Характеристика российской сырьевой базы редких и редкоземельных металлов

Характеристика российской сырьевой базы редких

и редкоземельных металлов

Многие месторождения редких и редкоземельных металлов носят комплексный характер, что является обоснованием для объединения в одной программе проблематики развития РМ и РЗМ.

Специфика добычи редких металлов определяется двумя группами источников. На одних месторождениях редкие металлы (Li, Cs, Be, Nb, Ta, TR, Zr, Sr) заключены в собственных минералах. Известно большое число редкометальных минералов, но промышленные скопления образуют лишь немногие из них. В одном и том же месторождении обычно встречаются вместе несколько редкометальных минералов. Исключением являются лишь стронциевые месторождения, которые не содержат других редкометальных минералов, кроме целестина.

Вторая группа месторождений - это те, где редкие металлы извлекают попутно при переработке других полезных ископаемых. Сырьевыми источниками редких металлов попутной добычи являются руды цветных металлов - меди, молибдена, свинца, цинка, олова, алюминия. Из таких руд извлекают Bi, Ge, Ga, In, Re, Se, Te, Tl, Cd. Германий извлекают также из бурых углей, гафний и рубидий - при переработке редкометальных руд, ванадий - из руд железа и титана. Эти химические элементы часто называют рассеянными. Их минералы чрезвычайно редки и не образуют промышленных скоплений. Единственным исключением является висмут, для которого известны редкие собственные месторождения, которые пока не разрабатываются.

Редкометальные щелочные граниты - это самые крупные по запасам месторождения тантала и иттриевых РЗЭ, а также крупнейшие коренные месторождения циркония.

Минерально-сырьевая база ниобия, тантала и редких земель в России по величине утвержденных ГКЗ России запасов занимает ведущее место в мире. Однако отечественные месторождения существенно уступают зарубежным аналогам по качеству руд, в частности, по содержанию полезных компонентов, технологичности, горнотехническим условиям отработки, а также географо-экономическому размещению.

Решение задачи освоения собственной эффективной сырьевой базы редких металлов не исчерпывает всех проблем этой отрасли. За годы, прошедшие после распада СССР, в России не построено ни одного предприятия по производству редких металлов, хотя основная часть таких предприятий бывшего СССР осталась за пределами России. В частности, освоенные сырьевые базы редких металлов остались на территории Украины (цирконий (гафний)), Таджикистана (стронций), Армении (рений), Казахстана (рений, индий).

Подтвержденные запасы рения, по оценкам USGS, составляют 10 - 13 тыс. тонн, из которых 4,5 тыс. тонн приходится на США, 2,5 тыс. тонн - на Чили и 1,5 тыс. тонн - на Канаду. Общие "извлекаемые" запасы рения (т.е. извлечение которых рентабельно при существующих ценах) оцениваются всего в 2,4 тыс. тонн, из которых 1,3 тыс. тонн приходится на Чили.

В Монголии рений в больших концентрациях содержится в составе медно-молибденовых руд месторождения "Эрдэнэт", которое можно рассматривать как потенциальный зарубежный сырьевой источник рения для российских предприятий.

Россия практически не имеет разрабатываемых природных источников ренийсодержащего сырья.

Ежегодное потребление рения в мире в настоящее время оценивается в 50 - 60 тонн, из которых компания "Cannon Muskegon" (поставщик "Rolls Royce") потребляет ~ 14 тонн, "General Electric" - 14 тонн, P & W - 5 - 6 тонн; на катализаторы для переработки нефти приходится 5 - 7 тонн, оставшееся количество используется для изготовления термопар, порошковых сплавов и др.

В России сырьевой базой ниобия и тантала является комплексное Ловозерское лопаритовое месторождение (Мурманская область). Это также единственный действующий источник производства коллективных карбонатов РЗМ. Он отличается низким содержанием в руде (1,12%) и необходимостью отработки подземным способом. Месторождение характеризуется огромным объемом балансовых запасов (миллионы тонн в пересчете на оксиды РЗМ), высокой механической обогатимостью.

