Производство и потребление редкоземельной продукции

Как уже отмечалось ранее, вялый интерес потребителей к редким землям еще в середине прошлого века сменился во второй его половине стремительным ростом их производства с темпом 10 % в год в связи с появлением и развитием новых отраслей техники. За последние 25 лет мировой рынок РЗЭ вырос почти в 3,5 раза. В начале нынешнего века он стал насыщаться и в предыдущем десятилетии кривая роста производства в районе 120 000 т/г. стала более пологой. Среднегодовые темпы роста потребления РЗЭ в 2008— 2012 гг. составляли 3 %, в 2013—2016 гг. снизились до 1,4 % [1]. Ранее в 2012 г. предполагался более интенсивный среднегодовой рост потребления РЗЭ до 2035 г., равный 5 % [2], но кризисные явления в мировой экономике не обошли стороной и сектор высоких технологий. Общемировое производство редкоземельных элементов в пересчете на оксиды в 2016 г. составляло 145 тыс. т, сценарии развития отрасли предполагают его увеличение в 2025 г. до 175 тыс. т (пессимистический), 200 тыс. т (базовый) и 230 тыс. т (оптимистический). В 2018 г. произведено 184 тыс. т. Основные области потребления редкоземельных элементов в мире в настоящее время представлены в табл. 3.1 (критические РЗЭ — курсив), а их распределение по отраслям потребления — в табл. 3.2.

Таблица 3.7

Основные сектора потребления редкоземельных элементов [1]

Стекло

Церий, лантан, празеодим, неодим, иттрий

Высококоэрцитивные магниты

Неодим, празеодим, самарий, диспрозий, гадолиний, тербий

Катализаторы

крекинга

Лантан, церий

Аккумуляторные

сплавы

Лантан, церий, неодим, празеодим, самарий

Металлургия (без аккумуляторов)

Церий, лантан, празеодим, неодим, скандий

Фосфоры

Иттрий, церий, лантан, гадолиний, европий, тербий

Керамика

Иттрий, церий, лантан, неодим, празеодим

Автомобильные

катализаторы

Церий, лантан, неодим, празеодим

Остальное

Церий, лантан, иттрий, неодим, празеодим, самарий, европий, тербий, диспрозий, гадолиний, эрбий, иттербий и другие РЗЭ

Таблица 3.2

Распределение РЗЭ по отраслям потребления в 2015 г., %[1]

по объему

по стоимости

Катализаторы крекинга

13

2

Автомобильные катализаторы

6

2

Керамика

6

4

Производство стекла

27

7

Металлургия (без аккумуляторных сплавов)

7

5

Магниты

21

62

Аккумуляторы

9

2

Фосфоры

4

12

Остальное

7

4

Экспортная политика китайского правительства в текущем десятилетии и ответные меры стран-импортеров вызвали некоторые изменения в структуре потребления РЗЭ по странам. Так, в 2014 г. она выглядела как, %: Китай — 58 (65 в 2011 г.); Япония — 10; США — 11 (15 в 2011 г.); остальные — 21. Основными покупателями китайской редкоземельной продукции в 2015 г. были США — 37 % оксидов и 4 % металлов; Япония — соответственно 33 и 64; Евросоюз — 14 и 24; Южная Корея — 6 и 2; Вьетнам — 3; остальные — 7 и 9 [1]. Представленная статистика позволяет оценить нынешние возможности основных производителей конечной продукции, содержащей редкоземельные элементы. Прогноз потребностей в период до 2025 г. предполагает отсутствие роста в секторах производства катализаторов (крекинга и автомобильных), несущественный рост в секторе керамики и устойчивое увеличение потребностей в остальных секторах с годовым темпом от 3 до 4 %.

Предполагается, что литий-ионные аккумуляторы несколько потеснят никель-металлгидридные, но рост производства обоих типов аккумуляторов продолжится. Та же ситуация в производстве фосфоров, где люминесцентные и энергосберегающие лампы конкурируют с отвоевывающими часть рынка светодиодами. В результате, несмотря на слабый рост потребности в лантане и несколько больший в церии, они сохранят доминирующее положение на рынке (суммарно 64 % в 2025 г.).

Редкоземельные элементы, используемые в производстве магнитов и в других высокотехнологичных отраслях (Nd, Рг и группа среднетяжелых), продолжат пользоваться возрастающим спросом. В стоимостном выражении на долю РЗМ для производства магнитов будет приходиться 65—70 %. Высказанный здесь [1] прогноз, точнее, его тенденции, близко совпадают со сделанным пятью годами ранее [2]. Эти эксперты сходятся во мнении, что до тех пор, пока не появятся новые емкие области применения редкоземельных элементов, серьезных изменений в структуре их потребления не предвидится. Из возможных в недалеком будущем перемен рассматривается рост потребления гадолиния в производстве холодильной техники в связи с не совсем ясной пока перспективой практической реализации магнитокалорического эффекта.

Самостоятельный интерес представляет доля отдельных РЗЭ в общей структуре их потребления, табл. 3.3.

Таблица 3.3

Распределение отдельных РЗЭ в общемировой структуре их потребления в 2015 г.*, % от 2 РЗЭ [1 ]

по объему

ПО стоимости

La

29

3

Се

35

4

Nd

18

36

Рг

7

21

Sm

1

0,0017

Dy

1

12

Y

7

2

Eu + Gd + Tb

2

22

Примечание. * Доля остальных пренебрежимо мала.

