Metallar

REE - Nadir yer elementləri və onların istifadəsi

REE - Nadir yer elementləri və onların istifadəsi



Nadir torpaq elementlərinə tələbat sürətlə böyüdü, lakin onların minalanan yataqlarda meydana gəlməsi məhduddur.


Nadir Earth Element istehsalı: Bu cədvəldə nadir torpaq elementi istehsalının tarixi, 1950 ilə 2017 arasındakı metrik tonda nadir torpaq oksidi ekvivalenti göstərilir. Bu, 1960-cı illərin ortalarında rəngli televiziya tələbinin partladığı zaman ABŞ-ın bazara çıxmasını açıq şəkildə göstərir. Çin 1980-ci illərin sonu və 1990-cı illərin əvvəllərində nadir torpaqları çox aşağı qiymətlərlə satmağa başladıqda, ABŞ-dakı minalar artıq qazanc əldə edə bilmədikləri üçün bağlanmağa məcbur oldu. Çin 2010-cu ildə ixracatı azaltdıqda nadir torpaq qiymətləri aşağı düşdü. Bu, ABŞ, Avstraliya, Rusiya, Tayland, Malayziya və digər ölkələrdə yeni istehsala təkan verdi. 2016-cı ildə ABŞ-da nadir torpaq istehsalı dayandırıldı, çünki qalan yeganə mina qulluq və texniki xidmətə verildi.

REE Dövri Cədvəl: Nadir Yer Elementləri, 15 lanthanide seriyası elementidir, üstəgə yttriumdur. Skandium ən nadir torpaq element yataqlarında olur və bəzən nadir torpaq elementi kimi təsnif edilir. Şəkli ilə.

Nadir yer elementləri (REE) nədir?

Nadir torpaq elementləri dövri cədvəldə birlikdə meydana gələn on yeddi kimyəvi elementlər qrupudur (şəkilə bax). Qrup yttrium və 15 lanthanid elementlərindən ibarətdir (lanthanum, serium, praseodymium, neodymium, prometium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thuli, ytterbium və lutetium). Skandium ən nadir torpaq element yataqlarında olur və bəzən nadir torpaq elementi kimi təsnif edilir. Saf və Tətbiqi Kimya Beynəlxalq Birliyi nadir torpaq elementi tərifinə skandium daxildir.

Nadir torpaq elementləri hamısı metaldır və qrupa çox vaxt "nadir torpaq metalları" deyilir. Bu metalların bir çox oxşar xüsusiyyətləri var və bu, onların çox vaxt geoloji yataqlarda tapılmasına səbəb olur. Bunlara "nadir torpaq oksidləri" də deyilir, çünki bir çoxları adətən oksid birləşmələri kimi satılır.

Nadir torpaq elementlərindən istifadə: Bu cədvəl 2017-ci ildə ABŞ-da nadir torpaq elementlərinin istifadəsini göstərir. Bir çox nəqliyyat vasitəsi havanın çirklənməsinə nəzarət üçün egzoz sistemlərində nadir torpaq katalizatorlarından istifadə edir. Çox sayda ərintilər nadir torpaq metallarının əlavə edilməsi ilə daha davamlı olur. Şüşə, qranit, mərmər və daşdan hazırlanan daşlar tez-tez kerium oksidi tozu ilə cilalanır. Bir çox motor və generatorda nadir torpaq elementləri ilə hazırlanmış maqnit var. Rəqəmsal displeylərdə, monitorlarda və televizorlarda istifadə olunan fosfor nadir torpaq oksidləri ilə yaradılmışdır. Ən çox kompüter, cib telefonu və elektrikli nəqliyyat vasitəsi batareyaları nadir torpaq metallarından hazırlanır.

Nadir yer elementlərindən istifadə

Nadir torpaq metalları və bunları ehtiva edən ərintilər, insanların hər gün istifadə etdikləri bir çox cihazda istifadə olunur: kompüter yaddaşı, DVD, təkrar doldurulan batareyalar, mobil telefonlar, katalitik çeviricilər, maqnitlər, flüoresan işıqlandırma və daha çox.

