Л быховский, Л. П. Тигунов
 Скачать 343.55 Kb.
|
15 % общего объема потребления) металлический цирконий и его сплавы, а основное потребление - в виде минерала циркона как важного неметаллического сырья при изготовлении качественных огнеупоров, высококачественной керамики, глазури, эмалей ит. п.Об определении понятия "редкие элементы" ("редкие металлы"): исторический и терминологический аспекты Л.3.Быховский, Л.П.Тигунов (Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М.Федоровского, Москва), А.В.Темнов (Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Москва) Отмечается, что перечень редких элементов (редких металлов), включая редкоземельные элементы, неоднократно менялся на протяжении последнего столетия. В 1950-хгг. в системе Госплана СССР, отраслевых министерств и ведомств, в том числе Мингео СССР (где был создан отдел по редким металлам), ГКЗ СССР для целей прикладных научных исследований, разработки нормативных актов и целевого государственного планирования был принят перечень из 35 редких элементов (редких металлов), включающий литий, рубидий, цезий, бериллий, стронций, кадмий, скандий, галлий, иттрий, индий, лантан (а также 14 лантаноидов), таллий, германий, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, селен, теллур, рений, что нашло отражение в соответствующих требованиях, инструкциях, методических рекомендациях, справочниках, учебниках, монографиях и других опубликованных материалах. В настоящее время относительно данного перечня нет общего мнения. Делается вывод о целесообразности определения единого межотраслевого понятия термина "редкие элементы" ("редкие металлы") и соответствующего перечня для целей научного анализа, нормативного правового регулирования и государственного стратегического планирования. Ключевые слова: редкие, редкоземельные элементы (металлы); терминология. Редкие элементы (редкие металлы) - условное название группы химических элементов, состав которой неоднократно менялся на протяжении последнего столетия. Традиционно редкими называли элементы, используемые как новые в технике. Иногда к редким относили малораспрост главный научный сотрудник, доктор геолого-минералогических наук раненные химические элементы. Однако до настоящего времени считается, что "перечень редких металлов точно не установлен и поэтому он различен у разных авторов" [1], термин "редкие элементы" - свободного пользования [2]. Подобное мнение отражено в ряде других словарей и энциклопедий [3-6]. Интерес к редким элементам (редким металлам) в нашей стране появляется с начала 1920-хгг., когда некоторые из них начинают активно вовлекаться в промышленное использование в связи с появлением новых технологий и материалов. По началу перечень редких элементов достаточно обширен. Так, на I Всесоюзном совещании по редким элементам, состоявшемся в Москве в 1925 г., доклады были посвящены Li, Rb, Cs, Be, Sr, Sc, TR, Zr, Hf, V, Nb, Na, Cd, Bi, Se, Te, Ge, Zn, Ga, W, Mo, Ti, Co, Ba, Th, Sn, F, Ra, Не и другим инертным газам. В журнале "Редкие металлы" за 1932 г. (4-й и 5-й номера) к числу редких уже отнесены V, Ra, Li, Mo, Zr, Hg, Ta, W, Sb, Sn, Cd, Th, Co, TR, T, Be, B. История отнесения химических элементов к редким подробно изложена в уже ставшей классической монографии Б.И.Когана "Редкие металлы. Прошлое, настоящее, будущее" [7]. Первая глава этой книги "Редкие элементы - понятие промышленно-экономическое" посвящена именно этой истории. По данным Б.И.Когана разными авторами в разные периоды времени к редким относились от 35 до более 70 химических элементов (2/3 всей периодической системы). Определение понятия "редкие элементы" формулировали Д.И.Менделеев, В.И.Вернадский, Н.М.Федоровский, А.Е.Ферсман, Д.И.Щербаков, В.В.Щербина, А.И.Гинзбург, Л.В.Таусон, К.А.Власов, Н.П.Сажин, В.И.Смирнов и многие другие ученые. При этом их мнения могли существенно расходиться. К редким элементам некоторые относили в том  числе радиоактивные, металлы платиновой группы, инертные газы и некоторые другие. Кстати, в существующих энциклопедиях, словарях и справочниках [1-8] наблюдается та же картина. Б.И.Коган предложил следующее определение редких элементов: "редкие элементы - это группа мало- и ультрамалокларковых (10-2-10-7 вес. %) естественных нерадиоактивных и неблагородных промышленно развивающихся металлов, и неметаллов", к которым он относил 36 элементов, перечисленных в порядке расположения в периодической системе по группам: Li, Rb, Cs, Be, Sr, Cd, Sc, Y, In, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, TI, Ga, Ge, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Bi, Se, Te, Re (табл. 1). Перечень элементов, предложенный Б.