Подробнее
2 500 000
метров пробурено за 5 лет
существования компании
ОБЗОРЫ

Редкоземельные месторождения – особенности, сложности и перспективы

     В последние несколько лет резко вырос интерес к редкоземельным металлам. Это связано c изменением конъюнктуры рынка и развитием технологий, определяющих рост спроса на металлы и их сплавы, обладающие уникальными технологическими свойствами. При этом стоимость некоторых лантаноидов, таких как тербий, лютеций, диспрозий, европий, сопоставима и в ряде случаев превышает стоимость золота и платины.

     К редкоземельным металлам (РЗМ) относят химические элементы побочной подгруппы III группы периодической системы Менделеева: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды. Скандий (Sc), однако, не всегда относят к РЗМ. Название «редкоземельные» дано в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде окислы (такие окислы в начале 19 в. и ранее назывались «землями»). В состав группы редкоземельных металлов входят элементы двух подсемейств, — цериевого (лёгкие — La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) и иттриевого (тяжёлые — Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Несмотря на повсеместную распространенность редкозмельных элементов, их концентрации в земной коре достаточно низкие. Месторождений характеризующихся высокой концентрацией редкоземельных элементов, позволяющих вести экономически эффективную добычу, чрезвычайно мало. Лантаноиды распространены в природе неодинаково, и элементы с четными атомными номерами встречаются значительно чаще, чем нечетные. Это обстоятельство сказывается на масштабах производств и ценах на редкоземельные металлы.

     В зависимости от конъюнктуры рынка и потребностей отраслей промышленности интерес к освоению месторождений и переработке РЗМ менялся. В последние годы он заметно возрос, в России и странах СНГ можно отметить повышенный интерес к месторождениям РЗМ со стороны иностранных инвесторов. Это обусловлено особенностями рыночной политики последних нескольких лет. Китай, обладая обширной сырьевой базой, фактически монополизировал рынок РЗМ, ведя жесткую маркетинговую политику. В настоящее время Китаем контролируется около 95% рынка редкоземельных металлов. Введение Китаем ограничений на экспортные поставки РЗМ привело к панике на рынке, резкому росту цен и риску потери источника сырья для отдельных отраслей промышленности.

     Столь жесткие ограничительные меры, введенные Китаем, обусловили интерес высокотехнологичных компаний к формированию собственной ресурсной базы, в том числе за счет участия в проектах отработки месторождений редкоземельных металлов. Этим объясняется активность западных и азиатских корпораций к проектам по освоению месторождений и рудопроявлений редкоземельных металлов на территории СНГ, прежде всего в России, Казахстане и на Украине.

     Освоение редкоземельных месторождений в СНГ, несмотря на наличие спроса на конечную продукцию на мировом рынке, сопряжено с рядом сложностей, в т.ч.:

— cложностями привлечения финансирования в проекты стадии Гринфилд;
— достаточно сложным строением месторождений редкоземельных металлов, как правило, представленных комплексными рудами;
— сложностями извлечения отдельных элементов, возникающими при обогащении руд редкоземельных металлов и на последующем металлургическом переделе;
— проблемами лабораторной базы, необходимой для химических и минералогических исследований руд РЗМ.

     Необходимо отметить, что при работе на территории России следует учитывать особый статус редкоземельных месторождений, зачастую относящихся к стратегическим. Это накладывает определенный отпечаток на открытость информации о месторождениях и возможность участия иностранного капитала в их освоении. В тоже время на государственной уровне фактически отсутствует работоспособная программы по проведению геологоразведочных работ с целью поиска новых месторождений. Стратегический статус редкоземельных месторождений вполне оправдан, учитывая их значимость для обеспечения обороноспособности страны и необходимость развития современных отечественных инновационных производств.
     Фактически в России существует одно горнодобывающее предприятие, ведущее добычу руд, содержащих редкоземельные минералы – Ловозерский ГОК. В лопаритовых рудах Ловозерского месторождения содержание РЗМ достигает 1,12%. Извлечение редкоземельных металлов осуществляется попутно с титаном, танталом и ниобием.

