Язык издания: русский
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: классный час: Редкоземельные металлы
Автор: Старикова Татьяна Аркадьевна
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: классный час: Редкоземельные металлы
Автор: Старикова Татьяна Аркадьевна
Классный час: «Редкоземельные металлы»Старикова Татьяна Аркадьевна Учитель химии, биологии КГКОУ КВСОШ №5 г. Красноярск Мы часто слышим эту фразу Редкоземельные металлы, но много ли мы знаем, что это такое? Цель:Познакомить учащихся с понятием редкоземельных металлов. Описать их уникальные свойства и широкое применение в современной жизни. Подчеркнуть важность ответственного потребления и экологической безопасности при добыче и использовании этих металлов. Ход мероприятия- Что вы знаете о редкоземельных металлах? - Где они используются? - Почему они называются редкоземельными? - За последние 30 лет произошел взрывообразный рост спроса на редкоземельные металлы. - Почему? - Что такое редкоземельные металлы? Редкоземельные металлы – это группа из 17 химических элементов, куда входят металлы – скандий, иттрий и лантаноиды: лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. (Периодическая таблица с выделенными редкоземельными элементами.) Редкоземельными они называются вовсе не из-за того, что редко встречаются в природе. На самом деле, они достаточно распространены, однако крайне редко находятся в концентрированном виде. Чаще всего их обнаруживают в рассеянном состоянии — то есть в составе минералов вперемешку с другими элементами, откуда отделить их очень сложно. Добыча и очистка довольно сложные процессы, так, для получения редкоземельных элементов в пригодном для использования виде требуется переработка огромных объёмов сырой руды, что требует больших затрат, отсюда и название «редкоземельные». Редкоземельные элементы, также называют редкоземельными металлами, а иногда просто . потому, что все они похожи на элемент — лантан, с номером 57, да и между собой они похожи как две капли воды. В периодической системе химических элементов они. находятся в III группе, проявляют между собой большое сходство химических и некоторых физических свойств, что объясняется почти одинаковым строением наружных электронных уровней их атомов. Все они металлы серебристо-белого цвета, притом все имеют сходные химические свойства и представляют собой набор из 17 почти неотличимых друг от друга блестящих серебристо-белых, мягких, . - Почему они так важны? Редкоземельные металлы — стратегически важные ресурсы, которые играют ключевую роль в современном производстве. Уникальные свойства редкоземельных металлов в том, что они обладают магнитными, люминесцентными и каталитическими свойствами. Редкоземельные металлы обладают исключительной магнитностью. Они используются в мощных магнитах, которые применяются в электромобилях, ветрогенераторах и медицинских устройствах. Некоторым редкоземельным элементам характерно свечение. Это свойство используется в люминесцентных лампах, светодиодных экранах, лазерных установках. Редкоземельные металлы - эффективные катализаторы. Они ускоряют химические реакции, что важно в нефтехимии, производстве пластмасс, лекарственных препаратов. Редкоземельные металлы добавляют прочность и устойчивость к температурным воздействиям в сплавах, которые используются в авиации, космических технологиях.Применение редкоземельных металлов в современной жизни Редкоземельные металлы широко используются в автомобильной промышленности, микроэлектронике, приборостроении, в производствах оборонного комплекса, реактивных двигателей и спутниковых систем. Их применяют в металлургии, химической, керамической и стекольной промышленности. Используют в производстве лазеров, постоянных магнитов, катализаторов для крекинга нефти, синтеза каучука, люминофоров, порошков для полировки линз и микрочипов. Редкоземельные металлы используют при создании комплектующих для современных компьютеров, планшетов и телефонов, а также постоянных магнитов и высокотемпературных сверхпроводников. В металлургии легирующие добавки редкоземельных элементов (лантан, празеодим, церий) позволяют продлить жизнь металлическим конструкциям. Церий и лантан важны как катализаторы и используются для и в качестве . Неодим важен для производства магнитов в традиционных и низкоуглеродных технологиях. РЗЭ из-за их каталитических свойств используются в различных отраслях промышленности. Например, скандий – в производстве элементов аэрокосмической техники. Иттрий – при создании высокотемпературных сверхпроводников. Лантан необходим для оптических приборов и изготовления электродов аккумуляторов. Иттербий, диспрозий, гольмий и эрбий – для лазерной техники. Редкоземельные элементы также используются в электродвигателях и , генераторах некоторых , жёстких дисках, портативной электронике, микрофонах и динамиках. В последнее время спрос на РЗМ резко возрос из-за постоянной магнитности, которую проявляют их сплавы. Постоянные магниты, на которые приходится 38% мирового спроса, используются фактически повсеместно: в сотовых телефонах, компьютерах, телевизорах, автомобилях, реактивных самолетах, оборонной продукции (высокотехнологичных военных разработках) и т.