Текст лекций по курсу: «Металлургия редких металлов»

1. Введение в металлургию редких металлов

Термин «редкие металлы» (или более широкий «редкие элементы») не является однозначно определенным, а представляет собой комплексное понятие. Невозможно выделить простые и непротиворечивые критерии для причисления металла (элемента) к редким. В настоящее время деление элементов на редкие и нередкие сложилось исторически, носит характер традиции, и не является результатом какой-либо научно разработанной классификации.

Тем не менее, можно выделить совокупность общих свойств, которые проявляются в большинстве элементов данной группы (но не во всех) и могут служить маркерами для установления групповой принадлежности. Среди них:

– распространенность в природе;

– история открытия и применения.

– способность образовывать собственные минералы;

– масштабы применения в промышленности.

Геохимический критерий. В соответствии с ним к редким причисляют малораспространенные в природе элементы, но такое отнесение не является абсолютным. Граница проходит по диапазону содержаний 0,1–0,01%; (таблица 1.1, «нередкие» элементы выделены красным цветом, их по данному критерию 19). Очевидно наличие ряда исключений (Ti, Sr, Rb, Zr, V; Ni, Co, B).

Согласно историко-техническому критерию из группы редких исключают известные и используемые с глубокой древности элементы: Au, Ag, Hg, Pb, Sn, Zn, Cu, As. Не случайно то, что все они были известны древним, поскольку встречаются в природе либо в самородном состоянии, либо образуют минералы и руды, из которых их можно получить относительно легко.

Таблица 1.1 — Распространенность химических элементов в земной коре (без атмосферы и гидросферы).

Декада	Пределы содержания элемента, %	Химические элементы
I	50—10	О, Si
II	10—1	Al, Fe, Са, Na, К, Mg
III	1—0,1	Ti, Н, С
IV	0,1—0,01	Мп, Р, S, Ва, Cl, Sr, Rb, F, Zr, Cr, V, Cu, N
V	10-2—10-3	Ni, Li, Zn, Ce, Sn, Co, Y, Nd, La, Pb, Ga, Nb, Gd
VI	10-3—10-4	Th, Cs, Pr, Sm, Ge, Be, Sc, As, Dy, Er, Yb, U, Tl, Mo, Hf, B, Br, Ho, Eu, W, Lu
VII	10-4—10-5	Tm, Se, Cd, Sb, I, Bi, Ag, In
VIII	10-5—10-6	Hg, Os, Pd, Те
IX	10-6—10-7	Ru, Pt, Au, Rh, Re, Ir
X	< 10-9	Ac, Ra, Pa, Po, Pa, Rn

Некоторые элементы причисляют к редким по их рассеянности, то есть ограниченной способности образовывать самостоятельные минералы и месторождения (Rb, In, Ga, Tl, Ge, Hf, Se, Te, Re), что предопределяет трудности выделения и отделения этих металлов от сопутствующих элементов.

Присутствие в сложных многокомпонентных минералах, которые отличаются большой устойчивостью к действию химических реагентов (упорностью) характерно для большинства редких элементов вообще. Поэтому титан, занимающий по распространенности 10 место (таблица 1.1), который по своим свойствам, нахождению в природе, сложности технологии он весьма близок к таким бесспорно редким элементам, как цирконий и гафний, обычно рассматривают вместе с редкими металлами и относят к ним.

Более позднее начало применения в технике и малые объемы производства в сравнении с другими элементами («нередкими») наиболее общий признак всех редких металлов. Однако этот критерий не является точно определенным, тем более что объем производства не постоянен во времени, а может существенно расширяться с отысканием новых областей применения металлов (элементов).

Таким образом, в понятие «редкие элементы» вкладывается историческое содержание, учитывающее время открытия элемента, начало развития его производства, масштабы производства, а также распространенность в земной коре и содержание его в рассеянном виде или в виде самостоятельных минералов.