Цены на уран бьют рекорды: почему он так нужен ученым

Планету охватила урановая лихорадка. За несколько лет ценник на этот металл вырос в пять раз. И спрос на сырье продолжает расти. Причины очевидны: уран – это основное топливо для ядерных реакторов. А атомная энергетика сейчас активно развивается. В разных странах мира одновременно строят порядка шестидесяти новых энергоблоков.

Как уран ищут в Мировом океане? За какими еще редкоземельными металлами охотятся химики? И за каким редкоземом придется отправиться в космос? Рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Как добыть уран из морской воды

Шок-цена на уран объяснима. Сырье добывать сложно, опасно и очень дорого. Затратнее всего обогащать металл, то есть увеличивать в нем массу урана-235. В природной смеси его менее процента. Но именно этот изотоп служит топливом.

Необычный пористый материал на деле – электропроводник. Он сделан из углерода. Его атомы образовали бензольные кольца, то есть форму, напоминающую пчелиные соты. Такая ткань способна поймать незаметные ионы урана.

Для наглядности ученые взяли воду из залива Бохайвань, что в Желтом море. Поместили невод в жидкость и оставили на три недели. В итоге каждый грамм материала сети впитал почти 13 миллиграммов урана. Таких потрясающих результатов еще никто и никогда не добивался. Неудивительно, что китайские ученые назвали свое ноу-хау прорывной технологией.

"Чтобы активизировать углеводородные молекулы, из которых состоит материал, мы пускаем слабый ток. Тогда эти молекулы спонтанно соединяются и образуют ту самую пористую структуру. Она в сочетании с гидроксиламином – это синтез из водорода и окиси азота – захватывает ионы урана и превращает их в нерастворимые соединения металла", – рассказал профессор химии научной школы Университета Уэстлейк Хонгю Чен.

Редкоземельные металлы в производстве смартфонов и автомобилей

Проблема кроется в добыче и переработке редкоземов. Их крупицы разбросаны по всей планете – в составе других полезных ископаемых. Например, чтобы получить тонну металлов, таких как церий, лантан и неодим, придется перелопатить 2000 тонн породы.

Кажется, проще забыть о редкоземах. Но тогда человечеству придется отказаться от телефонов, самолетов и автомобилей.

Инновационная технология российских ученых

На помощь уже спешат российские ученые. Они разработали инновационную технологию, которая позволяет получать целый спектр редкоземельных металлов, которые ранее не производили в нашей стране.

"Здесь у нас представлены как раз таки наши продукты, например, празеодим в виде карбоната. Он имеет зеленоватый цвет. Фиолетовый, такой пурпурно-фиолетовый цвет – это неодим карбонат. Белый цвет вон там. Также у нас здесь представлены другие продукты, которые мы получаем. Это церий и концентрация тяжелой группы", – сообщил главный специалист разделительного производства ОАО "Соликамский магниевый завод" Александр Хмелев в эксклюзивном интервью РЕН ТВ.

Эти кристаллы получают из лопаритовой руды – источника многих редкоземов. Ее в виде черных и серых минералов добывают в единственном месте на планете – на Ловозерском горно-обогатительном комбинате на Кольском полуострове. А затем отправляют в Соликамск на магниевый завод.

Сначала породу растворяют в азотной кислоте, получая нитратный раствор, из которого потом специалисты извлекают редкоземельные элементы.

"На экстракционном каскаде противотоком у нас подаются две жидкости, одна из них вода, другая – органика, масло. Маслом является у нас экстрагент, который селективно может извлекать, забирать определенный редкоземельный элемент, на каждом каскаде он свой. То есть сначала мы извлекли церий, потом вот этот раствор, который остался с другими редкоземельными элементами, мы отправляем на другой каскад, там мы уже извлекли лантан, потом мы отправили на следующие каскады, на которых мы уже извлекаем дальше неодим и празеодим", – пояснил главный специалист разделительного производства ОАО "Соликамский магниевый завод" Александр Хмелев.

После извлечения всех редкоземов следовали этапы осаждения, сушки и прокалки.

Дешевые и быстрые способы получения редкоземов

Больше всего редкоземельные металлы востребованы у производителей электроники. Например, при сборке смартфонов используют до девяти элементов. А еще они есть в телевизорах, компьютерах и другой технике.

Чтобы покупка нового гаджета не пробивала дыру в нашем бюджете, ученые придумывают все более дешевые и быстрые способы получения редкоземов. Один такой метод разработали в Ирландии.

