Во всем мире редкоземельные металлы рассматриваются в качестве безальтерна-тивных катализаторов научно-технического прогресса, индикаторов экономической и национальной безопасности промышленно развитых стран.

В качестве нового и крупного, не имеющего аналогов по высокому качеству наиболее дефицитного редкометального и сопутствующего сырья в нашей стране и за рубежом, рассматриваются перспективы первоочередного и поэтапного промышленного освоения месторождения Томтор. Как сегодня развивается производство и потребление «витаминов промышленности»?

В настоящей статье авторы надеются привлечь внимание государственных структур и бизнеса к одному из важнейших направлений в диверсификации экономики России, сло-жившейся в условиях «переходного периода», которое может и должно обеспечить инно-вационный «прорыв» нашей страны в XXI веке.  Речь идет об ускоренном развитии про-изводств и потребления редких металлов, образно названных академиком А.Е. Ферс-маном «витаминами промышленности». Во всем мире эти металлы рассматриваются в качестве безальтернативных катализаторов научно-технического прогресса, индикаторов экономической и национальной безопасности промышленно развитых стран. В качестве нового и крупного, не имеющего аналогов по высокому качеству наиболее дефицитного редкометального и сопутствующего сырья в нашей стране и за рубежом, рассматриваются перспективы первоочередного и поэтапного промышленного освоения месторождения Томтор, расположенного в новом рудном районе Республики Саха-Якутия. Этот объект рекомендуемого промышленного освоения представляет собой крупный и богатый источ-ник высококомплексного пирохлорового сырья для производства феррониобия и другой ниобиевой продукции, скандия, редкоземельных металлов (РЗМ) с высоким удельным содержанием наиболее дефицитных иттрия и других элементов среднетяжелой группы, а также сопутствующих им стронция, циркония, гафния, титана, ванадия и т.д. Ведущие сопутствующие полезные компоненты представлены минералами железа (гётитом), фосфора (апатитом), алюминия и др. Это месторождение, согласно результатам поисково-оценочных и разведочных работ, по своим масштабам, качеству и высокой комплексности не имеет аналогов в России, а по возможностям организации на его базе отечественного производства феррониобия более чем конкурентоспособно сравнительно с крупнейшим мировым его производителем на базе месторождения Араша в Бразилии компанией СВММ. Однако, расположение Томтора в заполярном районе России и наличие других, разведанных источников феррониобиевого сырья на юге Сибири, требуют специального рассмотрения и обоснования ТЭП на перспективы его ускоренного промышленного освоения с поэтапным созданием в дальнейшем нового горно-промышленного комплекса, подобного созданным в Заполярье в 30-40-е годы прошлого столетия.

Заполярные кладовые как базис ускоренной индустриализации

В условиях «мобилизационной» экономики в целях ускоренной индустриализации СССР на Крайнем Севере в кратчайшие сроки были открыты, разведаны и освоены промышлен-ностью в 30-е годы уникальные по запасам и качеству руд месторождения глиноземно-фосфатного (Хибины), редкометального (Ловозеро), медно-никелевого (Монча, Печенга, Норильск), железорудного (Ковдор, Оленья) и других видов сырья. При этом заполярные рудные районы превратились в крупные селитебно-промышленные центры, впервые в мире создавшие новую развитую инфраструктуру и систему жизнеобеспечения в условиях Крайнего Севера.

Эффективность организации «штурма недр» и новой жизни в заполярной лесотундре оп-ределялась широким привлечением научных специалистов к этому процессу - как на ста-дии его подготовки, так и непосредственно к участию в реализации, причем в орга-ничном «тандеме» с властью (в Кольском регионе – А.Е. Ферсман и С.М. Киров). Результатом явились не только масштабная добыча и обогащение руд с получением профилирующих минеральных концентратов, но и создание необходимых и сопутствующих передельных химико-металлургических производств: 1) для хибинского сырья – переработки апатита на минеральные удобрения и нефелина – на глинозем, портландцемент, стекольно-керамические материалы, галлий и широкий ассортимент другой химической продукции (более 50 предприятий); 2) для ловозерского сырья – переработки лопарита с получением тантала, ниобия, редкоземельных металлов (до 70-80% их производства в СССР) и частично – титана; 3) для кольского и норильского медно-сульфидного сырья – получение никеля, меди, кобальта, а затем – целого ряда особо ценных рассеянных металлов (на Красноярском ЗЦМ): благородных (платиноидов, золота, серебра) и редких (селена, теллура и др.). Тем самым была существенно расширена география размещения предприятий, базирующихся на использовании заполярного сырья, и, соответственно, сфера занятости и социально-экономического обеспечения населения страны. Товарная продукция, производимая из заполярного сырья, не только десятилетиями обеспечивала внутрисоюзные потребности многих отраслей, включая ВПК и АПК, но и служила и продолжает служить в новой России объектом экспорта (апатит, никель, медь и т.д.).

