Рисунок 1. Модель, демонстрирующая количественные соотношения химических элементов в земной коре.
По К.А. Власову, ИМГРЭ АН СССР, 50–60-е годы
С прикладных позиций положение редких металлов относительно остальных элементов, представляющих земную кору, иллюстрируется рис.1, из которого очевидна их следующая специфика: во-первых, количество редких элементов несоизмеримо меньше всех остальных элементов; во-вторых, для того чтобы найти месторождение этих элементов, необходимо приложить достаточно большие усилия; в-третьих, выделение этих элементов теми или иными технологическими способами из первичного рудного сырья и полученных из него минеральных концентратов требует создания сложных, дорогостоящих химико-металлургических предприятий, инфраструктурного обеспечения и логистических схем. Такая специфика редких металлов и одновременно их востребованность в высокотехнологичных промышленных производствах обусловливают их высокую стоимость на мировом рынке, несоизмеримо большую, чем стоимость наиболее привычных для нас металлов, их сплавов или химических соединений.



ОТЛИЧИЯ ЗАРУБЕЖНЫХ, СОВЕТСКИХ И РОССИЙСКИХ ПРОИЗВОДСТВ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ

Редкие металлы еще в прошлом веке зарекомендовали себя во всем мире как эффективные катализаторы научно-технического прогресса. Академик А.Е. Ферсман называл их «витаминами промышленности». В соответствии с принятым определением для этих элементов характерна минимальная распространенность в земной коре относительно остальных элементов Периодической системы Д.И. Менделеева и, соответственно, способность образования промышленных концентраций в недрах.
Общее количество редких элементов, установленных в природных образованиях, — 35, включая группу из 15 индивидуальных редкоземельных металлов.
Во всем мире рост производства и потребления редких металлов во второй половине прошлого века и в начале нынешнего века оценивается в среднем в 4–5%, хотя в отдельных странах он достигает 15–20%. Это наиболее характерно для Японии, которая, не имея собственных месторождений, отличается от других промышленно развитых стран высокими уровнями потребления редких металлов, масштабами производства высокотехнологичной продукции и, соответственно, экспортом этой высокотехнологичной продукции. Пример Японии говорит о том, что редкие металлы резко повышают качество производимой с их применением продукции и, соответственно, ее ликвидность и стоимость на мировом рынке.
С ХХ века уровни производства и потребления редких элементов стали рассматриваться в качестве индикаторов экономической и национальной безопасности промышленно развитых и развивающихся стран. За последние 10 лет мировое потребление Li, Ta, Nb, РЗ, Sr, V и некоторых других редких металлов увеличилось в 1,5–3 раза, а наиболее дефицитных, стратегически важных рассеянных металлов Re и In — соответственно в 7–12 раз. Это обусловлено ростом их использования как в традиционных отраслях промышленного производства (металлургия, создание керамических и композиционных материалов, электротехника и электроника, ядерная энергетика), так и в принципиально новых высокотехнологичных отраслях.
Наша страна в советское время отличалась высоким уровнем развития минерально-сырьевой базы, то есть являлась противоположностью японской ситуации. По запасам многих редких металлов СССР находился на втором месте в мире. С другой стороны, благодаря тому, что советская экономика была в известной степени милитаризованной, производство редких металлов также находилось на достаточно высоком уровне. В то же время наша минерально-сырьевая база по содержанию отдельных компонентов во многом не соответствует мировым стандартам. Дело в том, что наши месторождения — комплексные, то есть включают в себя определенные ассоциации редких металлов, в то время как за рубежом производство редких металлов налажено на мономинеральных месторождениях, из которых получают один или два-три минеральных концентрата, а из них извлекается такое же количество полезных компонентов.
