Rzadka hossa na rzadkie metale

22.06.2011
Metale ziem rzadkich, wbrew swojej nazwie, nie zawsze są takie rzadkie. Np. ceru jest w skorupie ziemskiej tyle co miedzi, a lantanu więcej niż srebra lub ołowiu. O istnieniu tych metali dowiadujemy się dopiero przy okazji awantury jaką wywołali w świecie Chińczycy. Doprowadzili do 10-krotnej podwyżki ich cen, co może jednak w dłuższej perspektywie wyjść im bokiem.

Koncern Sony, jako jeden z pierwszych, wykorzystał ziemie rzadkie w elektronice. Tak powstał słynny walkman. (CC By-SA Sukacae)


Układ okresowy liczy 112 pierwiastków, a razem z już odkrytymi, lecz jeszcze nienazwanymi lub czekającymi na oficjalne potwierdzenie – 118. Metale ziem rzadkich (rare earths) to 15 tzw. lantanowców i dwa skandowce – skand oraz itr. Zajmują one siódmą część uwspółcześnionej Tablicy Mendelejewa i taką samą część masy skorupy ziemskiej, ale o tym, że nie są tak epizodyczne jak kiedyś sądzono wiadomo dopiero od niedawna. Na szerszą skalę wykorzystywane są od ok. pół wieku, a niezbędne stały się jakieś dwadzieścia lat temu.

Jak witaminy

Bez ziem rzadkich nie byłoby wielu dzisiejszych wspaniałości. Nie dostąpilibyśmy np. dobrodziejstw miniaturyzacji aparatów telefonii komórkowej, wolniejszy i mniej pojemny byłby internet. W latach 70. ubiegłego stulecia konstruktorzy z Sony zastosowali jeden z lantanowców – samar do produkcji magnesów montowanych w słuchawkach swego epokowego wynalazku – walkmana. Samar jest znacznie lżejszy od innych metali, z których można wytworzyć magnes trwały i jednocześnie wytwarza silniejsze pole magnetyczne. Dziś w tej roli zastępuje go w telefonach jeszcze lżejszy i jeszcze bardziej „magnetyczny” neodym.

Po dodaniu nieco erbu do szkła kwarcowego, z którego wyciąga się światłowody, a impulsy świetlne przenoszące bity informacji ulegają silnemu wzmocnieniu, co wydatnie zwiększa wydajność transmisji. Erb sprawia także, że światło lasera medycznego jest w stanie usuwać defekty dermatologiczne czy stomatologiczne, ale nie pali przy tym skóry lub podniebienia pacjenta.

Niedawno Toyota pochwaliła się milionowym egzemplarzem samochodu hybrydowego Prius. Baterie w nim montowane zawierają ok. 5 kg lantanu. Zatem tylko w tych autach jest ok. 5 tys. ton jednej z ziem rzadkich. Lantan wykorzystywany jest także do produkcji klisz rentgenowskich i katalizatorów spalin. Cer używany jest w hutach szkła i stali. Europ to m.in. ekrany LCD i świetlówki, dysproz spotykamy w samochodach hybrydowych, reaktorach atomowych, laserach, sonarach. Podobnie jak dysproz wykorzystywany jest terb.

Brytyjski chemik, sir William Crookes napisał w XIX wieku o ziemiach rzadkich, że „w trakcie badań wprawiają nas w osłupienie, powodują konsternację, gdy chcemy na ich temat spekulować i strach, gdy zaczynamy snuć wokół nich marzenia”. Ziemie rzadkie mają unikatowe właściwości chemiczne i fizyczne, które sprawiają, że efektem ich połączenia z innymi elementami są własności, których w żaden inny znany sposób elementy te nie są w stanie uzyskać. Ziemie rzadkie są we współczesnej technice i technologii jak witaminy dla człowieka: mało ich trzeba, ale bez nich ani rusz.

