементы применяют в производстве некоторых взрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, как газопоглотители. Монокристаллические соединения редкоземельных элементов (а также стёкла) применяют для создания лазерных и других оптически активных и нелинейных элементов в оптоэлектронике. На основе Nd, Y, Sm, Er, Eu с Fe-B получают сплавы с рекордными магнитными свойствами (высокие намагничивающая и коэрцитивная силы) для создания постоянных магнитов огромной мощности, по сравнению с простыми ферросплавами.

Источник

Редкоземельные металлы: инвестиционная идея

Мы продолжаем нашу серию статей про интересные объекты для инвестиций.

РЗМ используются в самых быстрорастущих секторах экономики: зеленой энергетике, электрокарах и в отраслях высоких технологий. Что скрывается под РЗМ и как на этом заработать, читайте в этой статье.

Что такое редкоземельные металлы

Название «редкоземельные металлы» объединяет 17 элементов, схожих по своим химическим свойствам: иттрий, церий, скандий, иттербий, лютеций, неодим и др.

В природе редкоземельные металлы встречаются в виде оксидов в земной коре. По общему присутствию на планете редкими их назвать нельзя, но их высокая разбросанность по поверхности планеты и низкая концентрация в одном регионе делает их труднодоступными для промышленного использования.

Китай – лидер производства РЗМ

На Земле всего несколько стран, где есть значимые запасы редкоземельных металлов. Среди них можно выделить Китай, Бразилию, Вьетнам, Россию, Индию, Австралию и США. Абсолютным лидером по добыче и запасам является Китай с общей долей добычи РЗМ

80%–95% в зависимости от элемента.

Страны, в которых представлены запасы редкоземельных металлов, млн т

Ежегодная добыча редкоземельных металлов в стране, т

Редкоземельные металлы важны в высоких технологиях и других горячих трендах

17 элементов из РЗМ очень важны в современной промышленности. Они используются в разных сферах: атомная, солнечная и ветряная энергетики, медицина, электромобили, высокоточные измерительные приборы и др.

Из-за особенностей мирового баланса в РЗМ есть большая зависимость от Китая. Поэтому спрос вне КНР сильно зависит от объемов экспорта Поднебесной.

Рынок РЗМ завязан на китайском производстве

2021 год, по всей видимости, станет третьим годом подряд, когда Китай будет снижать экспорт редкоземельных металлов из-за роста потребления внутри страны и административного регулирования отрасли и цепочек поставок. При постоянном спросе вне Китая снижение экспорта существенно давит на общее предложение, создавая дефицит в отрасли.

Падение экспорта редкоземельных металлов Китаем, тыс. т

США называет этот процесс катастрофой, т.к. они потребляют

10%+ всего предложения ежегодно, и 80% из них приходится на Китай. Кратное снижение экспорта РЗМ Китая бьет напрямую по интересам США.

Потребление США РЗМ в метрических тоннах

К ситуации постоянного развития отраслей, где необходимы РЗМ, добавляется борьба США и Китая. Так как основные запасы редкоземельных металлов находятся в Китае, а США они также необходимы, возникает конфликтная точка. США активно ее используют для давления на Китай, а КНР, в свою очередь, следует своим национальным интересам: регулирует на законодательном уровне эту отрасль и удовлетворяет внутренний растущий спрос за счет снижения экспорта.

При таком противостоянии РЗМ рынок получает структурный дефицит и, как следствие, сильный рост цены.

Цены на РЗМ выросли в 1,5–2 раза

Источник: Goldman Sachs

Рынок растет умеренными темпами

Сам рынок РЗМ в объемах растет темпами 6–10% благодаря буму в спросе на электромобили, озеленению энергетики и др.

Предполагается, что рынок ключевых РЗМ для указанных целей вырастет со 140–150 тыс. тонн в год в 2020 году до> 200 тыс. тонн в год к 2025 году, при мощностях неодима и празеодима в

70 тыс. тонн в год.

Источник: Goldman Sachs

Инвестиционные инструменты для отыгрыша идеи в РЗМ

Рынок РЗМ нам видится интересным. Фундаментальный дисбаланс не уходит и, вероятнее всего, будет сохраняться. При этом РЗМ будут сильно дорожать. На этом можно заработать через:

15% всех мировых редкоземельных оксидов,

Резюме

На рынке редкоземельных металлов сформировался структурный дефицит из-за огромной доли Китая в общем выпуске редкоземельных металлов (80%–95% чистого объема в зависимости от металла) при одновременном сокращении им экспорта РЗМ за пределы страны.

Ситуацию усугубляет рост производства электромобилей, озеленение энергетики и рост потребления РЗМ в других областях производства, а также, глобальное противостояние США-Китай, ведущее к укреплению дефицита.

Мы считаем, что на этом можно заработать через ETF и покупку некоторых добывающих компаний из Австралии и США.

Статья написана в соавторстве с аналитиком Никитой Куйдо

Источник