Особенности редких металлов и сплавов

Семерка редких

История человечества неразрывно связана с сокровищами: их искали, за них сражались, они меняли географию и судьбы людей — и сейчас не потеряли своей ценности. Стоимость одного грамма многих драгоценных металлов превышает десятки долларов. Чтобы найти их, люди едут даже туда, где еще никто не бывал, — как участники нового проекта Discovery Channel «Золотая лихорадка: бурные воды», которые отправятся на берега ледяных рек Аляски. Из нашего материала вы узнаете о том, как были обнаружены шесть редких драгоценных металлов, каковы их свойства и для чего они используются.

Калифорний

Описание: Металл серебристо-белого цвета с ярким блеском, искусственного происхождения.

Характеристика: Калифорний в окружающей среде не существует, он добывается только лабораторно в очень небольших количествах. Известны 20 изотопов, наиболее ценным из них является калифорний-252 с периодом полураспада в 2,6 года. Температура плавления металла 900 градусов Цельсия, температура кипения оценивается в 1300-1500 градусов Цельсия. Калифорний радиоактивен, является мощным источником нейтронов и токсичен. Ежегодно производят не больше нескольких сот миллиграммов 252-го изотопа.

Применение: Научные исследования (нейтронно-активационный анализ, изучение спонтанного деления ядер), медицина (нейтронная радиохирургия в онкологии), изучение земных недр и космического пространства (поиск полезных ископаемых, исследование поверхности Луны).

Интересные факты:

  • Калифорний назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где в 1950 году его получила группа ученых под руководством обладателя Нобелевской премии по химии и участника Манхэттенского проекта Гленна Сиборга.
  • Создатель калифорния и один из основоположников ядерной химии Гленн Сиборг причастен к открытию десяти новых элементов таблицы Менделеева, один из которых в его честь получил название сиборгий.
  • С калифорнием работают только Научно-исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде и Национальная лаборатория Оук-Ридж в США.
  • Калифорний относится к числу самых дорогих веществ в мире. По некоторым оценкам, один грамм этого вещества стоит 26 миллионов долларов.

Осмий

Описание: Металл серебристо-белого цвета с голубоватым отливом и ярким блеском, природного происхождения.

Характеристика: Осмий — довольно хрупкий, но твердый и тугоплавкий металл. Это самое плотное из простых веществ с крайне высокой температурой плавления (3033 градуса Цельсия) и кипения (5012 градусов Цельсия). В чистом виде не встречается: в природе его можно обнаружить в полиметаллических рудах вместе с платиной, палладием, медью, никелем и молибденом, а также в твердых растворах — невьянските и сысертските. Больше всего осмия в России, США, Колумбии и Канаде, но его добыча — очень трудоемкий процесс, который занимает около года, поэтому металл так дорог.

Применение: Авиационная и ракетная промышленность (упрочнение платиновых сплавов в электрических контактах, покрытие в узлах трения), электронная микроскопия (фиксация биологических объектов), химическая промышленность (синтез аммиака, гидрирование органических соединений, ускорение процессов в топливных элементах), медицина (электрокардиостимуляторы, замещение легочных клапанов).

Интересные факты:

  • Оксиды осмия токсичны и могут повредить кожу и глаза: исследователь металлов платиновой группы Карл Клаус так сильно надышался парами тетраоксида осмия, что две недели не мог работать.
  • Наконечники перьевых ручек, сделанные с использованием осмия, служат дольше золотых и платиновых.
  • Оксид осмия черного цвета используют для росписи фарфора.
  • Осмий содержится в железных метеоритах, как и другие благородные металлы — то есть те, которые не ржавеют.
  • Из осрама, сплава осмия и вольфрама, делали нити для ламп накаливания — это слово позже выбрал своей торговой маркой крупный немецкий производитель светотехники.

Рутений

Описание: Металл яркого серебристо-серого цвета, природного происхождения.

Характеристика: Рутений — твердый и прочный металл, содержится в виде примеси в платиновых полиметаллических рудах и в двух видах минералов — лаурите и рутенарсениде. В чистом виде выделяется с помощью сложной химической обработки. По сравнению с остальными странами рутения много в России, Канаде и США, но его количество все равно ничтожно мало, чем и объясняется высокая цена. Температура плавления рутения — 2334 градуса Цельсия, а кипения — 4077 градусов Цельсия, что делает металл одним из самых износоустойчивых.

Применение: Тугоплавкий рутений нашел применение в ювелирном деле (повышение прочности изделий), электронной (увеличение срока работы электрических контактов), химической (улучшение сопротивления с агрессивными компонентами, ускорение процесса водоочистки на орбитальных станциях) и аэрокосмической промышленности (изготовление жаропрочных и антикоррозионных материалов).