Son iyirmi il ərzində nadir torpaq metallarına ehtiyac duyan bir çox maddəyə tələbat içində bir partlayış baş verdi. İyirmi il əvvəl istifadədə olan cib telefonları çox az idi, lakin istifadə sayı bu gün 7 milyarddan çox oldu. Kompüterlərdə nadir torpaq elementlərinin istifadəsi demək olar ki, cib telefonları qədər böyüdü.

Bir çox təkrar doldurulan batareyalar nadir torpaq birləşmələri ilə hazırlanır. Batareyalara tələb mobil telefonlar, oxucu, portativ kompüterlər və kameralar kimi portativ elektron cihazlara tələbat tərəfindən idarə olunur.

Amerika Birləşmiş Ştatları Nadir Yer elementlərindən istifadə

Kimyəvi katalizatorlar55%
Keramika və şüşə istehsalı15%
Metallurgiya və ərintilər10%
Şüşə Cilalanma5%
Digərləri15%
(USGS-nin 2017 məlumatları)

Bir neçə kilo nadir torpaq birləşmələri hər elektrikli nəqliyyat vasitəsini və hibrid elektrikli nəqliyyat vasitəsini işləyən batareyalardadır. Enerji müstəqilliyi, iqlim dəyişikliyi və digər məsələlər elektrik və hibrid nəqliyyat vasitələrinin satışına səbəb olarsa, nadir torpaq birləşmələri ilə hazırlanmış batareyalara tələb daha da artacaqdır.

Nadir torpaqlar katalizator, fosfor və cilalama birləşmələr kimi istifadə olunur. Bunlar havanın çirklənməsinə nəzarət, elektron cihazlarda işıqlandırılmış ekranlar və optik keyfiyyətli şüşələrin cilalanması üçün istifadə olunur. Bu məhsulların hamısında artan tələbin olacağı gözlənilir.

Digər maddələr ən vacib istifadələrində nadir torpaq elementləri ilə əvəz edilə bilər; lakin bu əvəzedicilər ümumiyyətlə az effektiv və baha başa gəlir.

1950-ci illərdən 2000-ci illərin əvvəllərinə qədər serium oksidi çox populyar bir lapidary polish idi. Ucuz və çox təsirli idi. Son qiymət artımı, qaya dırmaşmasında və lapidary sənətində serium oksidinin istifadəsini demək olar ki, aradan qaldırdı. Alüminium və titan oksidi kimi digər cilalanma növləri indi öz yerində istifadə olunur.

Nadir yer elementlərinin müdafiə istifadəsi

Lanthanumgecə görmə gözlükləri
Neodimiumlazer diapazonu axtaranlar, təlimat sistemləri, rabitə
Avropalampalar və monitorlarda flüoresan və fosfor
Erbiumfiber-optik məlumat ötürülməsində gücləndiricilər
Samariumyüksək temperaturda sabit olan daimi maqnitlər
Samariumdəqiq idarə olunan silahlar
Samariumgizli texnologiyada "ağ səs-küy" istehsalı

Tənqidi Müdafiə istifadə edir

Nadir torpaq elementləri milli müdafiəmizdə vacib rol oynayır. Hərbçilər gecə görmə gözlükləri, dəqiq idarə olunan silahlar, rabitə vasitələri, GPS cihazları, batareyalar və digər müdafiə elektronikalarından istifadə edirlər. Bunlar Birləşmiş Ştatların hərbi qüvvələrinə böyük bir üstünlük verir. Nadir torpaq metalları zirehli nəqliyyat vasitələrində və zərbələrə çırpılan mərmi istifadə edilən çox sərt ərintilər hazırlamaq üçün əsas maddələrdir.

Bəzi müdafiə tətbiqlərində əvəzedicilər nadir torpaq elementləri üçün istifadə edilə bilər; lakin, bu əvəzedicilər ümumiyyətlə təsirli deyildir və hərbi üstünlüyü azaldır. Nadir torpaq elementlərinin bir neçə istifadəsi müşayiət olunan cədvəldə ümumiləşdirilmişdir.

