ТОРМОЗА ПРОГРЕССА: ТЕХНОЛОГИЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ |
|
В современном мобильном телефоне содержится, ни много ни мало, сорок различных металлов. 20 лет назад в телефонном аппарате их могло быть всего два – медь и железо. Арифмометры и пишущие машинки в прошлом веке делали целиком из ванадиевой стали, а в современном домашнем компьютере содержится уже 60 различных металлов. Некоторые эксперты считают, что дефицит так называемых технологичных металлов наступит раньше, чем последняя капля нефти сгорит в двигателе автомобиля
 |
|
 |
Мировое производство технологичных металлов (в год)
|
 |
Без единого гвоздя
|
 |
Будущее электромобилей зависит от добычи лития и лантана
|
|
|
Термин «технологичные металлы» ввел в обиход знаменитый американский аналитик рынка металлов Джек Лифтон. К этой группе относятся несколько десятков элементов периодической системы 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 обладают выдающимися свойствами и критически важны для наиболее наукоемких отраслей экономики. Понятие «критически важный» означает невозможность полноценной замены данного материала каким-либо другим без серьезных ухудшений свойств конечного продукта. Для каждой отдельной отрасли имеется свой перечень ключевых элементов. Так, например, для автоиндустрии это родий, палладий, платина, ванадий, неодим и лантан. Без германия, галлия, индия и европия невозможно представить производство полупроводников, волоконной оптики и электроники. Литий становится критически важным для индустрии компактных источников тока. Ниобий, молибден, вольфрам, тантал и рений применяются для создания специальных сталей и сверхтвердых сплавов. Изготовление высокоточной оптики немыслимо без лантана и полировального компаунда на основе оксида церия. Теллур, индий, галлий и селен незаменимы в солнечной энергетике. Без титана и рения ни один реактивный самолет не поднимется в небо. Список можно продолжать бесконечно долго, и с каждым годом он становится все длиннее.
Некоторые технологичные металлы имеют собственную рудную
базу. Однако многие из них на сегодняшний день выгоднее получать в качестве
попутных продуктов базовых металлов. Более того, есть отдельная группа
металлов, которые являются попутными продуктами второго уровня. К примеру, в
мире нет ни одного месторождения кобальта, галлия, индия, родия, германия,
селена, теллура или рения. Их источниками служат медные, алюминиевые, цинковые
и железные руды. Содержание попутных металлов в различных рудах может
отличаться на порядки, и поэтому количественный выход продукта прогнозировать
очень трудно. Даже если вы точно знаете, сколько в мире добыто меди, то это не
означает, что можно точно рассчитать тоннаж попутного молибдена, а тем более
рения, получаемого в свою очередь из молибденовых руд. Неэффективные или,
напротив, передовые технологии производства базовых металлов зачастую приводят
к потере драгоценных примесей.
Прожигаем платину
В 2008 году авторитетный эксперт Айвэн Херринг опубликовал
список критически важных металлов для мировой экономики. Он состоит всего из
пяти позиций: родий, молибден, платина, литий и группа редкоземельных металлов.
Среди них только молибден и родий являются попутными продуктами производства
базовых металлов. Остальные же имеют собственную рудную базу. Но это не
означает, что все проблемы с поставками решены. Пожалуй, лишь молибден не
доставляет головной боли технологическим компаниям. Спрос на него перекрывается
предложением, и при необходимости оно может быть быстро увеличено. Остальные
металлы по разным причинам входят в группу риска.
Наиболее острая ситуация складывается с родием и платиной.
Эти два металла в природе встречаются только вместе. Мировое производство
родия, стоимость которого равна фантастическим $9000 за тройскую унцию (чуть
больше 31 г), составляет примерно 50 т в год и практически достигло пика.
Новых месторождений нет, а крупнейшие в мире шахты по добыче металлов
платиновой группы в районе рифа Меренского в Южной Африке работают на
пределе возможностей. Каждый современный автомобиль оснащается катализатором, в
котором содержатся родий и платина. Количество автомобилей растет, и, по
оценкам экспертов, к 2015 году мировой автопарк удвоится, а следовательно,
удвоится и спрос на родий. Рециклинг родия и платины невозможен, так как в
катализаторах они просто выгорают. Многочисленные попытки ученых создать
заменители для родия и платины пока не дали результата.
