Редкие металлы готовятся к извлечению
Российские месторождения РМ и РЗМ стали ближе к разработке
Урановый холдинг «АРМЗ», являясь ответственным за направление «Редкие и редкоземельные материалы» в рамках дорожной карты «Технологии новых материалов и веществ», участвует в создании производств и способствует развитию российских проектов других участников отрасли по добыче и производству редких и редкоземельных металлов. Представляем краткий обзор текущего состояния этих проектов.
Титан и цирконий Туганского ГОКа
Титан
Обладая высокой прочностью и коррозионной стойкостью, он значительно легче других металлов. Эти свойства позволили применять комплектующие из титана для оборудования нефтяных платформ, при строительстве трубопроводов, при сооружении металлоконструкций и изготовлении различных механизмов, в том числе в атомной энергетике. Судостроение — один из основных потребителей титана. Его применение снижает массу судна, повышает маневренность, дальность хода, позволяет не бояться больших скоростей. Титан позволяет выдерживать огромное давление и нагрузки — это отличный материал для создания глубоководных аппаратов. В авиационно-космической промышленности титан и его сплавы используют для изготовления элементов обшивки, каркаса, воздухозаборников, гидравлических систем, деталей шасси, крепежа и многого другого. Сплавы из титана отличаются хладостойкостью, поэтому они востребованы для производства оборудования, работающего в условиях Крайнего Севера.
В копилку знаний
В Томской области началась работа Туганского ГОКа. ТГОК «Ильменит» разрабатывает Туганское титан-циркониевое месторождение. Главной задачей на 2021 год было завершение его строительства, и эту задачу выполнили. ГОК построен, ведутся пусконаладочные работы и переход к эксплуатации в режиме промышленной добычи и переработки руды.
Дочернее предприятие АРМЗ, «Объединенные урановые предприятия» (ОУП), в 2021 году вложило в строительство более 1 млрд руб. и в декабре 2021 года стало владельцем 25% акций предприятия. У ОУП также есть гибкий опцион на увеличение доли до контрольной — от 50% плюс одна акция и выше. Этого будет достаточно, чтобы консолидировать выручку Туганского ГОКа в портфель выручки горнорудного дивизиона Росатома.
В настоящее время работает первая очередь предприятия. Его проектная мощность — 575 тыс. тонн рудных песков в год с выпуском около 15,9 тыс. тонн цирконового, ильменитового и рутил-лейкоксенового концентратов для металлургической и химической промышленности, а также 375 тыс. тонн кварцевых песков для стекольной, металлургической, транспортной и строительной отраслей.
Решение о строительстве второй очереди планируется принять в 2023 году. Если решение будет положительным, она должна заработать в 2027 году. В этом случае мощность вырастет до 2,9 млн тонн рудных песков в год, а объем производства ильменитового, цирконового и рутил-лейкоксенового концентратов будет составлять 45,5 тыс. тонн, 14,7 тыс. тонн и 3,2 тыс. тонн соответственно.
Цирконий
Один из самых редких металлов на нашей планете и один из важнейших материалов для целого ряда отраслей — химической, нефтяной, газовой, строительной, металлургической, медицинской и, конечно, атомной. Благодаря своим уникальным свойствам — нейтронной прозрачности (крайне низкому сечению поглощения нейтронов), прочности и высокой коррозионной стойкости — цирконий является незаменимым конструкционным материалом для атомных реакторов электростанций и ядерных установок морского флота. Изделия из сплавов циркония очень долговечны. Срок их службы — до 25 лет даже в агрессивных средах. Прочность, легкость и при этом биологическая инертность циркония активно используются в медицине.
В копилку знаний
Поскольку продукция Туганского ГОКа востребована предприятиями Росатома, модель сотрудничества будет такой: приоритетным покупателем цирконовых концентратов (1 тыс. тонн) будет Чепецкий механический завод. Контракт уже подписан, поставки начнутся в этом году. Оставшийся объем цирконовых концентратов (около 2 тыс. тонн) Туганский ГОК будет продавать металлургическим предприятиям, которым цирконий нужен для производства пресс-форм, а также производителям керамики.
