«Редкие земли»: от прочности до компактности

Рынок РЗМ, являющийся одним из самых молодых, за последние полвека вырос в 25 раз – с 5 тыс. до 120 тыс. тонн, и к 2020 году увеличится еще в полтора раза, составив 190–200 тыс. тонн «редких земель» в год

 

Гаджеты, которыми мы сегодня так охотно пользуемся, – смартфоны, ноутбуки, планшетные компьютеры – не появились бы в нашей жизни, не будь этих редких и редкоземельных (рассеянных) металлов. Сейчас основной объем «редких земель»   производится в Китае, а мог бы у нас, в Казахстане, тем более что искать подходящее сырье, в общем-то, не надо, но об этом – чуть позднее…

 

Редкоземельные металлы (далее – РЗМ) были открыты в конце XVIII века в минералах из группы оксидов – отсюда их название (оксиды довольно долго именовались «землями»).   Еще полвека назад считалось, что РЗМ (некоторые из них, правда, не такие уж и редкие, встречаются в природе в 200 раз чаще, чем золото) не способны образовывать крупных месторождений. Сейчас известно, что учтенные мировые запасы таких редких металлов, как ниобий, литий или церий не уступают запасам титана, никеля и даже превышают запасы свинца и олова. В наиболее крупных месторождениях сокрыты миллионы тонн ценнейших редких металлов. По способности концентрироваться в рудах промышленных месторождений они не уступают, а часто превосходят цветные металлы.

 

Может быть, правильнее было бы называть эти металлы не редкими, а новыми, полученными благодаря более современным технологиям, как предлагал академик В. И. Смирнов. Можно долго перечислять приборы, содержащие редкие и редкоземельные металлы. Выпущенные на их основе (неодим) магниты в сотни раз мощнее обычных магнитов, а весят гораздо меньше.

 

Благодаря «редким землям» многие электронные устройства стали компактными. Редкоземельные металлы необходимы для производства гибридных автомобилей и ветряных турбин. Аккумулятор одной Toyota Prius содержит около 10 килограммов лантана; в магните большого ветряного двигателя – не менее 260 кило неодима. А еще редкоземельные элементы нужны для производства приборов ночного видения, крылатых ракет, другого вооружения. В Казахстане есть месторождения неодима и самария. Неодим можно ещё использовать для легирования титана, который производится в АО «Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат».

 

Рынок РЗМ, являющийся одним из самых молодых товарных рынков, растет быстрыми темпами: за последние 50 лет объем мирового производства и потребления РЗМ увеличился примерно в 25 раз – с 5 тыс. до 120 тыс. тонн в год. Прогнозируется, что к 2020 году объем мирового спроса на РЗМ вырастет еще в 1,5 раза и составит 190–200 тыс. тонн в год.

 

Ключевыми потребителями РЗМ являются страны, основу экономики которых формируют высокотехнологичные производства: Китай (54%), Япония и Южная Корея (24%), Германия и Франция (13%), США (8%). При этом в Поднебесной производится до 97% всех РЗМ, контролируется, в целом, до 42% мировых запасов. Что же касается Казахстана, располагающего значительными ресурсами как собственно редкоземельного, так и РЗМ-содержащего комплексного минерального сырья, производство «редких земель» в республике можно охарактеризовать как нестабильное и далеко не соответствующее ее потенциалу. Сократился, а на некоторых предприятиях приостановлен выпуск РЗМ. Между тем, имеющимся у Казахстана запасам могло бы позавидовать любое индустриально развитое государство.

 

Из рудного сырья практический интерес представляет месторождение Верхнее Еспе, находящееся в Восточно-Казахстанской области. Здесь редкоземельное оруденение с промышленным средним содержанием суммы РЗМ составляет 0,35%. Месторождение нуждается в доразведке и дополнительных исследованиях по обогащению тонковкрапленных руд.

 

Промышленным содержанием редкоземельных металлов также отмечены фосфоритовые месторождения Каратау. Содержание суммы редкоземельных элементов в них изменяется от 614 до 1088 граммов на тонну.  В Кокшетауском рудном районе зафиксированы значительные запасы апатитов. Состав редкоземельных элементов в этом сырье близок к аналогичному в апатитах Кольского полуострова. Несколько цифр для примера: средний состав, рассчитанный из восьми лабораторных анализов апатита, показывает, что в нем преобладает церий – 48,1%, затем лантан (28,1%) неодим (14,6%), иттрий (6%).

 

Из разведанных редкоземельных месторождений большой интерес представляет рудопроявление «Кундыбай», расположенное в Костанайской области. Наиболее распространенным минералом в нем является черчит из группы гипса, представляющий собой гидратированный фосфат иттрия, среднее содержание РЗМ в котором составляет 0,23%. А перспективным редкоземельным  объектом, заслуживающим поисково-оценочных работ, является месторождение Шок-Карагай в Аиртауском районе Акмолинской области. Точнее, участок Южный, где содержание РЗМ доходит до 0,6%.

 

Анализ подготовленности месторождений редкоземельных элементов к промышленному освоению (степень изученности, эффективность разработанных технологий обогащения и гидрометаллургии) показывает, что перспективными в ближайшее время будут также месторождения Акбулак и Каратау. Суммарные сырьевые ресурсы всех рассмотренных месторождений весьма значительны и дают возможность выбора объектов для создания в Казахстане производства редкоземельных концентратов и металлов.

 

Реальные перспективы развития редкоземельной промышленности в республике открывает и такой, на первый взгляд, негативный факт, касающийся истощения запасов богатых руд. Как результат, возникла необходимость вовлечения в разработку руд с низким содержанием, рентабельная переработка которых возможна только при использовании кардинально новых способов вскрытия с комплексным извлечением всех ценных компонентов.

