Эвдиалитовые руды Ловозерского массива расслоенных нефелиновых сиенитов практически не ограничены в запасах. Каковы перспективы их комплексного освоения?

В современном мире на рубеже тысячелетий в соответствии с ускоряющимися требованиями научно-технического прогресса сохраняется устойчивый рост потребления, а следовательно расширенного производства редких и редкоземельных металлов. Уровни их производства и потребления в промышленно развитых странах мира уже на протяжении нескольких десятков лет служат четкими индикаторами экономического развития и национальной безопасности. По меткому выражению выдающегося минералога и геохимика - академика А.Е. Ферсмана редкие и редкоземельные металлы являются «витаминами промышленности» и ее важным стратегическим потенциалом.
Россия – огромная кладовая разных природных богатств, в том числе по запасам большинства редких и редкоземельных металлов. Прогнозные запасы этих металлов велики и их хватит на многие поколения нашей страны. Но встает вопрос, с чего начать освоение этих богатств на современном этапе экономического развития? И в той связи, взоры ученых- специалистов направляются в давно изученные минерально-сырьевые регионы, которые в не полной мере были оценены и  тем более не освоены как уникальные комплексные кладовые очень нужных редких и редкоземельных металлов. В данной статье речь пойдет о новых перспективах комплексного освоения уникальных минеральных ресурсов в виде неограниченных запасов эвдиалитовых руд одного из таких районов на северо-западе России – Кольском полуострове, где находится Ловозерский горнопромышленный комплекс (ГПК).

Ловозерский массив
Эвдиалитовые руды Ловозерского массива расслоенных нефелиновых сиенитов практически не ограничены в запасах (оксида циркония – 300 млн. т и оксидов редкоземельных элементов в 60-70 млн. т) и поэтому имеют возможность стать основным источником ряда редких (РМ - циркония, гафния, ниобия, тантала, стронция, галлия, цезия, рубидия и др.) и редкоземельных металлом (РЗМ, в том  числе, наиболее ценных – иттрия, европия, гадолиния, тербия, диспрозия, гольмия, эрбия, иттербия и лютеция) – имеют существенное преимущества по количеству и составу РЗМ относительно ловозерского лопарита и хибинского апатита (табл.). Перспективы комплексного использования хибинского апатитового концентрата были подробно показаны авторами в предыдущих публикациях.

 Табл. Состав редких земель лопарита, апатита и эвдиалита.

К настоящему времени разведаны, но не утверждены в ГКЗ запасы эвдиалитового сырья в пределах месторождения Аллуайв, представляющего собой лишь один из приводораздельных участков локализации этих руд в пределах Ловозерского массива. Только здесь ресурсы богатых эвдиалитовых руд оценены более чем в 80 млн. т при бортовом содержании 2,5% диоксида циркония, в то время как общие их ресурсы в массиве оцениваются в 80 млрд. т.  Принципиально важным для перспектив ввода в эксплуатацию месторождения Аллуайв является примыкание его к промплощадкам рудников Умбозеро и Карнасурт ООО «Ловозерский ГОК», где добываются лопаритовые руды, включая зоны их подземных выработок и возможности добычи руды открытым способом (карьером).
Особенности состава и свойств как эвдиалитовых руд, так и получаемых из них концентратов во многом предопределяют технологические возможности их обогащения и химических переделов. Прежде всего, эвдиалит, в отличие от мелковкрапленного лопарита, представляет собой породообразующий рудный минерал луявритов и ювитов с содержаниями его в этих породах до 20-30%, что обеспечивает высокую обогатимость эвдиалитовых руд гравитационно-магнитной сепарацией с извлечением эвдиалита в концентрат на 75-80%. При этом эвдиалитовые ювиты, в отличие от луявритов, как правило, содержат попутный лопарит, обогащенный относительно традиционно добываемого танталом и ниобием в 1,5-2 раза (до 1,3% Ta2O5 и 12,9% Nb2O5). Простой состав эвдиалитовых руд (25-27% эвдиалита, 52% полевого шпата, лопарита и нефелина, 20% эгирина) позволяет получать, помимо профилирующих концентратов эвдиалита и лопарита, попутные эгириновые и нефелин-полевошпатовые концентраты, представляющие собой потенциально перспективные товарные продукты.

