Понятие «редкий элемент».

Какие элементы относятся к категории редких?

Необходимо отметить, что трудно однозначно определить категорию “редкий элемент” и “редкий металл”. Разные специалисты – химики, геохимики, минералоги и технологи по-разному классифицируют элементы, и в категории редких попадают разные металлы.

Исторически сложилось так, что термином “редкие элементы” принято называть те элементы, которые по различным причинам в прошлом добывали и использовали в небольших количествах. Отнесение элемента к группе редких весьма условно и зависит главным образом от абсолютного содержания элемента в природе и технологических трудностей, с которыми связана его добыча и производство. Содержание редкоземельных элементов в природе, например, на два порядка больше, чем серебра, а германия – на порядок больше ртути; близки между собой содержания рубидия и хлора, скандия и азота, тем не менее, редкоземельные элементы, скандий, германий и рубидий относят к редким элементам. Такие распространенные металлы, как алюминий, магний и титан в XIX веке были на вес золота, т.к. их производство было достаточно сложным. Титан – один из наиболее распространенных элементов, однако реализация процесса получения титана заняла более 50 лет, ибо очень сложна технология.( P ≈ 10-4 мм рт. ст., T восст. ≈ 950 ± 10 ºC и т.д.), сумма примесей в TiCl4 < 10 ppm. Процесс и по сей день не смогли сделать непрерывным.

Д.И. Менделеев во введении к “Основам химии” указывал на неравномерность распределения элементов в природе и классифицировал все элементы, исходя из их распространения в природе и масштабов использования. Эта двойственность сохранилась и в дальнейшем и понятие “редкий элемент” приобрело ярко выраженный относительный характер: в классификации элементов значительную роль стала играть не научная основа, а сила привычки. Элементы, применяемые в промышленности, хотя и мало распространенные, в ряде случаев причисляли к “нередким”, и наоборот, элементы довольно распространенные в природе, но мало извлекаемые из руд и мало или совсем не используемые относили к категории “редких”.

Исследованием распространенности элементов в земной коре и нахождением их средних содержаний занимались уже в XVIII веке. Дж. Кларк в 1924 г. установил химический состав земной коры. Последующие исследования (А.Е. Ферсман, В.М. Гольдшмидт, В.И. Вернадский и др.) подтвердили оценку Кларка и дополнили его данные сведениями о ранее не известных элементах. Большая роль в этой работе принадлежит отечественной школе геохимиков. Классификация элементов по величине их распространенности в природе была сделана В.И. Вернадским. Это естественно-научный подход к определению редкости элемента. Вернадский все элементы по распространенности разделил на 13 декад. Наиболее распространенные – в первых декадах, наименее – в последних. Величина распространенности оценивается в Кларках.

Кларк – отношение величины запаса элемента в земной коре к весу земной коры (в %). Под земной корой понимают оболочку земного шара, начиная от уровня моря вглубь на 16 км. Вес земной коры (2,0-2,2)∙1019 тонн (табл. 1).

Кларки элементов непрерывно уточняются, пересматриваются. Установлено, что 99,79 масс. % земной коры построено из 10 элементов (%): (O2 – 47,2; Si – 27,6; Al – 8,8; Fe – 5,1; Ca – 3,6; Na – 2,36; Mg – 2,33; K – 2,09; H2 – 0,88; Ti – 0,57; остальные элементы – 0,21 масс. %). (рис.1)

 