     Обогащение рудного сырья Ловозерского ГОКа производится на Обогатительной фабрике «Карнасурт», расположенной в пос. Ревда Ловозерского района Мурманской области. Главным рудным минералом является лопарит — минерал подкласса сложных оксидов, соединение, содержащее в переменных количествах оксиды титана, ниобия, тантала, редкоземельных элементов, стронция и тория. В лопарите редкоземельные элементы относятся преимущественно к цериевой группе с преобладанием оксидов церия и лантана. В технической литературе лопарит обозначается формулами: (Na,Ce)TiO3, (REE,Na)(Ti,Nb)O3, (Na,Ce,Ca)(Ti,Nb,Ta)O3, (Na,Ce,Ca)2(Ti,Nb)2O6.

     Обогащение руды на фабрике осуществляется по развитой гравитационной схеме с доводкой гравитационного чернового концентрата электрической и магнитной сепарацией.

     Обогатительная фабрика выпускает один товарный концентрат — лопаритовый, характеризующийся содержанием лопарита на уровне ~95 % и его извлечением > 80 %. Химический состав лопарита непостоянный, содержание диоксида титана изменяется в пределах 36-40 %, пентаоксид ниобия — 6-15 %, пентаоксида тантала — 0,6-0,8 %. Содержание ΣTR2O3 достигает 34 %, в среднем составляя ~29 %.
Лопаритовый концентрат для дальнейшей переработки направляется на Соликамский магниевый завод (СМЗ). В основе технологического цикла СМЗ заложено производство магния путем электролиза солей магния с получением металлического магния и хлора. Хлор используется в качестве реагента для переработки сложного по составу редкометального сырья – лопаритового концентрата. Производство по переработке комплексного редкометального сырья на СМЗ введено в действие в начале 70-х годов прошлого века. Принципиальная технологическая схема переработки лопаритового концентрата на РЗМ приведена ниже. Редкоземельной продукцией Соликамского магниевого завода являются карбонаты редкоземельных металлов, выпускаемые по ТУ 1767-004-00545484-2002. Содержание ΣTR2O3 в карбонатах составляет ≥40 % с извлечением >95 %.

     Продукция Соликамского магниевого завода отличается высоким качеством и востребована на мировом рынке. Почти вся она поставляется за рубеж, в Эстонию, Австрию, США и другие страны.

2013_-1_imcmontan
Рис. 1. Принципиальная технологическая схема переработки лопаритового концентрата Ловозерского ГОКа на Соликамском магниевом заводе.

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема переработки лопаритового концентрата Ловозерского ГОКа на Соликамском магниевом заводе

     Следует отметить, что неоднократно к данному производству проявляли интерес зарубежные (в т.ч. швейцарские, американские и японские) инвесторы. При разрыве производственных цепочек по переработке редкоземельного сырья и спроса со стороны промышленности в 90-е годы производство на комбинате стагнировало. После резкого роста цен на РЗМ в конце 2000-х годов эффективность добычи лопарита на Ловозерском ГОКе увеличилась. Передача контроля над данным рудником иностранному капиталу могла быть сопряжена с рядом рисков для государства, и весьма неслучайно, что были приняты превентивные меры, направленные на сохранение контроля над предприятием.

     Несмотря на существенный износ основных фондов, при соответствующем финансировании Ловозерский ГОК обладает большим потенциалом для роста производительности и повышения рентабельности разработки месторождения. ГОК обладает значительной ресурсной базой. Запасы руды участка Умбозеро Ловозерского месторождения составляют около 28 млн. т, в том числе полезного минерала – 1,2 млн. т. Кроме редкоземельных металлов в составе лопаритовых руд содержится значительное количество оксидов ниобия и тантала.

     Также следует отметить перспективы включения в отработку соседних участков недр, характеризующихся достаточно высоким содержанием редкоземельных металлов, в т.ч. с возможностью открытой добычи. Так, запасы руд участка Аллуайв составляют около 180 млн. т, месторождения Чингласуай – свыше 16 млн. т лопаритовых руд и 546 млн. т эвдиалитовых руд.

