Оценка использования продуктов РЗМ

Само словосочетание «редкие элементы» достаточно условное и используется с той поры, когда большая часть элементов этой группы была действительно редкой как по нахождению в недрах, так и по применению в промышленности. За последние десятилетия в группе «редких» побывало более 50 известных на сегодняшний день химических элементов. Сравнительно недавно к ним относились титан, ванадий, вольфрам, молибден, олово и даже инертные газы, что сейчас воспринимается разве что с улыбкой. В настоящее время к «редким элементам» относится 35 элементов, включающих группу редких металлов (литий, бериллий, цирконий, тантал, ниобий и др.) и группу редких земель (лантаноиды, иттрий и скандий).

Сегодня без них не осуществимы практически все ресурсо и энергосберегающие технологии. Многие редкие металлы, долгое время не находившие применения, в настоящее время дали жизнь таким областям современной промышленности, науки и техники, как солнечная энергетика, сверхскоростной транспорт на магнитной подушке, инфракрасная оптика, оптоволоконная электроника, лазеры, ЭВМ последних поколений.

Читайте также:

  • Как образовались редкоземельные элементы?
  • Динамика цен на РЗМ в 2012
  • Обзор рынка РЗМ 2011
  • Обзор рынка РЗМ 2012
  • Редкоземельные элементы (РЗЭ)
  • Редкоземельные шахматы Китая
  • Получение и основные источники РЗЭ
  • Уникальные результаты применения редких элементов, разработанные и апробированные в Китае и Казахстане, с разным подходом обещают революцию в сельскохозяйственной области. Китайские разработчики предусматривают применение комплекса редкоземельных элементов для повышения продуктивности урожаев, тогда как исследованиями установлено, что применение малых доз одного только редкого металла неодима повышает урожайность продовольственных культур до 65%.

    Используя низколегированные стали, содержащие 0,03 – 0,07% ниобия и 0,01 – 0,1% ванадия, можно на 30 – 40% снизить вес конструкций при строительстве автомобилей, самолетов, мостов, многоэтажных зданий, газо и нефтепроводов, геологоразведочного бурового оборудования и увеличить срок их службы в 2-3 раза. Это весьма актуально при строительстве нефте и газопроводов в сложных природных и климатических условиях и в агрессивных средах (дно Балтийского и Чёрного морей), а также при строительстве нефте- и газодобывающих платформ для добычи углеводородов на шельфе. Все это обусловливает в самом ближайшем будущем кардинальный рост потребности в редких элементах.

    На мировом рынке до недавнего времени редкие элементы цериевой группы (легкие лантаноиды) характеризовались парадоксально низкими ценами и незначительными объёмами, определяемыми существующей мировой сырьевой базой (Китай). На данный момент Китай занял ключевое место на мировом рынке РЗЭ и взвинтил цена до небес. В то же время элементы другой группы скандий и иттриевые редкоземельные элементы всегда имеют чрезвычайно высокую стоимость, что объективно сдерживает их потребление и не позволяет использовать в новых отраслях народного хозяйства, где они более чем необходимы.

    Потребление редких элементов на тонну стали считать и на душу населения – это своеобразный показатель промышленной развитости государства. В большинстве развивающихся стран (в том числе и в России) этот показатель отстаёт от промышленно развитых стран в несколько раз, а по некоторым металлам – на порядок.

    В 80-х годах ХХ в. Советский Союз стал значительно отставать от развитых стран по валовому потреблению ниобия, тантала и циркония. Львиная доля добываемых редких металлов шла на оборонную промышленность, а на народное хозяйство приходились лишь крохи. В дальнейшем эта тенденция только усугублялась. После развала СССР единая редкометаллическая промышленность распалась и оказалась в разных государствах (Казахстан, Россия, Эстония). В результате были разорваны экономические связи, которые сейчас уже не могут быть восстановлены в прежнем виде.

    Таким образом, промышленность России характеризуется низкой насыщенностью рынка редкими элементами. Кардинальное изменение создавшегося положения возможно при вводе в эксплуатацию новых уникальных объектов мирового уровня, способных удовлетворить любые потребности рынка.

