Редкоземельные металлы как добывают
Добыча редкоземельных металлов в мире и доминирование Китая
Добыча редкоземельных металлов в мире достаточно странная. Правительство Китая заявляет, что страна «удовлетворяет» 90% мирового спроса на редкоземельные металлы, но имеет только 23% мировых запасов. В начале 1990-х Китай обогнал США чтобы стать крупнейшим в мире производителем и экспортером этих материалов и с тех пор фактически стал монопольным поставщиком с применением некоторых элементов, произведенных только в Китае.
Если проследить их до источника, то подавляющее большинство люминесцентных ламп, офшорных ветряных турбин, электрических и гибридных автомобилей, смартфонов и персональных электронных устройств были придуманы благодаря используемым в их компонентах редкоземельным металлам имеющим «китайскую ДНК».
Отдельная группа элементов
Состоящая из 17 элементов периодической таблицы, группа элементов, известная как редкоземельные металлы обеспечивает значительную ценность для технического и экономического роста. Эти важные элементы используются в высокотехнологичных продуктах как катализаторы, сотовые телефоны, жесткие диски, гибридные двигатели, лазеры, магниты, медицинские службы, телевидение и другие применения.
Это:
• Лантан 
• Церий
• Неодим
• Прадеозим
• Самарий
• Прометий
• Гадолиний
• Европий
• Тербий
• Гольмий
• Диспрозий
• Эрбий
• Иттербий
• Лютеций
• Тулий
• Иттрий.
По данным геологической службы США, в какой-то момент на Китай приходилось 98% мирового производства редкоземельных элементов. В 2017 году этот показатель составлял 85%.
Ведущая роль на рынке редких металлов
Хотя на первый взгляд Китай играет ведущую роль на рынке этих материалов, есть неизвестная сторона очевидной гегемонии. Основные импортеры, получающие выгоду от производства их в Китае, такие как США, Южная Корея и Япония, а также производители и бренды, которые используют редкоземельные металлы в своей продукции, часто выходят на значительный черный рынок. Каждый год десятки тысяч тонн редкоземельных руд незаконно добываются и продаются через черный рынок Китая.
Добыча редкоземельных полезных ископаемых, будь то легальная или нет, влечет за собой шокирующие экологические издержки. Исследования показали, что при добыче одной тонны редкоземельной руды (в пересчете на оксиды) образуется 200 кубических метров кислых сточных вод.
Производство элементов, необходимых для удовлетворения спроса Китая на ветровые турбины до 2050 года (в сценарии радикального расширения ветроэнергетики), приведет к выпуску 80 миллионов кубических метров сточных вод – достаточно, чтобы заполнить среднее озеро. Не говоря уже о выбросах от остальной части жизненного цикла продукта: выплавка, разъединение, обработка, транспорт.
Бизнесу, политикам и потребителям необходимо еще раз подумать: какие действия мы можем предпринять, чтобы обеспечить достижение наших низкоуглеродных целей таким образом, чтобы они были более благоприятными как для окружающей среды, так и для климата? В конце концов, как противоречиво, так и несправедливо жертвовать общественным здравоохранением и окружающей средой в ресурсодобывающей области ради низкоуглеродного развития.
Это означает, что настало время снова взглянуть на связь между редкими ресурсами Китая и чистыми, низкоуглеродными и интеллектуальными технологиями, опираясь на них.
За последние 20 лет окружающая среда заплатила за экономические успехи Китая.
Экологические издержки экономического успеха Поднебесной
Редкие запасы Китая сейчас сильно истощены, экологические издержки в триллионах юаней не учитываются в рыночных ценах и необузданный черный рынок, как в этой стране, так и за рубежом, усугубил экологический ущерб и потерю ресурсов.
Это оставило китайское правительство без каких-либо вариантов, кроме как покрыть огромные затраты на восстановление окружающей среды, в то время как те, кто живет вблизи редкоземельных рудников, прямо или косвенно страдают от проблем окружающей среды и здоровья.
Другая проблема заключается в том, что Китай больше не просто поставщик, экспортер или добытчик редкоземельных металлов в мире, поскольку внутренний спрос на эти ресурсы резко возрос. Китай является основным двигателем глобальных инвестиций в ветроэнергетику. В сценарии радикального расширения ветровой энергии, произведенного институтом энергетических исследований национальной комиссии развития и реформ, к 2050 году Китай мог видеть установленную мощность ветровой энергии в 2 000 000 мегаватт (2 тераватта).
Типичная турбина мощностью 2 мегаватт содержит 341-363 килограмма редкоземельного неодима и около 59 килограммов диспрозия.
