Науково-технічна революція, яка після Другої світової війни стрімко увірвалася в життя всіх розвинених країн світу, пов'язана перш за все з широким застосуванням рідкісних металів. Використання їх викликало до життя цілі нові галузі сучасної промисловості, науки і техніки. Все сверхмагнітние, надлегкі, надтверді, сверхжаростойкіе і високоміцні конструкційні матеріали в наші дні створюються на основі або з використанням рідкісних елементів. Все ресурсо- і енергозберігаючі технології не здійсненні без рідкісних елементів. Навіть в сільському господарстві застосування дуже невеликих доз рідкісного металу неодиму підвищує врожайність продовольчих культур на 60 відсотків. Зараз нараховуються багато тисяч областей ефективного використання рідкісних металів як у військовій, так і в цивільних областях промисловості.
Промислово-економічний рівень розвитку сучасних держав, за твердженням фахівців, визначається масштабами споживання не стільки чавуну і сталі, скільки рідкісних металів. Рідкісні елементи - це свого роду вітаміни промисловості. І подібно до того, як живий організм не може повноцінно розвиватися без мікрограммових кількостей вітамінів, так і передова сучасна промисловість неможлива без рідкісних елементів.
У Радянському Союзі науково-технічна революція почалася дещо пізніше, ніж в інших країнах, і проводилася, на жаль, в основному тільки в оборонній і аерокосмічній промисловості. Витрати на пошуки, видобуток і виробництво рідкісних металів в нашій країні навіть в 60-70-і роки (період найвищого інтересу до редкометалльние проблеми в СРСР) в загальному бюджеті держави були мізерні - менше 0,2 відсотка. Це показник того, що державні органи управління народним господарством приділяли рідкісних металів надзвичайно мало уваги.
Динаміка виробництва і споживання рідкісних металів в СРСР в порівнянні з США завжди була не в нашу користь. Сумарне споживання всіма капіталістичними країнами за 25 років, з 1960 по 1985 рік, за берилію, кадмію, германію виросло в 1,4-2 рази, а по всіх інших рідкісних металів - навіть в 3-15 разів.
Надзвичайно швидко зростає споживання рідкісних металів в провідних капстранах Західної Європи і Японії, які за темпами зростання почали значно обганяти США. В Японії споживання таких металів, як ніобій, цирконій, ітрій, лантаноїди, літій, ванадій, галій, за період 1960-1985 роки зросла в 10-25 разів. Більш того, деякі з капстран перегнали Америку не тільки за темпами зростання, але і по споживанню на душу населення і навіть по валовому споживанню окремих металів.
У 80-х роках ми вже стали відставати не тільки від США, але і від інших розвинених капстран. Від Італії по валовому споживанню ніобію - в 1,5 рази, а в розрахунку на душу населення навіть в 8,4 рази, від ФРН - в 7 разів, від Японії - в 2,5 рази по споживанню танталу і в 9 разів із цирконію .
При цьому треба ще враховувати, що у нас левова частка багатьох рідкісних металів споживалася тільки в оборонній промисловості. На частку народного господарства СРСР припадали лише найменші крихти.
Ми ж і в 80-і роки, і до сих пір не ввели в дію жодного нового гірничо-збагачувального комбінату і жодного заводу з рідкісним металам.
Таким чином, і з видобутку, і по споживанню СРСР вже з 60-80-х років почав різко відставати від провідних капстран. І в цьому головна причина надзвичайної загальмованості, навіть провалу нашого науково-технічного прогресу.
Великі зміни, що відбуваються в останні роки в економіці Росії, надзвичайно болісно відбилися на стані справ з рідкісними металами. Становище погіршилося ще й тому, що з розпадом СРСР багато підприємств, які видобувають рідкісні метали, залишилися в колишніх союзних республіках. Зупинено або різко знижена видобуток на найбільших російських гірничодобувних підприємствах: на уральських Смарагдових копальнях - берилію; на Орловському комбінаті (в Забайкаллі) - танталу; на Ловозерском (Кольський півострів) - ніобію, танталу, церієвих лантаноїдів; на Забайкальському - літію; на уральському Вішневогорск - ніобію. Припинено розробка германію на Павлівському родовищі в Примор'ї. В результаті положення з видобутком, виробництвом і споживанням рідкісних металів зараз в Росії просто катастрофічне.
