CC BY
709
Глобальный рынок редкоземельных металлов
В.Б. Кондратьев, д-р. экон. наук, профессор, руководитель Центра промышленных и инвестиционных исследований института мировой экономики и международных отношений РАН (ИМЭМО)_
Редкоземельные металлы, или редкоземельные элементы получили свое название не потому, что они редко встречаются в земной коре, а потому, что редко встречаются в объемах и количествах, достаточных для экономически оправданной добычи. Эти элементы можно обнаружить в земной коре так же часто, как и никель, цинк, хром и свинец. К редкоземельным элементам относится 17 элементов из периодической таблицы Менделеева: 15 лантаноидов (с атомным весом от 57 до 71 в периодической системе), а также скандий и иттрий. Иттрий с атомным весом 39 и скандий (21) часто рассматриваются в группе РЗМ, поскольку обладают теми же химическими и физическими свойствами, а также обнаруживаются в тех же месторождениях. Наиболее часто встречаются в земной коре церий, иттрий, лантан и неодим. Все эти элементы обладают уникальными физическими и химическими свойствами: высокой химической активностью, способностью к стеклообразованию, жесткому намагничиванию и переходу в состояние сверхпроводимости, флуоресценцией и лазерным эффектом, диэлектрическими свойствами, высокой радиационной проводимостью и др. [1].
Эти элементы обычно разделяются на две группы - легкие редкоземельные элементы и тяжелые РЗЭ. Как правило, легкие РЗЭ встречаются в земной коре в больших объемах, чем тяжелые.
Редкоземельные элементы также часто называют редкоземельными металлами (РЗМ) и редкоземельными окислами (РЗО), поскольку они традиционно продаются на рынках в виде окислов.
Области применения
Благодаря своим свойствам РЗМ нашли самое широкое применение в современных технологических процессах и производствах: для производства стекла, катализаторов в нефтехимических процессах, мишметалла для металлургии, при изготовлении аккумуляторов и полировальных порошков, а также в качестве присадок для дизельного топлива,
■ Катализаторы крекинга нефти
■ Автокатализаторы
■ Батереи
■ Стекло
■ Полириты
■ Постоянные магниты
■ Металлургия
■ Керамика
■ Люминофоры
■ Прочие
Источник: рассчитано по [4] [5]
Рис. 1 Структура использования РЗМ по сферам применения, %
в производстве каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, постоянных магнитов, люминофоров, керамических конденсаторов, электроники и при выращивании искусственных кристаллов [2].
Редкоземельные металлы все более широко используются в мобильных телефонах, телевизорах, перезаряжаемых батареях. РЗМ являются также ключевым элементом в развитии «зеленой» энергетики: генераторах ветряных турбин, гибридных автомобилях. Незаменимы редкоземельные металлы и в большей части современных военных технологий, в таких как приборы ночного видения, высокоточное вооружение, оборудование GPS и др. [3].
На рис. 1 представлены основные сферы применения редкоземельных металлов в глобальной экономике.
Каждый из представленных в таблице товаров содержит не все, а лишь несколько РЗМ. Например, в производстве нефтяных катализаторов используются лишь два элемента - лантан и церий. В производстве магнитов доминирующие позиции занимают празеодим и неодим. Простой пример иллюстрирует важное значение редкоземельных металлов для современной экономики. В табл. 2 приведены данные об использовании РЗМ при производстве айфона Apple.
Нашедшие применение в катализаторах крекинга нефти церий и лантан используются в нефтепереработке для отделения легких фракций от тяжелых. Катализаторы используют цеолиты (алюмосиликаты), к которым добавляются РЗМ для ускорения процесса крекинга. РЗМ используются в катализаторах с 1960-х гг., поэтому отрасль считается зрелой. Иттрий также используется в нефтехимии для полимеризации этилена. На нефтяные катализаторы приходится до 15 % рынка редкоземельных металлов. Спрос здесь напрямую связан с ростом легких фракций, таких как бензин и керосин.
Начало использования РЗМ в автокатализаторах относится к 1970-м гг. в США. В настоящее время с быстрым ростом
Таблица 1 Структура использования отдельных РЗМ в
производстве основных промужуточных товаров, %
Сферы применения La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Y Прочие
Магниты
Батареи
Металлические сплавы
Автокатализаторы
Катализаторы крекинга нефти
Полириты
Добавки в стекло
Люминофоры
Керамика
Прочие
50
26
90
31
24
17
33
52
90
10
65
66
11
12
23 69
3
6
19 39 4 15 2
10
16
12
69
53
19
La - лантан, Ce - церий, Pr - Празеодим, Nd - Неодим, Sm - Самарий, Eu -Европий, Gd - Гадолиний, Tb - тербий, Dy - Диспрозий, Y - Иттрий
Источник: рассчитано по [4,5]
Таблица 2 Использование РЗМ в производстве айфона Apple
Компоненты Y La Ce Pr Nd Eu Gd Tb Dy
Цветной экран * * * * * * *
Полировка стекла * * *
Интегральные схемы * * * * *
Микрофоны * * * * *
Узлы вибрации * * *
Источник: [5]
3
5
2
3
4
3
2
4
8
5
2
5
1
автомобильной промышленности в развивающихся странах, особенно в Китае и Индии, перспективы у таких РЗМ достаточно благоприятные. Нынешняя рыночная доля в 6 % может в перспективе несколько вырасти.
