СЫРЬЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СТАНОВЛЕНИЯ

СЫРЬЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СТАНОВЛЕНИЯ
РЕДКОЗЕМЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ В КАЗАХСТАНЕ
Найманбаев М.А., Бектурганов Н.С., Лохова Н.Г., Балтабекова Ж.А.
АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения».
Во всем мире происходит резкое увеличение потребления редкоземельных
металлов. Сейчас трудно назвать области новой техники, в которой в той или
иной степени не применялись бы РЗЭ, их сплавы или соединения. Электроника,
металлургия, атомная энергетика, электротехника, космическая и ракетная
техника,
производство
сверхпроводников,
оптико-волоконная
связь,
производство специальных сталей, машиностроение, приборостроение,
химическая, стекольная и керамическая промышленность непрерывно
расширяют номенклатуру применения этих металлов и повышают требования к
их качеству.
Области использования РЗЭ (2013)
Редкоземельные элементы имеют важное значение для развития
высокотехнологичных отраслей промышленности.
В настоящее время наиболее востребованными являются неодим и
диспрозий, благодаря их использованию в постоянных магнитах, выпуск
которых растет также очень высокими темпами. Крупнейшей областью
использования РЗЭ с точки зрения стоимости является производство
люминофоров (крупнейший рынок сбыта иттрия, европия и тербия), которые
используются в телевизорах, мониторах компьютеров, компактных лампах. В
производстве полировальных порошков для линз зеркал и электроннолучевых
трубок используются соединения церия. Новым рынком стало использование
полировальных порошков для механохимической полировки чипов.
Спрос на РЗЭ в условиях развития высокотехнологических отраслей
неуклонно растет, при этом ограничивающие действия Китая, являющегося
основным поставщиком редкоземельного сырья на мировой рынок, ведут к его
дефициту и необходимости поиска альтернативных источников.
Редкоземельные элементы относительно широко распространены в земной
коре, однако при этом редко встречаются в концентрациях, подходящих для их
добычи.
Республика Казахстан располагает значительными запасами как
собственного редкоземельного, так и РЗЭ-содержащего комплексного
минерального сырья.
На схеме размещения месторождений редкометалльные объекты нанесены
с нумерацией по регионам Казахстана.
Схема размещения разведанных редкоземельных и комплексных
месторождений Казахстана
Из рудного сырья практический интерес представляет месторождение
Верхнее Еспе, находящееся в Восточно-Казахстанской области, в котором
редкометально-редкоземельное оруднение с промышленным содержанием
металлов сосредоточено в двух типах руд – щелочных (альбитизированных)
минерализованных гранитах (содержание суммы РЗЭ в среднем 0,25%) и
метасоматически измененных породах (фенитах) (содержание суммы РЗЭ в
среднем 0,48%). На месторождении Верхнее Еспе требуется провести
доразведку и дополнительные исследования по обогащению тонковкрапленных
руд.
Фосфоритовые месторождения Каратау также отличаются промышленными
содержаниями
редкоземельных
элементов.
Содержание
суммы
редкоземельных элементов в них изменяется от 614 до 1088 г/т. Среди
редкоземельных элементов преобладают элементы иттриевой группы.
Учитывая уникальные запасы фосфоритов Каратау и высокие содержания
редкоземельных элементов, их можно считать одним из первоочередных
источников получения редкоземельных элементов в Республике Казахстан.
Из разведанных собственно редкоземельных месторождений большой
интерес представляет рудопроявление «Кундыбай», расположенное в
Костанайской области, связанное с мезозойской корой выветривания древних
метаморфических пород. Минералы редкоземельных металлов представлены в
основном фосфатами. Наиболее распространенным является черчит, его
максимальное содержание составляет в отдельных пробах 5,1%. Однако
содержания суммы оксидов иттрия и РЗЭ в рядовых рудах колеблется от 0,03
до 0,17% (в среднем 0,08%), а относительно богатые руды характеризуются
содержанием 0,11-0,17% (в среднем 0,14).
Одним из перспективных редкоземельных объектов, заслуживающим
поисково-оценочных работ является месторождение Шок-Карагай (Аиртауский
район Акмолинской области). Редкоземельное оруденение распространено как
в коренных породах фундамента, так и в корах выветривания. Выделены две
рудоносные зоны, несущие РЗЭ оруденение. На участке Шок-Карагай Южный
содержания РЗЭ составляет 0,1-0,6 %, доля иттрия в общей сумме около 20 %.
На участке Шок-Карагай Северный содержания иттрия и РЗЭ – 0,1-0,4 %.
