RSS
 

Статьи в разделе ‘Редкие элементы’

Редкие земли на Северо-Востоке России

В недрах нашей области многочисленными работами геологов, химиков и других исследователей установлены некоторые из редких элементов. Главными из них являются индий, скандий, кадмий и некоторые другие.

Северо-Восток можно считать одной из крупнейших индиевых провинций Союза – настолько широко распространен здесь этот редкий элемент. Он установлен в самых различных месторождениях: золотых, полиметаллических, молибденовых и других, но наиболее характерен для оловянных. Можно утверждать, что любое оловянное месторождение области в том или ином количестве содержит индий.

О степени распространения индия говорит и тот факт, что ого присутствие обнаружено в 56 минералах – сфалерите, халькопирите, касситерите, турмалине, станнине, арсенопирите,пирите и многих других. Однако практически почти весь индиевый запас в любом месторождении сосредоточен в одном-двух минералах: в сульфидно-касситеритовых и силикатно-касситеритовых типах главным концентратором и носителем индия является сфалерит, на долю которого приходится от 60 до 95 процентов индия. В очень редких случаях на первое место выдвигается халькопирит, однако обычно его доля в индиевом балансе месторождения составляет всего 5-20 процентов.

Все остальные индийсодержащие минералы практического значения не имеют в связи с их незначительной распространенностью или низким содержанием в них индия. Так, в касситерите индий содержится в количестве, измеряемом тысячными и десятитысячными долями процента. Только в редко встречаемой разновидности касситерита – деревянистом олове содержание индия достигает 0,1 процента.

Читать дальше »

 

Применение редких элементов

Группа РЕДКИХ ЗЕМЕЛЬ объединяет в своем составе 16 элементов, включая родственный им иттрий. Их промышленное использование началось еще в прошлом веке при изготовлении газокалильных колпачков. Затем редкие земли нашли себе применение в пирофорных сплавах, для придания тканям водоупорных свойств и т. д.

Тем не менее даже в сумме все эти области применения не составляли сколько-нибудь заметной величины. За 70-80 лет в судьбе редких элементов не произошло ничего примечательного, и их производство почти не развивалось. В силу случая редкоземельные элементы долго оставались вне широких и активных интересов науки и техники, а редкие попытки их практического использования не привели к заметным результатам.

Но примерно с 1950 года, когда появились сообщения о заманчивых свойствах редких земель в качестве легирующих добавок к стали, положение коренным образом изменилось. Редкие земли как бы снова были открыты, и в их истории наступает новая эра.

В настоящее время ассортимент редкоземельных промышленных продуктов насчитывает ужо несколько сотен наименований. Еще каких-нибудь 10 лет назад индивидуальные редкие земли представляли собой уникальную редкость: достаточно сказать, что во всем мире в исследовательских лабораториях их запасы исчислялись граммами, а иногда и их долями. Теперь некоторые из редкоземельных элементов получают в сверхчистом виде, что позволяет изучать их истинные свойства и выявлять новые области применения. Главный и наиболее перспективный потребитель редких земель – металлургия.

Большое будущее в качестве конструкционных материалов открывается перед отдельными редкими землями в атомной технике, самолето- и ракетостроении. Предполагается, что настоящее чудо может совершить в самолетостроении иттрий, поскольку он по удельному весу занимает промежуточное положение между железом и алюминием, а с алюминием дает сплавы, по прочности равные стали.

Таким образом, значение редких элементов для современной промышленности исключительно велико. В большинстве случаев они используются в виде добавок в небольшом количестве при изготовлении различных сплавов и материалов. Однако эти ничтожные добавки редких элементов буквально преображают обычные заурядные сплавы и материалы, наделяя их чудесными свойствами. Почти ни один из редких элементов не находится в природе в самородном состоянии. Все встречаются в виде различных природных соединений с кислородом, кремнием, алюминием, железом, серой и другими элементами, то есть в виде минералов.

В зависимости от формы нахождения в природе все редкие элементы можно разделить на две группы.

К первой относятся те, которые не образуют самостоятельных месторождений и являются второстепенными, попутными полезными компонентами в месторождениях других, более распространенных элементов. Это в большинстве так называемые “рассеянные” редкие элементы: скандий, галлий, германий, селен, теллур, рубидий, кадмий, индий, цезий, рений и таллий.

Характерно, что они концентрируются в небольшом числе минералов-носителей и ограниченном числе типов месторождений. Например, скандий сосредоточен главным образом в касситерите и вольфрамите, то есть в рудах оловянных и вольфрамовых месторождений. Известны минералы, в которых содержание скандия достигает нескольких процентов, но они очень редки и промышленного значения не имеют.

Рений концентрируется исключительно в молибдените.

Индий есть во многих минералах, но в концентрациях, достаточных для промышленного извлечения,- только в сфалерите и халькопирите.
Следовательно, добыча индия производится главным образом из полиметаллических руд.

Источником германия служат обычные каменные угли.

Ко второй группе относятся элементы, которые образуют собственные минералы и месторождения; литий, бериллий, стронций, иттриий, редкие земли, цирконий, гафний, тантал и ниобий. Редкие земли содержатся в большом числе минералов, из которых главным является монацит. Он концентрируется в россыпях, куда попадает при разрушении монацитсодержащих гранитов.