И.Коганом (за исключением висмута), с середины 1950-хгг. был официально принят в системе Государственного планового комитета Совета Министров СССР, отраслевых министерств и ведомств, в том числе Министерства геологии СССР (где был создан отдел по редким металлам), Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых при Совете Министров СССР, для целей прикладных научных исследований, разработки нормативных актов и целевого государственного планирования, что также нашло отражение в справочниках [8], учебниках и учебных пособиях [9-12 и др.], монографиях, отдельных публикациях [7, 13-18], инструкциях [19] и др. Однако до настоящего времени к редким элементам продолжают относить W, Мo [1, т. III, с. 26] и даже Sn [2; т. III, c. 362, т. I, с. 52]. Отдельно необходимо упомянуть висмут, который принадлежит к небольшому числу элементов, известных с глубокой древности. На протяжении многих веков он использовался только в фармацевтической промышленности и лишь со второй половины ХХ в. начал применяться в новых областях техники. В работах А.И.Гинзбурга [13 и др.], К.А. Власова [14], в учебниках [9, 10, 11, 12] Ві в число редких металлов не входит. Из перечня редких элементов, наряду с висмутом, иногда исключались стронций и ванадий [13], последний периодически относили к черным металлам. Геологической наукой были четко установлены редкие элементы (редкие металлы), образующие собственные месторождения (Nb, Ta, Li, Be, Zr, Cs, TR*, Sr), и остальные, находящиеся обычно в состоянии рассеяния, отнесенные к рассеянным элементам (Ge, Sc, T1, Se, Te, V, Ga, Hf, In, Re), извлекаемым из комплексных руд, а чаще из продуктов их передела - концентратов (Pb, Zn, Fe, Ti, Mo, Sn, W) или хвостов обогащения (Fe, Ni, флюорит) и передела (Al, Fe и др.). В выпуске № 28 "Рассеянные элементы" Государственного баланса запасов полезных ископаемых кним отнесены все вышеперечисленные элементы за исключением ванадия, которому посвящен выпуск № 4 "Ванадий". Эти элементы чаще всего входят в состав минералов в виде изоморфных примесей или в продуктах распада твердых растворов, а также находятся в адсорбированном состоянии. Кроме того, среди редких элементов, наряду с рассеянными, согласно различным задачам выделяли: легкие металлы - Li, Вe, Rb, Cs (но к легким металлам относили также цветные - Al, Mg, Ti); тугоплавкие металлы - Zn, Hf, V, Nb, Та (также цветные - Ti, Mo, W); легирующие металлы - V, Nb, Sc, TR, Zr (также цветные - Mo, W, Ti); редкоземельные металлы - Үи лантаноиды (иногда относили и Sc). Стоит отметить, что такое разделение весьма условно многие элементы могут быть отнесены к разным группам одновременно: так, Rb, Cs - и легкие, и рассеянные элементы; типичный рассеянный элемент Re - в то же время тугоплавкий металл; типичные тугоплавкие металлы V и Hf-одновременно рассеянные элементы; рассеянный элемент Sc нередко включают в редкоземельные и легирующие. Выделение из общего числа редких элементов внутренних подразделений, таких как литофильные и халькофильные элементы (см. табл. 1), редкоземельные, тугоплавкие,  легкие и т.п., вполне конкретно; они "прижились" и нашли отражение в целом ряде отраслевых документов. Большое самостоятельное значение имеют редкоземельные металлы (P3M, TR, REE*), включающие 15 лантаноидов (табл. 2) и Y, иногда Sc. В свою очередь среди РЗМ выделяются цериевая группа, иттриевая группа, также легкие, средние, тяжелые, группа церия, группа тербия и группа эрбия. Р3М всегда относились к редким металлам. "Не надо только противопоставлять редким элементам редкоземельные элементы, как нельзя часть противопоставлять целому" [7]. В отношении попыток определения понятия "редкие элементы" ("редкие металлы"), исходя из их малого распространения в земной коре, стоит указать, что кларки ряда редких элементов (Zr, Rb, Sr, Nb, Li, Sc, Y) превосходят кларки некоторых цветных и черных металлов (табл. 3) [20]. В 1956 г. был создан отдел (вначале - сектор) редких металлов в ВИМСе. Его бессменным руководителем в течение 28 лет был профессор А.И.