д. Минералы Из-за своих свойств редкоземельные элементы обычно рассеяны и нечасто встречаются в концентрированном виде в . Следовательно, экономически выгодные редки. Важнейшие минералы, содержащие РЗЭ:бастнезит и монацит (содержат лёгкие лантаноиды); ксенотим (содержит Y и тяжёлые лантаноиды). Промышленное значение в РФ имеют лопарит и апатит.- Где находятся редкоземельные металлы? На Земле всего несколько стран, где есть значимые запасы редкоземельных металлов. Среди них можно выделить Китай, Вьетнам, Бразилию, Россию, Индию, Австралию и США. Абсолютным лидером по добыче и запасам является Китай с общей долей добычи РЗМ ~80%–95% в зависимости от элемента. Несмотря на то, что США обладают незначительными запасами РЗМ, они тем не менее являются вторым по величине их производителем. Так в 2021 году они получили около 43 000 т концентратов РЗМ. Это 15,5% мирового производства. В 2018 году началось освоение рудника на севере . Он может стать первым крупным производителем диспрозия за пределами Китая. Необходимо также присмотреться и к ЮАР. Южная Африка в будущем вполне могла бы составить конкуренцию как минимум США и Австралии на мировом рынке РЗМ. Обладая резервами в 790 000 т, ЮАР тем самым замыкает десятку стран, в недрах которых сконцентрированы наибольшие запасы редких земель.- Где добывают и что с отраслью в РФ? Особенность минерально-сырьевой базы России в том, что чисто редкоземельных руд у нас нет. Есть комплексные, в которых, в том числе, содержатся РЗМ. На разведанные запасы приходится 18,6 млн т, из них 60,2 % - в апатит-нефелиновых рудах Кольского полуострова. Единственным источником сырья в настоящее время является месторождение «Ловозеро» на Кольском полуострове, где добывается минерал лопарит, который затем отправляется на переработку в Соликамск. Там из лопарита извлекают тантал, титан и ниобий. В нашей стране есть и другие месторождения. Например, Томторское в Якутии — одно из крупнейших редкометалльных месторождений в России и в мире. Однако его промышленное освоение так и не было завершено, в первую очередь, из-за суровых погодных условий. И Чуктуконское рудное поле в Красноярском крае - в Кежемском районе, где залегает 2,9 млн тонн оксидов РЗМ, что составляет 10% от всех Российских запасов. По оценкам, суммарный запас редкоземов в России составляет 20,6 млн тонн. Большая часть этих металлов содержится в рудах низкого качества. С развалом СССР мы, к сожалению, по сути, лишились редкоземельной промышленности. Из 9 предприятий редкоземельной отрасли сохранился лишь Соликамский магниевый завод в Пермском крае. Остальные либо закрылись, либо остались за пределами России – в Казахстане, Киргизии, Эстонии и на Украине. Тема возрождения редкоземельной отрасли России звучит не один год. Однако качественных изменений на этом направлении до сих пор не случилось. Так, несмотря на то, что Россия делит третье место с Бразилией по запасам РЗЭ, ее доля в мировом производстве составляет не более 1% (против 15% в 1991 году). Сейчас более 90% редкоземельных металлов импортируется в страну из-за границы, но власти намерены изменить ситуацию. Еще в 2016 г. был обнулен налог на добычу полезных ископаемых редкоземельных элементов. В 2019 г. правительство РФ подписало соглашение с корпорацией «Росатом» о развитии высокотехнологичной отрасли «Технологии новых материалов и веществ». А в 2022 г. редкие и редкоземельные металлы включены в перечень основных видов стратегического минерального сырья. На прошедшем недавно Восточном экономическом форуме президент привлек особое внимание к решению проблем с обеспеченностью национальной экономики дефицитным сырьем, в частности ниобием. Россия имеет все необходимое для этого. В первую очередь, богатую сырьевую базу РЗМ. Например, в стране помимо Ловозерского есть Томторское месторождение (Якутия) – одно из крупнейших в мире по запасам редкоземов, среди которых ниобий, иттрий, скандий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий и титан. А еще есть не менее перспективные Чуктуконское месторождение в Красноярском крае, Зашихинское и Белозиминское месторождения в Иркутской области, Катугинское в Забайкальском крае и др.