Редкоземельный элемент

Эти редкоземельные элементы , называют также редкоземельные металлы или (в контексте) оксиды редкоземельных , или лантаноиды (хотя иттрий и скандий , как правило , включены в качестве редких земель) представляют собой набор из 17 почти неотличим блестящих серебристо-белых мягкие тяжелые металлы. ^[1] Скандий и иттрий считаются редкоземельными элементами, потому что они, как правило, встречаются в тех же рудных месторождениях, что и лантаноиды, и обладают схожими химическими свойствами, но имеют разные электронные и магнитные свойства . ^{[2] [3]}

В чистом виде эти металлы медленно тускнеют на воздухе при комнатной температуре и медленно реагируют с холодной водой с образованием гидроксидов с выделением водорода. Они реагируют с паром с образованием оксидов и при повышенной температуре (400 ° C) самопроизвольно воспламеняются и горят ярким ярким пиротехническим пламенем.

Эти элементы и их соединения не имеют известной биологической функции. Водорастворимые соединения от слабой до умеренной токсичны, а нерастворимые - нет.

Редкоземельные элементы находят разнообразное применение в электрических и электронных компонентах, лазерах, стекле, магнитных материалах и в промышленных процессах, но поскольку они не встречаются в виде основных металлов или в кусковых или видимых количествах, таких как железо или алюминий, их названия и свойства неизвестны повседневная жизнь. Одним из самых известных может быть необычно мощные неодимовые магниты, продаваемые как новинки.

Несмотря на свое название, редкоземельные элементы относительно многочисленны в земной коре , при этом церий является 25-м наиболее распространенным элементом - 68 частей на миллион, более распространенным, чем медь . Все изотопы прометия радиоактивны, и в земной коре он не встречается в природе; однако следовые количества образуются при распаде урана-238. Они часто встречаются в минералах с торием и, реже, в уране . Из-за своих геохимических свойств редкоземельные элементы обычно рассредоточены и не часто обнаруживаются сконцентрированными в редкоземельных минералах . Следовательно, экономически выгодные рудные месторожденияредки (т.е. «редки»). ^[4] Первым обнаруженным редкоземельным минералом (1787 г.) был гадолинит , черный минерал, состоящий из церия, иттрия, железа, кремния и других элементов. Этот минерал был добыт в шахте в деревне Иттерби в Швеции ; четыре из редкоземельных элементов носят названия, полученные из этого единственного местоположения.

Список [ править ]

Здесь представлена ​​таблица, в которой перечислены 17 редкоземельных элементов, их атомные номера и символы, этимология их названий и их основные применения (см. Также « Применение лантаноидов» ). Некоторые из редкоземельных элементов названы в честь ученых, которые их открыли или выяснили их элементарные свойства, а некоторые - в честь их географического открытия.

Открытие и ранняя история [ править ]

Первым обнаруженным редкоземельным элементом был черный минерал иттербит (переименованный в гадолинит в 1800 году). Он был обнаружен лейтенантом Карлом Акселем Аррениусом в 1787 году в карьере в деревне Иттерби , Швеция. ^[11]

«Иттербит» Аррениуса достиг Йохана Гадолина , профессора Королевской академии Турку , и его анализ дал неизвестный оксид (землю), который он назвал иттрием . Андерс Густав Экеберг выделил бериллий из гадолинита, но не смог распознать другие элементы, содержащиеся в руде. После этого открытия в 1794 году, минерал из Bastnäs вблизи Riddarhyttan , Швеция, которая , как считалось , чтобы быть железо - вольфрам минерал, был повторно рассмотрен Берцелиус и Вильгельма Хизингер . В 1803 году они получили белый оксид и назвали его церием .Мартин Генрих Клапрот независимо открыл тот же оксид и назвал его охроей .

Таким образом, к 1803 году было два известных редкоземельных элемента, иттрий и церий , хотя исследователям потребовалось еще 30 лет, чтобы определить, что другие элементы содержались в двух рудах церия и иттрия (сходство химических свойств редкоземельных металлов затруднили их разделение).

В 1839 году помощник Берцелиуса Карл Густав Мосандер выделил церий путем нагревания нитрата и растворения продукта в азотной кислоте . Он назвал оксид растворимой соли лантаной . Ему потребовалось еще три года, чтобы разделить лантану на дидимию и чистую лантану. Дидимия, хотя и не поддается дальнейшему разделению методами Мосандера, на самом деле все еще представляет собой смесь оксидов.

В 1842 году Мосандер также разделил иттрий на три оксида: чистый оксид иттрия, тербия и эрбия (все названия образованы от названия города «Иттерби»). Земля, дающая розовые соли, он назвал тербием ; тот, который давал желтый перекись, он назвал эрбием .

Таким образом, в 1842 году число известных редкоземельных элементов достигло шести: иттрий, церий, лантан, дидим, эрбий и тербий.

Нильс Йохан Берлин и Марк Делафонтен пытались также разделить сырой иттрий и нашли те же вещества, что и Мосандер, но Берлин назвал (1860) вещество, дающее розовые соли эрбия , а Делафонтен назвал это вещество желтым пероксидом тербия . Эта путаница привела к нескольким ложным утверждениям новых элементов, такие , как mosandrium из J. Лоуренса Смита , или philippium и decipium из Деляфонтно. Из-за сложности разделения металлов (и определения полного разделения) общее количество ложных открытий составило десятки, ^{[12] [13]}некоторые считают, что общее количество открытий превышает сотню. ^[14]

Спектроскопическая идентификация [ править ]

В течение 30 лет не было никаких дальнейших открытий, и элемент дидимий был внесен в периодическую таблицу элементов с молекулярной массой 138. В 1879 году Делафонтен использовал новый физический процесс оптической спектроскопии пламени и обнаружил несколько новых спектральных линий в дидимии. В том же 1879 году Пол Эмиль Лекок де Буабодран выделил новый элемент самарий из минерала самарскита .

Самарийская земля была далее отделена Лекоком де Буабодраном в 1886 году, и аналогичный результат был получен Жаном Шарлем Галиссаром де Мариньяком путем прямого выделения из самарскита. Они назвали элемент гадолиний в честь Йохана Гадолина , а его оксид был назван « гадолинией ».

Дальнейший спектроскопический анализ самари, иттрия и самарскита между 1886 и 1901 годами, проведенный Уильямом Круксом , Лекоком де Буабодраном и Эженом-Анатолем Демарсаем, позволил выявить несколько новых спектральных линий , указывающих на существование неизвестного элемента. Затем в 1901 году в результате фракционной кристаллизации оксидов был получен европий .

В 1839 г. стал доступен третий источник редкоземельных элементов. Это минерал, похожий на гадолинит, уранотантал (сейчас он называется «самарскит»). Этот минерал из Миасса на южном Урале был задокументирован Густавом Роуз . Русский химик Р. Харманн предположил, что в этом минерале должен присутствовать новый элемент, который он назвал « ильмением », но позже Кристиан Вильгельм Бломстранд , Галиссар де Мариньяк и Генрих Роуз обнаружили в нем только тантал и ниобий ( колумбий ).

Точное количество существовавших редкоземельных элементов было крайне неясным, и максимальное количество было оценено в 25. Использование рентгеновских спектров (полученных с помощью рентгеновской кристаллографии ) Генри Гвином Джеффрисом Мозли позволило присвоить атомные номера элементам. Мозли обнаружил, что точное количество лантаноидов должно быть 15, а 61 элемент еще предстоит открыть.

Используя данные об атомных номерах из рентгеновской кристаллографии, Мозли также показал, что гафний (элемент 72) не является редкоземельным элементом. Мозли был убит во время Первой мировой войны в 1915 году, за много лет до открытия гафния. Следовательно, утверждение Жоржа Урбена о том, что он обнаружил элемент 72, не соответствовало действительности. Гафний - это элемент, который находится в периодической таблице сразу после циркония , а гафний и цирконий очень похожи по своим химическим и физическим свойствам.