Ряд редкоземельных металлов (прежде всего лантан и церий) используются при производстве никелевых батарей для гибридных автомобилей, прежде всего в США и Японии, компании которых доминируют на рынке. Крупным потребителем является также промышленность электрических велосипедов в Китае. На батареи приходится 9 % рынка РЗМ.
Использование церия и других редкоземельных металлов увеличивает коэффициент рефракции стекла и, следовательно, повышает качество производимых линз. Кроме того, церий увеличивает цветовую гамму стекла и позволяет поглощать ультрафиолетовое излучение и используется в солнечных батареях. Некоторые виды стекла с добавлением лантана используются в приборах ночного видения, а также в оптоволокне для инфракрасной сверхпроводимости. Иттрий придает повышенную жаропрочность и ударостойкость стеклу. Эрбий необходим для нового поколения оптоволоконных кабелей и передачи данных на далекие расстояния. На стекло в целом приходится 9 % рынка редкоземельных металлов.
Одним из наиболее ранних направлений использования редкоземельных оксидов является полировка стекла. Для этого использовались т.н. мишметалы - комбинация из лантана, церия и празеодима при ведущей роли церия. На долю этого сегмента рынка приходится 13 % всех РЗМ. Кроме полировки стекла, церий используется для шлифовки компьютерных жестких дисков. Несмотря на зрелость отрасли перспективы ее дальнейшего развития представляются достаточно стабильными.
Использование РЗМ в металлургии занимает 9 % рынка потребления редкоземельных металлов. Мишметаллы, соединения неразделенных РЗМ, традиционно используются для производства абразивов. Лантан добавляется в сталь для повышения ее пластичности, а также в молибден для повышения сопротивления высоким температурам. Церий добавляется в чугунное литье, используемое в производстве автомобильных двигателей для повышения их прочности. Кроме того, он используется в магниевых отливках, которые применяются в авиационных двигателях в целях повышения стойкости к высоким температурам,
Редкоземельные металлы применяются в люминофорах для обеспечения оптимального уровня освещения. Смесь РЗМ использовалась для газового освещения уже в 1880-х гг. Лампы с угольными электродами, уже вышедшие из употребления, также использовали лантан. В настоящее время люминофоры применяются в производстве телевизионных мониторов, плазменных телевизоров и ЖК-дисплеев. Европий первым из РЗМ стал использоваться в осветительном оборудовании в 1965 г., когда цветные телевизоры заняли доминирующие позиции на американском рынке. Люминофоры на основе тербия обеспечивают зеленый свет, европия - красный, а иттрия - голубой. В своем сочетании они могут обеспечивать любую комбинацию освещения. Излучению света люминесцентными лампами можно придать любую цветовую гамму определенным набором люми-нофорного покрытия.
Иттриевые добавки в диоксид циркония повышают свойства последнего и применяются в разнообразных областях, таких как стоматология, производство авиационных двигателей, газовых турбин, сенсоров, ювелирных украшений, огнеупорной керамики для термопластичных материалов и др. Неодим, празеодим и эрбий придают уникальные цвета
керамической плитке, используемой в строительной индустрии. Цериевые добавки в циркониевые плитки использовались в космических шаттлах.
Однако важнейшей сферой применения РЗМ в электронике является использование их в качестве допирующих присадок к бариево-титановым диэлектрикам, являющимся основой для производства однослойных и многослойных керамических бескорпусных конденсаторов. Алюмо-иттриевой гранат, выращенный в виде кристалла и легированный неодимом и церием, является важнейшей частью твердокристаллических лазерных систем, нашедших применение в хирургии и общем машиностроении. В оборонной промышленности такие лазеры используются для определения широкого диапазона целей, в том числе под водой. Железо-иттриевые и гадолиний-галлиевые гранаты используются в разнообразных микроволновых компонентах, таких как СВЧ-циркуляторы и резонаторы. Некоторые высокочастотные беспроводные коммуникационные системы используют микроволновые фильтры, изготовленные из оксида церия с добавками неодима и самария. На это направление приходится 5 % глобального рынка РЗМ.
До изобретения редкоземельных магнитов на рынке доминировали постоянные магниты на основе алюминий-никель-кобальт и ферритовые магниты. Затем на смену им в 1970 г. пришли самарий-кобальтовые магниты. Это был один из самых ранних случаев использования самария. Из-за проблем с поставками кобальта в начале 1980-х гг. компании Hitachi и General Motors разработали Nd Fe B (неодим-железо-бор) - постоянные магниты, нашедшие коммерческое использование в 1986 г. Эти магниты стали технологической основой применения магнитов в промышленности. Они заменили раннее поколение самариевых магнитов. Такие магниты необходимы для производства электромоторов любых размеров, прежде всего в гибридных двигателях, ветряных турбинах и обычных силовых установках.
