Технология получения редкоземельных элементов Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе. Национальный исследовательский. - презентация

1 Технология получения редкоземельных элементов Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе. Национальный исследовательский Томский политехнический университет Физико - технический институт Кафедра ХТРЭ Доцент кафедры Оствальд Р.В.

2 СвойстваРЗЭ Свойства РЗЭ Технология получения редко-земельных элементов. Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе

3 Редкоземельные элементы Редкоземельные элементы (РЗЭ) – группа из 17 элементов, включающая лантан, скандий, иттрий и лантаноиды. Все РЗЭ серебристо-белые металлы со сходными химическими свойствами :20 Томский политехнический университет 3

4 Редкоземельные элементы Редкоземельные элементы (РЗЭ) разделяют на две подгруппы: цериевую (лёгкие – La, Се, Рr, Nd, Sm, Eu) цериевую (лёгкие – La, Се, Рr, Nd, Sm, Eu) иттриевую (тяжёлые – Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) иттриевую (тяжёлые – Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) :20 Томский политехнический университет 4

5 Позиционирование РЗЭ в периодической системе элементов :20 Томский политехнический университет 5

6 Свойства некоторых РЗЭ Порядковый номер Атомная масса, а. е. м. 88,9138,9140,1140,9150,4152,0157,2173,0175,0 Плотность, г / см 3 4,476,166,756,777,525,247,906,969,84 Температура плавления, С Температура кипения, С Степени окисления 333; 4 2; Сечение захвата тепловых нейтронов, барн 3,079,30, 7311, ,593, :20 Томский политехнический университет 6

7 Применение РЗЭ Технология получения редко-земельных элементов. Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе

8 Применение РЗЭ Металлургия Металлургия Стекольная промышленность Стекольная промышленность Ядерная техника Ядерная техника Электротехника и электроника Электротехника и электроника Светотехника Светотехника :20 Томский политехнический университет 8

9 Металлургия Все РЗЭ проявляют высокое сродство к неметаллам (O 2, S, N 2, C, P, H 2 ). Поэтому они применяются в качестве эффективных раскислителей в чёрной металлургии Все РЗЭ проявляют высокое сродство к неметаллам (O 2, S, N 2, C, P, H 2 ). Поэтому они применяются в качестве эффективных раскислителей в чёрной металлургии В цветной металлургии применяются сплавы РЗЭ с Al и Mg (авиация, двигатели внутреннего сгорания, оболочки спутников) В цветной металлургии применяются сплавы РЗЭ с Al и Mg (авиация, двигатели внутреннего сгорания, оболочки спутников) :20 Томский политехнический университет 9

10 Окраска стёкол: CeO 2 – жёлтый CeO 2 – жёлтый Nd 2 O 3 – красный Nd 2 O 3 – красный Pr 2 O 3 – зелёный Pr 2 O 3 – зелёный Полировка стекол Керамика: высокотемпературные тигли высокотемпературные тигли тигли, прозрачные для ИК-лучей тигли, прозрачные для ИК-лучей :20 Томский политехнический университет 10

11 регулирующие стержни (сплав Ag-Cd-Eu); регулирующие стержни (сплав Ag-Cd-Eu); сплавы для защиты от излучений; сплавы для защиты от излучений; портативные рентгеновские аппараты; портативные рентгеновские аппараты; радиоизотопные источники энергии (РИТЭГ). радиоизотопные источники энергии (РИТЭГ) :20 Томский политехнический университет 11

12 геттеры и эмиттеры в вакуумной технике; геттеры и эмиттеры в вакуумной технике; основа для люминофоров в лампах; основа для люминофоров в лампах; твёрдые лазеры (La 2 O 3, Gd 2 O 3, Y 2 O 3 и др.); твёрдые лазеры (La 2 O 3, Gd 2 O 3, Y 2 O 3 и др.); запоминающие устройства; запоминающие устройства; аккумуляторные батареи для гибридных двигателей аккумуляторные батареи для гибридных двигателей :20 Томский политехнический университет 12

13 Потребление РЗЭ :20 Томский политехнический университет 13

14 Потребление РЗЭ :20 Томский политехнический университет 14

15 Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе :20 15 Мировой рынок РЗЭ