Коры выветривания прослеживаются в виде зоны, протяженностью
несколько километров. Содержание суммы оксидов РЗЭ – 0,1-0,5 %,
содержание иттрия – 0,08%.
Анализ подготовленности месторождений редкоземельных элементов к
промышленному
освоению
(степень
изученности,
эффективность
разработанных технологий обогащения и гидрометаллургии) показывает, что
перспективными в ближайшее время являются месторождения Кундыбай,
Акбулак, Верхнее Еспе и Каратау.
Суммарные сырьевые ресурсы всех рассмотренных месторождений весьма
значительны и дают возможность выбора объектов, по степени их
подготовленности и изученности, для создания в Казахстане производства
редкоземельных концентратов и металлов.
В настоящее время в Казахстане практически отсутствует производство
редкоземельных элементов из собственного сырья, хотя имеются все
необходимые предпосылки для создания и развития отрасли. Ранее
производителем редкоземельных металлов в республике являлся Иртышский
химико-металлургический завод. С 1999 года он разделен на две части и
продан в частную собственность отдельными лотами: ТОО «Иртышская
редкоземельная компания» («IRESCO»), где перерабатывают привозные
концентраты из Соликамского магниевого завода с получением
редкоземельных металлов и АО «ИХМЗ», где имеются простаивающие
мощности по производству ниобия. Однако «IRESCO» не загружена в полную
мощность в связи с недостаточностью обеспечения сырьем – кондиционными
редкоземельными концентратами.
В таблице приведено распределение групп редкоземельных элементов в
доступных рудных концентратах. Как видно из этих данных наиболее
оптимальное соотношение групп имеется в фосфорите и черчите.
Распределение групп редкоземельных элементов в рудном сырье, %
Сырье
Содержание
в руде, %
Группа
Иттрий
Легкая (La,
Ce, Pr, Nd)
Средняя
(Sm, Eu,
Gd)
Тяжелая
(Tb, Dy, Ho,
Er, Tm, Yb,
Lu)
Апатит (Кольский)
0,65
4,6
87,3
4,4
3,7
Фосфорит
(Каратау)
Вольфрамит
(Караоба)
0,31
36,8
37,5
13,2
12,5
0,158
15,3
62,1
2,2
20,4
Черчит (Кундыбай)
0,20
(среднее)
50,2
10,7
11,3
27,8
Ильменит (Шокаш)
0,98
3,2
95,3
0,7
0,8
Рутил-циркон
(Шокаш)
0,921
9,0
88,5
0,9
1,6
Урановая руда
(Восток)
0,016
38,6
51,8
6,9
2,7
Руда месторождения «Шокаш», (рутил-циркониевый и ильменитовый
концентраты), содержит наибольшее количество РЗЭ 0,92-0,98%, относящихся
к легкой группе, представленной в основном неодимом 0,6-0,8%. В руде
редкоземельные элементы находятся в виде фосфатов и в виде радиоактивного
монацита.
Фосфоритовый концентрат месторождения «Каратау», перерабатываемый
на ТОО «Завод минеральных удобрений» содержит редкоземельные элементы в
количестве 0,2-0,3% и не является радиоактивным. Вследствие того, что рудные
месторождения промышленно комплексно не освоены, наиболее доступным
сырьевым источником редкоземельных элементов является фосфорит.
В настоящее время до 98% добываемого из недр земли минерального
сырья превращается в отходы и только 2% в полезный продукт. Значительные
содержания в отходах особо ценных цветных, редких и благородных металлов,
нередко превышающие концентрации в традиционных рудах, определяют
актуальность переработки техногенного сырья, вовлечение его в промышленное
использование. По данным различных экспертов, в стране накоплено от 14 до
25 млрд. т техногенных отходов.
В таблице приведено распределение групп редкоземельных элементов в
проанализированных видах техногенного сырья по группам, Как видно из
таблицы наиболее оптимальное соотношение групп и содержание тяжелых
лантаноидов имеется в фосфогипсе от переработки фосфорита и отвальном
кеке от переработки вольфрамитового концентрата. Одним из потенциальных
сырьевых источников редкоземельных элементов являются отработанные
расплавы титановых хлораторов, в них доля лантаноидов тяжелой группы
составляет 58%.
