Учёные из Ведущего научно-исследовательского института химической технологии (АО «ВНИИХТ», предприятие научного дивизиона «Росатома») разработали новый способ получения лигатур.
Что такое лигатура
Сплав из двух и более компонентов, предназначенный для введения в жидкий металл тугоплавких, либо сильно отличающихся по плотности от основы сплава элементов. Легирование с помощью лигатур даёт более стабильные результаты в случае необходимости внесения малых концентраций легирующих элементов благодаря лёгкости дозирования или при введении в сплав легко окисляющихся или летучих при высоких температурах элементов.
При этом себестоимость производства будет значительно ниже имеющихся аналогов. Изобретение позволит значительно удешевить получение редкоземельных лигатур и снизить зависимость от импорта редкоземельных металлов (РЗМ), в первую очередь — от поставок из Китая.
Специалисты впервые в России применили метод электролиза оксидов редкоземельных элементов как чистых редкоземельных металлов, так и их смесей. Это сплав из двух и более компонентов, предназначенный для добавления в жидкий металл с целью придания ему определённых свойств РЗМ для производства мощных постоянных магнитов. Благодаря этому в 2022 году учёные получат магнитный материал в виде компактных слитков. Технология универсальная и позволит производить лигатуры на основе доступных редкоземельных металлов — лантана (La), самария (Sm), церия (Ce), празеодима (Pr), неодима (Nd) и других.
При новой технологии лигатуры добавляются к железу или кобальту, после чего слитки намагничиваются определённым образом. На выходе магниты, получаемые с помощью лигатур РЗМ, отличаются компактностью и мощностью и будут применяться в первую очередь в ветроэнергетике при строительстве ветрогенераторов. Кроме того, они необходимы для производства двигателей для электромобилей.
Китай в течение десятилетий доминирует в производстве редкоземельных металлов благодаря богатым залежам, а в последние годы — и в потреблении
Россия — обладательница около 10,3% залежей мирового запаса металлов этой группы. Страна находится на четвёртом месте после Китая (37,9%), Вьетнама (18,9%) и Бразилии (18,1%). Китай, к слову, монополист, там контролируется около 95% рынка редкоземельных металлов. В России почти нет потребителей редкоземельных металлов, и вся продукция идёт на экспорт. Следует отметить, что устойчивый внутренний спрос на них обеспечивают инновационные отрасли промышленности.
РЗМ — это 17 элементов, которые используются в разных отраслях. Своё общее название они получили в связи с тем, что, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде окислы. В состав группы редкоземельных металлов входят элементы двух подсемейств: цериевого (лёгкие — La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (тяжёлые — Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Несмотря на повсеместную распространённость редкоземельных элементов, их концентрации в земной коре достаточно низкие.
Месторождений, характеризующихся высокой концентрацией редкоземельных элементов, позволяющих вести экономически эффективную добычу, чрезвычайно мало. Крупнейшие производители у нас — Ловозерский ГОК и Соликамский магниевый завод (СМЗ). В лопаритовых рудах Ловозерского месторождения содержание РЗМ достигает 1,12%. Извлечение редкоземельных металлов осуществляется попутно с титаном, танталом и ниобием. Продукция Соликамского магниевого завода отличается высоким качеством и востребована на мировом рынке. Но проблемы известны: малое содержание металла в рудах, повышенная радиоактивность, сложности с добычей и извлечением руды. Плюс, а точнее минус отрасли, — это дорогая логистика. В результате добывать редкоземельные металлы зачастую оказывается экономически нецелесообразно.
Поэтому, если учёные из ВНИИХТ действительно нашли дешёвый способ получения металлических лигатур с нужными концентрациями РЗМ, это, конечно, снизит зависимость от импорта РЗМ из Китая. Главное сейчас масштабировать технологию для промышленных масштабов.
Напомним, что накануне правительство России утвердило новый перечень стратегического минерального сырья, включив в него, в частности, и редкоземельные металлы. В обновлённый список внесены иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций.
