Редкоземельные металлы важны для производства электроники: сложны в добыче, а замены нет

Редкоземельные элементы обладают ценными свойствами, которые вызывают интерес у различных отраслей. В этой группе из 17 металлов 15 металлических элементов, расположенных в нижней части таблицы Менделеева, а также иттрий и скандий.

Фото: Оpenverse

Среди них особенно ценными являются неодим, празеодим, тербий и диспрозий, которые служат как мощные микромагниты и являются неотъемлемой частью любой электроники, такой как смартфоны, аккумуляторы для электромобилей и ветряные турбины. Однако их ограниченное количество вызывает тревогу у правительств и корпораций, зависящих от этих металлов для производства современных товаров.

Почему же редкоземельные элементы считаются "редкими"?

"На самом деле они не так уж и редки. Исследования Геологической службы США по "кристаллическому изобилию" различных элементов, то есть сколько из них доступно в средней земной коре, показывают, что большинство редкоземельных элементов присутствуют примерно в том же количестве, что и обычные металлы, такие как медь и цинк", — сказал профессор Аарон Ноубл, руководитель кафедры горного дела и минерального машиностроения Технологического института Вирджинии.

Хотя эти элементы распространены, их добыча из природных источников представляет собой сложную задачу. Проблема заключается в том, что они не сконцентрированы в одном месте, как это обычно бывает с другими металлами, такими как золото или серебро.

Иногда высокая кислотность под землей может немного увеличить концентрацию редкоземельных элементов в определенных местах, но обнаружить эти богатства — только первый шаг. В природе металлы существуют в виде соединений, называемых рудами, в которых частицы металлов связаны с другими неметаллическими веществами сильными химическими связями. Для получения чистого металла необходимо разорвать эти связи и удалить примеси. Сложность этого процесса зависит от конкретного металла и его соединения.

"Медная руда обычно встречается в виде сульфида. Вы нагреваете руду до такой степени, что она выделяет сульфиды в виде газа, а чистая медь выпадает на дно вашего реакционного сосуда. Это довольно простая добыча. Другие, такие как оксиды железа, нуждаются в добавке, чтобы высвободить металл. Но редкоземельные элементы отделить гораздо сложнее", — объяснил Зиемкевич.

Именно сложность извлечения чистых редкоземельных элементов дала им их наименование. Некоторые исследователи работают над разработкой новых методов переработки и извлечения этих ценных металлов из старой электроники и промышленных отходов с целью уменьшения зависимости от текущих поставок. Другие учёные стремятся создать новые соединения с необычными магнитными и электронными свойствами, которые могли бы заменить редкоземельные элементы и способствовать созданию более доступных и созданных человеком альтернатив.

Однако на данный момент нет полной замены для этих проблемных редкоземельных элементов, несмотря на стремительный рост спроса.