Интересные факты:

  • Рутений был открыт в Казани профессором Карлом Клаусом — ученый выделил неизвестный доселе металл из уральской платиновой руды.
  • Название рутения образовано от латинского наименования России — Ruthenia.
  • Рутений — единственный платиноид, обнаруженный в составе живых организмов, и биологическая активность позволяет использовать его как средство лечения в онкологии и дерматологии.
  • Рутений может быть опасен — его высшие оксиды ядовиты и легко загораются.

Родий

Описание: металл серебристо-белого цвета с холодным блеском, природного происхождения.

Характеристика: Родий не встречается в чистом виде, только в соединениях с другими металлами: платиной, золотом, медью, никелем, осмистым иридием и родиевым невьянскитом — последний содержит 11,3 процента чистого родия. Порошковый родий — почти черный, а в виде металлических кристаллов похож на алюминий, но имеет холодный блеск. Большую часть металла добывают в ЮАР. Температура плавления родия — 1963 градуса Цельсия, температура кипения — 3727 градуса Цельсия.

Применение: Ювелирное дело (покрытие изделий для повышения их прочности, создание белого и черного золота, реставрация винтажных украшений), автомобильная (нейтрализация выхлопных газов), химическая (производство азотной кислоты) и ядерная промышленность (измерения нейтронного потока в атомных реакторах).

Интересные факты:

  • Название родия происходит от греческого слова «родос» («роза»), потому что в соединениях металл имеет розовый и темно-красный цвет.
  • Родий считался отходами производства платины, пока не были обнаружены его полезные свойства — значительная износоустойчивость и высокий коэффициент отражения света.
  • В метеоритах родия почти в четыре раза больше, чем в земной коре.
  • Из родия делают зеркала для лазерных установок: он отлично отражает свет и очень плохо плавится.
  • Родий может быть покрытием, но не материалом для изделий — он слишком хрупок.

Платина

Описание: Металл серебристо-белого цвета с глубоким блеском, природного происхождения.

Характеристика: Платина — гибкий, твердый, тугоплавкий и тяжелый металл с высокой износостойкостью, в биологической среде ведет себя неагрессивно. Металл встречается в самородках и сплавах, запасы обнаружены в ЮАР, США, Зимбабве, Канаде и России — самый большой платиновый самородок «Уральский гигант» весом около восьми килограммов хранится в Алмазном фонде. Температуры плавления и кипения — 1768,3 и 3825 градусов Цельсия соответственно.

Применение: Платина используется в металлургии (легирование при производстве высокопрочных сортов стали), химической промышленности (получение плавиковой и хлорной кислот и перекиси водорода), ювелирном деле и медицине (стоматология, лечение различных форм онкологических заболеваний). Кроме того, платину применяют в электронной промышленности, аэронавтике, производстве оружия, нефтехимии и многих других сферах.

Интересные факты:

  • В Древнем Египте из платиновых сплавов делали украшения и ритуальные изделия.
  • Платина была обнаружена в метеоритах — в Челябинском, например, ее в четыре раза больше, чем золота и серебра (по 20 и 5 граммов на тонну соответственно).
  • Название «платина» дали конкистадоры — это слово можно перевести с испанского как «серебришко», потому что металл, который не поддавался плавке, ценился вдвое ниже серебра. Испанские алхимики назвали платину «адским веществом» за высокую плотность: до тех пор, пока платину не увидела Европа, считалось, что в мире нет металла тяжелее золота.
  • Эталоны метра и килограмма в Палате мер и весов в Париже сделаны из сплавов платины и иридия.
  • Из платины сделан орден «Победа» — высшая военная награда СССР.

Золото

Описание: Металл желтого цвета с приглушенным блеском, природного происхождения.

Характеристика: Золото — прочный, тяжелый и пластичный нержавеющий металл с высокой теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением. Температура плавления составляет 1064,18 градуса Цельсия, кипения — 2856 градусов Цельсия, при этом жидкое золото имеет свойство улетучиваться. Содержание золота в земной коре низкое, но добывать его позволяют месторождения — многочисленные крупные скопления металла, которых на данный момент больше всего в ЮАР, США, Австралии, Китае и России. Встречается как в чистом виде, так и в составе 15 минералов. Золото и медь — первые металлы, которые стали известны человечеству.

Применение: Банковское дело (использование в качестве элемента инвестирования; изготовление купюр); ювелирное дело, медицина (лечение аутоиммунных болезней, фармакологии, стоматология), электронная промышленность (изготовление и покрытие деталей электроприборов), металлургия (пайка металлов), стекольное дело (покрытие зеркал, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, оконных и витражных стекол для снижения теплопотерь). Также золото применяется в ядерных исследованиях, искусстве, пищевой промышленности и других сферах.

Интересные факты:

  • Золото бывает не только желтым, «черным» и «белым», но и «синим», «зеленым» и «фиолетовым», а изменение цвета достигается с помощью сплава, в основном с платиноидами, серебром и медью.
  • Латинское название золота, aurum, означает «сияющий рассвет».
  • В одном кубическом километре воды содержится 5 килограммов золота.
  • Каратами изначально называли семена цератонии, рожкового дерева, которые всегда весят одинаково — в древности они использовались как мера массы.

