Но не столь очевидно, что мобильные телефоны, целые поколения которых уже покоятся на свалках, также породили отдельное направление цветной металлургии – и актуализировали такую россыпь клеток в таблице Менделеева (попутно до неузнаваемости изменив социумы по обе стороны сборочной линии), что я хотел бы отдельно об этом поговорить.
Состав смартфона
Смартфон более чем наполовину состоит из редких и рассеянных металлов. Корпус в основном состоит из алюминия с примесью хрома, а многие другие металлы и полуметаллы присутствуют в смартфоне в аптекарских дозах – но в поразительном разнообразии. Вот краткая характеристика этих составляющих:
Здесь подчеркну, что речь именно об использованных смартфонах. Развитие смартфонов сопровождается их минитюаризацией, а также подбором все более дешевых и эффективных сплавов. Соответственно, содержание ценных металлов в пересчете на одно устройство снижается, а не растет. Так, в 2005 году типичный мобильный телефон весил 113 г (без учета батареи), причем, на 25% устройство состояло из различных металлов. Самыми важными из них (по весу) были медь, железо, никель, серебро и цинк. В меньших количествах там содержались золото, свинец, марганец, палладий, платина, олово. Итак, в обычном телефоне было примерно 16 г меди, 350 мг серебра, 34 мг золота 15 мг палладия.
Подробнее остановимся на минералах, из которых добываются ключевые элементы, упомянутые выше.
Начнем с меди, которой в процентном отношении в смартфоне больше всего. Медь бывает самородной, но чаще добывается из халькопирита (CuFeS2)
В дисплее смартфона необходимо прокладывать прозрачные электрические цепи, которые делают из индиево-оловянного оксида. Олово также применяется в качестве припоя на платах. Основным источником олова является касситерит (SnO2), индий встречается очень редко, преимущественно – в самородном виде, а также в составе сфалерита (основная формула – ZnS, сульфид цинка). Светодиоды (подсветка) изготавливаются в основном из галлия, ключевым источником которого является галлит (CuGaS2).
Мышьяк является качественным полупроводником (как и сурьма, расположенная на клетку ниже, он занимает промежуточное положение между неметаллами и полуметаллами), применяется в усилителях радиочастот. Его основным источником является арсенопирит – соединение мышьяка с железом и серой. (FeAsS).
Другая пара элементов, расположенных в таблице Менделеева друг над другом – это ниобий и тантал. Из них, в особенности из тантала, получаются превосходные конденсаторы. Как ниобий, так и тантал, входят в состав колтана (Fe,Mn)(Nb,Ta,Ti)2O6), о котором я подробнее расскажу ниже. Вольфрамит (FeMn)WO4) – источник вольфрама, который служит теплоотводом, а также тем самым массивным компонентом, который обеспечивает вибрацию смартфона.
Наконец, источником почти всех редкоземельных элементов являются всего два минерала – монацит и бастнезит.
Строго говоря, монациты – это семейство близкородственных минералов-фосфатов, основная металлическая составляющая которых отличается:
Цериевый монацит: (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4;
Лантановый монацит: (La, Ce, Nd, Pr)PO4; основная разновидность; содержание лантана – почти 29%;
Неодимовый монацит: (Nd, La, Ce, Pr)(P, Si)O4;
Самариевый монацит: SmPO4; содержание самария — до 13,59 %;
Празеодимовый монацит (Pr): (Pr, Nd, Ce, La)PO4.
Монациты были открыты на Урале в начале XIX века немецким изыскателем Иоганном Менге; поначалу он принял их за циркон. Кроме Урала залежи монацитов сегодня разведаны в Бразилии и Боливии. Монацитовые пески также открыты в Индии, США, Австралии, Индонезии, Шри-Ланке, Мозамбике, на Мадагаскаре и в Египте. Кроме лантаноидов более 5% состава монацитов приходится на торий и до 1% на уран (расположенных на период ниже церия и неодима соответственно).
Бастнезит – это фторкарбонат церия, также содержащий лантан и иттрий (Ce,La,Y)CO3F. Крупнейшее известное месторождение бастнезита находится в США (Маунтин-Пасс, штат Калифорния), а также бастнезит обнаружен в Руанде, к востоку от Конго.
Мы рассмотрели в основном сырье для корпуса, проводников, дисплеев и светодиодов. Но еще важнее сырье для батарей, прежде всего – для литий-ионных аккумуляторов. Госпожа @Mishustina написала на Хабре отличную статью о производительности и стоимости таких батарей в смартфонах. Основным источником лития является сподумен LiAl(Si2O6) – а сам литий идет на изготовление катодов в литий-ионных аккумуляторах. Наряду с литием ключевыми компонентами батарей являются кобальт и тантал. В частности, тантал незаменим в производстве конденсаторов. Кобальт и тантал — весьма токсичные металлы, добываемые порой в адских условиях. Одним из основных источников тантала и ниобия является колтан. В первой таблице этой статьи было также указано, что тантал и ниобий входят в состав плат смартфона, а тантал – в состав контактов. Как кобальт, так и колтан кустарным способом добывают на востоке Конго. В 1998 году там даже разразилась Вторая Конголезская Война, основным камнем преткновения в которой был именно контроль над добычей ниобия и тантала – мобильные устройства как раз переходили в масс-маркет, дешевый источник тантала и ниобия был источником колоссального обогащения. Кроме того, в тех же регионах на востоке Конго добывается вольфрам (в виде вольфрамита, о котором я упоминал выше).