В 1940-х годах Фрэнк Спеддинг и другие в Соединенных Штатах (во время Манхэттенского проекта ) разработали химические процедуры ионного обмена для разделения и очистки редкоземельных элементов. Этот метод был впервые применен к актинидам для отделения плутония-239 и нептуния от урана , тория , актиния и других актинидов в материалах, производимых в ядерных реакторах . Плутоний-239 был очень желательным, потому что это делящийся материал .

Основными источниками редкоземельных элементов являются минералы бастнезит , монацит и лопарит, а также латеритные ионно-адсорбционные глины . Несмотря на их высокую относительную распространенность, редкоземельные минералы труднее добывать и извлекать, чем эквивалентные источники переходных металлов (отчасти из-за их сходных химических свойств), что делает редкоземельные элементы относительно дорогими. Их промышленное использование было очень ограниченным до тех пор, пока не были разработаны эффективные методы разделения, такие как ионный обмен , фракционная кристаллизация и жидкостно-жидкостная экстракция в конце 1950-х и начале 1960-х годов. ^[15]

Некоторые ильменитовые концентраты содержат небольшие количества скандия и других редкоземельных элементов, которые можно проанализировать с помощью XRF. ^[16]

Ранняя классификация [ править ]

До того, как стали доступны ионообменные методы и элюирование , разделение редкоземельных элементов в основном достигалось повторным осаждением или кристаллизацией . В те дни первое разделение было на две основные группы: церий-земли (скандий, лантан, церий, празеодим, неодим и самарий) и иттриевые земли (иттрий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций). . Европий, гадолиний и тербий либо рассматривались как отдельная группа редкоземельных элементов (группа тербия), либо европий был включен в группу церия, а гадолиний и тербий были включены в группу иттрия. Причина этого разделения возникла из-за разницы в растворимостидвойных сульфатов редкоземельных элементов с натрием и калием. Двойные сульфаты натрия группы церия плохо растворимы, группы тербия - слабо, а сульфаты иттриевой группы - хорошо растворимы. ^[17] Иногда иттриевая группа дополнительно разделялась на эрбиевую группу (диспрозий, гольмий, эрбий и тулий) и иттербиевую группу (иттербий и лютеций), но сегодня основная группа находится между цериевой и иттриевой группами. ^[18] Сегодня редкоземельные элементы классифицируются как легкие или тяжелые редкоземельные элементы, а не в группы церия и иттрия.

Легкая и тяжелая классификация [ править ]

Классификация редкоземельных элементов у авторов противоречива. ^[19] Наиболее распространенное различие между редкоземельными элементами проводится по атомным номерам ; элементы с низким атомным номером называются легкими редкоземельными элементами (LREE), элементы с высоким атомным номером - тяжелыми редкоземельными элементами (HREE), а те, которые попадают между ними, обычно называют средними редкоземельными элементами. элементы (MREE). ^[20] Обычно редкоземельные элементы с атомными номерами от 57 до 61 классифицируются как легкие, а элементы с атомными номерами больше 62 (что соответствует самарию) классифицируются как тяжелые и редкоземельные элементы. ^[21] Увеличение атомных номеров между легкими и тяжелыми редкоземельными элементами и уменьшение атомных радиусовна протяжении всей серии вызывает химические вариации. ^[21] Европий исключен из этой классификации, поскольку он имеет два валентных состояния: Eu ²⁺ и Eu ³⁺ . ^[21] Иттрий относится к тяжелым редкоземельным элементам из-за химического сходства. ^[22]

1985 Международный союз теоретической и прикладной химии «Красной книги» (стр. 45) рекомендует лантаноидное используется вместо лантаноидов . Окончание «-ид» обычно указывает на отрицательный ион. Однако из-за широко распространенного использования «лантаноид» все еще разрешен и является примерно аналогом редкоземельного элемента.

По словам профессора химии Андреа Селла , редкоземельные элементы отличаются от других элементов, поскольку «редкоземельные металлы с анатомической точки зрения кажутся неотделимыми друг от друга, поскольку все они почти одинаковы с точки зрения их характеристик. химические свойства. Однако, с точки зрения их электронных свойств, их магнитных свойств, каждый из них действительно изысканно уникален, и поэтому он может занять крошечную нишу в нашей технологии, где практически ничто другое ». ^[2] Например, «редкоземельные элементы празеодим (Pr) и неодим (Nd) могут быть внедрены в стекло, и они полностью устраняют блики от пламени при выдувании стекла ». ^[2]

Происхождение [ править ]

Редкоземельные элементы, за исключением скандия , тяжелее железа и, таким образом, производятся нуклеосинтезом сверхновых или s-процессом в асимптотических звездах ветви гигантов . В природе, спонтанное деление из урана-238 производит следовые количества радиоактивного прометия , но большинство прометий синтетически получает в ядерных реакторах.

Из-за их химического сходства, концентрации редкоземельных элементов в породах лишь медленно изменяются геохимическими процессами, что делает их пропорции полезными для геохронологии и датирования окаменелостей.

Геологическое распространение [ править ]

Редкоземельный элемент церий на самом деле является 25-м наиболее распространенным элементом в земной коре , имея 68 частей на миллион (примерно так же часто, как медь). Только крайне нестабильный и радиоактивный прометий «редкоземельный элемент» встречается в дефиците.

Редкоземельные элементы часто встречаются вместе. Самый долгоживущий изотоп прометия имеет период полураспада 17,7 лет, поэтому этот элемент существует в природе в незначительных количествах (примерно 572 г во всей земной коре). ^[23] Прометий - один из двух элементов, у которых нет стабильных (нерадиоактивных) изотопов, за которыми следуют (то есть с более высоким атомным номером) стабильные элементы (второй - технеций ).

Во время последовательной аккреции Земли плотные редкоземельные элементы были включены в более глубокие части планеты. Ранняя дифференциация расплавленного материала в основном включала редкоземельные элементы в мантийные породы. ^[24] Высокая напряженность поля и большие ионные радиусы редкоземельных элементов делают их несовместимыми с кристаллическими решетками большинства породообразующих минералов, поэтому РЗЭ будут подвергаться сильному разделению на фазу расплава, если таковая присутствует. ^[24] РЗЭ очень похожи по химическому составу, и их всегда было трудно разделить, но постепенное уменьшение ионного радиуса от легких до тяжелых, что называется сокращением лантаноидов., может дать широкое разделение на легкие и тяжелые РЗЭ. Большие ионные радиусы LREE делают их, как правило, более несовместимыми, чем HREE, в породообразующих минералах, и они будут сильнее распределяться на фазу расплава, в то время как HREE могут предпочитать оставаться в кристаллическом остатке, особенно если он содержит HREE-совместимые минералы, такие как гранат. . ^{[24] [25]} В результате вся магма, образованная в результате частичного плавления, всегда будет иметь более высокие концентрации LREE, чем HREE, а в отдельных минералах могут преобладать либо HREE, либо LREE, в зависимости от того, какой диапазон ионных радиусов лучше всего подходит для кристаллической решетки. . ^[24]

Среди безводных фосфатов редкоземельных элементов именно тетрагональный минерал ксенотим включает иттрий и тяжелые РЗЭ, тогда как моноклинная фаза монацита включает преимущественно церий и легкие РЗЭ. Меньший размер тяжелых РЗЭ обеспечивает большую растворимость твердых веществ в породообразующих минералах, составляющих мантию Земли, и, таким образом, иттрий и тяжелые РЗЭ демонстрируют меньшее обогащение земной коры по сравнению с хондритовыми.больше, чем церий и легкие РЗЭ. Это имеет экономические последствия: крупные рудные тела LREE известны во всем мире и эксплуатируются. Рудные тела тяжелых РЗЭ более редкие, мелкие и менее концентрированные. Большая часть нынешних запасов тяжелых РЗЭ происходит из «ионно-абсорбционных глинистых» руд Южного Китая. В некоторых версиях представлены концентраты, содержащие около 65% оксида иттрия, при этом HREE присутствуют в соотношениях, отражающих правило Оддо – Харкинса : РЗЭ с четными номерами в количестве около 5% каждый и РЗЭ с нечетными номерами в количестве около 1% каждый. Подобные составы встречаются в ксенотиме или гадолините. ^[26]