Необходимо сказать, что, с одной стороны, эта комплексность минерального сырья является минусом, а с другой — и большим плюсом. Можно привести пример Ловозерского месторождения, которое давало в советское время 70–80% редкометалльной и редкоземельной продукции. При этом ведущим компонентом из редких металлов был тантал, сопутствующим — ниобий, далее — редкие земли во всей их совокупности и, наконец, титан. Это наиболее яркий пример, когда из одного минерального концентрата лопарита извлекали фактически четыре редких металла. По танталу Ловозерское предприятие обеспечивало половину его производства в нашей стране.
Некоторые единичные месторождения условно можно отнести к монометалльным, хотя в настоящее время у нас ни монометалльные, ни комплексные редкометалльные месторождения практически не эксплуатируются, а на Ловозере резко сократилось производство лопаритового концентрата. За этим последовал распад, а иначе его и не назовешь, производственной цепочки выпуска вышеупомянутых тантала, ниобия и редкоземельных элементов. Потому что добытый на Ловозере в Кольском регионе лопаритовый концентрат перерабатывался по хлоридной технологии на Соликамском магниевом заводе (СМЗ), откуда часть промпродуктов поставлялась в Эстонию для выделения конечной редкометалльной продукции, а большая — в Прииртышье (Восточный Казахстан). Там расположен крупный Иртышский химико-металлургический завод (ХМЗ), который на базе соликамских промпродуктов выпускал не только суммарный редкоземельный продукт попутно с гидроксидом ниобия и фтортанталом калия, но еще и отдельные редкие земли, на которые в настоящее время сложился очень большой спрос. Конечная танталовая продукция производилась еще дальше, на Ульбинском ХМЗ в Усть-Каменогорске (Восточный Казахстан). Наряду с танталом и ниобием за рубежом, то есть в Усть-Каменогорске, остались и технологические возможности производства соединений лития и бериллия.
В результате распада СССР важнейшие передельные производства оказались за рубежом, и там, естественно, «правит бал» иностранный капитал. И до настоящего времени нет положительных результатов в попытках восстановить эту цепочку российско-казахстанского сотрудничества.
Точно так же за рубежом, в Туркменистане, остались крупные месторождения стронция. Часть источников редкометалльного сырья и производств редких металлов осталась в Узбекистане и на Украине, откуда мы получали титан с попутным скандием на долгосрочной основе.
В условиях «переходного периода» потребность в редких металлах резко сократилась. Появилась даже в газете «Коммерсант» статья Игоря Свинаренко под броским заголовком «Редкий металл не заинтересует олигархов». Статья фактически констатировала развал нашей редкометалльной промышленности в 90-е годы. При этом закрылись рудники, производившие собственно танталовые и тантал-ниобиево-редкоземельные концентраты, исчезло производство концентратов лития. Во многом были исчерпаны эксплуатируемые запасы бериллиевого сырья, как профилирующего, так и попутного.
В сравнении с ведущими промышленно развитыми странами мира, и прежде всего США и Японией, наша страна потребляет в настоящее время в 5–10 раз меньше, чем каждая из них, Li, РЗ, Zr, в 10–25 раз меньше Ta и Sr, в сотни раз — Re и In и т.д. При мировом лидерстве России в общей протяженности нефтегазопроводов потребление ею феррониобия для легирования стали трубопроводов в начале 2000-х годов составляло 8 г/т, в то время как в странах ЕС и Японии — по 40 г/т и в США — 70 г/т. Бразилия, как мировой монополист в производстве феррониобия и ниобия, превосходит нашу страну в десятки раз по объемам их производства и экспорта.
Следует сказать, что среди редких металлов необходимо различать их группы. С одной стороны, я уже упоминал о том, что есть группы редких металлов и редких земель. Но, кроме того, еще необходимо различать редкие металлы, которые образуют собственные минералы, и собственно редкометалльные месторождения, где объектом добычи и обогащения служат собственно редкометалльные концентраты — литиевые, бериллиевые, редкоземельные тантало-ниобиевые, танталовые и т.д. С другой стороны, есть группа так называемых попутных микрокомпонентов. Это рассеянные редкие металлы: рений — металл XXI века, как его называют, индий, скандий, германий, галлий, селен, теллур и другие. Необходимо заметить, что и российские рассеянные редкие металлы оказались невостребованными в условиях «переходного периода».

Cтатья Игоря Свинаренко под броским заголовком «Редкий металл не заинтересует олигархов» в газете «Коммерсант»




СИТУАЦИЯ С РЕДКИМИ МЕТАЛЛАМИ В РОССИИ В УСЛОВИЯХ «ПЕРЕХОДНОГО ПЕРИОДА»

