Литиевый потенциал России

13 июня 2016

Литий — один из наиболее востребованных в мире военными и гражданскими отраслями промышленности редких металлов. В связи с открытием, разведкой и подсчетами запасов лития в последние 50–60 лет в десятках крупнейших месторождений мира с запасами от 1 до 11 млн тонн Li²O в структуре его природных источников произошли серьезные изменения: наряду с рудами редкометальных гранитных пегматитов со средними содержаниями 1,1–3,0% Li²O (магматогенный источник) в настоящее время за рубежом до 60–70% лития производится за счет эксплуатации рассолов и рапы бессточных соляных озер с содержаниями 0,06–0,5% Li²O (гидроминеральный источник). В СССР первый литиевый рудник был введен в эксплуатацию еще в 1941 году в Восточном Забайкалье на Завитинском месторождении сподумена (5,9–7,9% Li²O). Это предприятие проработало 56 лет и было законсервировано в 1997 году в связи с изменением в новой России экономической ситуации в условиях «переходного периода».

Магматогенные источники литиевого сырья
За рубежом производится и используется полный ассортимент литиевой товарной продукции, как минеральной, так и химической. Из редкометального пегматитового сырья получают минеральные концентраты сподумена (литиевого пироксена LiAl(Si²O⁶)), в меньшей степени петалита (литиевого шпата LiAlSi⁴O¹⁰) и лепидолита KLi^1,5Al^2,5Si³O¹⁰(F, OH)², в минимальном количестве — амблигонита LiAlРO⁴(F, OH). При этом сподумен, содержащий 5,9–7,9% Li²О, преимущественно используется в производствах хлорида, фторида, гидроксида, карбоната и других солей лития, а петалит (3,4–5,5% Li²О) и амблигонит (7,9% Li²О) — в специальных стекольных и керамических производствах, в том числе непосредственно в виде шихты. Промышленные магматогенные месторождения лития представлены двумя главными разновидностями, которые различаются морфологически, масштабами запасов и степенью поликомпонентности руд. Первая из них — единичные крупные жилы, как правило, залегающие в массивных вмещающих породах (гранитах, ортоамфиболитах, диабазах). Сопутствующие литию ценные и дефицитные редкие металлы — Ta (с Nb) и Cs (с Rb) — представлены в рудах этого типа высококачественными минеральными концентратами соответственно тяжелой (танталит, микролит) и легкой (поллуцит, лепидолит) фракций. Тем самым предопределяются возможности раздельной разработки этих зон и селективной добычи преобладающих типов руд, в том числе литиевых (Коктогай в Китае, Берник-Лейк в Канаде, Бикита в Зимбабве, Карибиб в Намибии, Варутреск в Швеции и др.). Такие месторождения и руды, используемые, прежде всего, в качестве источников литиевого сырья, классифицируются как комплексные (Li-Ta-Cs) редкометальные. Вторая разновидность рассматриваемых месторождений представлена протяженными жильными полями (≥10–15 км) редкометальных пегматитов, залегающими в рассланцованных породах. Для них характерны значительные превышения длины над мощностью (>100 крат), отсутствие зональности во внутреннем участково-полосчатом строении и высокие средние содержания лития (1,1–3,0% Li²О), существенно превышающие содержания в комплексных редкометальных пегматитах. Запасы лития в таких месторождениях — максимальные (до 1,2–3,0 млн тонн). Наиболее крупные из них эксплуатируются в Австралии (Гринбушес), Китае (Jaijika, Gajika), в США (Кингс-Маунтин и Бес-семер-Сити — шт. Каролина) и др. Необходимо заметить, что характерные для пегматитов крупнокристаллические до блоковых выделения минералов лития и цезия с рубидием — поллуцита CsNaAlSi²O⁶, а также скопления лепидолита в зарубежных странах служили и служат объектами добычи ручной рудоразборкой. Их особая ценность и дефицитность обусловливают рентабельность такого способа эксплуатации даже на небольших месторождениях в странах Африки (Мозамбик, ЮАР) и Южной Америки (Бразилия, Аргентина).

1. Кунцит (розовый сподумен LiAl(Si²O⁶)) с кристаллами кварца и альбита
2. Лепидолит (KLi^1,5Al^2,5Si³O¹⁰(F, OH)²) с кварцем, альбитом и кристаллами топаза

О литии из первых рук
Автору публикуемого материала, координатору экспертного совета нашего журнала Гелию Борисовичу Мелентьеву, в свое время довелось стать не только свидетелем, но и участником геологоразведочного «литиевого бума», имевшего место в СССР в 50–60-е годы прошлого века и обусловленного успехами в создании термоядерного оружия и ожиданиями столь же успешного овладения управляемыми реакциями в энергетике. В первом случае Г.Б. Мелентьев стал участником экспедиций от ИМГРЭ Мингео и АН СССР в Восточный Саян, где были открыты и разведывались крупные жильные поля редкометальных гранитных пегматитов — сначала как месторождения лития, затем — цезия (с рубидием) и, наконец, — тантала (с ниобием). В отдаленных горно-таежных районах Иркутской области пришлось совершать 30–100-километровые пешие переходы между месторождениями с использованием вьючных лошадей, переправ и сплава на плотах и лодках по бурным верхним притокам Ангары, без чего в те далекие времена было невозможно проводить необходимые исследования новых для страны видов редкометального сырья. В дальнейшем, в 1970–80-е годы, Г.Б. Мелентьев руководил работами полевых отрядов ИМГРЭ на эксплуатируемых в Восточном Казахстане и в других районах месторождениях редкометальных пегматитов. Им был успешно разработан комплекс методов локального прогнозирования, поисков и перспективной оценки новых, в том числе скрытых, редкометальных объектов, вплоть до обнаружения месторождения редкометально-оловорудных гранитов, а также оказана существенная научно-методическая помощь горно-обогатительному предприятию — Белогорскому ГОКу Минцветмета СССР в комплексном использовании пегматитового сырья, вплоть до подсчета запасов Li, Ta, Cs (с Rb) и оценки новых источников руды — «слепых» жил с поллуцитом и отходов обогащения с недоизвлеченным танталом. Волею судеб последние 15 лет Г.Б. Мелентьев работает в Институте высоких температур РАН, который был и остается одним из потребителей химической щелочно-редкометальной продукции при разработке высоких технологий ее использования. Его многолетний опыт изучения в прикладных целях эндогенных месторождений различного редкометального сырья способствует повышению продуктивности научных специалистов-смежников: технологов, экономистов, экологов, с которыми его связывают сложившиеся деловые и товарищеские отношения.