Bilirdinizmi? ABŞ-da istifadə olunan skandiumun əksəriyyəti alüminium lehimli beysbol yarasalarına və digər idman qurğularına daxil olur 3. Skandium yarımkeçiricilərdə və xüsusi işıqlandırmada da istifadə olunur.

Həqiqətən bu elementlər "Nadirdir"?

Nadir torpaq elementləri adından göründüyü kimi "nadir" deyil. Tulium və lutetium ən az nadir nadir torpaq elementidir - lakin bunların hər biri orta qabığın bolluğudur ki, bu da qızıl qabığının bolluğundan təxminən 200 qat daha böyükdür. Lakin bu metalları tapmaq çox çətindir, çünki onları tapmaq qeyri-adi olur ekstraksiya üçün kifayət qədər yüksək konsentrasiyalarda.

Ən çox nadir torpaq elementləri kerium, yttrium, lanthanum və neodimiyumdur 2. Xrom, nikel, sink, molibden, qalay, volfram və qurğuşun kimi ümumi istifadə olunan sənaye metallarına bənzər orta kobud bolluqlar var 1. Yenə də onlar çıxarıla bilən konsentrasiyalarda nadir hallarda olur.

Bilirdinizmi? Nadir torpaq maqnitləri külək turbinlərində istifadə olunur. Bəzi böyük turbinlərdə iki ton nadir torpaq maqnit tələb olunur. Bu maqnitlər çox güclüdür və turbinləri yüksək səmərəli edir. Nadir torpaq maqnitləri bir çox alternativ enerji tətbiqində turbinlərdə və generatorlarda istifadə olunur.

Bilirdinizmi? Son on ildə nadir torpaq materiallarına olan qiymət və tələb kəskin şəkildə artmışdır. Çin tədarükün təxminən 90% -ni istehsal edir. Avstraliya və ABŞ-dakı depozitlər yenidən işə başlayır və bir çox yeni ərazidə kəşfiyyat irəliləyir.

Ağır və yüngül nadir torpaq elementləri: Nadir torpaq elementləri tez-tez "Ağır nadir torpaqlar" və "Yüngül nadir torpaqlar" bölünür. Lanthanum, serium, praseodymium, neodymium, prometium və samarium "yüngül nadir yerlər" dir. Yttrium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thium, ytterbium və lutetium "ağır nadir torpaqlar" dır. Ytrium yüngül nadir torpaq elementlərindən daha yüngül olsa da, təbii yataqlarda ağır nadir torpaqlarla kimyəvi və fiziki birləşmələrə görə ağır nadir torpaq qrupuna daxil edilmişdir.

Bilirdinizmi? Hər hibrid elektrikli və elektrikli bir vasitə böyük bir batareyaya malikdir. Hər batareya bir neçə kilo nadir torpaq birləşmələri istifadə edərək hazırlanır. Elektrikli nəqliyyat vasitələrinin istifadəsinin enerji müstəqilliyi, iqlim dəyişikliyi və digər narahatlıqlar səbəbindən sürətlə artacağı gözlənilir. Bu nadir torpaq materiallarına tələbatı artıracaqdır.

Bilirdinizmi? Ən kiçik elektron cihazlarda kiçik miqdarda nadir torpaq metalları istifadə olunur. Bu cihazların qısa ömrü var və REE təkrar istifadəsi nadir hallarda edilir. Hər il milyardlar atılır.

Dünya Mina istehsalı və Ehtiyatları(2017 Hesablamalar)

Ölkəİstehsal
(Metr ton)
Ehtiyatlar
(Metr ton)
Amerika Birləşmiş Ştatları--1,400,000
Avstraliya20,0003,400,000
Braziliya2,00022,000,000
Kanada--830,000
Çin105,00044,000,000
Qrenlandiya--1,500,000
Hindistan1,5006,900,000
Malavi--140,000
Malayziya30030,000
Rusiya3,00018,000,000
Cənubi Afrika--860,000
Tayland1,600Mövcud deyil
Vyetnam10022,000,000
Dünya cəmi (yuvarlaqlaşdırılmış)130,000120,000,000

Nadir Yer istehsalı və Ticarətinin tarixi

1965-ci ilə qədər

1965-ci ilə qədər nadir torpaq elementlərinə nisbətən az tələbat var idi. O dövrdə dünya tədarükünün böyük hissəsi Hindistan və Braziliyadakı plaser yataqlarından istehsal olunurdu. 1950-ci illərdə Cənubi Afrika nadir torpaq daşıyan monazit yataqlarının aparıcı istehsalçısıdır. O vaxt Kaliforniyadakı Mountain Pass Mine, bir Precambrian karbonatitindən az miqdarda nadir torpaq oksidləri istehsal edirdi.