Минерал
Эвдиалит – (Na,Ca)5Zr(Si6O17)OH, как легкоплавкий минерал и источник дефицитных металлов редкоземельной группы с ниобием, танталом, стронцием, цирконием и гафнием, может быть использован в качестве нетрадиционного редкометально-керамического сырья. Это обусловлено, прежде всего, ведущей ролью в составе эвдиалитовых концентратов диоксида кремния (54%) и циркония (11-13%) в ассоциации с редкими землями (1,8-2,5%), среди которых преобладает иттрий (20-30%) при содержании в концентрате 0,5%. Как известно, эти компоненты используются в производствах металлокерамики, включая специальные материалы для  сверхпроводников. Кроме того, в качестве ценных полезных компонентов в эвдиалитовых концентратах содержатся гафний (0,21-0,27% HfO2), тантал (0,06-0,1% Ta2O5), ниобий и титан (0,6-1% Nb2O5 и TiO2), стронций (0,95-1,48% SrO). С другой стороны, эвдиалитовое сырье выгодно отличается от лопаритового низкой радиоактивностью: содержания тория в руде – 0,004% и в концентрате – 0, 0062-0,0082%, а урана в руде – 0,002%).

Технологии и экономика
Анализ кислотных способов переработки легкорастворимых эвдиалитовых концентратов с получением широкого ассортимента химической продукции, выполненный Г.Б. Мелентьевым, О.А. Аржаткиной и др. в 2001 г. (ГИРЕДМЕТ, ИХТРЭМС КНЦ РАН, РХТУ им. Д.И. Менделеева, ВНИИХТ), позволяет рекомендовать единую комбинированную схему организации технологического процесса, которая включает:
- кислотное выщелачивание из концентрата Sr, Nb, Ta, Mn, РЗМ (концентрат может быть предварительно механоактивирован);
- отделение кремнийциркониевого кека от раствора фильтрованием;
- осаждение железоциркониевого (содержит Ta и Nb) и железо-марганцевого кеков путем последовательной обработки растворов щелочными реагентами;
- экстракционное извлечение из растворов РЗМ и разделение их с получением индивидуальных соединений;
- кислотная переработка Fe-Zr-Nb-Ta кека с последующим получением чистых соединений Zr, Nb, Ta методами кристаллизации и экстракции;
- кислотная переработка Fe-Mn кека с получением чистого MnO.
Выбор сернокислотной схемы в варианте ВНИИХТа обусловлен, прежде всего, местным производством серной кислоты предприятиями Кольской ГМК и ее низкой отпускной ценой. Кроме того, организация сернокислотной переработки эвдиалита возможна с использованием стандартного оборудования  футерованного полуэбонитом или из дешевых конструкционных материалов (стеклопластика и др.). Срок службы такого оборудования больше, чем в хлоридном и азотнокислотном производствах. Азотнокислотная технология требует оборудования из нержавеющей стали, а хлорная – эмалированного. Соляная кислота, в отличие от серной, летуча и вызывает коррозию металлического оборудования, включая вентиляцию. Сбросы сернокислотного производства утилизируются в низкосортные сульфатные удобрения, а твердые отходы известкуются и захораниваются без проблем, в то время как хлоридные и нитратные растворы нейтрализуются и утилизируются сложнее, а твердые остатки требуют строительства специальных хранилищ.
Сернокислотная схема, в том числе – в новейшем варианте ВНИИХТа, разработанном для переработки попутного лопарита, позволяет получать на первом пусковом этапе организации переработки эвдиалита на месте грубые химические концентраты наиболее ценных редких металлов (тантала и ниобия) и индивидуальных редкоземельных элементов, среди которых в качестве наиболее актуальных могут быть выделены гадолиний, диспрозий и эрбий. Согласно расчетам из 1 т эвдиалитового концентрата можно получить 0,66 кг Gd, 0,63 кг Dy и 0,3 кг Er, а объемы их производства из 10 тыс. т эвдиалита вполне удовлетворяет современные потребности атомной промышленности России. Конкретный потребитель этой продукции – Чепецкий механический завод (г. Глазов, Удмуртия). Иттрий широко используется для производства люминофоров, как стабилизатор специальных керамических масс, гадолиний, диспрозий и эрбий используются в качестве поглотителей нейтронов и отражающих покрытий для оболочек ТВЭЛ`ов и т.д. При этом цены на указанные индивидуальные редкие земли в зависимости от чистоты варьируют в пределах: гадолиний - 36-85 долл./кг, диспрозий 99-150 долл./кг (до 300 долл./кг), эрбий 100-350 долл./кг (до 600 долл./кг). Их извлечение экстракционными методами осуществляется в простых реакторах при температуре 20-30.
Первоначальная идея использования эвдиалитового сырья исключительно в качестве источника циркония остается не реализованной с 30-х годов прошлого столетия до настоящего времени из-за низкого содержания в нем этого дефицитного компонента сравнительно с россыпным цирконом (60-70% Zr2O). Однако, пока потребности России в цирконовых концентратах удовлетворяются за счет импорта из Австралии и Украины. Значительные запасы и, тем более, ресурсы циркона в титаново-циркониевых россыпных месторождениях нашей страны остаются не освоенными. В настоящее время, первое из этих месторождений – Центральное в Тамбовской области планируется к освоению ОАО «ГМК Норникель», предусматривается строительство горно-обогатительного комплекса производительностью 3,45 млн. м3 рудных песок в год и ввод в эксплуатацию к 2010-2012 гг.

