Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
| РЗЭ | Рыночные цены по данным American Market, 11.03.1999 г., сиф порты США | Справочные цены Rhone Pouienc, 1996 | Цены торговой компании Flying trading USA на 14.04.1997 г. | |||||||||
| Оксиды | Металлы | Оксиды | Оксиды | Металлы | ||||||||
| Чистота, % | Цена | Чистота, % | Цена | Чистота, % | Цена | Чистота, % | Цена | Чистота, % | Цена | |||
| мин. | макс. | мин. | макс. | |||||||||
| La | 99,9-99,999 | 12 | 14 | – | – | – | 99,99 | 23 | 99,999 | 9 | 99 | 6,6 |
| Ce | 98-99,99 | 12 | 33 | 99-99,9 | 21 | 40 | 99,5 | 23 | 99,9 | 11 | 99 | 13,4 |
| Pr | 96-99,5 | 7 | 18 | 99,5 | 14 | 15 | 96 | 32 | 99,5 | 7,2 | – | – |
| Nd | 96-99,99 | 14 | 120 | 97-99 | 17 | 19 | 95 | 22 | 99,9 | 21 | 99 | 28,7 |
| Sm | 96-99,9 | 13 | 32 | 99-99,9 | 55 | 65 | 96 | 75 | 99,9 | 16 | 99 | 71,6 |
| Eu | 99,99 | 220 | 240 | – | – | – | 99,99 | 700 | 99,99 | 320 | – | – |
| Gd | 99-99,99 | 22 | 25 | – | – | – | 99,99 | 115 | 99,99 | 16,5 | – | – |
| Tb | 99-99,99 | 150 | 170 | 99-99,99 | 335 | 690 | 99,9 | 685 | 99,99 | 210 | – | – |
| Dy | 95-99,99 | 50 | 120 | 99-99,99 | 63 | 140 | 95 | 65 | 99,9 | 44 | – | – |
| Ho | – | – | – | – | – | – | 99,9 | 485 | – | – | – | – |
| Er | 99-99,99 | 46 | 320 | 99,9 | 255 | – | 96 | 150 | 99,99 | 220 | – | – |
| Tm | – | 3500* | – | – | – | – | 99,9 | 3600 | 99,99 | 1123 | – | – |
| Yb | 99,9 | 82 | 91 | 99-99,9 | 260 | 320 | 99 | 230 | 99,99 | 240 | – | – |
| Lu | 99-99,99 | 1500 | 2500 | – | – | – | 99,99 | 4500 | 99,999 | 2911 | – | – |
| Y | 99-99,999 | 22 | 25 | 99-99,9 | 71 | 86 | 99,99 | 85 | 99,99 | 24 | – | – |
* Январь 1998 г.
Оксид Y стабилизирует керамику из оксида Zr ((10 – 16%) Y2O3), которая становится термостойкой до 2200 ºС. Для стабилизации конструкционной керамики из ZrO2 добавляют обычно (5 – 6) % Y2O3.
Хроматы La и Y применяют для изготовления нагревательных элементов высокотемпературных печей.
Индивидуальные РЗМ широко используют в электронике, электротехнике.
Высокочистые оксиды (особенно La, Eu, Tb) входят в состав люминофоров, используются в люминесцентных лампах.
SmСо5 – разработанный в 1968 г. магнитный материал. В 80-х годах XX столетия были разработаны магнитные материалы нового поколения, включающие Nd-Fе-B. Магнитная энергия Sm-магнитов составляет 189 кДж/м3, неодимовых – 277.
Ce и La входят в состав автокатализаторов (дожигателей выхлопных смесей), Tb, Dy, Er и др. применяются в оптоэлектронике.
Соединения индивидуальных редкоземельных металлов с Ni (RNi5, где R – La или другие РЗМ) являются прекрасными поглотителями (аккумуляторами) водорода, используются как катализаторы процесса гидрирования и для очистки Н2.
