Перспективы развития производст редкоземельных металлов в

Министерство образования и науки РФ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Перспективы развития производства
редкоземельных металлов в Евро-Арктическом
Евро
регионе
Декан химико-металлургического
металлургического факультета, д.т.н., проф.
Бажин Владимир Юрьевич
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Общая характеристика редкоземельных металлов
● К редкоземельным металлам (РЗМ) относятся 18 элементов
Периодической системы Д.И.Менделеева – скандий, иттрий,
лантан, церий, празеодин, неодим, прометий, самарий, европий,
гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий,
лютеций
● Они разделены на 2 группы
легких РЗМ – La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu
тяжелых РЗМ – Sc, Y, Tb,
Tb, Dy, Ho, Er,
Er, Tm,Yb
Tm,Yb,, Lu
● РЗМ сосредоточены в 70 минералах в виде оксидов и в 200
минералах в виде примесей
2
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Темпы роста производства РЗМ в мире
По данным Industrial Mineral Company of Australia
3
Национальный минерально–сырьевой
минерально
университет «Горный»
Мировое потребление РЗМ
По данным Industrial Mineral Company of Australia
4
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Китай - мировой лидер производства РЗМ
На долю Китая приходится 95% мирового рынка редкоземельных металлов
(КНР объявила о создании единой отраслевой ассоциации, включающей 155 участников, из
которых 13 – крупные компании. )
Стоимость килограмма оксида европия, используемого в производстве плазменных
телевизоров и ламп дневного света, подскочила с 7,7 – 8,2 тыс. юаней до 26 – 28 тыс.
юаней (4015 – 4324 доллара). В среднем же в течение трех лет мировые цены на
редкоземельные металлы выросли в пять раз.
5
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Применение РЗМ в промышленности
В металлургии РЗМ (скандий, иттрий, гафний, церий) особенно часто
используются в алюминиевых лигатурах. Добавки РЗМ резко повышают
качество металлургической продукции, и улучшают механические свойства и
коррозионную стойкость. Сплавы с РЗМ применяются в ВПК, в частности
авиастроении и космической технике.
Лантан, церий, неодим и празеодим входят в состав высокотехнологичных
стекол специального назначения, например пропускающих инфракрасные и
поглощающих ультрафиолетовые лучи. Соединения РЗЭ применяют для
создания лазерных и других оптически активных элементов в
оптоэлектронике. Диспрозий необходим для создания гибридных
автомобильных двигателей.
Сплавы неодим и самарий-кобальт
кобальт применяют для изготовления постоянных
магнитов, которые являются основным элементом в приборостроении.
Самарий и неодим – основа мощных постоянных магнитов. Мобильные
телефоны, компьютерные жесткие диски, мониторы
В керамике РЗМ (оксиды иттербия и иттрия) необходимы для стабилизации
свойств огнеупоров
6
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Структура областей применения РЗМ и их соединений
7
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Основные руды и минералы для производства РЗМ
● Основными минералами РЗМ являются бастнезит, монацит, лопарит и
ионно-абсорбционные
абсорбционные глины. Однако эти руды в природе распределены
таким образом, что в мире существует лишь небольшое число рентабельных
для разработки месторождений.
● За рубежом в качестве промышленных источников используются в
основном бастнезит (в нем 70-75
75 % РЗО) и ксенотим (55-62
(55
%).
● Наибольшая часть мировых запасов РЗМ заключена в месторождениях
бастнезита в Китае.
● Монацитовые месторождения получили распространение в
Австралии, Бразилии, Индии и Малайзии. Однако в последнее время
добыча и переработка монацита значительно сократились ввиду того, что
содержание тория (и побочного продукта – радия) делает этот минерал
радиоактивным.
● Главной освоенной частью сырьевой базы России являются
Ловозерское месторождение лопарита и апатитовые месторождения
Хибинского региона (Мурманская область).
8
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Основное сырье для извлечения РЗМ в Евро-Арктическом
Евро
регионе
Ловозерские лопаритовые и хибинские апатитонефелиновые руды на Кольском
полуострове.
Апатит имеет преимущество перед лопаритом по составу и содержанию более
ценных иттрия, средних и тяжелых редких земель.
По материалам переоценки Государственного комитета по запасам (ГКЗ),
утверждены запасы по промышленным категориям преобладающей части
отечественных балансов, связанных с хибинским апатитом, в %: по иттрию и РЗМ –
40,5; по стронцию – 99,8.