Однако, возможности полного и комплексного использования заполярного минерального сырья, отходов его добычи и переработки до сих пор не исчерпаны и остаются не реали-зованными, что наиболее наглядно иллюстрируется истощительной практикой эксплуата-ции недр ОАО «Апатит», где ежегодно списываются утвержденные ГКЗ запасы сопутст-вующих титана, ванадия, ниобия, тантала, стронция, РЗМ и фтора, а производство и пере-работка нефелина как уникального минерально-химического сырья, достигавшее в СССР всего 1,5 млн. т, в настоящее время приостановлено. Подобным же образом на заводах минеральных удобрений не осуществляется обезвреживание и переработка фосфогипса как объемного и токсичного отхода сернокислотной переработки апатита, причем с реко-мендованным нами извлечением стронция, редких земель, фтора и лимитируемых с эко-логических позиций естественных радионуклидов. Очевидно, что такая экономически расточительная истощительная и негативная с позиций экологической безопасности практика недропользования обусловливает накопление предприятиями ГПК и ГМК гигантских объемов отходов производства, которые, с одной стороны, представляют собой возобновляемые, но не используемые ресурсы сырья для стройиндустрии, металлургии и химической промышленности, а с другой – очаги экологического неблаго-получия, повышенной заболеваемости и преждевременной смертности населения. В со-ветское время решению проблемы комплексного использования сырья препятствовало узковедомственное, преимущественно монопродуктовое профилирование рассматриваемых производств, а в условиях «рыночной» экономики – стремление частных владельцев предприятий форсировать получение максимальной прибыли при минимальных затратах. В значительной мере планово-убыточный характер советских ГПК был обусловлен их монопродуктовым профилем. Это же обстоятельство и в первую очередь, потери в обогатительных и передельных «отходах» производства особо ценных компонентов в размерах  до 50-75% извлекаемой ценности исходного сырья обусловливают в настоящее время высокую себестоимость профилирующей продукции, а, следовательно, и упущенную выгоду, заниженные уровни капитализации активов при завышенных ценах на основную монополизированную товарную продукцию.

Редкие металлы: альтернатива нефти и газу

Важнейшими факторами формирования инновационной модели экономики, провозгла-шенной руководством нашей страны в перспективе на 2020 г. в качестве замены истори-чески сложившейся и истощительной экспортно-сырьевой, являются производство и по-требление редких металлов. В XX веке в СССР и за рубежом они доказали свою опреде-ляющую роль в интенсификации промышленных производств ВПК, а за рубежом – и в гражданских отраслях. Достаточно указать на использование феррониобия, феррованадия, РЗМ в качестве легирующих добавок в стали (300-900 г/т) и изделия из них, включая вы-сокопрочные сейсмо- и коррозионноусточивые трубы большого диаметра для нефте- и газопроводов, крупные строительные конструкции и транспортное машиностроение, на расширяющиеся объемы использования скандия, лития, бериллия для микролегирования алюминиевых, медных и других спецсплавов, применяемых в авиаракетно-космической технике (АРКТ), лития -  в качестве флюса при выплавке алюминия, в специальных стек-лах, керамике и ситаллах, циркония, иттрия и скандия – в производствах спецкерамики, сверхпроводников и атомной технике; стронция – в металлургии и химической промыш-ленности, в производствах ферритной керамики, пиротехники; рения – в сверхжаропроч-ных сплавах для турбинных двигателей и катализаторах для крекинга нефти, РЗМ, Zr, Sc, V – в различных катализаторах, Ge, Ga, In, Se, Te – в полупроводниковой технике, теле- и радиокоммуникациях и т.д. Уровни производства и потребления редких элементов в на-стоящее время оцениваются в мире в качестве индикаторов экономической безопасности промышленно развитых стран.

