Редкоземельные элементы

Пару недель назад в лентах мелькнула малозаметная новость, что Китай вводит экспортный контроль на второй пакет редкоземельных элементов. В предыдущий раз в апреле были включены samarium (См), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), lutetium (Lu), scandium (Sc), yttrium (Y). В октябре к ним добавили holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), europium (Eu) и ytterbium (Yb). Под контроль попадает всё что связанно с минералами, технологиями, оборудованием, разведкой и добычей, извлечением, производством магнитов. Всё связанное с этими элементами в настоящий момент требует разрешения и получения лицензий, где необходимо доказать как будут использоваться материалы и изделия. Автоматически под запрет попали все военные цели. Очевидно, что также Китай берёт под контроль все чувствительные сферы в производстве, где задействована редкоземелка. Обычная такая конкуренция. У кого-то что-то есть, он и выжимает из имеющегося всю пользу. Впрочем, стоит заметить, что китайские объявления экспортного контроля с не малой вероятностью связаны с закулисными переговорами. Можно подозревать, что американские гении переговоров пригрозили Китаю военными действиями, на что Китай предложил американцам воевать без поставок из Китая ключевых материалов для производства оружия. После чего американцы возмутились да как так можно и обиженно вопят про несправедливость и коварство со стороны Китая. 

Вчера Трамп подписал с премьер-министром Австралии соглашение о критически важных редкоземельных минералах, заявив дословно: "Примерно через год у нас будет так много критически важных минералов и редкоземельных элементов, что вы не будете знать, что с ними делать. Они будут стоить около двух долларов." Что характерно, ранее уже были другие гениальные ходы вроде сделки по редкоземелке с Украиной. В начале года потрясающие в таких разводах украинцы впарили американским акулам бизнеса "сделку века" с редкоземельными ископаемыми в Украине. В процессе этой сделки было много сообщений, что добывать эти ископаемые не так просто, что часть месторождений под русским контролем, а в добычу других нужно вкладывать деньги в огромных количествах. Но на самом деле описываемые трудности слабо затрагивали и описывали истинную сложность ситуации с редкоземелкой и причин зависимости от Китая. Реальность последней сделки с Австралией такова, что критически важных минералов у Америки может быть вдоволь даже не через год, а в течении нескольких недель. Добыча редкоземелки в Австралии происходит давно. Доля Австралии от мировой находится в районе 5%. К 2030 году по очень оптимистичным сценариям добыча Австралии может вырасти до 10-15% от мировой. При этом для понимания, в настоящий момент у США около 13-15% добычи редкоземелки, у Мьянмы около 10%. Лидер Китай, который контролирует более 70% добычи. Впрочем, предсказание Трампа, что уже очень скоро Америка не будет знать, что делать с редкоземельными элементами и стоить они будут около 2 долларов, в итоге сбудется. Но есть жирный нюанс. Добыча редкоземелки с огромной долей Китая — это меньшая часть проблемы. Проблема Запада в том, что получить необходимое для своей промышленности количество редкоземельных элементов без участия Китая Запад не сможет ни через год, ни через два, ни через десять. И справедливости ради, скорее всего никогда в принципе. Стратегическая ошибка Запада была допущена уже 40 лет и проблемы не только в контроле над месторождениями, но и в массе технологических цепочек по получению конечного продукта.

Дело в том, что главная тонкость не в добыче, а в переработке. И цифры это демонстрируют предельно красноречиво.

Иметь в распоряжении месторождение это вообще не проблема. Как было продемонстрировано в последние месяцы, редкоземелка не то чтобы повсюду, но много где. Часто добыча ведётся открытым способом. Добыть руду (фосфаты, карбонаты, монозиты, ильмениты, тяжёлые минералы) не трудно. Руда добывается, дробится, транспортируется. Самое интересное начинается дальше. На первых этапах происходит обогащение и концентрирование. Дробление руды и разделение элементов, чтобы подготовить сырьё для серьёзной обработки. Концентраты руды обрабатывают кислотами и щелочами, удаляются нежелательные металлы и примеси, отделяются соседние элементы с близкими химическими свойствами, получение необходимых оксидов и металлов, которые в дальнейшем подвергаются дополнительной очистки. Проблема с рудой в том, что содержание редкоземельных элементов составляет в ней существенно менее 1%. Уже после обогащения и выщелачивания, когда на выходе имеется раствор, содержание в 1 литре раствора редкоземельных элементов обычно менее 1 грамма. Для получения 1 килограмма yttrium нужно провести манипуляции над 52 тоннами руды, для получения 1 килограмма dysprosium уже понадобится 260 тонн руды, для одного килограмма samarium 290 тонну руды, для 1 килограмма scandium 1500 тонн руды, для 1 килограмма lutetium уже 5000 тонн руды. Из-за схожести соседних элементов приходится делать много ступеней вытяжки/обмена, экстракцию растворителями, сотни последовательных циклов, ионный обмен, восстановление оксидов различными методами, огромное количество энергии. Побочкой становятся кислотные стоки, радиоактивные отходы, тяжёлые металлы, колоссальное количество отходов. Всё это выливается в колоссальную стоимость процессов.