Редкие металлы в СССР в основном использовались в высокотехнологичной военной технике. Что же касается гражданских отраслей промышленности, то уже в то время считалось, что Советский Союз лет на 30 отстал от передовых промышленно развитых стран, прежде всего от Соединенных Штатов, Японии по использованию редких металлов в этих отраслях.
В связи с этим необходимо сказать об эффективности их использования. В частности, нетрадиционное использование соединений лития в качестве флюсов при выплавке алюминия позволяло резко сокращать энергозатраты, снижать выбросы токсичного фтора в атмосферу. И за рубежом на алюминиевых заводах объемы использования карбоната лития достигали 20–30 тысяч тонн. В нашей стране, несмотря на большое количество предложений в этом направлении от научных организаций, эта технология до сих пор не используется.
В США стали изготавливать кузова для легковых автомашин из стали, легированной ниобием. Добавки ниобия очень небольшие — порядка нескольких десятков грамм на тонну, но они позволили на 15% облегчить вес автомобилей.
И, наконец, легирование FeNb стали при изготовлении труб большого диаметра для газо- и нефтепроводов за рубежом обеспечило продление срока их службы с 10 до 100 лет. Эта проблема не была решена в СССР, вследствие чего наши потребности в трубах с антикоррозийными свойствами удовлетворялись за счет импорта из Германии («газ — трубы») и некоторых других стран. Организованное в новой России производство подобных труб с добавками FeV обеспечивает их повышенную прочность, но не антикоррозийную стойкость, обусловленную феррониобием. Следует подчеркнуть, что этот сплав стал традиционным легирующим компонентом всех напряженных стальных конструкций в США, Японии и других странах (каркасы сейсмически устойчивых высотных зданий, мосты и др.).
Примеров множество. Можно только резюмировать, что в настоящее время редкие металлы должны рассматриваться не только как «витамины промышленности», но и как полноценные факторы инновационного промышленного развития нашей страны. Поэтому возникла стратегически важная государственная задача возрождения всей нашей редкометалльной промышленности — и редкоземельных производств как ее составной части. В течение 25 лет потребности нашего оборонно-промышленного комплекса (ОПК) и некоторых гражданских отраслей промышленности в основном удовлетворялись за счет импорта, что с геополитических позиций представляется очевидным риском. При этом Россия, обладая гигантской минерально-сырьевой базой, включая редкие металлы, по возможностям их производства опустилась ниже уровня Японии. Если в Японии на привозном сырье из других стран редкоземельная промышленность продолжает работать, то у нас нет производств редких земель, за исключением крайне небольших объемов, которые производятся на единичных предприятиях «Росатома» и мелкими частными фирмами на импортном сырье. Тем более, повторяю, что в настоящее время идет разговор об индивидуальных редких землях, которые пользуются наибольшим спросом и обладают наиболее высокой стоимостью на мировом рынке. Неслучайно, когда Китай, став в течение 20 лет монополистом по производству редкоземельной продукции, снизил ее поставки на мировой рынок на 70%, Япония и Россия оказались в одинаковом положении. Резкий спад производства лопаритового концентрата и утрата возможностей выпуска конечной редкометалльной и редкоземельной продукции обусловили снижение производственных мощностей и на СМЗ. Теперь Соликамский завод выпускает плав хлоридов и карбонат редких земель. Поскольку у нас нет возможности извлекать из них редкие земли, они поставляются за рубеж, прежде всего в Эстонию на прежнее предприятие в Силламяэ, которое в ограниченных объемах, но продолжает свою деятельность, и на завод Росатома в Глазове с небольшими мощностями по производству некоторых индивидуальных редкоземельных элементов.
С 1987 по 2000 год мне пришлось работать на Кольском полуострове, где я продолжал заниматься прикладными научными исследованиями и разработками, поэтому я практически на месте наблюдал то, о чем рассказываю. Кроме искусственного банкротства предприятий, на всех уровнях осуществлялась распродажа за рубеж по бросовым ценам стратегических запасов германия, индия, цезия, лития, циркония, индия, а также вольфрама, титана и других, в том числе и в соответствии с Постановлением Правительства России от 1997 года. Была сделана попытка продать галлий в 1998 году из Госрезерва с Баксанской нейтринной лаборатории Российской Академии наук, вызвавшая протест 12 нобелевских лауреатов из США. Они обратились к Борису Николаевичу Ельцину с протестным письмом, и только после его вмешательства эта акция была остановлена. Эта лаборатория продолжает собирать уникальную информацию. Объединение «Апатит» в Кольском регионе десятилетиями, с 30-х годов, игнорирует решение ГКЗ СССР о включении в Государственный баланс запасов сопутствующих фосфатному сырью редких металлов и земель, фтора и титана в апатито-нефелиновых рудах: их запасы ежегодно списываются с объемами добытого фосфатного сырья. Зарубежные страны, в которые мы экспортируем апатитовые концентраты (Норвегия, Польша и ряд др.), наладили извлечение стронция и редких земель из апатита. Ежегодно порядка 80 тысяч тонн редких земель извлекается из недр вместе с апатитом, но они либо попадают в хвостохранилище, либо экспортируются с апатитовым концентратом. Я считаю, что наиболее яркий криминальный пример — это история с поставками в соседнюю Норвегию из Мурманской области по договору на 10 лет бадделеитового концентрата (природного диоксида циркония), который является третьим, но наиболее ценным компонентом апатито-магнетитовых руд Ковдора. С определенного момента у ГОКа появилась возможность выпускать бадделеитовый концентрат. И что произошло? Руководство комбината того времени подписало соглашение с Норвегией, которая стала на своем специально созданном заводе производить из бадделеита плавленую циркониевую спецкерамику, стабилизировала ее иттрием и фактически получила принципиально новый высокотехнологичный материал. Он использовался Японией в производстве так называемых керамических двигателей, которые намного легче и продуктивнее традиционных. Вот таким был зарубежный «технологический» прорыв, а мы вместо того, чтобы каким-то образом использовать такой уникальный минерал, как бадделеит, подписали из сиюминутных экономических соображений соглашение с Норвегией, которая этим, естественно, воспользовалась, организовав выпуск конечной высоколиквидной продукции из нашего редкометалльного сырья.
В современных границах России представляется целесообразным рассматривать и оценивать перспективы ускоренного восстановления промышленных производств редких металлов для следующих основных групп месторождений:
1) Месторождения собственно редкометалльного и высококомплексного сырья, обогащенного редкими металлами, как эксплуатируемые, так и разведанные и резервные, включая возобновляемые отходы обогащения и переделов.
2) Месторождения различного медно-сульфидного и полиметаллического сырья, содержащего широкий комплекс рассеянных редких и благородных металлов, которые концентрируются до промышленных уровней в процессах обогащения и переделов.
3) Ресурсы органоминерального сырья, то есть традиционного топливно-энергетического (уголь, нефть, газ) и альтернативного энергохимического (горючие сланцы, тяжелая высоковязкая нефть, газоконденсаты), а также связанные с ними углеводородные газы (угольный метан, попутный нефтяной и сланцевый), перспективы которых на рассеянные редкие металлы (V, Re, In и др.) очевидны, но требуют проведения систематических минералого-геохимических и технологических исследований.
В настоящее время при выборе объектов первоочередного промышленного освоения на редкие металлы и земли первостепенное значение, кроме содержаний в рудах и их запасов, приобретают такие критерии, как доступность, инфраструктурные предпосылки, технологичность сырья.