    Нахождение РЗМ в природе

    В природе редкие элементы встречаются в нескольких генетических типах: пегматитовые (тантал, бериллий, литий, ниобий), прибрежно-морские россыпи (цирконий, церий, лантан), а также такие экзотические типы, как ископаемые скопления костных рыбных остатков (скандий, иттрий). Но, всё же, главным типом руд редких элементов являются карбонатитовые месторождения и коры выветривания под ними. Все известные уникальные скопления редких элементов приурочены именно к массивам щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов, являющихся лидерами по их запасам.

    Естественные концентрации редких элементов значительно варьируют и измеряются от первых граммов на тонну (скандий), тысячных и сотых долей (тантал), до десятых долей процентов (ниобий, церий, лантан). Концентрации, представляющие промышленный интерес, в несколько раз или на порядок выше.

    Запасы РЗМ в России

    Россия обладает колоссальной минеральной базой редких элементов, которая сосредоточена преимущественно в северных и восточных регионах страны. Маймеча-Котуйская, Восточно-Саянская, Сете-Дабанская, Уджинская и Кольская провинции щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов составляют колоссальную сырьевую базу железа, фосфора и редких элементов.

    Выявленный в 1959 г. новый массив Томтор расположен на 71-м градусе Северной широты, среди девственных красот лесотундровой полосы Якутии. Климат здесь характеризуется долгой полярной зимой (с сентября по май, причём три месяца с ноября по январь вообще без солнечного света) и нестабильно жарким летом (июнь – август).

    В 70 80-е гг. прошлого века в пределах этого массива ленинградскими геологами были установлены значительные скопления железа, фосфора и редких элементов, приуроченных к карбонатитам ядра и их корам выветривания. Первая геологоэкономическая оценка нового объекта, выполненная вначале 80-х  годов ХХ в. сотрудниками Научно-исследовательского института геологии Арктики и Антарктики, несмотря на значительные прогнозные ресурсы из-за неблагоприятного местоположения массива, давала лишь призрачные надежды на его освоение в неопределённом будущем.

    Однако при поисково-оценочных работах на массиве Томтор в середине 80-х годов (ПГО «Якутскгеология») были выявлены неизвестные ранее пирохлормонацит-крандаллитовые руды с колоссальными запасами и уникальными параметрами рудоносности, кардинальным образом изменившие отношение к месторождению. Подобные объекты исключительно редки и могут быть сопоставимы с самыми уникальными месторождениями мира: Виттватерсранд или Сухой лог (золото), Чукикамата (медь) и Норильская группа (медно-никелевые руды с платиноидами).

