Редкометалльный потенциал нового заполярного супергиганта. Продолжение. На-чало в статье «ЗАЧЕМ И КОМУ НУЖЕН ТОМТОР? Часть I»

Томторский проект – вне конкуренции

Мировым эталоном уникальности среди крупных и богатых ниобием эксплуатируемых месторождений пирохлоровых руд является Араша в Бразилии, представленное корами выветривания карбонатитов со средними содержаниями 2,5% и запасами в 11,5 млн.т N₂O₅ при средних содержаниях сопутствующих РЗМ в 13,5% и фосфора – 15% Р2О5. За счет прямых инвестиций США в освоение Араша через 7 лет после его открытия был организован выпуск пирохлоровых концентратов, а затем и их комплексная переработка на месте с получением в качестве ведущего продукта феррониобия. Впервые в мире здесь было осуществлено интегрирование добычи, обогащения и химико-металлургических переделов исходного сырья в единое производство. С 1980 г. Бразилия полностью прекратила поставки в США пирохлоровых концентратов, заменив их экспортом ниобиевой металлопродукции. В настоящее время Бразилия и компания СВММ являются монополистами на рынке феррониобия и ниобия, экспортируя их в возрастающих объемах более чем в 30 стран, включая Россию.

Конкурентоспособность производства пирохлоровых концентратов и феррониобия (5 тыс.т/год) на месторождении Сент-Оноре в Канаде ограничена несоизмеримо более низкими содержаниями ниобия в рудах (0,65% N₂O₅), эксплуатацией коренных руд подземным способом добычи с глубины 300 м, а также истощением их запасов.

Разведанные в России месторождения пирохлоровых руд, связанных с карбонатитами, включая коровые (Татарское, Белозиминское и др.), многократно уступают Томторскому месторождению по оцененным в его пределах ресурсам руды (~4,5 млрд. т), средним содержаниям и ресурсам ниобия, Р_ЗМ и фосфора (2 млрд.т), а также по ресурсам не характерных для них иттрия и скандия, титана и ванадия, стронция и т.д. В свое время зав. отделом редкометального сырья в ВИМСе профессор А.И.Гинзбург неоднократно отмечал, что содержания ниобия в пирохлоровых рудах Сент-Оноре соответствуют его содержани-ям в отходах обогащения руд Араша, а уровни его концентрации в рудах Белозиминского месторождения еще ниже и примерно соответствуют отходам обогащения руд Сент-Оноре. Кроме того, для значительно более бедного фосфатно-ниобиевого сырья Белози-минского и соседнего Большетангинского месторождений, расположенных в труднодос-тупном горнотаежном районе Иркутской области, в 160 км севернее Транссибирской ж/д, существенно различающихся составами руд и их обогатимостью, для них характерна повышенная радиоактивность с преобладанием урана над торием (0,1–0,2% U₃O₈ и 0,05% Th). Традиционные методы обогащения для коровых фосфатно-ниобиевых руд неэффек-тивны из-за больших потерь полезных компонентов со шламами и известных затруднений в полном разделении редкометалльных и фосфатных концентратов. Эти обстоятельства также десятилетиями препятствуют промышленному освоению указанных выше отечественных месторождений, которые в сравнении с Араша, а теперь и Томтором представляются неконкурентоспособными.

Инновационные технологии

За рубежом наиболее совершенной и эффективной технологической схемой получения феррониобия из пирохлоровых концентратов является разработанная в 80-х годах и усовершенствованная в 2002 г. применительно к рудам Араша комбинированная обогатительно-передельная технология компании СВММ. Она включает: 1) добычу дезинтегрированной коровой руды открытым способом с доставкой ее ленточным конвейером на обогатительную фабрику (3,2 км); 2) доизмельчение руды, получение фракций пирохлора ≤0,1 мм и флотацию с получением концентрата с примесями лимитируемых P₂O₅, S и Pb; 3) освобождение концентрата от лимитируемых компонентов прокаливанием при T = 800–900°С с 25% хлоридом кальция и 5% извести (удаление свинца) и последующим выщелачиванием 5% HCl (удаление фосфора и серы); при этом в фильтрате с растворимым фосфором в виде хлорида удаляется барий, содержания которого в пирохлоре Араша составляют 15–18% (пандаит); 4) пирометаллургический передел рафинированных пирохлоровых концентратов (59–65% Nb₂O₅) на феррониобий в восстановительной среде алюмотермическим способом с добавками в шихту шлакообразующих флюсов – флюорита, извести и гематитового концентрата; электроплавка проводится в печи при T ≥2000^оС с извлечением ниобия в конечный продукт до 96–97% и удалением природных радионуклидов в шлак. Применение восстановительной ликвационной плавки для получения феррониобия выгодно отличается одностадийностью процесса и приемлемыми энергозатратами благодаря добавкам флюсов и экзотермическому характеру реакций в присутствии алюминиевого порошка и перекиси натрия, которые обеспечивают значительный тепловой эффект и самопроизвольное развитие термохимических реакций. Примечательно, что процесс выщелачивания лимитируемых компонентов из пирохлоровых концентратов Араша к настоящему времени также заменен более совершенным пирохимическим: спек концентрата, частично освобожденный от серы, в смеси с углем и стальной стружкой плавится в электродуговой печи, что позволяет удалять из концентрата до 95% фосфора, свинца и до 99% серы.