1. Кристалл петалита (LiAlSi⁴O¹⁰) из петалитовой жилы верхнего горизонта Завитинского месторождения
2. Амблигонит (LiAlPO⁴(F, OH)). Месторождение Кестер, Восточная Якутия

Химические щелочно-редкометальные производства и продукты
Совокупность промышленных методов вскрытия литиевого сырья и получения конечной химической продукции включает:
1. Сульфатный метод — спекание различных видов литиевого сырья (руд и концентратов) с сернокислым калием KSO⁴. Высокая стоимость обусловила замену этого некогда традиционного метода другими, более доступными и эффективными.
2. Известковый метод — спекание литиевых минеральных концентратов с известью или известняком при температуре 1200–1250 °С с последующим разложением спека водой и получением гидроксида лития из раствора его многократного упаривания. Этот метод требует использования богатого сырья, так как при спекании с известью происходит его разубоживание. Промышленное производство, основанное на применении этого метода, было создано в США (завод в Сан-Антонио, шт. Техас) для переработки сподуменовых концентратов Кингс-Маунтин и лепидолитовых концентратов из стран Африки.
3. Сернокислотный метод — включает декрипитацию сподуменового сырья при температуре 1100 °С, обеспечивающей перевод сподумена в ß-модификацию, и последующую обработку этого промпродукта серной кислотой при температуре 250–300 °С с получением сульфата лития. Обработка последнего раствором кальцинированной соды позволяет получать в качестве конечного продукта карбонат лития. Применение этого метода требует значительного расхода H²SO⁴ — 250 кг на тонну концентрата. В промышленных масштабах сернокислотная технология использовалась в США для переработки канадских сподуменовых концентратов с содержаниями 3–5% Li²O (завод в Миннеаполисе, шт. Миннесота). Эта технология стала использоваться для прямой гидрометаллургической переработки литиевых руд без предварительного флотационного обогащения, характеризующегося значительными потерями лития. Сернокислотная переработка необогащенного литиевого сырья обеспечивает извлечение 80% лития и превосходит все другие технологические процессы. Она применяется на крупнейшем предприятии США (завод Бессемер-Сити) для переработки местной сподуменовой руды и канадского сподумена. Процесс производства хлорида лития из коллективного концентрата амблигонита и лепидолита включает стадию получения сульфата лития за счет воздействия триоксида серы на концентрат при температуре 600 °С с последующим выщелачиванием Li²SO⁴ водой, а затем — стадию обработки раствора хлоридом бария, упаривания его и извлечения хлорида лития амиловым спиртом. Металлический литий получают электролизом расплава хлорида лития и металлотермическими способами: из хлорида — восстановлением кальцием, из гидроксида — магнием. Особый интерес представляют разработки получения лития непосредственно из сподуменовой шихты с использованием в качестве восстановителей ферросилиция или алюминия. Металлический литий используется для производства гидрата, алюмогидрата, дейтерида лития и соединения с бором.

Российские источники редких щелочных металлов, их производства и традиционные потребители
Вынужденное участие СССР в термоядерной гонке вооружений обусловило создание в нашей стране в 50–60-е годы прошлого столетия надежной минерально-сырьевой базы лития. С 1941 по 1997 год в Восточном Забайкалье осуществлялась добыча открытым способом и обогащение сподуменовой руды из Завитинского месторождения литиевых пегматитов с содержанием от 0,69% Li²O, которое снизилось к завершению эксплуатации до минимальных значений по сравнению с другими разведанными в стране месторождениями подобного сырья. Соответственно, и извлечение лития в сподуменовый концентрат в процессе эксплуатации снизилось до 49–55%. Концентрат перерабатывался Красноярским ХМЗ (ныне ОАО «КХМЗ») по известковой технологии на гидроксид лития (ЛГО-3) с выпуском в 1990–1992 годах 1450–1650 тонн/год и металлический литий (ЛЭ-1) в объемах 30–50 тонн/год. Этот завод контролировал половину продаж лития в России, а затем стал перерабатывать импортное сырье, экспортируя часть своей продукции. Новосибирский завод химконцентратов (ОАО «НХМЗ») специализирован на глубокую очистку лития от примесей и выпускает металлическую продукцию, литиевые батареи, дезинфицирующее средство «Лидос» и т. д. при мощности около 1 тыс. тонн/год в пересчете на металл. Оба завода входят в состав концерна «ТВЭЛ». Химическая литиевая продукция производится и другими предприятиями: различные соли лития — Новосибирским заводом редких металлов, фториды лития — Сибирским химическим комбинатом и Ангарским электролизным заводом и т. д. Карбонат лития используется заводом «Красный Луч» в Псковской области в производстве стекла и фритт, АО «Химволокно» (г. Каменск-Шахтинский, Ростовская обл.) — в производстве химических волокон. Гидроксид лития используется ЗАО «Завод им. Шаумяна» в Санкт-Петербурге при выпуске специальных смазочных материалов. Литиевые ХИТы (химические источники тока) выпускают НПО «Квант» (Москва), НИИ электроугольных изделий (Ногинск) и другие предприятия. Однако наиболее емкими потребителями литиевой продукции в России являются предприятия, использующие Li-Al и Li-Mg сплавы в авиационной и аэрокосмической технике. В этом направлении наша страна традиционно опережает другие страны. В частности, истребитель МиГ-29М создан с использованием Li-Al сплава 1420, содержащего 2% лития, благодаря чему удалось снизить вес истребителя на 20%. Для топливных баков самолетов нового поколения на жидком природном газе создан Li-Al сплав 1460, содержащий 2–2,4% Li и характеризующийся высокой прочностью в интервале температур 20–253 °С. Его использование снижает вес конструкции на 25–30%. Рассматриваемые сплавы были использованы при создании кабинного модуля космического корабля многоразового использования «Буран». Широкий ассортимент Li-Al и Li-Mg сплавов в виде листов и полуфабрикатов выпускает Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ) в Свердловской области. Кроме того, в России создаются принципиально новые перспективные направления промышленного использования лития, причем как в виде минеральных концентратов, так и химических соединений. В 1990 году наша страна занимала 2-е место в мире после США по объемам производства лития — 1,4 тыс. тонн в пересчете на металл. Однако мировое потребление в это время уже составляло 7,6–8,2 тыс. тонн, а в дальнейшем непрерывно увеличивалось (на 30% ежегодно только за счет роста производства промышленных литий-ионных аккумуляторов). Консервация единственного в новой России литиевого рудника обусловила необходимость импорта карбоната и оксидов лития для обеспечения текущих потребностей страны и действующих производств конечной литиевой продукции. И это при наличии собственной минерально-сырьевой базы сподуменовых руд, соответствующей по запасам и содержаниям лития мировым стандартам, а также при наличии вышеуказанных перерабатывающих производств. В течение 25-летнего «переходного периода» в стране не было введено в эксплуатацию ни одного из трех крупнейших, детально разведанных месторождений редкометальных пегматитов с утвержденными в ГКЗ запасами лития и сопутствующих Та (с Nb), Cs (с Rb), Be и Sn в Кольском регионе (Воронья-Колмозерское), Восточном Саяне (Урикское, Гольцово-Тагнинское) и Тыве (Тастыгское).