     В России были приняты поправки к законодательству, ограничивающие возможности контроля иностранного капитала в проектах отработки стратегических месторождений. Зарубежные инвесторы также рассматривают проекты по промышленному освоению месторождений редкоземельных металлов в странах СНГ. Большинство из данных месторождений находится на стадии Гринфилд или в процессе опытной эксплуатации. Нужно отметить, что российский капитал обладает высокими стартовыми возможностями для реализации проектов в странах СНГ, включая протекционизм, «лояльность» местных властей, транспортную доступность и т.д. Тем не менее, к сожалению, российские инвесторы не столь активны, как их зарубежные коллеги из Китая, Японии и других стран.

     Говоря о месторождениях руд, содержащих редкоземельные металлы, следует указать на существенное отличие их геологических и технологических характеристик. Однако практически на всех месторождениях редкоземельные элементы являются частью комплексных руд, включающих различные полезные компоненты. При этом самостоятельных минералов источников РЗМ немного и зачастую редкоземельные металлы присутствуют в виде изоморфных примесей к другим минералам, или входит в состав комплексных минералов, включающих несколько полезных компонентов. Это накладывает сложности на геологический учет и технологию переработки руд. Зачастую приходится искать баланс между извлечением РЗМ и других полезных компонентов.

     Последнее обуславливает соответствующий единый подход к переработке сырья данных месторождений. Это, в первую очередь, — извлечение основного ценного компонента со сравнительно высоким целевым извлечением, во вторую очередь – попутное извлечение РЗМ в некий продукт с более или менее значимым достигаемым уровнем извлечения. И под «достигаемым уровнем» в данном случае следует понимать, что РЗМ извлекаются в продукцию по принципу «как получится», либо вовсе никак не извлекаются.

     Такая картина наблюдается практически на всех эксплуатируемых российских месторождениях и месторождениях СНГ, независимо от того, какой минерал или элемент является целевым. Исключением является Ловозерский ГОК, но не потому, что там имеет место целевой подход к излечению РЗМ, а лишь потому, что редкоземельные элементы наряду с титаном, танталом и ниобием присутствуют в составе минерала – лопарита – и их извлечение соответствует извлечению лопарита в лопаритовый концентрат.
В условиях роста цен на РЗМ происходит пересмотр статуса уже отрабатываемых месторождений или поставленных на баланс (титан-циркониевые, фосфористого сырья и т.д.). Даже при относительно невысоких концентрациях редкоземельных элементов, ранее не рассматривавшийся, как источник доходности, в новых экономических реалиях стимулируется интерес к поиску технологий переработки с целью максимального извлечения редкоземельных элементов. Фактически месторождения приобретают статус комплексных, при этом в некоторых случаях вклад РЗМ в капитализацию проект освоения месторождения «паритетен» или превалирует над полезным компонентом ранее рассматривавшегося в качестве «основного» или «единственного».

     Относительно РЗМ-содержащих месторождений, не эксплуатируемых в промышленном масштабе, или месторождений из нераспределенного фонда можно отметить следующее. Большинство технологических исследований по данным месторождениям осуществлялось при проведении геологических оценок, в период тех лет, когда редкоземельные элементы по различным причинам не могли рассматриваться в качестве товарного продукта. Изучению их поведения при переработке уделялось недостаточно внимания, выполненные исследования по извлечению РЗМ носили полуколичественный или даже качественный характер. А при опытной эксплуатации редкоземельных месторождений получаемые целевые концентраты зачастую выбраковывались по причине высокого радиационного фона, создаваемого в том числе содержащимися в них редкоземельными металлами. Такая ситуация имела место, например, на одном титано-циркониевом объекте, расположенном в Республике Казахстан. Именно высокий фон ильменитового и цирконового концентратов заставил собственников организовать на опытном производстве поиск технологических решений по выделению РЗМ в ильменитовые и цирконовые хвосты, которые в настоящее время, в условиях положительных изменений на рынке редкоземельных металлов, могут рассматриваться как концентраты РЗМ, пригодные для дальнейшей переработки.