Хорошо известные минералы, содержащие иттрий и другие тяжелые РЗЭ, включают гадолинит, ксенотим, самарскит , эвксенит , фергусонит , иттротанталит, иттротунгстит, иттрофлюорит (разновидность флюорита ), таленит, иттриалит . Небольшие количества присутствуют в цирконе , который имеет типичную желтую флуоресценцию из некоторых сопутствующих тяжелых РЗЭ. Цирконий минерального эвдиалит , например, находится в южной части Гренландии , содержит небольшие , но потенциально полезные количества иттрия. Из вышеупомянутых минералов иттрия большинство сыграло роль в обеспечении исследовательских количеств лантаноидов в дни открытия. Ксенотайминогда извлекается как побочный продукт обработки тяжелого песка, но его не так много, как извлеченный аналогичным образом монацит (который обычно содержит несколько процентов иттрия). Урановые руды из Онтарио иногда давали иттрий в качестве побочного продукта. ^[26]

Хорошо известные минералы , содержащие церий, и другая, включают в себя легкую РЗЭ бастназят , монацит , алланю , лопарю , ancylite , parisite , lanthanite , чевкинит, церит , stillwellite , britholite, fluocerite и cerianite. Монацит (морские пески из Бразилии , Индии или Австралии ; порода из Южной Африки ), бастнезит (из редкоземельного рудника Mountain Pass или нескольких мест в Китае) и лопарит ( Кольский полуостров ,Россия ) были основными рудами церия и легких лантаноидов. ^[26]

Обогащенные месторождения редкоземельных элементов на поверхности Земли, карбонатиты и пегматиты , связаны со щелочным плутонизмом, необычным видом магматизма, который возникает в тектонических условиях, где есть рифтогенез или вблизи зон субдукции . ^[25] В рифтовой обстановке щелочная магма образуется при очень малых степенях частичного плавления (<1%) гранатового перидотита в верхней мантии (глубина от 200 до 600 км). ^[25] Этот расплав обогащается несовместимыми элементами, такими как редкоземельные элементы, за счет их выщелачивания из кристаллического остатка. Образовавшаяся магма поднимается в виде диапира или диатремы вдоль уже существующих трещин и может быть размещена глубоко в земной коре., или вспыхнул на поверхности. Типичными типами обогащенных РЗЭ месторождений, образующихся в рифтовых условиях, являются карбонатиты и гранитоиды A- и M-типов. ^{[24] [25]} Вблизи зон субдукции частичное плавление субдуцирующей плиты в астеносфере (на глубине от 80 до 200 км) приводит к образованию богатой летучими веществами магмы (высокие концентрации CO ₂ и воды) с высокими концентрациями щелочных элементов и высокая подвижность элементов, на которые сильно разделены редкоземельные элементы. ^[24] Этот расплав может также подниматься по уже существующим трещинам и залегать в коре над погружающейся плитой или извергаться на поверхности. Обогащенные РЗЭ отложения, образующиеся из этих расплавов, обычно представляют собой гранитоиды S-типа. ^{[24] [25]}

Щелочные магмы, обогащенные редкоземельными элементами, включают карбонатиты, щелочные граниты (пегматиты) и нефелиновые сиениты. Карбонатиты кристаллизуются из флюидов, богатых CO ₂ , которые могут быть получены путем частичного плавления гидрокарбонизированного лерцолита с образованием первичной магмы, обогащенной CO ₂ , путем фракционной кристаллизации щелочной первичной магмы или путем отделения несмешивающейся, богатой CO _2. жидкость из. ^{[24] [25]} Эти жидкости чаще всего образуются в связи с очень глубокими докембрийскими кратонами , такими как те, что встречаются в Африке и на Канадском щите. ^[24]Феррокарбонатиты являются наиболее распространенным типом карбонатитов, обогащенных РЗЭ, и часто образуются в виде брекчированных трубок поздней стадии в ядре магматических комплексов; они состоят из мелкозернистого кальцита и гематита, иногда со значительными концентрациями анкерита и небольшими концентрациями сидерита. ^{[24] [25]} Крупные месторождения карбонатита, обогащенные редкоземельными элементами, включают Маунт-Велд в Австралии, озеро Тор в Канаде, Зандкопсдрифт в Южной Африке и Маунтин-Пасс в США. ^[25] Щелочные граниты(Гранитоиды A-типа) имеют очень высокие концентрации щелочных элементов и очень низкие концентрации фосфора; они залегают на умеренных глубинах в зонах растяжения, часто в виде комплексов магматических колец или трубок, массивных тел и линз. ^{[24] [25]} Эти жидкости имеют очень низкую вязкость и высокую подвижность элементов, что позволяет кристаллизовать крупные зерна, несмотря на относительно короткое время кристаллизации при внедрении; из-за их большого размера зерна эти отложения обычно называют пегматитами. ^[25]Экономически выгодные пегматиты делятся на литий-цезий-танталовые (LCT) и ниобий-иттрий-фторные (NYF) типы; Типы NYF обогащены редкоземельными минералами. Примеры месторождений редкоземельного пегматита включают Странное озеро в Канаде и Халадеан-Бурегтей в Монголии. ^[25] Нефелиновые сиениты (гранитоиды M-типа) на 90% состоят из полевого шпата и полевых шпатов минералов и залегают в небольших круглых массивах. Они содержат высокие концентрации редкоземельных акцессорных минералов . ^{[24] [25]} По большей части эти месторождения небольшие, но важные примеры включают Иллимауссак-Кванефельд в Гренландии и Ловозера в России. ^[25]

Редкоземельные элементы также могут быть обогащены в отложениях путем вторичных изменений либо за счет взаимодействия с гидротермальными флюидами или метеорной водой, либо за счет эрозии и переноса резистатных минералов, содержащих РЗЭ. Аргиллизация первичных минералов обогащает нерастворимые элементы за счет выщелачивания кремнезема и других растворимых элементов, перекристаллизации полевого шпата в глинистые минералы, такие как каолинит, галлуазит и монтмориллонит. В тропических регионах, где выпадает много осадков, при выветривании образуется толстый аргиллированный реголит, этот процесс называется гипергенным обогащением и приводит к образованию латерита.депозиты; тяжелые редкоземельные элементы включаются в остаточную глину путем абсорбции. Такие месторождения разрабатываются только для РЗЭ в Южном Китае, где происходит большая часть мирового производства тяжелых редкоземельных элементов. РЗЭ-латериты действительно образуются в других местах, в том числе на карбонатитах в Маунт-Велд в Австралии. РЗЭ могут также извлекаться из россыпных месторождений, если в литологии материнских отложений содержались тяжелые резистатные минералы, содержащие РЗЭ. ^[25]

В 2011 году Ясухиро Като, геолог Токийского университета, который руководил исследованием ила морского дна Тихого океана, опубликовал результаты, показывающие, что ил может содержать высокие концентрации редкоземельных минералов. Отложения, изученные на 78 участках, возникли из «шлейфов из гидротермальных источников, вытягивающих [] эти материалы из морской воды и откладывающих их на морское дно, постепенно, в течение десятков миллионов лет. квадратный участок богатой металлами грязи шириной 2,3 км может содержать достаточно редкоземельных элементов, чтобы удовлетворить большую часть мирового спроса в течение года, сообщают японские геологи 3 июля в журнале Nature Geoscience.«Я считаю, что ресурсы редкоземельных элементов под водой намного более перспективны, чем ресурсы на суше», - сказал Като. «Концентрации редкоземельных элементов были сопоставимы с концентрациями, обнаруженными в глинах, добываемых в Китае. Некоторые месторождения содержат вдвое больше тяжелых редкоземельных элементов, таких как диспрозий, компонент магнитов в двигателях гибридных автомобилей » ^[26].