Разработанные в СССР применительно к пирохлоровым рудам коры выветривания Белой Зимы раздельные обогатительные и передельные схемы, включающие использование гидроциклонов и химической доводки концентратов, оказались малоэффективными из-за недопустимо высоких потерь полезных компонентов со шламами (до 70–75% в опытно-промышленных условиях), невозможности получения рафинированных пирохлоровых концентратов, свободных от примесей фосфора, серы, урана и тория и, наконец, в связи с известными ограничениями использования жидких химических реагентов, требующих надежного захоронения или утилизации. Полная драматизма опытно-промышленная эксплуатация наиболее богатых пирохлором коровых руд на уч. Ягодном (Белая Зима), выработанном в период 1971–1991 гг., позволяла получать концентраты с содержаниями не более 30% Nb₂O₅ при извлечении до 40% и минимальных 3%. Их переработка (после до-водки на Вишневогорском ГОКе) на феррониобий соответствующего качества осуществ-лялась на Ключевском заводе ферросплавов, т.е. на Урале. Отечественные разработки модификаций пирометаллургических методов переработки пирохлора позволили получать алюмоферрониобий и ниобийсодержащие феррофосфатные сплавы, из которых конвертерным способом удалялся фосфор и выделялись ниобиевые шлаки с содержаниями до 20–30% Nb2O5 (за счет новообразованных колумбита и ильменорутила). Эти шлаки пригодны для получения феррониобия алюмотермическим способом. Однако снизить в нем содержания фосфора менее 0,5–0,1% P₂O₅ не удалось. Подобным же образом восстанови-тельной ликвационной плавкой пирохлор- и апатитсодержащих шламов (0,3–2,5% Nb₂O₅ и 2,1% P₂O₅) получали чугун, обогащенный ниобием (до 6,7% Nb₂O₅), а затем при шестикратном переплаве его промпродуктов в окислительной среде – ниобиевые шлаки, содержащие от 13 до 64% Nb₂O₅ с извлечением металла до 97,3%. Однако и в этом варианте не удалось снизить содержания фосфора меньше чем до 0,6–0,3%.

С учетом этих результатов, нами в ИМГРЭ (1982–1983), а затем в ГИГХСе Л.М.Делицыным (1985–1986) были проведены экспериментально-технологические исследования возможностей селективного получения ниобий- и фосфорсодержащих плавленых концентратов в процессе одностадиальной ликвационной плавки в окислительной среде из пирохлоровой шихты Белозиминского и Новополтавского месторождений с добавками в качестве флюсов и агентов расслоения расплава галоидов щелочных металлов. В результате плавки при T = 1000–1100°C с добавками 12–25% солевых компонентов в течение 30–60 мин были получены два контрастных по составу слоя расплава: верхний – щелочно-железисто-силикатный как концентратор ниобия, тантала, циркония и нижний – щелочно-фосфатно-карбонатный как концентратор стронция, радионуклидов и преобладающей части фтора. При этом извлечение ниобия составило 85–87%, а фосфора – 78–81%. Дополнительной полувосстановительной плавкой каждого слоя (плавленого концентрата) были получены образцы чугуна, легированного ниобием с содержаниями фосфора ниже допустимого уровня в легированных ниобием сталях. Очевидно, что переплавом чугуна алюмотермическим способом (вместо авторского углетермического) с последующим конвертированием ниобиевого термопродукта могут быть получены обесфосфоренные товарные ферро-ниобиевые лигатуры. Восстановительной плавкой фосфатного слоя достигается выделение его в газовую фазу с получением желтого фосфора, а из шлака – фторида кальция. Таким образом, этот способ может служить основой разработки комбинированной инновационной технологии переработки высококомплексных коровых руд Томтора и природных редкометалльных концентратов россыпей уч. Буранный с учетом специфики бразильского технологического опыта на рудах и концентратах Араша.