Особое место в перспективе рудной базы России по ниобию для нужд сталеплавильной промышленности (феррониобий для низколегированных малоуглеродистых сталей, мишметалл для доводки качественных сталей) имеет Томторское месторождение (Якутия), находящееся в нераспределенном фонде участков недр. Содержание ниобия (ресурсы - десятки миллионов тонн) в 2,5 - 3 раза здесь превосходит богатейшие месторождения Бразилии и Канады. Месторождение отличается также уникально высоким содержанием РЗМ (от 12,8% в корах выветривания до 8% в коренных рудах), значительным объемом разведанных запасов РЗМ (миллионы тонн), уникальным объемом потенциальных прогнозных ресурсов (сотни миллионов тонн РЗМ, десятки миллионов тонн ниобия). Основным сдерживающим фактором его освоения является отдаленное расположение - северо-запад Республики Саха (Якутия).

Перспективными по ниобию также являются Белозиминское (Иркутская обл.) и Татарское (Красноярский край) месторождения, а по цирконию - Туганское месторождение (Томская область). Указанные месторождения, как показала проведенная кадастровая их оценка, занимают первые места в ранжированном ряду.

Потребление ниобия в мире обусловлено развитием металлургической промышленности, в первую очередь для трубопроводов из сталей с повышенной коррозионной стойкостью, легированных феррониобием, применяемых для шельфовых объектов. Для них необходимо производить и использовать 10 - 12 тыс. т Nb2O5 ежегодно ближайшие 10 - 15 лет.

Для решения поставленных задач в условиях развития инновационной экономики, России в период 2011 - 2020 гг. необходимо производить ниобия ежегодно не менее 20 тыс. т. Современные возможности производства ниобия в России ограниченны (около 2 тыс. т).

Тантал обладает уникальной совокупностью физических и химических свойств: высокая плотность и удельная электроемкость, тугоплавкость и исключительная стойкость к химическому воздействию. По распространению в природе тантал занимает 54-е место среди других элементов, что характеризует его как редкий металл, (земная кора содержит лишь 0,0002% тантала).

Запасы молибдена России заключены в 36 месторождениях. В распределенном фонде находится 18 месторождений молибдена. Качество руд месторождений нераспределенного фонда сопоставимо с качеством руд разрабатываемых объектов. С 2009 г. к промышленному освоению готовится два месторождения: Бугдаинское в Читинской области и Южно-Шамейское. К 2017 г. ОАО "ГМК "Норильский никель" планирует запуск Бугдаинского ГОКа.

В России практически все горное молибденовое производство сосредоточено на ООО "Сорский ГОК", действующее на Сорском месторождении в Республике Хакасия, и ОАО "Жирекенский ГОК", разрабатывающее одноименное месторождение в Читинской области.

Бериллий получают исключительно из берилла, представляющего собой двойной силикат бериллия и алюминия.

В России бериллиевые месторождения не разрабатываются. После того как Ульбинский завод (г. Усть-Каменогорск) отошел Казахстану, в стране не осталось крупного бериллиевого производства. Источником бериллиевого сырья в Российской Федерации являются Завитинское и Ермаковское месторождения, которые разрабатывались Забайкальским горно-обогатительным комбинатом. Завитинское месторождение не эксплуатируется, а Ермаковское месторождение (Республика Бурятия) законсервировано. Восстановление работ на Ермаковском и Завитинском месторождениях обеспечит возобновление выпуска бериллиевых концентратов.

Литий самый легкий (удельный вес 0,54) из металлов этой группы. Он хранится в минеральном масле или в инертных газах. Литий способствует улучшению качественных характеристик металлов, применяется в различных сплавах (например, антифрикционные сплавы). Благодаря его свойствам, он используется, кроме прочего, для получения других металлов в чистом виде.

Основное применение литий нашел в химических источниках тока. Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например литий-хлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твердым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твердых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).