Постановлением Правительства РФ за № 50-р
50 от 16.01.96 г. отнесены к дефицитным
видам стратегического сырья.
9
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Основные руды для производства РЗМ
10
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Основные руды для производства РЗМ
11
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Патенты на способы извлечения РЗМ
● Способы извлечения РЗМ из углей – 60 патентов РФ
● Способы извлечения РЗМ из красных шламов – 360 патентов РФ
● Способы извлечения РЗМ из апатитового сырья и отходов – 90 патентов РФ
● Способы извлечения РЗМ из отходов атомной энергетики – 120 патентов РФ
● Способы извлечения РЗМ из лопаритов – 20 патентов РФ
Всего более 2000 научных работ и патентов
12
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Способы извлечения РЗМ (примеры)
● Извлечение редкоземельных металлов из минерального фосфатного сырья, включающий спекание сырья с
углеродом и добавками, обработку спека водой и растворение в минеральной кислоте, при высокотемпературном
синтезе с нитратом щелочного металла при растворении спека в соляной или азотной кислоте и избыточном
давлении до 15 атм. (Соликамский магниевый завод)
● Извлечение РЗМ и попутных продуктов (очищенный мел, карбонат стронция, гель оксида кремния и фторид
аммония) (ОАО Акрон)
● Получение фторидного скандиевого продукта из растворов сложного солевого состава, включающий экстракцию
скандия фосфорсодержащими экстрагентами, реэкстракцию скандия фторидом натрия с получением концентрата
скандия в виде комплексной фторидной соли и выщелачивание (УРО РАН)
● Переработка монацитового концентрата, включающий дефосфорацию концентрата путем нагрева в
восстановительной среде с использованием минерального растворителя и отделение торийсодержащего
компонента (ЗАО Белый соболь)
● Избирательное извлечения скандия из солянокислых растворов, включающий сорбцию на фосфоросодержащем
амфолите (ВСМПО Ависма)
● Способ извлечения иттрия включающий обработку минерального сырья раствором соляной кислоты при
перемешивании с переводом иттрия в раствор (УРО РАН)
● Получение оксидов тугоплавких металлов из лопаритового концентрата при измельчении концентрата до
крупности частиц по меньшей мере 0,075 мм с классификацией, вскрытие лопаритового концентрата
концентрированной неорганической кислотой (ЗАО РОСРЕДМЕТ)
● Получение сплавов на основе редкоземельных металлов, скандия и иттрия, включающий металлотермическое
восстановление их галогенидов в атмосфере инертного газа при активном перемешивании в присутствии
легирующих компонентов в чистом виде и флюсов (ВНИИХТ)
● Извлечение редкоземельных металлов из фосфогипса, включающий обработку фосфогипса сернокислым
раствором, фильтрацию, выделение из полученного раствора осадка нерастворимых соединений редкоземельных
металлов, отделение осадка фильтрацией (ООО "Лаборатория Инновационных Технологий")
13
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Потенциал РЗМ
По подсчетам экспертов, 70% известных запасов редких земель находятся в
Мурманской области, из них 43% - в Хибино-Ловозерском
Хибино
горнопромышленном
районе.
Крупнейшее в России месторождение лопаритов находится в Мурманской
области в селе Ловозеро. Лопарит является единственным в нашей стране
исходным видом сырья, из которого производятся редкие и редкоземельные
металлы.
Главный недостаток
Редкоземельные металлы являются не профильным товарным продуктом, а
попутным, их производство зависит от масштабов производства основного
продукта, которым в первую очередь являются апатито-нефелиновые
апатито
руды.
14
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Стадии получения РЗМ
1) вскрытие минералов кислотой или хлорированием и получение
полупродуктов (солей или оксидов), обогащенных РЗМ;
2) отделение РЗМ от металлов, им сопутствующих;
3) грубое разделение соединений РЗМ на фракции, обогащенные
металлом, но содержащие в меньшем количестве соединения прочих
металлов;
4) тонкая обработка фракций для получения достаточно чистых
растворов соединений отдельных компонентов и извлечение из этих
соединений того или другого металла в чистом виде;
5) восстановление соединений до металла.