    Месторождение Томтор

    Томторское комплексное редкометальное месторождение находится на северо-западе Республики Саха (Якутия) Российской Федерации, в пределах Оленекского улуса, в 400 км к югу от побережья моря Лаптевых, на водоразделе рек Уджа и Чима-ра.
    Географические координаты центра месторождения: 71°02′ северной широты, 116°33′ восточной долготы.
    Месторождение расположено на слабовсхолмленной равнине с абсолютными отметками от 75 до 259 м и относительными превышениями до 80 метров.
    Речная сеть в районе представлена реками Анабар, Оленек и их притоками, имеющими равнинный характер.
    Основным водотоком в районе месторождения является приток реки Унжа -речка Онкучах в ее верхнем течении. Непосредственно на территории участка Буранный протекает приток р. Онкучах – ручей Поманисточка. Ледостав на речках и ручьях начинается в середине сентября, вскрытие рек происходит в конце мая – начале июня. Качество вод практически во всех водотоках района позволяет использовать их без ограничения в питьевых и технических целях.
    На западе и востоке района находится несколько крупных озер (до 2 км) пригодных для посадки зимой и ранней весной самолетов АН-2 на лыжах для доставки грузов.
    Климат района резко континентальный с холодной продолжительной зимой и коротким (2-2,5 месяца) летом . Температура воздуха колеблется от минус 40-50°С зимой и до + 13°С летом. Снежный покров сохраняется с середины сентября и до середины июня. Годовое количество осадков не превышает 300 мм. Основная масса осадков приходится на весенний и летний периоды. Многолетнемерзлые породы развиты в пределах района на глубину до 750 метров, непосредственно в пределах месторождения от 165 до 414 м. Сезонное оттаивание почвы не превышает 2 м на склонах южной экспозиции (в среднем же оно не превышает 0,3-0,5 м) к концу августа.
    Коренное население в районе месторождения отсутствует.
    Ближайший населенный пункт поселок Эбелях прииска «Анабар», расположенный на р. Анабар в 3 км выше устья р. Эбелях находится в 110 км к западу от месторождения (по бездорожью). Поселок имеет аэропорт, принимающий круглогодично самолеты АН-2, вертолеты МИ-8. Население поселка около 800 человек.
    В 320 км к западу от месторождения расположен административный центр Оленекского улуса наслег Оленек, в 120 км к юго-западу, на р. Малая Куонапка, наслег Жилинда (Оленекского улуса), в 140 км к северо-западу – центр Анабарского улуса – наслег Саскылах. Аэропорт наслега Саскылах практически круглогодично принимает самолеты АН-24, АН-26, АН-2 и вертолеты. Во всех населенных пунктах имеются почта, магазины.
    В навигационный период доставка ГСМ и стройматериалов осуществляется от ближайшей железнодорожной станции Усть-Кут (Осетрово) по р. Лена до г. Тикси, затем лихтерами и танкерами по морю Лаптевых и р. Анабар до входной базы (наслег Юрюнг-Хая), расположенной в 105 км севернее наслега Саскылах. Оттуда грузы доставляются автозимником протяженностью 351 км до поселка Эбелях.
    Другие грузы, снаряжение и продовольственные товары доставляются от железнодорожной станции Усть-Кут водным транспортом по р. Лене до г. Ленска (1179 км), далее автотранспортом через г. Мирный до пос. Удачный (834 км) по круглогодично действующей автодороге.
    Доставка грузов от Удачного до поселка Эбелях осуществляется по автозимнику, протяженностью 724 км. В зимнее время возможна разовая доставка грузов по бездорожью с использованием малозалесенных долин ручьев и рек. Расстояние от месторождения до поселка Збелях по зимним дорогам составляет 177 км. Кроме того, круглогодичная доставка грузов и персонала осуществляется авиатранспортом из г. Мирного до поселка Эбелях (995 км).
    С 1997 на прииске «Анабар» введена в эксплуатацию сезонная обогатительная фабрика № 13 АК «АЛРОСА», которая перерабатывает алмазоносные «пески» детально разведанных россыпей Эбеляхского алмазоносного района.
    Промышленных месторождений редких элементов в районе помимо Томторского не выявлено, известны месторождения углей, стройматериалов и бутового камня (известняков, долеритов, кирпичных глин, песчано-гравийных смесей, часть из которых используется для отсыпки дорог и строительных площадок).
    Источниками энергоснабжения в районе месторождения являются дизельные электростанции, работающие исключительно на привозном топливе.

    По составу в рудах массива Томтор выделяются две разновидности: пирохлор-монацит-крандаллитовые, слагающие центральную часть залежи Буранного участка, и высококремнистые каолинит-крандаллитовые руды, слагающие фланги основной залежи и прослои внутри неё. Руда представляет собой смесь пирохлорового, монацитового и крандаллитового концентратов. Минералы группы крандаллита – это, помимо собственно крандаллита (кальциевого фосфата алюминия), три фосфата алюминия и стронция (гояцит), бария (горсейксит) и редких земель (флоренсит). Основную ценность представляют руды пирохлор-монацит-крандаллитового состава.

    Практическая значимость нового типа руд определяется набором, колоссальными запасами и уникальными концентрациями Nb, Y, Sc, TR( здесь и далее по тексту TR – редкоземельные элементы). Подсчёт запасов выполнен по кондициям, утверждённым государственной комиссией по запасам. Объём кондиционных руд участка Буранный, подсчитанный по бортовому содержанию Nb2O5 1%, составляет колоссальную цифру 42,7 млн. т. На государственный баланс поставлены запасы нового геолого-промышленного типа по категориям В+С , предназначенные для открытой отработки по бортовому содержанию Nb2O5 3,5% и предельном коэффициенте вскрыши 3,5 м /м3 в объёме около 1,2 млн.т.

