Проблемы формирования рынка редких и редкоземельных металлов в Казахстане

По определению известного российского специалиста Н.А.Солодова, редкие и редкоземельные металлы — витамины металлургического производства. Их использование в значительной степени определяет научно-технический прогресс в развитии не только металлургии, но и других отраслей промышленности, науки и техники.

Не зря во всем мире в последние годы резко возрос спрос на редкие и редкоземельные металлы (РМ и РЗМ), обусловленный их усилившейся ролью в ведущих отраслях производства, обеспечи­вающих экономическую и оборонную безопасность любого государства. В частности, как показывает зарубежный опыт, применение высококачественных низколегированных ниобиевых и редкоземель­ных сталей дает наибольший эффект в транспортном машиностроении, газонефтедобывающих от­раслях и связанных с ними трубопроводных системах, при строительстве крупных инженерных со­оружений, объектов ядерной энергетики и других важнейших отраслях промышленности. Каждая тонна ниобия, введенного в малоуглеродистые стали для изделий транспортного машиностроения и строительства, позволит сэкономить 200-300 т стали и снизить вес конструкции на 30-40 %. Срок службы соответствующей продукции увеличивается в 1,5-2 раза [1]. В целом потребление редкозе­мельной продукции связано с применением ее в оборонной, аэрокосмической и атомной отраслях.

Казахстан — один из крупнейших регионов мира, обладающий значительными запасами и пер­спективами расширения минерально-сырьевой базы редких и редкоземельных металлов. В республи­ке производство РМ и РЗМ осуществляется на специализированных предприятиях и как сопутст­вующая продукция — на предприятиях цветной металлургии.

Однако на сегодняшний день производство РМ, РЗМ и их соединений в Казахстане можно оха­рактеризовать как нестабильное, далеко не соответствующее его потенциалу. Сократилось, а на неко­торых предприятиях приостановилось производство этих металлов.

На предприятиях, где производство РМ и РЗМ является основным, нет прогресса в развитии в сторону расширения номенклатуры производимой продукции из-за потерь казахстанской ниши на мировом рынке металлов, ухудшения качества производимой продукции, отсутствия стабильных сырьевых источников, устаревшей технологии и оборудования, недостатка финансирования. Эти и другие причины привели подотрасль фактически к застою.

Между тем с учетом современных и перспективных требований развития науки и техники в ми­ре спрос на редкометалльную и редкоземельную продукцию повышается, причем высокорентабель­ным является производство чистых РМ и РЗМ и их соединений. Развитые страны, обладающие высо­кой технологией рафинирования металлов технической чистоты, получают из них изделия для элек­тронной, радиотехнической, электротехнической и других наукоемких отраслей промышленности, применяемых в космической авиационной, приборостроительной технике [2].

Значит, для Республики Казахстан приоритетное направление в будущем — это добыча, селек­ция, получение чистых РМ и РЗМ и их соединений, с дальнейшим развитием полупроводниковой, электронной, приборостроительной и других передовых отраслей науки и техники. Тем более прак­тически все разрабатываемые или разведанные запасы минеральных руд Казахстана имеют в своем составе РМ и РЗМ.

Рынок щелочных редких металлов

К этой группе металлов относятся литий, рубидий, цезий. Основные области применения лития —   ядерная энергетика, электролиз алюминия. Добавки карбоната лития (2,5-3,5 кг Li₂ CO₃ на 1 кг А1) позволяют снизить температуру плавления электролита, уменьшить расход анода и криолита, сокра­тить расход электроэнергии и себестоимость металла.

Высококачественные концентраты литиевых минералов и химические соединения широко ис­пользуются в производстве стекла и керамики. Добавки лития применяются в производстве стекла для катодно-лучевых трубок, телевизионных кинескопов, стекла с электроизоляционными свойства­ми, светочувствительных, легкоплавких и других специальных стекол.

В цветной и черной металлургии металлический литий и его сплавы с кремнием и кальцием применяются в качестве активного раскислителя, десульфуризатора и дегидрирующего агента. Вве­дение в металлы и сплавы небольших количеств лития в качестве легируюшей добавки улучшает их эксплуатационные характеристики.

В авиации и в военной технике широко применяются литиевые консистентные смазки.