Аналогично планируется поступать и с ильменитовыми (титансодержащими) концентратами. В Северске при участии Сибирского химического комбината (входит в ТК «ТВЭЛ») строится завод по производству диоксида титана, и когда он будет готов, то получит приоритетное право на ильменитовый концентрат. До этого момента Туганский ГОК будет продавать ильменитовый концентрат существующим потребителям, прежде всего «ВСМПО-Ависме» — одному из мировых лидеров по производству титана, а также изделий из него. Компания готова потреблять в 10 раз больше концентрата, однако в этом случае Туганскому ГОКу надо будет найти потребителей и на вдесятеро больший объем циркония — и искать их придется за рубежом. Еще одна проблема — продать песок, оставшийся после извлечения металлов. Несмотря на его высокое качество, найти покупателей на весь объем песка будет крайне сложно, так как в Сибири нет потребителей, а за ее пределы везти песок слишком дорого из-за высоких железнодорожных тарифов. Поэтому избыточные объемы песка будут складироваться обратно в карьер в рамках рекультивационных работ.
Скандий
Основное применение находит в металлургии. Скандием легируют металлы: небольшая его добавка к алюминию и алюмомагниевым сплавам (1–3%) значительно повышает их прочность, ковкость, устойчивость к коррозии, область рабочих температур. Эти сплавы прекрасно работают в авиакосмической отрасли, машиностроении и автомобилестроении — там, где требуется сочетание прочности, долговечности и легкости. Скандий широко применяется в мире инновационных и высоких технологий: входит в состав материалов, используемых в микроэлектронике (для производства систем хранения данных с высокой скоростью обмена информацией), радиоэлектронной промышленности, ядерной энергетике, производстве лазеров. Соединения скандия используются в специальных осветительных элементах, солнечных батареях, огнеупорных материалах, рентгеновских зеркалах, термоэлементах.
В копилку знаний
Скандий «Далура»
АРМЗ продолжает выпуск скандия на «Далуре» — уранодобывающем предприятии в Курганской области. В 2021 году «Далур» произвел более 500 кг оксида скандия, а также более 200 кг алюмо-скандиевых лигатур. «Этим скандием мы закрываем внутренние потребности России примерно на четверть, поскольку Россия, по данным 2021 года, потребляет около 2 тонн оксида скандия. Спрос на скандий стабилен, предпосылок для существенного роста спроса мы не видим», — сообщил директор по развитию бизнеса АРМЗ Руслан Димухамедов. Задача предприятия — постепенно, в оптимальном режиме выйти на производство 1 тонны оксида скандия в год, а также принять решение о дальнейшем масштабировании выпуска алюмо-скандиевых лигатур.
Воскресенский фосфогипс
АРМЗ намерен извлекать редкоземельные металлы из отвалов «Воскресенских минеральных удобрений». Предприятие расположено в Подмосковье. В 2021 году АРМЗ провел детальный аудит технологий, которые можно использовать для переработки фосфогипсового сырья. Изначально проект планировалось реализовывать в партнерстве с компанией «Скайград», но позднее АРМЗ был вынужден вести проект самостоятельно и теперь дорабатывает технологию извлечения РЗМ.
Задача на 2022 год — построить опытную установку мощностью 10 тыс. тонн фосфогипса, которая будет выдавать образцы товарной продукции — коллективного концентрата и индивидуальных оксидов РЗМ, а также гипса, по которым уже можно будет вести переговоры с потенциальными покупателями. На этой установке АРМЗ получит образцы продукции, уточненные на практике техрегламенты и экономические расчеты по капзатратам и себестоимости, необходимые для наиболее выгодного масштабирования производства с целевым показателем в 1 млн тонн по сырью и 4 тыс. тонн товарных оксидов РЗМ.
Главная проблема, которую предстоит решить уже на стадии опытного производства, — найти покупателей на гипс, который будет образовываться после извлечения редкоземельных металлов. «Этот рынок уже сложившийся, зрелый, объемы его стабильны, поэтому для того, чтобы завоевать доверие покупателей, мы должны подтвердить качество своей продукции и сертифицировать ее. Задача может иметь два решения: либо мы находим покупателей, либо считаем товаром только РЗМ, по которым потребители вполне понятны, и складируем гипс обратно туда же, откуда мы взяли фосфогипс, хотя второй вариант, конечно, выглядит нерациональным», — отметил Руслан Димухамедов.
По его словам, именно невозможность найти покупателей на гипс стала причиной отказов от инвестиций в проект со стороны нескольких частных компаний. АРМЗ надеется решить проблему при поддержке Минпромторга.
РЗМ и ниобий Томтора
Создание предприятия и запуск отработки Томтора — это пример того, как Росатом помогает развивать горнодобывающий проект в области редких и редкоземельных металлов внеотраслевым российским участникам рынка.