Количество элементов, необходимых только для обеспечения роста ветровой энергии, поражает, и это происходит до увеличения спроса на редкоземельные металлы, вытекающего из плана «Китайский производственный план до 2025», который направлен на определение приоритетности развития электромобилей, морского инженерного оборудования, космонавтики и авиационного производства.
Поднебесная, возможно, даже не сможет удовлетворить внутренний спрос, не говоря уже о растущем спросе со стороны других стран. Согласно оценкам Конференции ООН по торговле и развитию, глобальный спрос на редкоземельные металлы будет составлять от 200 000 до 240 000 тонн в год к 2020 году, причем 70% этого спроса поступает из Китая. Даже если Китай в полной мере использует всю свою квоту на добычу, по-прежнему существует разрыв в 35 000-63 000 тонн между новым годовым объемом производства и ожидаемым ростом спроса.
Как будет выполняться этот пробел?
Глядя, как осуществляется добыча редкоземельных металлов в мире вызываются другие нерешенные вопросы о нашем низкоуглеродном будущем.
Как будет обрабатываться вся эта сточная вода после добычи? Будут ли новые проблемы безопасности питьевой воды? Будут ли отражаться цены на лучшие технологии и управление, предназначенные для сокращения выбросов, в ценах на редкоземельные металлы?
Еще в 2014 году китайское правительство объявило «войну с загрязнением», за которой следовали «самые жесткие» законы об охране окружающей среды и стандарты для редкоземельной промышленности по выбросам и использованию воды и энергии. Это означает, что затраты на поддержание отрасли неизбежно будут расти на переработку и добычу редкоземельных металлов.
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
Редкоземельные металлы
Редкоземельные металлы – группа из 17 химических элементов таблицы Менделеева. Они обладают одинаковым строением атомов, а также имеют схожие химические и физические свойства. Редкоземельные элементы применяются в различных промышленных сферах: в радиоэлектронике, атомной энергетике, машиностроении, химической промышленности и металлургии.
Металлы, составляющие группу редкоземельных
По состоянию на 2019 г., в список редкоземельных металлов входят следующие химические элементы:
Термин «редкоземельные» образован от словосочетания «редкие земли». Он объединяет химические элементы по следующим признакам:
Редкоземельный металл лантан является одним из самых дорогих химических элементов. При взаимодействии с алюминием он образует вещества с повышенной интенсивностью поглощения углерода и азота. Благодаря низкой активности по отношению к H2, его можно применять для изоляции водорода от окружающих газов.
Редкоземельные соединения отличаются между собой по химической активности. Этот параметр возрастает от скандия до лантана. До лютеция химическая активность снижается до минимальных значений. Это явления обусловлено постепенным снижением расстояния между атомами и энергетическими уровнями.
В научной литературе редкоземельные металлы имеют следующие обозначения:
В российских учебниках редкоземельные элементы обозначаются аббревиатурами РЗЭ или РЗМ.
История открытия редкоземельных металлов
Впервые редкоземельные металлы были изучены финским химиком Юханом Гадолином в конце XVIII столетия. В 1794 г. ученый во время изучения рудных образцов, найденных вблизи деревни Иттербю, открыл “редкую землю”, названную иттриевой. В начале XIX в. немецкий химик Мартин Клапрот создал первую классификацию редкоземельных соединений. Он раздел эти элементы 2 группы: иттриевые и цериевые.
Спустя несколько десятилетий шведский химик Мосандер выявил наличие новых редкоземельных металлов. В 1840-х г. ученый выделил из образцов “редких земель” окись церия, тербиевую и эрбиевую земли. К концу XIX столетия в мире было открыто 16 редкоземельных элементов. В XX в. был открыт последний редкоземельный металл — прометий. Ее исследованием занимались русские химики Маринский и Гленделин. На основе их экспериментов были проведены опыты по использованию осколков деления атомов урана в ядерном реакторе. По состоянию на 2019 г. группа редкоземельных металлов состоит из 17 химических соединений. В таблице Менделеева они расположены в ячейках 21, 39 – 57, 57 – 61.
Запасы редкоземельных элементов
Общее количество по массе редкоземельных металлов в природе составляет не более 0,02%. Чаще всего в недрах Земли находятся церий, лантан и неодим. Наименее распространенным соединением является Европий. Ее процентное содержание в недрах Земли составляет не более 0,0013% от его общей массе.