Мировое развитие и технократизация обусловливают непрерывный рост производства и потребления редких металлов – в среднем на 4-5% в год, а в Японии и Китае периодами до 10-20%. В последние десятилетия за рубежом, с одной стороны, наблюдается интегри-рование «под одной крышей» горнодобывающих, обогатительных и передельных редко-метальных производств, их концентрирование и монополизация рынков, а с другой – раз-витие ускоренной отработки небольших месторождений природного и техногенного сы-рья с использованием для его глубокой переработки передвижных модульных установок и мини-заводов, как обогатительных, так и передельных, или совмещающих эти про-цессы в комбинированных технологических схемах. Тем самым обеспечивается техноло-гический прогресс в извлечении особо ценных цветных, благородных и редких металлов.

В новой России, в связи с утратой при распаде СССР целого ряда источников редкоме-тального сырья и производств по его переработке, а также известной отрицательной спе-цифике затянувшегося «переходного периода», к середине 90-х годов выпуск всех редких металлов сократился в 2-7 раз, а потребление в связи с сокращением госзаказов ОПК – в 5-10 раз. В настоящее время сохраняются только добыча и обогащение лопаритовых руд на ОАО «Ловозерская ГОК» в объемах менее 50% от прежней мощности и переработка на ниобиевую, танталовую, редкоземельную и титановую продукцию на ОАО «Соликамский ГМК». При этом до завершения реконструкции старого рудника Карнасурт и обогатительной фабрики запасы лопаритового сырья отнесены к забалансовым, в то время как деятельность нового Умбозерского рудника и одноименной фабрики по совокупности причин приостановлена.

Между тем, Китай успешно реализует развитие собственных редкометальных про-изводств в соответствии с тезисом Дэн Сяопина о том, что «редкие металлы для Китая – как нефть для арабских стран». Вслед за экспансией китайских РЗМ и другой редкометальной продукции на мировой рынок последовало ее заметное сокращение (индий и др.) в связи с развитием внутреннего потребления в высокотехнологичных отраслях промышленности. Таким образом, Китай достаточно оперативно последовал примеру Японии, которая превзошла бывший СССР по уровням потребления ряда редких металлов и выпуску конечной высокотехнологичной продукции и организовала их экспорт во все развивающиеся страны ЮВ Азии.

Сложившаяся кризисная ситуация с добычей и производством редкометальной продукции усугубляется несовершенством российской минерально-сырьевой базы, по многим показателям качества не соответствующей мировым стандартам. В результате в Россию, обладающую крупнейшими в мире запасами и ресурсами ведущих редких металлов и необходимыми технологическими заделами для их освоения и использования, импортируются не только циркониевые (циркон), титановые (ильменит, рутил) и стронциевые (целестин) концентраты, но и такие редкие металлы, их соединения и сплавы как тантал, редкие земли, рений и другие, а также феррониобий, карбонат лития и т.д.

Феррониобий - «витамин» для труб большого диаметра

О разнице в масштабах производства и потребления редких металлов за рубежом и в Рос-сии, в частности, можно судить по уровням использования легирующих добавок ферро-ниобия в стали: к началу XXI века в среднем оно составило 32 г/т, а в передовых странах – 52-89 г/т, причем темпы прироста составили 4-5% в год и превысили рост потребления самой стали – 1,8-2%. Об эффективности использования феррониобия в металлоконструк-циях, в том числе – в целях ресурсо- и энергосбережения, наиболее ярко свидетельствует внедрение микролегированных сталей в США в автомобилестроение во время энергетического кризиса, что позволило на 15% снизить вес автомобилей и, соответственно, обеспечить существенную экономию горючего.

В России потребление феррониобия в низколегированных сталях не превышает 9 г/т, а в странах СНГ – 4 г/т. Более того, эта проблема не решена в нашей стране должным образом со времен бывшего СССР, когда возникла необходимость в организации производства труб большого диаметра (ТБД) для нефте- и газопроводов, обладающих необходимой прочностью и антикоррозионной устойчивостью в условиях вечной мерзлоты и агрессивности морской среды. Микролегирование трубной стали феррониобием позволяет снизить их металлоемкость в 2 раза за счет уменьшения толщины стенок трубы до 21 мм от 42 мм и одновременно увеличить их долговечность – до 100 лет вместо 10. Отсутствие в СССР собственного производства феррониобия привело, с одной стороны, к внедрению у нас технологии металлоемкого производства многослойных труб, а с другой – к обеспечению возрастающих потребностей за счет их импорта из Германии, Италии и даже Японии, не имеющей собственных сырьевых ресурсов. Импортные трубы изготавливаются из стали, микролегированной феррониобием, и своими качествами соответствуют мировым стандартам.