Очевидно, что идеальной является ситуация, когда поэлементной структуре потребления отвечает состав сырья, из которого извлекаются РЗЭ. До шестидесятых годов прошлого века основным источником РЗЭ в мире был монацит, затем пришла пора бастнези- та, отвечавшего в то время структуре их потребления [3]. Относительно небольшие потребности в иттрии и иттриевых землях удовлетворялись за счет монацита и ксенотима. С 90-х годов прошлого века после начала производства и совершенствования состава неодимовых магнитов выросла потребность в диспрозии и других РЗЭ иттриевой подгруппы и наступила эра богатых ими ионно-адсорб-

ционных глин. В СССР, являвшемся одним из крупнейших мировых производителей и экспортеров редкоземельной продукции, 75— 80 % добычи РЗМ, в основном цериевой группы, давало Ловозер- ское месторождение лопарита, 5 % — ксенотим-иттросинхизитовое месторождение Кутессай-Н в Киргизии с содержанием 50—55 % иттриевых РЗЭ, и остальные 15—20 % — месторождение костного детрита Меловое в Казахстане с содержанием РЗЭ средне-тяжелой группы 30—35 % [4]. Такое сочетание позволяло полностью сбалансировать внутренние потребности и экспортировать излишки.

Состав редкоземельных элементов в некоторых зарубежных и отечественных сырьевых источниках в сравнении с данными о текущем потреблении из предыдущей таблицы представлен в табл. 3.4, 3.5 и 3.6.

Структура потребления и состав отдельных РЗЭ в эксплуатируемых зарубежных месторождениях, % от X РЗЭ

Таблица 3.4

Потре

бление

Баст-

незит

Мона

цит

Ксено-

тим

Ионноадсорбционные глины

Китай

Австра

лия

Малай

зия

Лонг-

нан

Ксин-

фенг

Ксунву

Y

7,0

2,4

61,0

62,3

27,5

15,4

La

29,0

23,0

23,9

1,2

1,8

26,5

31,3

Се

35,0

50,0

46,0

зд

0,2

2,4

3,4

Рг

7,0

6,2

5,0

0,5

0,9

6,0

8,7

Nd

18,0

18,5

17,4

1,6

3,8

20,0

28,1

Sm

1,0

0,8

2,5

2,8

4,0

5,3

Dy

1,0

од

0,7

8,3

8,4

4,0

1,2

Eu + Gd + Tb

2,0

1,0

1,6

4,4

6,9

5,4

5,6

Структура потребления и состав отдельных РЗЭ в отечественных сырьевых источниках, % от X РЗЭ

Таблица 3.5

Потре

бление

Лопа-

рит

Том-

тор

Мона

цит

Эвдиа

лит

Кату-

гино

Чукту-

кон

Y

7,0

7,6

22,0

40,0

3,5

La

29,0

25,0

21,0

22,0

11,5

6,0

29,2

Се

35,0

53,0

46,0

47,0

28,5

23,5

46,9

Рг

7,0

6,0

5,0

5,0

3,6

1,0

3,7

Nd

18,0

14,0

14,0

20,0

14,5

9,0

12,1

Потре

бление

Лопа-

рит

Том-

тор

Мона

цит

Эвдиа

лит

Кату-

гино

Чукту-

кон

Sm

1,0

0,9

1,9

3,6

2,6

1,5

Dy

1,0

0,09

0,8

0,18

4,4

5,0

0,66

Eu + Gd + Tb

2,0

0,41

2,5

1,18

6,1

4,85

1,9

Таблица 3.6

Структура потребления и состав отдельных РЗЭ в отходах и полупродуктах производств в РФ, % от X РЗЭ

Потребление

Фосфогипс

ЭФЮ

Красный шлам

Y

7,0

3,5

18,2

16,2

La

29,0

20,5

14,1

17,6

Се

35,0

45,9

26,7

32,1

Рг

7,0

5,1

3,9

3,8

Nd

18,0

17,0

24,8

15,3

Sm

1,0

2,3

4,0

3,4

Dy

1,0

0,9

2,3

2,5

Eu + Gd + Tb

2,0

2,5

5,2

5,0

Примечание. * Экстракционная фосфорная кислота.

Очевидно, что использование бастнезита и монацита может удовлетворить потребность только в металлах цериевой группы, ксенотима и латеритов Лонгнана — только в иттрии и среднетяжелых лантаноидах. Ионно-адсорбционные глины Ксинфенга и Ксун- ву, являясь полноценными источниками иттриевых земель, удовлетворительно соответствуют требованиям производителей магнитов и аккумуляторов, но низкое содержание церия также не делает их универсальным сырьем. Кроме того, ожидается, что Китай исчерпает запасы своих ионно-адсорбционных глин к 2025 г. и сможет рассчитывать в части средних и тяжелых РЗЭ только на месторождение ксенотима и зарубежные сырьевые источники, к которым он в последнее время проявляет повышенный интерес [5]. Будущую потребность в иттрии, средних и тяжелых РЗЭ призваны закрывать новые месторождения, проекты развития которых можно найти на сайте http://www.techmetalsresearch.com.

