Что такое редкоземельный металл?
Определение редкоземельного металла неясно, но это общий термин для металлов, которые редко встречаются в земной коре, которые трудно извлекать по экономическим или технологическим причинам или которые важно стабильно обеспечивать в промышленности.
Основными странами-производителями редкоземельных металлов являются Австралия, Китай, Россия и Южная Африка, и глобальная конкуренция за редкие металлы накаляется.
Другие металлы, которые производятся в больших количествах и используются в различных материалах, такие как железо, медь и алюминий, называются базовыми металлами. Восемь элементов, включая золото, серебро, платину и палладий, являются редкими, устойчивыми к коррозии и называются драгоценными металлами.
Применение редкоземельных металлов
Редкоземельные металлы используются для повышения коррозионной стойкости, температуры плавления и прочности материалов благодаря своим уникальным свойствам, таким как коррозионная стойкость, термостойкость, ферромагнетизм и сверхпроводимость.
Литий, кобальт и никель используются в качестве катодных материалов в батареях. Неодим и диспрозий используются в качестве мощных постоянных магнитов в жестких дисках ПК, приводных двигателях электромобилей и бытовой технике. Тантал используется в конденсаторах для плат внутри электроприборов, а вольфрам используется в инструментах из-за своей твердости.
Индий является важным элементом в производстве прозрачных электродов для ЖК-панелей. Ниобий используется в сверхпроводящих магнитах для линейных двигателей автомобилей, где задействованы чрезвычайно низкие температуры, и в сплавах для сопел двигателей в ракетных спутниках, которые подвергаются воздействию очень высоких температур. Галлий привел к повышению эффективности преобразования энергии за счет разработки светодиодов и силовых транзисторов.
Редкоземельные металлы имеют множество применений, но редко используются отдельно. Обычно их добавляют к базовым металлам и сплавляют для достижения их функций.
Характеристики редкоземельных металлов
Редкоземельные металлы обладают общими характеристиками: они укрепляют структуры и добавляют новые функции материалам путем добавления их к базовым металлам.
Тантал — это металл с высокой диэлектрической проницаемостью, превосходной коррозионной и кислотостойкостью, а также хорошей обрабатываемостью, поэтому его используют в конденсаторах внутри электроприборов.
Вольфрам обладает превосходными свойствами, такими как твердость и термостойкость при высоких температурах, поэтому его перерабатывают в металлические детали для инструментов, которые, как ожидается, будут использоваться в суровых условиях.
Хотя вольфрам является чрезвычайно полезным редкоземельным металлом, он также создает проблему частого дисбаланса между спросом и предложением. Когда баланс спроса и предложения нарушается, цены сильно колеблются и оказывают значительное влияние на промышленную деятельность.
Как и нефть, редкоземельные металлы также являются ресурсами, находящимися под угрозой истощения; к 2050 году многие виды металлов исчерпают свои существующие запасы, и есть опасения, что спрос на некоторые редкие металлы, такие как индий, намного превысит объем имеющихся запасов.
В последние годы для решения этой проблемы баланса спроса и предложения были разработаны технологии переработки для извлечения редкоземельных металлов из городских горнодобывающих ресурсов, накопленных над землей.
Технология переработки редкоземельных металлов
Растут ожидания относительно технологий извлечения редкоземельных металлов из городских шахт. Преимущества переработки включают следующее:
- Извлекаемое количество очевидно, и нет необходимости в разведке.
- Редкоземельные металлы, как правило, более высокого качества, чем природные руды, из-за их интенсивного использования в переработке.
- Существует значительный потенциал для сохранения ресурсов и энергии с точки зрения добычи и переработки.
Извлечение металлов из городских шахт, как правило, включает процесс «демонтажа и разделения компонентов» → «извлечения целевых материалов и материализации».
Городская разработка шахт имеет большой потенциал и становится важной проблемой для Японии, страны с ограниченными природными ресурсами. Разрабатываются усилия по восстановлению использованных сотовых телефонов и небольших электронных устройств и извлечению из них редкоземельных металлов. Однако сохраняются следующие проблемы:
Рассеивание
Сотовые телефоны и миллиарды других небольших электронных устройств рассеяны по рукам отдельных потребителей, что затрудняет их переработку, если они не собираются эффективно.
Отходы
Даже если редкоземельные металлы содержатся в небольших электронных устройствах в высокой чистоте, большую их часть составляют другие материалы, такие как пластик, и необходимо учитывать эффективное использование материалов, отличных от редкоземельных металлов.
Стоимость
Один сотовый телефон содержит всего около 75 центов редкоземельных металлов, и мы должны разработать технологию (механизм) для разделения, извлечения и восстановления редкоземельных металлов по более низкой цене, чем эта.