Приложения для геохимии [ править ]

Применение редкоземельных элементов в геологии важно для понимания петрологических процессов образования изверженных , осадочных и метаморфических пород. В геохимии редкоземельные элементы могут использоваться для вывода петрологических механизмов, которые повлияли на породу из-за тонких различий в размерах атомов между элементами, что вызывает преимущественное фракционирование одних редкоземельных элементов по сравнению с другими в зависимости от действующих процессов. ^[20]

В геохимии редкоземельные элементы обычно представлены в виде нормализованных "паучьих" диаграмм, на которых концентрация редкоземельных элементов нормализована к эталонному стандарту, а затем выражена в виде логарифма с основанием 10 значения. Обычно редкоземельные элементы относят к хондритовым метеоритам , поскольку они считаются наиболее близким представлением нефракционированного материала Солнечной системы. Однако в зависимости от цели исследования могут применяться другие нормализующие стандарты. Нормализация к стандартному эталонному значению, особенно для материала, который считается нефракционированным, позволяет сравнивать наблюдаемые содержания с исходными содержаниями элемента. ^[20]Нормализация также устраняет ярко выраженный «зигзагообразный» узор, вызванный различиями в содержании четных и нечетных атомных номеров . Тенденции, которые наблюдаются на диаграммах «паук», обычно называют «закономерностями», которые могут быть диагностикой петрологических процессов, которые повлияли на интересующий материал. ^[20]

Структура редкоземельных элементов, наблюдаемая в магматических породах, в первую очередь зависит от химического состава источника, из которого произошла порода, а также от истории фракционирования, которой она подверглась. ^[20] Дробление, в свою очередь, является функцией коэффициентов разделения каждого элемента. Коэффициенты распределения отвечают за фракционирование микроэлементов (включая редкоземельные элементы) в жидкую фазу (расплав / магма) в твердую фазу (минерал). Если элемент предпочтительно остается в твердой фазе, его называют «совместимым», и он предпочтительно разделяется на фазу расплава, он описывается как «несовместимый». ^[20]Каждый элемент имеет различный коэффициент разделения и поэтому четко разделяется на твердую и жидкую фазы. Эти концепции также применимы к метаморфической и осадочной петрологии.

В магматических породах, особенно в кислых расплавах, применимы следующие наблюдения: в аномалиях европия преобладает кристаллизация полевых шпатов . Роговая обманка контролирует обогащение MREE по сравнению с LREE и HREE. Истощение легких РЗЭ по сравнению с тяжелыми может быть связано с кристаллизацией оливина , ортопироксена и клинопироксена . С другой стороны, обеднение HREE по сравнению с LREE может быть связано с присутствием граната , поскольку гранат преимущественно включает HREE в свою кристаллическую структуру. Присутствие циркона также может вызвать аналогичный эффект. ^[20]

В осадочных породах редкоземельные элементы в обломочных отложениях являются репрезентативным источником происхождения. На концентрации редкоземельных элементов обычно не влияют морские и речные воды, поскольку редкоземельные элементы нерастворимы и поэтому имеют очень низкие концентрации в этих жидкостях. В результате, когда осадок переносится, флюид не влияет на концентрацию редкоземельных элементов, и вместо этого в породе сохраняется концентрация редкоземельных элементов из своего источника. ^[20]

Морские и речные воды обычно имеют низкие концентрации редкоземельных элементов. Однако водная геохимия по-прежнему очень важна. В океанах редкоземельные элементы отражают поступление из рек, гидротермальных источников и эоловых источников; ^[20] это важно при исследовании перемешивания и циркуляции океана. ^[22]

Редкоземельные элементы также полезны для датировки горных пород, поскольку некоторые радиоактивные изотопы имеют длительный период полураспада. Особый интерес представляют системы ¹³⁸ La- ¹³⁸ Ce, ¹⁴⁷ Sm- ¹⁴³ Nd и ¹⁷⁶ Lu- ¹⁷⁶ Hf. ^[22]

Мировое производство редкоземельных элементов [ править ]

До 1948 года большая часть редкоземельных элементов в мире добывалась из россыпных песчаных отложений в Индии и Бразилии . В течение 1950-х годов Южная Африка была мировым источником редкоземельных элементов, добываемого на богатом монацитом рифе на руднике Стинкампскраал в провинции Западный Кейп . ^[27] В период с 1960-х по 1980-е годы добыча редкоземельных металлов Mountain Pass в Калифорнии сделала Соединенные Штаты ведущим производителем. Сегодня индийские и южноафриканские месторождения все еще производят некоторые концентраты редкоземельных элементов, но их масштабы значительно превосходят масштабы китайского производства. В 2017 году Китай произвел 81% мировых запасов редкоземельных элементов , в основном , в Внутренней Монголии , ^[4][28], хотя у него было только 36,7% запасов. Австралия была вторым и единственным крупным производителем с 15% мирового производства. ^[29] Все тяжелые редкоземельные элементы в мире (такие как диспрозий) происходят из китайских редкоземельных источников, таких как полиметаллическое месторождение Баян Обо . ^{[28] [30]} Рудник Браунс Рендж, расположенный в 160 км к юго-востоку от Холлс-Крик на севере Западной Австралии , в настоящее время находится в стадии разработки и может стать первым крупным производителем диспрозия за пределами Китая. ^[31]

Повышенный спрос ограничил предложение, и растет беспокойство по поводу того, что мир может вскоре столкнуться с нехваткой редкоземельных элементов. ^[32] Ожидается, что через несколько лет, начиная с 2009 г., мировой спрос на редкоземельные элементы превысит предложение на 40 000 тонн в год, если не будут разработаны новые крупные источники. ^[33] В 2013 году было заявлено, что спрос на РЗЭ будет расти из-за зависимости ЕС от этих элементов, того факта, что редкоземельные элементы не могут быть заменены другими элементами, и что РЗЭ имеют низкую скорость рециркуляции. Кроме того, из-за повышенного спроса и низкого предложения ожидается, что в будущем цены вырастут, и есть шанс, что другие страны, кроме Китая, откроют месторождения РЗЭ. ^[34]Спрос на РЗЭ растет в связи с тем, что они необходимы для создания новых и инновационных технологий. Эти новые продукты, для производства которых необходимы РЗЭ, представляют собой высокотехнологичное оборудование, такое как смартфоны, цифровые камеры, компьютерные детали, полупроводники и т. Д. Кроме того, эти элементы более распространены в следующих отраслях: технологии возобновляемых источников энергии, военное оборудование, производство стекла. , и металлургия. ^[35]

Китай [ править ]

Эти опасения усилились из-за действий Китая, преобладающего поставщика. ^{[36] В} частности, Китай объявил о регулировании экспорта и пресечении контрабанды. ^[37] 1 сентября 2009 г. Китай объявил о планах сократить свою экспортную квоту до 35 000 тонн в год в 2010–2015 гг., Чтобы сохранить ограниченные ресурсы и защитить окружающую среду. ^[38] 19 октября 2010 г. China Daily со ссылкой на неназванного сотрудника Министерства торговли сообщила, что Китай «еще больше сократит квоты на экспорт редкоземельных [-] земель в следующем году максимум на 30 процентов, чтобы защитить драгоценные металлы от чрезмерного потребления». эксплуатации ". ^[39]Правительство в Пекине еще больше усилило свой контроль, вынудив более мелких независимых горнодобывающих компаний слиться в государственные корпорации или закрыть их. В конце 2010 года Китай объявил, что первый раунд экспортных квот в 2011 году на редкоземельные элементы составит 14 446 тонн, что на 35% меньше, чем в предыдущем первом раунде квот в 2010 году. ^[40] Китай объявил о дополнительных экспортных квотах на 14 июля 2011 года на второе полугодие с общим объемом распределения 30 184 тонны с ограничением общего производства на уровне 93 800 тонн. ^[41] В сентябре 2011 года Китай объявил о прекращении производства на трех из восьми основных рудников по добыче редкоземельных элементов, на которые приходится почти 40% всего производства редкоземельных элементов в Китае. ^[42]В марте 2012 года США, ЕС и Япония выступили против Китая в ВТО по поводу этих экспортных и производственных ограничений. В ответ Китай заявил, что ограничения имеют в виду защиту окружающей среды. ^{[43] [44]} В августе 2012 года Китай объявил о дальнейшем сокращении производства на 20%. ^[45] Соединенные Штаты, Япония и Европейский Союз подали совместный иск с Всемирной торговой организацией в 2012 году против Китая, утверждая, что Китай не должен иметь возможности отказываться от такого важного экспорта. ^[44]