Постоянные редкоземельные магниты являются также ключевым компонентом труб высокого давления, являющихся важной частью радаров и всех видов коммуникационных систем. Постоянные магниты также используются в производстве компьютерных жестких дисков и лазерных проигрывателях, а также всех видов микрофонов. Такие постоянные магниты незаменимы в актуаторах, применяемых в ракетных системах, спутниках и системах авиационного контроля. На магниты приходится 20 % рынка редкоземельных металлов.
Редкоземельные металлы, составляя сами по себе небольшую часть валового национального продукта, выступают важнейшим составным элементом факторов производства в цепочках добавленной стоимости других товаров и продуктов. Среди важнейших отраслей по производству промежуточных товаров - стекло, постоянные магниты, люминофоры, нефтяные катализаторы, кислородные сенсоры, батареи и автокатализаторы. В свою очередь продукция этих отраслей служит промежуточным этапом для конечного производства потребительской электроники, нефтепереработки, автомобилестроения, топливных элементов, оптического оборудования, оптоволокна и новых систем эффективного освещения, включая светодиодные панели и лампы, компактные флюоресцентные лампы и осветительные системы.
В табл. 3 приведены даные о запасах и добыче редкоземельных металлов в основных добывающих странах мира.
Таким образом, на Китай приходится более 80 % мировой добычи руд редкоземельных металлов. Кроме того, эта страна контролирует 97 % производства оксидов РЗМ, 89 % их
Таблица 3 Запасы и добыча РЗМ по основным странам мира
Страна Добыча, 2015 г., тыс. т % Добыча 2016 г., тыс. т % Запасы, 2016 г., тыс. т %
США 5,9 4,5 - - 1400 1,2
Австралия 12 9,2 14 11,1 3400 2,8
Бразилия 0,880 0,7 1,1 0,9 22 000 18,3
Канада - - - - 830 0,7
Китай 105 80,8 105 83,3 44 000 36,7
Гренландия (Дания) - - - - 1500 1,3
Индия 1,7 1,3 1,7 1,3 6900 0,6
Малайзия 0,5 0,4 0,5 0,4 30 0,1
Малави - - 136
Россия 2,8 2,2 3,0 2,4 18000 15,0
ЮАР - - - - 860 0,7
Таиланд 0,76 0,6 0,8 0,6 Н.св. Н.св.
Вьетнам 0,25 0,2 0,3 0,2 22 000 18,3
Мир в целом 130 100 126 100 120 000
Источник: [4]
сплавов, 75 % постоянных магнитов. Имеются данные, что Китай также стремится занять доминирующие позиции и в других отраслях с применением редкоземельных металлов. Все это делает весьма уязвимыми развитые страны и особенно США перед лицом подобной китайской стратегии [5].
Для того чтобы понять особенности нынешней ситуации на мировом рынке РЗМ и характер поведения его основных игроков, целесообразно проследить историческую эволюцию этого рынка.
История добычи
Первоначально редкоземельные металлы были обнаружены в местечке Yttery недалеко от Стокгольма в Швеции в 1787 г. В силу сходства физических и химических свойств эти металлы было трудно отделить друг от друга. Вследствие этого они оставались преимущественно в пределах научных лабораторий. Прошло почти 90 лет, прежде чем эти металлы нашли себе коммерческое применение в сетках накаливания для газового освещения. Вторым направлением коммерческого использования явилось применение неразделенных сплавов РЗМ в оптических стеклах ламп. В 1911 г. РЗМ стали добавляться в стекло для придания ему разных цветовых оттенков. В 1934 г. компания Kodak стала использовать добавки РЗМ для повышения индекса рефракции стекла и использования этого эффекта в различных оптических элементах, включая линзы.
Вторая мировая война привела к реализации известного Манхэттенского проекта по созданию атомной бомбы. В результате проекта появились новые методы сепарации различных изотопов и соседних между собой элементов. Процесс ионообмена стал главным методом разделения близкорасположенных элементов, в том числе и редкоземельных металлов.
В 1948 г. сплав РЗМ (т.н. мишметал) стал добавляться в чугунное литье для повышения его свойств и качества. В 1949 г. было открыто месторождение Mountain Pass Mine в США. В 1950-х гг. оксид церия стал основным материалом для полировки стекла. Гексаборид лантана, открытый в 1951 г., стал использоваться в катодах ионных ракетных двигателей в СССР.