О золоте сняты десятки художественных и документальных фильмов, большая часть которых посвящена золотым лихорадкам — стихийным поискам драгоценного металла. Одна из них, как известно, захватила Аляску, и название реки, где были найдены самородки, стало синонимом богатства. Нет ни одного человека, который не знал бы, что такое Клондайк, и вряд ли найдётся тот, кому не хотелось попробовать найти золото самому. На поиски сокровищ отправятся и герои нового проекта Discovery Channel «Золотая лихорадка: бурные воды». Фред Хёрт и его сын Дастин вместе с командой дайверов и альпинистов обследуют ледяные реки и водопады Аляски, чтобы исполнить мечту и разбогатеть. Программа «Золотая лихорадка: бурные воды» выходит по четвергам в 22:00 на Discovery Channel.

Источник

Особенности редких металлов и сплавов

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.

Виды редких металлов

Редкие сплавы, металлы можно разделить на несколько групп зависимо от химических, физических характеристик.

Легкие

К ним относятся химические элементы 1 и 2 группы периодической таблицы Менделеева. Их главное сходство — малый удельный вес. Представители — цезий, литий, рубидий, бериллий. Вторая похожая особенность — высокая химическая активность. Для получения проводится металлотермия, электролиз.

Тугоплавкие

Переходные элементы, которые находятся в 4, 5 и 6 группе периодической таблицы Менделеева. Внутренние электронные уровни у этих металлов достраиваются при переходе одного элемента к соседнему. Они образуют твердые, тугоплавкие, химически устойчивые соединения с различными металлоидами, которые обладают небольшим атомным радиусом.

Тугоплавкие редкие металлы выделяются среди остальных высокой прочностью кристаллической решетки, высокой температурой плавления (свыше 1660°C), повышенной твердостью.

Для получения применяется технология порошковой металлургии. Из расходного сырья получается металлический порошок, который прессуется в специальных формах и спекается для получения однородного материала.

Читайте:  Где живет заяц в природе что делает осенью как готовится к зиме

Рассеянные

Особенность — малое количество минералов, в которых содержатся эти металлы или их полное отсутствие. Чаще подобные химические элементы встречаются в виде изоморфных примесей. Еще реже их можно встретить в небольшой концентрации в сторонних минералах.

Единственный прибыльный способ получения — переработка отходов производства основных металлов.

Редкоземельные

Второе название — лантаноиды. В этой группе находится 15 химических элементов. Они имеют похожее строение атомов, электронных уровней. В природе редкоземельные металлы часто попадаются рядом друг с другом. Первый этап переработки расходного сырья — выделение разных соединений, в основном смесей окислов.

Радиоактивные

В этой группе находятся естественные радиоактивные металлы. Основные из них — актиноиды, актиний, радий, полоний. К подгруппе актиноидов относятся уран, протактиний, торий.

По радиоактивным свойствам ученые определяют где лучше применять эти металлы, для каких сфер промышленности они подойдут. При добыче руды радиоактивные металлы встречаются совместно, часто разбавляются редкоземельными.

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.

Сферы применения

  • скоростная авиация;
  • судостроение, самолетостроение;
  • производство электроники;
  • ядерная промышленность;
  • атомная энергетика; ;
  • химическая промышленность, нефтепереработка;
  • ракетостроение, оборонная промышленность.

Из редких металлов изготавливаются сверхпроводники, магниты большой мощности, фотоэлементы, фотоумножители, люминесцентные лампы, кинескопы, катодно-лучевые трубки, химические источники тока, солнечные батареи, электроды, электрические конденсаторы, электровакуумные приборы и т. д.

Топ-5 самых редких металлов

Среди всех известных металлов на нашей планете можно выделить 5 более редких элементов.

Калифорний

Этот материал считается самым дорогим и редким в мире. Особенности:

  1. Общее количество к началу XXI века — не более 10 грамм. Производством занимается только 2 лаборатории.
  2. Радиоактивность
  3. Серебристо-белый цвет.

Применяется в для ядерной энергетике, медицине (при облучении злокачественных новообразований), изготовлении измерительных приборов.

Осмий

Еще одно обозначение — осмий 187. Многие причисляют его к группе благородных. Особенности:

  • серебристо-голубой цвет;
  • большой показатель плотности;
  • высокая температура плавления.

Применяется в электронной, химической промышленности, медицине.

Галий

Часто используется фокусниками для представлений, поскольку плавится от температуры тела. Другие особенности:

  1. Если залить галий серной кислотой, он будет пульсировать.
  2. Серебристо-голубой цвет.

Применяется для изготовления термометров из кварца, металлических клеев, сверхвысокочастотной электроники, лазерных установок.