Ниобий
Этот металл и сплавы на его основе отличаются высокой температурой плавления, высокой коррозионной стойкостью, самой малой плотностью из жаропрочных металлов, высоким уровнем технологичности и свариваемости. Эти свойства позволяют применять ниобий в качестве конструкционного материала, в том числе для изготовления деталей летательных аппаратов, труб и контейнеров для передачи и хранения жидких металлов. В легируемые материалы ниобий передает прочность, коррозионную стойкость, тугоплавкость. Металл используется для изготовления конденсаторов — важных элементов электронной промышленности, также его соединения применяются для производства сверхпроводников. Поэтому его можно найти на самом передовом крае науки: в Большом адронном коллайдере и в Международном экспериментальном термоядерном реакторе (ИТЭР) необходимы мощные системы сверхпроводящих магнитов, которые удерживают пучки частиц в ускорителе или плазму в реакторе, — эти магниты делают из соединений ниобия.
В копилку знаний
Томтор — месторождение с уникальными содержаниями РЗМ и ниобия. В апреле 2021 года «Полиметалл» (совладелец компании «ТриАрк Майнинг» — владельца лицензии и оператора проекта) опубликовал резюме первичной оценки рудных запасов Буранного — участка Томтора. На 31 декабря 2019 года они составили 11,4 млн тонн руды с 0,7 млн тонн оксида ниобия со средним содержанием 6,0% и 1,7 млн тонн оксидов редкоземельных металлов со средним содержанием 14,5%. По данным компании, эти показатели делают Томтор третьим в мире по запасам месторождением РЗМ.
Томторский проект будет распределен в пространстве. Рудник будет размещен в Якутии, обогатительные мощности — в Краснокаменске. Для транспортировки в настоящее время рассматриваются три варианта, каждый из которых предполагает несколько перегрузок. Комбинироваться будут морские (с ледокольной проводкой), речные, автотранспортные и железнодорожные перевозки. Общий объем инвестиций в проект оценивается примерно в $1,5 млрд. Перевозить придется 150–160 тыс. тонн.
Строительство перерабатывающего предприятия возле Краснокаменска, а не на месторождении объясняется тем, что можно будет сэкономить на инфраструктуре, тарифах на перевозку расходных материалов и оборудования, расходах, связанных с обеспечением персонала.
Однако важнейшая причина заключается в том, что отходы обогатительного производства содержат радиоактивный торий, и вопрос, где их складировать, не позволял запустить проект.
Дело было в законодательном запрете на складирование хвостов, содержащих радиоактивные компоненты, в собственных хвостохранилищах предприятия. Росатом вместе с коллегами из «ТриАрк Майнинга» и «Полиметалла» приложили много усилий, чтобы скорректировать законодательство таким образом, чтобы компания могла складировать свои отходы в хвостохранилищах ППГХО.
В конце 2021 года необходимая поправка в закон «Об обращении с радиоактивными отходами» была принята. Следующий шаг — поправки в правила Ростехнадзора. Изменения в нормативные документы регулятор должен принять до июня 2022 года, но не исключено, что они будут приняты до конца марта этого года. Затем ППГХО должно получить лицензию на хранение смешанных отходов.
Это первая такая лицензия, поэтому с начала 2022 года заинтересованные стороны разрабатывают процедуру ее получения. Предположительно, она будет такой: ППГХО разрабатывает обоснование безопасности хранения смешанных отходов, затем правительство РФ выдает разрешение. Затем Ростехнадзор вносит изменения в лицензию на складирование отходов, после чего можно будет их принимать.
«Будет оптимально, если правительство выдаст разрешение, после чего начнется проектирование и строительство. В этом случае разрешение правительства и будет тем обосновывающим документом, который мы покажем Главгосэкспертизе. Но мы опасаемся, что нам предложат сначала построить завод, а потом его предъявлять для утверждения в правительстве. Но в этом случае непонятно, на основании чего Главгосэкспертиза должна дать разрешение на строительство завода, у которого не решен вопрос со складированием отходов»,— комментирует Руслан Димухамедов. Пока идет обсуждение лицензии, «ТриАрк Майнинг» выполняет всю подготовительную работу: проектирует компоновочную схему завода, оборудования и т.п.
Гидрометаллургический комбинат — резидент ТОСЭР «Краснокаменск», размещаться предприятие будет недалеко от производственных мощностей ППГХО. Для города — это новый работодатель и рабочие места. Для компании РИР, которая управляет Краснокаменской ТЭЦ и ППГХО, — это дополнительный источник доходов за счет продаж электроэнергии.