В мире редкоземельные металлы находятся в 240 минеральных веществах: фторидах, силикатах и фосфатах. 62 минерала используются в качестве промышленного сырья: монацит, апатит, бастнезит и эвксенит. Процентное соотношение РЗЭ в составе минеральных веществ неодинаково. В бастнезитах содержатся преимущественно представители цериевой подгруппы, в апатитах – иттриевой.
Редкоземельные элементы содержаться в естественной среде совместно, образуя сульфиды или галоидные соединения. Валентность веществ составляет не более 3+. В природе церий может образовывать четырехвалентные соединения, что обусловлено особенностями строения его электронной оболочки.
Основные запасы редкоземельных металлов содержатся в следующих странах:
В России 90% редкоземельных элементов импортируется из других стран. Это обусловлено тем, что на российском рынке наблюдается низкий спрос на данные соединения. Из-за развития научно-технического прогресса наибольшее количество редкоземельных ресурсов потребляется развитыми странами Европы и Северной Америки.
Добыча
Добыча редкоземельных металлов из отходов фосфорных удобрений является одной из самых инновационных технологий. Наличие в породном отвале большого количества гипса обуславливает высокую водостойкость и механическую прочность сырья. Эта технология извлечения РЗМ позволяет добыть до 800 000 ценных химических элементов и утилизировать отходы при производстве фосфорных удобрений. Она представляет собой замкнутый цикл. В результате переработки минеральных удобрений выделяются строительный гипс и оксиды редкоземельных металлов: неодима, тербия, церия, диспрозия, празеодима и лантана.
Существуют 3 метода переработки отходов от производства удобрений:
В результате образуется хлориды, сульфаты и оксиды, из которых извлекаются редкоземельные соединения. Для очистки РЗЭ от примесей используются технологии вакуумного переплава или дистилляции.
Наибольшее количество РЗМ добывается на территории США, Канады, Австралии и КНР. С 2010 г. спрос на эти химические соединения растет во многих индустриальных отраслях: машиностроении, электронике, ядерной энергетике и химической промышленности. Одним из крупнейших месторождений редкоземельных металлов является Bayan Obo, расположенное в Китае. Здесь содержится 44 млн. оксидов. Китай экспортирует сырье во многие страны Европы, Азии, Северной Америки и Африки. С 2010 г. КНР сокращает экспорт РЗМ, что связано с ростом потребления на внутреннем рынке. В результате во многих странах возникла физическая нехватка редкоземельных ресурсов.
В Российской Федерации добыча РЗМ из горных пород является нерентабельным занятием, что обусловлено низким потреблением этих металлов. Наибольшее количество редкоземельных элементов используют государственная корпорация “Ростехнологии” и предприятия оборонной промышленности. В России РЗМ добываются на территории Мурманской области и Республики Саха (Якутии). В данных регионах находятся крупнейшие месторождения редкоземельных металлов: Ловозерское и Томторское. С 2016 г. в РФ действует госпрограмма по созданию отраслевых предприятий, обеспечивающих российскую промышленность редкоземельными элементами. Она позволила улучшить методы добычи РЗМ и ликвидировала зависимости экономики России от импортных материалов.
Свойства редкоземельных металлов
Редкоземельные металлы имеют серебристый или желтый окрас. Они поддаются механической обработке и проводят электрический ток. Свойства РЗМ могут изменяться при переходе веществ из металлического состояния в парообразное. При высоком давлении и большой разнице в энергии атомные радиусы уменьшаются, что приводит к увеличению плотности простых веществ.
Физические свойства
Механические свойства
Механические свойства РЗЭ находятся в зависимости от количества примесей, содержащихся в веществе: кислорода, серы, азота и углерода. Ими обладают большинство представителей иттриевой и цериевой подгрупп. Чистые металлы, в которых содержится меньше 1% примесей, имеют твердость 500 Мпа. Этот показатель зависит от температуры химического соединения. При охлаждении вещества до 800 °С твердость элемента составляет 30 МПа. Если понизить температуру вещества до 550 °С, то оно полностью размягчится, что обусловлено полиморфным превращением.
При температурах 20-800 °С повышается пластичность редкоземельных металлов. Во время нагревания внутренняя структура элементов переходит на кубическую модификацию. Во время растяжения РЗМ полностью разрушаются при давлении в 150 Мпа. При более низких значениях этого показателя соединения деформируются. Удельное растяжения металлов составляет не менее 12%.
Химические свойства
При взаимодействии с молекулами кислорода РЗЭ покрываются тонкой оксидной пленкой, защищающей металлы от физических деформаций и воздействия иных химических элементов. При высокой влажности вещества начинаются окисляться с большей интенсивностью и превращаются в щелочи. Данный химический процесс осуществляется при температурах до 250 °С. При дальнейшем нагревании в кислородной среде металлы начнут окисляться с выделением большого количества тепловой энергии.