Как видно из следующей таблицы 3.7, кроме влияния на проблему баланса производства/потребления, отечественные сырьевые источники неравноценны и по другим показателям.

Таблица 3.7

Сопоставительный анализ некоторых отечественных сырьевых источников РЗЭ [6]

Источник

РЗЭ

Содержание критических РЗЭ, %*

Содержание наиболее ценных, %*

Отношение критических / La + Се

Выход La + Се / 1 кг Dy, кг

Выход Th/1 кг Dy, кг

Лопарит

12,9

0,3

0,15

950

20,2

Томтор

28,3

1,7

0,42

84

3,8

Монацит

26,6

1,2

0,38

384

55,6

Эвдиалит

44,0

6,5

1,04

10

од

Фосфогипс

27,3

1,7

0,41

74

ЭФК

50,7

3,8

1,24

18

Кр. шлам

39,2

3,9

1,01

17

Примечание. * % от I РЗЭ.

Анализ отечественных источников сырья показывает, что лопа- рит и монацит нужно рассматривать только как источники легких РЗЭ, в некоторой степени покрывающий потребности производителей магнитных материалов. Несколько лучше ситуация с томтор- ским природным концентратом. Эвдиалит, с избытком перекрывающий потребности в тяжелых критических РЗЭ, по содержанию неодима и празеодима, а также лантана и церия, не отвечает текущей структуре потребления. Однако в совокупности с лопаритом, с которым он географически очень близко соседствует в пределах одного небольшого горного массива, эвдиалит представляется объектом первоочередного интереса инвесторов. Судя по разведанным запасам, эта Ловозерская группа месторождений на многие годы вперед может обеспечить внутренние потребности страны и наладить экспорт высоколиквидной редкоземельной продукции. Достаточно сбалансирована по составу руда Чуктуконского месторождения, а в качестве источника среднетяжелой группы РЗЭ хорошие позиции занимает концентрат месторождения Катугино. Интересно отметить, что соответствие текущим потребностям в РЗЭ демонстрируют производные хибинского апатита — фосфогипс и, в особенности, экстракционная фосфорная кислота, более богатая ценными среднетяжелыми РЗЭ. Эта оценка правомерна и в отношении красного шлама — отхода алюминиевого производства. Поэтому с точки зрения сохранения баланса производства-потребления наиболее перспективны промежуточные продукты и отходы существующих производств, что, кроме решения экологических проблем, является дополнительным стимулом вовлечения их в переработку.

Поскольку из природных ресурсов во всем мире в настоящее время извлекается коллективный концентрат преимущественно легких РЗЭ, а объемы и темпы роста потребления отдельных лантаноидов существенно разнятся, смещаясь в сторону среднетяжелых, возникновение и нарастание дисбаланса производства/потребления неизбежно. Наращивая производство остро необходимых металлов (Nd, Dy), компании-производители наводняют рынок и без того избыточным церием, сбивая цену и снижая прибыльность бизнеса в целом. Выход на рынок 1 т оксида европия из бастнезита сопровождается попутным производством других редких земель: лантана — 300 т, церия — 450 т, празеодима —38 т, неодима — 118 т, самария — 7,3 т, гадолиния — 1,4 т, иттрия — 0,9 т [7]. Применительно к европию из отечественного лопарита эти цифры выглядят, как: Ьа203 — 233, Се02 — 478. При этом избыток некоторых РЗЭ средней и тяжелой групп в силу несопоставимо меньшего объема производства не оказывает заметного влияния на рынок, однако необходимость их отделения в процессе получения востребованных промышленностью лантаноидов усложняет и удорожает технологический процесс. Возможный избыток европия, если светодиоды сильно потеснят флюоресцентные и энергосберегающие лампы, не так страшен, как избыток церия. Кроме того, на смену нынешним светодиодам уже идет их новый, более эффективный тип, в составе фосфоров которых снова присутствует европий. Среди новых областей применения европия и диспрозия — дорожная разметка, где объемы потребления могут стать значительными. Возможный избыток тербия также может быть поглощен в производстве магнитов, где он отчасти заменяет диспрозий. Альтернативные области применения, в случае сокращения объема производства сегодняшних фосфоров, имеются и у иттрия.

Нарастанию дисбаланса во многом способствуют ограничения, связанные с выполнением международных соглашений по климату. Так, чтобы поддерживать концентрацию С02 в атмосфере на уровне 450 ppm, необходимо развивать «зеленые» отрасли энергетики — ветровую, солнечную и др. По данным Массачузетского Технологического Института [8] для соответствующего развития производства ветрогенераторов и электродвигателей необходимо нарастить производство диспрозия в течение 25 лет на 2600 %. Даже сделав скидку на спекулятивную составляющую этого прогноза, можно заключить, что рост потребления диспрозия вызовет огромный избыток многих других РЗЭ.

Рассматривая баланс производства/потребления, Гшнейднер [5] пришел к заключению, что в начале второй декады XXI века был сбалансирован или близок к состоянию равновесия рынок лантана, празеодима, самария, европия, гадолиния, эрбия и иттрия. Избыточным было производство церия (по его оценке, в 2010 г.

