Академик Владимир Иванов: редкоземельные металлы - "витамины" для промышленности

Москва. 14 марта. INTERFAX.RU - В последнее время на всех уровнях, даже на международном, все чаще и чаще говорят о редкоземельных металлах. На эту тему наш политический обозреватель Вячеслав Терехов беседует с академиком РАН, директором Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН Владимиром Ивановым.

Так "хлеб" или "витамин"?

Корр.: Говорят, что редкоземельные металлы - это "хлеб микроэлектроники" и, в частности, основа компьютерной техники. Это так?

Иванов: Все-таки чаще всего говорят, что редкоземельные металлы - это "витамины промышленности".

Корр.: А компьютеры не самое главное их применение? С редкоземельными элементами связано создание чипов.

Иванов: Дело в том, что для компьютеров в первую очередь нужны полупроводники. Для создания чипов, конечно, нужны и редкоземельные металлы, но в очень ограниченном объеме. Об этом чуть позже, но главное - они необходимы всей промышленности. Поэтому их и называют "витаминами". Редкоземельные металлы - это группа из 17 элементов: скандий, иттрий, лантан и 14 лантаноидов.

Фраза "редкоземельные металлы - это витамины промышленности" объясняет многое. Витамины! Человек без них может жить, но каким будет качество этой жизни? Их немного, но для здоровья они абсолютно необходимы. То же самое и в промышленности, потому что редкоземельных элементов нужно не очень много - всего лишь маленькая добавка к сплаву, в керамику, в другие материалы, но без них нужного качества не добиться. Особенность этих металлов в том, что у них очень специфическое электронное строение, и в таблице Менделеева они занимают особое положение. Это электронное строение и наделило их уникальными свойствами.

Немного истории

Кор.: Значит, их открытие началось с Менделеева?

Иванов: Не совсем так. История их открытия берет начало задолго до Менделеева.

Редкоземельные металлы иттриевой группы обнаружил и выделил финский химик Юхан Гадолин. Это несколько разных элементов, но в то же время совсем близких по своим химическим свойствам. Благодаря Гадолину началась их история, и в честь первооткрывателя впоследствии был назван один из редкоземельных элементов - гадолиний. Гадолину повезло: ему попался в руки редкий минерал, из которого удалось выделить эти элементы в значимых количествах. Собственных минералов у редкоземельных элементов немного, и чаще всего их добывают из очень бедных руд. Именно поэтому добыча, извлечение и разделение этих элементов - столь сложный процесс.

Китай, опять Китай…

Корр.: В мире много таких рассеянных залежей редкоземельных элементов, где они находятся?

Иванов: Залежи есть, но 80% разведанных запасов находится в Китае. У них полезных ископаемых с приемлемым содержанием этих элементов больше, чем, например, у нас или у кого-либо еще. Интересный факт: в Китае даже почвы имеют повышенное содержание редкоземельных элементов. И поскольку в Китае так много редкоземельных элементов, там стараются изучить не только то, каково их значение для промышленности, но и то, как они влияют на плодородность почвы. Получается, что фоновые количества редкоземельных элементов в почве, фактически, являются удобрением, поскольку способны изменить ее плодородие.

Корр.: Естественный вопрос: как это происходит?

Иванов: Это продукты выветривания тех же самых горных пород. Попадая в почву, они изменяют ее свойства.

Корр.: А искусственно их можно вносить?

Иванов: Китайцы достаточно активно ведут подобные исследования. Но я не уверен, что эта дорога такая уж безобидная, потому что редкоземельные элементы - это все-таки тяжелые металлы. А как они будут накапливаться в растениях, и как они будут влиять на жизненные процессы в организме? Это - вопрос вопросов!

Корр.: Вернемся к самим элементам.

Иванов: Элемент гадолиний нашел активное применение в медицине, когда появилась магнитно-резонансная томография. Он используется для создания контрастных веществ, применяемых при томографическом обследовании. Кто проходил такое обследование, точно слышал об этом. Но нужно помнить и то, что не всем пациентам они рекомендованы, потому что довольно часто соединения гадолиния вызывают индивидуальную непереносимость, и можно при помощи химических ухищрений нанести вред здоровью. Сейчас гадолинию ищут замену.