Тантал
Обладает комплексом ценных свойств — хорошей пластичностью, прочностью, свариваемостью, коррозионной устойчивостью при умеренных температурах, тугоплавкостью, высоким коэффициентом теплопередачи, небольшой работой выхода электронов, способностью образовывать анодную пленку с особыми диэлектрическими характеристиками и не отторгаться тканями живого организма. В металлургической промышленности тантал применяется для создания различных сплавов, особенно антикоррозийных марок стали, устойчивых к высоким температурам. Конденсаторы с использованием этого элемента отличаются повышенной стабильностью функционирования. Кроме того, применяется для производства точных приборов и контрольного оборудования, а также вакуумных приборов, так как он обладает свойством поглощать газы.
В копилку знаний
Редкие металлы на Зашихинском
Еще одно месторождение редких металлов, запуск которого зависел в том числе от возможности складировать торийсодержащие отходы, — Зашихинское. Лицензией владеет «Техноинвест Альянс». Проект предполагает аналогичную Томтору логистическую схему. На месторождении в Иркутской области будет построен горно-обогатительный комбинат, рудные концентраты с которого будут направляться в г. Краснокаменск Забайкальского края, где будет построен химико-металлургический завод, перерабатывающий рудные концентраты в химически чистые соединения тантала, ниобия и циркония. В настоящее время АРМЗ обсуждает с владельцами компании условия совместного инвестирования в проект.
Колмозерский литий
В 2021 году АРМЗ завершил анализ российской сырьевой базы по литию и выбрал объект, который представляет наибольший интерес для отработки, — Колмозерское месторождение в Мурманской области. В том же году сделали предТЭО проекта, чтобы посмотреть расчетные себестоимость, производительность и объем капиталовложений. Расчеты делали на основе фондовых материалов, собственную программу геологоразведки АРМЗ планирует провести после получения лицензии.
Литий
Особенность этого металла в том, что он обладает самыми высокими температурами кипения и плавления и при этом имеет очень низкую плотность. В целом, по значимости в современной промышленности этот металл является одним из важнейших. Он применяется в керамической, стекольной и химической промышленности, в металлургии, дефектоскопии, электронике, медицине, ядерной энергетике, для изготовления высокоэффективных лазеров и, что особенно важно в последние десятилетия, химических источников тока. Не будет преувеличением сказать, что литийионные аккумуляторы захватили мир — сегодня они являются самыми популярными среди батарей, на них приходится более 90% мирового рынка. К революции гаджетов, стартовавшей в начале 1990-х, в последние годы добавился бурный рост производства электромобилей — так литиевая индустрия стала одной из самых быстрорастущих.
В копилку знаний
Задача 2022 года — провести аукцион, поскольку месторождение пока находится в нераспределенном фонде, несмотря на то, что оно хорошо разведано — на баланс поставлены запасы по категориям С1 и С2 (наивысшие показатели разведанности в российской классификации для этого вида полезных ископаемых). Содержание лития в руде около 1,2% — аналогично разрабатываемым зарубежным месторождениям. Сырьевая база предприятия, по оценкам АРМЗ, позволяет построить ГОК производительностью 45 тыс. тонн карбоната лития в год. АРМЗ готов создавать альянсы с компаниями, которые проявят интерес к разработке Колмозерского месторождения.
Получать из руд Колмозерского месторождения планируют карбонат и — следующий передел — гидроксид лития. Первый планируют продавать производителям гидроксида лития, а второй — производителям литийионных ячеек. Одним из таких будет ТВЭЛ, который планирует построить завод по производству литийионных ячеек и систем накопления электроэнергии мощностью 3 ГВт·ч в год в Калининграде. Проект станет частью стратегии развития литиевого направления бизнеса, куда вошли три холдинга: ТВЭЛ, АРМЗ и Техснабэкспорт.
Улучшение законодательства
Ассоциация производителей РЗМ, которую возглавляет Руслан Димухамедов, также работает над улучшением законодательной базы. В частности, ассоциация предлагает скорректировать методику расчета стартового платежа при получении лицензии на недропользование и исключить применение рентного коэффициента 3,5. Этот коэффициент был введен в 2020 году для увеличения поступлений в бюджет от НДПИ, но автоматически поднял стартовые платежи и за лицензии. «Вхождение в проект становится слишком дорогим и делает российские горные проекты менее конкурентоспособными на глобальном рынке», — объясняет Руслан Димухамедов.