Значительные количества металлического лития и металлоорганических соединений используют в качестве катализаторов при синтезе каучука и других органических соединений.

Как показывает прогноз, в дальнейшем ежегодный прирост потребления лития особенно быстро будет обеспечиваться за счет новых перспективных областей: в производстве алюминий-литиевых сплавов, химических источников тока, в топливных элементах урановых ядерных реакторов и в тер­моядерной энергетике.

В СНГ наиболее крупными являются следуюшие месторождения лития: Завитинское в Забай­калье, Липовское на Урале, Калбинское в Восточном Казахстане, Туркестанское в Средней Азии, Вознесенское и Пограничное в Приморском крае (Россия).

В Казахстане наличие рапы в засушливых районах Северного Приаралья делает возможными промышленную добычу литиевого сырья и его переработку. Смещение мировой добычи сырья от пегматитовых источников к раповым обусловлено существенно низкими издержками их получения на открытых скоплениях минеральных солей. При организации их добычи в республике учет этого фактора имел бы важное значение. Развитие алюминиевой отрасли и аккумуляторного производства перспективны для организации всего литиевого цикла.

В настоящее время рубидий и цезий и их соединения широко используются в электронике, в ра­дио-, электро- и рентгенотехнике, химической промышленности, оптике и медицине. Близость свойств рубидия и цезия определяет их взаимозаменяемость во многих областях применения. Наи­большее практическое значение имеют фотоэлектрические свойства цезия и рубидия, благодаря ко­торым они применяются для фотоэлектрических приборов — фотоэлементов, фотоумножителей.

В электротехнике рубидий и цезий применяют в производстве люминесцентных ламп. Цезий, рубидий и их соединения используют в качестве катализаторов и препаратов в органическом и неор­ганическом синтезе.

Чувствительность цезия к ультрафиолетовым и инфракрасным лучам используется в специаль­ной оптике, например, в приборах ночного видения. В рассеянном состоянии рубидий и цезий доста­точно широко распространены в природе. В незначительных количествах они обнаружены во многих образцах горных пород, в минеральной и морской воде.

К минералам, в которых содержание рубидия и цезия достигает относительно высоких концен­траций, относятся: лепидолит, биотит, амазонит, неталит, берилл, циннвальдит, лейцит и др. Практи­ческое значение для получения рубидия и цезия попутно с литием имеют лепидолит и циннвальдит.

Данные о производстве и потреблении рубидия и цезия в Казахстане (как и в других государст­вах СНГ) пока носят закрытый характер.

Рынок легких редких металлов

Редкие металлы этой группы представлены бериллием и скандием. В настоящее время бериллий стал серьезным конкурентом для обычно применяемых авиационных материалов. Облегченные кон­струкции самолетов из материалов с использованием бериллия увеличивают дальность и высоту по­летов. В американском «Шаттле» из бериллия выполнены каркас, обшивка, диски тормозов, прибо­ры.

Сплавы с бериллием, резко повышающие механические свойства многих металлов, применяют­ся для производства деталей и конструкций, подвергающихся длительному интенсивному напряже­нию или трению при переменной или высоких температурах. В атомной технике бериллий и его ок­сид используются как источники, замедлители и отражатели нейтронов.

На сегодняшний день крупнейшими мировыми производителями бериллия являются США, Ки­тай, Россия и Казахстан. В нашей стране бериллиевое производство Ульбинского металлургического завода (УМЗ), действующее с 1951 г., является одним из двух в мире и охватывает все процессы — от извлечения бериллия из концентратов до получения готовой продукции (металлического бериллия, медно-бериллиевой, алюмо-бериллиевой и никель-бериллиевой лигатур, конструкционных сплавов, керамики на основе бериллия и бериллиевой бронзы и изделий из них).

Мировая добывающая и перерабатывающая скандиевая промышленность существенно монопо­лизирована и сосредоточена главным образом в США и Японии. Рафинированные скандиевые про­дукты производятся в Китае, Франции, Норвегии и Великобритании. В достаточном количестве скандий в США извлекается при переработке скандиевых концентратов и хвостов на выработанных месторождениях плавикового шпата.

Основными сферами потребления являются производство мощных металл-галогенных освети­тельных ламп (в Японии примерно 50 % всего потребляемого скандия), скандий-алюминиевых спла­вов, лазеров, аналитических стандартов.

