Мировой ажиотаж вокруг редкоземельных металлов: какие суперспособности превратили их в новое «золото»

Доля потребления редких и редкоземельных металлов, а значит и спрос на них, нынче кратно возрастает. Фото: TSViPhoto/Shutterstock/Fotodom

Чем вызван мировой ажиотаж вокруг редкоземельных металлов (РЗМ)? Какие РЗМ нужны для перспективных материалов и как их получить? Какие конкурентные преимущества есть у России?

Эти темы в программе «Время науки» на Радио “Комсомольская правда” (97,2 FM) обсуждали:

- радиожурналист Мария Баченина,

- академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики.

- и их гость - химик-технолог Андрей Вошкин, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе, а также заведующий лабораторией теоретических основ химической технологии, руководитель Инжинирингового центра «Технологии замкнутого цикла» Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН.

Академик РАН Александр Сергеев, радиожурналист Мария Баченина и гость радиоэфира - доктор технических наук, профессор, химик-технолог Андрей Вошкин

Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП

В ЧЕМ УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА “ВИТАМИНОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ”?

Мария Баченина:

- Андрей Алексеевич, расскажите, а с чего возник этот ажиотаж вокруг редкоземельных металлов? Почему они не дают покоя сильным мира сего, начиная от Трампа, заканчивая китайскими товарищами?

Андрей Вошкин:

- Если мы посмотрим на мир вокруг, то увидим, что доля потребления редких и редкоземельных металлов кратно возрастает. В начале прошлого века академик Александр Евгеньевич Ферсман образно назвал редкоземельные металлы витаминами промышленности. Александр Ферсман - это великий минералог, один из основателей геохимии. Наше движение на Кольском полуострове по редким и редкоземельным металлам – это его заслуга. По мере того, как развивается современная техника и технологии, промышленности требуется все больше и больше редкоземельных металлов. Посмотрите, у нас сейчас огромное количество электротранспорта – электромобили, электробусы. Практически в каждой из этих машин в значительных количествах присутствуют материалы на основе редкоземельных металлов.

Александр Сергеев:

- Вы имеете в виду магниты?

Андрей Вошкин:

- Да, в основном магниты. Наиболее распространены неодим-железо-бор и самарий–кобальтовые магниты. И ключевыми металлами в этих функциональных материалах являются редкоземельные металлы.

Александр Сергеев:

- А почему именно самарий и неодим так важны для этих новых магнитов?

Андрей Вошкин:

- Это связано с магнитными свойствами редкоземельных металлов. Уникальными их делает строение электронных оболочек, которые определяют физические и химические свойства.

Александр Сергеев:

- Давайте поясним для нашей аудитории, что такое редкоземельные металлы, сколько их вообще?

Андрей Вошкин:

- Редкоземельные металлы – это лантаноиды (семейство из 15 химических элементов - Ред), плюс иттрий и скандий. Всего 17 металлов.

Руководитель Инжинирингового центра «Технологии замкнутого цикла» Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН профессор Андрей Вошкин

Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП

Александр Сергеев:

- А что их выделяет с точки зрения химических свойств?

Андрей Вошкин:

- Следует отметить, что их химические свойства во многом близки, из-за чего их весьма сложно отделить друг от друга. Редкоземельные металлы можно разделить на три группы - легкие, средние и тяжелые. Благодаря своим уникальным свойствам они находят применение в таких областях, как катализ, магнитные материалы, люминофоры и многих других наукоемких материалах. Например, их люминесцентные свойства применяются в лазерах, медицинских сканерах и энергосберегающих экранах - тех самых LED-дисплеях, которые сейчас светят в каждом гаджете, мониторе или телевизоре.

ПО РАЗВЕДАННЫМ ЗАПАСАМ РОССИЯ НА ВТОРОМ МЕСТЕ В МИРЕ

Мария Баченина:

- А откуда бешенная востребованность редкоземельных металлов? Я понимаю, чипы, магниты, электротранспорт - но это все-таки нишевые вещи.

Андрей Вошкин:

- А вы посчитайте, сколько вокруг вас гаджетов, которые обеспечивают вашу повседневную жизнь. Мы сейчас сидим в студии: тут плазма, телефон и наушники…

Мария Баченина:

- И в наушниках они тоже есть?

Андрей Вошкин:

- Конечно. Сферы применения РЗМ огромны, поэтому спрос на них сейчас очень высокий. Причина ажиотажа в том, что потребность в редкоземельных металлах уже перешла из формата “витамина” для промышленности в формат основного элемента питания.

Александр Сергеев:

- Сколько сейчас в мире рынок съедает редкоземельных металлов?

Андрей Вошкин:

- Мировой объём потребления редкоземельных металлов составляет более 400 тыс. тонн. Российский рынок съедает мало, порядка 1 процента. И в этом ключевая проблема.

Александр Сергеев:

- А мировой рынок? Китай сейчас доминирует, наверное, больше половины производства РЗМ сосредоточено у них.

