Алғы сөз

Құрметті бүгінгі білім алушы, еліміздің ертеңгі технолог, металлург маманы!
Сирек металдар қолданысы қазіргі таңда барлық жерде таралған, өйткені біз сирек металдар эрасында өмір сүрудеміз. Осы электрондық оқулықты оқып отырған гаджетіңіздің аккумуляторы ең жеңіл, энергетикалық сыйымдылығы ең жоғары сирек метал литийдің (1-3 грамм Li бар) көмегімен жұмыс істеп тұр, динамикасы мен виброқұрылғы моторының жұмысын магниттік өрісі жоғары неодим металы қамтамасыз етуде, экрандағы түстердің ашықтығы мен контрастылығы итербий мен тербийге байланысты болса, экран бетіндегі индий металының түйіршіктері телефон мен саусағыңыздың арасында көрінбейтін байланыс жасап, мөлдір өткізгіш ретінде қызмет етіп тұр, экран бетіне бүркілген европий мен тербий гаухар қызыл және жасыл реңктерді беріп тұр. Талшықты оптикалық сымдармен жеткізіліп тұрған интернет желісінің жоғары жылдамдығын сирек метал – германий (сымдар массасының 4%-ы) қамтамасыз етуде.
Сирек металдар өзінің ерекше қасиеттеріне байланысты жаңа технологиялық бұйымдарды аса жеңіл, берік, шағын, жоғары температураларға төзімді болатындай етеді, бірақ сирек металдар негізгі құрастырушы материал емес, олар бұйымдарға аталған қасиеттерді беретін аз ғана құрамдас бөлшегі, адам ағзасындағы дәрумендер секілді. Мысалы, 1889 жылы Гюстав Эйфел мұнара тұрғызған кезде, Эйфел мұнарасына 7000 тонна болат жұмсалған. Қазір біз осы мұнараның көшірмесін жасағымыз келсе ниобиймен легірленген болаттың 2000 тоннасы ғана қажет етіледі. Беріктігі жоғары болаттың 1 тоннасын өндіру үшін 100 грамм ниобий қажет. Ал аэроғарыштық өндірісте қолданылатын суперқорытпаларға қосылатын ренийдің мөлшері 3-5 %. Ренийдің осы мөлшерінің өзі суықта сынғыш (Cr, Mo, W) металдардың физикалық-химиялық қасиеттеріне аномальды әсер етеді, бұл әсерді рений эффектісі деп атайды. Бір мезетте бұл металдардың беріктігі де, икемділігі де артады, сынғыш күйге өту температурасы төмендейді, рекристаллизациялаудан және дәнекерлеуден кейін де бұл металдардың икемділігі сақталады.
Соңғы 50 жылда ұшақ өндірісінде болат қолданысы азайған, ұшақтарды қазір титан металының жеңіл композиттерінен жасайды. Бұл технологиялардың барлығы материалтанушылардың жетістіктері болғанымен, оларды қажетті металдармен, талапқа сай тазалықтағы материалдармен қамтамасыз ету технологтар мен металлургтар еңбегінің нәтижесі. Шикізаттардан сирек металдарды бөліп алудың тиімді технологиясын жасау қазіргі күннің де талабы болып отыр. Бұл талап шикізат сапасының төмендеуіне, барланған қорлардың азаюына байланысты.
Американдық химиялық қоғамның пікірі бойынша келесі жүзжылдықта Менделеев таблицасындағы 44 элементтің қоры сарқылуы мүмкін. Сол кезде, әлем назары қайтармалы шикізаттар мен қазіргі уақытта өңделмейтін баланстан тыс қалған немесе сапасы төмен (құрамында сирек металдары аз) кендерге аударылады. Қазіргі уақыттың өзінде өндірілген сирек металдардың 35%-ға дейінгі мөлшері қайтармалы шикізаттан алынады.
Мысалы, 1 тонна литий алу үшін 28 тонна істен шыққан жарамсыз литий-ионды батареялары жеткілікті, ал 1 тонна литийді шикізаттан өндіру керек болса 1250 тонна Чили кені қажет етіледі.
Біздің елімізде вольфрам, СЖМ, литий сияқты металдардың жалпы қоры үлкен болғанымен олардың шикізаттағы мөлшері өте аз, нәтижесінде оларды шикізаттан өндіру экономикалық тиімсіз деп саналып келді. Бірақ сирек металдардың аз мөлшерін өндірудің өзі тиімді болып саналады, мысалы газтасымалдаушы құбырларды жасауға қажетті 1 тонна болатты легіреуде 1 кг ниобий жұмсаса, қажетті болаттың көлемі 2 есе азаяды. Ал болат өндірісі көмір қышқыл газы ең көп бөлінетін өндіріс, жылына 2,5 гигатонна парникті газдар шығады. Ал болатты сирек металдар: вольфраммен, титанмен, ванадиймен, ниобиймен легірлеуде олардың жұмыс істеу мерзімі ұзартылады, және қажетті материал шығыны бірнеше есе қысқартылады, «жасыл» экономика көрсеткіші жоғарлайды. Жалпы сирек металдардың ролі барлық техника мен технология саласында орасан зор, ал оларды өндіру технологиясын білу және зерттеу өте маңызды.
Оқулықта қиын балқитын, шашыраңқы, жеңіл, сирек жер металдары және радиоактивті сирек металдарды концентраттардан өндірудің өндірісте ұзақ жылдар бойы жұмыс жасап келе жатқан технологиялық процестері, сондай–ақ минералды шикізаттардан басқа, сирек металдарды техногенді және қайтармалы шикізаттардан (литийді және ванадийді істен шыққан батареялардан, рений, вольфрам, молибденді ыстыққа төзімді қорытпалардың сынықтарынан, сирек жер металдарын тасталынған электрондық бұйымдардан т.с.с.) өндіріп алу технологиялары да қарастырылған.
Сонымен қатар кендерден, жанама өнімдерден сирек металдарды бөліп алудың Қазақстан ғалымдары жасаған технологиялары да енгізілген. Бұл технологиялардың көпшілігі өндірістік-тәжірибелік сынақтан өткен. Технологияларды өндіріске енгізу көп жылдық қажырлы еңбекті қажет етеді, кей жағдайларда жаңа өндіріс орнын құру талап етілуі мүмкін. Жер бетінде кендер сапасының төмендеуі жақын болашақта Қазақстан ғалымдарының кұрделі құрамды, кедей кендерді өңдеу үшін жасақтаған технологияларын өндірістерде қажет етуі сөзсіз. Сондықтан болашақ мамандарға осы күнге дейін патенттелген, зертханалық, пилоттық, өндірістік масштабтағы игерілген технологиялармен де дәл бүгінгі күннен бастап таныс болуы маңызды деп санадық.
Электронды оқулық ҚР Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитетінің гранттық қаржыландыру шеңберінде АP14869185 «Разработка электронного учебника «Металлургия редких металлов» жобасы бойынша дайындалған.