Берилл до сих пор извлекался исключительно из месторождений, в которых он образует крупные кристаллы, отбираемые при ручной рудоразборке. Сейчас разработаны методы обогащения руд, в которых берилл представлен мелкими зернами. Извлекается бериллий и из новых типов месторождений.

 

Скандий, галлий, германий

СКАНДИЙ, ГАЛЛИЙ, ГЕРМАНИЙ относятся к группе так называемых рассеянных элементов. Хотя их количество в земной коре сравнительно велико, они не образуют значительных месторождений, находясь главным образом в виде примесей других минералах. Кстати, эти элементы в свое время были предсказаны Д. И. Менделеевым.

Скандий и галлий в настоящее время пока еще не получили широкого применения главным образом из-за их недостаточной изученности. “Карьера” германия начиналась также весьма неудачно. Открыт он был в 1896 году в очень редком минерале аргиродите, запасы которого быстро истощились. Лишь в 1922 году его открыли вновь, но уже в цинковой обманке.

Германий пытались применить в качестве добавки к магниевым сплавам, оптическому стеклу и т. д., но оказалось, что для этих целей можно употребить более распространенные материалы. Он использовался даже в ювелирном и зубоврачебном деле (золото-германиевые сплавы), но так и не “сделал” себе имени, пока наука не изучила свойства полупроводников. После этого германий становится одним из важнейших металлов современности. Германиевые элементы, так называемые транзисторы, заменив электронные лампы, совершили переворот в радиотехнике. Такую же революцию совершает германий и в холодильной промышленности, где разработаны десятки полупроводниковых приборов, непосредственно превращающих электрический ток в глубокий холод.

Однако, по-видимому, наиболее блестящие перспективы открываются перед германием в энергетике. Как известно, Земля получает от Солнца в виде света за год такое количество энергии, которое современным электростанциям не под силу дать и за миллион лет. В освоении этой энергии неоценимую помощь смогут оказать полупроводники, способные преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Полупроводниковые электростанции уже существуют, однако их мощности пока хватает лишь для питания лампочки карманного фонаря. Тем не менее и такие солнечные электростанции нашли себе применение: в частности, радиоаппаратура на советских искусственных спутниках работала на солнечных батареях. На основе полупроводниковых элементов созданы атомные батареи, которые позволяют ядерную энергию преобразовывать непосредственно в электрическую.

Дальнейшее продвижение полупроводников в атомную энергетику пока ограничивается их недостаточным производством. Основная трудность – получить сверхчистые полупроводниковые материалы, потому что германий только в сверхчистом виде (чистота 99, 99999999 процента) проявляет свои чудесные свойства.

 

Бериллий

С давних пор людям известен камень берилл, особенно его разновидность – изумруд, который считался наиболее ценным цветным камнем. За 3 тысячи лет до нашей эры изумруды добывались в Аравийской пустыне, откуда вплоть до XV века шли во все страны Западной Европы и на Восток. В 1831 году изумруды найдены были на Урале. Но изумруд редок, гораздо распространеннее обычный желтовато-белого цвета берилл, в котором и был в 1797 году открыт элемент бериллий. С тех пор бериллий найден во многих других минералах, но берилл остается его главным источником.

Бериллий является одним из самых легких металлов, что в сочетании с другими весьма ценными качествами делает его весьма перспективным. Впервые бериллий был использован в рентгеновских трубках. В настоящее время он применяется главным образом в сплавах. Особенно широкое распространение получили бериллиевые бронзы, содержащие 2-3 процента бериллия. Они отличаются большой прочностью, упругостью, хорошей электро- и теплопроводностью.

Исключительно важное значение приобрел бериллий в атомной технике в качестве замедлителя быстрых нейтронов в реакторах. Высокая прочность бериллия при сравнительно малом весе ставит вопрос о его применении в самолетостроении. Однако еще не разработаны способы получения бериллия достаточной чистоты, с примесями же он чрезвычайно хрупок.

 

Редкие элементы

Технический прогресс требует всв более широкого использования редких элементов, их сплавов и соединений. Понятие “редкие элементы” во многом условно. Оно сложилось исторически, и его содержание менялось в разное время. В начале нашего столетия к ним относился алюминий, и только потому, что его не могли получать в чистом виде в промышленном масштабе. Еще совсем недавно редкими металлами считали вольфрам, молибден, олово, висмут, так как их добывали в незначительном количестве. Сейчас редкими все еще считают более тридцати (то есть около трети известных) химических элементов. Многие из них действительно мало распространены на Земле.

Начало использования редких элементов в промышленности относится к концу XIX века. И только в последние 15-20 лет в связи с бурным развитием новых отраслей промышленности и созданием новой техники на базе открытий в области радиоэлектроники, ультразвука, сверхпроводимости, радиоактивных изотопов, ядерной энергии стало возможным исключительно широкое применение редких элементов.

В настоящее время они используются в производстве специальных сталей, жаропрочных, сверхтвердых и коррозионноустончивых материалов и сплавов, в изготовлении электро- и радиоприборов, рентгеновской аппаратуры, радиолокаторов и фотоэлектронных приборов, в атомной энергетике и космической технике. Причем с каждым годом непрерывно выявляются все новые и новые области применения редких элементов.