Рений

Впервые был произведен в 1926 году. Особенности:

  1. Серебристо-белый цвет.
  2. Один грамм рения получается после переработки нескольких сотен килограмм молибдена.

Применяется для изготовления турбинных лопаток, реактивных двигателей, сверхточных измерительных приборов.

Тантал

Обладает уникальным свойством биосовместимости. Из него изготавливаются высококачественные протезы, которые хорошо воспринимаются организмом. Применяется в химической промышленности, производстве электронных приборов.

К группе редких металлов относятся разные химические элементы, содержание которых в природе минимально по сравнению с остальными. Они похожи многими характеристиками, но обладают уникальными свойствами. Применяются в разных сферах промышленности, продолжают изучаться учеными.

Источник

Руды редких металлов и элементов: виды и характеристики, способы добычи, применение

Руды редких металлов и элементов: виды и характеристики, способы добычи, применение

Редкометаллические руды – это геологические породы, имеющие в своём составе редкие металлы (группа в 60 элементов, мало встречающихся в природе) в чистом виде или в качестве примесей других химических элементов. Причём концентрация металлов в рудах должна быть такой, чтобы разработка месторождений была рентабельной.

Виды и характеристики

Сами редкие металлы разделены на пять больших групп:

  • Лёгкие: бериллий, литий, рубидий, стронций, цезий.
  • Радиоактивные: актиний, радий, торий, уран и трансурановые элементы.
  • Рассеянные металлы: галлий, гафний, германий, индий, рений, селен, таллий, теллур.
  • Редкоземельные: иттрий, лантан и лантаноиды, скандий.
  • Тугоплавкие металлы: ванадий, вольфрам, молибден, ниобий, тантал, цирконий.

Данное подразделение весьма условно, так как с совершенствованием геологоразведки и развитием промышленности, некоторые металлы уходят из разряда редких элементов. Само понятие «редкости» говорит об их незначительном использовании. Однако новые прогрессивные технологии коренным образом меняют ситуацию.

Источниками получения редких металлов могут служить месторождения, высокоминерализованные воды, рапа солёных озёр, россыпи, а также побочная продукция или отходы основных производств. Редкометаллические руды можно подразделить на непосредственно богатые редкими элементами, и руды других элементов, в которых редкие минералы присутствуют как примеси. Среди комплексных руд можно выделить:

  • вольфраммолибденовые,
  • титан-ниобий-тантал-редкоземельные,
  • уран-ванадиевые,
  • литий-цезиевые,
  • цирконий-ниобиевые.

Примерами непосредственно руд редких металлов являются:

  • Литиевые руды – это сподумен, амблигонит, лепидолит, циннвальдит, петалит.
  • Бериллиевые руды – берилл, бертрандит, фенакит.
  • Титановые руды – ильменит, рутил, ильменорутил, перовскит, сфен.
  • Циркониевые руды – бадделит, циркон.

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.

Добыча руды

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.

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.

Сфера применения

Производство и потребление редких металлов и элементов растёт с каждым годом. Особую потребность в них испытывают самые перспективные отрасли науки и техники.

Радиоэлектроника

Саму основу полупроводниковых приборов составляют такие химические элементы, как галлий, германий, индий, селен, теллур. В современных мобильных устройствах насчитывается порядка двух десятков редкоземельных металлов. Стоящие на каждом рабочем столе дисплеи мониторов содержат в своём составе европий, иттрий, тербий. На базе ниобия созданы сверхпроводящие материалы. Создание современной электронной лампы невозможно без бериллия, вольфрама, молибдена, циркония и тория.

Приборостроение

Очень широкое применение редкие металлы находят в приборостроении. Это, прежде всего рубидий и цезий – наиболее востребованные материалы при производстве фотоэлементов. Кроме того из редких металлов изготавливают сверхмощные магниты, электровакуумную технику, люминесцентные лампы, солнечные батареи. Множество современных технических средств содержит в своём составе драгоценные материалы: платину, золото, серебро, иридий, палладий, родий. Радиоактивные металлы широко используются в изготовлении приборов для научных исследований и медицины.

Руды редкий металлов

Атомная техника

Использование явления радиоактивности в своё время послужило основой создания ядерной энергетики. Реакторы современных атомных электростанций, ледоколов, атомных подводных лодок работают на уране. Кроме того в атомной технике достаточно широко используются: бериллий, цирконий, гафний, ниобий, тантал, ванадий и литий. И это – далеко не предел. Современные исследования термоядерных реакций, а в перспективе и создание новых атомных установок в самых различных отраслях потребуют всё большего привлечения редких минералов и элементов.

Машиностроение

Современное машиностроение имеет в своём арсенале более 60 металлов и тысячи сплавов. Значительную часть из них составляют редкие металлы. Очень часто они выступают в качестве важных добавок в составе сплавов. Именно благодаря таким добавкам, создаются высокопрочные соединения, устойчивые к высоким температурам, химическому и механическому воздействию, коррозии.