Наибольшей реакционной способностью располагают скандий и иттрий. При нагревании до 400 °С они вступают в реакции с водородом, образуя гидриды. Полученные вещества имеют высокую плотность и могут взаимодействовать с солями. Церий обладает свойством пирофорности. При разрезании этого элемента на воздухе образуется множество искр. В этом случае выделяется до 220 ккал тепла.
Степень окисления редкоземельных соединений равняется +3. Поэтому эти способы образовывать тугоплавкие, твердые и крепкие оксиды. При взаимодействии с водой РЗМ образуют малорастворимые гидроксиды. Растворимость элементов зависит от ряда активности и свойств амфотерности. Из-за высокой активности металлов, соли редкоземельных соединений быстро растворяются в сильных кислотах, относящихся к минеральной группе химических веществ. При взаимодействии РЗМ с неметаллами VI – VII групп получаются галогены. РЗЭ могут вступать в реакцию с селеном, бромом, йодом при нагревании. Они инертны к большинству растворимых гидроксидов.
Применение редкоземельных металлов
Редкоземельные металлы нашли применение в следующих областях:
Также РЗЭ используются для изготовления добавок и эмалей, необходимых для модификации материалов. Они улучшают пластичность и прочность сырья, что увеличивает срок службы различных аппаратов и металлических устройств. Благодаря повышенной скорости поглощения окисей углерода и азота, РЗМ могут применяться в водородных тиратронах в качестве изолирующего материала.
Применение редкоземельных элементов оказывает негативное влияние на экологию планеты. В результате добычи и производства РЗЭ в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ и токсинов, включая углерод. В настоящее время разрабатываются технология определения токсичности РЗМ при помощи биотестирования. Ученые создают биосенсоры, определяющие влияние металлов на организм человека при помощи специальных биосенсоров. При изготовлении тестовых приспособлений используются экологически чистые материалы: Paramecium Bursaria и водоросли Chlorella.
Редкоземельные металлы и их добыча
Что такое редкие земли? Происхождение названия
Название «редкоземельные», или «редкие земли», дано этой химический группе из-за того, что ее элементы очень редко встречаются в земной коре, а также практически все образуют плохо растворимые в воде оксиды (в химии такие оксиды раньше называли «землями»).
После того как название «редкоземельные» сложилось исторически и устоялось, ученые-химики выяснили, что эти элементы отнюдь не такие редкие, как считали их открыватели, а встречаются в природе иногда чаще других.
Прометий
Полученный элемент был назван в честь знаменитого мифического героя, который похитил у бога Зевса огонь, а затем отдал его людям.
Европий
Еще один редкоземельный металл, который относится к лантаноидам. Является одним из первых открытых химических элементов, которые стоят между барием и лютенцием. В чистом виде этот металл в природе не встречается.
Гадолиний
В 1880 году знаменитый французский физик по имени Поль Эмиль Лекок де Буабордан выделил гадолиний, который пополнил группу лантаноидов. Сейчас все лантаноиды относятся к группе «редкоземельные металлы», и гадолиний не является исключением.
В конце XIX века при исследовании этого элемента Беккерель случайно обнаружил его радиоактивность, что впоследствии подтвердила Мария Кюри.
Уран очень широко распространен в земной коре, в отличие от других представителей группы редкоземельных металлов. Однако основная масса элемента сосредоточена в породах с очень высоким содержанием кремния.
Плутоний
Это очень тяжелый, но при этом хрупкий радиоактивный металл, который имеет характерный металлический блеск и светло-серый цвет. Относится с семейству актиноидов, как и предыдущий элемент. Плутоний и уран назвали в честь планет Солнечной системы.
После нескольких десятилетий исследования этого химического элемента ученые выяснили, что его химические свойства очень схожи со свойствами урана. Все дальнейшие исследования элемента проходили в строжайшей секретности в Чикаго.
Плутоний очень редко встречается в земной коре, потому что за миллиарды лет существования планеты Земля почти весь он распался на другие элементы, в том числе уран.
Добыча
Далеко не маленькими запасами редкоземельных металлов обладает и Россия. Имеющиеся в недрах нашей страны запасы, по мнению геологов и химиков, лишь немногим уступают китайским.
По подсчетам ученых-геологов, в земной коре содержится несколько миллионов тонн редкоземельных элементов, причем почти половина этих запасов приходится на Поднебесную. Сейчас добычу таких металлов продолжают увеличивать. Редкоземельные металлы играют важную роль в развитии и экономике любого государства.