Йод — один из важнейших элементов в жизнедеятельности человека. Медицина давно определила, насколько важно его значение для обеспечения здоровья и жизнедеятельности человека. Для России и Украины эта проблема является весьма актуальной. Россия и Украина не осуществляют собственной добычи йода. Вместе с тем наличие в обеих странах геотермальных йодных вод в больших объемах создает условия для разработки и внедрения новых технологий на базе малореагентных процессов с полной утилизацией всех ценных веществ, что позволит существенно снизить себестоимость продукции и период окупаемости, исключить вредную экологическую нагрузку на окружающую среду.

Йод — элемент достаточно редкий. Его среднее содержание в земной коре — всего 400 мг/т. Сложность его добычи состоит, прежде всего, в том, что помимо его малой распространенности он сильно рассеян, то есть встречается везде, но в крайне малых количествах. Удельное, самое большое его содержание, как ни странно, присутствует в морской воде — в виде йодидов (солей йодоводородной кислоты щелочных металлов). Средняя концентрация йода в морских и солоноватых водах, в том числе и подземной (например, сеноманской, то есть находящейся на глубине более 1000 м), составляет в среднем от 20 до 50 миллиграммов на литр воды.
Интересные свойства проявляют морские водоросли — различные виды ламинарии (она же известна в мире как морская капуста). Они аккумулируют в собственных клетках не усваивающийся йод до колоссального значения — 3–6 кг на одну тонну просушенных водорослей. Именно поэтому морская капуста так полезна, благодаря йоду в том числе. Собственных минералов йод образует мало, такие находки столь же редки, как и сам йод. Но йод нужен и активно потребляется: в медицине (спиртовой раствор йода как обеззараживающее средство — лишь начало этого списка), в производстве галогеновых ламп, жидкокристаллических дисплеев, литий-галогеновых топливных ячеек и, наконец, в лазерных установках. Потребление в среднемировом срезе составляет около 30 тысяч тонн.
99 процентов мировых запасов йода приходится на Чили, Японию, Италию и ЮАР. Уровень добычи йода в мире приближается к уровню добычи серебра и ртути. Собственно, переходя к вопросу добычи йода, стоит отметить такие подходы, как переработка природных накопителей йода — морских водорослей и получение йода из их золы; получение йода из отходов селитряного производства — маточных растворов чилийской селитры (нитрата натрия), содержащей до 0,4% йода в виде йодата и йодида натрия (солей йодной и йодоводородной кислот соответственно); получение йода из природных йодсодержащих растворов, например воды некоторых соленых озер или попутных (буровых) нефтяных вод, содержащих обычно 20–40 мг/л йода в виде йодидов (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг йода, что является хорошим показателем).


Фото из космоса всего Северо-Сивашского месторождения. Арабатская стрелка —Азовское море, а слева — заливы Сиваша.

Несмотря на выходы к океанам и морям и довольно развитое производство азотных удобрений, в России (и в Украине) первые два способа получения йода в промышленных масштабах не используются. А вот переработка природных вод всегда была перспективной и поэтому стала главным источником йода. В настоящее время нефтяные буровые воды служат основным сырьем для промышленного получения йода в России. Но темпы производства настолько низки, что потребности не удовлетворяют — йод теперь импортируется. В СССР довольно активно добывали йод при переработке углем буровых вод: в 1930 году советский инженер В.П. Денисович разработал этот метод, который довольно долго был основой советского йодного производства. В 1 кг угля за месяц накапливалось до 40 г йода. Но те времена давно ушли, да и места были другие (Азербайджан и Туркмения). Но в России и Украине есть перспективный источник, позволяющий в будущем полностью покрыть потребности в йоде, — геотермальные воды.

НОВЫЕ ИСТОЧНИКИ И НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОИЗВОДСТВУ
Для России и Украины новые источники — это, прежде всего, воды Северодвинского и Северо-Сивашского месторождения соответственно.
Разведочные скважины Северо-Сивашского месторождения размещены на полуостровах Тюп-Тархан, Джанкойский, Чонгарский и в северной части Арабатской стрелки. Северодвинское месторождение йодсодержащих подземных вод открыто в 1966 г. и находится в 50 км от г. Архангельска. Разделено на два участка: Бобровский и Лапоминский. Наиболее разведанным и отработанным для промышленного использования является Бобровский участок. На юге участок граничит с автодорогой Архангельск — Пинега, на западе  — с окраиной г. Архангельска.
На этих геотермальных месторождениях были проведены предварительные работы, пробурены скважины, определены приемистость и дебит. Все готово для добычи йода, и пусть начальная мощность не будет превышать 120 тонн в год, главное — испытать энергосберегающую и ресурсосберегающую технологии, так как стартовать со старой технологии, как и было определено, нерентабельно.
Основные способы добычи — переработка селитры и водорослей, минерализованных вод. Но так как мы подробней остановились именно на последнем, то стоит добавить ионообменный способ, основанный на избирательном поглощении йода особыми химическими соединениями — высокомолекулярными ионообменными смолами. Этот способ был разработан сравнительно недавно, в последние десятилетия, и успешно используется в йодной промышленности Японии, где попутно извлекают бром, бор, стронций. Применяли его и в России, но низкое содержание йода в природных водах не позволяет извлечь из них весь йод. Нужны более избирательные к йоду и более «емкие» сорбенты, и тогда появятся новые производства, о которых пока можно лишь мечтать. И вот мечта, кажется, начала сбываться. Но прежде чем перейти к описанию новой технологии, надо подробно описать текущую, пусть и малоэффективную ионообменную сорбционную технологию. Она связана в первую очередь с использованием анионообменных смол (смол, сорбирующих анионы — отрицательно заряженные ионы). Производство анионообменных смол хорошо налажено в России, Украине (сильноосновные марки АВ-17-8, АМп, АМ-2Б, так и слабоосновные аниониты типа АН-3, АН-511, АН-22), не считая зарубежных аналогов (Dowex, Purolite, Lewatit и пр.). По старой ионообменной технологии также использовали хлор как окислитель, что делало производство достаточно опасным. И, наконец, результаты: йодиды из раскисленных вод сорбировались на ионитах, после регенерации которых в рафинат попадал йод, концентрации не более 1 г/л… Кроме того, при температурах около 60 градусов ионообменные смолы теряли свои свойства и стабильность, что явно малоприменимо к геотермальным водам Северо-Сивашского месторождения (напомним, оно более перспективно, так как в нем больше йода и есть метан, который можно сжигать и получать тепловую и электрическую энергию, делающую производство еще выгодней).
Нужен новый подход, и он был найден.
Во-первых, хлор был заменен на гипохлорит натрия в качестве окислителя. Кстати, это явление, происходящее сейчас повсеместно: все водоканалы, муниципальные и городские станции подготовки питьевой воды переходят на более безопасный гипохлорит, который более эффективен для окисления железа, марганца, органических веществ и дезинфекции воды.
Во-вторых, ионообменная технология была заменена на чисто адсорбционную.