По объему запасов лития Россия занимает одно из ведущих мест в мире. Тем не менее, утвержденные МПР прогнозные ресурсы лития на данный момент отсутствуют. В структуре балансовых запасов ведущую роль играют пегматитовые месторождения (75%), тогда как в мире 76% запасов приходится на рапу соляных озер. Пегматитовые месторождения России представлены наиболее пригодными для обогащения типами руд с освоенной отечественной промышленностью технологией. По запасам и содержанию пегматитовые месторождения России несколько мельче и беднее зарубежных, но их освоение в принципе возможно. Главное препятствие в их освоении - расположение в неосвоенных и недоступных районах.

Важным источником лития могут быть Этыкинское и Княжевское месторождения. Прогнозные ресурсы оцениваются в 260 тыс. т лития, а запасы определены в количестве сотен тыс. т. Кроме того, возможно увеличение запасов лития за счет Кангинского (Балейский район) и Олондинского (Каларский район) полей редкометалльных пегматитов.

Не менее важным источником лития являются рассолы, запасы которых составляют миллионы тонн. В настоящее время распределены лицензии на опытно-промышленную эксплуатацию месторождений, содержащих литиевые рассолы на Знаменском месторождении в Иркутской области, в рамках которых создано опытно-промышленное производство хлорида и бромида лития. Ввод в эксплуатацию промышленных установок производства лития из рассолов позволит полностью покрыть дефицит лития для потребителей в Российской Федерации.

Основным производителем литиевой продукции на российском рынке является ОАО "Новосибирский завод химконцентратов" (Новосибирск) - единственный в России продуцент чистой литиевой продукции, который поставляет литий отечественным потребителям и за рубеж.

Одно из крупнейших месторождений сурьмы в России - Булыкта-Солонцовая и т.д. Разведанные рудные запасы позволяют рассматривать регион в качестве опорной базы для организации производства лития, бериллия, тантала, ниобия, а также сурьмы при комплексной переработке руд.

В регионе расположен Забайкальский горно-обогатительный комбинат (основан в 1937 г. и является градообразующим предприятием пгт Первомайский (относится к категории моногородов).

Для производства циркониевой и гафниевой продукции единственным сырьевым источником является бадделеитовый концентрат Ковдорского железорудного месторождения, выпуск которого невелик по объему - 4 тыс. тонн/год.

Перспективным источником стронциевого сырья в России является апатитовый концентрат Хибинского месторождения, из которого эти компоненты могут быть извлечены попутно при его комплексной переработке на удобрения.

Германий - один из наиболее ценных материалов в современной полупроводниковой технике. Он используется для изготовления диодов, триодов, кристаллических детекторов и силовых выпрямителей. Монокристаллический германий применяется также в дозиметрических приборах и приборах, измеряющих напряженность постоянных и переменных магнитных полей. Важной областью применения германия является инфракрасная техника, в частности производство детекторов инфракрасного излучения, работающих в области 8 - 14 мкм.

Сырьевой базой для производства германиевой продукции является ряд месторождений германиеносных углей, прежде всего Новиковского (участок "Южный") на Сахалине, Павловского - в Приморском крае и Тарбагатайского - в Читинской области.

Возможным сырьевым источником для производства циркониевой продукции может быть находящееся в непосредственной близости к Ловозерскому месторождению Аллуайвское месторождение эвдиалитовых руд.

Для рассеянных элементов, не имеющих собственных руд, судьба сырьевой базы тесно связана с работой предприятий по переработке бокситов и нефелинов на глинозем (галлий), переработке свинцово-цинковых концентратов (индий, таллий), медных концентратов (селен, теллур), ильменитовых титановых концентратов (скандий).

В настоящее время Россия, находясь на втором месте в мире по объему запасов, производит РМ только из лопаритовых концентратов Ловозерского ГОКа на ОАО "Соликамский МЗ", использующий свои мощности по производству танталовой и ниобиевой продукции в виде плава хлоридов - на 60%. Все указанные продукты практически полностью поставляются на внешний рынок.