Rəngli Televiziya Tələbi alovlandırır

Nadir torpaq elementlərinə olan tələbat ilk partlayışını 1960-cı illərin ortalarında gördü, ilk rəngli televizorlar bazara girərkən. Europium rəngli görüntüləri istehsal etmək üçün zəruri material idi. Mountain Pass Mine, təxminən 0.1% europium ehtiva edən bastnasitdən avropium istehsal etməyə başladı. Bu səy Mountain Pass Mine-ni dünyanın ən böyük nadir torpaq istehsalçısı halına gətirdi və ABŞ-ı aparıcı istehsalçı olaraq yerləşdirdi.

Çin bazara girir

Çin 1980-ci illərin əvvəllərində nəzərə çarpan miqdarda nadir torpaq oksidləri istehsal etməyə başladı və 1990-cı illərin əvvəllərində dünyanın aparıcı istehsalçısıdır. 1990-cı və 2000-ci illərin əvvəllərində Çin dünyanın nadir torpaq oksidi bazarında öz yerini möhkəmləndirdi. Nadir torpaqları o qədər ucuz qiymətə satırdılar ki, Dağ Pass Minası və dünyanın bir çox yerləri rəqabət edə bilmir və fəaliyyətini dayandırırdı.

Müdafiə və İstehlakçı Elektronikası Tələbi

Eyni zamanda, nadir torpaq metalları müdafiə, aviasiya, sənaye və istehlakçı elektronikasının müxtəlif çeşidlərinə dizayn edildiyi üçün dünya tələbi artdı. Çin dominant mövqedə kapitallaşdı və ixracı məhdudlaşdırdı və nadir torpaq oksidi qiymətlərinin tarixi səviyyələrə qalxmasına imkan verdi.

Çin ən böyük nadir yer istehlakçısı olaraq

Dünyanın ən nadir torpaq materialları istehsalçısı olmaqla yanaşı, Çin də üstünlük təşkil edən istehlakçıdır. Nadir torpaqlardan əsasən daxili və ixrac bazarları üçün elektronika məhsulları istehsalında istifadə edirlər. Yaponiya və ABŞ nadir torpaq materiallarının ikinci və üçüncü ən böyük istehlakçısıdır. Mümkündür ki, Çinin nadir torpaq satmaq istəməməsi onların əlavə dəyər istehsal sektorunun müdafiəsidir.

Çinin İstehsal dominantlığı?

Dünyanın nadir torpaq istehsalının təxminən 95% -nə nəzarət etdikdə, Çin hakimiyyəti 2010-cu ildə zirvəyə qalxmış ola bilər və bir neçə il ərzində bir çox nadir torpaq oksidlərinin qiyməti 500% -dən yuxarı qalxmışdı. Bu, dünyanın nadir torpaq istehlakçıları və mədənçiləri üçün bir oyanış idi. ABŞ, Avstraliya, Kanada və digər ölkələrin mədən şirkətləri köhnə nadir torpaq perspektivlərini yenidən araşdırmağa və yenilərini axtarmağa başladı.

Yüksək qiymətlər istehsalçılara üç şeyə səbəb oldu: 1) məhsulların hər birini istehsal etmək üçün lazım olan nadir torpaq elementlərinin miqdarını azaltma yollarını axtarın; 2) nadir torpaq elementlərinin yerində istifadə üçün alternativ materiallar axtarmaq; və 3) nadir torpaq elementləri tələb etməyən alternativ məhsullar hazırlamaq.