     Месторождения РЗМ по основному извлекаемому компоненту можно условно разделить на три группы: апатитовые, титан-циркониевые и тантал-ниобиевые.

     Основное количество рудных месторождений РЗМ России и Новополтавское месторождение Украины относятся к апатит-нефелиновым и апатит-карбанатитовым горно-промышленным типам месторождений. К числу крупных российских месторождений относятся Юкспорское, Коашвинское, Олений ручей (апатит-нефелиновый тип), Селигдарское (апатитовый в карбонатитах), Белозиминское (коры выветривания карбонатитов). Во всех вышеперечисленных месторождениях в качестве основного сырьевого компонента выступает апатит, и переработка этих руд предусматривает обязательное выделение апатитового концентрата. При этом РЗМ в рудах данного типа в значительной степени ассоциированы как с апатитом, так и с другими рудными составляющими, а собственная минерализация редких земель имеет подчиненное значение. Это обуславливает количественное распределение РЗМ между апатитовым концентратом и хвостами апатитовой флотации, которое может варьироваться в существенной степени.
Юкспорское, Коашвинское месторождения и месторождение Олений ручей принадлежат Хибинской группе месторождений, содержание РЗМ в их рудах невелико, всего около 0,4% ΣTR2O3.

     Первые два месторождения промышленно разрабатываются ОАО «Апатит», технология переработки сырья предусматривает флотационное обогащение с формированием апатитового и нефелинового концентратов, редкоземельные элементы количественно не извлекаются, а складируются либо в хвостохранилищах обогатительных фабрик, либо на шламохранилищах заводов по производству минеральных удобрений.
     Лицензией на разработку месторождения Олений ручей владеет ЗАО «Северо-западная фосфорная компания». В настоящее время производство находится на этапе рабочего проектирования и строительства. В проектной технологии обогащения сырья основной акцент также делается на производство апатитовых и нефелиновых концентратов, однако, программа комплексной переработки предусматривает ряд мероприятий, направленных на извлечение РЗМ.

     Содержание РЗМ в рудах Селигдарского месторождения находится на уровне близком к апатитам Хибинской группы, его руды содержат в среднем около 0,35%. При этом редкоземельные элементы находятся в руде не только в виде изоморфной примеси в апатите, но и в виде микровключений монацита. Проект создания Селигдарского горно-химического комплекса включал в себя строительство на базе месторождения горно-обогатительного комбината (карьер и обогатительная фабрика) и химического завода по производству комплексных фосфорно-магниевых удобрений. Технология переработки предусматривала получение апатитового концентрата. Производство продукта, содержащего РЗМ, данной концепцией не предполагалось. Однако вопрос с выбором недропользовователя до настоящего времени не решен, а месторождение по-прежнему рассматривается как месторождение апатитовых руд, редкоземельных металлов и строительного камня.
     Белозиминское и Новополтавское месторождения в настоящее время не разрабатываются, проектирование по ним не ведется.

     Рассматривая проблему извлечения РЗМ из апатит-нефелиновых и апатит-карбанатитовых руд, в которых редкие земли в большей или меньшей степени ассоциированы с апатитом, следует обратить особое внимание на дальнейшую переработку апатитового концентрата. В настоящее время в России апатитовый концентрат перерабатывают на удобрения преимущественно (~85 %) сернокислотным способом. При сернокислотном разложении РЗМ в собственный продукт не извлекаются, а переходят в низкоконцентрированные по РЗМ гипсовые отходы, которые вследствие присутствия лантаноидов характеризуются повышенным радиационным фоном, что приводит к известным сложностям при их складировании.

     Вместе с тем, редкие земли могут быть извлечены из апатитового концентрата при его дальнейшей химической переработке на экстракционную фосфорную кислоту по азотокислому способу. Проведенные ранее исследования комплексной химической переработки апатитовых концентратов одного из вышеуказанных месторождений подтвердили возможность получения РЗМ в виде первичного осадка концентрата с извлечением РЗМ на уровне 72-78 % с содержанием суммы лантаноидов в данном продукте порядка 40-48 %. Полученная экстракционная фосфорная кислота была пригодна для дальнейшей переработки на минеральные удобрения: аммофос, диаммофос, нитрофоску, двойной суперфосфат и т.д.

