Рынок редких и редкоземельных металлов

Скачать полную версию исследования, 2.5 МБ

Классификация металлов: терминология и подходы

Редкоземельные металлы — международный научный термин, строго определяющий группу из 17 элементов, в которую входят скандий, иттрий и группа лантаноидов: лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.

Название «редкоземельные» возникло в XVIII-XIX веках, когда эти элементы были обнаружены в редких минералах и выделены в виде тугоплавких оксидов, которые тогда называли «редкими землями». Хотя многие из этих элементов не являются редкими в природе, название сохранилось из-за исторического контекста их открытия и сложности выделения.

Мировой рынок РЗМ оценивается в 300-350 тыс. тонн и 10-12 млрд долл. США в год, что в 20-40 раз меньше, чем рынок меди или золота. Однако эти металлы критичны для высокотехнологичных отраслей. Например, в Евросоюзе они применяются для производства магнитов ветрогенераторов, в Китае — при производстве электроники и электромобилей, а в России — в аэрокосмической, оборонной и ядерной промышленностях.

Редкие металлы (или редкие элементы) — отечественный термин, который может варьироваться в зависимости от источника и контекста. Как правило, к редким относят группу РЗМ и 19 лёгких, тугоплавких и рассеянных металлов. Реже — радиоактивные и трансурановые элементы, а также инертные газы. В данном обзоре детально рассматриваются лишь элементы с годовым объемом рынка более 5 млрд долл. США и не рассматриваются радиоактивные металлы.

В последние годы во многих публикациях под определением «редкие металлы» ошибочно подразумеваются относящиеся к понятию стратегически важного минерального сырья (либо «критически важного сырья») полезные ископаемые, перечни которых утверждаются на уровне конкретных государств для обеспечения возможности достижения целей развития экономики и промышленности, а также являются критическими для национальной безопасности и обороны. Подобные перечни имеются в России, США, ЕС и ряде других стран и могут включать виды минерального сырья и продуктов, которые не относятся к металлам.

Редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы (РЗМ), также называемые редкоземельные элементы (РЗЭ), обладают рядом уникальных физических и химических свойств, которые делают их незаменимыми в различных высокотехнологичных отраслях.

Основные особенности РЗМ:

Магнетизм: некоторые РЗМ, такие как неодим, обладают свойствами, которые востребованы при производстве магнитов;
Тугоплавкость: чаще всего проявляют степень окисления +3, из-за чего наиболее характерными являются оксиды TR2O3 — твёрдые, крепкие и тугоплавкие соединения;
Биологическая совместимость: не играют ярко выраженной биологической роли в организме человека и обладают низкой системной токсичностью для человека, что актуально при производстве имплантатов;
Химическая активность: обладают большой химической активностью и вступают во взаимодействие со многими элементами;
Люминесценция: большинство РЗМ являются основным веществом либо активатором люминофоров. Это свойство используется в создании светодиодных ламп, OLED-дисплеев и других оптоэлектронных устройств.

Области применения РЗМ

Постоянные магниты

РЗМ играют ключевую роль в производстве высокоэффективных постоянных магнитов, используемых в ветроэнергетике и электромобильной промышленности. Наиболее востребованными металлами для производства являются диспрозий, неодим, празеодим и тербий.

Магниты на их основе значительно превосходят традиционные ферритовые по своим характеристикам, так как обеспечивают бо́льшую плотность магнитного потока, что позволяет уменьшить размеры и вес устройств, сохраняя при этом высокую производительность. Они обладают высокой мощностью и устойчивостью к размагничиванию и используются в директ-драйв турбинах, повышающих энергоэффективность на 20% по сравнению с традиционными системами.

Для экстремальных условий, таких как морские ветроустановки или аэрокосмическая техника, используются самарий-кобальтовые магниты, устойчивые к коррозии и высоким температурам (но уступающие неодимовым по мощности).
В производстве электромобилей также применяются постоянные магниты, изготовленные с применением РЗМ и позволяющие создавать компактные двигатели с высокой мощностью для увеличения дальности пробега автомобиля.

Оптика и стекла

РЗМ значительно улучшают свойства оптических материалов благодаря их способности изменять светопропускную способность, поглощение и отражение, а потому находят широкое применение в производстве высококачественных оптических материалов, включая стекла и лазеры.

Оксид церия благодаря своей исключительной абразивной способности стал незаменимым материалом для финальной полировки линз, экранов смартфонов и полупроводниковых пластин — любых поверхностей, где требуется идеальная гладкость.
Лантан используется для улучшения прозрачности и уменьшения рассеивания света в оптических системах. Это особенно важно в приборах, где требуются точные и стабильные характеристики, например, в телескопах и микроскопах.
А в твердотельных лазерных системах некоторые РЗМ (неодим, иттрий, тулий, гольмий) используются для генерации света на определённых длинах волн.

Химические катализаторы

РЗМ играют особую роль в каталитических процессах:

В автомобильных катализаторах оксид церия помогает дожигать токсичные выхлопные газы даже при нестабильном составе топливной смеси.
В нефтепереработке цериевые катализаторы значительно увеличивают выход бензина при крекинге тяжелых фракций нефти.
При этом лантан стабилизирует структуру каталитических носителей, продлевая срок их службы в агрессивных промышленных условиях.

Широкая область применения и уникальные свойства делают РЗМ стратегическим ресурсом XXI века, от доступности которого зависит как экологическая повестка, так и промышленная конкурентоспособность национальных экономик. Их значение будет только возрастать по мере ужесточения экологических требований и ускорения технологической трансформации традиционных отраслей.