Полную версию материала читайте во втором номере журнала Редкие земли, смотрите также выступление Гелия Мелентьева во время Международной конференции Имтех-2014 




Использованная литература:
¹ Мелентьев Г.Б. Концепция восстановления и развития производств редких металлов в России. В ж. Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России, вып. 4. — М.: ФГУП ВИМИ, 2011. С. 104-113.
² Мелентьев Г.Б. Ресурсно-экологические приоритеты развития горно-геологической отрасли и прикладной науки. В ж. Экология промышленного производства, вып. 2. — М.: ФГУП ВИМИ, 2002. С. 30-43.
³ Кременецкий А.А., Архипова Н.А. Вклад редких металлов в повышение инвестиционной привлекательности центров экономического роста России. В ж. Разведка и охрана недр, №6, 2011. С. 3-9.
⁴ Техногенные ресурсы и инновации в техноэкологии. Под ред. проф. Шелкова Е.М., Мелентьева Г.Б. — М.: ОИВТ РАН, 2008. с. 352.
⁵ Мелентьев Г.Б., Самонов А.Е., Толстов А.В. В ожидании промышленного освоения. Или почему Томтор открывает огромные выгоды инвесторам и государству? В международн. химич. ж. «Химия и Бизнес», №5-6, октябрь 2013 г. С. 60-63.
⁶ Мелентьев Г.Б. Перспективы использования нерудного и редкометального сырья Кольского региона в производствах керамических и новых неорганических материалов. В ж.: Конструкции из композиционных материалов. №1. М.: ФГУП ВИМИ, 2003. С. 11-32.