Гинзбург, блестящий ученый и талантливый организатор, курирующий редкометалльное направление в системе Мингео СССР. В сферу деятельности отдела попадали почти все вышеупомянутые 36 редких элементов за исключением висмута. Но основное внимание уделяется прогнозированию, поискам и геолого-экономической оценке месторождений ниобия, тантала, бериллия, редких земель, лития, цезия, скандия, а также циркония и титана [17, 21]. Отдел занимался изучением известных и новых, открытых также его сотрудниками, редкоземельных месторождений и научным сопровождением геологоразведочных работ на редкие металлы, проводимых производственными организациями Мингео СССР. Отделом выявлены и изучены новые редкометалльные провинции, при активном участии его сотрудников открыто, изучено и оценено свыше 10 комплексных редкометалльных месторождений новых потенциально промышленных типов, установлены новые минералы. За открытие и разведку наиболее крупных месторождений сотрудники отдела совместно с технологами ВИМСа и геологами территореальных геологоразведочных организаций награждены Ленинской и Государственными премиями. В течение 1958-1972 гг. ВИМС издает 35 выпусков сборника "Геология месторождений редких элементов", охватившего все 35 редких элементов. Начиная с 1954 г. ВИМСом выпускаются "Требования промышленности качеству минерального сырья" (1954, 1965, 1997-1999 гг.). Из 102 выпусков (1997-1999 гг.) 17 были посвящены редким металлам (Be, V, Ga, Ge, Zn, Cd, Y и La, Li, Nb и Ta, Re, Zc, Se, Sc, Sr, Ta, T1, Zr и Hf) [8, 18].  В 1956 г., одновременно с отделом редких металлов ВИМСа, в Москве на базе лаборатории редких металлов АН СССР создается "Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов" (ИМГРЭ), организатором и первым директором которого являлся чл.-кор.АН СССР К.А.Власов [22]. С целью координации исследований по проблеме редких элементов в СССР Отделением геолого-географических наук АН СССР совместно с Мингео СССР и Минцветметом СССР в 1956 г. проведено первое Всесоюзное межведомственное совещание по геологии, минералогии и геохимии редких металлов. На этом совещании К.А.Власов выступил с программным докладом, в котором даланализ состояния минерально-сырьевой базы, выделил главнейшие генетические типы месторождений, определил ведущие факторы в образовании месторождений редких элементов и сформулировал основные задачи, которые стали программой дальнейших исследований по геологии редких элементов в СССР и не потеряли своей актуальности до настоящего времени. Главным итогом работ 1956-1966 гг. явилось первое фундаментальное обобщение по минералогии, геохимии и генетическим типам месторождений редких элементов (монография в трехтомах), за которую в 1967 г. коллектив ученых ИМГРЭ был удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники [14]. В 1966 г. в связи с реорганизацией структуры АН СССР ИМГРЭ был передан в ведение Министерства геологии СССР с сохранением научно-методического руководства за АН СССР [22]. Перед коллективом были поставлены задачи, определившие на многие годы деятельность института: минералого-геохимическое изучение месторождений редких элементов, установление закономерностей их образования, разработка научных основ поисков и оценки; изучение характера распространения редких элементов в минералах и рудах черных и цветных металлов с целью их комплексного использования; изучение содержаний и распространения редких элементов в продуктах металлургических заводов; разработка методов исследований редких элементов. Если в геологической отрасли головными институтами по редким металлам были ВИМСи ИМГРЭ, то среди отраслевых (промышленных) министерств - это Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (Гиредмет) в системе Министерства цветной металлургии СССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт химической технологии (ВНИИХТ) в системе Министерства среднего машиностроения СССР. Гиредмет был создан в 1931 г. в соответствии с постановлением Президиума ВСНХСССР от 06.09.1931 г. № 628 на базе лаборатории ВИМСа. В постановлении были определены следующие первоочередные задачи: изучение сырья, содержащего редкие элементы; изучение методологии разведки, добычи и обогащения редкоэлементных руд; изучение методов комплексной переработки редкоэлементного сырья с получением готовой продукции в виде соединений, металлов и сплавов. Особая роль в создании минерально-сырьевой базы редких металлов и редкометалльной промышленности принадлежат Гиредмету (часто совместно сИМЕТ, ВИАМ, ВАМИ, ВИМСом). Работами Гиредмета были охвачены около 50 элементов: редкие V, Ta, Nb, Be, TR, Zr, In. Li, Rb, Cs, Ga, Re, TI, Cr, Ge, а также Sb, Hg, Bi W, Мо и монокристаллический кремний. В советский период Гиредметом совместно с другими организациями была создана новая подотрасль цветной металлургии - промышленность редких металлов, титана и полупроводниковых элементов. По разработанным в Гиредмете технологиям и проектам построены и работают около 50 