    Содержания в балансовых рудах составляют: Nb2O5 6,71%, Y2O3 0,595%; Sc2O3 0,048%, TR2O3 9,53%. Руды участка первоочередной отработки при планировавшихся незначительных объёмах добычи хватит более чем на 100 лет эксплуатации при окупаемости основных фондов предприятия от 4 до 7 лет. Таким образом, на сегодняшний день Томторское месторождение по праву является лидером среди редкометалльных гигантов. По запасам и концентрациям Nb2O5 и TR2O3 , оно превышает все известные мировые аналоги и является уникальным. Так, месторождение Араша (Бразилия), дающее более 80% мировой добычи ниобия, содержит руды с концентрациями 2,5% Nb2O5 , а в крупнейшем редкоземельном месторождении Баюнь Обо (Китай), редкоземельной продукцией которого на 97% заполнен мировой рынок, содержатся руды с концентрациями TR2O3 около 10%.

    Пирохлор-монацит-крандаллитовые руды Томторского месторождения являются весьма сложным объектом для механического обогащения. Предпринятые ранее попытки механического обогащения различных сортов руды этого месторождения не увенчались успехом.

    Для нового типа руд принята гидрометаллургическая схема обогащения, которая обеспечивает получение кондиционных концентратов при высоком извлечении полезных компонентов. Разработанные схемы переработки предусматривают двухстадийную схему вскрытия руды: щелочное её разложение с выведением Р2О5 и последующее солянокислое вскрытие с хлорированием твёрдого остатка и экстракцией TR2O3. Альтернативной является сернокислотная обработка исходной руды.

    Лабораторные исследования позволили разработать технологический регламент, согласно которому из руды возможно получение 10 товарных продуктов, имеющих свою цену на мировом рынке:

    • технического пентаоксида ниобия, 95%;
    • диоксида титана (пигментного), 99,9%;
    • оксида скандия, 99,9%;
    • оксида европия, 99,99%;
    • оксида церия, 99,9%;
    • оксида неодима, 99,9%;
    • оксида иттрия, 99,9%;
    • оксида самария, 96%;
    • оксида лантана, 99,99%;
    • оксида празеодима, 96%.

    Щелочной алюминатный раствор, соединения бария и стронция, соляная кислота, хлорид алюминия и тринатрийфосфат также относятся к продуктам производства, поскольку они участвуют в технологическом процессе. Таким образом, разработанной схемой переработки руды достигается комплексная и глубокая её переработка с максимально полным использованием компонентов.

    Рентабельность разработки Томтора

    Геолого-экономическая оценка месторождения является сложнейшей задачей и обусловлена уникальными по количеству и качеству запасами руд, неопределённостью реального спроса на товарную продукцию и волатильностью на неё цен в России, а также достаточно высокими ценами товарной продукции на мировом рынке.

    Стоимость товарной продукции в 1 т руды варьирует по нашим реалистичным данным от 4 до 8 тыс. долл. Запасы руды в контурах карьера первоочередной отработки составляют около 1200 тыс. т при содержании Nb2O5 – 6,71%, Y2O3 -0,595%, Sc2O3 – 0,048%, TR2O3 – 9,53. Небольшая глубина залегания пласта в блоке первой очереди (15 м) и мощность руды 12 м обусловливают возможность её добычи открытым способом. Срок отработки блока составит 8,5 лет при окупаемости основных фондов предприятия (при различных подсчётах) около 3 лет.

    Несмотря на резкие колебания и даже некоторое снижение к настоящему времени стоимости некоторых редкоземельных элементов, цены на главные продукты, составляющие более 60% (а на 2010 г. более 80%) стоимости получаемой товарной продукции (ниобий, скандий, празеодим и европий), существенно выросли здесь. Приведённые материалы дают основание утверждать, что уникальному Томторскому месторождению в ближайшем будущем нет альтернативы. Предприятие, которое начнёт его разработку, может рассчитывать не только на многолетнее прибыльное производство, но и в течение ближайшего десятилетия гарантированно может стать монополистом на рынке редких элементов всего СНГ. Этот проект, на наш взгляд, как нельзя кстати подходит для программы интенсификации и инновационного развития народного хозяйства России. Необходимость отработки этого месторождения очевидна по следующим объективным причинам:
    1) в непосредственной близости от него разведаны и успешно отрабатываются алмазные россыпи, месторождения углеводородов, углей и стройматериалов;
    2) вовлечение в промышленную обработку Томтора благоприятно отразится на экономике заполярных улусов и всей Якутии;
    3) эксплуатация этого месторождения сделает нашу страну серьезным конкурентом по поставке редких элементов на рынок всего мира.