Сфера применения редких металлов в машиностроении всеобъемлюща. Они встречаются всюду: начиная от нано технологий – до изготовления космических аппаратов и гигантских судов.

Химическая промышленность

Химическая отрасль немыслима без использования редких металлов и их соединений. Они повсюду: в технологическом оборудовании, среди контрольно-измерительных приборов и непосредственно в самих химических процессах. С помощью катализаторов из редких металлов сегодня мы получаем сахар, спирт, щавелевую кислоту, производим разнообразные виды топлив и технологическое сырьё.

Металлургия

Именно металлургия служит основным проводником редких металлов во все отрасли мирового хозяйства. Ведь лишь благодаря самим металлургическим процессам и получаются готовые изделия этих химических элементов. Но это далеко не всё. Важную роль играют эти минералы и в производстве чёрной и цветной металлургии, позволяя получать металлы и сплавы с заранее заданными свойствами.

Месторождения в России и мире

Редкометальные месторождения разнообразны по своей природе и встречаются во многих странах мира. Так, крупнокристаллические породы – пегматиты, богатые бериллом, литием и танталом, цезием и рубидием залегают на территориях следующих месторождений:

  • Берник-Лейк – Канада.
  • Бикита – Зимбабве.
  • Карибиб – Намибия.
  • Гринбушес – Австралия.
  • Коктогай – Китай.

Накопленные в россыпях танталитовые минералы до сих пор добываются наполовину ручным старательским способом на африканском континенте: в Бурунди, Конго, Нигерии и Руанде.

Карбонатиты – продукты кристаллизации глубинных слоёв, ставшие главными источниками ниобия и редкоземельного сырья, были обнаружены и освоены в Бразилии (Араша) и на территории США (Маунтин-Пасс). Позже к ним присоединились: Сент-Оноре в Канаде, Томторское месторождение в Якутии (Россия), Сейс-Логос в Бразилии.

Читайте:  Дежурство в уголке природы старшая группа для детей

Также разведаны богатейшие месторождения карбонатитов в Китае (Баюнь-Обо) и в Австралии (Маунт-Уэлд). Последнее отличается высочайшей концентрацией полезных ископаемых.

На территории России расположено достаточно крупное месторождение лопарита на Кольском полуострове. Также имеются залежи редкометальных щелочных гранитов в Катугинском (г. Тува) и Улук-Танзекском (Читинская область) месторождениях.

В целом можно констатировать, что количество мировых месторождений (число которых постоянно растёт) редких металлов вполне способно обеспечить их потребность на многовековую перспективу.

Мировые запасы

Мировые запасы редких металлов (по данным 2012 года) оцениваются следующим образом:

  • Китай – 55 млн. т.
  • СНГ – 19 млн. т.
  • США – 13 млн. т.
  • Индия – 3,1 млн. т.
  • Австралия – 1,6 млн. т.
  • Бразилия – 0,36 млн. т
  • Малайзия – 0,3 млн. т.

Страны, добывающие руды редких металлов

История добычи руд редких металлов такова, что до 90-ых голов прошлого века лидерами являлись:

  • США – 17 тыс. т.
  • СССР – 8,5 тыс. т.
  • Китай – 6 тыс. т.

Затем ситуация изменилась и безусловным лидером становится Китай, производящий 120 тыс. т редких элементов в 2007-2008 годах. Но, начиная со второго десятилетия XXI-го века, власти Китая значительно ограничили добычу этого вида полезных ископаемых, что привело к росту цен и увеличению добычи в странах-конкурентах.

В том числе и в России, принявшей широкую программу освоения столь востребованных полезных ископаемых, предусматривающую общую добычу их в 2020 году на сумму в 145 млрд. рублей.

Источник

Какой металл самый редкий на Земле?

Металлы — это группа простых элементов, которые обладают характерными свойствами. Среди основных их свойств — ковкость, пластичность, блеск, тепло- и электропроводность. Название восходит к латинскому «metallum», что означает «рудник», «минерал», «металл».

Редкие и дорогостоящие

Все металлы твердые, но их прочность разнится. Некоторые можно разрезать кухонным ножом, а другие (хром, например) царапают даже сталь или стекло.

Большая их часть присутствует в природе в виде руд и соединений. Их извлекают из земли во время добычи полезных ископаемых.

Многие металлы имеют собственные уникальные свойства. К примеру, иридий способен уничтожать раковые клетки. Он наполняет их огромной дозой кислорода, которая убивая патогенные элементы, оставляет здоровые нетронутыми.

Интересный факт. Оказывается, что в составе обыкновенного смартфона присутствуют золото, серебро и палладий — дорогостоящие и достаточно редкие металлы. Особенно ценными эти мобильные телефоны кажутся на фоне того, что однажды человечество исчерпает запасы драгоценных элементов на приемлемой для добычи глубине.