Производственный потенциал
С этих позиций переоценка потенциальной промышленной значимости эвдиалита как наиболее реального источника дефицитных иттрия и редкоземельных элементов среднетяжелой группы, тантала с сопутствующими циркониевыми товарными продуктами представляется своевременной и инвестиционно-привлекательной как для ВПК, Минатома РФ, так и частных компаний, например, МХК «ЕвроХим», ОАО «Соликамский магниевый завод (СМЗ)» и некоторых других. Этот вывод имеет принципиально важное значение в условиях отсутствия в России действующих источников собственно иттриевых концентратов. С другой стороны, необходимо иметь в виду и другие возможности ускоренной реабилитации и развития производств различной редкометальной и редкоземельной продукции на базе существующей инфраструктуры ООО «Ловозерский ГОК» и с ее использованием. Не следует забывать, что долголетняя эксплуатация Ловозерского месторождения обеспечивала 70-80% потребностей бывшего СССР в тантале, ниобии и редких землях (легкой цериевой группы) с сопутствующим титаном которые производились на ОАО «СМЗ» в Пермском крае. В частности, ООО «Ловозерский ГОК» располагает партией наработанного 80%-го эвдиалитового концентрата объемом около 100 т, которая может быть использована потенциальными потребителями в исследовательских целях, особенно в случае взаимной заинтересованности в создании пилотных установок и опытных производств новой продукции на территории предприятия. Для размещения оборудования могут быть использованы помещения приостановленной Умбозерской обогатительной фабрики и одноименного рудника, где возможно проведение испытаний принципиально новых геотехнологических способов добычи и переработки эвдиалитового сырья.
Запуск в производства на ООО «Ловозерский ГОК» после более, чем десятилетнего бездейсвия и подписания новых соглашений, состоялся в июне 2005 г.. Поставки лопаритового концентрата на ОАО «СМЗ» возобновились в объеме 12 тыс. т в год. По итогам 2006 г. «СМЗ» является крупнейшим, независящим от Китая, поставщиком полуфабрикатов РЗМ в мире, составивших около 3 тыс. т (в основном группу легких лантоноидов – лантана, церия, празеодима и неодима – см. табл.). Кроме того, «СМЗ» произвел в 2006 г. соединений в пересчете на оксиды РМ: ниобия –656 т и тантала – 37,8 т, заняв с такими скромными показателями 3-е место в мире после СВММ (Бразилия) и Silmet (Эстония), и обеспечив, таким образом, 9% мирового рынка чистого ниобия. Предлагаемый проект добычи и переработки эвдиалитовых руд может стать привлекательным для расширенного развития партнерских отношений между «Ловозерским ГОКом» и «Соликамским магниевым заводов» с целью существенного увеличения объемов выпуска РМ- и РМЗ продукции, что обеспечит резкое повышение доходных статей обоих предприятий на долгую перспективу. Третьим партнером в осуществлении инновационного эвдиалитового проекта готово выступить НП «РЕБС- ТПП – Агентство по операциям с редкими и редкоземельными металлами» Российской Единой Биржевой Системы и Торгово-Промышленной Палаты РФ и его непосредственные разработчики – авторы данной статьи  и руководители профильного Агентства РЕБС и ТПП, заключив с «Ловозерским ГОКом» и «СМЗ» трехстороннее долгосрочное рамочное Соглашение.