В настоящее время авторами прогнозируется значительное увеличение потребностей Рос-сии в феррониобии сравнительно с СССР, прежде всего, в связи с развитием строительст-ва новых и протяженных нефтегазовых трубопроводов – Восточного в Сибири к Тихому океану с ответвлением в Китай и двух европейских – Северного, в том числе – по дну Балтийского моря и Южного – по дну Черного моря. Значительная контрастность климатических условий, сейсмической активности и коррозийной агрессивности морских сред в сочетании с необходимостью поддержания  в этих трубопроводах устойчиво высоких давлений для прокачки больших объемов газа и нефти с учетом необходимости надежного обеспечения экологической безопасности транзитных акваторий и территорий ориентируют на создание в нашей стране собственных крупных производств как феррониобия, так и микролегированных им сталей и труб большого диаметра. При этом следует иметь ввиду перспективы освоения арктического шельфа как источника углеводородного  сырья, необходимость развития внутренней сети трубопроводов, в том числе – в связи с планами предстоящего увеличения количества предприятий по переработке нефти и газа, а также неизбежность развития  внутреннего спроса на низколегированные стали для строительных и транспортных конструкций, выхода российской металлургии на мировой рынок с более качественной и конкурентоспособной стальной продукцией и т.д.

Новая Россия, в отличие от СССР, сумела организовать производство труб большого ди-метра (газовых – ТБД – 1420 мм и нефтяных – ТБД – 1220 мм), которое позволило ликви-дировать исключительную зависимость от зарубежного импорта, включая украинские по-ставки многослойных тяжелых труб с Харцызского трубного завода (ТЗ). Доля россий-ских производителей на внутреннем рынке ТБД в 2006 г. превысила 77%, при этом на Выксунском МЗ (ОАО «ТМК») появилась возможность выпускать одношовные ТБД – 1420 с толщиной стенки 48 мм, внутренним давлением до 250 атм. и многослойным внут-ренним и внешним покрытием для газопроводов в морской среде, на Волжском ТЗ (ЗАО «ОМК») – подобных же труб с толщиной стенки до 24 мм и на Челябинском ЧТПЗ – электросварных труб d = 1067-1220 м с толщиной стенки 22 мм для Восточного нефтепровода. Однако, пока только на создаваемом ОАО «Северсталь» Ижорском ТЗ планируется выпуск ТБД, легированных феррониобием как наиболее современных и конкурентоспособных. С этой целью ОАО «Северсталь» первым в стране инвестировал в освоение небольшого, но богатого ниобием и, главное, наиболее доступного Татарского месторождения пирохлоровых руд коры выветривания жильных карбонатитов на юге Красноярского края. Пирохлоровые концентраты с этого месторождения после доводки должны перерабатываться  на Ключевском МЗ (Урал), а полученный феррониобий доставляться на Ижорский ТЗ. Однако, реализация этого инновационного проекта не решает рассматриваемую проблему в требуемом объеме, так как запасы коровых руд Татарского месторождения крайне ограничены и относятся к категории труднообогатимых традиционными методами.

Согласно нашим прогнозным оценкам,  развитие российского производства ТБД, легиро-ванных феррониобием, должно превысить в ближайшие годы 3 млн. т, а в перспективе, с учетом уровней, достигнутых Бразилией, Канадой и другими странами по выпуску феррониобия и современным объемам потребления ТБД странами ЕС (2,7 млн. т), Россией (2,35 млн. т), Японией (1,1 млн. т) и особенно Китаем (9,8 млн. т), потребность в обеспечении нашей страны высококачественными ТБД может составить 5 млн. т и в феррониобии – до 5 тыс. т (из расчета выпускаемых 77 млн. т стали с добавками 60 г/т FeNb). По данным за 2005 г. производство и потребление бесшовных ТБД в Китае в 4 раза превысило достигнутые уровни России и в 9 раз – Японии. В то же время, при общем мировом производстве феррониобия более 65 тыс. т, из которых 54 тыс. т производит Бразилия (Араша), в США импортируется порядка 44,8  тыс. т, в Японию – 9, 4 тыс. т, а в Россию всего 1600 т (без учета содержаний в импортируемых трубах). При этом Китай организовал собственное производство низкосортного феррониобия из природнолегированного ниобием (~1% Nb₂O₅) железорудного сырья с последовательным получением ниобийсодержащего шлака (7-10% Nb2O5) и затем – феррониобия (~ 15% Nb₂O₅).