Церий, церий - ему нет замены!

Корр.: Мы затронули только два направления использования: микроэлектронику и отчасти сельское хозяйство. Еще где они могут применяться?

Иванов: Сразу хочу сказать, что у редкоземельных элементов нет применения в ювелирной продукции (в отличие, например, от металлов платиновой группы), тут все так или иначе связано с высокими технологиями. Известным массовым применением наиболее доступного редкоземельного элемента - церия - стали разнообразные полировальные смеси, в частности, автомобильные полироли. Но полировальные смеси из оксида церия нужны и для более высокотехнологичных отраслей, например, для полировки кремниевых пластин, используемых в микроэлектронике. Не будет такой полировальной смеси, не будет и производства чипов. Я хочу отметить при этом, что как только к нашей стране были применены санкции, эти полировальные смеси тоже попали под запрет на ввоз.

Корр.: А мы сами их производить можем?

Иванов: Налаживаем. Но, смотрите, с чем мы сталкиваемся. Любые современные материалы, любая современная химия - это чаще всего не какие-то индивидуальные соединения, а сложные смеси, которые оптимизированы для того или иного применения. И вот эти полировальные составы тоже не исключение. Там может быть 10 разных компонентов. Понятно, что главное - это оксид церия, но остальные составляющие тоже имеют очень большое значение. Мы, конечно, можем их завозить, в частности, из Китая. Но способов контроля качества той продукции, которую будут привозить, пока нет.

Корр.: Как мы выходим из положения?

Иванов: Я знаю, что сейчас Минпромторг провел конкурс на создание этих суспензий. Для разработки отечественного аналога определено два с половиной года.

Без них нет магнитов, а без магнитов - нет дронов!

Корр.: Вы назвали редкоземельные элементы "витаминами" промышленности. Где еще они необходимы?

Иванов: Есть еще одна очень и очень важная область их применения - в составе магнитных материалов.

Корр.: Мне пришли сразу на ум сувенирные магнитики, которые висят на холодильниках во многих квартирах.

Иванов: Да, это известное бытовое применение. Но сильные магниты, например, изготовленные из соединений неодима, нужны всей промышленности, и это одна из веских причин, почему всем государствам сейчас очень нужны редкоземельные элементы - именно для производства сильных постоянных магнитов. Одна из очень понятных и важных сегодня областей их применения - двигатели дронов.

Вот прямой потребитель: не будет магнитов, не будет никаких дронов. Понятно, что есть и более простые применения неодимовых магнитов, например, в микромоторчиках. Такие, в частности, отвечают за вибрацию мобильного телефона. И это лишь один из многочисленных примеров. Так что неодим - это такой элемент, который всем очень нужен, и за ним идет отдельная охота. Сами понимаете, рынок магнитов и изделий, которые содержат магниты, - бескрайний.

Без них невозможно в нефте- и газохимии

Корр.: Про магниты мы поговорили, микроэлектронику и сельское хозяйство затронули. Еще где используются редкоземельные элементы?

Иванов: Очень важное их применение - в катализе. А катализ - это, прежде всего, нефте- и газохимия, производство полимеров и полимерной продукции. Здесь редкоземельные элементы тоже незаменимы, ничего без них не сделаешь. По счастью, если говорить про Российскую Федерацию, у нас был и остается хороший научный задел в области создания катализаторов, и уход с нашего рынка подавляющего большинства производителей катализаторов, конечно, неприятен, но эту проблему решить можно. Мы создаем либо аналоги, либо что-то лучшее, чем было. В Академии наук, в частности, много институтов нефтехимического профиля, например, Институт нефтехимического синтеза, институты в Башкирии, в Сибири. Там коллеги активно занимаются разработкой импортозамещающих илиновых катализаторов, содержащих в том числе и редкоземельные элементы. Кстати, церий, о котором мы говорили ранее, также активно используется в катализаторах, в том числе и в автомобильных, необходимых для нейтрализации выхлопных газов. Без таких катализаторов ни один автомобиль не выпустят на рынок.