Co tam złoto

Ziemie rzadkie występują w naturze zazwyczaj w formie chemicznie przetworzonej, np. tlenków czy węglanów. Między innymi dlatego przez wieki całe ludzie nie zdawali sobie z ich istnienia, względnej obfitości oraz bezcennych właściwości. Pierwsza ziemia rzadka – itr została odkryta dopiero pod koniec XVIII wieku przez porucznika Arrheniusa w kamieniołomie w wiosce Ytterby na jednej z wysp archipelagu sztokholmskiego. Naprawdę rzadki jest jedynie promet (promethium od mitycznego Prometeusza). Jest tak rzadki, że wcale go nie ma, choć niektórzy policzyli, że w skorupie ziemskiej może być go nawet i z pół kilograma (532 gramy). My nie jesteśmy gorsi i też coś policzymy.

Gdyby nie bardzo krótki czas rozpadu jego izotopów (okres połowicznego zaniku jednego z nich wynosi ok. 18 lat) promet mógłby zastąpić złoto w jego funkcji skarbcowej (tezauryzacyjnej). Taka zamiana wydatnie obniżyłaby koszty składowania i transportu „kruszców”. Jak dowiedzieć się można w Portalu Edukacji Ekonomicznej NBP, całe zasoby złota ludzkości, z czego połowa w biżuterii, wynoszą obecnie ok. 150 tys. ton. Gdyby przetopić je w jedną kostkę, to bok tego sześcianu miałby 18 metrów.

Ludzie zabijają się za rzeczami rzadkimi, ponieważ dręczy ich mania posiadania i/lub kolekcjonerstwa. Za promet zapłaciliby niechybnie tyle, ile za złoto, a może i więcej. Licząc po dzisiejszych cenach złota wynoszących 1540 dolarów za uncję trojańską (inaczej jubilerską), 1 gram prometu byłby zatem wart ok. 14 mld dolarów. Inne ziemie rzadkie stają się z każdym rokiem, miesiącem i tygodniem coraz droższe, ale według bieżących notowań kosztują przeciętnie tylko 2,5 razy więcej niż złoto.

Jeszcze sto lat temu nie wiadomo było co z metalami rzadkimi robić. Zastosowania były niewyszukane. Używano ich np. w stopie nazwanym z niemiecka i bez wdzięku mischmetal. Zawieszony nad ogniskiem w specjalnej osłonie ze spreparowanej odpowiednio bawełny (tzw. koszulce żarowej) płonął dając silne białe światło przy którym można było pracować.

Mischmetal nazywany także ferrocerium (żelazocer) jest do dziś materiałem do produkcji kamieni do zapalniczek. Emerytowany geolog z Nevady Stephen Castor wspominał dla portalu www.popularmechanics.com pracę w amerykańskich kopalniach na przełomie lat 70. I 80. ubiegłego stulecia. Taki np. lantan był wtedy niechcianym produktem ubocznym. Składowano go w oczekiwaniu na nowe technologie, w których by się przydał i zarazem na lepsze ceny. I ten czas nastał.

Galopada cen i zjazd podaży

W maju 2011 roku wartość jednej tony ziem rzadkich eksportowanych z Chin wynosiła 121 000 dolarów (3763 dol. za uncję trojańską). Rok temu, w maju 2010 roku, kosztowały jedną dziesiątą tej sumy, ok.12 tys. dolarów za tonę. Podawanie ceny mieszanki wielu różnych ziem rzadkich może dziwić, lecz ma pewne uzasadnienie. Ziemie rzadkie zbierają się w przyrodzie do kupy. Łączą się w ze sobą w różnych minerałach i konfiguracjach. W szwedzkim Ytterby najpierw odkryto itr, a później jeszcze np. erb i terb. Inklinacja ziem rzadkich do familijnego towarzystwa nie dziwi jeśli wiedzieć, że poszczególne ledwo różnią się od siebie ciężarem atomowym.

Lantanowce i skandowce nie są notowane na giełdach surowcowych. Według pekińskich konsultantów z firmy Antaike specjalizującej się w problematyce obrotu ziemiami rzadkimi w ostatnich kilkunastu miesiącach najbardziej podrożał tlenek ceru: w 2010 r. o 61,9 proc., a od stycznia do maja 2011 roku aż o prawie 460 proc. Tlenek lantanu prawie nie zmienił ceny w 2010 r., ale od początku 2011 r. wzrósł na wartości także ponad pięciokrotnie.