горно-обогатительных и химико-металлургических предприятий, выпускающих обширную номенклатуру продукции в виде металлов, соединений и сплавов, полупроводниковых соединений. К наиболее важным производственным предприятиям, построенным еще в советское время, относятся: Ловозерский ГОК в Мурманской области, разрабатывающий лопаритовые руды одноименного месторождения (Ta, Nb, TR); Верхнеднепровский (ныне Вольногорский) ГМК в Украине на базе Малышевского россыпного Ti-Zr месторождения; Иршанский ГОК в Украине на базе титановых россыпей; Вишневогорское рудопроявление на базе одноименного месторождения пирохлоровых руд на Урале (Nb); Кутессайский карьер на киргизском горно-металлургическом комбинате (TR); Орловский ГОК в Забайкалье (Та); Опытно-промышленная обогатительная фабрика на Белозиминском руднике (Nb) и Ярегском НШУ в Коми (Ti). Гиредметом выполнялся большой объем работ по разработке ТЭО кондиций для подсчета запасов редкометалльных месторождений, в частности Стремигородского (Sc, Ti) на Украине, Улуг-Танзекского (Та, Nb, TR) в Туве, Гольцового (Li, Тa, Nb) в Иркутской области, Катугинского (Тa, Nb, TR) в Читинской области, Центрального (Ti, Z) в Тамбовской области и ряда других. ВНИИХТ организован в 1951 г. в соответствии с постановлением Совета Министров СССР № 12421626 как НИИ-10. Перед предприятием была поставлена задача – создать технологию переработки радиоактивных и редкометалльных руд с получением соединений урана, лития и бериллия для нужд оборонной промышленности, и зарождающейся атомной энергетики, в том числе для получения ядерно-чистых конструктивных материалов - циркония, гафния, тантала, ниобия [23]. В последней четверти прошлого века стало очевидно, что объем потребления редких металлов является одним из важнейших показателей уровня научно-технического прогресса в основных отраслях промышленности, в том числе в оборонной. В 1996 г. распоряжением Правительства РФ от 16.01.1996 г. № 50 к основным видам стратегического минерального сырья среди редких металлов были отнесены 9 - цирконий, тантал, ниобий, скандий, бериллий, литий, германий, рений, редкие земли иттриевой группы. Вместе с тем само понятие "стратегические металлы", как и их перечень, требуют дополнительного современного обоснования. Очевидно, что важное значение для новых технологий имеют также такие редкие металлы, как ванадий, галлий, индий, а также некоторые РЗМ не только иттриевой группы, но и цериевой (такие как празеодим и неодим). К сожалению, кризис в России в постсоветское время фактически привел к развалу редкометалльной отрасли, хотя по разведанным балансовым запасам почти всех редких металлов страна занимает ведущие места в мире [16,17, 21, 24]. В 1998 г. в Москве был проведен международный симпозиум "Стратегия использования и развития минеральносырьевой базы редких металлов России в XXI веке" [25]. Организаторами симпозиума выступили ВИМС, ИМГРЭ, ГНЦ "Гиредмет", ВНИИХТ. В подготовке и проведении симпозиума приняли участие ВИЭМС, ИГЕМ РАН, Государственный геологический музей РАН, концерн "Атомредметзолото". Мероприятие стало весьма представительным по составу участников: 10 академиков и членов-корреспондентов РАН, более 50 докторов и 100 кандидатов наук, всего 268 человек из 73 организаций России и других стран СНГ. В докладах были рассмотрены 34 редких элемента [24, 25]. В принятом решении основные положения и сегодня не потеряли своей актуальности, в частности было рекомендовано в целях координации деятельности различных отраслей (ведомств) создать долгосрочную государственную программу "Редкие металлы России" (потребление, сырьевая база, производство). Спустя 15 лет, в 2013 г., в соответствии с поручениями руководства страны в составе государственной программы РФ "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности на период до 2020 года" отдельно выделена подпрограмма "Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов", включающая в том числе мероприятия по развитию их минерально-сырьевой базы. В указанной подпрограмме перечень соответствующих металлов четко не определен. Вместе с тем, судя по утвержденным работам (исследованиям) по этой программе, он охватывает большинство из 35 уже упомянутых выше редких элементов. Один из основных показателей принадлежности редких элементов (редких металлов) к таковым - объем их мирового потребления - резко различается. Наибольшим объемом потребления характеризуется цирконий (более 1 млн т) и цирконовый концентрат (1,2 млн т или 780 тыс. т ZrO2); сотен тысяч тонн достигло потребление Sr ( |
