Тормоза прогресса: технологичные металлы
- Мировое производство технологичных металлов (в год)
Без единого гвоздя
Будущее электромобилей зависит от лантана и добычи лития
Термин «технологичные металлы» ввел в обиход известный американский аналитик рынка металлов Джек Лифтон. К данной группе относятся пара десятков элементов периодической совокупности Менделеева: родий, марганец, кобальт, индий, ниобий, галлий, медь, тантал, палладий, платина, ванадий, титан, литий, теллур, селен, гафний, цирконий, рений, германий и 17 так называемых редкоземельных металлов во главе с лантаном.
Все они владеют выдающимися особенностями и критически серьёзны для самые наукоемких отраслей экономики. Понятие «критически серьёзный» свидетельствует невозможность полноценной замены данного материала каким-либо вторым без важных ухудшений особенностей конечного продукта. Для каждой отдельной отрасли имеется собственный список главных элементов.
Так, к примеру, для автоиндустрии это родий, палладий, платина, ванадий, лантан и неодим. Без германия, галлия, индия и европия нереально представить производство полупроводников, волоконной электроники и оптики. Литий делается критически серьёзным для индустрии компактных источников тока.
Ниобий, молибден, вольфрам, рений и тантал используются для особых сверхтвёрдых сплавов и сталей. Изготовление точной оптики немыслимо без полировального компаунда и лантана на базе оксида церия. Теллур, индий, галлий и селен незаменимы в солнечной энергетике.
Без рения и титана ни один реактивный самолет не встанет в небо. Перечень возможно продолжать очень долго, и из года в год он делается все дольше.
Кое-какие технологичные металлы имеют собственную рудную базу. Но многие из них на сегодня удачнее приобретать в качестве попутных продуктов базисных металлов. Более того, имеется отдельная несколько металлов, каковые являются попутными продуктами второго уровня. К примеру, в мире нет ни одного месторождения кобальта, галлия, индия, родия, германия, селена, теллура либо рения. Их источниками помогают бронзовые, алюминиевые, цинковые и металлические руды.
Содержание попутных металлов в разных рудах может различаться на порядки, и исходя из этого количественный выход продукта прогнозировать весьма тяжело. Кроме того если вы совершенно верно понимаете, сколько в мире добыто меди, то это не свидетельствует, что возможно совершенно верно вычислить тоннаж попутного молибдена, а тем более рения, приобретаемого со своей стороны из молибденовых руд. Неэффективные либо, наоборот, передовые разработки производства базисных металлов обычно приводят к утрата драгоценных примесей.
Прожигаем платину
В 2008 году авторитетный специалист Айвэн Херринг опубликовал перечень критически ответственных металлов для глобальной экономики. Он состоит всего из пяти позиций: родий, молибден, платина, группа и литий редкоземельных металлов. Среди них лишь родий и молибден являются попутными продуктами производства базисных металлов. Остальные же имеют собственную рудную базу.
Но это не свидетельствует, что все неприятности с поставками решены. Пожалуй, только молибден не доставляет головной боли технологическим компаниям. Спрос на него перекрывается предложением, и при необходимости оно возможно скоро увеличено.
Остальные металлы по различным обстоятельствам входят в группу риска.
самая острая обстановка складывается с платиной и родием. Эти два металла в природе видятся лишь совместно. Мировое производство родия, цена которого равна фантастическим $9000 за тройскую унцию (чуть больше 31 г), образовывает приблизительно 50 т в год и фактически достигло пика.
Новых месторождений нет, а наибольшие в мире шахты по добыче металлов платиновой группы недалеко от рифа Меренского в Южной Африке трудятся на пределе возможностей. Любой современный автомобиль оснащается катализатором, в котором находятся платина и родий. Количество машин растет, и, по оценкам специалистов, к 2015 году всемирный автопарк удвоится, а следовательно, удвоится и спрос на родий.
платины и Рециклинг родия неосуществим, поскольку в катализаторах они просто выгорают. Бессчётные попытки ученых создать заменители для платины и родия пока не дали результата.
Казалось бы, постепенная электрификация автотранспорта обязана привести к уменьшению количества машин с катализаторами. Но истинность громких заявлений автокомпаний о скором начале массового производства электромобилей приводит к. Другая автоиндустрия сидит на таком же маленьком железном поводке, что и другой хайтек.