У нинішніх ринкових умовах ті або інші рідкісні метали і навіть нову техніку, зроблену на їх основі, часто дешевше і простіше завести з-за кордону. І ми, не дивлячись на гостру економічну кризу в країні, купуємо її. Але купуємо застарілі зразки. Тому що супернову техніку США і їх сателіти по офіційно існуючим у них заборонам в Росії не поставляють. І не виключено, що через примхи міжнародної обстановки нам не стануть продавати навіть те, що ми отримуємо зараз. Таке було вже з трубами з легованого ніобієм заліза. Після введення наших військ в Афганістан ФРН відмовилася продавати нам труби з легованої ніобієм сталі. Ми почали ставити свої сталеві труби і при міському будівництві, і в нафтопроводах. І ось через 15-20 років пожинаємо плоди. Труби рвуться, їх доводиться замінювати. Тоді як леговані ніобієм простояли б ще 40 років.
А головне, яка ж ми велика держава, якщо не можемо забезпечити себе своїми досконалими приладами, своїми ефективними технологіями, сучасними машинами, передовою технікою, сверхвисококачественнимі матеріалами? Зараз електроніку, телевізори, автомашини нам доводиться купувати у Кореї, Японії, Німеччини. Ми змушені завозити з Європи продукти харчування! Але ж якби ми використовували в сільському господарстві свій неодим, за тією технологією, яка вже розроблена і успішно апробована нашими фахівцями (Ф. В. Сайкин і іншими), то могли б отримувати в 1,6 рази багатші врожаї, годувати не тільки себе, а й продавати продукти харчування. Наш Ловозерский гірничо-збагачувальний комбінат, який розробляє родовище неодиму (лопаріт), ще не повністю зупинений. А запаси цього металу на Ловозерском родовищі невичерпні.
Швидко реанімувати в нашій країні видобуток і виробництво рідкісних металів, щоб використовувати їх в різних областях народного господарства, - завдання цілком реальне. І це - справа державної ваги, оскільки саме рідкометалева промисловість - фундамент не тільки нової та оборонної техніки, але і всього народного господарства. Відсутність рідкісних металів - загроза національній безпеці Росії.
Завдяки інтенсивним пошукам рідкісних металів в 40-70-х роках Росія має найбільші в світі детально розвідані родовища літію, цезію, ітрію, ітрієвих і церієвих лантаноїдів, цирконію, танталу і ніобію, найбагатше родовище берилію. Однак всі вони знаходяться у важкодоступних регіонах Сибіру, Заполяр'я або високогір'я.
При нинішніх фінансових можливостях країни промислове освоєння цих нових родовищ поки нереально. Але є інший вихід. На найближчі 15-20 років наша країна може бути забезпечена рідкісними металами, якщо відновити в достатньому обсязі видобуток на законсервованих або працюють на третину своєї потужності редкометалльних гірничо-збагачувальних комбінатах. Наприклад, Ловозерский лопарітовим комбінат може повністю забезпечити всю нашу перспективну потребу в тантале, ніобії, титані, церієвих лантаноидах (зокрема, і в неодиму для сільського господарства). Дуже важливо тут ще й те, що всі ці метали можна одночасно здійснювати за хіміко-металургійної переробки всього-на-всього одного лопарітовим концентрату.
Тут же, в багатющому Ловозерском масиві, давно вивчено ще кілька нових типів редкометалльних руд. Вони можуть бути легко і швидко введені в експлуатацію. Це перш за все евдіалітіти (від слова "діалітос" - розчинний). Їх запаси становлять тут мільйони тонн. І в них містяться оксиди цирконію, ітрію і ітрієвих лантаноїдів; церієвих лантаноїдів, ніобію, танталу, гафнію. Евдіалітовие руди виходять безпосередньо на поверхню в центральній частині масиву, тому їх видобуток не становить великих труднощів.
Таким чином, при нормальній роботі Ловозерского комбінату Росія буде забезпечена не менше ніж двадцятьма рідкісними металами, і це заповнить нам втрату чотирьох родовищ: Кутессайского, що залишився в Киргизії, Шевченківського в Казахстані, Жовті Води і Малишевського - на Україні.