Казахстан обладает солидными запасами скандия. В значительном количестве в качестве сопут­ствующего элемента он содержится на месторождениях фосфатов, урановых и вольфрамовых руд, а также присутствует в железных, титановых, цинковых, циркониевых, ниобиевых рудах, бериллие- вых, алюминиевых, редкоземельных минералах, т.е. практически во всех добываемых рудах и мине­ралах, что характеризует республику как потенциального производителя и поставщика скандия на мировой рынок. По всем категориям запасов казахстанские ресурсы оцениваются около 1,4 тыс. т³.

Рынок тугоплавких редких металлов

Рассматриваемая группа, представленная ниобием, танталом, гафнием, цирконием, вольфрамом молибденом, ванадием, играет важную роль в развитии научно-технического прогресса во многих областях науки и техники. Все эти элементы, за исключением гафния, образуют самостоятельные ме­сторождения, установленные во многих странах мира. Известны коренные и россыпные месторожде­ния [4].

Основной областью использования тантала является электронная техника (более 80 % — Россия, 50-60 — США, Япония, ЕЭС). Вторая область — производство твердых сплавов (20-30 %). Кроме того, тантал используется в сплавах для авиационной и авиакосмической, оборонной, нефтехимиче­ской и других отраслей промышленности.

Специфические свойства тантала предопределяют его незаменимость при использовании в ука­занных отраслях промышленности. Способность образовывать прочную тонкую окисную пленку с высокими диэлектрическими свойствами определила роль тантала как превосходного материала для объемно-пористых оксидно-полупроводниковых конденсаторов. Из всех конденсаторов наибольшую емкость на единицу объема имеют танталовые конденсаторы. Основным потребителем танталовой продукции является специальная электроника — миниатюрные конденсаторы для космической, ра­кетной, компьютерной и другой техники.

Добавка карбида тантала к карбиду вольфрама придает твердым сплавам высокое сопротивление удару, обеспечивает очень низкий коэффициент трения и стабилизацию других свойств.

Чрезвычайно высокая стойкость при обычных температурах к действию кислот обеспечивает его широкое применение в химическом машиностроении (в США до 9 %). Высокие коррозионная стой­кость и теплопроводность тантала определяют его применение в производстве многих марок нержа­веющих сталей и суперсплавов на никелевой основе (в развитых странах до 10 %).

Кроме того, прекрасные механические свойства тантала в сочетании с биологической совмести­мостью с тканями человеческого тела делают его незаменимым материалом при сшивании кровенос­ных сосудов и имплантируемых протезов.

Ниобий в основном используется в виде феррониобия (более 80 %) в производстве сталей: низ- коколегированных и микролегированных углеродистых — для нефтепроводных и обсадных труб, конструкций тяжелого, сельскохозяйственного и автомобильного машиностроения и в судостроении; жаропрочных — для авиации; нержавеющих, конструкционных, инструментальных и быстрорежу­щих, широко используемых во многих отраслях. Ниобий в сталях выполняет специальное назначение

—    получение твердого и устойчивого карбида, уменьшающего зерно и обеспечивающего устойчи­вость стали к коррозии. Нержавеющая сталь с ниобием применяется для изготовления сварной аппа­ратуры в разных отраслях промышленности, труб пароперегревателей и трубопроводов, установок сверхвысокого давления, лопаток паровых турбин, роторов паровых и газовых турбин и т.д. Конст­рукционная сталь применяется в экскаваторо- и автомобилестроении, при изготовлении специально­го технологического оборудования.

Ниобий в низколегированных и микролегированных углеродистых сталях и, соответственно, в конструкциях из них обеспечивает высокую коррозионную стойкость, повышенную пластичность, свариваемость, прочность (~ на 20 %), повышает в два раза срок службы.

Применение низколегированных сталей для газопроводов большого диаметра в 1,5 раза повы­шает их пропускную способность за счет увеличения давления и значительно снижает расходы при их эксплуатации. В жаропрочных, жаростойких и нержавеющих сталях ниобий незаменим, так как обеспечивает им особые свойства.

Металлический ниобий в натуральном виде и в виде сплавов используется в основном в авиа­ции, электронике и атомной энергетике. Пятиокись ниобия используется для производства твердых сплавов.

