Дороже золота

За что промышленники ценят редкоземельные металлы

Автор: Елена Комарова

Космическая и атомная промышленность, металлургия, нефтепереработка, производство беспилотников и самолетов, современных гаджетов — в этих и многих других отраслях выпуск передовой продукции невозможен без использования редкоземельных металлов. Недаром Президент России Владимир Путин поручил наращивать их добычу. По оценке Минприроды РФ, запасов редкоземов хватит и для текущих потребностей экономики страны, и на много лет вперед. Более того, следует «разгонять» спрос, ведь с развитием высоких технологий в них находит применение все больше природных ресурсов.

Объясняем, как промышленность использует редкоземы и чем они отличаются от редких металлов.

Какие металлы считаются редкоземельными

История изучения редкоземельных металлов (РЗМ) насчитывает свыше 200 лет. В 1794-м финский химик Юхан Гадолин открыл иттрий в минерале, позже переименованном в гадолинит. Впервые этот минерал был найден в шахте возле шведской деревни Иттерби, он состоял из смеси иттербия, церия и прочих веществ. Затем ученые открыли и другие элементы РЗМ.

РЗМ входят в состав ключевых компонентов магнитных, лазерных, оптических, электронных устройств. Например, для производства смартфона необходимы сразу несколько редкоземельных элементов: гадолиний, европий, иттрий — для динамиков, дисплеев и электронных схем; тербий и диспрозий — для сохранения свойств гаджета при температурных перепадах; лантан — для электросхем; неодим и празеодим — для магнитов; церий — для шлифованного стекла.

Свое название редкоземы получили потому, что их сложно добыть: они почти не встречаются в концентрированном виде.

«Редкоземельные металлы — это подгруппа редких металлов, содержание каждого из которых в земной коре меньше, чем 0,01%, — поясняет директор по связям с общественностью Соликамского магниевого завода Юрий Мурашко. — Можно сказать, что это исторические термины, сложившиеся в XIX веке. Со временем многое менялось, но названия групп химических элементов сохранились. Например, свинца, не считающегося редким элементом, в земной коре около 16 граммов на тонну. В то же время литий считается элементом редким, а его содержание составляет около 65 граммов на тонну».

Все редкоземельные элементы (РЗЭ) являются металлами и имеют схожие свойства, отмечает наш собеседник. По атомной массе они делятся на легкие (скандий, иттрий, лантан, церий, неодим, празеодим, прометий, самарий, европий) и тяжелые (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций). «При этом церий, например, отнюдь не так редок, как кажется: это 25-й по распространенности металл на Земле. То есть он встречается чаще меди!» — добавляет Юрий Мурашко.

Но эти металлы практически везде присутствуют в очень малых долях. И чтобы их получить, нужно переработать огромное количество руды. К тому же извлекать редкоземельные металлы из руды гораздо сложнее, чем просто редкие.

Как добывают редкоземы

Основной источник редкоземельных металлов в России — лопарит. Из лопаритового концентрата получают тантал, титан и ниобий. Флагманом редкометалльной промышленности в нашей стране как раз выступает Соликамский магниевый завод. На его долю в стране приходится производство 100% соединений РЗЭ, ниобия и тантала, 60% товарного магния и 4–5% губчатого титана.

«К настоящему моменту созданы технологии получения разделенных оксидов РЗМ, строятся промышленные комплексы, на которых будут производить редкоземельные металлы, включая наиболее востребованные рынком "магнитные" — празеодим, неодим, диспрозий», — заявил министр природных ресурсов РФ Александр Козлов на Петербургском международном экономическом форуме.

В частности, горнорудный дивизион «Росатома» — Соликамский магниевый завод и петербургское АО «Русредмет» — сообща разработали способ повышения глубины переработки исходного лопаритового сырья и получения индивидуальных оксидов легкой группы. Проще говоря, извлечения из группового концентрата неодима, празеодима, лантана и церия. При этом удалось восстановить компетенции по разделению РЗМ, утраченные после распада СССР.

«В Советском Союзе был полный цикл, от руды до готового изделия, — поясняет Юрий Мурашко. — В 1991 году Союз развалился, и получилось так, что Ловозерский ГОК и Соликамский магниевый завод остались в России, а предприятия, на которых происходило дальнейшее разделение, оказались в других странах — в Казахстане и Эстонии. Пришлось разрабатывать собственную технологию разделения РЗМ. Причем удалось это сделать в кратчайшие сроки, по сути, за год».

По словам Юрия Мурашко, сложность извлечения редкоземельных металлов из руды заключается в том, что этот процесс занимает много времени и ресурсов.