В 1980-е гг. РЗМ превратились из нишевых продуктов в товары широкого коммерческого использования. С позиций теории жизненного цикла это означало переход отрасли из инкубационной стадии в стадию развернутого развития. В 1964 г. добавки лантана и церия в катализаторы крекинга нефти стали основным направлением использования РЗМ. Применение РЗМ позволило поднимать температуру и зна-
чительно увеличивать выход необходимых нефтепродуктов. Наиболее широкое применение этот процесс нашел в США. В 1965 г. возник еще один перспективный рынок для РЗМ. Большие объемы европия, добываемого на месторождении Mountain Pass Mine в США, стали использоваться в производстве люминофоров для экранов цветных телевизоров, нашедших широкое распространение в США. Люминофоры продолжают оставаться важным рынком сбыта для РЗМ, особенно для потребительской электроники.
В период между 1964 и 1970 гг. неодимовые присадки стали широко использоваться в алюмоиттриевых гранатах, нашедших применение в лазерах для оборонной промышленности, а позже в медицине и общем машиностроении.
В 1970-х гг. появились новые сферы использования РЗМ. Американская компания Naval Ordnance Laboratory обнаружила магнитострикционный эффект у сплавов на основе тербия1. Этот эффект и сплав были коммерциализированы в производстве эхолокаторов для оборонной промышленности. В 1974 г. Air Force Materials Laboratory разработала самарий-кобальтовые магниты, заменившие ферритовые магниты. В период 1970-1975 гг. произошли два открытия, имевшие важное значение для автомобильной промышленности. Открытие свойства гидрогенизации сплава лантана и никеля привело к началу производства лантано-никелевых гибридных батарей в 1975 г. Еще одним коммерческим продуктом стали автомобильные катализаторы с покрытием из РЗМ для контроля уровня выхлопных газов автомобилей.
Редкоземельные присадки к стеклу придали ему особые свойства и возможность применения в производстве оптического оборудования и оптоволокна. Керамика с редкоземельными металлами стала широко использоваться в радарах и коммуникационном оборудовании с середины 1970-х гг. В 1980-е гг. нехватка кобальта вследствие продолжавшихся гонки вооружений и холодной войны двух сверхдержав привела к замене самарий-кобальтовых магнитов неодим-железо-бариевыми магнитами. Коммерческое использование таких магнитов началось в 1986 г. как в гражданской, так и в оборонной промышленности.
Последнее десятилетие XX в. и первое десятилетие XXI в. не были отмечены прорывными технологиями. Спрос на РЗМ стабилизировался. Тем не менее продолжаются работы по изучению новых возможностей редкоземельных металлов и их сплавов. В этот период Китай предпринял ряд действий, направленных не только на наверстывание отставания от развитых стран в области РЗМ-технологий, продуктов и рынков, но и на завоевание доминирующих позиций в глобальной отрасли редкоземельных металлов. В 1995 г. Китай в целях освоения технологии постоянных магнитов пытался приобрести дочернюю компанию General Motors -Magnequench, производившую такие постоянные магниты. После длительных дискуссий такое разрешение (с определенными условиями) было получено и в 2002 г. все активы этой компании были перенесены в Китай.
В 1998 г. по экологическим соображением месторождение Mountain Pass Mine было закрыто. В 2005 г. китайский консорциум попытался приобрести американского нефтяного гиганта UNOCAL, который владел этим месторождением. Хотя сделка не удалась, Китай продолжал свою стратегию на покупку редкоземельных активов, направленную на достижение глобального доминирования в этой отрасли. В 2007 г. Китай прекратил поставки РЗМ на заводы американской
1 Магнитострикционный эффект - явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются.
ЪСНК/NG
limUUESTUNE
ООО "ЕРТ-Групп"
620017, г. Екатеринбург, Космонавтов пр-кт, Д.46А, офис 1 тел.; +7 (343) 385-00-10, 385-00-34 факс: +7 (343)21141-05 эл.почта: ert@ert-group.ru
ERTgroup
www.ert-group.ru
ВОЗДУШНЫЕ КОМПРЕССОРЫ*
Для любых проектов, для любых условий:
♦ дизельные и электрические,
♦ передвижные и стационарные,
♦ винтовые (одно- и двухступенчатые) и поршневые
1
// ш
- > я Ш
Подбор модели, запуск, сервис, гарантия ч^Я11 Надёжные в работе, простые в обслуживании
Ресиверы, осушители, фильтры
Щ Щ
Т
1 ■у
Официальный дистрибьютор1, ELGI - ООО «ДКС» Россия, г.Санкт- Петер бург, тел: +7 (S12) 407 1740 www.dks-tech.ru, email: dks_tech@mail.ru
Филиал в Казахстане ТОО «OuantumMax Ltd» г.Алматы, +7 (727) 341 0740 www.quantummax.kz, email: info@quantummax.kz
* Производство Индия
компании WR Grace, крупного производителя катализаторов для нефтеперерабатывающей промышленности. В этом же году Китай стал проводить откровенную протекционистскую политику по отношению к своим внутренним производителям. Это было сигналом для глобальных компаний о том, что если они хотят преференций, то обязаны открывать заводы на территории страны. В результате упомянутая компания WR Grace открыла свое предприятие на территории Китая.