Обзор мирового рынка РЗМ

Неодим, празеодим, диспрозий и тербий формируют ядро рынка РЗМ, обеспечивая около 95% его стоимостного объема (см. Рисунок 2), тогда как доля каждого из остальных элементов не превышает 1%.

Эта диспропорция еще более очевидна при анализе ценовой динамики: лишь 5 элементов группы показывают устойчивый рост цен, при этом другие становятся дешевле.

Такая разнонаправленная динамика объясняется фундаментальными различиями в рыночных механизмах для различных групп РЗМ.

С географической точки зрения рынок редкоземельных элементов характеризуется высокой концентрацией: большая часть всей добычи и очистки РЗМ приходится на несколько стран (см. Таблицу 7). Лидером в добыче сырья и производстве РЗМ высокой чистоты является Китай, который обеспечивает более 85% мирового предложения этих материалов, что обусловлено следующими факторами:

Богатая ресурсная база — крупнейшие в мире запасы редкоземельных месторождений с высокой концентрацией металлов;
Государственная стратегия развития высокотехнологичных отраслей, включая целенаправленное создание полного производственного цикла (от добычи руды до создания высокотехнологичной продукции), а также финансовую и регуляторную поддержку отрасли;
Конкурентные производственные преимущества: развитая перерабатывающая инфраструктура, экономическая эффективность производства за счет оптимизированных процессов.

Признавая ключевую роль Китая в обеспечении глобальных поставок РЗМ, следует отметить формирование структурных сдвигов, способствующих появлению новых игроков на рынке:

Формирование стратегических технологических кластеров в развитых экономиках (электромобильная промышленность, возобновляемая энергетика, микроэлектроника)
Ускоренный рост потребления РЗМ в инновационных секторах (годовой прирост 8-12%)
Усиление внимания к рискам устойчивости цепочек поставок в условиях геополитической нестабильности, торговых войн и т.д.

Анализ инвестиционных проектов вне Китая выявляет ряд системных ограничений для новых игроков:

Высокие инвестиционные требования: минимальный порог входа составляет 500 млн долл. США для проектов средней мощности (см. Таблицу 8)
Технологическая сложность процесса переработки: необходимость адаптации технологических решений к характеристикам конкретного месторождения, что не позволяет создавать перерабатывающие кластеры, базирующиеся на группе месторождений;
Некоторые месторождения минералов группы РЗМ, например, монацитовые, включают радиоактивный торий, что повышает риск загрязнения окружающей среды токсичными отходами и создаёт повышенные требования к инфраструктуре, обеспечивающей безопасность добычи.

Учитывая вышеуказанные ограничения, ключевыми факторами успешного развития индустрии РЗМ будут:

Разработка программ государственного софинансирования
Запуск полного технологического цикла (от добычи до производства высокотехнологичной продукции)
Формирование долгосрочных контрактных отношений с конечными потребителями
Реализация программ технологического развития

Анализ глобальных экономических тенденций выявляет пять ключевых факторов, которые будут определять рост потребления редкоземельных металлов (РЗМ) в текущем десятилетии:

Энергетический переход остается основным фактором развития рынка РЗМ. По разным оценкам, к 2030 году на возобновляемую энергетику и электромобили будет приходиться 55-60% мирового потребления неодимовых магнитов. Офшорная ветроэнергетика требует на 30-40% больше диспрозия на единицу мощности по сравнению с наземными установками, что усиливает давление на цепочки поставок ключевых РЗМ.
Рост Индустрии 4.0 создает дополнительный спрос на магнитные РЗМ, в частности, развитие робототехники увеличивает спрос на электродвигатели, при производстве которых используются неодимовые магниты.
Цифровизация всей деятельности человека создает дополнительный спрос на специализированные РЗМ. Квантовые вычисления используют иттрий в сверхпроводящих кубитах, а телекоммуникации — эрбий в оптических усилителях. Ожидается, что направления, связанные с цифровизацией, будут расти на 5-10% в год, опережая среднерыночные показатели.
Развитие умных городов создаёт потребность в магнитах, используемых в энергетической инфраструктуре, а также увеличивает спрос на сталь, для легирования которой применяются церий и лантан.
Медицинские технологии создают нишевой, но высокомаржинальный рынок потребления РЗМ, к примеру, гадолиний используется в МРТ-аппаратах. Хотя медицинские технологии составляют небольшую часть общего рынка РЗМ, их вклад в добавленную стоимость РЗМ-продукции существенно выше среднего.

Прогнозируемый совокупный рост спроса на ключевые РЗМ составит 100-300% к 2030 году (см. Таблицу 9), для покрытия увеличенного спроса потребуется развитие новых производственных мощностей и оптимизация цепочек поставок.

Исследование даёт всесторонний обзор глобального и российского рынка редкоземельных (РЗМ) и редких металлов, включая литий, титан, молибден и другие стратегически важные элементы. Документ раскрывает их классификацию, ключевые физико-химические свойства, области применения, а также анализирует структуру мирового спроса и предложения.

Основное внимание уделяется роли Китая как доминирующего игрока на рынке РЗМ и рискам зависимости от монопольных поставок. Подчёркивается, что к 2030 году спрос на ключевые РЗМ вырастет в 2-4 раза под влиянием энергетического перехода, индустрии 4.0, цифровизации и оборонных программ.

Отдельный блок посвящён позиции России: несмотря на наличие крупных запасов, доля в мировой добыче и переработке остаётся низкой из-за технологических и инвестиционных ограничений. Представлены текущие и перспективные проекты, а также государственные меры поддержки отрасли (нацпроект, федеральная программа). Ключевым вызовом названа необходимость перехода от сырьевой модели к производству конечной продукции с высокой добавленной стоимостью.