Еще одно предложение — ввести налоговые льготы для новых редкометалльных проектов. Правительство предлагает использовать для снижения налогов соглашения о защите и поощрении капиталовложений (СЗПК). Его главная особенность — стабилизационная оговорка: для предприятий, заключивших СЗПК, условия их деятельности фиксируются и остаются неизменными, даже если государство их ухудшает (например, повышая налоги). Однако с 1 апреля прошлого года старые правила приема заявок на заключение СЗПК прекратили действие, а новые еще не утверждены, поэтому вновь запускаемые и планирующиеся к запуску проекты не могут воспользоваться этим механизмом.
На ролл-фронте
10 фактов, которые знакомят с самым выгодным для отработки типом урановых месторождений
1. Роллы — это урановые рудные залежи. В разрезе они имеют серповидную форму, а в плане — вид извилистых лент. Их ширина может достигать сотен метров, а длина — десятков километров. Для отработки месторождений роллового типа обычно используют метод скважинного подземного выщелачивания (СПВ), самый низкозатратный и экологичный.
2. Самые древние и крупные месторождения роллового типа сосредоточены в Южном Казахстане в Чу-Сарысуйском и Сырдарьинском бассейнах. Много их и в Кызылкумском бассейне в Узбекистане. Есть такие месторождения и в США (в Вайоминге и Техасе). В России месторождения роллового типа отрабатывают предприятия АРМЗ «Далур» и «Хиагда» (в Курганской области и в Бурятии).
3. Содержание и запасы урана в месторождениях зависят от многих факторов — количества урана в растворах, количества и качества восстановителя, скорости поступления растворов, степени их насыщенности кислородом, проницаемости вмещающих роллы пород и др.
4. Первое обязательное условие для формирования роллов — проницаемые для грунтовых вод осадочные породы. Они образуются в речных долинах, на побережьях морей, возле озер.
5. Следующее обязательное условие — влажный климат, поскольку урановые соединения легкорастворимы и переносятся из урансодержащих пород в места формирования месторождений вместе с водой.
6. Третье обязательное условие — восстановительный барьер, где урановые минералы выпадают из растворов в осадок. Восстановителями часто являются органика (накопленные остатки растений, животных, уголь) и сульфидные минералы. Если восстановительного барьера не будет, то растворы будут мигрировать дальше. Если восстановителя недостаточно, то они протекают сквозь барьер. В результате роллы не образуются или формируются «недоразвитые» роллы. Урана для промышленной отработки в них мало.
7. Еще одно обязательное условие — водоупорный пласт, обычно это глина. Если водоупора не будет, то растворы просочатся вниз, месторождение не сформируется. Поскольку водоупорные пласты имеют разную геометрию (протяженность, наличие разрывов и пр.), ролл-фронт формируется в несколько ярусов. В вертикальном разрезе он часто напоминает торт «Наполеон».
8. При скважинном подземном выщелачивании используют те же окислительный и отчасти восстановительный механизмы, которые привели к формированию месторождений, поэтому должны соблюдаться соответствующие условия. Суть такова: через закачную скважину, пробуренную к рудному телу, закачивают слабый раствор серной кислоты. Она окисляет минералы урана, переводя их в раствор. Водоупоры изолируют роллы и не дают выщелачивающим растворам стекать вниз. А чем более проницаемые породы, тем лучше кислота воздействует на урановую руду, тем насыщеннее раствор. Далее через систему откачных скважин обогащенный ураном раствор поднимают на поверхность, сорбируют уран на ионообменную смолу и после нескольких операций по обогащению получают концентрат урана U3O8, также известный как желтый кек. Это главное сырье для получения ядерного топлива.
9. Российские геологи установили, что урановое месторождение Мкуджу-Ривер в Танзании (проект развивает Росатом) тоже когда-то состояло из роллов. Особенность Мкуджу-Ривер в том, что месторождение находится недалеко от поверхности. Под воздействием богатых кислородом вод уран снова окислялся и переходил в растворимую форму, переносился на недалекое расстояние, а затем снова восстанавливался. В результате месторождение имеет форму не «классических» лент, а линз.
10. «Атомредметзолото» входит в топ-10 крупнейших производителей урана в мире. По данным World Nuclear Association, АРМЗ произвел в 2020 году 2846 тонн урана — это 6% от общемирового объема производства.