Проблема видобутку берилію вирішується теж порівняно легко - відновленням робіт на Забайкальському Ермаковському родовищі. Звідти до 90-х років рудний концентрат вивозили для хіміко-металургійного переділу до Казахстану, де він і залишився після розпаду СРСР. Але, на щастя, на Ермаковському родовищі, з найбагатшими у світі рудами берилію (1,2 відсотка ВЕО), ще збереглася приблизно чверть запасів. Їх нам цілком вистачить на найближчі 25 років, а то і більше.
Наша промисловість може бути забезпечена літієм, рубідій і цезієм за рахунок переробки слюд, які були попутно здобуті і скинуті у відвали в колишні десятиліття на Смарагдових копальнях, а також на Вознесенському і Орловському родовищах. Цих запасів вистачить на 100 років. Безвідходна технологія добування рідкісних лужних металів з слюд добре розроблена і запатентована. Причому вона дозволяє одночасно отримувати ще і магній, і азотисто-калієві добрива, і, що, може бути, особливо важливо, новий надлегкий, кислото- і термостійкий матеріал сіпласт.
Він може стати незамінним в літальних апаратах, в аерокосмічній техніці, при будівництві морських судів (для теплозахисних прокладок), при будівництві будівель, мостів дозволяє значно полегшити ці споруди. Сіпласт успішно був використаний при будівництві "Бурана" - нашого космічного корабля багаторазового використання.
І, нарешті, рідкісний метал - стронцій може бути отриманий попутно при переробці Хибинского апатиту на добрива по азотно-кислотної схемою.
Таким чином, реанімація наших редкометалльних гірничо-збагачувальних комбінатів дозволяє цілком і досить швидко забезпечити російську промисловість, науку, техніку і сільське господарство власними рідкісними металами. А там, чому б нам і не вийти з деякими рідкісними металами на світовий ринок. Адже такі елементи, як скандій, реній, тербий, европий, діспрозій, за ціною можна порівняти з сріблом і з деякими платиноїди.
Реанімація редкометалльних комбінатів не єдиний шлях забезпечення країни рідкісними металами. Досить швидко, легко і дешево можна добувати їх з усіляких техногенних джерел і різних попутно видобуваються продуктів. Наприклад, із золи, одержаної від спалювання кам'яного і бурого вугілля, з продуктів переробки і очищення нафти і газу; з шахтних і рудничних вод, а також з вулканогенних вод і газів.
При цьому з техногенних продуктів можуть бути попутно витягнуті містяться в них різні токсичні компоненти. Від них все одно рано чи пізно неодмінно доведеться позбавлятися по екологічним вимогам.
Наш інститут (ІМГРЕ) вже багато років веде дослідження з вивчення хімічних елементів, що містяться в техногенних продуктах. За допомогою новітньої апаратури виявлено 70 елементів (в їх числі 35 рідкісних металів) в чималих кількостях.
Найближчим часом ми плануємо проаналізувати вихідні вугілля і нафти по всіх басейнах Росії. Вже встановлено, що в нашому вуглеводневій сировині присутні в промислово-цінних кількостях ітрій, лантаноїди, ванадій і інші метали, ціна яких порівнянна з вартістю самої нафти. За кордоном їх витягують з купленої у нас нафти. Ми за це нічого не отримуємо. Наприклад, в татарстанської нафти міститься до 700 г / т ванадію. Він не тільки представляє цінність, але ще і дуже токсичний. Ми його не витягуємо. При згорянні нафти ванадій розсіюється по наших полях. За десятиліття його накопичиться там стільки, що сільськогосподарська продукція може стати отруйною.
Таким чином, забезпечити свою країну життєво необхідними їй рідкісними металами можна досить швидко і з не дуже великими витратами. Геологічна служба країни (буквально за 2-3 найближчі роки) здатна провести широку ревізію відвального господарства гірничодобувних і хіміко-металургійних підприємств Росії, перевірити на рідкісні метали нафтоносні та вугільні басейни країни; апробувати новітні технологічні схеми утилізації корисних (і токсичних) металів з усіх попутно одержуваних продуктів. Особливих асигнувань на це не буде потрібно. Просто необхідно кілька переорієнтувати тематику робіт сировинних інститутів Міністерства природних ресурсів Росії.