В некоторых странах (особенно в КНР) разработаны микроудобрения, в состав которых входят хлориды РЗМ. По некоторым данным их применение повышает на (10–20) % урожайность сельскохозяйственных культур. Подобные микродобавки в корм скоту, птице, рыбам увеличивают их продуктивность.
Торий
До тех пор пока не решится проблема с включением Th в ядерный топливный цикл, его производство и применение будут носить ограниченный характер.
Металлический торий используют для легирования Mg-сплавов, в качестве геттера при изготовлении электроламп. В сплавах торий играет роль термоупрочняющей добавки высокопрочных сплавов для авиа- и ракетостроения (кроме сплавов Mg, его вводят также в сплавы Ni, Be и др.).
ThO2 – огнеупорный материал (к примеру, для изготовления тиглей), а также компонент катализаторов перегонки нефти, ряда окислительных процессов при получении некоторых органических продуктов.
Титан
Значительная часть титана, до (90 – 95) % сырья используется в виде соединений, в первую очередь это природный и синтетический рутил – TiO2.
Главным потребителем TiO2 является лакокрасочная промышленность – для производства титановых белил, которые не ядовиты по сравнению со свинцовыми, обладают хорошей кроющей способностью. Он служит хорошим наполнителем эмалей, пластмасс, резины и бумаги.
TiO2 используют для производства огнеупоров, стекловолокна. Хороший изолятор в электротехнике и радиопромышленности. Ниже приведена структура потребления TiO2 разными странами в 1985 г. (%).
| Область применения | США | Западная Европа | Другие |
| Лакокрасочная промышленность | 51 | 62 | 75 |
| Область применения | США | Западная Европа | Другие |
| Пластмассы | 14 | 13 | 8 |
| Бумага | 24 | 9 | 4 |
| Прочие | 11 | 11 | 15 |
Карбиды, нитриды и силициды Ti – абразивные материалы.
Гидрид Ti – аккумулятор и источник чистого водорода.
TiS2 служит для изготовления катодов химических источников тока (с Li – анодом).
TiВ2 применяется для изготовления электродов для плавки алюминия.
Титанат бария – сегнетовый диэлектрик в электронных установках.
В странах СНГ большая часть сырья перерабатывается на металлический титан и лишь ~ 20 % для получения TiO2 (в основном, пигментного).
Металлический титан и его сплавы широко используются в авиационной промышленности, военном судостроении (корпуса подводных лодок, покрытия днища кораблей) и ракетной технике.
Он является основой для получения лёгких сплавов с Al, V, Mo, Mn, Cr и др. В Западной Европе и Японии на производство сплава Ti–Al–V использовали до 50 % металлического титана.
Ti является составной частью специальных марганцевых, хромистых, хромомолибденовых и хромоникелевых сталей, а также Cu и Al сплавов.
Хорошо развита техника покрытия (плакирования) поверхностей сталей (в том числе, и чёрных) металлическим титаном для защиты от коррозии (к примеру, в химическом машиностроении).
Чистый титан используют в электровакуумной промышленности для изготовления анодов, сеток и других деталей, а также в виде порошка – в качестве геттера.
Ферротитан, содержащий (18–25) % Ti, применяют для раскисления стали – обескислороживания, деазотирования, десульфуризации.
Таблица 11
Структура потребления металлического титана (%)
| Область применения | Все страны | Область применения | Япония, 1995 | |
| 1955 | 1979 | |||
| Авиация | 97 | 80 | Химическая промышленность | 29,3 |
| В том числе: | Энергетика | 19,0 | ||
| военная | 94 | 45 | Торговля и потребительские товары | 36,1 |
| гражданская | 3 | 35 | Авиакосмическая промышленность | 3,6 |
| Промышленность (химическое машиностроение, судостроение и др.) | 5 | 20 | Прочие | 12 |
По мере снижения цен на металлический титан он активно проникает на потребительский рынок. Из него изготавливают кухонную посуду, столовые приборы, автомобильные глушители и т.п.
Этот процесс является явным признаком перехода титана из разряда технологически редких металлов (которым он был ещё в 50-х годах XX столетия) в разряд обычных (чёрных или цветных). Если использовать иностранный термин, титан из «less-common metal» превратился в «common metal».