Казалось бы, постепенная электрификация автотранспорта
должна привести к уменьшению количества автомобилей с катализаторами. Однако
истинность громких заявлений автокомпаний о скором начале массового
производства электромобилей вызывает сомнения. Альтернативная автоиндустрия
сидит на таком же коротком металлическом поводке, что и остальной хайтек.
Материал, из которого выкован поводок, называется 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 крупнейшее в мире месторождение редкоземельных металлов. Суммарное
количество редкоземов, добываемое в Байян-Обо, составляет 125 000 т
в год, в том числе 20 000 т неодима и 40 000 т лантана.
Хранители энергии
Чтобы усомниться в скорой экспансии электромобилей и
гибридов, достаточно взглянуть на никель-металлогидридную батарею Toyota Prius.
Аккумулятор последнего поколения содержит минимум 12 кг лантана, 30 кг никеля и
2 кг кобальта. Аккумулятор новейшего гибрида Honda Insight состоит из тех же
материалов в тех же пропорциях. Toyota и Honda, два наиболее эффективных
автопроизводителя в мире, заявляют, что к 2012 году 10% всех производимых
ими автомобилей будут гибридными. К 2015 году доля гибридов должна вырасти до
25%. Кроме того, на свой кусок гибридного пирога претендуют General Motors, Ford
и многие другие компании, включая китайские. Однако уже в текущем году
спрос японских компаний может превысить мировое предложение лантана.
Предусмотрительные японцы в течение последнего десятилетия целенаправленно
создавали у себя складские запасы редкоземельных металлов и, как считает Джек
Лифтон, за счет этого могут работать автономно не менее двух лет.
Что же делать дальше? В краткосрочной перспективе рециклинг
батарей не поможет. Никель-металлогидридные батареи потрясающе долговечны: с
1999 года Toyota продала уже более миллиона гибридов, но аккумуляторы этих
автомобилей работают до сих пор практически без нареканий. Автомобили имеют
спрос на вторичном рынке, а значит, батарей для переработки просто нет. Даже
если Китай удвоит производство лантана к 2015 году, то западным компаниям не
следует рассчитывать на рост предложения: к этому времени весь лантан будет
потребляться внутри Китая. В расчетах не учитываются потребности в этом металле
со стороны предприятий нефтеперерабатывающего комплекса – а между тем лантан
служит катализатором для крекинга нефти. Альтернатива китайским поставкам есть:
богатейшее месторождение Маунтин-Пасс в горах пустыни Мохаве (США),
австралийские Дуббо и Арафура, перспективные районы в Канаде и Центральной
Африке. Но для наращивания существующих мощностей нужно не менее десяти лет.
На сегодняшний день 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 больнице. Толщина земной коры составляет 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.
Крупнейшее месторождение лития расположено вдалеке от
цивилизации, в Боливии. 73 млн тонн карбоната лития, или 55% разведанных
извлекаемых запасов, щедрой рукой матушки-природы рассыпаны на площади 12 000 км2
соляной пустыни – солончака Уюни. Производство представляет собой простое
выпаривание материала из водного раствора под лучами солнца в течение полутора
лет. Строительство обогатительных фабрик не имеет смысла, так как при этом цена
конечного продукта становится запредельной. Правительство страны рассматривает
солончак Уюни и литий как единственный шанс вырваться из кромешной нищеты и
требует от всех потенциальных инвесторов создания полного цикла производства
внутри Боливии. Литий сможет покидать пределы этой страны только в виде
литий-ионных аккумуляторов, установленных на готовые электромобили или гибриды.
Пока все, что связано с литием, является делом отдаленной перспективы. Нынешний
спрос на металл полностью обеспечен предложением. Годовая добыча его составляет
25 000 т, из которых почти половину дает чилийское месторождение.
Высокая стоимость аккумуляторов и довольно «сырая» технология делают подобные
источники энергии неконкурентоспособными в сравнении с никель-металлогидридными
аналогами. Тем не менее будущее, несомненно, за литием.
Городские шахты
В последнее время одним из ценнейших источников
технологических металлов становятся так называемые городские шахты – лом
электронных приборов, мобильных телефонов, компьютеров, автомобилей. К примеру,
мировая добыча первичного германия, используемого в качестве катализатора для
синтеза PET-пластмасс и изготовления оптического волокна, составляет примерно
100 т. Еще 35 т в год дает вторичная переработка лома электронных
приборов. Более 80% спроса на индий формируется за счет предприятий,
выпускающих ЖК-мониторы, плазменные телевизоры и светодиоды. Еще 11%
используется для производства специальных сплавов. При этом мировая добыча
первичного индия составляет лишь 50% рыночного предложения, или примерно 500 т.