Сравнительные параметры различных видов аккумуляторов и бензина (по данным Roskill)

Литий — единственная реальная альтернатива бензину Основные преимущества литиевых аккумуляторов:
• высокая плотность энергии (могут хранить больше энергии на единицу объема)
• не обладают «эффектом памяти» — нет необходимости полностью разряжать перед подзарядкой
• сохраняют заряд — теряют не более 5% заряда в месяц (NiMH для сравнения — более 20%)

Редкометальное импортозамещение: сырьевые приоритеты и перспективы
С конца 1990-х годов отсутствие собственной литиевой продукции из-за закрытия единственного рудника в Восточном Забайкалье компенсировалось ее импортом. Развитие импорта химической литиевой продукции (карбоната и оксидов) мотивировалось ее дешевизной на мировом рынке, обусловленной преобладающими масштабами извлечения лития за рубежом из гидроминерального сырья (Чили, Боливия, Аргентина, США, Китай) относительно традиционного пегматитового. Прекращение добычи и производства российского сподуменового концентрата до сих пор ничем не компенсировано: ни вводом в эксплуатацию новых рудников на более качественном пегматитовом сырье с содержаниями лития, в два раза превышающими прежние разработки, и возможностями комплексного использования этих руд, ни организацией извлечения лития из гидроминеральных источников, представленных давно известными месторождениями Дагестана, Иркутского региона, Республики Коми, Республики Саха (Якутия): геотермы, сопутствующие рассолы нефтегазовых, алмазных месторождений и др. Альтернативой закрытию производства сподуменовых концентратов в Забайкалье и консервации Белогорского ГОКа — единственного производителя собственно танталовых концентратов в бывшем СССР, принадлежащего теперь Казахстану, — может явиться промышленное освоение значительно более крупных и качественных по содержаниям редкометальных компонентов пегматитовых месторождений Кольского региона, сосредоточенных в Воронья-Колмозерской зоне. В пределах этой субширотной жильной зоны выделяются два типа редкометального сырья: − микроклин-сподумен-альбитовые пегматиты с ведущим литиевым и сопутствующим тантал-ниобиевым и бериллиевым оруденением (месторождения Колмозера и Полмостундры); − микроклин-альбитовые со сподуменом и комплексным редкометальным (литий-цезий-танталовым) оруденением (месторождение Васин-Мыльк в Вороньих тундрах). Эти месторождения, разведанные и оцененные в 50–60-х годах прошлого столетия, полностью соответствуют мировым стандартам по запасам и качеству редкометального сырья. Однако до сих пор они остаются неосвоенными. В настоящее время они обладают очевидными преимуществами в связи со своим расположением (всего в 30–50 км от действующего ОАО «Севредмет») по сравнению с другими разведанными месторождениями редкометальных пегматитов, расположенными в горно-таежных «дебрях» Восточной Сибири — в Иркутской области (Восточный Саян), и Республике Тыва. Литиевые пегматиты месторождений Колмозера и Полмостундры представлены полями протяженных на 1–1,3 км жильных тел при мощности до 15 м и более, причем запасы колмозерского сырья в 3 раза превышают полмостундровские. При средних содержаниях в рудах порядка 1% диоксида лития в раздувах жил могут быть выделены богатые блоки с содержаниями 2,5% и более. Эти месторождения в перспективе могут представлять собой объекты длительной эксплуатации, ориентированной на выпуск сподуменовых концентратов, содержащих 4,4–6,0% Li²O при извлечении до 90%.