Ceny tlenków neodymu, terbu, dysprozu i europu zwiększyły się od początku br. do końca maja br. ponad trzykrotnie. W wartościach bezwzględnych tona tlenku neodymu kosztuje obecnie 850 tys. juanów, czyli ok. 131 tys. dolarów. Cena dysprozu osiągnęła historyczny rekord dochodząc do 4 700 juanów (725 dolarów) za 1 kilogram. Cytowany przez Financial Times sekretarz generalny Chińskiego Towarzystwa Ziem Rzadkich Lin Donglu wytłumaczył to per analogiam. – Ceny złota, ropy i innych notowanych surowców są bez wyjątku wysokie. Dlaczegóż zatem wysokie nie miałyby być ceny ziem rzadkich? Pewność siebie pana Lin ma mocne podstawy.

Jeszcze 60 i 50 lat temu roczne wydobycie ziem rzadkich nie przekraczało w świecie 10 tys. ton. Skokowy, dwukrotny wzrost wydobycia nastąpił na samym początku dekady lat 70. XX wieku. Cały przyrost zawdzięczamy USA, które przegoniły wtedy dotychczasowego lidera produkcji RPA. Dominacja Amerykanów, którzy wydobywali ziemie rzadkie głównie w kopalni Mountain Pass w Kalifornii nie trwała długo. Im bliżej końca XX wieku tym większy był udział Chin w wydobyciu i obrocie. Roczna światowa produkcja tlenków ziem rzadkich wynosi ok. 120-150 tys. ton, a udział Chin sięga w tym 97 proc.

Dokładnej wielkości chińskiej produkcji nie można określić, ponieważ tamtejsze dane są trudne do identyfikacji, a ponadto ziemie rzadkie są przedmiotem przemytu na szeroką skalę. Według danych firmy badawczej Roskill, specjalizującej się w metalach i minerałach, w 2009 roku produkcja REO (rare earth oxide – tlenek ziem rzadkich) w Chinach wyniosła 120 tys. ton spadając ze 124,8 tys. ton w roku 2008. Wielkości te nie uwzględniają 15-20 tys. ton ilości nieoficjalnych, czyli szmuglowanych z Chin. Rosja miała wytworzyć 2000 ton (w 2008 r. – 2470 ton) REO, Indie – 75 ton, czyli o 25 ton więcej niż rok wcześniej i USA – 1700 ton z wcześniej zgromadzonych zapasów rud.

Kto, czym, komu oczy przesłania

Wydobycie rud zawierających ziemie rzadkie nie stanowi żadnego problemu. Kłopoty i koszty pojawiają się wraz z wyodrębnianiem poszczególnych pierwiastków ze skały, w której one tkwią. Jest to trudne i brudne, ponieważ poszczególne pierwiastki ziem rzadkich są bardzo podobne pod względem budowy chemicznej. Każdemu łatwo odróżnić marchew od ziemniaka, ale odseparowanie lantanu od ceru przypomina wskazanie na straganie ziemniaka gatunku irga spośród tłumu kolegów irgi pochodzących z kartoflanych lordów.

Do produkcji właściwych ziem rzadkich potrzeba wody i wielu chemikaliów. Rudy ziem rzadkich zawierają ślady pierwiastków promieniotwórczych takich jak uran, tor, czy rad. Chemia i marginalna nawet radioaktywność to niechybna groźba naruszenia lub dotkliwego skażenia środowiska. Do pewnego czasu Chiny Ludowe miały za nic zakazy dumpingu i własne otoczenie naturalne więc wyrugowanie z rynku Amerykanów, którzy w zamkniętej w końcu kopalni Mountain Pass mieli sporo awarii i wycieków, a wokół siebie bataliony skutecznych obrońców natury, nie zabrało im zbyt wiele czasu.

Dzisiejszy globalny popyt wynosi ok. 125 tys. ton REO. Pojawiają się oceny, że w okolicach 2015 roku pojawi się deficyt ziem rzadkich sięgający 40 tys. ton rocznie. Tak się raczej nie stanie, ale może brakować np. europu, czy dysprozu. W opinii międzynarodowej za wystrzał cenowy odpowiadają władze w Pekinie, które zaczęły pokazywać rogi zaraz potem gdy Chiny zostały same na bardzo ważnym rynku. We wrześniu 2010 r. japońska marynarka wojenna zatrzymała i aresztowała chiński kuter rybacki na swych wodach niedaleko Tajwanu. Spór rządów obu państw nabrał takiej ostrości, że Chińczycy zawiesili na pewien czas wysyłkę ziem rzadkich do Japonii. W końcu sprawa polityczna rozeszła się po kościach, ale ziemie rzadkie już na trwałe wychynęły z głębokiego cienia.