Бастнезит – источник редкоземов и редкий минерал. Его европейские химики поместили под микроскоп, чтобы понять, как он появился.

Чтобы доказать теорию на практике, ученые использовали новый метод кристаллизации. Они создали невидимые невооруженному глазу минералы в условиях максимально приближенных к природным. Процесс наращивания занял от нескольких часов до месяца, что для геологии молниеносно.

"Флюоцерит может служить "затравкой" для быстрого формирования бастнезита. Это открытие не только способствует глубокому пониманию научных процессов, но и может иметь практическое значение, ведя к более эффективным и экономически выгодным методам добычи редкоземельных элементов", – заявил доктор наук в области биоинженерии Патрик Прендергаст.

Тетратенит – редкий металл из космоса

Тетратенит может произвести не меньший фурор, чем редкоземы. Металл из метеорита, например, схож с неодимом. Из него делают супермагниты для ветряных турбин. На один агрегат уходит около 400 килограммов редкозема, а это порядка пяти миллионов рублей.

Ученые из Великобритании решили не переплачивать и заменить неодим на тетратенит. И хотя каждый день на Землю прилетают около пяти тонн метеоритов, никогда не узнаешь, где именно они упадут. Впрочем, бегать по планете и ловить небесные тела совсем не обязательно. Есть способ проще – приготовить звездный элемент в лаборатории.

Случайное открытие британских химиков

Изначально команда Кембриджского университета создавала металлическое стекло. Химики взяли кусочки железа, никеля и фосфора. Положили их на медную тарелку и нагрели в электропечи. Получили кристалл, рассмотрели его под микроскопом и были шокированы.

Атомы металлов приняли форму удлиненных кубиков, так называемую тетрагональную. Точно такую же, как и в тетратените – металле из метеорита, рухнувшего во Франции.

"Мы добились нужной минеральной фазы, увеличив скорость охлаждения. И получили необходимую упорядоченную стопку всего за несколько секунд. Теперь мы готовимся к дополнительным исследованиям, чтобы понять, подходит ли полученная фаза для создания высокоэффективных магнитов, как на основе неодима", – уточнил профессор, глава Департамента геоинформатики Зальцбургского университета Йозеф Штробль.

"Ловушка" для редкоземов от международной команды ученых

Ученые из России, Белоруссии и Китая решили пойти еще дальше. Вместо погони за редкоземельными металлами исследователи придумали для них "ловушку". Она легко и просто захватывает необходимые элементы.

"Это кристаллический алюмосиликат. Сорбент типа цеолита. Мы на нем сорбируем различные радионуклиды – цезий, стронций, кобальт, лантан и свинец", – сказал научный сотрудник департамента ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета Олег Шичалин.

В программе показали порошок – своеобразный поглотитель металлов. Он состоит из алюмосиликатов – группы минералов из алюминия и кремния. Сорбент подвергают термообработке, чтобы достичь определенной плотности. Получается своего рода таблетка. Она будто губка впитывает тяжелые металлы, радионуклиды и редкоземы.

"Если максимально по-простому, то можно данный материал сравнить с губкой для мытья посуды. У губки такая специальная сетчатая форма. Еда какая-то помещается в эту губку именно во время мытья, так же радионуклид заходит в поры данной губки в виде цеолита получается. И тогда у нас цеолит реагирует с этими металлами в воде", – уточнил научный сотрудник департамента ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета Олег Шичалин в эксклюзивном интервью РЕН ТВ.

Отработанный "фильтр" ученые не выбрасывают. Они его превращают в так называемую керамику – доводят сорбент в печи до твердого состояния. Затем плотные кристаллы помещают в стальную ампулу. В таком виде опасные металлы не вредят, а приносят пользу. Получается что-то вроде накопителя.

В результате один грамм керамики притягивает на себя порядка двухсот миллиграммов радионуклида. Если перевести это в электроэнергию, то можно получить практически вечную батарейку для фонарика.

"Данный фонарик будет работать порядка 50 лет в труднодоступных условиях, таких как Луна, Марс, Крайний Север. В последующем данную керамику можно использовать для лунных миссий, для получения электроэнергии, чтобы можно было в постоянной независимости от времени суток получать электроэнергию", – отметил научный сотрудник департамента ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета Олег Шичалин.

С таким количеством инновационных методов добычи и переработки дефицит редкоземельных металлов планете не грозит. Если не раскопаем, так достанем из воды с помощью бактерий или фильтров. В крайнем случае отправимся в космос и раздобудем метеориты с аналогичным металлом.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.