    Экологические риски разработки Томтора

    Томторские руды радиоактивны, что обусловлено наличием урана и тория. Концентрация первого составляет 0,0018 – 0,0892%, второго: 0,0191 – 0,3044%, эквивалент содержания Ra 0,0302 – 0,4656%. По результатам экологических наблюдений, радиоактивность на поверхности Томторского массива изменяется от 2 до 22 мкр/ч и имеет природное происхождение, свидетельствующее об отсутствии техногенного заражения почв радионуклидами при проведении поисков и разведки.

    Поскольку большинство химических элементов руды являются инертными водными мигрантами и присутствуют в виде нерастворимых в воде минеральных соединений, миграция их возможна лишь во взвешенном состоянии в период паводков. Экологически опасными в рудах могут быть повышенные концентрации цинка, стронция, бария и тория. Особую опасность при разработке месторождения представляет заражение поверхностного слоя почв химическими элементами с повышенными токсичными и радиоактивными свойствами (Th, U, Tl, Rb, Cs, Sr), содержащимися в руде. Для предотвращения попадания их в водотоки и рассеивания должны быть приняты меры повышенной безопасности при затаривании контейнеров, а складирование сохранных отвалов необходимо производить в естественные участки рельефа.

    Опасность загрязнения окружающей природы токсичными радиоактивными элементами и тяжёлыми металлами связана только с эоловым разносом минеральных частиц из карьера и из отвалов забалансовых руд. В течение года в районе преобладают субмеридиональные направления ветров, что, несомненно, должно учитываться при разработке будущего карьера. Решение этих проблем может снять все препятствия для более масштабной отработки месторождения.

    Проектируемая мощность карьера составляет от 10 до 200 тыс. т сухой руды в год. Карьер размером 200 х 400 м и глубиной 40 м создаст в породах прибортовую зону, в той или иной мере затронутую горно – добычными работами, объёмом не более 1 млн.м . Это небольшие объёмы по сравнению с ныне действующими в регионе и динамично развивающимися предприятиями ООО «Алмазы Анабара» и ГГП «Нижнеленское», годовые объёмы которых в несколько раз превышают эти показатели.

    Перспективы месторождения Томтор

    Принятый способ отработки месторождения Томтор не бесспорен. Опыт работы карьера при добыче такого незначительного объёма руды в подобных условиях отсутствует, поскольку сезонная зимняя эксплуатация должна предполагать его полную или частичную консервацию на летний период. Реальным может быть и вариант шахтной добычи с летней консервацией ствола или экспериментальная траншейная отработка с ежегодной закладкой выработанного пространства. В любом случае это должен быть экологичный вариант, что особенно важно для легкоранимой северной экосистемы. На первом этапе необходимо также опробовать принципиальную возможность предварительной подготовки руды (рентгено-радиометрической сортировки) для существенного улучшения её качества и снижения объёмов транспортировки до устья р. Анабар (самый северный причал Юрюнг-Хая) и далее, водным транспортом до Красноярска.

    Стремительный экономический рост, прогнозируемый для России, неизбежно повлечёт повышение потребности в редких элементах уже в самое ближайшее время и в значительных объёмах. Отечественные геологи подготовили уникальную сырьевую базу, готовую обеспечить любую потребность в них за счёт комплексных ниобий-редкоземельных руд одного только Буранного участка Томторского месторождения. Его освоение позволит в кратчайшие сроки воссоздать утраченное после развала СССР редкометалльное производство в России в рамках вновь созданного Таможенного союза, а также исключить зависимость страны от импорта редких элементовиз Китая и прочно занять свое достойное место на мировом рынке с конкурентной продукцией. Сегодня как никогда появилась уверенность в том, что недалёк тот день, когда новыми сполохами засияет некогда дикий и суровый, но удивительно богатый недрами якутский край прианабарского Заполярья.

    Получить полную статью о Томторе: Скачать!

    Читайте также:

  • Как образовались редкоземельные элементы?
  • Динамика цен на РЗМ в 2012
  • Обзор рынка РЗМ 2011
  • Обзор рынка РЗМ 2012
  • Редкоземельные элементы (РЗЭ)
  • Редкоземельные шахматы Китая
  • Получение и основные источники РЗЭ
    • e-mail: tdm96@tdm96.ru
    • Телефон/факс: (343) 378-06-64, 350-47-95
    • Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка д. 85 офис 712