Хотя попытка Китая купить контрольный пакет акций в австралийских добывающих РЗМ компаний Lynas и Arafura Resources не удалась, он все-таки приобрел в них миноритарный пакет в 2008 и 2009 гг. В 2010 г. Китай прекратил поставки редкоземельных металлов Японии после известного рыбного инцидента, продемонстрировав снова свою способность контролировать глобальные поставки РЗМ и возможность использования силы для реализации своей стратегии.
История показывает, что редкоземельная промышленность зародилась в XVIII-XIX вв. в Европе. Однако наиболее значительные нововведения и открытия в технологиях и продуктах были сделаны позже в США. Свое настоящее развитие отрасль получила в 1960-е и 1970-е гг., когда в США были разработаны основные технологии, и произошла коммерциализация продуктов. В начале 1980-х гг. США были несомненным лидером мировой редкоземельной промышленности с доминирующими позициями во всей стоимостной производственной цепочке - от добычи до конечного производства. У этой страны были также значительные исследовательские мощности в государственных научных лабораториях и промышленности.
Тем не менее ситуация резко изменилась в начале нынешнего столетия. Вся глобальная стоимостная цепочка переместилась из США и других развитых стран в Китай, который теперь контролирует глобальные поставки редкоземельных металлов и промежуточных продуктов из них.
Еще до приобретения Китаем компании Magnequench и переноса всего производства на свою территорию в стране проводились интенсивные исследования и разработки по тематике РЗМ. Уже в начале 1950-х гг. процесс обработки и сепарации РЗМ в Китае находился на высокой стадии развития. Над этими проблемами работали несколько институтов и лабораторий. Китай постепенно продвигался вверх по цепочке добавленной стоимости, особенно в производстве постоянных магнитов, а также в производстве других промежуточных товаров, использующих редкоземельные металлы.
Таким образом, к 2005 г. компания Magnequench стала собственником нескольких важных патентов в области производства постоянных магнитов. В этом же году компания осуществила слияние с канадской компанией AMR. Теперь эта компания, известна как NEO Material Technologies и состоит из двух подразделений - Magnequench и Performance Materials. В результате слияния Magnequench обладает 62 % акций в AMR, а AMR - 38 % акций. К 2007 г. компания развивалась с темпами в 30 % в год. При этом 85 % обрабатывающих мощностей и 95 % персонала находилось на территории Китая (остальные 10 и 5 % - в Таиланде.). Кроме того, большая часть производственных мощностей функционирует в форме совместных предприятий с китайскими государственными компаниями.
Хотя США и занимали лидирующие позиции на рынке постоянных магнитов в 1980-е и начале 1990-х гг. в настоящее время эти позиции оказались в значительной степени утраченными. После открытия нового класса редкоземельных магнитов в 1960-е гг. исследователями американской
Военно-воздушной базы Wright Patterson, американская промышленность магнитов достигла своего пика. В это время число занятых в отрасли составляло 6 тыс. человек, которое сократилось в 1990-е гг. до 100 чел. В настоящее время в американской отрасли по производству магнитов трудится 600 чел. [6].
Главной проблемой в развитии редкоземельной промышленности в США является отсутствие мощностей по обогащению, легированию и конечному производству РЗМ. Только одна американская компания Electrical Energy Corporation (EEC) производит самарий-кобальтовые магниты. В процессе производства используется гадолиний, редкоземельный металл, который не производится в США. Кроме того, необходимы также в небольших количествах диспозиум и тербий, которые можно получить только в Китае.
В связи с этим опять началась эксплуатация американского месторождения Molycorp Rare Earth. Однако оно не обладает существенными запасами тяжелых РЗМ, таких как Диспрозий, который обеспечивает термостойкие качества постоянных магнитов, используемых во многих отраслях экономики и оборонной промышленности. Для новой шахты требуется 12 лет освоения - от геологоразведки до начала добычи. Кроме того, требуется еще 5 лет для ввода в строй пилотного завода по обогащению оксидов в металлы с использованием новых технологий. Поэтому компании из США и других стран даже с существующей инфраструктурой не могут начать производство металла без постоянных поставок оксидов из Китая.
В 2012 г. компания Molycorp Inc, (VCP) приобрела NEO Material Technology Inc. (NEM), в которой Китаю принадлежит 62 % акций. Эта сделка оказалась выгодна Китаю. США обладают компетенциями, но не имеют обрабатывающих мощностей и мощностей по переработке оксидов в металлы. В результате Molycorp будет вынуждена отгружать все добываемые редкоземельные элементы, добываемые на своей территории на заводы, расположенные в Китае. То что Китаю не удалось в сделке в 2005 г. (покупка активов Molycorp у UNOCAL), оказалось возможным с минимумом издержек. США полностью зависят от Китая в области материалов для редкоземельных магнитов, и экспорт в эту страну дополнительных активов может только усилить эту зависимость.