В настоящее время добычей циркония занимается большое количество компаний. Из них на 6 ведущих, возглавляемых австралийской компанией «Iluka Resources Ltd», приходится 80 % всего производства. В последние годы на мировом рынке циркониевых концентратов наблюдается дефицит поставок в условиях увеличения спроса. Как отмечают эксперты, это главным образом происходит вследствие растущих потребностей в них керамической и стекольной промышленности Китая [3].

Гафний — рассеянный элемент, собственных минералов не образует и в природе обычно сопут­ствует цирконию, в котором его содержание колеблется от 1-2 до 6-7 %. Главными месторождения­ми гафния являются морские и аллювиальные титано-циркониевые россыпи. Металлический гафний получают металлотермическим восстановлением. Гафний используется в атомной энергетике, а так­же для производства жаропрочных сплавов, применяемых в авиационной и реактивной технике [4].

Применение вольфрама определяется его исключительными физическими свойствами (туго­плавкость, химическая стойкость и высокая механическая прочность, эмиссионная способность и светоотдача в накалённом состоянии), которые позволяют использовать его в производстве качест­венных сталей, сверхтвердых и кислотоупорных сплавов, карбидов, боридов и специальных материа­лов для многих отраслей промышленности. Важнейшими областями использования вольфрама явля­ются металлообработка, горное дело, строительная индустрия. Вольфрамовая металлическая прово­лока, электроды и контакты используются в электронике (в осветительных и нагревательных прибо­рах), а также при сварке. Разнообразные вольфрамовые продукты широко применяются в производ­стве различных видов вооружения и военной техники, вплоть до ракетной. В химической промыш­ленности вольфрам находит применение в качестве катализаторов, а также сырья для производства неорганических пигментов и высокотемпературных смазочных материалов.

Удельное потребление молибдена на 1 т выплавляемой стали является одним из основных пока­зателей ее качества. Низкий уровень потребления молибдена не может быть без ущерба для качества стали заменен большим потреблением вольфрама. Весьма актуальной представляется оптимизация соотношений молибдена и вольфрама, потребляемых в черной металлургии, в сторону повышения удельного веса используемого с этой целью молибдена.

Используя ванадий, можно получить жаропрочные, коррозиестойкие и сверхпроводящие спла­вы, пользующиеся повышенным спросом. Чистый ванадий находит применение в ядерной энергетике и электронных приборах, а его соединения — в текстильном, лакокрасочном, стекольном производ­ствах.

В Казахстане сырьевыми источниками получения тугоплавких редких металлов (тантала, нио­бия, циркония, ванадия) является ряд месторождений Белогорского комбината (тантал, ниобий, бе­риллий), Шокинская интрузия (тантал, ниобий), станция Мойынты, горы Булат-тау, массивы Акбю- рат, Лосевское месторождение цирконо-тантало-ниобатов, содержащих наряду с танталом, ниобием, цирконием титан, олово, ванадий, селен, гафний, скандий, РЗМ (иттрий, иттербий), радиоактивные уран и торий.

Сегодня общие запасы вольфрама 30 стран мира составляют 3,6 млн. т, в том числе в Китае — 1,5 млн.т, Казахстане — 450 тыс.т, Канаде — 250 тыс.т, США — 150 тыс. т. Минерально-сырьевая база вольфрамодобывающей промышленности мира характеризуется весьма высокой степенью кон­центрации. В восьми ведущих странах сосредоточено 82 % мировых выявленных ресурсов.

Крупнейшими запасами вольфрамовых руд обладает Китай, где имеется более 200 месторождений вольфрама. Особенностью их является поликомпонентность руд (помимо вольфрама, в них содержится до 20 полезных компонентов: олово, сурьма, молибден, свинец, редкие металлы и др.).

В будущем, видимо, только Казахстан сможет конкурировать с Китаем за счет освоения гигант­ского Верхнекайрактинского месторождения и разведки новых запасов. Сейчас в республике выявле­но более 100 (из них около 10 крупных) месторождений вольфрама. Большая часть сконцентрирована в Карагандинской области (Богуты, Верхнекайрактинское, Караобинское, Акшатау).

Рынок редкоземельных металлов

Это группа объединяет четырнадцать редких металлов: лантан, церий, празеодим, неодим, сама­рий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.