Конголезский кобальт и колтан
Совокупная выручка этих компаний составляет триллионы долларов, притом, что только в период с 2016 по 2018 год рыночная цена кобальта подскочила на 300%. Поэтому иностранные компании способствуют дальнейшей разведке кобальта в горно-лесистых районах поблизости от замбийской границы. Ежегодно фиксируются десятки новых раскопов, но условия труда там остаются нечеловеческими. В кустарной добыче кобальта в Конго занято более 250 000 человек, из них не менее 35 000 человек – дети.
Таким образом, наиболее совершенными технологиями очистки и обогащения кобальта в настоящее время обладает Китай, тогда как на всей китайской территории имеется всего около 2% мировых запасов кобальта. Чтобы занять свои производственные мощности, Китай не имеет иного выхода, кроме как продолжать осваивать конголезские запасы. На территории России кобальта несколько больше – примерно 4% от мировых запасов, но весь он содержится в сложных рудах, в частности, никелевых, и в России (в отличие от Конго) нельзя добывать кобальт «сам по себе» — по крайней мере, это пока не удалось «Норникелю». Никель, как и кобальт, может идти на производство батарей для смартфонов, но кобальтовые батареи значительно лучше, так как дольше держат заряд и не перегреваются. Амбициозный проект по разработке батарей без содержания кобальта ведется в компании Panasonic – но он далек от завершения, и рассчитаны такие батареи первоначально будут отнюдь не на смартфоны, а на электромобили Tesla, элементы питания для которых производит именно Panasonic.
Ситуация с добычей колтана в Конго даже более одиозна, чем с кобальтом. Колтан в Конго начали добывать еще в начале 1990-х, тогда он считался бросовым побочным продуктом от добычи олова. Первая конголезская война 1996-1997 года была выиграна восточными повстанцами, которых поддержали Уганда и Руанда. В результате был свергнут диктатор Мобуту Сесе Секо, страна переименована из Заира в ДРК, а наводненные оружием экваториальные джунгли фактически не контролировались из столицы. Именно в тот период был оценен коммерческий потенциал колтана, и этот минерал всего за пару лет породил настоящую «танталовую лихорадку». Добыча колтана была быстро поставлена под контроль вооруженными бандами. К 2000 году до 30% детей в Конго не посещали школу, поскольку были заняты добычей колтана. При этом, колтан – не кобальт, а значительно более дорогое сырье; средняя зарплата в ДРК к началу века составляла $10 в месяц, тогда как удачливый старатель колтана в те годы мог намыть металла на 10-50 $ в неделю. Руандийцы устраивали вооруженные рейды за колтаном. Такой грабеж в 2000-2001 году приносил руандийским властям до $1 миллиона в месяц от экспорта колтана. Для сравнения: в тот же период Руанда зарабатывала на экспорте алмазов примерно $200 000 в месяц. В довершение всего продажа колтана в Руанде и Конго облагалась налогами, а людей насильно держали в шахтах под надзором вооруженной охраны, не позволяя покидать прииск до выполнения дневной выработки.
Заключение
Безрадостная картина из этого краткого обзора заставляет по-новому взглянуть на истинную ценность вашего смартфона (кстати, здесь я не затрагивал экологических аспектов, подумав, что хватит и гуманитарных). Согласно этому источнику, срок службы большинства смартфонов и обычных сотовых телефонов составляет около 10 лет, а производство смартфонов растет на фоне падения производства обычных сотовых телефонов, но точка, после которой смартфоны станут преобладать над традиционными сотовыми, еще не достигнута, и может быть пройдена только к концу нынешнего десятилетия:
Медь. В старых мобильных телефонах составляет около 14%, а в типичной медной руде – порядка 1,5%.
Кобальт (с учетом батарей) – до 19% массы мобильного телефона, что примерно в 100 раз больше, чем содержание кобальта в руде.
Серебро – в старых мобильных телефонах на него приходится примерно 2800 промилле, тогда как в богатейших серебряных или золото-серебряных рудах на серебро приходятся сотни, чаще – десятки промилле.
Золото – в среднем 270 промилле в мобильном телефоне и несколько промилле в золотых рудах.
Палладий – около 100 промилле в мобильном телефон и 2-3 промилле в платиновых рудах.
Полагаю, майнинг смартфонов ждет своих инвесторов и энтузиастов, а экологическая актуальность этой важнейшей промышленной области никак не меньше, чем гуманитарная. Кроме того, именно такой майнинг сейчас мог бы стать наиболее реальным источником для пополнения запасов редких металлов – и, соответственно, производства новых смартфонов.
Источник - habr.com