Первое в новой России производство РЗМ может появиться в Томске

Опубликовано 04.06.2014 г.

Экспериментальное производство редкоземельных металлов (РЗМ) по собственной технологии из отечественного сырья создано на базе Северского технологического института (СТИ) в Томской области. В дальнейшем разработчики надеются создать комплексный проект, позволяющий снять монополию Китая на рынке РЗМ и производить гамму высокотехнологичной импортозамещающей продукции.

Источник: greenevolution.ru

Разработкой новых технологий извлечения и очистки редкоземельных металлов ученые СТИ и Томского политехнического университета (ТПУ) занимались еще в 1990-е годы — совместно с МИФИ и Сибирским химическим комбинатом (СХК). Тогда на СХК существовало опытно-промышленное производство сплавов РЗМ из российского сырья, на основе продукции которого около десятка компаний по всей России делали магниты. Однако в конце девяностых оно было свернуто — на мировой рынок вышел Китай. Обладая огромными запасами РЗМ, китайцы превратили их в национальный суперпродукт и сосредоточили у себя до 90-95 % мирового производства. Остальные страны РЗМ и продукцию на их основе импортируют.

«Китайцам удается держать низкие цены за счет дешевой рабочей силы и геологической доступности своих запасов, — объясняет начальник департамента по науке и инновационной политике Томской области Андрей Макасеев. — Если, например, в России РЗМ залегают глубоко, требуют горнорудного передела и очистки от сопутствующих радиоактивных элементов, то в Китае они лежат в глинах практически на поверхности, легко добываются и очищаются».

Изначально добычу в Китае вело огромное количество компаний, но в 2011 году правительство КНР решило упорядочить бизнес. Произошел более чем десятикратный скачок цен, страны-покупатели начали запасаться сырьем на годы вперед. Сейчас все государства, обладающие запасами РЗМ, пытаются уйти от непредсказуемого китайского импорта, развивают программы возрождения собственной редкоземельной промышленности. В России такая программа утверждена в январе 2013 года.

В Северском институте в это время при поддержке головного университета «МИФИ» была переоснащена специальная лаборатория по РЗМ, а на ее базе в 2014 году создана установка и технология получения редкоземельных сплавов с использованием фтора.

Изначально РЗМ выделяются из руды в виде оксидов, затем их восстанавливают до металлического состояния в печах. При этом высвобождается кислород, который, попадая в готовые изделия (сплавы или магниты), снижает их качество. Технология с применением фтора, активно вытесняющего кислород и остальные вредные примеси, этих недостатков не имеет. Не требуется ни нагрев, ни электролиз, ни давление — в смеси из фторидов РЗМ и других компонентов будущего сплава инициируется кальцийтермическая реакция. Все происходит очень быстро, за один цикл: восстановленный тяжелый металл в виде слитка остается внизу, а легкий фторидный шлак — сверху.

«Сам принцип получения сплавов РЗМ с помощью фторидов известен давно и уже применялся на СХК, однако отдельные разработки наших специалистов по усовершенствованию процесса, безусловно, являются инновационными. Разработчики получили более десяти патентов на конкретные операции, улучшающие качество готового продукта, сокращающие время и затраты на его производства и так далее», — уточняет Андрей Макасеев.

Северчане предложили, в частности, способ немеханического измельчения сплава путем химического воздействия в водородной среде, что исключает излишнее окисление и деформацию частиц. Другая разработка — реактор, который позволяет за одну плавку получать до 50 килограммов продукта и, кроме того, обеспечивает его высокое качество. Металл на выходе застывает в виде аккуратного, готового к продаже слитка, в то время как слитки, изготавливаемые традиционным способом, товарного вида не имеют и должны проходить дополнительную переплавку.

«Главной задачей разработчиков было повысить конкурентоспособность по отношению к китайскому продукту, — подчеркивает Андрей Макасеев. — Суть как раз в уходе от энергетически затратной печной технологии к технологии химической — все происходит за счет энергии химической реакции. А использование активных фтора и кальция обеспечивает высокую степень очистки металлов. Конечно, конкурировать с китайцами по цене будет непросто, но в качестве продукт СТИ, должен, превзойдет китайский».

Всего на сегодняшний день известно 17 редкоземельных элементов, которые используются в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, металлургии и множестве других отраслей.

В виде оксидов и других соединений они широко применяются в стекольной промышленности: повышают светопрозрачность стекла, входят в состав стекол специального назначения, пропускающих инфракрасные и поглощающих ультрафиолетовые лучи, кислотно- и жаростойких стекол. В химической промышленности РЗМ нужны для производства пигментов, лаков и красок, в нефтяной — как катализаторы. Они также необходимы в производстве некоторых взрывчатых веществ, специальных сталей и сплавов, для создания лазерных элементов в оптоэлектронике и постоянных магнитов высокой мощности.