Динамика исторического и прогнозного роста потребления и цен под влиянием «литиевого бума» (по данным SignumBox)

Согласно исследованиям КНЦ РАН обогатимости этого сырья в лабораторных условиях (Полмостундра) и на пробе массой более 40 тонн (Колмозеро), попутно могут быть получены, соответственно, концентраты колумбита (8,7% Ta²O⁵ и 30,4% Nb²O⁵) и колумбит-танталита (по 20% Ta²O⁵ и Nb²O⁵) при извлечении до 30–60%, а также 3%-ные берилловые концентраты с извлечением до 60%. Литий-цезий-танталовые пегматиты Васин-Мылька представлены тремя жилами протяженностью до 350 м и мощностью от 3 до 14 м. Для главного рудного тела этого месторождения, в отличие от участково-полосчатых структур и текстур колмозерских и полмостундровских жил, характерно зональное внутреннее строение. При этом каждая зона представлена определенным типом сырья: внешняя — литиевым (сподуменовым) с танталом, ниобием и бериллием, промежуточная — нерудным калиевополевошпатовым (блоковая зона) и внутренняя, наиболее ценная и продуктивная, — тантал-цезий-литиевым с бериллием, которое, соответственно, представлено собственными минералами тантала — танталитом и микролитом, цезия с рубидием — крупнокристаллическим поллуцитом (22–36% Cs²O) и лития — крупнокристаллическим сподуменом, петалитом, амблигонитом и лепидолитом. При разработке и обогащении редкометальных руд этого месторождения, согласно исследованиям их обогатимости, проведенным в 1960-х годах в КНЦ РАН, могут быть получены следующие концентраты: поллуцитовый (8,5–10% Cs²O при извлечении 57%), танталитовый (30–31% Ta²O⁵ при извлечении 45–53%), сподуменовый (4,5–5,5% Li²O при извлечении 59–75%) и берилловый (5–6% BeO при извлечении 35–60%). Принципиально важной представляется возможность селективной отработки наиболее богатой редкометальными минералами центральной зоны, содержащей 0,073% Ta²O⁵, 1,78% Cs²O, 1,57% Li²O и 0,064% BeO. Запасы этой богатой руды составляют 20% от общих и включают рудоразборные минералы лития и поллуцит. Из промежуточной зоны может добываться блоковый микроклин марок Ш1К и Ш2К, а из нее же и центральной — рудоразборный кварц. Технологическая схема обогащения обоих типов руд данного месторождения предусматривает, помимо получения ряда редкометальных концентратов, попутный выпуск молотых кварц-полевошпатовых концентратов 1-го и 2-го сорта для стекольной промышленности и слюдяных концентратов (мусковит с лепидолитом). В связи с незначительными запасами редкометальной жильной массы в месторождении Васин-Мыльк сравнительно с Колмозером, рассчитанными нами по годам в варианте 5 лет эксплуатации, его освоение позволит получать ежегодно 35 тыс. тонн молотых полевошпатовых продуктов, 6,5 тыс. тонн фторидно-литиевослюдистых и 70 тыс. тонн — кварцевых. Общие объемы производства этих нерудных продуктов за рассматриваемый период могут составить: полевошпатовых — 175 тыс. тонн и кварцевых — 350 тыс. тонн. Поэтапное промышленное освоение редкометальных пегматитовых месторождений Воронья-Колмозерской зоны в современных условиях может осуществляться по следующей рациональной схеме: 1-й этап — организация малого горно-технологического предприятия (МГТП) по извлечению из недр рудоразборного и складированию остающегося после его выемки редкометального и нерудного сырья наиболее богатых ими зон; 2-й этап — помол и обогащение основных (80%) запасов редкометального пегматитового сырья месторождения Васин-Мыльк; 3-й этап — создание необходимой инфраструктуры и производственных мощностей для долговременной эксплуатации литиевых пегматитов Колмозера, в перспективе — Полмостундры. Очевидно, что реализация 1-го и 2-го этапов предусматривает сезонный характер горнодобывающих работ и вывоз редкометального и нерудного сырья для обогащения и переработки к ОАО «Ловозерский ГОК». Тем более что в свое время бывший Ловозерский ГОК приобретал небольшие партии кейвского рудоразборного Pb-микролита (до 350 кг) с 26% Ta²O⁵, а в специально созданном щелочном цехе перерабатывал импортный канадский поллуцит на сверхчистые цезий, рубидий и другие щелочные металлы, которые импортировались в страны СЭВ. Эта база должна и может быть использована при дальнейшем освоении объектов Воронья-Колмозеро и Кейв, в том числе как перспективных источников редкометального, сопутствующего нерудного и кейвского высокоглиноземистого (кианитового) сырья для различных керамических производств, создание которых на месте может послужить развитию инфраструктуры ОАО «Ловозерский ГОК» и районов его новой деятельности, включая российский и зарубежный рынки. С этих позиций рациональная переработка наиболее объемных нерудных продуктов — нефелиновых, полевошпатовых, эгириновых, слюдяных и других как сопутствующих профильным редкометальным (лопариту, эвдиалиту, сподумену, танталиту и др.), должна осуществляться в районе их добычи и обогащения, то есть на специально построенных заводах по выпуску фасадной и облицовочной плитки, стеклоблоков, ситаллов и шлакоситаллов, пеностекла, низкосортных сульфатно-щелочных удобрений с использованием фосфогипса и т. д. Такие заводы, согласно разработанным, но не реализованным в 1980–90-х годах проектам, могут потреблять от 20–30 тыс. тонн до 100 тыс. – 1 млн тонн молотого щелочноалюмосиликатного сырья. Тем самым в соответствии с нашей концепцией диверсификации и реформирования производственной деятельности Кольского ГПК на примере Ловозерского района Мурманской области в полном объеме могут быть реализованы перспективы комплексного освоения территорий рудных районов и недр, переработки и использования природного и техногенного минерального сырья в виде конечной продукции. Необходимо отметить, что использование химических литиевых продуктов в отечественных производствах стекол, ситаллов и немногочисленные исследования применимости петалита, лепидолита и амблигонита в качестве компонентов фарфоровых масс свидетельствуют о перспективности использования литийсодержащих минералов в различных отраслях керамической промышленности. Однако в нашей стране литийсодержащие минералы для данных целей не используются. Запасы этих минералов не подсчитывались даже в эксплуатируемых и подготовленных к эксплуатации месторождениях редкометальных пегматитов. Они не имеют официально установленной цены и до настоящего времени, в отличие от зарубежного мира, нигде не добываются. В то же время зарубежная практика и исследования российских специалистов свидетельствуют о том, что природные минералы лития могут быть эффективно использованы в производствах высокостойких и химически стойких керамических материалов для нужд электротехнической и химической промышленности, приборостроения, для изготовления деталей атомных реакторов, реактивных двигателей и т. д.