Альтернативы Китаю
Такая ситуация стимулировала другие страны -Австралию, Канаду и США, интенсифицировать добычу на своих месторождениях РЗМ. В результате доля Австралии на рынке РЗМ выросла с 1 % в 2011 г. до 3 % в 2012 г., а США (с месторождением Mountain Pass) достигла 6 % [7].
Цепочка добавленной стоимости в отрасли РЗМ начинается с добычи руды, содержащей эти металлы. Основными источниками РЗМ являются минералы монацит и бастнезит. В настоящее время основным промышленным редкоземельным минералом является бастнезит, на который в последние годы приходилось, по оценке, более 80 % добываемого в мире редкоземельного сырья. Добыча и переработка монацита сейчас значительно сократились как вследствие поступления на рынок других видов сырья из КНР, так и по экологическим соображениям (ввиду содержания в нем радиоактивного тория и, что более важно, продукта его распада - радия). Эта руда измельчается до состояния гравия, а затем песка. В таком измельченном виде руда подвергается процессу флотации, при котором РЗМ остаются на поверхности емкостей, а нежелательные минералы оседают на дно. Затем редкоземельные элементы подвергаются сепарации с помощью кислоты и сольвентов для получения чистых форм оксидов, при
этом для каждого элемента используется свой собственный процесс сепарации. Оксиды перерабатываются в металлы, а затем в сплавы для использования в конечном потреблении. Весь процесс - от добычи до производства оксидов - занимает около 10 дней.
Руда с РЗМ может содержать радиоактивные элементы, такие как торий и уран. Кроме того, процесс добычи и производства сопровождается появлением большого количества отходов. Производство одной тонны РЗМ генерирует 12 тыс. т жидких и 2 тыс. т твердых отходов. В этой связи во многих странах существуют экологические ограничения на открытие новых шахт. В Китае же это законодательство очень мягкое по сравнению с развитыми странами, а отходы часто сбрасываются без предварительной очистки в водоемы и ирригационные системы.
В США главными областями конечного использования РЗМ являются автомобильные катализаторы и катализаторы крекинга нефти, люминофоры для цветных телевизоров и плоских дисплеев (мобильные телефоны, портативные DVD плееры, лэптопы), постоянные магниты и перезаряжаемые батареи для гибридных и электрокаров, многочисленные медицинские приборы и оборудование (табл. 4). Таблица 4 Конечное использование редкоземельных металлов в США
Легкие РЗМ Важнейшие сферы применения Тяжелые РЗМ Важнейшие сферы применения
Лантан Гибридные двигатели, металлические сплавы Тербий Люминофоры, постоянные магниты
Церий Автокатализаторы, нефтепереработка, металлосплавы Диспрозий Постоянные магниты, гибридные двигатели
Празеодим Магниты Эрбий Люминофоры
Неодим Автокатализаторы, нефтепереработка, жесткие диски для лэптопов, телефоны, гибридные двигатели Иттрий Флуоресцентные лампы,керамика, металлические сплавы
Самарий Магниты Холмий
Европий Люминофоры для цветных телевизоров и компьютерных экранов Тулий Медицинское рентгеновское оборудование
- Лютеций Катализаторы крекинга нефти
- Гольмий Лазеры, калоризация стекла
- Иттербий Лазеры, металлические сплавы
- Гадолиний Магниты
Источник: [4, 8]
Особую значимость редкоземельным металлам придает их использование в оборонной промышленности. Так, на министерство обороны США приходится 5 % всего потребления РЗМ в стране. Редкоземельные элементы, используемые для целей обороны, можно найти в основном в двух типах постоянных магнитов: самарий-кобальтовых и неодим-железо-бор. Последние являются наиболее стойкими и мощными в мире и играют важную роль в производстве оружия военного назначения. Самарий-кобальтовые магниты сохраняют свои свойства при высоких температурах и идеальны для военных технологий, таких как ракеты точного наведения, бомбы с лазерным наведением и боевые самолеты.
Редкоземельные металлы включаются в запасы стратегических материалов для целей национальной обороны. Многие исследовательские организации пришли к выводу, что определенные редкоземельные металлы критически важны для национальной безопасности США и становятся все более важными для оборонного использования [9].
Редкоземельные элементы часто располагаются рядом с другими: медью, золотом, ураном, фосфатами и железной рудой, и часто добываются в качестве побочных продуктов. Легкие РЗМ, такие как лантан, церий, празеодим и неодим шире представлены в земной коре, по сравнению с тяжелыми, и на них приходится 80-99 % всех месторождений. Тяжелые РЗМ, встречающиеся реже, являются, однако, «очень желательными» по классификации американского геологического агентства, поскольку широко используются в высокотехнологичных отраслях. Бастнезитовые месторождения редкоземельных элементов, расположенные в США и Китае, отличаются наиболее высокой концентрацией элементов, в то время как монацитовые месторождения Австралии, Южной Африки, Бразилии, Малайзии и Индии имеют меньшую концентрацию редкоземельных элементов. Бастнезитовые руды добываются в качестве первичного минерала, а монацитовые - как побочные продукты других руд.