Некоторые примеры цен на Ti и титановое сырье:
1991 г. − 1 кг титановой губки стоил 11 − 12 долл. США.
прокат (лист) 22 − 30 долл. США.
1996 г. − 1 кг титановой губки стоил 7,9 − 9,2 долл. США.
Ильменитовый концентрат: с 1995 по 1996 г. цена повышалась с 40 до 90 долл. за 1 т; рутиловый концентрат − с 350 до 600 долл. за 1 т.
Интересно отметить, что цена титановой продукции уменьшается на фоне подорожания сырья. Это говорит, с одной стороны, о коренном совершенствовании способов переработки, с другой стороны, – об исчерпании первоначальных источников богатого сырья, ухудшении его качества. Аналогичная картина характерна для многих других редких металлов, о чём уже говорилось в разделе, посвящённом истории развития металлургии. Кстати, для целого ряда редких металлов характерен постепенный переход в разряд обычных. Очевидно, на очереди для подобного превращения находятся цирконий, некоторые (наиболее распространённые) РЗМ и др.
Цирконий и гафний
Около 95 % циркония используется промышленностью в природной минеральной форме (циркон ZrSiO4, бадделеит ZrO2).
На долю металлического циркония и его синтезированных соединений приходится около (3 – 5) % от общего потребления природных минералов.
Таблица 12
Структура потребления циркона, %
| Страна | Огнеупоры | Керамика | Литейное производство | Другие производства |
| Япония | 61 | 12 | 13 | 14 |
| США | 24 | Сведений нет | 28 | 48 |
| Германия | 16 | 17 | 30 | 37 |
| Франция | 71 | 4 | 2 | 23 |
| Италия | – | 94 | 4 | 2 |
| Великобритания | 7 | 40 | 28 | 25 |
| Испания | – | 100 | – | – |
Цирконовый концентрат широко используют для формовых смесей и обмазок (противопригарное покрытие) литейных форм, для огнеупоров.
Обезжелезненный циркон входит в состав оптических, термостойких и химически стойких стекол, белых эмалей (глушитель), керамических пигментов, эмалей, стойких к горячим щелочам.
· Синтетический и природный ZrO2 (бадделеит) используют в производстве огнеупоров и абразивов. Частично стабилизированный ZrO2 обладает высокой прочностью, износостойкостью, термостойкостью, высокими теплоизоляционными свойствами. Применяется как конструкционный материал для изготовления теплозащитных и антикоррозионных покрытий деталей газовых турбин, теплозащитных экранов ракет, сверхзвуковых самолётов, режущих инструментов. Керамика на основе бадделеита – высококачественный огнеупор, верхний температурный предел его использования >2000 °С. Обладает повышенной химической стойкостью к расплавам и растворам щелочей и кислот. Применяется для производства бадделеит-корундовых огнеупоров (бакор) – облицовка стекловаренных печей, для непрерывной разливки стали и в цветной металлургии.
· Тонкодисперсный стабилизированный ZrO2 (часто в смеси с корундом) – абразив для шлифовки оптических стекол и полупроводниковых пластин. Стабилизированный оксидом иттрия – твёрдый электролит химических источников тока, используется в сенсорных датчиках для определения кислорода.
· Монокристалл стабилизированного ZrO2 – оптический материал квантовой электроники (фианит), окрашенный фианит – оптические фильтры и ювелирные изделия.
· ZrO2 – основа конструкционной керамики для изготовления цилиндров двигателей внутреннего сгорания, позволяет повышать температуру рабочего тела (температуру сгорания бензиновоздушной смеси) до уровня, недоступного для цилиндров из металла, что в свою очередь повышает кпд двигателя.
В металлургии Zr используют для раскисления сталей и чугуна, он замедляет рост зёрен и старение стали.
Легирующие добавки, содержащие до 0,8 % Zr, повышают прочность Al и Mg–сплавов; 0,35 % Zr повышают жаропрочность медных сплавов (без изменения электропроводности).
Ti–Zr сплавы применяют в аэрокосмической технике, сплав Zr (75 % Nb, 25 % Zr) обладает сверхпроводимостью при 4,2 К.
В химическом машиностроении металл используют для агрегатов, выдерживающих действие HCl, паров HCl и Cl2, устойчивых в щелочных средах.
В вакуумной технике Zr используют как геттер, наряду с Ta – для изготовления хирургических инструментов. Высокая коррозионная стойкость Zr и совместимость с биологическими тканями позволяют использовать его для изготовления искусственных суставов и протезов.
Гидролизованный сульфатоцирконат натрия – дубитель белых кож, гидролизованный карбонатоцирконат алюминия и ацетат аммония применяют для производства эмульсий для водоотталкивающей и огнезащитной обработки материалов.
Фосфаты циркония – эффективные неорганические ионообменники, способные работать при высоких температурах. Гидроксофосфаты циркония применяют в качестве восстановителей костных тканей, при протезировании.
Ряд соединений используют в качестве катализаторов (например, нитрат в нефтепереработке), сиккативов (сушащих препаратов) для масляных красок.
Гафний производится только в процессе очистки от него циркония, используемого в ядерной энергетике. В связи с этим масштабы его производства и потребления тесно связаны с таковыми для ядерно-чистого циркония.
Основная часть гафния используется для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов в качестве «невыгорающей» (не уменьшающей способности поглощения медленных нейтронов в результате интенсивного нейтронного облучения) в смеси с оксидами РЗМ (обычно Eu, Sm, Gd). Такие стержни нашли наиболее широкое применение для энергетических установок военных судов.
(2 – 10) % Hf повышает пластичность, технологичность, жаропрочность и жаростойкость суперсплавов на основе W, Mo, Nb, Ta, Ti, Ni, Co и др. Такие сплавы используют для изготовления орудийных стволов, реактивных двигателей, газовых турбин. Гафниевая фольга используется для ламп-вспышек.
HfC и HfN применяют для износостойких покрытий режущего инструмента.
Твёрдые растворы (Ta, Hf)C имеют температуру плавления около 4200 °С – самая высокая из известных в настоящее время. Добавка 1 % Hf в Sm–Co магниты существенно улучшает их магнитные свойства.
В 1991 г. США использовали около 58 % Hf в управляющих стержнях ядерных реакторов, в основном – военных судов и около 40 % для производства суперсплавов.
Таблица 13
Структура потребления циркониевой продукции в США и Японии (%)
| Области применения | США (1986 г.) | Области применения | Япония (1995 г.) |
| Литейное производство | 49,6 | Огнеупоры | 56,8 |
| Огнеупоры, в том числе АЦК,(Al2O3-ZrO2-SiO2) | 25,2 | Абразивы | 8,4 |
| Абразивы (ZrO2 стаб., Al2O3- SiO2) | 9,9 | Стекло, керамика | 4,1 |
| Сплавы | 3,8 | Высокопрочная керамика | 4,9 |
| Прочие | 11,5 | Прочие | 2,4 |
Цены на циркониевую продукцию к 1990 г. выросли по сравнению с 1976 г.: реакторная циркониевая губка в 2,5 раза (до 26 долл. за 1 кг), циркониевый порошок в 8 – 15 раз (до 330 долл.).
Ванадий
До 85 % ванадия используют как легирующую добавку в стали различного назначения, лишь 10 % – как компонент различных сплавов, всего 5 % – в химической промышленности.
Добавка ванадия резко повышает прочность сталей, их сопротивляемость усталости и износоустойчивость. Ванадий в сталях взаимодействует с углеродом, образуя твёрдые и жаростойкие карбиды, равномерно распределяющиеся в железе, делают его структуру мелкокристаллической. Ванадий используют для легирования чугуна. Он является компонентом сплавов для постоянных магнитов (1–15) % V, жаропрочных, твёрдых и коррозионно-стойких.
Повышенная устойчивость к усталости позволяет применять ванадийсодержащие стали для изготовления пружин (рессор), высокая прочность – для производства брони.
Ванадиевые стали применяют для производства рельсов, в автомобилестроении, в производстве труб большого диаметра для трубопроводов (особенно арктических – работающих при низких температурах).
Выплавляется значительное количество V–Cu сплавов (ванадиевые бронзы), сплавов с Al и Ti.
Сплавы на основе ванадия с Nb, Ta, Mo, W, Zr используют в авиакосмической технике, химическом машиностроении и судостроении.
V2O5 и некоторые другие соединения являются катализаторами (например, в процессе производства H2SO4).
Ванадий находит применение в составе люминофоров, лазерных материалов, входит в состав некоторых высокотемпературных сверхпроводников.
Цена V2O5 в 1989 г. составляла 25 долл/кг, в конце 1994 г. – 5,5 долл/кг.
Ниобий и тантал
До 90 % ниобия используется для получения и легирования различных сплавов (в основном – в виде феррониобия). От 40 до 50 % Nb используется для микролегирования сталей (при среднем расходе Nb (0,05 – 0,1) %). Из них (20 – 25) % – для получения жаропрочных сталей ((1 – 5) % Nb), (20 – 30) % – нержавеющих и жаростойких сталей ((0,2 –1,2) % Nb). В мировом производстве низколегированных сталей ниобий вышел на первое место по уровню потребления (среди всех микролегирующих добавок). Эти стали имеют широкий спектр применения: в строительстве (особенно высотном), мостостроении, дорожном и горном машиностроении, автомобилестроении, железнодорожном транспорте, глубинном нефтяном бурении (особенно подводном), авиационной технике, аппаратуре для химической и нефтехимической промышленности и т.д.
(1 – 3) % применяют в виде самого металлического ниобия или сплавов на его основе – в основном, для нужд ракетостроения (сопла ракет).
Nb может заменять Ta в электролитических конденсаторах. Из карбида ниобия производят высокотемпературные нагреватели, карбиды Nb, Ta, Ti – входят в состав твёрдых и сверхтвёрдых сплавов (для металлообработки).
Высокопрочные низколегированные малоуглеродистые стали, содержащие за рубежом (0,07 – 0,08) % Nb, в России (0,03 – 0,04) % являются материалом для изготовления труб большого диаметра (до 1420 мм), предназначенных для магистральных трубопроводов (они выдерживают высокое давление, морозостойки, долговечны). Суперсплавы на основе Nb (особенно сплав Ni–Nb) используются для изготовления деталей авиационных двигателей, лопаток турбин (800 – 1000 °С), жаропрочные сплавы выдерживают температуру до 1100 – 1250 °С.
Ниобий имеет максимальную среди всех металлов температуру перехода в сверхпроводящее состояние (9,2 К), высокие критические температуры характерны и для ряда сплавов на его основе. Интерметаллическое соединение Nb3Ge до 1986 г. (до открытия керамических высокотемпературных сверхпроводников) было рекордсменом по значению критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние (23,2 К).
Высокая коррозионная стойкость определяет использование Nb и Ta в химическом машиностроении.
Высшие оксиды Nb и Ta (М2О5) применяют в микроэлектронике в качестве диэлектриков, в стекловарении, ряд танталатов и ниобатов обладают сегнето- и пьезоэлектрическими свойствами.
Оксалаты и цитраты Ta и Nb – катализаторы процессов основного органического синтеза.
Ниобаты и танталаты Nb и Ta нашли применение в опто- и акустоэлектронике, ювелирной промышленности (имитация бриллиантов).
Структура потребления Ta в 1990 г. (%):
конденсаторы 43,
карбиды 24,
химически и термически
стойкое оборудование 16,
сплавы 12,
другие области 5.
После анодного окисления на поверхности тантала образуется оксидная плёнка, определяющая наличие вентильного эффекта – пропускание тока в одну сторону. Это свойство тантала используется при изготовлении электролитических конденсаторов. Ta-конденсаторы обладают максимальной удельной ёмкостью, высокой стабильностью и надёжностью в широком диапазоне температур.
Как уже указывалось, TaC – главный компонент сверхтвёрдых сплавов для металлообработки.
Плакирование (покрытие) стали танталом, позволяет сооружать аппараты, устойчивые в производстве H2SO4, NH3 и др. Из этого материала изготавливают теплообменники, нагреватели для коррозионных сред.
Суперсплавы на основе или с участием тантала широко используются в авиакосмической промышленности.
Ta применяют для изготовления деталей электронных приборов (аноды, сетки, катоды и т.п.), а также в качестве геттера.
Легированные танталом стали обладают повышенной коррозионной стойкостью.
Тантал – уникальный биосовместимый материал, используемый для костного протезирования.
Покрытые нитридом тантала (TaN) поверхности устойчивы к истиранию.
Молибден
80 % производимого молибдена используют в чёрной металлургии (в основном – в виде ферромолибдена) для получения легированных (от 0,5 до 8,5 % Mo) сталей и чугунов. При этом производят стали конструкционные, инструментальные, быстрорежущие, самозакаливающиеся, нержавеющие и жаростойкие. Из легированного чугуна в основном производят различные литые детали, валки прокатного производства. Молибден из чугуна удаляет графитовые межкристаллические прослойки.
Стали, легированные Mo, характеризуются высокой прочностью, вязкостью – используются для производства брони танков, орудий, ракет. Рельсовая сталь, содержащая молибден, служит в два раза дольше, чем обычная. Вместе с Nb Mo входит в состав сталей для изготовления труб большого диаметра для нефте- и газопроводов. Присутствие Mo обеспечивает высокую прочность сварных швов, коррозионную стойкость.
Молибден входит (в качестве основы) в суперсплавы, в состав кислотостойких и жаропрочных сплавов вместе с Ni, Co, Cr ((50–60) % Ni и Co, (20–28) % Cr, (3–10) % Mo). Кислотостойкие сплавы с молибденом используются в химическом машиностроении.
Из Mo изготавливают детали электроламп и электровакуумных приборов.
MoS2 – смазка, работающая в интервале температур 40 – 350 °С. Соединения молибдена – катализаторы гидрирования нефти и угля, в сельском хозяйстве используются в качестве микроудобрений.
Из молибдена производят нагреватели для высокотемпературных печей.
Вольфрам
Введение вольфрама в состав сталей придаёт им твёрдость, прочность, тугоплавкость, самозакаливаемость, кислотоупорность, повышает предел упругости и сопротивление растяжению. В связи с этим до 50 % вольфрама используется в производстве легированных (главным образом инструментальных) сталей. Быстрорежущие инструментальные стали содержат от 8 до 20 % W.
35 – 45 % добавки в виде карбида вольфрама (WC) применяют для изготовления твёрдых сплавов, для производства буровых коронок, фильер для волочения проволоки, штампов, пружин, клапанов и т.п. К примеру, для режущих и буровых инструментов разработан сплав, содержащий (85 – 95) % WC и (5 – 15) % Co.
Сплавы W с другими металлами (с Re, Ta, Nb, Mo Cu Ag) находят применение в авиационной и ракетной технике, электронике, сплав W с Cu и Ag – хороший материал для изготовления контактов (рубильники, выключатели и т.п.).
Чистый W – основной материал для изготовления нитей накаливания электрических ламп. Рабочая температура этих нитей 2200 – 2500 °С. W-нити обеспечивают малую скорость испарения металла. В настоящее время для производства осветительной техники используют от 6 до 12 % W.
Соединения вольфрама находят применение в производстве лаков и красок, некоторые из них – катализаторы производства синтетического бензина. Для синтеза химических продуктов используют всего 2 % W.
Металлический вольфрам используют для изготовления нагревателей для электропечей с рабочей температурой до 3000 °С, термопар, роторов гироскопов.
Рений
В табл.14. представлены данные по динамике потребления рения в мире и США.
Таблица 14
Дата: 2019-02-25, просмотров: 190.