Три энергетических рынка, обеспечивающих рост потребления лития

Гидроминеральные источники лития
Месторождения погребенной литийсодержащей рапы в России пока не известны. В то же время еще в СССР были выявлены и стали объектами геологоразведочных работ и НИР месторождения редкометальных геотермальных рассолов (Дагестан), автономные источники глубинных высокоминерализованных вод (Иркутская обл.) и попутные воды объектов нефтегазодобычи (Республика Коми, Иркутская обл.). В 1970–80-е годы в СССР была открыта и оконтурена Дагестанская провинция редкометальных геотерм, включающая 56 потенциально перспективных источников редких щелочных металлов, йода и брома, бора, магния, калия и минеральных солей. Для строительства первого опытно-промышленного завода в г. Южносухомск была подготовлена сырьевая база двух месторождений геотермальных вод — Берикейского и Тарумовского, а также попутных вод нефтегазовых месторождений. Парорассольные смеси Берикейской и Комсомольской геотермальных площадей характеризуются содержаниями 50–150 г/м³ лития при общей минерализации 110–200 кг/м³. Однако этот проект, обоснованный только геологически, без подсчета запасов и утверждения их в ГКЗ, остался нереализованным. К настоящему времени, по мнению специалистов ИМГРЭ (М.В. Торикова, М.Ф. Комин и др., 2011), наиболее реальным гидроминеральным ресурсом лития представляются глубинные рассолы Ангаро-Ленского бассейна. На Знаменском месторождении в 2005 году утверждены разведанные запасы подземных рассолов в 40,5 тыс. м³ со средним содержанием лития 0,42 г/л. Дебит действующей скважины — 110 м³/час, что позволяет прогнозировать организацию ежегодной добычи 400 тонн лития. Максимально возможное производство лития из рассолов Знаменского месторождения оценивается в 1300 тонн. Кроме того, добыча лития возможна из попутных рассолов Верхнечонского и Ярактинского газонефтяных месторождений в объемах соответственно 338 и 134 тонн. Обоснованы четыре базовые технологии рентабельной переработки иркутских Ca-Mg рассолов с получением хлорида и бромида лития, моногидрата гидроксида лития, фторида лития и других химических продуктов. В качестве нового, перспективного на подземные литийсодержащие гидроминеральные ресурсы региона выдвигается Республика Коми, для которой обосновываются задачи разведки и комплексной оценки на литий, бром и йод. Промышленные содержания этих компонентов установлены в водах многочисленных скважин на территории нефтеносного бассейна в Усинском и Вуктыльском районах, на разных глубинах и горизонтах с тенденцией увеличения концентраций с глубиной. Разработана и опробована схема двухстадийного электродиализа пластовых нефтяных вод и рассолов на серийном отечественном оборудовании с использованием передвижных модульных установок. Кроме техногенных концентраций лития в сопутствующих водах нефтегазодобычи, определенный практический интерес могут представлять повышенные содержания лития в водных сбросах эксплуатируемых алмазных месторождений. Реальные гидротермальные ресурсы России как источники редких металлов (Li, Rb, Cs, Sr) и добываемых из них дефицитных в настоящее время I, Br, B оцениваются в 820 млн м³/год, что может обеспечить извлечение из них (тыс. тонн): йода — 15,0, брома — 140,0, бора — 30,0, стронция — 130,0, лития (металла) — 10,0, рубидия — 0,5, цезия — 0,1. Очевидно, что реализация импортозамещения лития и других ценных компонентов гидроминерального сырья в нашей стране возможна за счет ускоренного вовлечения в комплексное промышленное использование новых месторождений в Иркутской, Астраханской, Архангельской областях и Республики Коми. Комплексный характер гидроминерального сырья, включая наиболее обогащенные редкими металлами хлоридно-натрий-кальциевые рассолы артезианских бассейнов, при организации его рациональной добычи и переработки могут обеспечить импортозамещение не только лития, но и широкого ассортимента другой ценной химической продукции, включая минеральные соли. Пока же из рассолов осваиваемого Знаменского месторождения извлекаются только соли Mg и Ca, используемые в качестве хладореагентов, хотя специалистами ИХТРЭМС СО РАН и ЗАО «Экостар-Наутех» разработаны сорбционные схемы извлечения из них Li, B, Br и Mg. Принципиальная технологическая схема извлечения Li, B, Br и Mg разработана Институтом тонкой химической технологии (МИТХТ) для попутных нефтяных вод Западно-Тэбукского месторождения нефти. Для комплексной переработки пластовых вод Северного Дагестана ВНИИХТ и НИПИГеотерм создана технология извлечения I, B, Br, Mg, Sr и Li. В отличие от рассолов артезианских бассейнов, в которых содержания лития преобладают над рубидием, а последнего над цезием, геотермальные воды заметно обогащены рубидием и цезием относительно лития (Li/Rb = 4, Li/Cs = 10); в то же время для них не характерны Ba и Sr. Минерализация хлоридно-калий-натриевых гидротерм, согласно данным Л.С. Балашова, в среднем составляет 14 г/л при содержаниях (мг/л): лития 4,2–27, рубидия 0,5–9,4, цезия 0,4–3,8 и бора 12–111. Процессы добычи, обогащения и глубокой переработки всех видов гидроминерального сырья могут и должны быть интегрированы в единые местные производства и максимально автоматизированы.