В то же время необходимо иметь в виду наличие разнообразных российских технологических разработок на лабораторном уровне по извлечению широкого комплекса сопутствующих ниобию и фосфору редких элементов – Sc, Y, Eu, Sm, Nd, Pr и других представителей группы Р_ЗМ, а также тория химикотехнологическими методами с применением автоклавного вскрытия руды щелочным раствором, хлоридно-кислотного выщелачивания, электролиза и экстракционных методов. Комбинированное применение этих методов позволяет также получать щелочной алюминатный раствор, промежуточные соединения бария и стронция, получение безводного хлорида алюминия (AlCl₃), из сбросных растворов – 31,5% HCl, 40% раствора NaOH (щелочи), с осаждением фосфата натрия (Nа₃PO₄), поскольку они участвуют в технологическом процессе. Остальные продукты являются твердыми отходами производства, практическое применение которых и товарная ценность могут быть определены в процессе комплексного промышленного освоения месторождения.

Проект Буранный – Томтор

Экономическая целесообразность первоочередного и ускоренного промышленного освоения Томторского месторождения высококомплексного фосфатно-редкометалльного сырья определяется как показателями его природной и извлекаемой ценности, не имеющими аналогов в России и за рубежом, так и его очевидными конкурентными преимуществами перед другими крупными источниками редких металлов и фосфатов, включая эксплуатируемые лопаритовые руды Ловозера и разведанное апатит-пирохлоровое сырье в корах выветривания Белой Зимы. Главное отличие томторских фосфатно-Sc-TR-Nb руд от ловозерских Ti-TR-Ta-Nb заключается в возможностях организации эффективного и масштабного производства из них феррониобия, а также крайне дефицитных во всем мире скандия, иттрия и индивидуальных РЗМ среднетяжелой группы и, наконец, выпуска фосфатного концентрата, необходимого для производства собственных минеральных удобрений в южных регионах Сибири. Кроме того, в отличие от затратной добычи редкометалльного сырья на Ловозере, осуществляемой подземным способом из коренных пород в условиях повышенной радиоактивности и малой (<1 м) выемочной мощности рудного пласта (уч. Карнасурт), на уч. Буранный добыча аномально богатого дезинтегрированного фосфатно-редкометалльного сырья может осуществляться открытым способом, т.е. карьерами. Наконец, рекомендуемые варианты и модификации комбинированной обогатительно-передельной схемы переработки томторского сырья, представленного на уч. Буранный природными минеральными концентратами, во многом могут быть подобны технологии, освоенной на Араша и Сент-Оноре, т.е. преимущественно заключаться в прямой пирометаллургической переработке сырья с раз-делением и селективным концентрированием его редкометалльных и фосфатных компонентов и одновременно – с устранением радионуклидов как главных лимитируемых экологически опасных компонентов. С этих же позиций очевидно, что белозиминское сырье, обедненное ниобием (0,5–1% Nb₂O₅), не содержащее особо ценных скандия и иттрия, но весьма радиоактивное, не выдерживает конкуренции с томторским даже в пределах шести участков, выделенных для первоочередного освоения.

Данные геологоразведки и изложенные материалы убедительно свидетельствуют в пользу ускоренного и безальтернативного промышленного освоения уч. Буранный с последующим развитием необходимых работ на площади всего Томторского месторождения и рудного района в целом, с поэтапным созданием крупного горнопромышленного комплекса, который может включать добычу, обогащение и первичную пирометаллургическую переработку рассматриваемого сырья. Следует иметь в виду, что к западу и востоку от Томтора, в пределах рассматриваемого района, выявлены алмазоносные площади и с начала века эксплуатируются дочерними предприятиями корпорации «АЛРОС’а» (СП «Алмазы Анабара» и др.) алмазные россыпи, что указывает на возможность обнаружения в районе и коренных алмазных месторождений. Район Томтора обладает неограниченными гидро-, буроугольными и горючесланцевыми ресурсами, использование которых необходимо для создания развитой инфраструктуры ГПК с использованием инновационных технологий и представляется вполне реальным и эффективным.

Подобным же образом при освоении уч. Буранный могут быть решены очевидные климатические и транспортные проблемы. Во-первых, нам представляется, что эксплуатацию корово-россыпного месторождения рационально производить в теплое время года (май–сентябрь), т.е. сезонно и вахтовым методом. Во-вторых, в организации транспортировки грузов, включая вывоз первичных концентратов, могут быть предусмотрены и реализованы разные варианты. Первый – использование уже строящейся субмеридиональной авто-дороги от г. Мирный до Айхал-Удачного алмазоносного района, далее по зимнику до среднего судоходного течения р. Анабар (~600 км), с выходом в море Лаптевых, на Се-верный морской путь до Мурманска или Архангельска. Второй – то же, на малоразмер-ных судах «река–море» в теплое время года. Третий – инновационный проект использования грузовых дирижаблей как транспорта в южном направлении – до трассы БАМ (см. рис.).