     В россыпных месторождениях редкие земли зачастую ассоциированы с титан-циркониевыми песками, РЗМ характеризуются собственной минерализацей и их содержание значительно превышает данный показатель для месторожденияй первой группы, и составляет 0,5-1,0%, по отдельным участкам достигая 4 % по ΣTRO. Одним из наиболее перспективных российских сырьевых источников россыпных РЗМ является циркон-рутил-ильменитовое месторождение Центральное. Республика Казахстан также обладает богатым по содержанию РЗМ ильменит-циркон-рутиловым месторождением Обуховское.

     Извлечение РЗМ из титано-цирконивыех песков как правило происходит по двухстадийной схеме, где на первом этапе по гравитационной схеме получают коллективный концентрат, содержащий титан, цирконий и РЗМ. Далее коллективный концентрат подвергается переработке по многооперационной разветвленной схеме с использованием магнитных (слабое и сильное поле), электрических и гравитационных методов обогащения. В результате селективного обогащения образуются титансодержащие и цирконовые концентраты и концентраты РЗМ. По данной схеме переработки тяжелые РЗМ ассоциируются титансодержащими продуктами, а легкие РЗМ — с цирконом, при этом содержание ΣTRO в концентрате легких РЗМ достигает 12 %.

     К третьему типу тантал-ниобиевых месторождений на территории России относятся Ловозерское месторождение, Катугинское танталовое месторождение, содержащее руду, богатую иттрием, а также преимущественно ниобиевые Томторское и Чуктуконское месторождения. Про Ловозерское месторождение было сказано выше, а три других месторождения в настоящее время промышленно не разрабатываются. Кроме того все они характеризуются проблемами, связанными с обогащением руд. Так, для Катугинского месторождения характерно получение несоответствующего действующим стандартам радиоактивно-опасных концентратов РЗМ: пирохлорового (ΣTR+YO=8,6 %) и гагаринит-флюоритового (ΣTR+YO=15 %). Руды Томторского месторождения, содержащие ~ 10 % ΣTRO (участок Буранный), являются весьма сложным объектом для механического обогащения, ввиду тесной ассоциации минералов, и могут рассматриваться как природные черновые концентраты, пригодные непосредственно для гидрометаллургического передела. Руды Чуктуконского месторождений ( до 5 % ΣTRO) являются труднообогатимыми и извлечение полезных компонентов из них возможно только посредством применения химических методов.

     Говоря о вопросах переработки руд и концентратов содержащих РЗЭ нельзя не указать на сложность проблемы металлургического передела. Получение концентратов РЗЭ является лишь первым этапом к получению товарного продукта. Несмотря на то, что на внешнем рынке могут быть востребованы достаточно бедные концентраты с содержанием РЗЭ от 10%, фактически промышленностью востребованы металлы с чистотой 99% и выше. Реализация на внешнем рынке бедных концентратов с одной стороны минимизирует выручку, в силу существенного дисконта на данное сырье, с другой стороны не позволяет использовать данное сырье непосредственно в России.

     Переработка бедных концентратов в металлы достаточно сложный и энергоемкий процесс Технология получения высокочистых РЗМ в высокой степени зависит от особенностей используемого минерального сырья, однако имеет некоторые общие особенности. Как правило, на первом этапе технология предусматривает гидрометаллургическую переработку концентратов, включающую химическую обработку, вскрытие, выщелачивание и избавление от примесей, в результате чего получают коллективные химические соединения РЗМ. Далее следует процесс разделения лантаноидов, который технологически весьма сложен ввиду близости свойств металлов. Разделение первоначально производится на подгруппы, которые затем разъединяются на индивидуальные элементы путем дальнейшей экстракции из растворов. Индивидуальные редкие земли обычно осаждаются в виде оксалатов, которые обжигаются до получения оксидов. Очень высокая чистота оксидов может быть достигнута с помощью применения ионно-обменной технологии.