Андрей Вошкин:

- Думаю, даже больше. Но по разведанным запасам Российская Федерация находится сейчас на втором месте.

Александр Сергеев:

- У нас есть Томтор – это крупнейшее месторождение в Якутии, которое постоянно приводится в качестве примера несметных богатств, которыми располагает Россия. Но, поскольку Томтор расположен в труднодосягаемых районах, а там ни дорог, ни прочей инфраструктуры, то с освоением этого месторождения возникают вопросы.

Андрей Вошкин:

- Почему такой большой интерес к Томтору? Потому что там очень много редкоземельных металлов средней и тяжелой группы - то есть магниты и люминофоры, а это самое интересное. Но вы абсолютно правы, средства, которые необходимо вложить, чтобы извлекать и перерабатывать РЗМ, пока экономически не целесообразны. Сейчас в Российской Федерации есть другие месторождения, которые позволяют обеспечить потребность в редкоземельных металлах.

Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП

КАКИЕ КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕТВА ЕСТЬ У РОССИИ?

Александр Сергеев:

- Тут еще вопрос: как выходить на мировой рынок, и как конкурировать с тем, что продает Китай? Вроде месторождения есть, а внутренняя потребность нашей страны невелика. Чтобы войти в мировой рынок, нужно придумать какое-то интересное и необычное решение. Как мы можем здесь продвинуться?

Андрей Вошкин:

- Необходимо построение двух цепочек – продуктовой и научно-технологической. Это как раз является основной миссией Международного конгресса по редким металлам, материалам и технологиям РЕДМЕТ 2026, который открывается сегодня в Москве.

Во-первых, необходимо преодолеть разрыв в производственной цепочке: добыча руды - получение металла - создание материалов и изделий. Мы долгое время получали концентрат, который уходил на переработку за рубеж, и возвращался к нам в виде уже готовых изделий с высокой добавленной стоимостью. И второе - это развитие новых высокоэффективных технологий, как в части добычи, извлечения и разделения РЗМ, так и создания новых материалов и продуктов. Без привлечения академической науки разработать высокоэффективные технологии извлечения, разделения и очистки РЗМ, а также широкую линейку современных материалов с принципиально новыми свойствами не представляется возможным. Основная цель конгресса – консолидация усилий ученых, промышленности и государства.

Мария Баченина:

- Мы же можем посмотреть на Китай и перенять их опыт? Редкоземельные металлы они же одинаковы, что у них, что у нас?

Андрей Вошкин:

- Мы говорим не только о создании принципиально новых материалов на основе РЗМ, например, такие работы активно ведутся в Институте общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, но и о повышении технических характеристик тех материалов, которые уже используют редкие и редкоземельные металлы. Так, насколько мы можем расширить возможности источников тока? Взять например аккумуляторы - даже за последние 10 лет виден большой прогресс. Их эффективность повышается: выше плотность энергии, емкость и число циклов заряд-разряд. За счет чего это происходит? За счет использования новых решений в области материаловедения. Подобные решения должны быть поставлены на поток, если мы хотим конкурировать на мировом рынке.

Александр Сергеев:

- А что делает инжиниринговый центр, который вы возглавляете, для нашего суверенного хозяйства редкоземельных металлов?

Андрей Вошкин:

- Задача для центра была сформулирована четко - это переход от научных исследований к внедрению. По сути, это масштабирование технологий, движение по ступеням уровней готовности технологий от фундаментальной науки до внедрения.

Александр Сергеев:

- То есть вы получили возможность закупить какое-то новое оборудование?

Андрей Вошкин:

- Да. Нам выделено в рамках гранта Минобрнауки России 250 миллионов рублей. Эти средства используются для оснащения центра, подготовки кадров и закупки оборудования. Проходя через центр результаты научных исследований будут превращаться в технологии для реального сектора экономики.

Андрей Вошкин: "Причина ажиотажа вокруг редкоземельных металлов в том, что потребность в них уже перешла из формата “витамина” для промышленности в формат основного элемента питания"

Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП

ГДЕ НАЙТИ ЗАМЕНУ ВОДЫ?

Александр Сергеев:

- Вы один из ведущих специалистов в области экстракции (извлечения этих «витаминов» из различного сырья – Ред). Куда двигается эта наука, к чему мы хотим прийти?

Андрей Вошкин:

- Главная задача завтрашнего дня - получить чистый металл. Это может быть оксид, может быть соль - не важно, ключевое слово здесь “чистый”. Или даже “особо чистый”, когда процентное содержание металла – несколько девяток после запятой.

Мария Баченина:

- Это как проба на золоте.

Андрей Вошкин:

- Вы абсолютно правы. Главная борьба сейчас идет именно за чистоту металла. Почему? Такова конъюнктура рынка. Например, стоимость особо чистого неодима, который используется в постоянных магнитах, и содержание которого достигает 99,99 процентов и выше растет значительно быстрее, потому что потребность в нем весьма велика. А если мы переходим к микроэлектронике, то на уровне наноразмерных эффектов и таких объектов, как атомные слои, концентрация примесей должна быть ничтожно малой.