Освоение уч. Буранный предполагается осуществлять в два этапа, начиная с северной его части, где сосредоточено не менее 60% запасов полезных компонентов, которые характеризуются высокими коэффициентами рудоносности и корреляции содержаний полезных компонентов в продуктивном пласте (0,7 и более). На I этапе проводятся вскрышные работы (2 сезона-года), а на 3-й сезон, по завершении опережающих вскрышных работ, мо-жет быть начата добыча природного концентрата объемом до 10 тыс.т, с увеличением в 4-м сезоне объема добычи до 50 тыс.т, и в 5-м сезоне – до 100 тыс.т. Это рубеж первого этапа организации Томторского ГПК на базе уч. Буранный. Уровень добычи природного концентрата на первом этапе должен быть тесно увязан с опытно-промышленными работами по первичной переработке природного концентрата на месте и вводом в эксплуатацию перерабатывающего комплекса (ПК) на Большой земле. К этому времени в случае необходимости может быть завершен транспортный дирижабельный проект (ТДП) с по-строением и вводом в эксплуатацию первых трех дирижаблей (одного аппарата А-60000 грузоподъемностью 25 т и двух – А-300000 грузоподъемностью 150 т), а также строительство эллингов (250×120×60 м) для их серийного производства, базирования и ремонта.

На II этапе может быть спроектирована и построена вторая очередь рудника с ежегодным объемом добычи от 200 до 500–1000 тыс.т руды, расширением мощности ПК, увеличением транспортно-дирижабельных (ТД) возможностей путем ввода в эксплуатацию допол-нительных дирижаблей А-300000 и эллингов для обслуживания ТД. Вообще, реализация инновационного ТДП несет в себе огромные перспективы по освоению минерально-сырьевых ресурсов всего сибирского Севера России. При финансировании II этапа развития Томторского ГПК уже будет использоваться производственная прибыль от деятельности I этапа. Согласно ориентировочным расчетам объемов инвестирования в создание и развитие Томторского ГПК на уч. Буранный, их распределение по этапам представляется следующим: 1) предпроектный этап (2009–2010 гг.) – 5–7 млн. долл.; 2) I этап (2011–2015 гг.) – 360 млн. долл.; 3) II этап (2016–2020 гг.) – объемы финансирования рассчитываются из опыта и результатов работ I этапа. Продолжительность деятельности Томторского ГПК только за счет эксплуатации уч. Буранный составит 50–60 лет, в целом несколько столе-тий.

За счет получения редкометалльной продукции из руд уч. Буранный (см. табл.) Россия с избытком может обеспечить свои внутренние потребности в феррониобии, скандии, иттрии и других РЗМ, а также потребности Сибирского АПК в фосфатных минеральных удобрениях. Ведь ресурсы фосфора (>4 млрд.т) на Томторе соизмеримы с эксплуатируемым с 30-х годов Хибинским фосфатным гигантом. Стоимость полезных компонентов, извлекаемых в течение года из томторской руды на уч. Буранный, только в объеме 100 тыс.т оценивается в ≥0,8–1 млрд. долл., а себестоимость добычи, переработки и транспортировки исходного сырья и концентратов такого объема, с учетом необходимости освоения новых технологий, может составить ~270–360 млн. долларов, что свидетельствует, хотя и весьма ориентировочно, о высоком уровне ожидаемой рентабельности рекомендуемых производств. Выбор конкретных технологических схем глубокой и комплексной переработки первичных концентратов, как и создание необходимых мощностей на Большой земле для получения из них конечной продукции, требует согласования с инвестором рекомендуемого Томторского проекта и включения в ТЭО.

Таблица. Суммарная стоимость редкометалльных компонентов в 1 т природного концентрата (руды) уч. Буранный

Однако уже сейчас очевидно, что первоочередными потребителями феррониобия будут металлургические и трубопроизводящие компании – прежде всего ОАО «Северсталь» и Ижорский ТЗ для обеспечения потребностей западных и северных газо- и нефтепроводов, возможно, подобные же компании и предприятия Урала, Поволжья и Западной Сибири, а также предприятия-производители ферросплавных и редкометалльных лигатур – Пышминский, Ключевской, Оскольский, Подольский МЗ и другие, включая специализированные на использование редких элементов предприятия ОПК. Доказанная эффективность этих потребителей редкометалльной продукции представляет несомненный интерес для повышения конкурентоспособности продукции гражданского машиностроения, включая авиа- и автопромышленное судостроение, а также долговечности строительных конструкций и сооружений.