Они нужны даже в борьбе с контрафактом

Корр.: Список областей их применения продолжим?

Иванов: Массовое применение редкоземельных элементов связано с особыми оптическими свойствами их ионов; из них делают люминофоры – вещества, которые при том или ином воздействии светятся.

Корр.: Иными словами говоря, это люминесцентные приборы?

Иванов: Я бы сказал, люминесцентные материалы, используемые в люминесцентных устройствах. У каждого из редкоземельных элементов есть свой уникальный спектр излучения и поглощения. Это дает возможность создавать самые разные люминесцентные материалы. Они, в частности, применяются для оптического кодирования, что уже находит применение в борьбе с контрафактом. Можно на поверхность какого-то изделия нанести несколько соединений различных редкоземельных элементов, которые будут давать при разном освещении разное свечение, за счет чего можно определить, контрафакт перед вами или нет.

Корр.: Это не очень дорогое удовольствие?

Иванов: Нет, вполне терпимо. Количество вещества, которое требуется для того, чтобы защитная метка засветилась, на самом деле очень и очень небольшое.

Хочу немного вернуться к той части разговора, где мы говорили про массовые виды потребления редкоземельных элементов. Они находят применение в качестве добавки в стали и сплавы. Чаще всего эти добавки призваны повысить прочность, либо улучшить какие-то другие механические характеристики. Это недешево, но вполне оправданно. Далее. Редкоземельные элементы необходимы для производства термобарьерных покрытий, например, для защиты лопаток в турбинах. Такого "витамина" в этом производстве нужно немного, но без него нет надежных турбин!.

"Витамин" - для промышленности, а для нашего организма?

Корр.: Мы обсудили применение редкоземельных металлов в промышленности и в медицине. А если коснемся здоровья человека?

Иванов: Да, это важная тема, которая, к сожалению, редко обсуждается. На протяжении своей жизни человек сталкивается с большим числом различных химических соединений. По мере развития высокотехнологичной промышленности их количество лавинообразно возрастает, и совершенно непонятно, как мы будем реагировать на то или иное вещество. Наш организм далеко не всесилен и всемогущ. А вот мы, повторюсь, к сожалению, далеко не всегда исследуем влияние на человека окружающих нас химических веществ. Понятно, что есть более-менее стандартизованные испытания на токсичность. Дальше всех, конечно, продвинулись медики при создании лекарств.

Но мы живем в мире, в котором все давно поменялось, и возможного воздействия на нас этого нового окружающего мира и всего многообразия известных нам химических элементов, в том числе и редкоземельных, никто не боится, а зря. Совершенно зря.

Без редкоземельных металлов не достичь технологического суверенитета!

Корр.: На Россию приходится около 20% разведанных запасов редких земель, а наша доля в их мировом производстве - только несколько процентов! Таким образом, у нас тупик в разработке редкоземельных металлов?

Иванов: Не совсем так. С 2025 года реализуется национальный проект под названием "Химия и новые материалы". В этом национальном проекте есть часть, которая как раз связана с получением и использованием редких и редкоземельных металлов. Сейчас в стране создан научный консорциум, в который входит наш Институт физической химии и электрохимии и Кольский научный центр. Этот консорциум получил статус Научного центра мирового уровня. Занимается он именно исследованиями редких и редкоземельных металлов, их соединений, и их дальнейшим практическим применением.

Корр.: Где у нас залежи?

Иванов: На Кольском полуострове уже разрабатывается замечательное Ловозерское месторождение. В Якутии есть очень перспективное Томторское месторождение, но понятно, что прежде чем что-то там добывать, сначала надо сильно вложиться в развитие инфраструктуры. Есть и другие месторождения, конечно.

Главное, сейчас всем стало понятно, что достижение технологического суверенитета страны без разработки редкоземельных элементов невозможно.