 

А самое интересное, что многие редкие и рассеянные (редкоземельные) металлы уже давно добыты, складированы в «хвостах» и отвалах, и только ждут своего часа и своей технологии извлечения. Значительное содержание редких металлов в промышленных отходах, превышающее их концентрацию в традиционных рудах, определяют актуальность переработки техногенного сырья, вовлечение его в индустриальный оборот.

 

В Казахстане накоплено от 14 до 25 млрд. тонн техногенных отходов. При этом содержание РЗМ в них достигает 0,6 %, что вполне сопоставимо с рудными месторождениями, а потому их можно рассматривать как самостоятельную сырьевую базу. В настоящее время в стране перерабатывается не более 2% таких техногенных отходов. Реальным источником получения РЗМ в Казахстане следует считать фосфогипс, накопленное количество которого на шламовых полях Каратау превышает 11 млн. тонн.

 

Технологии извлечения редкоземельных металлов из фосфогипса универсальны и могут быть использованы при утилизации отвалов, оставшихся от производства минеральных удобрений. Благо, в результате исследований по переработке этого вида отходов учеными был получен коллективный концентрат РЗМ.  Одним из потенциальных сырьевых источников редкоземельных элементов могут стать отходы производства титана, в частности, в отработанных расплавах титановых хлораторов высока доля лантаноидов тяжелой группы.

 

При рациональном подходе к переработке вышеупомянутых промышленных отходов Казахстану вполне по силам развить производство экспортоориентированной редкометальной продукции. У казахстанских ученых уже имеются соответствующие наработки. В частности, Национальный центр комплексной переработки минерального сырья создал и апробировал в опытно-промышленных условиях универсальную технологию, позволяющую комплексно и рентабельно вовлечь в переработку руды большинства месторождений редких металлов.

 

По словам заведующего лабораторией титана и ванадия этого центра Владилена Козлова, продуктами перспективного производственного комплекса будут более десяти наименований: концентрат РЗМ, оксиды иттрия, скандия, ванадия. Однако флагманы металлургии Казахстана сфокусированы, прежде всего, на производстве базовых (наиболее востребованных) металлов, а потому потери редкоземельных компонентов при добыче, обогащении и металлургической переработке руд доходят до 95%.

 

До недавнего времени в нашей стране редкие и редкоземельные металлы, в основном, выпускались как попутные продукты цветной металлургии. Так, РГП «Жезказганредмет» из отходящих газов металлургического производства ТОО «Корпорации «Казахмыс» получало рений, а АО «Алюминий Казахстана» при производстве глинозема – галлий. На Усть-Каменогорской металлургической площадке ТОО «Казцинк», наряду с основными продуктами – свинцом, цинком и кадмием, выпускался индий, таллий и селен. Их извлекали из пылей свинцового производства, а из щелочных сплавов рафинирования черного свинца – теллур. АО «Ульбинский металлургический завод» производит тантал, бериллий, ниобий и молибден, «Усть-Каменогорский титаномагниевый комбинат» – ванадий.

 

К сожалению, пока не удается добиться стабильной работы ТОО «СП «SARECO» (Summit Atom Rare Earth Company) – единственного в стране предприятия, в стратегию которого входит целевое развитие высокотехнологических отраслей металлургической промышленности на основе РЗМ. Учредителями компании до недавнего времени являлись АО «НАК «Казатомпром» (51% акций) и японская Sumitomo Corporation (49%). Однако в настоящее время НАК ищет другого инвестора для этого проекта по выпуску коллективных концентратов РЗМ, включая диспрозий, из отвалов бывшего Прикаспийского горно-химического комбината (Актау).

 

В дальнейшем планируется разработка природных месторождений. Сегодня у Казахстана есть все стартовые условия, необходимые для того, чтобы войти в число мировых лидеров на рынке РЗМ. С одной стороны – благоприятная долгосрочная конъюнктура. С другой – достаточные сырьевые ресурсы, специализированная металлургическая база и эффективные технологии.

 

Остается лишь грамотно распорядиться этими конкурентными преимуществами. Наиболее быстрорастущими являются потребности в самарии и неодиме для производства постоянных магнитов, в 10 раз превосходящих по своей магнитной силе иттрий и европий. Конечно, наличие сырья – только первый шаг для обеспечения поставок редкоземельных элементов. Промышленность должна научиться использовать столь специфические металлы в высокотехнологичных и конкурентоспособных изделиях.

 

К примеру, ни одна компания США не выпускает мощные постоянные магниты на неодиме, применяемые в бытовой технике, ветродвигателях и оборонной промышленности. А все потому, что японская компания Hitachi владеет ключевым патентом на их производство и предприняла меры по значительному ограничению лицензирования. Поскольку выпускать магниты без разрешения Hitachi или без изобретения новой технологии, позволяющей «обойти» лицензию, невозможно, эта продукция, по всей видимости, останется «японским эксклюзивом». Однако можно стать участником международной технологической цепочки и поставлять казахстанский неодим для производства сверхмощных магнитов.

 

Для достижения этой цели, на наш взгляд, необходимы поддержка со стороны государства в виде бюджетного финансирования проектов по созданию РЗМ промышленности, осуществляемая в рамках специальной отраслевой программы. Ее участниками должны стать как предприятия-переработчики, так и  балансодержатели техногенных отходов, содержащих редкоземельные элементы.

 

Возможно, следует предусмотреть меры экономического стимулирования, с тем, чтобы мотивировать частные предприятия к комплексному использованию сырья, содержащего РЗМ, и подобный подход был бы обязательным при разработке месторождений и складировании техногенных образований.

 

«Горно-металлургическая промышленность» №3-2017 Игорь Прохоров

Прочитано 112 раз