утилизировалось только 43 % добываемого церия), гольмия, тулия, иттербия и лютеция. В прошедшей декаде ежегодное накопление нереализованного церия колебалось в пределах 10—19 тыс. т, в конце текущей — прогнозируется рост цериевого дисбаланса до 30 тыс. т/г. В то же время ситуация с остальными металлами: неодимом, тербием и диспрозием (основой производства высококоэрцитивных магнитов) — выглядела напряженной, склонной к ухудшению, принимая в расчет неуклонно растущее производство магнитных материалов. По другим оценкам, производство неодима отстает от потребностей, уже начиная с 2013 г. Наиболее дефицитными в 2016 г., по оценке Roskill Information Service Ltd., были неодим (5 т), европий (120—150 т) и диспрозий (900—1000 т). Если в период с 2017 по 2021 гг. ожидаемый рост потребления оксида неодима с 30 до 39 тыс. т может быть покрыт увеличением общей добычи редких земель примерно на 50 тыс. т, то прогнозируемый более интенсивный рост его потребления с 42 до 61 тыс. т в 2022— 2026 гг. потребует ее удвоения. В этой ситуации потенциал одного Китая окажется недостаточным.

Следует отметить, что существует и более оптимистический взгляд на баланс производства/потребления, по крайней мере, в части дефицита неодима, диспрозия, тербия и европия [9]. В этой работе с помощью диаграмм Сэнки предпринята попытка количественной оценки потоков РЗЭ в Европе в системе «добыча — переработка — потребление — рециклинг». Авторы справедливо отмечают подверженность своих перспективных оценок влиянию внешних факторов, что вскоре и нашло подтверждение в виде остановки проекта Норра Карр в Швеции (52 % среднетяжелой группы) из- за несогласия природоохранных органов и консервации крупнейшего в Европе разделительного производства на предприятии Solvay Group в Ля-Рошели по соображениям рентабельности в 2016 г. [10].

Анализ динамики структуры потребления РЗЭ показывает, что в настоящее время она достаточно вялая и не дает реальной надежды на появление новых объемных областей применения церия, способных повлиять на дисбаланс производства/потребления. Все инновации второй половины прошлого и нынешнего века приводили к росту потребления, в основном, РЗМ средней и тяжелой подгрупп наряду с неодимом и празеодимом. Непродуманное решение о недавнем возобновлении добычи бастнезита (98,6 % легких РЗЭ) привело компанию Моликорп к банкротству. Даже резкое увеличение спроса на неодим (25 тыс. т в 2011 г.) не очень существенно повлияло на решение проблемы дисбаланса. В то же время в производстве высококоэрцитивных магнитов в 2011 г. было использовано 1600 т диспрозия, что при ориентации на добычу и переработку бастнезита и монацита еще больше усиливает диспропорции в структуре производства/потребления. В свою очередь, крен в сторону увеличения добычи сырья, содержащего в основном иттриевые редкие земли, ведет к накоплению избытка гадолиния, гольмия, тулия, иттербия и лютеция. Наблюдаемый дисбаланс отражается и на цене отдельных востребованных лантаноидов, так как в нее закладываются издержки на добычу, производство и хранение невостребованных.

Поскольку возможности открытия крупных новых, сбалансированных по составу РЗЭ месторождений неопределенны и достаточно сомнительны, а дисбаланс структур производства и потребления РЗЭ налицо, в текущей литературе рассматриваются возможные способы выхода из сложившейся ситуации [3, 6, 7, 11, 12].

Предлагаются несколько подходов к решению проблемы дисбаланса редкоземельных металлов:

  • — усреднение состава концентрата смешиванием материалов из различных месторождений для приближения его к текущей структуре потребления и унификации дальнейшей переработки (вариант идеальный, но труднореализуемый);
  • — диверсификация, насколько возможно, редкоземельных ресурсов с вовлечением в переработку не только новых месторождений, но и апатита с его производными и красного шлама (более подробно — в следующей теме);
  • — рециклинг, интересный, прежде всего тем, что возвращает в производственную цепочку только востребованные РЗМ (проблемы рециклинга будут рассмотрены в соответствующей теме);
  • — замещение там, где это возможно;
  • — уменьшение потребления на основе новых инженерных решений;
  • — создание новых областей крупнотоннажного потребления избыточных РЗМ.

Последнее наиболее желательно для церия. Благодаря усилиям представителей разных отраслей науки, открываются новые области его применения. Так, компания Neo Performance Materials (бывшая структурная единица Моликорп) разработала и освоила производство цериевых соединений для процессов водоподготовки промышленного и гражданского применения и для очистки сточных вод птицефабрик. Коагулянты этой компании SorbX-100 и PhosFIX и более поздние разработки на основе СеС13 и LaCl3 — RE100 и RE300 в несколько раз эффективнее традиционных хлоридов алюминия и железа при очистке растворов от фосфатов (до уровня 0,07 мг/л и ниже), а быстро осаждающийся и не образующий взвесей фосфат редкоземельного металла компактен, легко удаляется и не представляет опасности для окружающей среды [13]. Разрабатываются, в том числе и в нашей стране, перспективные цериевые, в частности, цинк-цериевые, проточные редокс-аккуму- ляторы, представляющие собой электролитические ячейки с ио-

нообменными мембранами [14]. Они должны найти применение в высокоемких системах аккумулирования энергии, получаемой от быстро прогрессирующих альтернативных источников — солнечной и ветроэнергетики.