Остальная половина – вторичный металл, получаемый при переработке лома.
В ближайшее время эксперты прогнозируют резкий рост спроса
на галлий в Японии, Корее и Китае. Дело в том, что в промышленности
полупроводников назревает вторая технологическая революция благодаря открытию
уникальных электрохимических свойств арсенида галлия. Алюминиевое производство –
это единственный источник первичного галлия, однако содержание металла в
бокситах настолько ничтожно, что годовая добыча галлия не превышает 100–120 т
из 39 млн тонн выплавленного алюминия. Доля вторичного галлия на рынке
достигает 50%.
Если прорывные технологии будут появляться на свет такими
темпами, то вполне возможно, что купленный сегодня компьютер с годами будет
расти в цене, как хорошее вино. Это, конечно же, шутка, однако в ней есть
немалая доля правды.
Май 2009
Автор: Владимир Санников
|
|
|
|
|
|
|
Магнетизм неодима
Неодим называют двигателем мирового хайтека. С тех пор как в
1984 году специалисты компаний Sumitomo и General Motors создали революционный
сплав для изготовления постоянных магнитов, спрос на неодим и неодимовые смеси
постоянно растет. Неодим, как ниндзя, повсюду вокруг нас. Он содержится
практически во всех приборах, в конструкцию которых входят электродвигатель или
постоянный магнит. Электродвигатели будущих электромобилей и нынешних гибридов
немыслимы без неодима. 20 000 т китайского металла – это практически вся
мировая добыча. На сотни тысяч новых машин с электромоторами неодима не хватит.
Его заменителя самария – тоже. Даже если использовать более дешевые неодимовые
смеси с другими редкоземами (мишметаллы), дефицит сырья будет достигать 15 000
т уже к 2015 году. Стоит вспомнить и о масштабных планах по развитию
ветроэнергетики: для постройки мегаваттного ветрогенератора требуется 1 т
неодима, а ведь таких установок нужны 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
неодима и лантана в этих местах была прекращена из-за китайского демпинга, но
сейчас спрос толкает цены вверх и производство вновь становится рентабельным.
Но еще более прибыльным бизнесом оказывается вторичная переработка
электроприборов, содержащих неодим. По оценке Джека Лифтона, рециклинг неодима
к 2015 году сможет удовлетворить до 30% спроса на металл.
|
|
|
|
|
|
Курильский попутчик
Большие проблемы ожидают мировой хайтек с малыми попутными
металлами и попутными металлами второго уровня. Ловля микроскопических примесей
в шламах и газах при производстве базовых 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, необходимо сначала переработать до миллиона тонн
медной руды. Рений содержится и в молибденовых рудах, но в ничтожных
количествах. В итоге годовое производство этого уникального металла составляет
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 базовых металлов составляют 10–12
тысяч тонн. Впрочем, рений можно добывать практически открытым способом. На
острове Итуруп многие десятилетия дышит вулкан Кудрявый. Он извергает в
атмосферу каждые сутки 30 000 т вулканических газов с содержанием рения до 2,5
г на тонну. Если бы мы сумели принять этот подарок природы, то Курилы стали бы
крупнейшим в мире естественным месторождением рения и давали бы до 20 т металла
в год.
|
|
Зарегистрируйтесь сейчас и получите 100 баллов себе на счет!
А разместив ссылку на этот материал Вы получите дополнительные баллы за каждый переход по ней.
Подробнее об условиях акции читайте в правилах.
|
|
| ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ |
СПЕКТРОФОН
Будущим смартфонам
Миниатюрные спектрометры могут интегрироваться в смартфоны и открыть новую сферу полезных ...
21/05/12  9
|
|
БЕЛКИ ЖИРОВ
Управляемые растения
Ученые обнаружили и исследовали три белка, контролирующие вид и количество масел, синтезир...
21/05/12 4
|
|
ПО СВЕЖИМ СЛЕДАМ
Новый метод в арсенале следователей
Новая технология позволит судмедэкспертам обнаруживать следы выстрела на стрелке прямо на ...
18/05/12 9
|
|
НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ
4-17 мая 2012 г.
С Байконура к МКС отправился новый экипаж. Успешные старты в США, Китае и Французской Гвиа...
18/05/12 5
|
|
|
ReadMe
|
|
|
|
МАГАЗИН ПМ
4
