Редкие и рассеянные металлы


Cреди разнообразных богатств, которые хранят в себе недра Земли, особенное значение имеют редкие и рассеянные металлы. Исключительная ценность редких металлов определяется тем, что они обладают такими свойствами, которые позволяют использовать их в очень важных областях промышленности, науки и техники.

По принятой в металлургии условной классификации редкие металлы разделены на следующие группы:

I. Группа тугоплавких редких металлов, куда относятся бериллий, ванадий, титан, цирконий, молибден, тантал, ниобий и вольфрам.

II. Группа легкоплавких редких металлов включает литий, рубидий и цезий.

III. Группа рассеянных редких металлов, объединяющая рений, гафний, германий, таллий, теллур, селен, индий, галлий.

IV. Группа редкоземельных редких металлов: скандий, иттрий, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций.

V. Группа радиоактивных редких металлов объединяет уран, радий, торий и др.

Для изготовления электронной лампы требуются редкие металлы: 1 —на сетку идет молибден; 2 — анод сделан из тантала, ниобия, молибдена и циркония; з — катод — из вольфрама; применяются такшо барий, магний и другие редкие металлы.
Для изготовления электронной лампы требуются редкие металлы: 1 —на сетку идет молибден; 2 — анод сделан из тантала, ниобия, молибдена и циркония; з — катод — из вольфрама; применяются такшо барий, магний и другие редкие металлы.

Большинство редких и рассеянных металлов в земной коре содержится в очень незначительных количествах, порядка тысячных долей процента (исключение составляют титан, ванадий, литий, бериллий и некоторые другие). Находясь в таких незначительных количествах, эти металлы весьма редко образуют промышленные скопления; трудность освоения редких металлов и состоит в том, что для них характерно рассеянное состояние в земной коре; только немногие из них образуют собственные минералы (вольфрам, ванадий, молибден, литий, бериллий и др.).

Хотя селен, теллур, таллий, германий и образуют минералы, но они в природе очень редки. Характерно низкое содержание редких металлов в минералах, из которых их приходится извлекать для промышленного использования.

Это значит, что руды редких металлов надо еще так обработать (как говорят — обогатить), чтобы содержание в них этих металлов увеличилось в 100-200 раз.

Руды редких металлов имеют обычно сложный состав, они часто содержат по нескольку весьма ценных для промышленности металлов и поэтому их надо извлекать комплексно, все вместе, а затем уже разделять. Это дело очень сложное, требующее знания всех физических и химических свойств и особенностей каждого металла. Чаще всего редкие металлы извлекаются попутно при разработке месторождений тех металлов, которые сконцентрированы в большом количестве. Так, селен и теллур могут содержаться в халькопирите (CuFeS2), а индий, галлий, таллий и германий — в сфалерите (ZnS). Первые металлы добывают попутно с получением меди, вторые также попутно при извлечении из руды цинка.

Редкие металлы известны с середины XIX и начала XX вв. В исследовании их свойств большую роль сыграла Периодическая система химических элементов, созданная великим русским химиком Д. И. Менделеевым. Она позволила предсказать свойства некоторых неизвестных в то время металлов (галлия, германия, скандия) и способствовала тем самым их открытию.

Исследованиями распространенности редких металлов в земной коре занимались у нас такие крупные ученые, как академики В. И. Вернадский и А. Е. Ферсман.

Освоение редких металлов стало возможным только в результате огромных успехов науки и техники в XX в. В свою очередь, ценные свойства редких металлов способствовали многим интересным открытиям в области физики и химии. Следует иметь в виду, что ряд металлов, объединяемых в группу редких, сейчас имеет настолько широкое и разнообразное применение, что редкими их называют условно. Это прежде всего относится к группе тугоплавких редких металлов (титан, ванадий, вольфрам и др.).

Свойства редких и рассеянных металлов очень разнообразны и необычайно ценны.

В группу редких металлов входят, например, самый легкий из всех известных на Земле металлов — литий и самый тяжелый — уран, самый легкоплавкий — цезий и самый тугоплавкий — вольфрам. Ценные свойства всех редких металлов с каждым годом используются все шире и разнообразнее, и в этом отношении с ними очень трудно соперничать многим металлам других групп, издавна используемым человеком.

Наиболее широко редкие металлы используются в металлургии для получения сплавов, обладающих ценными качествами.

Редкие металлы называют «витаминами» сплавов, их преобразователями. И действительно, добавление редких металлов к стали и другим металлам придает им новые свойства: устойчивость при высоких температурах, упругость, прочность, электропроводность и т. п.

Многие редкие металлы используются в приборостроении, радиотехнике, при автоматизации процессов производства. В этих областях применение редких металлов основано на явлении, называемом фотоэффектом (возникновение электрического тока в результате действия света).

Приборы, в которых осуществляется это явление, носят название фотоэлементов. Фотоэффектом обладают металлы цезий, селен, рубидий.

Фотоэлементы уже сейчас используются в очень многих областях. В будущем они будут применяться еще шире.

Ведь человек с давних пор мечтает непосредственно использовать световую энергию Солнца для своих нужд. Одной из возможностей этого может явиться создание мощной фотоэлектрической машины, основной частью которой будет фотоэлемент из цезия или селена. Фотоэлемент превратит солнечную световую энергию в электрическую, и тогда человечество получит неиссякаемый дешевый источник энергии.