Необходимо заметить, что среднемировые цены на феррониобий как продукт экспорта (Бразилия, Канада) и импорта (США, Япония, Китай, страны ЕС, Россия и др.) в период 2000-2008г.г. оставались достаточно стабильными (15,17 – 16,80 долл/кг), в то время как в России они выросли с 2004 г. по 2007 г. с 10,2-16,5 до 42-45 долл/кг, что свидетельствует об увеличении внутреннего спроса на этот легирующий сплав в металлургии. При этом следует иметь ввиду, что выпуск труб для нефте- и газопроводов из стали, микролегиро-ванной менее дефицитным феррованадием, обеспечивает им прочность, но не антикорро-зийные свойства, придаваемые феррониобием. Поэтому выбор и ускоренное освоение месторождений, способных обеспечить текущие и перспективные потребности России в сырье для производства феррониобия представляют собой  исключительно актуальную и во многом инновационную задачу.

Новая заполярная кладовая

Месторождение Томтор, расположенное на СЗ Республики Саха-Якутия, в Заполярье (71°06` с.ш. и 116°35` в.д.), находится в восточной краевой части Анабарского кристалли-ческого щита, в междуречье рек Оленек (в 150 км к востоку) и Анабар (в 120 км к западу), которые на севере впадают в море Лаптевых (рис. 1). Район месторождения дренируется притоками этих судоходных рек, устья которых расположены примерно в 500 км от широты Томтора. По р. Уджа, протекающей в 5 км от месторождения, порядка 200 км вниз по течению до слияния её с р. Анабар. Тем самым обеспечивается возможность транспортировки грузов с Томтора и в обратном направлении в теплое время года (~4 мес.) на малоразмерных судах «река – море», а в зимний период – по замерзшим рекам и тундрам.

С геолого-структурных позиций месторождение Томтор, служившее объектом поисково-оценочных работ и геологоразведки в 80-90-е годы прошлого столетия, приурочено к центральной части крупного (250 км2) кольцевого массива концентрически-зонального строения: его внешняя зона представлена щелочными и нефелиновыми сиенитами, промежуточная – ультрамафитами и центральная (ядро d = 6 км) – карбонатитами (рис. 2). Последние представляют собой коренной субстрат кор выветривания со средними содержаниями P₂O₅ 1,63-3,97% и пентоксида Nb2O5 0,24%. Аномально высокие  содержания этих ведущих  и целого ряда сопутствующих им полезных компонентов выявлены в первичных и максимальные – во вторичных (переотложенных) корах выветривания карбонатитов, которые фактически представляют собой богатые россыпи или природные концентраты, обогащенные по сравнению с рудной корой выветривания титаном в 3 раза, ниобием - в 5, скандием - в 6, иттрием - в 10, РЗМ - в 12 и фосфором – до 8 крат (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика главных типов руд массива Томтор
(в вертикальном разрезе - сверху вниз)

1) Пирохлор – (Na,Ca)₂(Nb,Ti)₂O₆(F,OH); крандаллит – CaAl₃(PO₄)₂; франколит – Ca₅(PO₄)₃(F,OH,CO₂,O); монацит – (Ce, La)PO₄.

Разведанные по кат. В+С запасы богатых руд уч. Буранный представлены пластообразной россыпной залежью мощностью от 0,2 м до 42 м (в среднем 10,1 м), перекрытой осадоч-ными породами мощностью от 20 до 90 м, которые также являются низкосортными мине-рально-технологическими рудами (см. табл. 1) При этом руды характеризуются значи-тельными концентрациями и ресурсами сопутствующих корообразующих компонентов: железа (преимущественно в форме гётита) до 15-51%, фосфора (4 млн. т), алюминия (16% и 4,4 млн. т), а также титана (2 млн. т) и стронция (2,3% и 0,5 млн. т). Согласно оценкам авторов, суммарная стоимость ведущих полезных компонентов в 1 т высококомплексного редкометального сырья уч. Буранный может составить 8400 долл. США (в ценах на миро-вом рынке 2006 г.), а с учетом возможностей извлечения сопутствующих компонентов – более 9000 долл. Такой уровень стоимости комплексных редкометальных природных концентратов не имеет мировых аналогов.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского и мирового рынков редкоземельных металлов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Мировой и российский рынок редкоземельных металлов».

Гелий Мелентьев,
ведущий научный сотрудник
НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология»
ОИВТ РАН,
кандидат геолого-минералогических наук,
действительный член МАМР
Александр Самонов,
ведущий научный сотрудник
ИГЕМ РАН,
кандидат геолого-минералогических наук,
генеральный директор
НП «РЕБС - ТПП-Агентство
по операциям с редкими и редкоземельными металлами»

Журнал «Химия и бизнес» №2 2009