Материал, из которого выкован поводок, именуется неодим. Он богато украшен шипами из лантана, инкрустацией из лития и привязан к столбу, находящемуся в Байян-Обо. Именно там, в китайской провинции Внутренняя Монголия, расположено наибольшее в мире месторождение редкоземельных металлов.
Суммарное количество редкоземов, добываемое в Байян-Обо, образовывает 125 000 т в год, а также 20 000 т неодима и 40 000 т лантана.
Хранители энергии
Дабы усомниться в скорой гибридов и экспансии электромобилей, достаточно посмотреть на никель-металлогидридную батарею Toyota Prius. Аккумулятор последнего поколения содержит минимум 12 кг лантана, 30 кг кобальта и 2 кг никеля. Аккумулятор новейшего гибрида Honda Insight складывается из тех же материалов в тех же пропорциях. Toyota и Honda, два самые эффективных автопроизводителя в мире, заявляют, что к 2012 году 10% всех создаваемых ими машин будут гибридными.
К 2015 году часть гибридов возрастет до 25%. Помимо этого, на собственный кусок гибридного пирога претендуют Дженерал моторс, Ford и многие другие компании, включая китайские. Но уже в этом году спрос японских компаний может превышать мировое предложение лантана.
Предусмотрительные японцы в течение последнего десятилетия целенаправленно создавали у себя складские запасы редкоземельных металлов и, как вычисляет Джек Лифтон, за счет этого смогут трудиться самостоятельно как минимум несколько лет.
Что же делать дальше? В кратковременной возможности рециклинг батарей не окажет помощь. Никель-металлогидридные батареи потрясающе долговечны: с 1999 года Toyota реализовала уже свыше миллиона гибридов, но аккумуляторная батареи этих машин трудятся до сих пор фактически без нареканий. Машины имеют спрос на вторичном рынке, соответственно, батарей для переработки нет.
Кроме того в случае если Китай удвоит производство лантана к 2015 году, то западным компаниям не нужно рассчитывать на рост предложения: к этому времени целый лантан будет потребляться в Китая. В расчетах не учитываются потребности в этом металле со стороны фирм нефтехимического комплекса — а в это же время лантан является катализатором для крекинга нефти.
Альтернатива китайским поставкам имеется: богатейшее месторождение Маунтин-Пасс в горах пустыни Мохаве (США), австралийские Дуббо и Арафура, перспективные районы в Центральной Африке и Канаде. Но для наращивания существующих мощностей необходимо не меньше десяти лет.
На сегодня самым перспективным материалом для мобильных источников энергии считается литий. Геологи утверждают, что лития в земной коре навалом, а автомобильный аккумулятор содержит всего 1 кг этого металла. К сожалению, содержание элементов в земной коре сродни средней температуре по поликлинике. Толщина земной коры образовывает 40 км (в среднем, для континентов).
Человечество же способно углубиться в нее в лучшем случае на километр-полтора. Все, что находится ниже, недосягаемо для нас.
Наибольшее месторождение лития расположено вдалеке от цивилизации, в Боливии. 73 млн тысячь киллограм карбоната лития, либо 55% разведанных извлекаемых запасов, щедрой рукой матушки-природы рассыпаны на площади 12 000 км? соляной пустыни — солончака Уюни. Производство является простоем выпаривание материала из водного раствора под лучами солнца в течение полутора лет.
Строительство обогатительных фабрик не имеет смысла, поскольку наряду с этим цена конечного продукта делается запредельной. Правительство страны разглядывает солончак Уюни и литий как единственный шанс вырваться из кромешной нищеты и требует от всех потенциальных инвесторов создания полного цикла производства в Боливии. Литий сможет покидать пределы данной страны лишь в виде литий-ионных аккумуляторная батарей, установленных на готовые электромобили либо гибриды.
До тех пор пока все, что связано с литием, есть делом отдаленной возможности. Сегодняшний спрос на металл всецело обеспечен предложением. Годовая добыча его образовывает 25 000 т, из которых практически половину дает чилийское месторождение. Большая цена аккумуляторная батарей и достаточно «сырая» разработка делают подобные источники энергии неконкурентоспособными в сравнении с никель-металлогидридными аналогами.
Однако будущее, без сомнений, за литием.