     Достаточно развитые технологии извлечения индивидуальных РЗМ в металлы имеются во Франции и Китае. В России в настоящее время производство высокочистых РЗМ в промышленном масштабе не осуществляется.

     Другой проблемой России, существенно влияющей на перспективы освоения новых месторождений РЗМ и переоценку балансовой принадлежности имеющихся, является сложность обеспечения оперативных и качественных лабораторных исследований руд редкоземельных элементов. Сложности лабораторных исследований обусловлены следующими факторами:

— редкоземельные элементы зачастую содержаться в очень низких (но промышленных) концентрациях, выходящих за порог чувствительности оборудования имеющегося в Российских лабораториях;
— отсутствием в лабораториях «стандартов» для проведения надежных анализов;
— невозможностью выполнять исследования по комплексным рудам содержащим самый широкий спектр элементов;
— ограниченной пропускной способностью лабораторий по количеству единовременно исследуемых проб, обуславливающих длительные сроки анализов;
— сложностью пробоподготовки для минералогического анализа руд содержащих РЗМ (достаточно сложных для анализа в т.ч. в силу изоморфных включений редкоземельных элементов), обусловленной отсутствием необходимой аппаратной части, методик и опыта исполнителей.

     Несмотря на то, что в России имеются достаточно большой опыт исследований руд редкоземельных металлов, длительный период недофинансирования данного направления не мог не сказаться на состоянии лабораторной базы, не говоря уже про острый дефицит высококвалифицированных специалистов. По сути, вопрос возрождения и развития профильных научно-исследовательских организаций является приоритетной задачей государства. Необходимо разработать работоспособные механизмы стимулирования частных инвесторов к финансированию, как технологических исследований, так и лабораторно-исследовательской базы. Учитывая стратегическую значимость отрасли для страны вполне оправданным будет также целевое государственное финансирование приоритетных программ и месторождений РЗМ.

     Следует отметить, основная задача перед страной состоит в формировании устойчивого внутреннего спроса на редкоземельные металлы, что невозможно без развития инновационных отраслей промышленности, а добыча редкоземельных руд и их переработка является только элементом инновационной составляющей экономики.

     Уровень развития техники и технологии, а также инновационность промышленного производства коррелируется с количеством элементов таблицы Менделеева, используемых промышленностью. Если в древнем мире активно использовались только широко известные металлы (железо, медь, олово, золото, серебро, свинец), то в начале 20 века использовалось около 40-50 элементов. В настоящее время, из 118 элементов таблицы Д. И. Менделеева современной промышленность используется около 90 элемента. При этом, отмечен существенный разрыв в активном использовании данных элементов между наиболее инновационными и промышленно развитыми странами и развивающимися странами. По данному критерию последние, по сути, находятся в первой половине 20 века.

     Простое декларирование перехода от сырьевой промышленности к промышленности высоких технологий невозможно без государственной стратегической программы, подкрепленной соответствующим финансированием. Россия имеет все возможности (сырьевые, интеллектуальные, технологические) быть в авангарде по многим направлениям науки и технологии. Одним из элементов обеспечивающих реализацию данных планов является внимание, как к развитию технологий на основе уникальных свойств редкоземельных металлов, так и поддержка горнодобывающей и перерабатывающей отрасли в освоении новых месторождений РЗМ.

Алла Постолатьева — инженер-металлург, к.т.н.
Андрей Твердов — к.т.н., Руководитель направления развития горных работ IMC Montan
Алексей Жура — к.э.н., Руководитель экономической оценки горных предприятий IMC Montan

Опубликовано в журнале «Золото и технологии» № 1(19)/март 2013 г.

Добавить комментарий

Ещё из этого раздела
Торговля золотыми рудами и концентратами
Полное название статьи: «Мировой опыт торговли золотыми рудами...
Золотая история планеты земля
Любая статистика по золоту не может быть точной, т.к. строгий...
О прибыльности геологоразведки
По материалам выступления на конференции«Золото и технологии...
Конференция «Золото и технологии — 2013»
В мае в московском «Крокус Экспо» в рамках Международной выставки...
Правовые вопросы
Регионы
^ Наверх