По данным экспертов, в группе РЗМ основной спрос отмечается на оксиды неодима и диспрозия ввиду высокой потребности в них сферы производства магнитов. В настоящее время треть всех по­требляемых в мире РЗМ используется в производстве катализаторов. Этот рынок состоит из двух крупных сегментов: производство промышленных катализаторов и фильтров — нейтрализаторов вы­хлопных газов автомобилей.

В среднесрочной перспективе в развитых странах ожидается особенно быстрый рост спроса на оксид церия в производстве полировальных порошков в связи с расширением выпуска телевизоров с широкоформатными экранами.

Для удовлетворения растущих требований потребителей промышленность должна продолжить разработку новых материалов и расширять сферы потребления своей продукции [3].

В Казахстане наиболее перспективным сырьем для производства РЗМ является Кундыбайское месторождение в Костанайской области, представленное минералами черчит, бастнезит, рабдофанит. Для производства РЗМ также пригодны некоторые сорта каменных углей (месторождение «Каражы- ра» в Восточном Казахстане), природные шунгиты, фосфаты, фториды и др.

Рынок рассеяных редких металлов

К этой группе относятся индий, таллий, галлий, селен, теллур, рений, германий, кадмий.

Спрос на эти металлы на мировом рынке постоянно растет. Рассеянные редкие металлы и их со­единения (арсениды, антимониды, фосфиды, нитриды) широко используются в производстве полу­проводниковых металлов. Цены даже на металлы технической чистоты непрерывно растут. Так, цена 1 кг индия (99,97 %) в 1993 г. составляла 170-200 долл. США за 1 кг, а в 2005 г. — уже 840-870 долл. США [5].

Сырьевыми источниками получения рассеяных РМ являются промпродукты переработки свин­цово-цинковых, медных, алюминийсодержащих руд, золы и надсмольные воды от сжигания углей, промпродукты (пыли) переработки железорудного сырья, растворы и шламы сернокислотного произ­водства. Эти продукты в достаточной мере могут обеспечить получение рассеянных редких металлов в Казахстане, чтобы удовлетворить внутренние потребности, а республике занять достойное место на мировом рынке металлов при условии получения конкурентоспособной продукции.

По мнению специалистов [2; 5], в перспективе для выполнения стабилизационных мер и разви­тия в Казахстане РМ и РЗМ отрасли необходимы:

а)  государственное регулирование отрасли и инициирование новых производств по выпуску продукции на основе РМ и РЗМ;

б)  разработка стратегии развития отрасли с получением широкой номенклатуры редкометалль- ной и редкоземельной продукции, конкурентоспособной на мировом рынке;

в)  налаживание технологических и экономических связей с поставщиками сырья и потребителя­ми продукции;

г)  создание химико-аналитических сертификационных центров по физико-химичесқому анализу продукции;

д) развитие отраслей, повышающих внутреннее потребление РМ и РЗМ продукции, ускоряюших экономическое развитие страны (электронной, радиотехнической, электротехнической, беспроводни- ковой связи, приборостроения, медицинской аппаратуры, специальных сортов легированной стали и многих других), перспективных отраслей науки и техники.

Безусловно, все это станет ключом к развитию современных перерабатывающих отраслей про­изводства в Казахстане.

Список литературы

1. Кудрин В.С., Чистов Л£. Состояние минерально-сырьевой базы редкоземельных металлов, перспективы ее развития и освоения // Минеральные ресурсы России. — 1996. -№ 15. — С. 6-12.
2. Муканов Д. Металлургия Казахстана: состояние, инновационный потенциал, тренд развития. — Алматы: РГП «НЦ КПМС РК», 2005. — 290 с.
3. Алшанов Р.А. Казахстан на мировом минерально-сырьевом рынке: проблемы и их решение. — Алматы: ТОО «РпП — S», 2004. — 220 с.
4. Каренов Р.С. Минерально-сырьевой комплекс Казахстана в условиях рыночной экономики. — Алматы: РИО ВАК РК, 2000. — 296 с.
5. Жарменов А. Казахстан способен быть ведущим мировым производителем редких и редкоземельных металлов // Гор­ный журнал Казахстана. — 2006. — № 2. — С. 2-9.