16 Данные по производству РЗЭ :20 Томский политехнический университет 16

17 Данные по производству РЗЭ Данные по производству РЗЭ :20 Томский политехнический университет 17 Страна Добыча руды, митрич. тонн Доля от мирового производства, % Запасы концентрата, м. м. т. Запасы концентрата, м. м. т. 2 Доля от мировых запасов, % США --13,013 Китай ,355,050 Россия ( СНГ ) --19,017 Австралия --1,61,5 Индия ,12,8 Бразилия 5500,42-- Малазия 3500,27-- Другие страны --22,020 Общемировое производство ,0 1. Источник : U.S. Department of the Interior, Mineral Commodity Summaries, USGS, м. м. т. – миллион митрических тонн

18 Динамика изменения цены на неодим китайского производства :20 Томский политехнический университет 18

19 Цена на оксиды некоторых РЗЭ Цена на оксиды некоторых РЗЭ :20 Томский политехнический университет Источник : IMCOA, 2011 and METI, 2011

20 Цена на оксиды некоторых РЗЭ Цена на оксиды некоторых РЗЭ :20 Томский политехнический университет Источник : Доклад директора ОАО « ВНИИХТ » Сарычева Г. А. « Современное состояние и перспективы развития производства РЗЭ в Российской Федерации » // выездная сессия ГК РОСАТОМ, 2012 Стоимость оксидов РЗЭ USD/ кг Наименование LaCePrNdSmEuGdTbDyY Цена FOB Китай на Средняя цена за 3 года FOB Китай (08-11) Внутренняя цена Китай Цена прогноз 2015 год

21 Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе :20 21 Нахождение РЗЭ в природе

22 Всего известно 160 минералов, содержащих РЗЭ. Суммарный кларк – (1,6÷1,7)·10 2 % Наиболее распространены Ce, La, Nd Только 60 минералов РЗЭ имеют содержание РЗЭ 2 О 3 = 5-8%: фосфаты фосфаты фтор карбонаты фтор карбонаты силикаты силикаты танталаты танталаты :20 Томский политехнический университет 22

23 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 23 ГАДОЛИНИТ

24 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 24 Редкий минерал из класса силикатов. Получил название из-за призматической формы кристаллов ОРТИТ

25 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 25 МОНАЦИТ

26 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 26 ЛОПАРИТ

27 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 27 БАСТНЕЗИТ

28 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 28 КСЕНОТИМ

29 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 29 ЭВКСЕНИТ

30 Нахождение РЗЭ в природе :20 Томский политехнический университет 30 САМАРСКИТ

31 Нахождение РЗЭ в природе Минералы РЗЭ подразделяются на две группы: комплексные (полные); селективные. Комплексные минералы – все РЗЭ с различным соотношением. Селективные минералы – преобладание элементов одной подгруппы (Се или Y), реже 1-2 х элементов. Комплексные: гадолинит, ортит, пирохлор Цериевые минералы: монацит, лопарит, бастнезит Иттриевые минералы: ксенотим, эвксенит, самарский :20 Томский политехнический университет 31

32 Типы месторождений РЗЭ Месторождения РЗЭ разрабатываются с целью извлечения редких металлов (Ta, Nb, Zr, Th, U и др.), а РЗЭ извлекаются попутно. Основные типы месторождений: монацитовые; гидротермальные; урана-редкоземельные гранитные пегматиты; ксенотимовые; гидротермальные полиметаллические месторождения с монацитом :20 Томский политехнический университет 32

33 Мировые запасы РЗЭ Мировые запасы РЗЭ :20 Томский политехнический университет 33 Страна Разведанные запасы, м. м. т. Разведанные запасы, м. м. т. 2 Доля от общемировых запасов, % США 14,09,3 Китай 89,059,3 Россия ( СНГ )21,014 Австралия 5,83,9 Индия 1,31 Прочие страны 2312,5 Общемировые запасы Источник : U.S. Department of the Interior, Mineral Commodity Summaries, USGS, м. м. т. – миллион митрических тонн

34 Технология получения редкоземельных элементов Лекция 1. Редкоземельные элементы. Свойства, применение, нахождение в природе. Национальный исследовательский Томский политехнический университет Физико - технический институт Кафедра ХТРЭ Доцент кафедры Оствальд Р.В.