В природе встречается множество металлов, но все в разном количестве. Каких-то очень много, других — практически нет. Есть металлы-изотопы, которые получают искусственным путем. Многие из них являются не только редкими, но и безумно дорогими. Итак, какой самый редкий металл на Земле?

Калифорний из Калифорнии

Калифорний (Cf) на сегодняшний день имеет статус самого редкого и дорогого металла на Земле. Находится под номером 98 в таблице Менделеева. Его называют «камнем надежды». Он имеет серебристо-серый цвет и производится путем длительного облучения плутония. Сам плутоний был получен при бомбардировке урана ядрами тяжелого водорода.

Калифорний был выведен группой ученых во главе с Гленном Сиборгом в 1950 г. В природе его, естественно, не существует. Его созданием занималась команда Калифорнийского университета (откуда и получил свое название металл) города Беркли. Сегодня с ним работают лишь 2 лаборатории. Одна находится в России, другая — в США.

Калифорний является изотопом (изотопы получают искусственным путем). При этом стоимость его просто баснословна — до 10 млн. долларов за грамм. Это неудивительно, ведь мировой запас металла составляет всего 8 граммов. Ежегодно удается получить лишь 20-40 грамм калифорния.

Этот металл является радиоактивным и состоит из 17 изотопов. Самым изученным из них считается калифорний-252. Длительность его полураспада составляет целых 900 лет.

Свойства калифорния ошеломляющие. Применяется преимущественно в медицине и в области ядерной физики. Он является мощным источников нейтронов, поэтому его используют для обработки злокачественных опухолей, которых «не берет» лучевая терапия.

Он также используется для изучения космического пространства — как Луны, так и самых дальних звезд и планет. Он применим и для исследования деления ядер. Кроме этого, калифорний является незаменимым помощником во время добычи полезных ископаемых — он позволяет обнаруживать серебро и золото.

Бомбы, изготовленные с добавлением самого редкого в мире металла, считаются очень мощными. 1 грамм калифорния способен обеспечить часовую деятельность небольшого ядерного реактора.

Осмий и осмий-187

Осмий — природный металл. Формально его причисляют к благородным. Осмий имеет красивый серебристо-голубой оттенок. Отличается самой высокой температурой плавления. Ученые долгое время не могли выяснить, при какой температуре плавится этот металл — 3000 или 5000 градусов. Результаты сообщили, что плавить его лучше на поверхности Солнца.

Добыча осмия в природе — длительной процесс, занимающий почти год. Его стоимость на рынке составляет 10 000 долларов за 1 грамм. Однако намного дороже стоит изотоп осмия-187. Его стоимость достигает 200 000 долларов за грамм. Производство изотопа занимает около 9 месяцев. Примечательно, что применения осмию-187 пока не нашли. Но уже покупают.

А есть ли другие?

Калифорний — самый редкий металл на Земле, но есть и другие, природные. Содержание их в земной коре также невелико. Сегодня известно около 40 металлов, очень редко встречающихся в природе. При этом они не формируют месторождений, а соседствуют с другими минералами. Их называют рассеянными. Так, висмут встречается в месторождениях меди, а германий — в углях.

Астат

Астат — самый редкий металл на планете, встречающийся в природных условиях. В земной коре присутствует всего 70 мг астата. Долгое время его считали галогеном (образующим соли в результате реакции с металлами). Но в 2013 году было проведено исследование. Ученые смоделировали свойства астата. Формально, он должен быть металлом, но при этом не выстраивает присущую им кристаллическую решетку. Структура астата должна быть схожа со структурой ртути, но при этом он, вероятно, в нормальных условиях будет не твердым, а жидким.

В лабораториях за все время изучения его свойств удалось получить лишь 0,05 микрограмма самого редкого металла на земле, поэтому его основные характеристики (цвет, плотность) остаются для химиков загадкой.

Астат получают путем облучения висмута с последующим отделением их друг от друга. Все изотопы этого вещества являются активными. Примечательно, что период распада астата составляет чуть больше 8 часов. Это свойство позволяет использовать его в ядерной медицине.

Рений — один из самых редких металлов

Рений — один из самых редких металлов на Земле. При составлении своей таблицы Менделеев предсказал, что вскоре будет обнаружено соединение с весом атома 180. Долгие годы ученые пытались найти таинственный металл. Но лишь в 1925 году этот редкий устойчивый металл обнаружили Ида и Вальтер Ноддак.

До недавнего времени он считался рассеянным. Минералы рения настолько редки, что представляют не промышленную, а научную ценность. Этот металл уникален, его свойства не имеют аналогов. Он используется в процессе создания космической и авиационной техники. Всего 4% рения позволяют добиться невероятной прочности. Такая техника выдерживает высочайшую температуру (до 2 000 градусов), не теряя прочности. Около 70% рения, добываемого в мире, эксплуатирует Япония.