Как все начиналось… Редкоземельные элементы были открыты в основном как компоненты минералов. Первым редкоземельным минералом, открытым в 1787 году минерологом-любителем Карлом Аррениуссом, был гадолинит, чёрный минерал, состоящий из церия, иттрия, железа, кремния и других элементов. Этот минерал был добыт в шахте в деревне Иттербю в ; четыре редкоземельных элемента носят названия, связанные с этим местом. Он назвал его иттербит в честь места нахождения. Именно этот момент стал отправной точкой для эры редкоземельных металлов. Спустя семь лет в 1794 г. финский химик, профессор Юхан Гадолин исследовал иттербит и обнаружил в нем несколько металлов, в том числе, соединения кремния, железа, магния, а также неизвестную примесь, которую он назвал иттриевой землей. В то время «землями» называли тугоплавкие плотные оксиды металлов. Отсюда позже в химии появились понятия «редкоземельных» и «щелочноземельных» металлов. Иттербий был обнаружен в минерале «иттербите» в 1800 году, в Швеции и названном «редким», потому что его никогда раньше не видели. Исследователям потребовалось ещё 30 лет, чтобы определить, что в рудах — цериевой и иттриевой — содержатся и другие элементы (сходство химических свойств редкоземельных металлов затрудняло их разделение). В 1842 году число известных редкоземельных элементов достигло шести: иттрий, церий, лантан, неодим, эрбий и тербий. К 1907 г. химики совместными усилиями обнаружили 16 таких металлов. Существование последнего — прометия — подтвердилось лишь в 1947 г. Таким образом, лишь спустя 160 лет человечество получило в свое распоряжение все редкоземельные элементы, что доказывает сложность процесса их выделения, требующего передовых знаний и технологий.Получение Редкоземельные элементы получают восстановлением соответствующих оксидов, фторидов, электролизом безводных солей и другими методами. Но есть одна проблема: добыча или обогащение редкозёмов — занятие сложное и дорогостоящее. Ведь, редкоземельные металлы в подавляющем большинстве случаев находятся в руде. Кроме того, они молниеносно вступают в реакцию с тем же кислородом, образуя плотные тугоплавкие оксиды. Их сложно отделить от примесей и получить в чистом виде. Помимо выделения из руды, есть и инновационные способы добычи редкоземельных металлов. Один из них — извлечение из отходов фосфорных удобрений. Сами отходы представляют собой гипс, откуда посредством сепарации и других химических процессов можно выделить оксиды неодима, церия, диспрозия, тербия, лантана и празеодима. Источники РЗМ: В настоящее время для обеспечения надёжных поставок РЗЭ люди используют два основных ресурса: во-первых, извлекают РЗЭ из первичных ресурсов, таких как шахты, содержащие руды, содержащие РЗЭ, залежи глины в реголите, отложения на дне океана, летучую золу угля и т. д Другой способ — из вторичных ресурсов, таких как электронные, бытовые и промышленные отходы. Электронные отходы содержат значительную концентрацию редкоземельных элементов и поэтому являются основным вариантом переработки редкоземельных элементов в настоящее время. Согласно исследованию, ежегодно на свалках по всему миру оказывается около 50 миллионов тонн электронных отходов. Несмотря на то, что электронные отходы содержат значительное количество редкоземельных элементов, в настоящее время только 12,5% электронных отходов перерабатывается для получения всех металлов. Добыча, переработка и утилизация редкоземельных металлов имеют серьёзные экологические последствия, если не контролируются должным образом. Низкоуровневые радиоактивные , образующиеся в результате содержания и в редкоземельных рудах, представляют потенциальную опасность, и неправильное обращение с этими веществами может привести к серьёзному ущербу для окружающей среды. Редкоземельные металлы играют важную роль в нашей жизни, но их использование должно быть ответственным. Понимание их свойств и ограничений поможет нам строить более устойчивое будущее. Учитывая сложную геополитическую обстановку в мире, многочисленные санкции со стороны «недружественных» государств, для России остро встает вопрос обеспечения национальной безопасности, в частности критически важными ресурсами, к которым вне всяких сомнений относятся и редкоземельные металлы. Ведь сегодня от их наличия или отсутствия зависит как обороноспособность государства, так и развитие новейших отраслей экономики, уровня инновационного развития конкретного производства, а значит и место страны в новом мирохозяйственном укладе. Ученые считают, что редкозёмы станут незаменимыми в процессе перехода государств к более продвинутым технологиям, в основе которых будут лежать био- и нанотехнологии, атомная и космическая промышленность, а также «зеленая энергетика». Именно поэтому такие элементы считаются стратегическими, их наличие в стране необходимо для обеспечения национальной безопасности. Редкоземельные металлы — стратегически важные ресурсы, которые играют ключевую роль в производстве современной электроники, машиностроении и военной промышленности нашей страны.