Прогнозируется развитие промотируемого оксидом церия электросинтеза органических соединений, такого, как алкоголь — альдегид и нафталин — 1,4 нафтохинон. В связи с ростом во всем мире количества опасных отходов органического происхождения расширяется применение процессов электрохимического окисления (деструкции) полихлорбензенов, диоксинов, тетрахлорэтилена и разнообразных хлорированных пестицидов и гербицидов с помощью цериевых катализаторов [15, 16], для повышения фотокаталитиче- ской активности диоксида титана [17]. Перспективна единственная пока действительно крупнотоннажная область потребления церия и лантана — добавки для стабилизации ПВХ, позволяющие использовать его при температурах выше 200 °С и под действием ультрафиолета [18, 19]. Ожидаемый дефицит неодима, празеодима, диспрозия и лантана предполагается отчасти покрывать за счет замены некоторой их доли церием, возможность которой обсуждается на последних международных конференциях по редким землям. По мнению китайских разработчиков, замена до 20 % Nd (Рг) церием или мишметаллом позволяет сохранить характеристики магнитов на приемлемом уровне. Обнадеживают и результаты частичной замены лантана церием в производстве катализаторов [20].

Еще одним способом избежать или существенно понизить негативное влияние проблемы дисбаланса на развитие редкоземельной отрасли является освоение современных высокотехнологичных методов разделения РЗЭ, таких как молекулярное распознавание (MRT) или электрофорез в потоке (FFE), позволяющих селективно извлекать необходимые элементы из раствора, не используя при этом традиционные многостадийные приемы полного разделения их смесей. Подробнее об этих методах — в разделе, посвященном новым подходам к технологии разделения РЗЭ.

В настоящее время проблема баланса широко обсуждается специалистами. Высказано мнение о том, что проблема нехватки РЗ сырья в мире мнимая. Реальная проблема — отсутствие целостной производственной цепочки от сырья до потребительской продукции где-либо, кроме Китая, и готовности создать ее [21]. Финансовые риски при создании такой сложной и взаимозависимой структуры намного выше, чем при инвестиции в развитие сырьевой базы и не под силу отдельным компаниям и даже государствам. Решение проблемы видится автору в международной кооперации с обязательным участием компаний, потребляющих сопутствующие тяжелым редким землям радиоактивные элементы, что позволит улучшить экономику проекта. Очевидно, что взаимное недоверие, эгоизм и национальные ограничения, наподобие Metals Act, принятый в 2017 г. в США, будут препятствовать осуществлению этого, безусловно, интересного предложения, направленного на создание устойчивого рынка редкоземельной продукции. Более того, министерство обороны и министерство энергетики США предпринимают в настоящее время значительные усилия для создания полной производственной цепочки от сырья до конечной продукции на основе РЗМ на собственной территории и на основе местного сырья. В результате остальной мир в поставках редкоземельной продукции должен будет выбирать между зависимостью от Китая либо от США.

Возвращаясь к проблеме баланса производства/потребления РЗЭ в нашей стране нужно отметить, что при нынешнем уровне обеих составляющих она не представляется сколько-нибудь острой по причине их малой величины. Нелепость ситуации, когда практически весь лопаритовый концентрат Ловозерского ГОКа (около 2500 т по сумме РЗЭ), обесторенный и переработанный в коллективный концентрат карбонатов или оксидов, отправляется на экспорт, а необходимая промышленности редкоземельная продукция импортируется, очевидна. На ее преодоление направлена специальная государственная программа, однако, ее содержание и ход выполнения вызывают серьезную критику практиков и научного сообщества. С большим опозданием приходит понимание того, что проблема редких земель в нашей стране в настоящее время заключается не в отсутствии источников сырья или технологий его переработки, а в отсутствии перерабатывающих мощностей в завершающей стадии технологической цепочки (разделение, очистка, производство металлов и сплавов) и, что не менее важно, в организации сбыта всех содержащихся в них полезных компонентов [22]. Автор справедливо отмечает, что, кроме решения этой важной задачи, требуется расширить внутреннее потребление редких земель, для чего необходимо создание не только перерабатывающих мощностей, но и производств, выпускающих потребительскую продукцию на основе РЗЭ. Экономическую целесообразность такого шага хорошо иллюстрирует рис. 3.1. Очевидно, что без регулирующей, законотворческой и финансовой поддержки государства решение этой задачи сопряжено с большими издержками, потерей времени или вообще обречено на провал.

Эту позицию разделяют авторы работы [24], рассматривающие положение дел в области производства редкоземельных магнитов. Они справедливо считают, что с нынешним уровнем потребления (в РФ в 2016 г. — 350 т, включая импорт готовых магнитов, при мировом потреблении более 60 тыс. т) инвестирование в развитие добычи и переработки РЗМ теряет коммерческую привлекательность. Важно отметить, что редкоземельные магниты мы все-таки используем, но в составе конечной потребительской продукции.

Так, на рынке электродвигателей, где они находят широкое применение, доля импортной продукции в настоящее время составляет 96 %. В полной мере это относится ко всей бытовой и компьютерной технике. Поэтому крен в сторону добычи и переработки редкоземельного сырья в программах развития промышленности при низких темпах создания высокотехнологичных отраслей производства конечной продукции грозит обернуться новыми проблемами в части сбыта продуктов промежуточных переделов и не решает задачи импортозамещения.