Сподумен в пегматите

Российские инновации в потреблении лития
В отличие от передового зарубежного опыта вне сферы отечественных промышленных производств остаются возможности и перспективы непосредственного использования литиевых минеральных концентратов. Технологические возможности и экономическая целесообразность этого направления были обоснованы еще в 70–80-х годах прошлого века советскими специалистами для глиноземно-алюминиевых и стекольно-керамических производств. В частности, в отличие от зарубежной практики использования химической литиевой продукции в качестве добавок — флюсов в электролизном производстве алюминия из глинозема, в СССР были разработаны два новых способа повышения эффективности этого процесса: с получением и применением литиевого криолита (вместо стандартного) и литиевого глинозема. Оба способа были обоснованы экспериментально при выполнении многоплановых договорных НИР по инициативе и при участии автора на Ачинском глиноземном комбинате: применительно к криолиту — за счет его регенерации на АГК, в том числе извлечением из насыщенной им футеровки на Красноярском алюминиевом заводе, перерабатывающем ачинский глинозем, при концентрации в отработанном криолите 800 г/т лития, что в 200 раз превышает его содержание в глиноземе при электролизе; применительно к литиевому глинозему — за счет добавок минералов лития в шихту при спекании нефелинового сырья с известняком и последующего выщелачивания в литийсодержащий алюминатный раствор, из которого производится глинозем. Наиболее эффективным оказалось использование для получения литиевого глинозема фторидно-литиево-слюдистых концентратов из руд редкометальных пегматитов и гранитов, а также экзоконтактных зон изменения вмещающих их сланцевых пород. Тем самым достигаются не только эффекты значительного снижения температур плавления глинозема, объемов выброса фтора из расплава и экономия энергозатрат, но и повышаются за счет слюд, помимо лития и фтора, концентрации Ga, Cs, Rb, K в наиболее продуктивных остаточных содово-щелочных растворах. Рекомендуемые нами в качестве нового промышленного источника богатого литиевого сырья (сподумена) с сопутствующими Ta, Cs, Rb и нерудными компонентами пегматитовые месторождения зоны Воронья-Колмозеро в процессе разработки могут обеспечить селективную добычу петалита, амблигонита, лепидолита и калиевого полевого шпата для создания побочного производства литиевого фарфора и тем самым повышения рентабельности эксплуатации этого объекта в целом. Организация производства высококачественных бытовых и технических изделий с использованием литиевого фарфора способна обеспечить потребительский спрос на них на внутреннем и внешнем рынках. Крупные стекольно-керамические производства с использованием лития могут быть созданы в Республике Тыва при освоении Тастыгского месторождения литиевых (сподуменовых) пегматитов, локализованного в карбонатных породах. Уникальность этого месторождения заключается не только в масштабах запасов с попутным танталом и ниобием, но и в качестве литиевого сырья, представленного маложелезистым сподуменом, используемым за рубежом в стекольно-керамических производствах. Кроме того, карбонатная вмещающая среда облегчает создание на месте предприятия для получения карбоната лития, то есть в целом — многопрофильного горно-химического кластера. Новые перспективы инновационного использования лития открываются в авиаракетно-космической технике (АРКТ) — в качестве компонента твердого ракетного топлива, содержащего, согласно патентам США, 51–68% металлического лития. Теплотворная способность такого топлива (10 270 Ккал/кг) в 5 раз выше, чем у жидкого ракетного топлива — керосина, окисляемого кислородом. Примечательно, что от разрушительного воздействия высокотемпературного литийсодержащего топлива сопла и камеры сгорания предохраняют термостойкие и жаропрочные керамические материалы, содержащие литий (ступалит и др.). Конкурентным емким потребителем литиевой продукции в нашей стране, в соответствии с зарубежным опытом, могут стать производства портативных и особенно промышленных Li-ионных аккумуляторов (ЛИА). Впервые в России опытно-промышленный выпуск ЛИА и батарей на их основе был начат в 2005 году компанией «Ригель» с производительностью пилотной линии 0,5 млн А∙ч/год. Рядом производителей разрабатываются ЛИА с электрической емкостью от 1000 до 10 000 А∙ч. Замена традиционных никель-кадмиевых и свинцово-кислотных батарей на Li-ионные обеспечивает значительное повышение энергоемкости и мощности при малом объеме и массе, возможности эксплуатации в автоматическом режиме, длительность сроков службы без перезарядки, широкий температурный диапазон применения, экологичность и т. д. Заметим, что использование Li-ионных ХИТов в гибридных автомобилях уже сейчас позволяет обеспечить их пробег без перезарядки до 300 км.

Проект «GlobaLi»: возрождение добычи лития в России
Единственный освоенный в России источник лития — Завитинское месторождение в Читинской области, отрабатывался в свое время открытым способом Забайкальским ГОКом. Предприятие перерабатывало бедные комплексные сподуменовые руды с содержанием оксида лития 0,5–0,6%. Аналогов переработки подобных бедных руд за рубежом нет. Рентабельность их переработки обеспечивалась комплексной технологической схемой переработки, позволявшей наряду со сподуменовым литиевым концентратом получать попутную продукцию — концентраты других редких металлов (тантала, ниобия, бериллия, олова), а также кварц-полевошпатовый продукт. При разработке и освоении технологии обогащения этих руд накоплен существенный научно-технический потенциал решения вопросов комплексного использования сырья, создания малоотходного производства, защиты окружающей среды. В настоящее время ООО «РМ Капитал» в рамках собственного Проекта «GlobaLi» планирует воссоздать производство соединений лития на базе Забайкальского ГОКа — единственного предприятия, занимавшегося переработкой литиевых руд во времена СССР. В рамках Проекта «GlobaLi» ООО «РМ Капитал» совместно с Национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ», при участии научно-исследовательских институтов ГК «Росатом», ведет разработку экономически эффективной технологии переработки складированной забалансовой руды Завитинского литиевого месторождения с получением сподуменового концентрата и карбоната лития. Подготовлено предварительное технико-экономическое обоснование проекта. Согласно разработанному графику горных работ, на предприятии за 11 лет эксплуатации планируется переработать 19 млн тонн руды с содержанием оксида лития 0,3%. При этом выход на проектную мощность — 2 млн тонн — планируется на 3-й год эксплуатации. Объем выпускаемой товарной продукции после выхода предприятия на полную производственную мощность составит около 9 тыс. тонн карбоната лития в год. Планируется, что за время отработки складированной забалансовой руды будет подготовлен план восстановления добычи руды из карьера Завитинского месторождения или других близлежащих сырьевых источников, что в перспективе позволит обеспечить предприятие ресурсами более чем на 25 лет работы, а также создать задел для развития литиевой промышленности в России. При этом в компании «РМ Капитал» рассматривают возможность территориального разобщения элементов технологической цепочки, когда обогатительная фабрика остается непосредственно на месторождении, а химико-металлургическое звено будет создано на базе формирующейся ТОСЭР (территории опережающего социально-экономического развития) в городе Краснокаменск Забайкальского края. Такое организационное решение способно оказать одновременную поддержку экономики двух забайкальских моногородов: поселка Первомайский, на территории которого хранятся забалансовые руды Завитинского месторождения, и Краснокаменска.