Согласно данным американских экспертов, на Китай приходится 95 % мировой добычи редкоземельных элементов, около 97 % производства редкоземельных оксидов и почти 100 % экспорта РЗМ (небольшие объемы для внутреннего потребления и производства сплавов и магнитов приходятся на Японию). Около 90 % металлических сплавов также производится в Китае (небольшое производство их существует в США). Кроме того, Китай обеспечивает 60 % мирового производства самарий-кобальтовых магнитов и 75 % магнитов ниобий-феррум-бор. Таким образом, почти все редкоземельные металлы, используемые в США для производства военной техники и электроники, импортируются из Китая [8].
С середины 1960-х гг. до 1980-х гг. шахта Mountain Pass американской компании Molycorp была крупнейшим в мире производителем редкоземельных оксидов. Производство здесь росло благодаря высокой концентрации металлов в руде, относительно низким издержкам и растущему спросу, особенно на европий, использовавшийся в люминофорах для цветных телевизоров и компьютерных мониторах, а также церий для полировки стекла [10]. Однако уже к 2000 г. все объемы сепарированных редкоземельных оксидов в США импортировались из Китая. Из-за возросших объемов экспорта Китая, более низких издержек производства в этой стране, а также ряда экологических проблем (аварии на трубопроводах с зараженной водой, ужесточения регулирования) компания Molycorp к 2002 г. практически прекратила добычу. С тех пор США потеряли в основном все мощности по поставкам РЗМ, а также интеллектуальные ресурсы в этой сфере.
В 2008 г. компания была куплена группой инвесторов, которые решили возродить производство РЗМ и превратить компанию в вертикально-интегрированную корпорацию «от шахты до магнитов». Сначала Molycorp купила японскую компанию Santoku, производящую сплавы ниобий-фер-рум-бор и самарий-кобальт, для производства магнитов, а затем эстонскую компанию AsSilmet, перерабатывающую РЗМ, что позволило удвоить мощности по производству оксидов и металлов. Недавно Molycorp включила в свою производственную цепочку и канадскую компанию NEO Materials Technology с мощностями по переработке РЗМ и производству порошков для постоянных магнитов, расположенными в Китае. При этом 18 % продукции этой компании отгружается китайским компаниям, а 45 % экспортируется в Японию. Molycorp также создала совместные предприятия с японскими компаниями Daldo Steel и Vitsubishi Corporation для производства редкоземельных постоянных магнитов на глобальном рынке.
Не только американские, но и компании других стран пы-
таются сломать монополию Китая в области редкоземельных металлов. Так, австралийская Lynas и немецкая Siemens создали совместное предприятие для производства магнитов, используемых в производстве генераторов ветряных турбин. Siemens (45 % акций) поставляет сырье с шахты Mt. Weld в Австралии, а Lynas (55 % акций) перерабатывает концентрат на своем заводе в Малайзии, который начал работу в 2012 г.
Канадская компания Great Western Mineral Group создает совместное предприятие с китайской China's Ganzhau Qiandong Rare Earth Group для строительства завода по сепарации оксидов в Южной Африке. Сырье для завода предполагается поставлять с месторождения SKK в Южной Африке. Люксембургская компания Frontier Rare Earth вместе с корейской Korea Resources Corporation также образовали совместное предприятие для строительства сепараторного завода в Южной Африке, где компания из Люксембурга владеет месторождением редкоземельных металлов Zondkorpsdrift.
Эти тенденции были стимулированы также политикой Китая по ограничению экспорта редкоземельного сырья, особенно диспрозия, тербия, тулия, иттрия и других тяжелых элементов. Китай стремится создать мощную полностью интегрированную отрасль с преобладающим экспортом материалов с высокой добавленной стоимостью (включая потребительские товары). Целью этой страны является формирование и обслуживание развитой обрабатывающей промышленности, а также привлечение иностранных инвесторов для строительства и размещения на территории страны новых мощностей в обмен на допуск к редкоземельным металлам и другим материалам, металлам и сплавам, а также допуск на внутренний китайский рынок.
Еще в 2010 г. китайское правительство объявило, что оно собирается реструктурировать промышленность по добыче редкоземельных элементов под крышей небольшого числа горно-металлургических комбинатов мирового уровня для достижения большей эффективности и сокращения деградации окружающей среды. Кроме того, Китай создает стратегические запасы редкоземельных металлов и других важнейших материалов, способных удовлетворять внутренний спрос на несколько лет вперед. Япония и Южная Корея также создают стратегические запасы. Эти процессы могут оказать драматическое влияние на рынок, особенно тяжелых редкоземельных материалов.