/. Изменение стоимости редкоземельной продукции по мере увеличения глубины ее переработки, относительные единицы [23]

Рис. 3. /. Изменение стоимости редкоземельной продукции по мере увеличения глубины ее переработки, относительные единицы [23]

События последнего времени наглядно показали оборотную сторону прогресса в создании разветвленных систем управления — уязвимость важнейших государственных структур от постороннего вмешательства. Поэтому задача создания собственных вертикально интегрированных производств высокотехнологичной продукции на основе редкоземельных элементов перестала быть только экономической, от ее решения зависит безопасность государства. Согласно [25], сегодняшняя структура потребления РЗЭ в стране по отраслям (средние цифры за 2010—2015 гг.) существенно отличается от общемировой, %: производство стекла — 40; катализаторы — 38; металлургия — 14,5; магниты — 3,5; остальное, включая производство кристаллов, потребности атомной энергетики, люминофоры и прочее — 4. Соответственно выглядит и распределение в потреблении отдельных РЗЭ, %: La — 28; Се — 57; Nd — 9; Y — 3 и примерно по 1 % — Pr, Sm, Gd, Dy и Ег. Эта довольно архаичная структура отражает слабое развитие высокотехнологичных производств, сильную зависимость от импорта потребительской продукции и нуждается в коренной перестройке. Очевидно, что следование провозглашенному курсу на импортозамещение потребует увеличения доли, прежде всего, критических РЗЭ — Nd, Pr, Eu, ТЬ, Dy и Y, а учитывая потребности атомной энергетики, еще Gd и Ег.

Сравнение всех рассматриваемых отечественных источников редкоземельного сырья показывает значительное их различие в реальной доступности (геологическая изученность, местоположение и инфраструктура), размере запасов, вещественном и химическом составе, включая радиоактивность, соотношении дефицитных на мировом рынке и труднореализуемых элементов. Существенны различия и в степени технологической готовности к переработке этих видов сырья до стадии глубокого разделения и очистки.

Учитывая эти соображения, имеет смысл дифференцированно подходить к решению краткосрочных и долгосрочных задач в области химической технологии и металлургии редкоземельных металлов в Российской Федерации. Текущая экономическая ситуация в стране, резкое улучшение которой, согласно прогнозам, маловероятно в течение ближайших лет, не благоприятствует быстрой реализации проектов, связанных с созданием горно-промышленных комплексов, тем более в районах, не имеющих развитой инфраструктуры. Таким образом, в настоящее время мы можем реально рассчитывать только на производственный потенциал компании Скайград (существующие 130 т/г и в перспективе 500 т/г РЗО из плава хлоридов СМ3) и ОАО «Акрон» (200 т/г РЗО). К этому можно условно добавить возможности законсервированной установки в ФосАгро-Череповец. В табл. 3.8 представлены теоретически возможные количества РЗО, которые способны обеспечить имеющиеся в РФ производственные мощности. В реальности, с учетом извлечения, приведенные цифры следует уменьшить на 10—15 %.

Таблица 3.8

Теоретически возможный производственный потенциал РФ (тонны РЗО в год).

Оксиды

Скайград

Акрон

Скайград + Акрон

Череповец

130

500

200

130

500

12

La

33

125

47

80

172

1,5

Се

69,5

266

81

150,5

347

4,4

Рг

7,5

30

9

16,5

39

0,6

Nd

18

71

45

63

116

2,8

Sm

4,5

5

6,1

9,5

0,4

Dy

0,1

0,4

1,2

1,3

1,6

0,3

Eu + Gd + Tb

0,5

2,1

4

4,5

6,1

0,6

Er

0,02

од

0,6

0,6

0,7

од

Y

7

7

7

1,2

I РЗО

330

700

Реальные потребности РФ в редкоземельной продукции еще невелики и даже по оптимистическому сценарию на 2020 г. не превышают 12—15 тыс. т. Согласно более поздним и несомненно более реалистичным оценкам [25] в 2020 г. даже с учетом потребностей ВПК будет потреблено около 3 тыс. т в пересчете на оксиды. Однако даже такие скромные потребности не могут быть удовлетворены за счет существующих и даже перспективных мощностей. В то же время, по оценке ВИМСа [26], только при сернокислотной переработке апатита можно извлекать до 28—34 тыс. т/год редких земель.

К настоящему времени усилиями ряда исследовательских групп достаточно далеко продвинулись разработки по извлечению редких земель из продуктов и отходов переработки хибинского апатита — фосфогипса и экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК). Сегодня продукты переработки апатита являются хорошей кратко- и среднесрочной альтернативой расширению рудной базы. Безусловно, в перспективе такое расширение необходимо, но дальнейшие шаги нужно увязывать со стимулированием роста внутренних потребностей и реальными, а не гипотетическими возможностями экспорта. В экстракционной фосфорной кислоте дигидратного процесса доля индивидуальных РЗЭ в их сумме составляет, мае. %: La203 — 14,1; Се02 — 26,7; Рг6Оп — 3,9; Nd203 — 24,8; Sm203 — 4,0; Eu203 — 1,0; Gd203 — 4,3; Dy203 — 2,3; Ho203 — 0,7; Y203 — 18,2, а общее содержание всех редких земель — 0,1—0,12 %, что вполне сопоставимо с содержанием их в ионно-адсорбционных глинах Китая как по общему количеству, так во многом и по компонентному составу.