В ответ на открытие новых шахт в других странах ( Lynas в Австралии и Molycorp в США) цены на редкоземельные элементы упали. ^[46] Цена на оксид диспрозия в 2011 году составляла 994  доллара США за кг, но к 2014 году упала до 265 долларов США за кг. ^[47]

29 августа 2014 года ВТО постановила, что Китай нарушил соглашения о свободной торговле, и ВТО заявила в резюме основных выводов, что «общий эффект внешних и внутренних ограничений заключается в поощрении внутренней добычи и обеспечении преференциального использования этих материалы китайских производителей ». Китай заявил, что 26 сентября 2014 г. выполнит постановление, но для этого потребуется некоторое время. К 5 января 2015 года Китай отменил все квоты на экспорт редкоземельных элементов, но экспортные лицензии по-прежнему потребуются. ^[48]

В 2019 году Китай обеспечил от 85% до 95% мирового спроса на 17 редкоземельных порошков, половина из которых поступила из Мьянмы . ^[49] После военного переворота 2021 года в этой стране будущие поставки критически важных руд, возможно, были ограничены. Кроме того, высказывались предположения, что КНР может снова сократить экспорт редкоземельных элементов, чтобы противодействовать экономическим санкциям, введенным США и странами ЕС. Редкоземельные металлы служат важнейшими материалами для производства электромобилей и высокотехнологичных военных приложений. ^[50]

За пределами Китая [ править ]

В результате повышенного спроса и ужесточения ограничений на экспорт металлов из Китая некоторые страны накапливают запасы редкоземельных элементов. ^[51] Поиск альтернативных источников в Австралии , Бразилии , Канаде , Южной Африке , Танзании , Гренландии и США продолжается. ^[52] Шахты в этих странах были закрыты, когда Китай снизил мировые цены в 1990-х годах, и для возобновления производства потребуется несколько лет, поскольку существует множество барьеров для входа на рынок . ^[37] Одним из примеров является шахта Mountain Pass в Калифорнии., которая объявила о возобновлении своей деятельности на начальном этапе 27 августа 2012 года. ^{[28] [53]} Другие важные объекты, находящиеся в стадии разработки за пределами Китая, включают Стинкампскраал в Южной Африке, рудник редкоземельных элементов с самым высоким содержанием в мире и торий готовятся вернуться в производство. Уже завершено более 80% инфраструктуры. ^[54] Другие рудники включают проект Ноланс в Центральной Австралии, проект горы Бокан на Аляске, проект удаленного озера Хойдас на севере Канады ^[55] и проект Маунт Велд в Австралии. ^{[28] [53] [56]} Hoidas ЛейкПроект может обеспечить около 10% ежегодного потребления РЗЭ в Северной Америке на сумму 1 миллиард долларов. ^[57] Вьетнам подписал соглашение в октябре 2010 года о поставках Японии редкоземельных элементов ^[58] из ее северо-западной провинции Лай Чау . ^[59]

В США NioCorp Development Ltd предприняла долгосрочную попытку получить 1,1 миллиарда долларов ^[60] на открытие месторождения ниобия, скандия и титана на своем участке в Элк-Крик на юго-востоке Небраски ^[61], который может производить столько же 7200 тонн феррониобия и 95 тонн триоксида скандия в год. ^[62]

Также рассматривается возможность добычи полезных ископаемых, таких как озеро Тор в Северо-Западных территориях и различные места во Вьетнаме . ^{[28] [33] [63]} Кроме того, в 2010 году в Кванефьельде на юге Гренландии было обнаружено большое месторождение редкоземельных минералов . ^[64] Предварительное технико-экономическое бурение на этом участке подтвердило наличие значительных количеств черного луяврита , который содержит около 1% оксидов редкоземельных элементов (REO). ^[65] Европейский Союз призвал Гренландию ограничить китайскую разработку редкоземельных проектов, но по состоянию на начало 2013 года,Правительство Гренландии заявило, что не планирует вводить такие ограничения. ^[66] Многие датские политики выразили обеспокоенность тем, что другие страны, включая Китай, могут получить влияние в малонаселенной Гренландии, учитывая количество иностранных рабочих и инвестиции, которые могут поступить от китайских компаний в ближайшем будущем из-за закона, принятого в декабре 2012 года. ^[67]

В центральной Испании , в провинции Сьюдад-Реаль , предлагаемый проект по добыче редкоземельных элементов «Матамулас» может обеспечить, по словам его разработчиков, до 2100 т / год (33% годовой потребности ЕС). Однако этот проект был приостановлен региональными властями из-за социальных и экологических проблем. ^[68]

В дополнение к потенциальным участкам добычи, компания Peak Resources , включенная в список ASX, объявила в феврале 2012 года, что их танзанийский проект Нгуалла содержит не только шестое по тоннажу месторождение за пределами Китая, но и самое высокое содержание редкоземельных элементов из шести месторождений. ^{[ 69]}

Сообщается, что Северная Корея экспортировала в Китай редкоземельную руду на сумму около 1,88 миллиона долларов США в течение мая и июня 2014 года. ^{[70] [71]}

Планы переработки Малайзии [ править ]

В начале 2011 года сообщалось , что австралийская горнодобывающая компания Lynas «спешит завершить» строительство завода по переработке редкоземельных элементов стоимостью 230 миллионов долларов США на восточном побережье промышленного порта Куантан на полуострове Малайзии . Завод будет перерабатывать рудный концентрат лантаноидов с рудника Mount Weld в Австралии. Руда будет транспортироваться грузовиком во Фримантл и транспортироваться контейнеровозом в Куантан. Сообщается, что в течение двух лет Lynas ожидает, что НПЗ сможет удовлетворить почти треть мирового спроса на редкоземельные материалы, не считая Китая . ^[72] Развитие Куантана привлекло новое внимание к малазийскому городу Букит Мера вПерак , где в 1994 году был закрыт рудник по добыче редкоземельных металлов, принадлежащий дочерней компании Mitsubishi Chemical , Asian Rare Earth, что оставило нерешенные проблемы для окружающей среды и здоровья . ^{[73] [74]} В середине 2011 года, после протестов, правительство Малайзии объявило об ограничениях на завод Lynas. В то время, со ссылкой на отчеты Dow Jones Newswire , работающие только по подписке , в отчете Бэрронса говорилось, что инвестиции Lynas составили 730 миллионов долларов, а прогнозируемая доля мирового рынка, которую он заполнит, составляет «примерно шестую». ^[75] Независимый обзор, инициированный правительством Малайзии и проведенный Международным агентством по атомной энергии.(МАГАТЭ) в 2011 году для решения проблем, связанных с радиоактивными опасностями, не обнаружило несоблюдения международных норм радиационной безопасности. ^[76]

Однако власти Малайзии подтвердили, что по состоянию на октябрь 2011 года Lynas не получал разрешения на импорт редкоземельной руды в Малайзию. 2 февраля 2012 г. Малазийский AELB (Совет по лицензированию атомной энергии) рекомендовал Lynas выдать временную лицензию на эксплуатацию (TOL) при выполнении ряда условий. 2 сентября 2014 года Lynas получила 2-летнюю лицензию на полную операционную стадию (FOSL) Малазийским советом по лицензированию атомной энергии (AELB). ^[77]

Другие источники [ править ]