Bu səy bəzi maqnit növlərində istifadə olunan nadir torpaq materiallarının miqdarının azalmasına və nadir torpaq işıqlandırma məhsullarından işıq yayan diod texnologiyasına keçməsinə səbəb oldu. ABŞ-da istehsal olunan məhsul vahidinə nadir torpaqların orta istehlakı azaldı, lakin nadir torpaq elementləri ilə istehsal olunan daha çox məhsula tələb artdı. Nəticə daha yüksək istehlak oldu.

Çin Çindən kənar mənbələri satın alır

Çin şirkətləri digər ölkələrdə nadir torpaq ehtiyatları satın aldılar. 2009-cu ildə Çin Əlvan Metal Mədən Şirkəti, Çindən kənarda nadir torpaq elementlərinin ən yüksək məhsuluna sahib olan Avstraliyanın Lynas Corporation şirkətinin əksər hissəsini aldı. Zambiyadakı Baluba mədənini də satın aldılar.

Çindən kənarda nadir torpaq istehsalı

Avstraliyadakı minalar 2011-ci ildə nadir torpaq oksidləri istehsal etməyə başladılar. 2012 və 2013-cü illərdə dünya istehsalının təxminən 2% -dən 3% -ə qədəri təmin olunurdu. 2012-ci ildə Mountain Pass Minası yenidən istehsalına başladı və ABŞ 2013-cü ildə dünyanın nadir torpaq elementlərinin təxminən 4% -ni istehsal etdi. Braziliyada, Malayziyada, Rusiyada, Taylandda və Vyetnamda istehsal davam etdi və ya artdı.

Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Tədqiqatı tərəfindən aparılan yeni mineral ehtiyat qiymətləndirmələri Çindən kənarda əhəmiyyətli mənbələri müəyyənləşdirdi. Çin nadir torpaq istehsalında dünya lideri olmasına baxmayaraq, dünya ehtiyatlarının yalnız 36% -nə nəzarət edir. Bu, Çinin nadir torpaq materiallarını istehsal dəyərindən aşağı satmadığı üçün indi digər ölkələrə vacib istehsalçı olmaq imkanı verir.

REE istehsal qrafiki: Bu cədvəl 1994 və 2017-ci illər arasında Çinin nadir torpaq elementləri istehsalında üstünlüyünü göstərir. ABŞ 1990-cı illərə qədər əhəmiyyətli bir istehsalçı idi, lakin Çin tərəfindən satılan aşağı qiymətli materiallar ABŞ-da və digər ölkələrdə məcburi minalar satılır. Çin ixracatı məhdudlaşdırdıqca və 2009 və 2010-cu illərdə qiymətlər sürətlə artdıqca, Avstraliya və ABŞ-da minalar yenidən aktivləşdi. Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Xidmətinin məlumatlarından istifadə edərək qrafik.

Dominant Dünya İstehsalçısının təhlükələri

Təchizat və tələb normal olaraq bir malın bazar qiymətini müəyyənləşdirir. Təchizat daraldıqca qiymətlər qalxır. Qiymətlər artdıqca tədarükü idarə edənlər satmağa aludə olurlar. Mədənçıxarma şirkətləri yüksək qiymətləri fürsət və yeni tədarük mənbələrini inkişaf etdirmək cəhdi kimi görürlər.

Nadir torpaq elementləri ilə bir mədən şirkətinin əmlak əldə etmək qərarı ilə istehsalın başlaması arasındakı vaxt bir neçə il və ya daha uzun ola bilər. Yeni bir mədən mülkünü açmağın sürətli yolu yoxdur.

Əgər tək bir ölkə istehsalın demək olar ki, hamısına nəzarət edirsə və ixrac etməmək barədə qəti qərar verərsə, onda bir malın bütün tədarükü tez bir zamanda kəsilə bilər. Yeni tədarük mənbələrinin inkişaf etməsi çox uzun çəkdiyi zaman təhlükəli bir vəziyyətdir.