Распределение групп РЗЭ в техногенном сырье, %
Сырье
Иттрий
Группа
Средняя (Sm,
Eu, Gd)
4,7
Тяжелая (Tb, Dy, Ho,
Er, Tm, Yb, Lu)
1,7
Фосфогипс от
переработки апатита
(Кольский)
4,5
Легкая (La,
Ce, Pr, Nd)
89,1
Фосфогипс от
переработки
фосфорита (Каратау)
40,1
40,5
4,9
14,5
Отвальный кек от
переработки
вольфрамитового
концентрата
Отработанный расплав
титановых хлораторов
(ОРТХ)
Хвосты сорбции урана
33,6
33,9
Не
обнаружено
27,5
4,15
29,1
8,7
58,1
0,003
38,6
51,8
6,9
В АО «ЦНЗМО» выполняется ряд исследований по извлечению
редкоземельных концентратов из различных видов рудного и техногенного
сырья. Были разработаны технологии извлечения редкоземельных элементов из
цирконового концентрата, отработанного расплава титановых хлораторов и
отвального кека переработки вольфрамитового концентрата.
В настоящее время реальным перспективным источником получения РЗЭ в
Казахстане является фосфогипс. Количество фосфогипса на шламовых полях
ТОО «Завод минеральных удобрений» ТОО «Казфосфат» составляет свыше 11
млн. тонн с ежегодным дополнительным выходом более 500 тыс. тонн.
Разработанная в лаборатории титана и редких тугоплавких металлов АО
«ЦНЗМО» технология извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса
универсальна и может быть использована при утилизации отвалов
производства минеральных удобрений.
Гидроксид кальция
Известково-аммиачная селитра
Отходы фосфогипса
Сульфат натрия
Концентрат редкоземельных
элементов
Преимуществом данной технологии является то, что предложенные ранее
схемы переработки фосфогипса позволяли получать из него один, реже два
продукта. Технологии, отвечающие современному уровню, предполагают
комплексную переработку, когда количество вторичных отходов минимально и
значительно ниже объема перерабатываемого исходного отхода. В результате
проведенных в АО «ЦНЗМО» исследований по переработке фосфогипса
получен ряд ценных товарных продуктов: сульфат натрия, известковоаммиачная селитра, гидроксид кальция и продукционный концентрат
редкоземельных элементов.
В Казахстане проблеме получения концентрата РЗЭ посвящены
исследования ученых не только АО «ЦНЗМО», но и ИВТ НАК «Казатомпром»,
КазНТУ, НЦ «КПМС» и других институтов, но нет реальной
заинтересованности в решении этой важной задачи со стороны руководителей
предприятий.
Воссоздание редкоземельной отрасли является одной из важнейших задач
отечественной экономики.
Разработка высокоэффективных технологий и на их основе проектноконструкторской документации является важным этапом в достижении
поставленной цели. Однако для ускорения необходима поддержка со стороны
государства в виде бюджетного финансирования проектов по созданию РЗЭ–
промышленности, как в рамках грантового финансирования, так и путем
формирования
специальной
Программы
по
развитию
отрасли,
предусматривающей участие в ней не только НИИ, но и недропользователей
вышеуказанных месторождений, а также балансодержателей техногенных
отходов, содержащих редкоземельные металлы. Возможно, надо рассмотреть
меры экономического воздействия на владельцев частных предприятий, чтобы
комплексное использование сырья, содержащего РЗЭ, было обязательным при
разработке месторождений и складировании техногенных образований.
Зарубежный подход к решению проблем производства РЗМ
характеризуется высоким долевым участием государства в финансировании
соответствующих Программ. Долевой вклад государства составляет в Канаде –
38-40%, в США – 50-70%, в Японии – 75-80%.
Усиление роли государства в финансировании и координации работ по
созданию производства РЗЭ – настоятельная необходимость, так как без этого
невозможна модернизация отечественной экономики.
К примеру, Правительство Российской Федерации признало важным
приоритетом восстановление производства РЗМ.
Была сформирована и утверждена распоряжением Правительства
Российской Федерации от 30.01.2013 г. государственная программа «Развитие
промышленности и повышение ее конкурентоспособности», включающая
подпрограмму «Развитие промышленности редких и редкоземельных
металлов» на 2013-2021 годы. В соответствие с ней планируется довести
производство РЗМ до 19,9 тыс. тонн в год, в том числе предусмотрено
выделение бюджетного финансирования в объеме 23,5 млрд. рублей. В 2013
году выполнено 31 мероприятие на общую сумму 8,7 млрд. рублей. При
реализации указанной программы будут задействованы все возможности
российской промышленности.
В результате этого единственный производитель редкоземельных металлов
в Казахстане - ТОО «Иртышская редкоземельная компания» («IRESCO») может
остаться без сырья, поступающего сейчас из Соликамска (Россия), что еще
больше актуализирует задачу по производству отечественных РЗЭ-содержащих
концентратов.
С учетом того, что в Послании народу Казахстана Президент Республики
Н.А. Назарбаев назвал важным приоритетом производство редкоземельных
металлов, актуальным является принятие такой же комплексной программы и в
нашей стране.