Острая стратегическая недостаточность
Шрифт:
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-
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.
65
Пользуемся случаем напомнить: state — именно государство, и 4-го июля 1776-го 13 британских колоний в Северной Америке провозгласили себя независимыми от метрополии — хотя и соединёнными между собою — государствами.
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
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.
Основным производителем бериллия в ту пору были США. Их таможня обратила внимание: металла, заказанного швейцарскими часовщиками, хватило бы всей часовой промышленности мира на несколько веков вперёд. Канал поставки стратегического сырья немедленно перекрыли. Немцам пришлось делать пружины своих авиапулемётов из материалов попроще и не столь надёжных [66] .
66
В СССР технология пружинных сталей заметно отставала от немецкой, а закупку бериллия сочли слишком дорогой. Шпитальный и Комарицкий, создавая в 1930-м скорострельный — 30 выстрелов в секунду — авиационный пулемёт, обнаружили: возвратно-боевая пружина ломается уже после 2500 выстрелов. Но они вышли из положения изящнее немцев: с конца 1934-го пружина сделана из нескольких тонких проволок, смотанных в пучок, и выдерживает около 15 000 выстрелов. В дальнейшем сходную технологию применил Калашников: в его автоматах и ручных пулемётах боевая пружина — витая.
ИНФОРМАЦИЯ К РАЗМЫШЛЕНИЮ
Бериллий открыт в 1798-м году в виде окиси – берилловой земли – французским химиком Луи Николя Вокленом в ходе установления общности химического состава драгоценных камней изумруда и берилла.
Металлический бериллий получил в 1828-м Фридрих Вёлер в Германии, нагревая калий с хлоридом бериллия. В 1898-м французский химик Поль Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия.
Соединения бериллия, растворимые в воде, сладкие. Поэтому элемент вначале называли «глюциний» (от греческого glykys – сладкий). Правда, пробовать на вкус нежелательно: чистый бериллий и многие его соединения – медленнодействующие яды, что изрядно осложняет работу с ними.
Бериллий применяют как легирующую добавку к различным сплавам. Он значительно повышает твёрдость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий.
Бериллий к тому же слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают, например, окошки рентгеновских трубок. Парадоксально, но факт: пропуская рентгеновское излучение практически в полном объёме, этот элемент в той же мере гасит нейтронное. Поэтому в ядерных реакторах его используют как замедлитель нейтронов.