«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Редки ли «редкие элементы»?

XX век, ставший веком невиданного развития физики, химии и техники, потребовал применения новых материалов и новых элементов. Уран для ядерных реакторов; литий для термоядерных реакций; вольфрам, молибден, цирконий, титан для производства жаропрочных, кислотоупорных и сверхпрочных сплавов; цирконий, бериллий, церий, лантан, тантал, ниобий для производства ракет, атомных реакторов, электронных приборов.

Наш XX век — это век не только завоевания космоса, развития ядерной энергии, электроники, но и век освоения и использования в технике почти всех элементов менделеевской таблицы — от водорода до урана. Вот тогда-то и пошли в ход ранее не применявшиеся элементы с необычными свойствами, элементы, которые по странному недоразумению всего 100 лет назад были названы «редкими».

Название «редкие» вовсе не соответствует содержанию этих элементов в земной коре. Кладовая Земли богата многими из них даже в большей степени, чем обычными, например свинцом, серебром, оловом. Скорее под этим названием подразумевалась редкая применимость, но сейчас оно безнадежно устарело. И все же руды редких элементов слишком бедны, чтобы их можно было сразу направлять металлургам. Некоторые из них, например руды тантала, ниобия, лантана, бериллия, урана, тория, содержат сотые доли процента этих металлов. Поэтому переработка руд редких элементов тоже начинается с обогащения.

Иногда использование определенных редких элементов обусловлено не только их полезными свойствами, но и возможностью их попутного получения при добыче более распространенных элементов.

Хотя апатит добывается из массивов щелочных пород как фосфорное сырье, в нем содержится значительное количество редких земель и стронция. Из нефелина апатит-нефелиновых руд можно получать глинозем, галлий, литий, рубидий и цезий. Открытие германия в магнетитах метаморфизованных осадочно-эффузивных месторождений и разработка технологии его извлечения из шлаков при плавке железных руд коренным образом изменяют состояние сырьевой базы этого, элемента. Обнаружение в халькопирите и борните медистых песчаников рения, заключенного главным образом в форме мельчайших включений джезказганита, изменяет установившиеся представления об источниках его получения. Выявлены весьма высокие (до 10 %) содержания ртути в некоторых сфалеритах, считавшихся основным источником цинка, а также кадмия, индия и германия. Высокая концентрация таллия обнаружена в некоторых сульфосолях свинца (геокронит, менегинит), известны золотоносные пириты и магнетиты, в которых золото можно обнаружить только с помощью микроанализатора или электронного микроскопа.

Первым практическим использованием редких элементов (еще в средние века) является применение висмута как антисептика в медицине и солей стронция в фейерверках. В начале нашего века в небольших количествах производились молибден, вольфрам, тантал, селен, литий и кадмий. Гафний и рений еще даже не были открыты. Рост потребления лития и стронция был связан с изготовлением трассирующих пуль и осветительных ракет. Стали, легированные вольфрамом, молибденом, ванадием, широко использовались в военной технике. Впервые из стали, содержащей цирконий, была отлита знаменитая дальнобойная немецкая пушка «Большая Берта». Сплавы с ниобием и танталом стали основой авиационных газотурбинных двигателей. Для самолетостроения с 1942 г. стали применять бериллиевые бронзы. Для производства первых атомных бомб, кроме урана, были необходимы бериллий, кадмий и тантал.

Научно-техническая революция, начало которой относят к 50-м годам XX в., тесно связана с освоением редких элементов. За каких-нибудь 20–30 лет было освоено производство почти всех элементов таблицы Менделеева. Редкие металлы стали компонентами различных специальных сталей и сплавов, потребителями которых явились ядерная техника, в том числе производство атомного и термоядерного оружия, атомная энергетика, электроника, особенно полупроводниковая, авиационная и ракетно-космическая техника.

С редких элементов слетел покров таинственности и экзотичности. Они обнаружили множество уникальных свойств не только в виде добавок как «витаминов» металлургии, но и в самостоятельном обличье, особенно в чистом и сверхчистом состоянии. Некоторые свойства редких элементов уникальны и пока недостижимы никакими заменителями. Незаменимы иттрий и европий в цветном телевидении, лантаниды в люминофорах, литий в химических источниках тока и термояде, ниобий, тантал, ванадий, германий и галлий в сверхпроводниках, рений, ванадий, титан как катализаторы химических производств, ванадий, кадмий, стронций, кобальт, висмут, лантаниды, иттрий, скандий в магнитных материалах. Без редких элементов невозможно создание электронно-вычислительных машин, радиоэлектронных устройств, лазеров, оптической электроники, сегнетоэлектриков, пьезоэлектрических кристаллов, атомной и ракетной техники.