После морского инцидента в сентябре 2010 г. между Китаем и Японией по поводу принадлежности островов и введением Китаем эмбарго на поставки редкоземельных металлов в эту страну Япония озаботилась поиском альтернативных путей поставок и снабжения. Япония использует РЗМ в основном для целей полирования (20 %), производства металлических сплавов (18 %), магнитов (14 %) и катализаторов (12 %), что значительно отличается от структуры использования РЗМ в США. Япония получает из Китая 82 % всех потребляемых в стране РЗМ. Около 40 % китайского экспорта этих материалов направляется в Японию и 18 % в США.
Японские компании и государство в последнее время создали значительное число совместных предприятий и пар-тнерств во многих странах мира для обеспечения безопасности поставок РЗМ, особенно сырьевых материалов. Так, Sumitomo Corp. и казахстанская национальная добывающая компания, Казатомпром образовали совместное предприятие по производству легких редкоземельных материалов. Японские Toyota Tsusho и Sojitz заключили соглашение о партнерстве с вьетнамской компанией Dong Pao также для реализации проекта легких РЗМ. Японская JOGMEC в партнерстве с Индией добывает и перерабатывает редкоземель-
ные металлы. Кроме того, JOGMEC собирается инвестировать в австралийскую Lynas Corporation.
Роль японского государства заключается в минимизации рисков геологоразведки японских добывающих компаний, собирающихся стать партнерами в разработке проектов добычи РЗМ в разных странах мира, а также увеличении инвестиций в НИОКР в области эффективности использования материалов и поисков заменителей тяжелых РЗМ в производстве магнитов. Государство также формирует т.н. «сообщество по переработке» с акцентом на т.н. городскую добычу (т.е. извлечение материалов из товаров конечного потребления, таких как персональные компьютеры, мобильные телефоны и т.п.).
Японское правительство и частный бизнес выразили озабоченность китайским контролем над экспортом металлических сплавов, содержащих диспозиум и другие тяжелые РЗМ, и установлением экспортных квот для южных провинций Китая, где добывается большая часть этих материалов. Доступ Японии к редкоземельным элементам жизненно необходим для ее обрабатывающей промышленности, производящей широкий спектр потребительских товаров, экспортирующихся затем в США.
Особое беспокойство по поводу ситуации с РЗМ проявляет оборонный комплекс США, поскольку эти металлы играют важную роль в производстве военной продукции вследствие их магнитных свойств, позволяющих максимально миниатюризировать оборонные компоненты. Так, хвостовое оперение, управляющее точными бомбами, имеет самарий-кобальтовые магнитные моторы. Моторы, которые управляют рулевым управлением и хвостовым оперением высокоэффективных истребителей, таких как F-22 Raptor, включают в себя легкие редкоземельные магниты. Неодим используется в твердотопливных лазерах, используемых для наведения на боевые цели.
Не меньшую озабоченность вызывает на Западе факт обнаружения в 2014 г. крупных запасов РЗМ в Северной Корее, составляющих, по некоторым оценкам, две трети мировых запасов редкоземельных элементов. Предполагается, что месторождение Jongiu содержит 216 млн т редкоземельных оксидов, что может ликвидировать монопольные позиции Китая на этом рынке. Тем не менее Китай остается единственной страной в мире, которая сформировала полностью всю стоимостную и производственную цепочку в производстве РЗМ, включающую сотни независимых компаний, занятых в сфере исследований и производства и обладающих каждая своей уникальной технологией, переработкой и использованием в различных компонентах конечного потребления. Учитывая эту глобальную стоимостную цепочку, можно сказать, что стоимость рынка редкоземельных оксидов, оцениваемая в 4 млрд долл., превращается в промышленный глобальный рынок используемых РЗМ товаров, стоимостью в 7 трлн долл. [11].
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_
1. Никулин А. А. Металлы для высоких технологий: тенденции мирового рынка редкоземельных элементов. Проблемы национальной стратегии, N 1, 2014, стр. 134-152
2. Адно Ю.Л. «Витамины роста» в промышленности высоких технологий. Металлы Евразии N4, 2016, стр. 36-40.
3. Emslander M. Rare Earth Industry Supply Alternatives ENVS 190A Thesis.
4. US Geological Survey, Mineral Commodity Summary, 2017
5. Dominating the World. China and the Rare Earth Industry, NationalInstitute of Advanced Studies, Bangalor, 2013, 54p.
6. Dent P. Rare earth elements and permanent magnets. Journal of Applied Physics, 2012.
7. Rare Earth Industry Supply Alternatives. Megan Emslander, 2014.
8. Humphries M. Rare Earth Elements: The global Supply Chain. CRS Report for Congress, December 16, 2013, 21p
9. Green J. Defense, Energy Markets Should Brace for Shortages of Key Materials. National Defense Industrial Association, October 2009.
10. Rare Earth Elements—CriticalResources for High Technology. U.S. Geological Survey
Fact Sheet, November 20, 2002.
11. Rare Earths: Market Outlook to 2020, Roskill, London.