ЭКОНОМИКА
Наиболее убедительным условием выбора той или иной технологии является сравнение основных технико-экономических показателей, в том числе себестоимости продукции, прибыли, величины капвложений и сроков их окупаемости.
При относительно стабильной цене на кристаллический йод по ГОСТ 4159-79 марки «Ч» 40 $/кг себестоимость переработки двух видов сырья будет существенно отличаться, даже при одной и той же выбранной схеме.



Это отличие будет определяться, в первую очередь, наличием в Северо-Сивашском месторождении растворенного в воде метана в количестве 0,9–1,6 м3 на 1 м³ воды. При добыче, например, 30 т йода в год избыточное количество добываемого метана можно принять для расчета до 200 м³/час, при небольшом (менее 10%) собственном потреблении газа. При переработке этого количества метана на типовой когерационной установке будут получены тепло и электроэнергия, реализация которых может принести доход до 0,25 млн $/год, который снизит себестоимость продукции минимум на 30%.
Проект переработки вод Северодвинского месторождения в РФ, рассчитанный на 120 т йода в год на период до 30 лет, при сроках окупаемости от 2 до 5 лет должен обеспечить себестоимость йода на уровне 25 $/кг. Украинский проект, благодаря утилизации попутного метана, обеспечит расчетную себестоимость не выше 15 $/кг, что увеличит расчетную прибыль в 1,6 раза и существенно снизит срок окупаемости. Удельные капитальные затраты при обоих вариантах различаются несущественно и могут составлять до 37,5 тыс. $/т йода.
Кроме этого, не учитываются важные преимущества эксплуатации Северо-Сивашского месторождения, такие как: возможная утилизация тепла геотермальных вод в тепличной, санаторной и жилой инфраструктурах Арабатской стрелки, отсутствие потребности обратной закачки обедненной по йоду воды в подземные пласты — после сброса ее в «мертвую часть» озера Сиваш, ограниченную дамбой от той части залива, где водится рыба, что даст экономию электроэнергии как минимум 0,2 кВт/м³. Наличие избыточного давления на устье скважин позволяет снизить энергетические затраты на подъем воды на поверх-ность, что отсутствует в Северодвинском месторождении. При реализации вышеуказанных преимуществ себестоимость йода существенно снизится, что может уменьшить срок окупаемости до 1 года, что является прекрасным результатом.

Подводя итоги, важно отметить следующее:
• Россия и Украина имеют собственную и довольно перспективную и богатую сырьевую базу для производства йода в объеме своих потребностей из природных минеральных вод.
• Существующий уровень технологии извлечения йода, минералогические, гидрогеологические и геотермальные характеристики отечественных месторождений позволяют организовывать его производство с рентабельностью не меньше 60% в РФ и 260% в Украине (за счет высокой температуры воды и наличия метана).
• В качестве передовой и контурной технологии представляет интерес технология, основанная на применении углеродных сорбентов.
• РФ и Украина имеют опыт производства анионитов различной основности, углеродных сорбентов и могут обеспечить ими свое производство.
• Замена экспорта йода в количестве 150 т/г для двух стран даст экономию валюты до 6 млн долларов в год.
• Проект носит ярко выраженный социальный характер и может обеспечить независимость обеих стран в вопросе закупки дефицитного йода. Старые технологии уже отживают свой век. Для качественного перехода на новый экономический уровень нужны качественно новые технологии. В производстве йода этот переход уже сделан.


Текст:
Елена Анатольевна Харитонова ассистент Днепродзержинского технического университета;
Елена Валерьяновна Крылова доцент Национального горного университета в Днепропетровске; 
Петр Васильевич Швыдько генеральный директор — концерн «Южруда», заместитель генерального директора, канд. техн. наук