15
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Концепция строительства завода по производству РЗМ
● Выбор перспективных и положительно апробированных технологий
извлечения редкоземельных металлов
● Подбор номенклатуры выпускаемых РЗМ в зависимости от
потребностей промышленности (металлургия, электроника,
нефтепереработка, строительство, hi tech технологии)
● Выбор основных источников сырья для извлечения РЗМ
● Разработка рациональной технологической схемы переработки
лопаритов и апатитовых концентратов (фосфополугидратов)
промышленные установки
● Опытно-промышленные
● Аппаратурно-технологическая
технологическая схема проекта (компоновка)
● Разработка схемы логистики и ТЭО проекта
16
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Опыт нереализованных проектов
В 2005 году на конкурс Русских Инноваций был подан проект «Металлургический завод по производству
редкоземельных металлов», разработанный совместно ГХК (Росатом), АК «Алроса» (Республика Саха-Якутия,
Саха
алмазы), администрацией г. Железногорска и ИХХТ СО РАН. В качестве исходного сырья в проекте
предполагалось использовать руду Томторского месторождения в республике Саха-Якутия.
Саха
Данные руды по
абсолютному содержанию РЗМ уникальны и не имеют аналогов в мировой практике. Производительность
завода: цериевая группа РЗМ – 3200 тонн; иттрия диоксид -120 тонн. Проект был включен в «Белую книгу
проектов», которые могут оказать в будущем критическое влияние на национальную экономику, но для их
реализации требуются масштабные инвестиции и длительные сроки реализации (10 и более лет).
Красноуфимский завод РЗМ,, крупный несостоявшийся проект – по переработке монацита, который
хранится на складах г. Красноуфимска, Свердловской области, в количестве 82 тыс. тонн и содержит 40 тыс.
тонн РЗО. В проекте, который охватывал 22 научных и производственных организаций, предусматривалось
создание двух заводов: завода по вскрытию концентрата в г. Красноуфимске с получением раствора суммы
РЗМ, и завода по получению индивидуальных РЗМ в г.Заречном. Планировалось перерабатывать ежегодно
5000 тонн концентрата с получением широкой гаммы РЗМ в количестве 2430 тонн. Однако не удалось найти
инвестора на этот проект стоимостью в 200 млн.долларов.
Создание РЗМ производства на ОАО «ЧМЗ». В период 2000-2006
2000
годов ОАО «ВНИИХТ» разработал
принципиально новую схему получения ядерночистых эрбия, диспрозия и гадолиния для ядерного топлива.
Созданное промышленное оборудование предусматривало получение 3 тонн/год Er2O3 и Gd2O3 и 2 тонн/год
Dy2О3. Проект не был доведен до реализации.
В 1992 году ФГУП «ГИ «ВНИПИЭТ», на основании договора с Ловозерским ГОК, было разработано ТЭО в
составе 4-х
х томов и двух чертежей генплана по проекту «Производство
«
металлического ниобия, тантала,
циркония и РЗМ на новом гидрометаллургическом комбинате по переработке лопаритового и эвдиалитового
концентратов Ловоозерского месторождения Республики Карелия». По проекту для создания производства
РЗМ необходимы были инвестиции 111,1 млрд. руб. (в текущих ценах); полная продолжительность проекта – 6
лет; срок окупаемости проекта 6 лет.
17
Национальный минерально–сырьевой
сырьевой университет «Горный»
Быстрое решение
Наиболее быстрое решение – использовать действующие предприятия,
способные уже сегодня выпускать РЗМ продукцию, создав технологическую
связку:
– Расширение производства на заводе АКРОН
– ЗАО «Ловозерская горно-обогатительная
обогатительная компания» – Соликамский
магниевый завод – Чепецкий механический завод.
Мощности по производству товарной продукции легких РЗМ может быть
создана на базе площадей Чепецкого механического завода (г. Глазов). Их загрузят
карбонаты РЗМ, освоенные Соликамским магниевым заводом из лопарита
Ловозерского месторождения.
Апатитовый концентрат - источник РЗМ средней и тяжелой группы - можно
перерабатывать на Кирово-Чепецком
Чепецком химкомбинате: 600 тыс. тонн апатита в год
дадут 3,5 тыс. тонн РЗМ - концентрата. Далее Чепецкий завод выделит из этого
концентрата товарную продукцию РЗМ.
По такой схеме можно будет через 1-2
2 года получать до 6,2 тыс. тонн РЗМ
легкой группы и до 300 тонн РЗМ средней и тяжелой групп в год.
18
Национальный минерально – сырьевой университет «Горный»
Спасибо за внимание!
19