Для понимания стоимости редкоземелки можно вспомнить цену килограмма стали на рынке. В Китае килограмм стали обходится примерно 0,4 доллара за килограмм, в Европе 0,9 доллара за килограмм, в США 1 доллар. Килограмм Europium стоит около 20 долларов, Samarium стоит 80 долларов за килограмм, Dysprosium 250 долларов за килограм, Terbium стоит почти 2000 долларов, Scandium около 3300 долларов. 

Китай контролирует около 70% добычи редкоземельных элементов и около 90% переработки и магнитопроизводства. Надо заметить, что суммарная потребность военки в редкоземах не столь велика и составляет доли процента. Для примера, одна подводная лодка класса Virginia содержит всего около 4,2 т редкоземов, а истребитель вроде F-35 сотни килограмм. В то же время с учётом больших объёмов платформ и боеприпасов, в год нужны тысячи тонн редкоземельных элементов. В военке редкоземы нужны для производства магнитов в электродвигателях (сервоприводы, стабилизаторы), гироскопах, системах наведения ракет, приводных системах, РЛС-компоненнтах, турбореактивных двигателях, разнообразной электронике, оптике, приборах ночного видения, лазерах, датчиках, производстве дисплеев, для повышения термостойкости. Не смотря на то, что доля редкоземелки для военки в абсолютных числах небольшая, военные технологии требуют специфических сортов высокой чистоты. Крайне критичны: Диспрозий, который применяется для термостойкости в ракетах, авиации, ПВО, флоте; Тербий необходимый для оптики и дисплеях; Ho, Er, Tm, Yb для лазеров, оптики, связи; Иттербий и Гадолиний важные для ядерных технологий.

История Китая прекрасно демонстрирует какой путь ожидает Запад. Геологические исследования начались ещё в 40-е годы 20-го века. Тогда были обнаружены одни из крупнейших мировых месторождений. Первая добыча началась ещё в 50-х. В начале 80-х Китай копировал западные технологии 60-х по выделению редкоземов. В конце 80-х — начале 90-х Китай выходит на мировой рынок с рабочей силой по цене чашки риса и кошкожены. Холодная война закончилась, Китай считался тупой неконкурентноспособной в хайтеке сборочной фабрикой, а цены на китайские редкоземы оказались в 10-15 раз ниже себестоимости западных производителей. Американские, французские, японские компании по переработке в итоге закрылись. Запад решил, что экология важнее и вообще дёшево. В 1990-х Китай уже контролировал подавляющая часть первичной обработки и очистки в мире. В 2000-х формируются колоссальные промзоны по работе с редкоземами для централизации процессов. С 2006 года появляются экспортные квоты и ограничения со стороны Китая, чтобы заставить западные компании переносить производства в Китай. Американские и японские производители начали открывать сборочные заводы и исследовательские центры в Китае, чтобы получить доступ к сырью. К 2015 году Китай стал единственной страной в мире с цепочками полного цикла, когда контролировалось всё от добычи и переработки до готовых изделий. Достигалось это при тотальном государственном контроле над всем происходящим в отрасли. Для достижения результа делались огромные госинвестиции, а также формировались долгосрочные планы. Китай активно занимался обучением кадров, развивая химическую отрасль и готовя собственных специалистов.

Типичный сегодняшний смартфон содержит полтора десятка редкоземельных элементов, которые обеспечивают все ключевые функции. На магнитах из Китая построены сегодня почти все электрические двигатели в мире. Неодимовые магниты незаменимы в современных автомобильных электродвигателях, в мощных приводах в военке, в двигателях дронов. Редкоземы критично нужны в ядерной энергетике как поглотители нейтронов, для систем аварийной остановки реакторов. Зелёная энергетика с ветряками зависит от теплостойких магнитов для электродвигателей — один крупный ветряк содержит около 200 кг неодима. Эрбиум используется в оптоволоконных технологиях, благодаря ему существует сегодняшний интернет. 

Если обожающий чистоту и экологию Запад решит создать у себя производства по очистке и выделению редкозёмов это потребует огромных усилий. По нормам безопасности подобные предприятия близки к ядерным объектам. Переработка требует высококвалифицированных специалистов с огромным опытом, которые могут делать необходимые ручные корректировки. При максимальных инвестициях в отрасль и отсутствии бюрократических преград, на создание полноценной промышленности необходимо 15-20 лет прилежного труда как минимум. Трамп же пообещал, что уже через год у США будут редкоземы по два доллара без лимитов. В чём-то это даже реально. Руда по 2 доллара из Австралии может быть в диких количествах. Что с ней делать тоже будет непонятно. До сих пор руда из Австралии ехала в Китай, где проходила необходимую обработку. Теперь поедет к Трампу. Американская власть явно до сих пор так и не понимает, что на самом деле скрывается за словом "редкоземельные".