Сегодня спрос на рений, как и другие редкие элементы таблицы Менделеева, растет с каждым днем. Особенно в нем нуждается США. Это объясняет стоимость металла — 800 долларов за 1 грамм неочищенного сырья.

Рений на Южно-Курильских островах

В 90-х годах прошлого столетия в России было обнаружено крупное месторождение рения. Теперь главное — построить завод и наладить его добычу. Месторождение находится прямо в кратере действующего вулкана Кудрявого, что на острове Итурупе (принадлежит к группе Южно-Курильских островов).

Газы вулкана ежегодно выбрасывают на поверхность около 15 тонн рения. Это подтверждает теорию геологов о том, что большинство редких и тяжелых металлов, недоступные нам, находятся в недрах планеты.

Источник



Уникальные свойства драгоценных металлов и сферы их применения

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.

Фото 861

Редкие металлы

Стоимость индия

Начнем с довольно редкого, но при этом не слишком дорогого металла — он называется индий. Он был открыт в 1863 году и 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. Крупнейшими поставщиками индия считаются Китай, Южная Корея и Япония — ежегодно производится несколько сотен тонн металла.

Индий настолько мягок, что его можно кусать зубами

Благодаря своим свойствам, индий активно используется в электронной технике и автомобилях. Во времена Второй мировой войны это металл входил в состав подшипников для авиационных двигателей.

Цена килограмма индия — от 20 000 рублей.

Родий Платина Золото Рутений

Открытие редкоземельных металлов

Редкоземельными металлами называют некоторую группу элементов, обладающих определёнными сходными свойствами. При нагревании они способны образовывать оксиды, которые не растворяются при соприкосновении с водой. На сегодняшний день насчитывается 17 данных элементов: лютеций, церий, иттрий, лантан и т.д.
Открытие 16 из них произошло к 1907 году, и чуть позже добавился последний — прометий, который был получен в 1945 году, хотя о его существовании говорили с 1907 года.

Техническая классификация редких металлов

Группа периодической системы Элементы Группа редких металлов
I Литий, рубидий, цезий Легкие
II Бериллий
IV Титан, цирконий, гафний Тугоплавкие
V Ванадий, ниобий, тантал
VI Молибден, вольфрам
III Галлий, индий, таллий рассеянные
IV Германий
VI Селен, теллур
VII Рений
III Скандий, иттрий, лантан и лантаниды Редкоземельные
I Франций радиоактивные
II Радий
VI Актиний, торий, протактиний, уран, плутоний и др. трансурановые элементы
VII Полоний, технеций


Стоимость серебра

Серебро известно человечеству с очень древних времен, поэтому точную дату его открытия назвать невозможно. В природе он встречается как в чистом виде, так и в качестве соединения в рудах других металлов. Серебро обладает серебристо-белым цветом и высокой пластичностью. Крупнейшими производителями серебра по праву считаются Китай, Канада и США — каждый год добывается около 22 тонн металла.

Серебро применяется везде, начиная с ювелирной отрасли и заканчивая стоматологией

Несмотря на свою высокую стоимость, серебро используется во многих отраслях. Из него изготавливают украшения и монеты, а также используют в электронной технике и стоматологии. Считается, что серебро предотвращает распространение бактерий и сам по себе очень безопасен. На него всегда действует высокий спрос, отсюда и большая стоимость.

Цена килограмма серебра — от 30 000 рублей.

Редкоземельные элементы сегодня

Редкоземельные металлы сегодня используются более широко, чем любые другие металлы. Прежде всего, это вызвано добавлением новых сфер производства, где их применение предпочтительнее. Например, в последнее время их используют для изготовления оптоволокна, аккумуляторов и топливных элементов. Их применение позволяет избежать излишнего загрязнения при производстве множества товаров в промышленных масштабах.

Читайте:  Как строительство дорог влияет на природу отрицательно

Из-за монополии Китая стоимость сырья возросла стремительно примерно в 20 раз. При этом Китай предпочитает добываемую продукцию использовать самостоятельно и продает уже дорогостоящий продукт с использованием редкоземельных элементов. При этом отпускаемое сырье резко ограничилось в объеме. Сложно переоценить столь востребованный ресурс на сегодняшний день. Единственным способом избежать зависимости от ресурсов Китая является собственная разработка месторождений.

Несмотря на то, что в 2021 году были отменены экспортные пошлины и сам объем добываемого сырья из Китая увеличился, стоимость редкоземельных элементов не снизилась, но еще и возросла. Такой эффект получился в результате того, что горнодобывающие компании снизили объем производства сырья и было принято решение об увеличении запасов самого Китая столь ценным ресурсом.

Стоимость иридия

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. Вдобавок, ему не страшна коррозия и даже кислоты, потому что это самый стойкий металл. Крупнейшим поставщиком иридия считается Южная Африка, всего в год производится около тонны металла.