«В них нуждается практически все высокотехнологичное производство, — подтверждает начальник департамента науки и инновационной политики Томской области. — Постоянные магниты на основе неодима, диспрозия, самария и других РЗМ являются мощными источниками энергии. Винчестер любого компьютера содержит 10-50 граммов таких магнитов, они используются во всех звуковых устройствах, наушниках, плеерах, коммуникаторах, планшетах и так далее. Все 17 редкоземельных элементов периодической системы имеют широчайший спектр применения — от военной и космической техники до производства дамских сумочек. Современные технологии без них просто впадут в кому».

Как говорит Андрей Макасеев, после того как в 2011 году в течение нескольких месяцев Китай поднял цены на свои РЗМ с нескольких десятков до нескольких сотен долларов за килограмм, мир «отрезвел в одночасье». Теперь все понимают, что если есть такая возможность, то производить эти стратегически важные продукты нужно в своем отечестве, а не уповать на дешевый, но как оказалось нестабильный монополизированный рынок. Тем более очевидно это для России, обладающей вторыми после Китая объемами запасов РЗМ.

Технология производства и очистки РЗМ, созданная в Северске, пока экспериментальная, но легко масштабируется до промышленных объемов выпуска — до ста тонн сплавов в год. Чтобы выдержать требования по экологичности, сейчас ученые уходят от использования газообразного фтора, заменяя его на более «мягкие» фторирующие реагенты и от процессов, связанных с выделением каких-либо агрессивных веществ. Работами руководит профессор СТИ Александр Буйновский, в команду входят Владимир Софронов, Петр Молоков и другие сотрудники института, включая аспирантов и студентов. СТИ вообще имеет признанную школу редкоземельных металлов, и в той или иной степени к проекту причастны почти все ее представители. Также, в работе участвуют специалисты ТПУ и лаборатория Виктора Сачкова (ТГУ).

Процесс получения индивидуальных металлических РЗМ — это только первая ступень. На втором этапе из полученных редкоземельных металлов и сплавов планируется производить магниты — для этого потребуется только приобрести стандартную технологическую линию. Предполагается, что этим бизнесом будет заниматься предприятие, которое институт намерен создать по известному 217-му постановлению. А в перспективе, как рассчитывают ученые, производство может перейти на СХК. Пока же коллектив малого предприятия насчитывает 15 человек и уже имеет заказы от пяти потенциальных российских потребителей.

В качестве источников редкоземельных руд и сырья в Северске рассматривают РЗМ-содержащие оксиды, получаемые попутно разработке апатитовых и урановых месторождений, Южно-Богатырское месторождение в Кемеровской области и Туганское циркон-ильменитовое месторождение в Томской. Ученые хорошо знакомы с рудой Южно-Богатырского месторождения и в 90-е получили всю гамму содержащихся в ней РЗМ. В туганской руде металлов поменьше, зато месторождение расположено под самым Томском, что удобно, с точки зрения логистики. Дополнительные варианты — Томторское (север Красноярского края) и Красноуфимское (Свердловская область) месторождения, но здесь включается фактор удаленности.

По словам специалистов, проблема названных и других российских месторождений в том, что, помимо редкоземельных металлов, они содержат и другие полезные ископаемые, требуют комплексного освоения. Кроме того, отечественные РЗМ имеют высокое содержание радиоактивных элементов. Но СХК, например, готов производить соответствующую очистку, утилизировать тот же торий из туганского монацита и имеет для этого необходимый технологический и кадровый потенциал.

«Было бы идеально, если бы в конечном итоге все перечисленные месторождения замкнулись именно на комбинат, ведь там есть все необходимое оборудование и опыт для реализации полного технологического цикла — от растворения руды до получения редкоземельных металлов», — рассуждает Андрей Макасеев. Он говорит, что производство сплавов и магнитов потянет за собой развитие в регионе машиностроения, электротехники, приборостроения, радиоэлектронной промышленности, других серьезных отраслей. В области есть кадровый потенциал, сильные, имеющие необходимые наработки вузы: можно создать мощный научно-промышленный комплекс — от добычи сырья до производства высокотехнологичных изделий с высокой добавленной стоимостью, от бытовых приборов до космической техники. Конечно, это будет толчок и для развития минерально-сырьевой базы — Туганского и других месторождений.

«Можно говорить также об общегосударственной значимости, ведь у нас создается первое в новой России предприятие, которое будет производить РЗМ по собственной технологии из отечественного сырья. Областная власть будет оказывать проекту всю возможную поддержку — организационную, информационную, консалтинговую, продвижение на уровне федеральных программ. Дело того стоит», — уверен Андрей Макасеев.

По материалам журнала «Недра и ТЭК Сибири»