Использование лития в термоядерной энергетике
В перспективе на 2030–2050 годы ожидается рост потребления лития в атомной и термоядерной энергетике. К 2030 году электрическая мощность АЭС в России может увеличиться до 60 ГВт (21 ГВт в 2000 г.), а доля атомной энергетики в производстве электроэнергии возрастет более чем на 33%. Однако в термоядерном синтезе литий является базисным компонентом, позволяющим получать тритий (Т) при бомбардировке изотопа ⁶Li нейтронами: Li + n = ⁴He + Т (+4,8 МэВ). В природе запасы трития отсутствуют, так как период его полураспада равен 12,5 годам. В реакторе осуществляется слияние ядер дейтерия (D) и трития — тяжелых изотопов водорода в реакции: D + T > 4He (3,5 МэВ) + n (14,1 МэВ). При этом основной энерговыход связан с нейтронами, а на образование ядра гелия приходится только 20% энергии. Следовательно, фактическим топливом для термоядерного реактора являются литий и тритий. Предполагается, что при электрической мощности 1 ГВт условный реактор будет сжигать в год 100 кг дейтерия и 300 кг лития. Однако доля ⁶Li в природном сырье составляет 7,52%, что необходимо учитывать в расчетах их будущих объемов потребления мировой термоядерной энергетикой. Эйфория, охватившая мировое сообщество после успешного прорыва в создании термоядерного оружия и первых атомных реакторов деления, обусловила ожидание успехов в овладении термоядерной энергетикой на протяжении 20 лет. С этим периодом были связаны интенсивные геологические изыскания, разведка и освоение месторождений литиевого сырья. Тем самым, несмотря на фундаментальные и технологические сложности в создании систем управляемого термоядерного синтеза, были обеспечены возможности развития производств и потребления лития во многих других высокотехнологичных отраслях промышленности. Между тем в ОИВТ РАН создана и эффективно эксплуатируется опытная установка для исследований растворимости урана и тория (до 20%) во фторидно-литиевых щелочных расплавах (с К и Na) применительно к задачам обеспечения безопасности новых ядерных реакторов.

Ресурсы и запасы лития в мире по странам (в тоннах, по данным USGS, 2010 и Lithium Reserves and Resources. Keith Evans, 2010)

Предложение и спрос: регулятор — государство
25-летний «мертвый сезон» в освоении отечественных месторождений литиевого и сопутствующего минерально-химического сырья должен быть преодолен в кратчайшие сроки, так же как и ликвидирована сложившаяся импортная зависимость высокотехнологичных отраслей нашей промышленности, включая ОПК. В условиях нынешней геополитической обстановки такая ситуация представляется опасной и недопустимой, что, в частности, недавно было проиллюстрировано искусственно созданной напряженной ситуацией на мировом рынке редких земель, затронувшей интересы России и Японии. Преобладающее среди редких металлов и всевозрастающее мировое потребление лития обусловливает необходимость оперативного возрождения и развития в России литиевых производств на базе собственного сырья. В связи с этим исключительно актуальным является опережающее развитие научных исследований этой проблемы, разработки новых технологий и создание современных высокотехнологичных производств с использованием лития и сопутствующих ему редких и других ценных компонентов. Организация редкометального импортозамещения имеет свою специфику и поэтому должна проводиться системно, с учетом мировых тенденций, возможностей и перспектив создания сбалансированных и эффективных производств лития и других редких металлов полного технологического цикла (горная добыча — обогащение — химико-металлургические переделы — промышленное использование). В СССР, в условиях плановой экономики, головные специализированные институты (ИМГРЭ и «Гиредмет») регулярно рассчитывали прогнозные балансы производства и потребления редких металлов на ближайшую и долгосрочную перспективу, которые учитывались государственными добывающими и перерабатывающими предприятиями. В настоящее время применительно к выбору нового промышленного источника литиевого сырья среди редкометальных пегматитовых и гидротермальных возникает подобная задача, решение которой требует составления сравнительных ТЭО. Ее решение может быть обеспечено исключительно силами проектного института, имеющего необходимый опыт и, главное, соответствующие кадры проектировщиков-редкометальщиков. Более 25 лет эти задачи в нашей стране не решались, что привело к потере профессиональных кадров, ранее сосредоточенных в системе Минцветмет СССР и его головном проектном институте «Гиредмет». Кроме того, задача составления необходимых ТЭО потребует обновления и корректировки базы данных по редкометальным пегматитовым объектам разведки и подсчета запасов полувековой давности и серьезного доизучения гидроминеральных источников лития в комплексе с сопутствующими полезными компонентами, включая оценку экологической безопасности добычи и переработки этих двух видов литиевого сырья. С современных позиций такая оценка должна осуществляться одновременно с расчетами экономической эффективности планируемых производств полного цикла при условиях комплексной переработки и использования литиевого сырья. Как известно, решению проблемы комплексного использования минерального сырья в советское время препятствовали узковедомственные интересы, а в новой России — стремление владельцев горнодобывающих и перерабатывающих предприятий к получению максимальной прибыли в кратчайшие сроки. В результате многие ценные компоненты редкометального сырья, включающие литий и рассеянные редкие металлы, накоплены в отходах горнопромышленных производств. Эти техногенные ресурсы, с одной стороны, представляют собой невостребованный ресурс, а с другой — источник экологического неблагополучия, и поэтому также требуют комплексной оценки перспектив вовлечения в промышленное использование. Освоение техногенных ресурсов может и должно сыграть роль «спускового механизма» в технической модернизации и инновационном развитии всего сырьевого сектора нашей экономики, который остается в России базисным относительно всех остальных. С изложенных позиций очевидна необходимость совершенствования российского законодательства, которое не стимулирует рациональное недропользование, включая комплексное использование природного сырья и техногенных ресурсов и необходимое обеспечение экологической безопасности. С учетом ликвидации в период «перестройки» Минцветмета СССР, а в настоящее время, по-видимому, и геологической службы Минприроды РФ и слияния Московской геологоразведочной академии (бывшего МГРИ) с Институтом нефти и газа, проблема возрождения и развития таких редких металлов, как Li, Be, Ta, Nb, TR, Zr, Hf и др., в целях обеспечения экономической и национальной безопасности нашей страны представляется бесхозной и поэтому чреватой распылением финансовых средств и недопустимыми потерями времени. В решении обеспечения ОПК и ведущих высокотехнологичных отраслей российской промышленности важнейшими видами стратегического сырья все инициативы, планы действий и распределение средств, включая контроль за ними, должны быть сосредоточены в руках государства. В этих целях необходимо рассмотреть возможности воссоздания Государственного Комитета по науке и технике (ГКНТ) при Президенте РФ и соподчиненного ему Координационного Совета (КС) по редким металлам. Применительно к профилирующим и попутным редким металлам на государственном уровне должны решаться вопросы выбора объектов для оперативного промышленного освоения, которое может осуществляться с привлечением частных специализированных компаний и предприятий, оценки приоритетности спроса и предложений на редкометальную и сопутствующую продукцию, создания и номенклатуры стратегического резерва товарной редкометальной продукции и экспорта ее излишков. Специалистам, в отличие от чиновников, известно, что в редкометальной отрасли предложение формирует спрос. Как в любом бизнесе, здесь должны быть определены источники инвестирования и система компенсации превышения предложений над спросом. В этом случае следует иметь в виду необходимость создания государственного стратегического резерва литиевой и другой редкометальной продукции в товарном виде, то есть в виде минеральных и химических концентратов. Как известно, в кризисных ситуациях США и другие промышленно развитые страны практикуют не только использование таких резервов, но и их распродажи. Кроме того, излишки конечной редкометальной продукции могут и должны служить предметом экспорта. Структура и все необходимые пропорции внутреннего и внешнего рынков должны определяться государственной службой предложения и спроса. В заключение стоит подчеркнуть, что Россия обладает всем необходимым для возрождения производств литиевой и сопутствующей редкометальной продукции на базе собственного сырья. Для составления соответствующей программы и плана действий представляется необходимым проведение в 2016 году межведомственной конференции под эгидой госкорпорации «Ростех» и создание рабочей группы из компетентных специалистов-редкометальщиков различного профиля.