2010-cu ildə Çin nadir torpaq ixracatını əhəmiyyətli dərəcədə məhdudlaşdırdı. Bu, yerli istehsal və ekoloji səbəblərdən nadir torpaqların tədarükünü təmin etmək üçün edildi. Çinin bu dəyişikliyi çaxnaşma alışına səbəb oldu və bəzi nadir torpaq qiymətləri eksponent olaraq qalxdı. Bundan əlavə, Yaponiya, ABŞ və Avropa Birliyi Çinin məhdudlaşdıran nadir torpaq ticarəti siyasətindən Ümumdünya Ticarət Təşkilatına şikayət etdi.

Nadir torpaq oksidləri: Bu nadir torpaq oksidləri su yatağının hansı hissələrinin aşındığını müəyyənləşdirmək üçün istifadə olunur. Üst mərkəzdən saat istiqamətində: praseodymium, serium, lanthanum, neodim, samarium və gadolinium. Şəkil Peggy Greb, USDA şəkil qalereyası.

Dünya Nadir Yer mineral ehtiyatları

"Nadir torpaqlar Yer qabığında nisbətən çoxdur, lakin kəşf oluna bilən konsentrasiyalar əksər digər filizlərə nisbətən daha azdır. ABŞ və dünya mənbələri əsasən bastnasit və monazitdə mövcuddur. Çin və ABŞ-dakı bastnasit yataqları ən böyük payı təşkil edir. Dünyanın nadir torpaq ehtiyatları, Avstraliya, Braziliya, Çin, Hindistan, Malayziya, Cənubi Afrika, Şri Lanka, Tayland və ABŞ-da monazit yataqları ikinci ən böyük seqmenti təşkil edir.

Apatit, cheralit, evudit, loparit, fosforitlər, nadir torpaq daşıyıcısı (ion adsorbsiyası) gillər, ikincil monazit, sərf olunan uran məhlulları və ksenotim qalan ehtiyatların böyük hissəsini təşkil edir. Aşkarlanmamış ehtiyatların gözlənilən tələbata nisbətən çox böyük olduğu düşünülür. "Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Xidmətinin mineral əmtəə xülasəsi 2-dən sitat gətirir.

Nadir Yer Element Referansları
1 Nadir Yer elementləri - Yüksək Texnologiyalar üçün vacib mənbələr: Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Tədqiqatı, Fakt Vərəqi 087-02.
2 Nadir Yerlər: Joseph Gambogi, Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Tədqiqatı, Mineral Əmtəə Xülasəsi, 2017.
3 Nadir Yerlər: Joseph Gambogi, Amerika Birləşmiş Ştatları Geoloji Tədqiqatı, Faydalı qazıntılar kitabı 2011.
4 Torpaq eroziyasını izləmək üçün nadir bir torpaq yanaşması: Amerika Birləşmiş Ştatları Kənd Təsərrüfatı İdarəsi, Kənd Təsərrüfatı Tədqiqat Xidməti.
5 Çuxurdakı Çin Ace: Nadir yer elementləri: Sindi A. Hurst, Milli Müdafiə Universiteti Mətbuat.
6 Nadir yer elementlərinin geologiyası: Respublika "Amerika Birləşmiş Ştatlarının Əsas Nadir Yer Elementləri Depozitləri - Daxili Depozitlərin Xülasəsi və Qlobal Perspektiv."
7 Nadir Yer Elementləri və Milli Təhlükəsizlik: Xarici Əlaqələr üzrə Enerji Hesabatı, 2014.

Nadir Earth Element Outlook

Avtomobil, istehlakçı elektronikası, enerjiyə qənaət edən işıqlandırma və katalizatorlara qlobal tələbin növbəti on il ərzində sürətlə artacağı gözlənilir. Nadir torpaq maqnit tələbinin, təkrar doldurulan batareyalara tələbatın artacağı gözlənilir. Tibbi texnologiyada yeni inkişafların cərrahi lazerlərdən, maqnetik rezonans görüntüləməsindən və pozitron emissiya tomoqrafiya sintilyasiya detektorlarından istifadəsini artıracağı gözlənilir.

Nadir torpaq elementləri bu sahələrin hamısında çox istifadə olunur, buna görə də onlara olan tələbat yüksək olmalıdır.


Videoya baxın: Understanding The World We Live In - The Strange Truth Project - Flat Earth Discussion