Значительные количества оксидов редкоземельных элементов обнаружены в хвостах, накопленных за 50 лет добычи урановой руды , сланца и лопарита в Силламяэ , Эстония . ^[78] Из-за роста цен на редкоземельные элементы извлечение этих оксидов стало экономически выгодным. В настоящее время страна экспортирует около 3000 тонн в год, что составляет около 2% мирового производства. ^[79] Подобные ресурсы подозреваются в западных Соединенных Штатах, где считается, что из шахт времен « золотой лихорадки» выбрасывались большие количества редкоземельных элементов, поскольку в то время они не имели ценности. ^[80]

В мае 2012 года исследователи из двух японских университетов объявили об открытии редких земель в префектуре Эхимэ , Япония. ^{[81] [82]}

В январе 2013 года японское глубоководное исследовательское судно получило семь образцов керна глубоководного ила со дна Тихого океана на глубине от 5600 до 5800 метров, примерно в 250 километрах (160 миль) к югу от острова Минами-Тори-Сима . ^[83] Исследовательская группа обнаружила слой грязи на глубине от 2 до 4 метров под морским дном с концентрацией до 0,66% оксидов редкоземельных элементов. Потенциальное месторождение может сравниться по содержанию с месторождениями ионно-абсорбционного типа на юге Китая, которые обеспечивают основную часть китайской добычи REO с содержанием в диапазоне от 0,05% до 0,5% REO. ^{[84] [85]}

Переработка [ править ]

Еще одним недавно разработанным источником редкоземельных элементов являются электронные отходы и другие отходы , содержащие важные компоненты из редкоземельных элементов. ^[86] Новые достижения в технологии рециркуляции сделали извлечение редкоземельных элементов из этих материалов более осуществимым, ^[87] и заводы по переработке в настоящее время работают в Японии, где около 300 000 тонн редкоземельных элементов хранятся в неиспользованной электронике. ^[88] В Франции , то Rhodia группа учреждает две фабрики, в Ла - Рошель и Сен-Fons , которые будут производить 200 тонн редких земель в год от использованных люминесцентных ламп, магниты и батарейки. ^{[89] [90]} Уголь и побочные продукты угля являются потенциальным источником критических элементов, включая редкоземельные элементы (РЗЭ), количество которых оценивается в 50 миллионов метрических тонн. ^[91]

Использует [ редактировать ]

Использование, применение и спрос на редкоземельные элементы с годами расширились. Во всем мире большинство РЗЭ используется в катализаторах и магнитах. ^[92] В США более половины РЗЭ используется в катализаторах, а также керамика, стекло и полировка. ^[93]

Другие важные области применения редкоземельных элементов применимы для производства высокоэффективных магнитов, сплавов, стекла и электроники. Ce и La важны в качестве катализаторов и используются при переработке нефти и в качестве присадок к дизельному топливу . Nd играет важную роль в производстве магнитов в традиционных и низкоуглеродистых технологиях. Редкоземельные элементы этой категории используются в электродвигателях гибридных и электромобилей , генераторах в ветряных турбинах , жестких дисках, портативной электронике, микрофонах, динамиках.

Ce, La и Nd играют важную роль в производстве сплавов, а также в производстве топливных элементов и никель-металлогидридных батарей . Ce, Ga и Nd важны в электронике и используются в производстве ЖК-экранов и плазменных экранов, волоконной оптики, лазеров ^[94], а также для получения медицинских изображений. Редкоземельные элементы также используются в качестве индикаторов в медицине, удобрениях и при очистке воды. ^[22]

РЗЭ использовались в сельском хозяйстве для увеличения роста растений, продуктивности и устойчивости к стрессу, по-видимому, без негативных последствий для потребления людьми и животными. РЗЭ используются в сельском хозяйстве в виде удобрений, обогащенных РЗЭ, что широко применяется в Китае. ^[95] Кроме того, РЗЭ представляют собой кормовые добавки для домашнего скота, что привело к увеличению производства, например, более крупных животных, и более высокому производству яиц и молочных продуктов. Однако такая практика привела к биоаккумуляции РЗЭ в животноводстве и повлияла на растительность и рост водорослей в этих сельскохозяйственных районах. ^[96]Кроме того, хотя при нынешних низких концентрациях не наблюдалось никаких побочных эффектов, эффекты в долгосрочной перспективе и накопление с течением времени неизвестны, что побуждает к необходимости проведения дополнительных исследований их возможных эффектов. ^{[95] [97]}

Учитывая ограниченное предложение, отрасли промышленности напрямую конкурируют друг с другом за ресурсы, например, сектор электроники находится в прямой конкуренции с возобновляемыми источниками энергии, которые используются в ветряных электростанциях, солнечных панелях и батареях. ^[98]

Соображения по охране окружающей среды [ править ]

РЗЭ естественным образом обнаруживаются в окружающей среде в очень низких концентрациях. Шахты часто находятся в странах с очень низкими экологическими и социальными стандартами, что приводит к нарушениям прав человека, обезлесению и загрязнению земли и воды. ^[98]

Рядом с горнодобывающими и промышленными объектами концентрации могут во много раз превышать нормальные фоновые уровни. Попадая в окружающую среду, РЗЭ могут попадать в почву, где их перенос определяется многочисленными факторами, такими как эрозия, выветривание, pH, осадки, грунтовые воды и т. Д. Действуя во многом как металлы, они могут видоизменяться в зависимости от состояния почвы, будучи подвижными или подвижными. адсорбируется на частицах почвы. В зависимости от их биодоступности РЗЭ могут поглощаться растениями, а затем потребляться людьми и животными. Добыча РЗЭ, использование удобрений, обогащенных РЗЭ, и производство фосфорных удобрений - все это способствует загрязнению РЗЭ. ^[99]Кроме того, сильные кислоты используются в процессе экстракции РЗЭ, которые затем могут выщелачиваться в окружающую среду и переноситься через водоемы и приводить к подкислению водной среды. Еще одна добавка при добыче РЗЭ, которая способствует загрязнению окружающей среды РЗЭ, - это оксид церия ( CeO
₂), который образуется при сгорании дизельного топлива и выделяется в виде твердых частиц выхлопных газов, что в значительной степени способствует загрязнению почвы и воды. ^[96]

Добыча, переработка и переработка редкоземельных элементов имеют серьезные экологические последствия при неправильном управлении. Низкоактивные радиоактивные отходы, образующиеся в результате присутствия тория и урана в рудах редкоземельных элементов, представляют потенциальную опасность ^[100], и неправильное обращение с этими веществами может привести к значительному ущербу для окружающей среды. В мае 2010 года Китай объявил о масштабных пятимесячных мерах по борьбе с незаконной добычей полезных ископаемых с целью защиты окружающей среды и ее ресурсов. Ожидается, что эта кампания будет сосредоточена на юге ^[101], где шахты - обычно небольшие, сельские и незаконные - особенно склонны сбрасывать токсичные отходы в систему водоснабжения. ^{[28] [102]}Однако даже крупная операция в Баотоу во Внутренней Монголии, где перерабатывается большая часть мировых запасов редкоземельных элементов, нанесла серьезный ущерб окружающей среде. ^[103]

Последствия и исправление [ править ]

Этот раздел необходимо обновить . Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. ( Май 2019 г. )

После радиоактивного загрязнения Букит Мера в 1982 году рудник в Малайзии стал объектом очистки на сумму 100 миллионов долларов США, которая продолжается в 2011 году. После захоронения на вершине холма 11000 грузовиков с радиоактивно загрязненным материалом, проект, как ожидается, повлечет за собой летом , 2011, вывоз «более 80 000 стальных бочек с радиоактивными отходами в хранилище на вершине холма». ^[74]