Do wszystkich zainteresowanych z najnowocześniejszych sektorów przemysłowych najbogatszych państw świata doszło bowiem z całą ostrością, że wiszą u chińskiej klamki. W prezentacji dla Departamentu Stanu USA, Keith A. Delaney – dyrektor stowarzyszenia REITA (Rare Earth Industry and Technology Association) ocenił, że już na długo przed objęciem władzy przez Deng Xiaopinga Pekin zdawał sobie sprawę ze strategicznego znaczenia swoich zasobów ziem rzadkich.

Dziś Chińczycy systematycznie zmniejszają kwoty eksportowe. Tegoroczna jest o 4,5 proc niższa od ubiegłorocznej i o 40 proc. mniejsza od obowiązującej w 2009 r. Do tego dochodzi bardziej zdecydowane zwalczanie przemytu. Oficjalny powód zmniejszenia podaży to porządki na własnym podwórku. Premier Wen Jiabao nakreślił w lutym br. pięcioletni plan dla ziem rzadkich obejmujący skrupulatniejszy nadzór państwa nad tą branżą, podnoszenie standardów ekologicznych, represje za przemyt, zamykanie nielegalnych kopalń i biedaszybów, konsolidację rodzimego przemysłu skupionego wokół ziem rzadkich. Chińscy analitycy potwierdzają, że oznacza to także systematyczne zmniejszanie eksportu w okresie wykonywania tego planu.

Względy środowiskowe można brać za dobrą monetę skoro z powodów ekologicznych doszło w Państwie Środka do konsolidacji sektora i zmniejszenia wydobycia węgla. To sprawiło, że nie minęły dwa lata, a Chiny z eksportera stały się dużym importerem węgla, powodując – także ku radości polskich górników – duży skok światowych jego cen. Z drugiej strony są fakty zasłaniane, których nie da się jednak ukryć. W latach 70. Chiny eksportowały ledwo wzbogacone koncentraty rud ziem rzadkich. Od XXI wieku same są największym „konsumentem” metali ziem rzadkich, które – jak już wiemy – w byle jakich technologiach stosowane nie są. Mechanizm nie jest zbyt skomplikowany. Działa prawo wielkich liczb. Wystarczy, że parę procent Chińczyków zechce jeździć elektrycznymi skuterami, a miniaturowe do nich baterie na bazie ziem rzadkich trzeba liczyć w milionach.

Strategia nie przesłania Chińczykom przyziemnych celów taktycznych. Przyznał to sekretarz Lin, lecz potwierdzenie można uzyskać samemu na chińskich przejściach granicznych. Celnicy konfrontują dokumenty wywozowe z okólnikami z Pekinu zawierającymi aktualne ceny ziem rzadkich. Financial Times cytował 27 maja 2011 chińskiego menedżera, który twierdził, że od końca 2010 r. ceny określane w tych okólnikach zmieniały się (rosły) każdego tygodnia. Chińscy eksporterzy zmuszeni zatem zostali do dodawania do kontraktów klauzul, zgodnie z którymi ostateczna cena ustalana jest na granicy, na podstawie oświadczenia celnika.

Różowe okulary

Czy istotnie za przyczyną Chin może spowolnić rozwój gospodarczy i postęp techniczny? Jest niemal pewne, że tak się nie stanie. Świat przeciwdziała na trzech polach: formalnym, inwestycyjnym i technicznym.

Były przewodniczący organu apelacyjnego WTO i zarazem były kongresmen z Florydy James Bacchus nie wykluczył 20 maja br. w artykule w The Wall Street Journal możliwości ostrej interwencji tej organizacji. Wskazał, że chińskie ograniczenia eksportu nie są ani czasowe, ani też nie są spowodowane ostrym brakiem tym surowców, a tylko takie okoliczności usprawiedliwiałyby obecne poczynania Chińczyków w świetle reguł WTO.