Таблица 1

Среднее содержание элементов в земной коре

  Атомный номер   Символ Распространенность, % масс.
по Кларку и Вашингтону (1924 г.) по Ферсману (1933-1939 г.г.) по Виногра- дову (1962 г.) по Тейлору (1964 г.)
H 0,88 1,00 - -
Li 0,004 0,005 0,0032 0,0020
Be 0,001 0,0004 0,00038 0,00028
B 0,001 0,005 0,0012 0,001
O 49,52 49,13 47,0 46,40
Al 7,51 7,45 8,05 8,23
Si 25,75 26,00 29,00 28,15
Sc n·10-5 6·10-4 0,001 0,0022
Ti 0,58 0,61 0,45 0,57
V 0,016 0,02 0,009 0,0135
Ga n ·10-9 0,0001 0,0019 0,0015
Ge n ·10-9 0,0004 1,4 ·10-4 1,5 ·10-5
Se n ·10-6 8 ·10-5 5 ·10-6 5 ·10-6
Rb n ·10-3 0,008 0,015 0,009
Sr 0,017 0,035 0,034 0,0375
Y - 5 ·10-3 0,0029 0,0033
Zr 0,023 0,025 0,017 0,0165
Nb - 3,2 ·10-5 0,002 0,002
Mo n ·10-4 0,001 1,1 ·10-4 1,5 ·10-5
Ru n ·10-9 5 ·10-6 - -
Rh n ·10-9 1 ·10-6 - -
Pd n ·10-9 5 ·10-6 1,3 ·10-6 -
Cd n ·10-5 5 ·10-4 1,3 ·10-5 2 ·10-5
In n ·10-9 1 ·10-5 2,5 ·10-5 1 ·10-5
Te n ·10-7 1 ·10-6 1 ·10-7 -
Cs n ·10-7 1 ·10-3 3,7 ·10-4 3 ·10-4
La - 6,5 ·10-4 2,9 ·10-3 3 ·10-3
Ce - 2,9 ·10-3 7 ·10-3 6 ·10-3
Pr - 4,5 ·10-4 9 ·10-4 8,2 ·10-4
Nd - 1,7 ·10-3 3,7 ·10-3 2,8 ·10-3
Sm - 7 ·10-4 8 ·10-4 6 ·10-4
Eu - 2 ·10-5 1,3 ·10-4 1,2 ·10-4
Gd - 7,5 ·10-4 8 ·10-4 5,4 ·10-4
Tb - 1 ·10-4 4,3 ·10-4 9·10-5
Dy - 7,5·10-4 5·10-4 3·10-4
Ho - 1·10-4 1,7·10-4 1,2·10-4
Er - 6,5·10-4 3,3·10-4 2,8·10-4
Tm - 1 ·10-4 2,7·10-5 4,9·10-5
Yb - 8·10-4 3,3·10-5 3·10-5
Lu - 1,7·10-4 8·10-5 5·10-5
Hf 3·10-3 4·10-4 1·10-4 3·10-4
Ta - 2,5·10-5 2,5·10-4 2·10-4
W 5·10-3 7·10-3 1,3·10-4 1,5·10-4
Re - 1·10-7 7·10-8 -
Os n ·10-8 5·10-6 - -
Ir n ·10-8 1·10-6 - -
Pt n ·10-7 2·10-5 - -
Tl n ·10-8 1·10-5 1·10-4 4,3·10-5
Bi n ·10-6 1 ·10-5 9 ·10-7 1,7 ·10-5
Fr - - - -
Ra n ·10-10 2·10-10 - -
Th 2·10-3 1·10-3 1,3·10-3 9,6·10-4
Pa - 7·10-11 - -
U 8·10-3 4·10-4 2,5·10-4 2,7·10-4

 

Распространение элементов зависит от строения их атомов. Известно, что земная кора построена главным образом из легких элементов с простой структурой атома – элементов первых трех рядов периодической системы (кроме Li, Be, B). Для перспектив развития любой отрасли техники вопросы обеспеченности сырьем весьма актуальны. Распространенность того или иного элемента или его “редкость” очень существенны, так как при эксплуатации сырья необходимо знать, на что может в перспективе рассчитывать перерабатывающая промышленность, ибо “редкость” элемента может быть препятствием для его промышленного использования. Следовательно, геохимический подход важен, но недостаточен и вот почему: существует естественный барьер на пути использования любого элемента – глубина залегания минерального сырья. Кроме того, важнейшим обстоятельством является степень концентрации элемента в отдельных участках земной коры (месторождениях).

 

Рис. 1. Распространение элементов в литосфере ( до глубины 16 км) (цифры обозначают процентные кларки).

Степень концентрации необходима для оценки промышленной доступности, ибо значительные количества элемента могут быть настолько рассеянны и распространены в массе вмещающей породы, что оказываются недоступны для извлечения и использования.

Кларк характеризует общие запасы элемента. Для практических целей необходимо, чтобы содержание элемента в месторождении было значительно больше среднего содержания в земной коре. Отношение содержания элемента в месторождении к Кларку называют коэффициентом концентрации (K). Коэффициент концентрации показывает, во сколько раз концентрация элемента в эксплуатируемых рудах больше его содержания в земной коре (%):

K = % (C – концентрация в руде).

К числу элементов, у которых K велики, относятся Bi, As, Sb, Hg, Pb, Sr, Cd (таблица 2), мала величина K у Li и V. У ряда элементов концентрация в месторождениях не сильно отличается от Кларка, они относительно равномерно распространены в природе.

Таблица 2








Дата добавления: 2019-02-07; просмотров: 537;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.021 сек.