В мае 2011 года, после ядерной катастрофы на Фукусима-дайити , в Куантане прошли массовые акции протеста против нефтеперерабатывающего завода Lynas и радиоактивных отходов от него. Обрабатываемая руда имеет очень низкий уровень тория, и основатель и исполнительный директор Lynas Николас Кертис сказал, что «нет абсолютно никакого риска для здоровья населения». Т. Джаябалан, врач, который говорит, что наблюдал и лечил пациентов, пострадавших от завода Mitsubishi, «опасается заверений Линаса. Аргумент о том, что низкие уровни тория в руде делают ее более безопасной, не имеет смысла, - говорит он. потому что радиационное облучение является кумулятивным ». ^[104] Строительство объекта было приостановлено до тех пор, пока независимая Организация Объединенных Наций МАГАТЭГрупповое расследование завершено, которое ожидается к концу июня 2011 года. ^[105] Новые ограничения были объявлены правительством Малайзии в конце июня. ^[75]

Групповое расследование МАГАТЭ завершено, строительство не остановлено. У Lynas есть бюджет и график начала производства на 2011 год. Отчет МАГАТЭ завершился отчетом, опубликованным в четверг июня 2011 года, в котором говорится, что не было обнаружено ни одного случая «несоблюдения международных стандартов радиационной безопасности» в проекте. ^[106]

При соблюдении надлежащих стандартов безопасности добыча РЗЭ имеет относительно низкое воздействие. Molycorp (до банкротства) часто превышал экологические нормы, чтобы улучшить общественный имидж. ^[107]

Загрязнение окружающей среды [ править ]

Литература, опубликованная в 2004 году, предполагает, что наряду с ранее установленными мерами по снижению загрязнения, более замкнутая цепочка поставок поможет уменьшить часть загрязнения в точках добычи. Это означает переработку и повторное использование РЗЭ, которые уже используются или подходят к концу своего жизненного цикла. ^[97] Исследование, проведенное в 2014 году, предлагает метод рециркуляции РЗЭ из отработанных никель-металлогидридных батарей, коэффициент извлечения составляет 95,16%. ^[108]

Воздействие на растительность [ править ]

Добыча РЗЭ вызвала загрязнение почвы и воды вокруг производственных площадей, что повлияло на растительность в этих районах, уменьшив выработку хлорофилла, который влияет на фотосинтез и подавляет рост растений. ^[96] Однако влияние загрязнения РЗЭ на растительность зависит от растений, присутствующих в загрязненной окружающей среде: некоторые растения удерживают и поглощают РЗЭ, а некоторые нет. ^[109] Кроме того, способность растительности поглощать РЗЭ зависит от типа РЗЭ, присутствующего в почве, следовательно, на этот процесс влияет множество факторов. ^[110]Сельскохозяйственные растения являются основным типом растительности, подверженной загрязнению РЗЭ в окружающей среде. Двумя растениями с более высокой вероятностью поглощения и хранения РЗЭ являются яблоки и свекла. ^[99] Кроме того, существует вероятность того, что РЗЭ могут вымываться в водную среду и поглощаться водной растительностью, которая затем может биоаккумулироваться и потенциально попадать в пищевую цепочку человека, если домашний скот или люди захотят съесть эту растительность. Примером такой ситуации был случай водного гиацинта ( Eichhornia crassipes) в Китае, где вода была загрязнена из-за использования удобрений, обогащенных РЗЭ, в соседнем сельскохозяйственном районе. Водная среда загрязнена цериеми привело к тому, что водный гиацинт стал в три раза более концентрированным церием, чем окружающая его вода. ^[110]

Влияние на здоровье человека [ править ]

РЗЭ - это большая группа с множеством различных свойств и уровней в окружающей среде. Из-за этого и ограниченного количества исследований было трудно определить безопасные уровни воздействия на человека. ^[111] Ряд исследований был сосредоточен на оценке риска на основе маршрутов воздействия и отклонения от фоновых уровней, связанных с близлежащим сельским хозяйством, горной промышленностью и промышленностью. ^{[112] [113]} Было продемонстрировано, что многие РЗЭ обладают токсичными свойствами и присутствуют в окружающей среде или на рабочих местах. Их воздействие может привести к целому ряду негативных последствий для здоровья, таких как рак, респираторные проблемы , потеря зубов и даже смерть. ^[34]Однако РЗЭ многочисленны и присутствуют во многих различных формах и с разным уровнем токсичности, что затрудняет выдачу общих предупреждений о риске и токсичности рака, поскольку некоторые из них безвредны, а другие представляют опасность. ^{[111] [113] [112]}

Показанная токсичность проявляется в очень высоких уровнях воздействия при проглатывании зараженных продуктов питания и воды, при вдыхании частиц пыли / дыма либо в качестве профессиональной опасности, либо из-за близости к загрязненным местам, таким как шахты и города. Следовательно, основные проблемы, с которыми столкнутся эти жители, - это биоаккумуляция РЗЭ и воздействие на их дыхательную систему, но в целом могут быть другие возможные краткосрочные и долгосрочные последствия для здоровья. ^{[114] [96]}Было обнаружено, что у людей, живущих вблизи шахт в Китае, уровни РЗЭ в крови, моче, костях и волосах во много раз превышают уровни контрольных групп вдали от мест добычи полезных ископаемых. Этот более высокий уровень был связан с высокими уровнями РЗЭ, присутствующих в выращиваемых ими овощах, почве и воде из колодцев, что указывает на то, что высокие уровни были вызваны близлежащей шахтой. ^{[112] [113]} В то время как уровни РЗЭ варьировались между мужчинами и женщинами, группой наибольшего риска были дети, поскольку РЗЭ могут влиять на неврологическое развитие детей, влияя на их IQ и потенциально вызывая потерю памяти. ^[115]

В процессе добычи и плавки редкоземельных элементов может выделяться переносимый по воздуху фторид, который будет связываться с общим количеством взвешенных частиц (TSP) с образованием аэрозолей, которые могут попадать в дыхательные системы человека и вызывать повреждения и респираторные заболевания. Исследования, проведенные в Баотоу, Китай, показывают, что концентрация фторида в воздухе вблизи рудников РЗЭ выше предельного значения, установленного ВОЗ, что может повлиять на окружающую среду и стать риском для тех, кто живет или работает поблизости. ^[116]

Жители обвинили завод по переработке редкоземельных металлов в Букит-Мера в врожденных дефектах и восьми случаях лейкемии в течение пяти лет в сообществе с населением 11 000 человек - после многих лет отсутствия случаев лейкемии. Семь жертв лейкемии скончались. Осаму Симидзу, директор Asian Rare Earth, сказал, что «компания могла продать несколько мешков фосфатно-кальциевых удобрений на пробной основе, поскольку она стремилась продавать побочные продукты; фосфат кальция не является радиоактивным или опасным» в ответ бывшему жителю Букит Мера, который сказал, что «все коровы, которые ели траву [выращенную с удобрением], погибли». ^[104] 23 декабря 1993 года Верховный суд Малайзии постановил, что нет никаких доказательств того, что местное химическое совместное предприятие Asian Rare Earth загрязняет местную окружающую среду.^[117]

Влияние на здоровье животных [ править ]

Эксперименты, в которых крысы подвергались воздействию различных соединений церия, обнаружили накопление в основном в легких и печени. Это привело к различным негативным последствиям для здоровья этих органов. ^[118] РЗЭ были добавлены в корм скоту для увеличения их массы тела и увеличения производства молока. ^[118] Чаще всего они используются для увеличения массы тела свиней, и было обнаружено, что РЗЭ увеличивают усвояемость и использование питательных веществ пищеварительной системой свиней. ^[118] Исследования указывают на дозовую реакцию при рассмотрении токсичности по сравнению с положительными эффектами. В то время как малые дозы из окружающей среды или при правильном применении, кажется, не вызывают никаких побочных эффектов, более высокие дозы, как было показано, оказывают отрицательное воздействие именно на те органы, где они накапливаются.^[118] Процесс добычи РЗЭ в Китае привел к загрязнению почвы и воды в определенных областях, которые при переносе в водные объекты могут потенциально биоаккумулироваться в водной биоте. Более того, в некоторых случаях у животных, обитающих на загрязненных РЗЭ территориях, были диагностированы проблемы с органами или системой. ^[96] РЗЭ использовались в пресноводном рыбоводстве, потому что они защищают рыбу от возможных заболеваний. ^[118] Одна из основных причин, по которой они активно используются в кормлении скота, заключается в том, что они дают лучшие результаты, чем неорганические усилители кормов для скота. ^[119]