Запасы РЗМ в России оцениваются в 28 млн. тонн, прогнозные ресурсы - 5,2 млн. тонн в пересчете на сумму оксидов. Различные виды минерального редкоземельного сырья делятся на первичные (природные) и вторичные (техногенные) источники, отличающиеся содержанием РЗМ легкой и тяжелой группы. Запасы этих металлов в Российской Федерации формируют 16 месторождений, включая вышеупомянутые Ловозерское и Томторское местрождения, а также Хибинскую группу месторождений апатитовых руд (месторождения Юкспор, Кукисвумчор и др.), Павловскую площадь Абрамовского рудопроявления ионных руд и другие месторождения (Катугинское, Ярегское, Белозиминское и т.д.).

Хибинская группа апатитовых руд (Мурманская область) эксплуатируется с 1930-х годов, характеризуются низким содержанием РЗМ - 0,4% (преимущественно легкой группы), в силу чего добываемые в составе апатита РЗМ не извлелись по экономическим соображениям и переходили как в производимые фосфорные удобрения, так и в промышленные отходы (фосфогипс). Принимая во внимание огромный ресурсный потенциал Хибинской группы апатитовых месторождений - десятки миллионов тонн РЗМ в пересчете на оксиды, повышение глубины переработки этих руд с целью извлечения РЗМ является стратегической задачей.

На Павловской площади Абрамовского рудопроявления ионных руд (Приморье, район г. Уссурийска) в 2006 - 2008 гг. выявлена серия рудных тел с богатой минерализацией среднетяжелых РЗМ (содержание РЗМ в руде - 0,1 - 1,5%, доля среднетяжелых РЗМ - более 30%). Уникальной характеристикой данных руд являются относительно низкие затраты на добычу, обогащение и извлечение РЗМ. Другим важным преимуществом Павловского поля является расположение в регионе с развитой инфраструктурой, имеющем достаточные кадровые ресурсы. Сдерживающим фактором освоения Павловской площади является низкая степень геологической изученности.

Указанные источники способны удовлетворить базовые потребности российской промышленности. В то же время для обеспечения снабжения РЗМ в долгосрочной перспективе возможно использование других первичных и вторичных (техногенных) сырьевых источников, в том числе складские запасы монацитового концентрата под г. Красноуфимск (83 тыс. тонн концентрата, содержание РЗМ - 54%), попутное извлечение РЗМ из урановых руд, отходы производства алюминиевой промышленности (красные шламы).

Каждый источник РЗМ содержит практически все промышленно добываемые металлы со схожими характеристиками в собственной специфичной конфигурации. Поэтому технология переработки жестко привязана к виду исходного сырья. Для производства коллективных концентратов, содержащих 60 - 70% смешанных РЗМ, добываемая руда обычно перерабатывается с использованием флотационного, гравитационного и других методов обогащения, подвергается хлоридному, кислотному или щелочному разложению, выделенные из руды РЗМ могут быть получены в форме промежуточных коллективных продуктов, таких как смешанные карбонаты, хлориды и другие соединения редкоземельных металлов, которые далее служат отправной точкой в технологии разделения - как правило, экстракции из раствора.

Селективная добыча какого-либо редкоземельного металла невозможна - производители вынуждены извлекать из сырья все редкоземельные металлы, и только после этого разделять суммарный концентрат. Ввиду сходства металлов разделение первоначально производится на подгруппы, которые затем делятся на индивидуальные элементы, главным образом, путем дальнейшей экстракции из раствора.

Критическими являются технологии получения высокочистых и сверхвысокочистых оксидов РЗМ (99,999% и выше) и особенно производства металлов и сплавов. Разделительные технологии более универсальны к источникам сырья, хотя специфика производства оксидов легкой, средней и тяжелой группы присутствует. В металлургическом производстве для всех оксидов РЗМ используются в целом схожие технологии восстановления металлов из оксидов, ключевое различие и металлах-восстановителях и методах восстановления (металлотермия, электролиз).

В целом технологическая цепочка производства РЗМ состоит из следующих этапов: добыча, первичная переработка с получением полуфабрикатов в виде коллективного концентрата, разделение и производство чистых индивидуальных оксидов, производство чистых металлов и сплавов.