Инвестиционная привлекательность
Ориентировочные расчеты преимуществ сернокислотной схемы переработки эвдиалитовых концентратов даже на I-м этапе с добычей и разделением на концентраты эвдиалитовой руды объемом в 10 тыс. т в год, с последующим опытно-производственном химическим вскрытием концентратов и получением РМ- и РЗМ продукции свидетельствуют о ее прибыльности (не мене 4,1 млн. долл./год) при капитальных затратах порядка 12,0 млн. руб., окупаемости инвестиций за 2,5 года и рентабельностью около 35%. На 2-м этапе непрерывного развития эвдиалитового производства объемы выпуска концентратов могут составить порядка 50-100 тыс. т, в основном, по данным предварительных маркетинговых проработок перспектив непосредственного (без вскрытия) использования эвдиалита российскими потребителями (см. ниже), а также его экспорта. При этом значительным резервом повышения эффективности химико-металлургической переработки любых объемов эвдиалитового концентрата, компенсирующим невысокие содержания в нем циркония сравнительно с бадделеитом и цирконом, является принципиальная возможность получения, кроме вышеуказанных полезных компонентов, высокочистого аморфного кремнезема по цене от 2500 долл./т, гафния по 500 долл./кг и карбоната стронция по 600-800 долл./т. Потребителем последнего может быть соседний ОАО «ОЛКОН», организовавший промышленное производство ферростронциевых порошков для постоянных магнитов. Потребительский спрос на аморфный кремнезем гарантирован на мировом рынке, а на внутреннем требует проведения многоцелевого маркетинга, который нами уже начат выполняться. Потребителем гафния традиционно является атомная и металлургическая промышленность.
Очень широкие перспективы имеет использование эвдиалитовых концентратов без их вскрытия, прежде всего, в различных керамических производствах. Специфика химического состава эвдиалита и, в то же время, его легкоплавкость обусловливают возможности его промышленного применения в производствах эмалей и глазурей, специальных стекол, теплоизоляционных покрытий, химически стойкого волокна, сварочных флюсов и обмазок для электродов и т.д. Выявлены возможности использования эвдиалита для модифицирования чугунов и сталей, получения специальных сплавов и электродов. Однако, наиболее перспективной и пока наименее исследованной сферой его применения нам представляется в производстве металлокерамики, включая сверхпроводящую, и других принципиально новых неорганических материалов.
Эгириновый концентрат получаемый из эвдиалитовых руд является перспективным сырьем для получения атмосферностойких минеральных пигментных наполнителей. Ежегодная потребность в таких наполнителях в России, как и во всем мире, увеличивается на 10-12% и к 2010 г. может составить 100 тыс. т и более, при мировом прогнозе потребления около 8-9 млн. т. В настоящее время в России минеральные пигментные наполнители не производятся из-за, якобы, финансовых затруднений и здесь (в рамках предлагаемого эвдиалитового проекта) в данной отрасли просматривается серьезный прорыв.
Себестоимость всех четырех концентратов (эвдиалитового, нефелинового, лопаритового и эгиринового), как показали расчеты, не будут превышать 20-25 долл. за т, а отпускная цена их может составить в пределах 28-40 долл. за т, т.е. будет экономически выгодна их производителю – в первую очередь «Ловозерскому ГОКу» и доступна их реальным и потенциальным потребителям - ОАО «Соликамский магниевый завод» (лопарит, эвдиалит), Пикалевкому и Кандалакшскому алюминиевым заводам (глинозем из нефелина) и  многим другим. Все перечисленные минеральные концентраты, получаемые из эвдиалитовых руд, являются также перспективным биржевым товаром для  внутреннего и внешнего рынков.
По достижении предлагаемой полной проектной мощности эвдиалитового производства в 1 млн. т руды и 187,5 тыс. т эвдиалитового концентрата в год при капитальных затратах порядка 140 млн. долл. прибыль составит не менее 35 млн. долл. при окупаемости проекта за 4,5 года и рентабельности на уровне 22-36%.