Геополитические соображения [ править ]

Китай официально назвал истощение ресурсов и экологические проблемы в качестве причин общенационального подавления своего сектора добычи редкоземельных минералов. ^[42] Тем не менее, политика Китая в отношении редкоземельных элементов также приписывается неэкологическим мотивам. ^[103] Согласно журналу The Economist , «сокращение их экспорта редкоземельных металлов… означает продвижение китайских производителей вверх по цепочке поставок, чтобы они могли продавать миру ценные готовые товары, а не низкое сырье». ^[120] Кроме того, в настоящее время Китай обладает эффективной монополией в мировой цепочке создания стоимости РЗЭ. ^[121] (все нефтеперерабатывающие и обогатительные фабрики, которые превращают сырую руду в ценные элементы ^[122]). По словам Дэн Сяопина, китайского политика конца 1970-х - конца 1980-х годов, «на Ближнем Востоке есть нефть; у нас есть редкоземельные элементы ... это имеет чрезвычайно важное стратегическое значение; мы должны обязательно иметь дело с редкоземельными элементами. выпускать надлежащим образом и в полной мере использовать преимущества нашей страны в области редкоземельных ресурсов ». ^[123]

Одним из возможных примеров контроля над рынком является подразделение General Motors, которое занимается исследованиями миниатюрных магнитов, которое закрыло свой офис в США и перевело весь свой персонал в Китай в 2006 году ^[124] (экспортная квота Китая распространяется только на металл, но не на производимую продукцию. из этих металлов, таких как магниты).

Сообщалось, ^[125] но официально опровергалось, ^[126] что Китай ввел запрет на экспорт оксидов редкоземельных элементов (но не сплавов) в Японию 22 сентября 2010 года в ответ на задержание капитана китайского рыболовного судна. по японской береговой охране . ^{[127] [44]} 2 сентября 2010 г., за несколько дней до инцидента с рыболовным судном, журнал The Economist сообщил, что «Китай ... в июле объявил о последнем из серии ежегодных сокращений экспорта, на этот раз на 40%, чтобы точно 30 258 тонн ». ^{[128] [44]}

Штаты Департамент энергетики США в 2010 году критических материалов Стратегии отчет обнаруженную диспрозия в качестве элемента , который был наиболее важным с точки зрения импорта опоры. ^[129]

В отчете 2011 года «Китайская промышленность редкоземельных элементов», выпущенном Геологической службой США и Министерством внутренних дел США, излагаются отраслевые тенденции в Китае и анализируется национальная политика, которая может определять будущее производства страны. В отчете отмечается, что лидерство Китая в производстве редкоземельных минералов ускорилось за последние два десятилетия. В 1990 г. на долю Китая приходилось только 27% таких полезных ископаемых. В 2009 году мировое производство составило 132 000 метрических тонн; Китай произвел 129 000 из этих тонн. Согласно отчету, последние тенденции предполагают, что Китай замедлит экспорт таких материалов в мир: «Из-за увеличения внутреннего спроса правительство постепенно сокращало экспортные квоты в течение последних нескольких лет». В 2006 г.Китай разрешил 47 отечественным производителям и трейдерам редкоземельных элементов и 12 китайско-иностранным производителям редкоземельных элементов осуществлять экспорт. С тех пор контроль ужесточается ежегодно; к 2011 году только 22 отечественных производителя и трейдера редкоземельных элементов и 9 китайско-иностранных производителей редкоземельных элементов были авторизованы. Будущая политика правительства, вероятно, сохранит строгий контроль: «Согласно проекту плана развития редкоземельных элементов Китая, годовое производство редкоземельных элементов может быть ограничено от 130 000 до 140 000 [метрических тонн] в период с 2009 по 2015 годы. Экспорт квота на редкоземельные продукты может составлять около 35 000 [метрических тонн], и правительство может разрешить 20 отечественным производителям и торговцам редкоземельных элементов экспортировать их ».только 22 отечественных производителя и трейдера редкоземельных элементов и 9 китайско-иностранных производителей редкоземельных элементов получили разрешение. Будущая политика правительства, вероятно, сохранит строгий контроль: «Согласно проекту плана развития редкоземельных элементов Китая, годовое производство редкоземельных элементов может быть ограничено от 130 000 до 140 000 [метрических тонн] в период с 2009 по 2015 годы. Экспорт квота на редкоземельные продукты может составлять около 35 000 [метрических тонн], и правительство может разрешить 20 отечественным производителям и торговцам редкоземельных элементов экспортировать их ».только 22 отечественных производителя и трейдера редкоземельных элементов и 9 китайско-иностранных производителей редкоземельных элементов получили разрешение. Будущая политика правительства, вероятно, сохранит строгий контроль: «Согласно проекту плана развития редкоземельных элементов Китая, годовое производство редкоземельных элементов может быть ограничено от 130 000 до 140 000 [метрических тонн] в период с 2009 по 2015 годы. Экспорт квота на редкоземельные продукты может составлять около 35 000 [метрических тонн], и правительство может разрешить 20 отечественным производителям и торговцам редкоземельных элементов экспортировать их ».000 [метрических тонн] в период с 2009 по 2015 год. Экспортная квота на редкоземельные продукты может составлять около 35 000 [метрических тонн], и правительство может разрешить 20 отечественным производителям и торговцам редкоземельных элементов экспортировать редкоземельные элементы ».000 [метрических тонн] в период с 2009 по 2015 год. Экспортная квота на редкоземельные продукты может составлять около 35 000 [метрических тонн], и правительство может разрешить 20 отечественным производителям и торговцам редкоземельных элементов экспортировать редкоземельные элементы ».^[130]

Геологическая служба США активно исследует южный Афганистан на предмет залежей редкоземельных элементов под защитой вооруженных сил Соединенных Штатов. С 2009 года Геологическая служба США проводила дистанционные исследования, а также полевые работы для проверки утверждений Советского Союза о существовании вулканических пород, содержащих редкоземельные металлы, в провинции Гильменд недалеко от деревни Ханашин . Исследовательская группа USGS обнаружила значительный участок скал в центре потухшего вулкана, содержащий легкие редкоземельные элементы, включая церий и неодим. Он нанес на карту 1,3 миллиона метрических тонн желаемой породы, или около десяти лет предложения при текущем уровне спроса. Пентагон подсчитал , его стоимость примерно 7,4 $ млрд. ^[131]

Утверждалось, что геополитическая важность редкоземельных элементов преувеличивалась в литературе по геополитике возобновляемых источников энергии, недооценивая силу экономических стимулов для расширения производства. ^{[132] [133]} Это особенно касается неодима. Из-за его роли в постоянных магнитах, используемых для ветряных турбин, было высказано мнение, что неодим станет одним из основных объектов геополитической конкуренции в мире, работающем на возобновляемых источниках энергии. Но эта перспектива подверглась критике за то, что не удалось признать, что большинство ветряных турбин имеют шестерни и не используют постоянные магниты. ^[133]

См. Также [ править ]

• Редкоземельный минерал
• Редкоземельный магнит
• Список элементов, испытывающих нехватку

Ссылки [ править ]

Внешняя ссылка [ править ]

• СМИ, связанные с редкоземельными элементами на Викискладе?
• Редкоземельный элемент в Британской энциклопедии

Внешние СМИ
Аудио
«Редкие земли: скрытая цена их магии» , подкаст Distillations и стенограмма, серия 242, 25 июня 2019 г., Институт истории науки
видео
«10 способов, которыми редкоземельные элементы делают жизнь лучше» , анимация, Институт истории науки
Редкоземельные элементы: пересечение науки и общества , презентация и обсуждение под руководством Иры Флэтоу , Институт истории науки , 24 сентября 2019 г.