О редких металлах в Совете Федерации
21 апреля 2016 года Комитет Совета Федерации по аграрно-продовольственной политике и природопользованию провел семинар-совещание на тему «О законодательном регулировании добычи редких металлов и нормативов потерь при первичной переработке твердых полезных ископаемых», на котором присутствовали представители журнала «Редкие земли». Совещание проходило под председательством заместителей председателя Комитета С.М. Жирякова и Ю.В. Кушнаря и явилось продолжением дискуссии, начатой год назад в Совете Федерации на круглом столе «Законодательное обеспечение развития уранодобывающей промышленности». На совещании был рассмотрен ряд мер по восстановлению добычи РЗЭ и редких металлов для обеспечения национальной безопасности в сфере производства радиоэлектронной, вычислительной, лазерной и авиакосмической техники. Также обсуждались вопросы нормирования потерь извлечения ценных компонентов в процессе переработки твердых полезных ископаемых. В материалах совещания, в частности, было отмечено, что из Правительственной программы № 328 от 15 апреля 2014 года «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» в рамках редкоземельной подпрограммы № 15 «по непонятным причинам выпали такие важные редкие элементы, как литий и бериллий». Упоминался и неудачный опыт реализации в 2002–2005 годах ФЦП «ЛИБТОН» (литий, бериллий, тантал, олово, ниобий), выполнение которой в Восточном Забайкалье планировалось под эгидой «Росатома», но не состоялось по совокупности внутренних и внешних причин. Необходимо заметить, что среди них определенные сомнения и возражения вызывал выбор источников этих металлов, не имеющих отношения к урановой специализации ответственного ведомства. Как известно, с урановыми рудами в некоторых объектах их эксплуатации могут быть связаны только скандий, рений и редкие земли как извлекаемые попутные микрокомпоненты. Месторождения же Li, Be, Ta, Nb, Sn представлены собственно редкометальными рудами и минералами, промышленная ценность которых является профилирующей и абсолютно независимой от специфики оценки и добычи уранового сырья. Вместе с тем было отмечено, что Минпромторг России уделяет внимание ресурсному обеспечению отечественной промышленности литием и бериллием, о чем свидетельствуют отраслевые приказы по планам импортозамещения (например, приказ № 651 от 31 марта 2015 года по импортозамещению в цветной металлургии). Считаем данное направление в части возобновления добычи и переработки сырья лития и бериллия в Забайкалье стратегически важным для российской промышленности. Восстановление законсервированных рудников с утвержденными запасами и инфраструктурой для переработки с использованием новых технологий позволит не только укрепить ресурсную независимость многих программ развития экономики, но и коренным образом снизить социальную напряженность в градообразующих поселках по программе поддержки моногородов. По итогам совещания были подготовлены Рекомендации Аппарату Совета Безопасности РФ, Правительству РФ, Министерству экономического развития РФ, Министерству природных ресурсов и экологии РФ, Федеральному агентству по недропользованию, субъектам Российской Федерации, на территории которых производится разведка и добыча редкоземельных и других редких металлов, касающиеся восстановления добычи и производства редких и редкоземельных металлов в России.

ТЕГИ: редкие земли , литий , литиевый потенциал россии , мелентьев

Литиевый потенциал России

Последние новости