Инновационные разработки авторов открывают технологические возможности реализации коротких схем переработки минеральных концентратов получаемых из эвдиалитового сырья, позволяет создавать и тиражировать гибкие стационарные и передвижные опытно-промышленные установки в модульном исполнении для получения конечной химико-металлургической продукции на месте, т.е. с использованием существующей инфраструктуры муниципальных образований и ООО «Ловозерский ГОК».
За рубежом товарные эвдиалитовые концентраты пока производятся на базе единственного месторождения в Гренландии. Их отпускная цена как нерудного сырья в начале 2000-х годов была около 30 долл. за т. Наш анализ внешней среды эвдиалитового проекта показал, что скорейшее поэтапное промышленное освоение месторождения ловозерских эвдиалитовых руд в нашей стране представляется исключительно актуальным. Это обусловлено назревшей необходимостью создания емкого отечественного рынка потребления эвдиалита производителями наукоемкой продукции, включая новые керамические и другие разнообразные неорганические материалы, а также перспективами его экспорта в промышленно развитые страны и своевременного завоевания мирового рынка.
Приведенные данные о возможностях и перспективах вовлечения в промышленное использование уникального редкометально-керамического сырья (эвдиалитовых руд Ловозерского массива) с созданием новых высокотехнологичных производств наглядно свидетельствуют об актуальности реализации этого проекта как многоцелевого направления научно-производственной деятельности, которое способно превзойти по своей потенциальной конкурентоспособности соответствующие производства Японии, США, Германии, доказавшие свою высокую эффективность даже в условиях полной зависимости от импорта исходного сырья. Оперативность решения запуска эвдиалитового проекта в России определяется необходимостью проявления государственной политической воли, поддержки и стимулирования частных инициатив научных специалистов и крупных минерально-химических компаний, как существующих (МХК «ЕвроХим», ОАО «Акрон», ООО «СМЗ», возможно «ФосАгро» и др.), так и новых – например, рекомендуемого авторами объединения Хибинского и Ловозерского горнопромышленных комплексов, испытывающих устойчивые  организационно-финансовые затруднения в своей деятельности, в рамках высококомплексного вертикально интегрированного холдинга со смешанным государственно-частным капиталом. Перспективы эффективного развития таких холдингов, ориентированных на выпуск конечной высокотехнологичной продукции, включая прецизионные материалы и изделия, определяются возможностями интегрирования ими инновационных разработок НИИ и реализации их в регионах через сеть внедренческих объединений и фондов.

Таким образом, давно назревшая замена сложившейся сырьевой модели экономики России на инновационную может и должна начинаться с базового сырьевого сектора. Необходимым условием этого, согласно мировой практике, является оптимальное использование редкометального и нерудного сырья в производствах новых керамических, пигментных, стекольных, стеклокристаллических и других неорганических и композиционных материалов с заданными свойствами, необходимыми не только для развития оборонного комплекса, но и гражданских отраслей современного промышленного производства. Очевидно, что планы реализации космической программы на перспективу 35-40 лет, планы воссоздания и развития новой энергетики, авиа- и автопрома в ближайшие 10 лет, железнодорожного транспорта и судостроения, магистральных трубопроводов, высотного строительства, освоения шельфа и глубинных ресурсов недр могут осуществляться в XXI веке только с использованием редких и редкоземельных металлов – «витаминов промышленности», созданием материалов нового поколения, внедрением нанотехнологий и других технологических инноваций.