Родовища літофільних рідкісних металів. Під редакцією Овчинникова Л. Н. Солодова Н. А. М. Недра, 1980.
Багато рідкісні метали, довгий час майже не знаходили застосування, зараз широко використовуються в світі. Вони викликали до життя цілі нові галузі сучасної промисловості, науки і техніки - такі, як сонячна енергетика, надшвидкісний транспорт на магнітній подушці, інфрачервона оптика, оптоелектроніка, лазери, ЕОМ останніх поколінь.
Використовуючи низьколеговані сталі, що містять всього 0,03-0,07% ніобію і 0,01-0,1% ванадію, можна на 30-40% знизити вагу конструкцій при будівництві мостів, багатоповерхових будівель, газо- і нафтопроводів, геологорозвідувального бурильного обладнання і т. п. При цьому термін служби конструкцій збільшується в 2-3 рази.
Магніти з використанням надпровідних матеріалів на основі ніобію дали можливість побудувати в Японії поїзда на повітряній подушці, що розвивають швидкість до 577 км / ч.
Інтенсивно розробляються електромобілі з літієвими акумуляторами, автомобілі на водневому паливі з нітридом лантану і інші.
Американська фірма "Вестінгауз" розробила високотемпературні паливні елементи на основі оксидів цирконію і ітрію, які підвищують ККД теплових електростанцій з 35 до 60%.
За рахунок впровадження енергоекономічних освітлювальних приладів і електронної апаратури, зробленої з використанням рідкісних елементів, США припускають зберігати до 50% електроенергії з 420 млрд.
кВт / годин, витрачених на освітлення. В Японії і США створені лампи з люминофорами, що містять ітрій, європій, тербий, церій. Лампи потужністю 27 Вт з успіхом замінюють 60-75-ватні лампи розжарювання. Витрата електроенергії на освітлення знижується в 2-3 рази.
Використання сонячної енергії неможливо без галію. НАСА США планує обладнати космічні супутники сонячними елементами на основі арсеніду галію.
Застосування рідкоземельних елементів (рідкісних земель) і рідкісного металу ренію при крекінгу нафти дозволило США різко знизити використання дорогої платини, при цьому підвищити ККД процесу і збільшити на 15 відсотків вихід високооктанового бензину.
У Китаї успішно застосовуються рідкісні землі в сільському господарстві для добрива рису, пшениці, кукурудзи, цукрового очерету, цукрового буряка, тютюну, чаю, бавовни, арахісу, фруктів, квітів. Урожай продовольчих культур збільшився на 5-10%, технічних - більш ніж на 10%. Покращилась якість пшениці за рахунок більш високого вмісту протеїну і лізину, збільшилася цукристість фруктів, цукрового очерету і буряка, покращилася забарвлення квітів, підвищилася якість чаю і тютюну.
У Казахстані за рекомендацією російських вчених була застосована розроблена Ф. В. Сайкин нова методика використання рідкісних земель в сільському господарстві. Досліди провели на великих площах і отримали чудовий ефект - збільшення врожайності бавовни, пшениці та інших культур на 65%. Настільки висока ефективність була досягнута. по-перше, завдяки тому, що використовували не суміші всіх рідкісних земель одночасно, як це практикувалося в Китаї, а тільки один неодим (оскільки деякі з лантаноїдів не сприяють підвищенню врожайності, а навпаки - знижують її). По-друге, не проводили, як це роблять в Китаї, трудомісткого обприскування сільськогосподарських рослин в періоди їх цвітіння. Замість цього тільки замочували зерно перед посівом у водному розчині, що містить неодим. Ця операція набагато простіше і дешевше.
До останнього часу ітрій використовувався в техніці надзвичайно рідко, і видобуток його була відповідною - обчислювалася кілограмами. Але ось виявилося, що ітрій здатний різко збільшувати електропровідність алюмінієвого кабелю і міцність нових керамічних конструкційних матеріалів. Це обіцяє вельми великий економічний ефект. Інтерес до иттрию і до ітрієві лантаноїдам - самарію, Європі, домагаються значно виріс.
Скандій (його ціна у свій час була на порядок вище за ціну золота) завдяки унікальному поєднанню цілого ряду своїх властивостей тепер користується сверхповишенним інтересом в авіаційній, ракетній і лазерній техніці.