Томторские «витамины» – российским технологиям

Рекомендуемый авторами проект ускоренного освоения уникального рудного сырья уч. Буранный с последующим поэтапным комплексным промышленным освоением месторо-ждения Томтор и района в целом как нового и крупного территориально-производственного комплекса Республики Саха (Якутия) заслуживает оценки как существенный вклад в инновационный ресурсно-технологический прорыв России в XXI век, а согласно «Концепции 2020», Республика Саха (Якутия) рассматривается как территория опережающего экономического роста, инвариантная экономическому кризису. Республи-ка становится ключевым регионом в реализации национальных интересов России. Ей будет принадлежать решающая роль в освоении Арктического континентального шельфа. Полезные ископаемые Томтора в равной степени необходимы и должны быть активированы для развития и качественного совершенствования ОПК, гражданских отраслей промышленного производства и создания устойчивой базы для производства фосфатных минеральных удобрений в Сибири. Редкометалльное сырье Томтора представляется безальтернативным для возрождения и развития собственных российских производств редкометалльной продукции, необходимых для реализации провозглашенного на перспективу до 2020 г. курса на инновационное преобразование страны: перевооружения армии, воссоз-дания и развития современной энергетики, авиа- и автопрома в ближайшие 10 лет, магистральных трубопроводов, железнодорожного транспорта и судостроения, высотного строительства, развития радиоэлектроники, современных средств связи и информационных технологий, для осуществления атомно-энергетических и космических программ в перспективе на 35–40 лет. Вместе с тем избыточное производство редкометалльной и фосфатной продукции, которое может быть создано на базе гигантских томторских ресурсов, позволит создать необходимый стратегический госрезерв и организовать эффектив-ный экспорт этой продукции на мировой рынок, прежде всего в Японию, другие страны Юго-Восточной Азии, возможно, в Канаду и т.д.

Поэтому рекомендуемая организация НИР и НИОКР по Томторскому проекту, и в первую очередь его продвижение, имеет стратегически важное значение. В этих целях представляется целесообразным создание консорциума под эгидой государственных корпораций «Ростехнологии» и «Рособоронэкспорт» со смешанным государственно-частным капиталом за счет привлечения заинтересованных металлургических, трубопроизводящих и других компаний и предприятий, а также Агентства по операциям с редкими и редкоземельными металлами НП «РЕБС-ТПП» для проведения целевого маркетинга на внутреннем и внешнем рынках и НИЦ «Экология и промышленная энерготехнология» ОИВТ РАН – ЗАО «Экопромэнерго» для организации и курирования инновационных техноэкологических проектов на Томторе и Большой земле по производству редкометалльной продукции, фосфатных и специальных минеральных удобрений.

При этом следует иметь в виду, что маркетинг редкометалльной продукции имеет свою специфику: сначала формируются предложения, а затем возникает спрос. Это обусловлено особыми свойствами редких элементов, а также часто недоступностью информации о них широкой массе потребителей, включая структуры бизнеса и власти, в том числе – из-за ее закрытого характера в бывшем СССР.

Авторы считают, что для инновационного технологического прорыва России в XXI век необходимо проявление государственной политической воли, организация со стороны госкорпораций целевого финансирования рекомендуемого проекта и привлечение частных соинвесторов – прежде всего российских, хотя не исключаются заинтересованные в импорте редких металлов и фосфатов зарубежные страны (Германия, Италия, Япония и Юго-Восточная Азия, возможно, Канада). Начало Томторского проекта в кризисных экономических условиях представляется мобилизирующим и привлекательным с политической точки зрения, необходимым и реальным – с инновационно-производственных и эффективным – с социально-экономических позиций.

Томторский проект по своей результативности может быть сопоставим с положительными аспектами реализации грандиозных проектов развития недропользования в Заполярье в условиях «мобилизационной экономики». Поэтому, по согласованию с редакцией журнала «Химия и Бизнес», нами планируется продолжить публикации об эффективной роли редких элементов в области интенсификации и экологизации современных промышленных производств за рубежом и в России. Мы будем и в дальнейшем рассказывать об инновациях в техноэкологии при комплексной переработке природного и техногенного сырья с получением редкометалльной и сопутствующей продукции, о перспективности развития недропользования и создания новых вертикально интегрированных ГПК, ГМК и ТЭК на северных территориях с учетом специфических условий кризисного периода, обладающего потенциалом ускоренного инновационного развития.

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» №3 2009