Иридий считается самым стойким металлом, потому что ему не страшна даже кислота

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 также делают наконечники дорогих пишущих ручек.

Цена килограмма иридия — от 45 000 рублей.

Мой коллега Илья Хель ранее писал, что иридий также способен убивать раковые клетки.

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

Стоимость палладия

Открытый в 1803 году палладий окрашен исключительно в серебристо-белый цвет, легко плавится, не тускнеет и не ржавеет. В природе этот металл встречается крайне редко, в основном его добывают из руд никеля, серебра и меди. Самым крупным поставщиком считается Южная Африка, но палладий в небольшом количестве также добывается в России.

Палладий — один из самых редких металлов на Земле

Палладий активно используется в ювелирном деле — смешивая его с золотом, можно получить так называемое «белое золото». Также из палладия чеканятся редкие монеты, посвященные памятным историческим датам. Также металл пользуется спросом в медицине, потому что из него изготавливаются детали для кардиостимуляторов и зубные протезы. В автомобилях палладий нужен для превращения вредных веществ в более безвредные химические соединения.

Цена килограмма палладия — более 1 000 000 рублей.

Стоимость платины

Многие народы не знали о существовании платины вплоть до XVI века, но есть народы, которые использовали этот металл с незапамятных времен. Платина встречается только в виде сплава с другими металлами, но в чистом виде окрашена в серебристо-белый цвет. Она обрела большую популярность благодаря своему красивому внешнему виду и пластичности. Крупнейшими поставщиками платины считаются Южная Африка, Россия, США и Канада. Примечательно, что в 1800-е годы у России были огромные запасы платины — источники, например, были найдены вблизи Екатеринбурга.

Ранее Россия была лидером по добыче платины

Платина используется в ювелирной промышленности, а также из нее чеканят монеты. Также она широко используется в технике — из нее, например, изготавливают зеркала для лазерной техники. Спрос на платину тоже высок, поэтому она очень дорога.

Цена килограмма платины — около 1 500 000 рублей.

Использование редкоземельных металлов

Редкоземельные элементы (РЗЭ) представляют собой очень востребованную на сегодняшний день группу элементов. Их используют во многих областях, активно развивающихся в настоящее время.

Очень сложно переоценить значение данных веществ. Новые исследования позволяют предположить, что развитие технологий с применением РЗЭ позволять снизить или даже полностью ликвидировать энергетическую зависимость государств. На их основе разрабатываются технологии будущего в таких сферах как, здравоохранение, оборона, компьютерная промышленность и всевозможные гаджеты для связи. К тому же они позволяют применять «зеленые технологии» (электрические автомобили, очищение воды, солнечная энергия, катализаторы).

Сплав с использованием РЗЭ позволяет создавать несущие конструкции, которые можно использовать в самолетостроении, причем при производстве сверхзвуковых моделей. Данные элементы весьма востребованы в космической отрасли. Иллюминаторы, изготавливаемые при добавлении РЗЭ способны выдерживать просто невероятные механические нагрузки.

Отраслевое потребление редкоземельных металлов в мире

Продукция 2010 г. 2015 г.
тыс. т $ млн. тыс. т $ млн.
Катализаторы 17,5 75 16,5 66
Полировальные средства 11,5 80 20,0 50
Стекло 14,0 70 12,5 47
Сплавы 12,5 75 12,5 63
Магниты 10,5 130 8,0 75
Люминофоры 6,0 300 4,5 158
Керамика 3,0 40 2,5 30

Стоимость золота

Одно из первых столкновений человека и золота произошло 9500 лет до нашей эры. Этот металл встречается исключительно в чистом виде, обладает высокой прочностью, но при этом очень пластичен. Самыми крупными поставщиками золота являются Китай, Австралия, Россия и США. Уже долгие столетия золото считается самым желанным драгоценным металлом.

Когда-то золото обнаруживалось людьми в виде больших самородков, но теперь добыча занимает много времени и сил

Всем уже известно, что из золота изготавливают многие ювелирные изделия вроде колец, цепочек и так далее. Благодаря тому, что золото отлично проводит электричество, его активно применяют в производстве электроники. Также оно очень востребовано в стоматологии — все же видели золотые зубы?

Цена килограмма золота — около 2 000 000 рублей.

Рений на Южно-Курильских островах

В 90-х годах прошлого столетия в России было обнаружено крупное месторождение рения. Теперь главное — построить завод и наладить его добычу. Месторождение находится прямо в кратере действующего вулкана Кудрявого, что на острове Итурупе (принадлежит к группе Южно-Курильских островов).

Газы вулкана ежегодно выбрасывают на поверхность около 15 тонн рения. Это подтверждает теорию геологов о том, что большинство редких и тяжелых металлов, недоступные нам, находятся в недрах планеты.

Источник