В ЭФК содержание тяжелых РЗЭ составляет не менее 20 % и в отличие от ионных глин они уже находятся в растворе, что исключает капитальные и эксплуатационные затраты на выщелачивание. Кроме того, производство 1 т редких земель из ионных глин сопровождается получением 2000 т отходов с необходимостью затрат на их утилизацию.

Спектр редких земель в ЭФК безусловно выигрывает в сравнении с составом фосфогипса, мае. %: La203 — 20,5; Се02 — 45,9; РгбОц 5,1; Nd203 17,0; Sm203 2,3; Eu203 0,6; Gd203 1,8;

Dy203 — 0,9; Ho203 — 0,1; Y203 — 3,5, хотя только накопленные его запасы представляют собой настоящие техногенные месторождения, способные обеспечить производство на десятилетия вперед [27]. Кроме того, к преимуществам ЭФК перед фосфогипсом следует отнести практически отсутствие отходов переработки, нахождение РЗЭ в ионной форме в растворе, затраты на получение которого уже отнесены на основное производство. После извлечения РЗЭ экстракционная фосфорная кислота возвращается в технологическую цепочку получения фосфорных удобрений.

Наконец, нет необходимости решать проблему рентабельного производства и сбыта миллионов тонн стройматериалов. Наличие у производителей фосфорных удобрений типового химического оборудования, опыта его эксплуатации, обученного персонала, безусловно, облегчает промышленное освоение предлагаемого разработчиками и успешно опробованного в промышленности технологического процесса [28]. По нашим оценкам, одно только ОАО «ФосАгро АГ» в состоянии извлекать из ЭФК более 250 т неодима и празеодима, 10 т европия, 40 т гадолиния, 5 т тербия, 20 т диспрозия, 5 т эрбия и более 150 т иттрия, ежегодно безвозвратно теряющихся вместе с фосфорными удобрениями [6].

В совокупности с неодимом и празеодимом (еще 500 т/г при нынешнем уровне добычи), лантаном и церием из лопарита эти количества полностью решают все кратко- и среднесрочные потребности страны в редких землях [25]. И, конечно, создание полной цепочки производства редкоземельной продукции невозможно без разделительных каскадов, обеспечивающих получение индивидуальных РЗЭ необходимой степени чистоты.

Представляется, что подобное масштабное производство, созданное при существенной поддержке государства, могло бы централизовано осуществлять переработку коллективных концентратов РЗЭ, полученных при переработке сырья из различных источников, включая отходы производства и вторичное сырье. Интерес государства здесь заключается еще и в возможности контроля «серого экспорта», с чем столкнулся Китай, сначала создавший для этого благоприятные условия, а теперь с трудом преодолевающий последствия этого шага. Еще совсем недавно нелегальный экспорт редкоземельной продукции из Китая, осуществляемый мелкими производителями, по разным оценкам, составлял от четверти до трети его общего количества.

В целом же при оценке предпочтительности освоения того или иного источника сырья имеет смысл принять во внимание несколько тезисов, высказанных известным экспертом в области производства редких металлов и стратегически важных материалов Дж. Лиф- тоном [29]:

  • — какие именно РЗЭ нужно извлечь из сырья и какие (из не имеющих сбыта) придется извлечь с целью получения востребованных;
  • — в какой форме они нужны рынку;
  • — каков для них рынок сегодня и в будущем;
  • — какой технологический процесс производства этих форм РЗЭ должен быть освоен и поддерживаться на предприятии, обеспечивая его рентабельность;
  • — каков ценовой прогноз этих продуктов сегодня и на годы вперед;
  • — насколько прибыльно для компании производство планируемого масштаба при нынешних и прогнозируемых ценах;
  • — хорошо ли известны или просто понятны подходы ко всем технологиям, необходимым для вывода продуктов на рынки. Используются ли они на практике и применимы ли к сырью данного месторождения;
  • — есть ли у компании партнеры в случае необходимости выполнения разработок на стороне;
  • — если да, то есть ли в компании квалифицированный сотрудник, способный найти и организовать такое партнерство и руководить проектом;
  • — имеет ли рассматриваемое предприятие время, требующееся новому поставщику, чтобы быть опробованным рынком, особенно, если выбранный сегмент рынка находится в нижней части продуктов (требующих извлечения, разделения, очистки)?

