1.1 Классификация редких элементов

Редкие элементы не обладают какими-либо общими физическими и химическими свойствами, так как располагаются во всех группах Периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Те не менее, существуют общие признаки, которые позволяют разделить редкие элементы на группы: близость физико-химических свойств, совместное нахождение в рудах и минералах, сходство методов извлечения из сырья.

Редкие элементы обычно разделяют на группы, представленные в таблице 1.2, причем некоторые из них могут входить сразу в несколько групп (например, рений относят к тугоплавким и рассеянным металлам).

Легкие редкие металлы расположены в I и II группах периодической системы, обладают малой плотностью (литий 0,53; бериллий 1,85; рубидий 1,55 и цезий 1,87 г/см³) и отличаются высокой химической активностью. В металлическом виде их выделяют в основном электролизом расплавленных солей.

Тугоплавкие редкие металлы относятся к элементам IV—VII групп периодической системы. Характеризуются высокой температурой плавления от 1600 (для титана) до 3400 °С (для вольфрама). Отличаются очень высокой твердостью, прекрасной устойчивости к коррозии, образуют химически устойчивые карбиды, нитриды, силициды и бориды, имеющие важное практическое значение.

Таблица 1.2 — Классификация редких элементов.

Группы редких элементов			Элементы	Содержание элемента в земной коре, 10-3 % масс. (по А. П. Виногра­дову)
по свойствам	в периодической системе
Легкие		I II	Li, Rb, Cs Be	6,5; 3; 0,7 0,6
Тугоплавкие		IV V VI VII	Ti, Zr, Hf V, Nb, Ta Mo, W Re	600; 20; 0,32 15; 1; 0,2 0,3; 0,1 0,0001
Рассеянные		I III IV VI VII	Rb Ga, In, Tl, Sc Ge Se, Te, (Hf) Re	3 1,5; 0,01; 0,3; 0,6 0,7 0,06; 0,01; 0,32 0,0001
Редко­земельные		III	Sc, Y, La Ln: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu	0,6; 2,8; 1,8 от 4 до 0,1
Радио­активные		I II III VI VII VIII	Fr Ra Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr; Pm Po Tc, At Rn	— 0,0000001 0,8 (Th) 0,3 (U)
Благородные		VIII	Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt	0,0005 0,0001 0,013 0,005 0,0001 0,0005
Прочие элементы		II V VII VIII	Sr, Cd Bi Br, I, At He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn	34; 0,013 0,02 0,21; 0,04; — —

Рассеянные редкие элементы обычно не образуют самостоятельных минералов и встречаются в виде изоморфных примесей в кристаллической решетке. Рассеянность их объясняется тем, что у этих элементов есть электронные аналоги и близкие по размерам атомов (ионов) широко распространенные элементы: например, рубидий—калий или галлий—алюминий. При образовании минералов более распространенных элементов родственные им редкие элементы включаются в их состав в виде изоморфных примесей.

Содержание рассеянных элементов в минералах-концентраторах может превышать их среднее содержание в земной коре в 10–100 раз, но редко превышает 0,1 %. Поэтому извлечение их возможно только как попутное при переработке минерального сырья с целью получения основных компонентов. Например, германий часто извлекают из отходов переработки или сжигания углей, галлий — из отходов алюминиевого производства.

К редкоземельным металлам (РЗМ) относят лантаноиды, а также скандий и иттрий, всегда сопутствующие последним в рудном сырье. Химические и физико-химические свойства РЗМ исключительно близки, что связано с одинаковым строением внешних электронных уровней их атомов. Вследствие этого разделение этих металлов представляет собой чрезвычайно сложную задачу даже для современного уровня химической технологии.

РЗМ традиционно разделяют на две подгруппы: цериевую, которая включает La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Sc, и иттриевую, состоящую из Gd Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y. Элементы цериевой подгруппы более распространены в природе, чем иттриевой.

Радиоактивные редкие металлы обладают естественной радиоактивностью, что определяет особенности технологии их производства, приемы работы с ними и область применения. Сложилась самостоятельная отрасль промышленности, занимающаяся их получением. В рудах естественные радиоактивные элементы (уран, торий) встречаются в виде различных самостоятельных минералов, а также в рассеянном виде в минералах породы и в сланцах.

Благородные редкие металлы (редкие платиновые металлы, металлы платиновой группы) аналогично РЗМ имеют очень близкие химические и физико-химические свойства. Точно так же разделение этих металлов представляет собой сложную задачу. Технология их производства отличается большим своеобразием и выделилась в отдельную отрасль металлургии — металлургию благородных металлов.

К прочим элементам, которые не всегда включают в группу редких элементов, относятся благородные газы, редкие галогены, а также стронций, кадмий и висмут. Не всегда включают в число редких металлов также селен и теллур.