Zdaniem Bacchusa, w obliczu nieznanego jeszcze, ale uzgodnionego już negatywnego stanowiska WTO dotyczącego ograniczeń w eksporcie całej gamy chińskich produktów surowcowych (m.in. koks i boksyty) Chiny nie zdołają obronić tezy, ze powodem restrykcji nałożonych na ziemie rzadkie jest konieczność ochrony środowiska. W takim przypadku trzeba bowiem dowieść, że wewnętrzni producenci zużywający 60 proc. światowej podaży REO oraz chińscy konsumenci towarów zawierających ziemie rzadkie są traktowani tak samo (źle) jak importerzy. Jeśli nie nastąpił jeszcze otwarty szturm prawny na Chińczyków to wyłącznie z powodu kunktatorstwa państw i firm mających w Państwie Środka wiele innych interesów. Jednak zbyt mocne naciągnięcie postronka może połączyć we wspólnej akcji USA, Unię i Japonię. Chodzi przecież o kluczowe interesy: technikę obronną i zieloną energię.

Chiny mają wprawdzie aż połowę dotychczas rozpoznanych zasobów ziem rzadkich, ale jest przecież druga połowa. Do końca br. ponownie ma zostać uruchomiona kalifornijska kopalnia Mountain Pass, a do końca 2012 ma tam ruszyć nowa przetwórnia rudy. W okolicy Mount Weld uznawanej za jeden z najzasobniejszych rejonów występowania ziem rzadkich intensywnie inwestują Australijczycy. Mountain Pass i Mt Weld mają docelowo produkować po 20 tys. ton REO rocznie. Są też złoża do zagospodarowania w Kanadzie, Kazachstanie, Rosji, Wietnamie, Brazylii, czy Indiach. Jeśli rozziew między podażą a popytem miałby się poszerzać skurczy się bariera kosztowa, która wyznacza koszt inwestycyjny pozyskania jednej tony REO powyżej 40 tys. dolarów.

My mamy dostawcę pod bokiem. Ok. 3000 ton REO rocznie wytwarza się w Estonii, dokąd surowiec sprowadzany jest z Rosji. Dzisiejszą, bardzo mocną pozycją w proporcji do własnych mikroskopijnych rozmiarów, kraj ten zawdzięcza Stalinowi, który z początkiem zimnej wojny przekształcił wybudowany w estońskim Sillamae w 1927 r. zakład ekstrakcji ropy naftowej z łupków w ośrodek wzbogacania uranu. Działał on pod budzącą wiele skojarzeń, ekscytującą firmą „Fabryka nr 7”. Dziś przedsiębiorstwo nazywa się Silmet i jest własnością amerykańskiego koncernu Molycorp, do którego należy m.in. Mountain Pass.

Trzecia platforma obrony przed skutkami chińskiej dominacji okopała się w laboratoriach naukowych. Toyota używa w bateriach do Priusa magnesów trwałych wykonanych z lantanu i neodymu. Do mediów przedostała się wszakże informacja, że wzorem wytwórców samochodu elektrycznego Tesla oraz Mini-E z wytwórni należącej do BMW również Japończycy z Toyoty pracują nad silnikiem elektrycznym obywającym się bez ziem rzadkich.

Z zaświatów uśmiecha się Nikola Tesla, niedoceniony za życia genialny amerykański wynalazca rodem z Serbii, który w 1888 roku opatentował indukcyjny silnik elektryczny na prąd zmienny. Jego wynalazek krok po kroku, dzięki elektronice (główny problem to różnicowanie ruchu rotorów), staje się alternatywą dla silników zasilanych z baterii wytworzonych z ziem rzadkich. Indukcyjny silnik elektryczny to nic prostszego jak stojan z nawiniętym na niego uzwojeniem oraz wirnik. W wykonaniu producenta roadstera Tesla ma sprawność trzykrotnie wyższą niż silnik spalinowy (88 proc. licząc od baterii do koła). The Economist uważa, że Japończycy mogą dojść do jeszcze lepszego wyniku.

Przesadnych optymistów mogłoby to doprowadzić do konkluzji, że w przyszłości jedyną przydatną i pożyteczną ziemią rzadką stanie się erb, bez którego nie da się zrobić dobrych różowych okularów. Takiego obrotu spraw nie prognozujemy, ale złe myśli odradzamy również.


Tagi


Artykuły powiązane

Popularne artykuły

test