Для меня как ученого и технолога задача завтрашнего дня - создание центра технологий получения чистых и особо чистых веществ химической и изотопной чистоты. Потому что это направление имеет совершенно очевидную перспективу.

Александр Сергеев:

- Ваше новое направление - это глубокие эвтектические растворители, которые применяются для извлечения из минерального и техногенного сырья наших с вами РЗМ. Что это такое вообще?

Андрей Вошкин:

- Идея на самом деле очень красивая. Одно из самых больших богатств нашей планеты - это вода. И, конечно, люди задумывались о том, как сократить использование воды в различных технологических процессах. Например, минимизировать использование воды как растворителя и перейти на другие решения. Что такое глубокий эвтектический растворитель? Это растворитель, который возникает при смешивании двух веществ, которые в обычном состоянии (нормальном атмосферном давлении и температуре) являются твердыми. Допустим, если взять холин хлорид и мочевину, смешать, нагреть, а затем охладить - то вы получите жидкость в нормальных условиях.

Александр Сергеев:

- То есть смешение двух твердых веществ приводит к тому, что эта смесь превращается в жидкость?

Андрей Вошкин:

- Да. Решение интересное, оно было предложено примерно лет 20 назад, и дальше начался просто шквал исследований по поиску этих эвтектик. Ученые во всем мире стали смешивать различные пары и искать, где можно найти растворитель. Где эти смеси применяются? Для извлечения полезных веществ из сырья. Сначала эти жидкости выступали в качестве заменителя воды, в последние годы разрабатываются глубокие эвтектические растворители, которые могут заменить органические растворители, в частности, керосин и толуол. Наши исследования по разработке и применению функциональных эвтектических растворителей, например, для переработки источников тока и магнитов - это работы на самом передовом крае науки…

Александр Сергеев:

- Возможно, это та технология, которая выстрелит на мировом рынке, если ее довести до ума?

Андрей Вошкин:

- Мы работаем над этим.

Мария Баченина:

- «Доведение до ума» сколько требует времени? Через сколько лет при хорошем раскладе Россия выйдет в конкуренты Китаю?

Андрей Вошкин:

- Тот фундамент знаний и набор технологических решений, которые есть у российских специалистов не уступают китайским разработкам. Другое дело, есть вопрос рынка, запуска этих решений в производство, создание продуктовых цепочек.

ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРЕВРАТИТСЯ В ЗОЛОТУЮ ЖИЛУ?

Александр Сергеев:

- Андрей Алексеевич, что мы все время про Китай да про Китай? На вашем конгрессе будет много ученых, технологов и даже бизнесменов из Индии. А это в будущем тоже огромный рынок, и темпы развития экономики в Индии сейчас очень высокие. Все, что связано с редкоземельными металлами, Индию тоже очень интересует. С Китаем не все так просто, причем не в силу политических вопросов - просто они монополизировали это направление, и как к ним сунешься? А вот Индии мы можем оказаться нужнее.

Андрей Вошкин:

- Индия – один из мировых лидеров в области металлургии, и использование редкоземельных металлов в качестве «витаминов» для них крайне интересно. Кроме того, Индия очень активно развивает переработку вторичного сырья, в том числе переработку источников тока и магнитов. И наши разработки в этой части могут быть востребованы зарубежными партнерами.

Александр Сергеев:

- При обилии такого количества гаджетов и прочей электроники, переработка отходов может стать очень серьезной экономической статьей.

Андрей Вошкин:

- Конечно. Ведь здесь мы решаем две задачи: во-первых – это защита здоровья населения нашей страны. Потому что отработанные источники тока - это опасные токсичные отходы. А вторая задача - это рециклинг ценных металлов, что является ключевым элементом рационального природопользования и циркулярной экономики.

Александр Сергеев:

- Я знаю, что вы занимались в том числе экстракцией урана и трансурановых элементов. Как научный руководитель Национального центра физики и математики, не могу пройти мимо. Правильно ли я понимаю, что передовые технологии извлечения урана, трансурановых элементов – это действительно важно для страны и мы здесь мировые лидеры?

Андрей Вошкин:

- Не побоюсь этого слова, здесь мы по-прежнему впереди планеты всей, благодаря атомному проекту, а один из его столпов – это экстракционные технологии (извлечение ценных компонентов из сырья - Ред). Конечно же, эти научные школы сохранились в России, и по-прежнему в этой области мы делаем науку мирового уровня.

Александр Сергеев:

- Мы желаем вам успехов в проведении конгресса, который, насколько я понимаю, “Росатом” организует вместе с вами. Пусть по его итогам будут построены новые продуктовые и научно-технологические цепочки, а бизнес обратит внимание на открывшееся окно возможностей. И надеемся, что выстрелят новые технологии, которые вы развиваете.