Библиографический список

  • 1. URL: http://www.argusmedia.jp/—/media/files/pdfs/regional- specific/ip/downloads/argus-metal-pages-forum082016-rareearths. pdf?la=en.
  • 2. Alonso, E., Sherman, A. M., Wallington, T. J. et al. (2012). Evaluating rare earth element availability: A case with revolutionary demand from clean technologies. Environ. Sci. andTechnol. Vol. 46, 3406—3414.
  • 3. Binnemans, K., Jones, P. T. (2015). Rare Earths and the Balance Problem. J. Sustain. Metall. Vol. 1, 29—38.
  • 4. Разработка промышленной технологии переработки руд месторождения Томтор / Г. Сарычев [и др.] // Сб. мат. конф. РЗМ и РМ. — 2017. — Москва, 2017. — С. 108—117.
  • 5. Gschneidner, К. A., Jr. (2011). The Rare Earth Crisis — The Supply / Demand Situation for 2010—2015. Material Matters. Vol. 6. № 2, 32—37.
  • 6. Глущенко, Ю. Г. Пути развития редкоземельной отрасли Российской Федерации / Ю. Г. Глущенко, А. В. Нечаев, Е. Г. Поляков // Химическая технология. — 2016. — Т. 17. — № 10. — С. 453—459.
  • 7. Binnemans, К., Jones, Р. Г., Van Acker, К. et al. (2013). Rare-earth economics: the balance problem. JOM. Vol. 65. Is.7, 846—848.
  • 8. URL: http://web.mit.edu/12.000/www/m2016/finalwebsite/ problems/ree.html.
  • 9. Rollat, A., Guyonnet, D., Planchon, M., Tuduri, J. (2016). Prospective analysis of the flows of certain rare earths in Europe at the 2020 horizon. Waste Management. Vol.49, 427—436.
  • 10. Pellegrini, M., Godlewska, L., Millet, P. (2017). EU potential in the field of rare earth elements and policy actions. Abstr. ERES 2017. Santorini, Greece, 12—15.
  • 11. Elshkaki, A., Graedel, T. E. (2014). Dysprosium, the balance problem, and wind power technology. Appl. Energy. Vol. 136, 548—559.
  • 12. Рациональный подход к переработке церийсодержащего сырья / А. В. Нечаев [и др.] // Химическая технология. — 2015. — Т. 16. — № 9. — С. 535—539.
  • 13. URL: https://neowatertreatment.com/wp-content/uploads/ 2017/09/RE_Technology_Chemistry_in_Wastewater.pdf.
  • 14. Leung, Р. К., Ponce-de-Leon, С., Low, С. Т J. et al. (2011). Characterization of a zinc-cerium flow battery. J. Power Sources. Vol. 196, 5174—5185.
  • 15. Balaji, S., Chung, S. J., Ryu, J. Y., Moon, I. S. (2009). Destruction of commercial pesticides by cerium redox couple mediated electrochemical oxidation process in continuous feed mode. J. Hazard Mater. Vol. 172, 1470—1475.
  • 16. Kokovkin, V. V., Chung, S. J., Balaji, S. et al. (2007). Electrochemical cell current requirements for toxic organic waste destruction in Се(IV)-mediated electrochemical oxidation process. Korean J. Chem. Eng. Vol. 24, 749—756.
  • 17. Kozlova, E. A., Korobkina, T. P, Vorontsov, A. V. (2009). Overall water splitting over Pt/TiO, Catalyst with Ce3+/Ce4+ shuttle charge transfer system. Int. J. Hydrogen Energy. Vol. 34, 138—146.
  • 18. Jiang, Z. Y., Li, M., Liu, Z. G., et al. (2013). Influence of rare-earth thermal stabilizers on polyvinyl chloride. Plast Res Online, doi: 10.2417/ spepro.004600.
  • 19. Li, M., Jiang, Z. Y., Liu, Z. G. et al. (2013). Effect of lanthanum cyanurate as novel organic thermal stabilizers for polyvinyl chloride. Polym. Eng. Sci. Vol.53, 1706—1711.
  • 20. Castilloux, R. (2017). New mines and intra-lanthanide substitutions are key to a sustainable rare earth supply chain. Abstr. ERES 2017. Santorini, Greece, 18—21.
  • 21. Kennedy, J. (2017). Resource abundance & establishing a multinational rare earth value chain. Abstr. ERES 2017. Santorini, Greece, 250—251.
  • 22. Димухамедов, P. P. Проблематика добычи редкоземельных металлов: экономический аспект / Р. Р. Димухамедов // Сб. мат. конф. РЗМ и РМ — 2017. — Москва, 2017. — С. 73—75.
  • 23. URL: http://unctad.org/en/PublicationsLibrary/suc2014dl_ en.pdf.
  • 24. Буряков, И. Н. Реализация подпограммы «Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов» как определяющий фактор роста отечественного производства постоянных магнитов / И. Н. Буряков, С. С. Дроздов, К. Л. Сергеев // Сб. мат. конф. РЗМ и РМ — 2017. — Москва, 2017. — С. 250—253.
  • 25. Обзор рынка редкоземельных элементов (металлов) в СНГ и мире. — Москва : ИГ «Инфомайн», июль 2016.
  • 26. Бъосовский, Л. 3. Реальные сырьевые источники редкоземельного сырья / Л. 3. Быховский, С. И. Ануфриева, Л. П. Тигунов // Тез. докл. конф. «Актуальные вопросы получения и применения РЗМ».—Москва, 2017. — С. 33—38.
  • 27. Локшин, Э. П. Разработка технологий извлечения редкоземельных элементов при сернокислотной переработке хибинского апатитового концентрата на минеральные удобрения / Э. П. Локшин, О. А. Тареева. — Апатиты : КНЦ РАН, 2015.
  • 28. Процесс извлечения РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты в ОАО «ФосАгро-Череповец» / А. С. Сибилев [и др.] // Химическая технология. — 2015. — Т. 16. — № 4. — С. 201—205.
  • 29. Lifton, J. (2015).The Global Technology Metals Markets. A Conference Primer. Investorintel, Aug, 16.

Тема 4

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >