Анатолий Вассерман - Острая стратегическая недостаточность
Это металл (как большинство металлов, в чистом виде серебристого цвета). Плотность немногим больше, чем у алюминия. Но при этом температура плавления приближается к температуре плавления стали. Этого металла на планете в 60 раз больше, чем серебра, чуть меньше, нежели свинца, и почти в 500 раз больше, нежели ртути, тем не менее, на мировом рынке этот металл дороже золота.
В начале 1869-го года гениальный русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев разослал по всем научным учреждениям страны и зарубежья «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». Эта работа ещё не была периодической системой, с которой каждый из нас познакомился в виде знаменитой таблицы в школьном кабинете химии – наглядное табличное представление появилось только через два года.
Но что важно: в этой таблице стояли пустые клетки для 21-го, 31-го и 32-го элементов, причём в них были уже вписаны, например, вычисленные теоретически атомные веса и многие свойства неизвестных веществ. Элемент 21 Дмитрий Иванович назвал экабором, исходя из того, что он следует под элементом «бор», а слог «эка» – производное от санскритского «один». 31-й и 32-й элементы получили условные названия «экасицилий» и «экаалюминий».
В том же году Менделеев теоретически вычислил и весьма подробно описал все ключевые физические и химические свойства трёх «пустых» элементов.
Уже при жизни Менделеева – всего через 8 лет после публикации его таблицы – шведский химик Нильсон, работая над выделением редкоземельного элемента иттербия, случайно обнаружил новый редкоземельный элемент. Его свойства удивительным образом совпадали со свойствами описанного Менделеевым экабора. В честь своей родины Нильсон назвал этот элемент скандий.
В 1875-м году открыт элемент галлий – тот самый экаалюминий, а в 1886-м году – германий – экасицилий. Далее по предсказанию Менделеева уже после его смерти – в 1920-х годах – открыты рений и гафний.
Скандий воистину стал крылатым металлом XXI века. Дело в том, что крошечные добавки его к алюминию резко изменяют свойства сплава. Скандий очень дорог из-за трудности добычи, но на легирование алюминия его нужно так мало, что затраты более чем окупаются. Например, примесь 0,1–0,3% скандия увеличивает прочность и теплостойкость алюминиевых сплавов в 3–4 раза, причём они становятся способны к свариванию. В частности, обшивка советского космического челнока «Буран» сделана из алюминий-скандиевого сплава. Такие сплавы очень удобны в конструкциях самолётов, ракет, скоростных поездов и автомобилей.
Скандий повышает и радиационную стойкость многих соединений. В производстве компьютеров используют синтетические гранаты германий-гадолиний-скандиевого состава. Эти же гранаты – но с добавкой неодима и меди – основа многих видов мощных лазерных установок.
Сплав магния и скандия используют в водородной энергетике.
СССР, развивая высокие технологии и глядя в будущее, ещё в начале 1960-х годов начал поиски, разведку и добычу скандиевого сырья. В итоге в течение многих лет СССР занимал первое место в мире по получению скандия. Если во всём остальном мире добывались сотни килограммов, то в СССР ежегодная добыча достигала 10 тонн!
Согласно советской программе, предусматривалось ежегодное производство 1000 тонн высококачественных алюминий-скандиевых сплавов. Это позволило бы совершить технический прорыв в самолёто- и ракетостроении. Потребителями скандия были ВПК и авиакосмические отрасли, металл также шёл на экспорт, но в гражданском хозяйстве его использовали мало.
Как мы видим из вышеописанных характеристик распространённости скандия, название «редкоземельные элементы» некорректно. Эти элементы не редки на Земле, но нигде не сконцентрированы. Поэтому их на порядки сложнее добывать, чем традиционные химические элементы. А ведь многих традиционных на планете даже меньше, чем так называемых «редкоземельных». Правильнее было бы их назвать «рассеянноземельные элементы». Они очень и очень распылены в земной коре. Именно это – их основная характеристика с точки зрения добычи. В любом случае мы здесь будем использовать аббревиатуру «РЗЭ», ибо её можно расшифровать обоими указанными способами.
НА ТОЙ ЖЕ ВЕРТИКАЛИ
Более тяжёлый аналог скандия по вертикали таблицы Менделеева – иттрий – один из самых востребованных высокотехнологических металлов современной промышленности. Его потребление – вместе со скандием – можно по праву назвать лакмусовой бумажкой развития современной инновационной экономики. Например, напыление иттрия на детали двигателей внутреннего сгорания позволяет увеличить износостойкость деталей в сотни раз по сравнению с хромированием; легирование иттрием повышает электропроводность алюминия на 7,5% и соответственно снижает тепловые потери в проводах; иттриевые сплавы прочнее титановых и не «ползут» под нагрузкой; сравнительно дешёвые железоиттриевые сплавы прекрасно аккумулируют водород в виде гидридов – соединений металлов с водородом…
Мировое производство и потребление иттрия постоянно динамично растёт на 20–25% в год. В последний предкризисный год – 2007-й – оно достигло 10 тысяч тонн. Основной производитель иттрия – Китай (не менее 50%), основные потребители – Соединённые Штаты Америки[65], Япония, Китай. До 1990-го года СССР лидировал среди мировых производителей иттрия (1–1,2 тысячи тонн в год), но потреблял не более 40% (в основном на нужды ВПК) – остальное продавал другим развитым странам. К 1999-му году производство иттрия в России упало до минимума и по сей день не восстановлено. Промышленность живёт за счёт незначительного импорта из Китая и резервных остатков предприятий ВПК с советских времён.
СОБСТВЕННО РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ
Потребление редкоземельной продукции в мире подразделяется на два крупных сегмента. Во многих случаях пригодна любая их смесь. Это, в частности, производство стекла, катализ в нефтехимии (крекинг нефти, производство присадок в дизельное топливо и др.), мишметалл для перезаряжаемых аккумуляторных батарей, полировальные порошки и т. д. Но зачастую требуются уникальные свойства конкретных металлов, и приходится их разделять, что весьма сложно вследствие близости их свойств. Например, каталитические нейтрализаторы выхлопных газов автомобилей работают на чистом церии, в сердечниках постоянных магнитов нужны самарий и неодим, люминофоры, керамические конденсаторы используют лантан и неодим, люминофоры на каждом из лантаноидов имеют свой набор цветов. Велики перспективы использования индивидуальных РЗМ в электронике, ядерной энергетике, выращивании кристаллов, создании новейших материалов и многих других целях (в частности, с каждым годом активнее востребованы европий, диспрозий, иттербий, эрбий, тербий и гадолиний). Не удивительно, что ежегодный рост потребления индивидуальных РЗМ (от 25% до 40% для разных металлов) при всей их дороговизне значительно опережает рост потребления неразделённых РЗМ (3–5%).
На основе РЗМ сегодня в мире развиваются высокотехнологичные современные производства. В частности, чёрная металлургия добавками РЗМ модифицирует нержавеющие, быстрорежущие и жаростойкие стали и сплавы, улучшая механические свойства (особенно ударную вязкость) и коррозионную стойкость. А уж изобилие сплавов цветных металлов, включающих РЗМ, давно не поддаётся единому обозрению. Все эти материалы находят широкое применение – в первую очередь в военно-промышленной и авиационно-космической отраслях экономики. Поэтому редкоземельные металлы вместе со скандием, иттрием и находящимися в других группах бериллием и ниобием продолжают составлять важную категорию стратегических металлов.
СЛАДКИЙ ЯД
Конечно, ценные редкости бытуют не только в третьем столбце таблицы Менделеева.
Много лет назад от одного военного историка слышали мы такую историю. США ещё до войны – но когда её неизбежность была уже очевидна – объявили эмбарго на поставку множества материалов, пригодных к использованию в военных целях. В частности, в числе металлов, могущих пойти на вооружение национал-социалистической Германии или национал-милитаристской Японии, оказался бериллий. Бериллиевая бронза по упругости соответствует стали, по плотности куда легче, по живучести к знакопеременным нагрузкам несравненно выше. Поэтому из неё делаются лучшие пружины. В том числе и оружейные, и часовые.
Немцы, остро нуждаясь в бериллии, заказали швейцарским фирмам несметное множество часовых пружин. Вроде бы вполне естественно: с тех самых пор, как французские протестанты, спасаясь от гонений победивших в гражданской войне католиков, по предложению Вольтера переселились в Женеву и привезли с собою своё мастерство изготовления часовых механизмов, именно Швейцария считается мировым эталоном производства механических часов.