«Требуется не просто руду подробить, необходимы различные катализаторы, химикаты, — поясняет собеседник. — Сперва шахтеры Ловозерского горно-обогатительного комбината, находящегося за полярным кругом, в Мурманской области, добывают лопаритовую руду. Затем на фабрике происходит процесс обогащения, то есть полезный продукт отделяют от пустой породы. Лопаритовый концентрат, в котором содержатся РЗЭ, доставляют на Соликамский магниевый завод в Пермский край. Здесь из него химическим путем извлекают тантал, ниобий и титан».

Однако после этого в концентрате остаются еще и другие РЗЭ. Поэтому концентрат растворяют в азотной кислоте, благодаря чему получается нитратный раствор редкоземельных элементов. Из него электроокислением и последующей экстракцией извлекают церий. Из оставшегося раствора с помощью экстракционного разделения последовательно извлекаются лантан, неодим и празеодим. Затем наступают стадии осаждения, сушки и прокалки.

После этого остается концентрат среднетяжелой группы, в котором содержатся самарий, гадолиний, европий. Сейчас специалисты трудятся над разработкой технологии их разделения.

«Сможем выделить и среднетяжелую группу, — убежден Юрий Мурашко. — Самарий применяется для управления атомными реакторами. Гадолиний — для выращивания монокристаллов, которые позволяют изготавливать лазерные системы с предельно высоким КПД и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. Европий — в качестве поглотителя нейтронов в атомных реакторах».

Каким отраслям необходимы РЗМ

Редкоземельные металлы, которые добывают в России, применяются в самых разных сферах.

«Тантал необходим для производства электровакуумных приборов, в электротехнике и электронике, для изготовления телекоммуникационного оборудования, в аэрокосмической и атомной промышленности, — перечисляет Юрий Мурашко. — Ниобий используется в химическом машиностроении, для производства сверхпроводников, в металлургии применяется при производстве коррозионностойких жаропрочных и жаростойких сплавов, высокопрочных и легких сталей и прочего. Из титана делают газовые турбины самолетов, детали для планерной части, обшивку лайнера и элементы шасси, трубопроводы воздушной системы, части двигателя, вентилятора, компрессора».

У титана слабые магнитные свойства, добавляет наш собеседник, поэтому навигационные приборы с титановыми деталями не сбиваются при попадании в магнитное поле. Так что РЗЭ применяют практически во всех высокотехнологичных отраслях.

«Неодим и празеодим — это магниты: это электродвигатели для электрогенераторов, для беспилотников, для ракет, тех же самолетов, — добавляет Мурашко. — Оксиды церия полезны в качестве катализаторов и используются в автомобильных каталитических нейтрализаторах, нефтеперерабатывающих и твердооксидных топливных элементах. А лантан массово используется как катализатор в процессе крекинга нефти, то есть разложения ее на компоненты».

Зачем нужны новые перерабатывающие производства

Россия обладает крупной сырьевой базой редкоземельных металлов. Как сообщил глава Роснедр Олег Казанов, разведанные запасы сырья РЗМ, подготовленные к добыче, оцениваются в 28,5 млн тонн. Так, на Ловозерском месторождении в Мурманской области они составляют 7 млн тонн, на Томторском в Якутии — 4 млн тонн. В целом же в стране разведано 18 месторождений редких металлов и РЗМ.

По оценке министра Александра Козлова, Россия способна обеспечить текущее мировое потребление более чем на сотню лет. Запасов РЗМ в стране сейчас значительно больше, чем нужно отечественной экономике, годовая потребность составляет лишь около 2 тыс. тонн, подтвердил Олег Казанов на февральском заседании круглого стола в Совете Федерации.

Вместе с тем наша страна занимает менее 1% рынка производства РЗМ, хотя запасы редкоземов составляют 17% от мировых: такие цифры приводит «Росатом». В госкорпорации заявили, что к 2030 году готовы обеспечить производство 111 тыс. тонн редкоземов. Этому будет способствовать запуск крупного разделительного производства в том же Соликамске. Его проектирование уже началось.

По оценке «Росатома» новое производство даже на начальном этапе способно обеспечить внутренний рынок сырьем для производства 1 тыс. тонн магнитов в год, пригодных в том числе для электроэнергетики и производства БПЛА. Планируется, что новый разделительный комплекс будет выпускать до 2,5 тыс. тонн редкоземов в год и что первую продукцию он выдаст в 2027 году.

«Запуск производства в Соликамске полностью закроет сегодняшние потребности Российской Федерации в редкометалльном сырье для высокотехнологической промышленности, — убежден Юрий Мурашко. — По сути, в этой области мы достигнем технологического суверенитета».

ИСТОЧНИК