Муниципальные шахты
Сейчас одним из полезнейших источников технологических металлов становятся так именуемые муниципальные шахты — лом электронных устройств, сотовых телефонов, компьютеров, машин. К примеру, мировая добыча первичного германия, применяемого в качестве катализатора для синтеза PET-изготовления и пластмасс оптического волокна, образовывает приблизительно 100 т. Еще 35 т в год дает вторичная переработка лома электронных устройств.
Более 80% спроса на индий формируется за счет фирм, производящих ЖК-мониторы, светодиоды и плазменные телевизоры. Еще 11% употребляется для производства особых сплавов. Наряду с этим мировая добыча первичного индия образовывает только 50% рыночного предложения, либо приблизительно 500 т. Другая добрая половина — вторичный металл, приобретаемый при переработке лома.
В скором будущем аналитики предрекают резкий рост спроса на галлий в Японии, Китай и Корея. Дело в том, что в индустрии полупроводников назревает вторая технологическая революция благодаря открытию неповторимых электрохимических особенностей арсенида галлия. Алюминиевое производство — это единственный источник первичного галлия, но содержание металла в бокситах так ничтожно, что годовая добыча галлия не превышает 100−120 т из 39 млн тысячь киллограм выплавленного алюминия.
Часть вторичного галлия на рынке достигает 50%.
В случае если прорывные разработки будут оказаться на свет такими темпами, то в полной мере быть может, что приобретённый сейчас компьютер с годами будет расти в цене, как хорошее вино. Это, конечно же, шутка, но в ней имеется большая часть правды.
Магнетизм неодима
Неодим именуют двигателем мирового хайтека. С того времени как в первой половине 80-ых годов XX века эксперты компаний Sumitomo и Дженерал моторс создали революционный сплав для изготовления постоянных магнитов, спрос на неодим и неодимовые смеси всегда растёт. Неодим, как ниндзя, везде около нас. Он содержится фактически во всех устройствах, в конструкцию которых входят электродвигатель либо постоянный магнит. Электродвигатели будущих нынешних гибридов и электромобилей немыслимы без неодима.
20 000 т китайского металла — это фактически вся мировая добыча. На много тысяч новых автомобилей с электромоторами неодима не хватит. Его заменителя самария — также.
Кроме того в случае если применять более недорогие неодимовые смеси с другими редкоземами (мишметаллы), недостаток сырья будет достигать 15 000 т уже к 2015 году. Стоит отыскать в памяти и о масштабных замыслах по формированию ветроэнергетики: для постройки мегаваттного ветрогенератора требуется 1 т неодима, а ведь таких установок необходимы десятки тысяч. Обеспокоенные американцы возобновили разработку богатейших залежей (34% мировых запасов редкоземов) в районах Маунтин-Пасс, Калифорния и Леми-Пасс, Айдахо.
15 лет назад добыча лантана и неодима в этих местах была прекращена из-за китайского демпинга, но на данный момент спрос толкает цены вверх и производство снова делается рентабельным. Но еще более прибыльным бизнесом выясняется вторичная переработка электроприборов, содержащих неодим. По оценке Джека Лифтона, рециклинг неодима к 2015 году сможет удовлетворить до 30% спроса на металл.
Курильский попутчик
Громадные неприятности ожидают всемирный хайтек с малыми попутными и попутными металлами второго уровня. Ловля микроскопических примесей в газах и шламах при производстве базисных металлов — процесс сложный и с технической, и с экономической точки зрения. К примеру, для получения одной тонны тугоплавкого рения из колошниковой пыли, образующейся при отжиге молибденового концентрата, нужно сперва переработать до миллиона тысячь киллограм медной руды.
Рений содержится и в молибденовых рудах, но в ничтожных количествах. В итоге годовое производство этого неповторимого металла образовывает всего около 50 т. Экстремально жаропрочный никель-рениевый сплав незаменим для литья монокристаллических турбинных лопаток для реактивных двигателей нового поколения. Разведанные запасы в составе руд базисных металлов составляют 10−12 млн кг.
Но, рений возможно добывать фактически открытым методом. На острове Итуруп многие десятилетия дышит вулкан Кудрявый. Он извергает в воздух раз в день 30 000 т вулканических газов с содержанием рения до 2,5 г на тонну.
Если бы мы сумели принять данный презент природы, то Курилы стали бы наибольшим в мире естественным месторождением рения и давали бы до 20 т металла в год.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№79, май 2009).
<
h4>