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