Статьи

Крайне необходимые в эпоху высоких технологий металлы – редкие земли, или редкоземельные элементы, первые из которых были открыты на рубеже 18–19 вв., – по-прежнему оправдывают своё название: их богатыми и разработанными месторождениями могут похвастаться очень немногие страны – Австралия, Канада, Бразилия, Индия, Китай, США... России в этом списке, увы, нет. Начиная с 1950-х гг. лидирующее в мире производство редких земель располагалось именно в США – в Южной Калифорнии. Однако последние 25 лет геологи называют не иначе как «Китайской эрой», поскольку, по данным Геологической службы США (Mineral Commodity Summaries 2010), только в 2010 г. на Китай приходилось 36 млн тонн запасов редкоземельных элементов – то есть более трети всех мировых запасов, указываемых американцами на тот момент.

Поначалу Китай, развернувший масштабное и недорогое производство редких земель, снизил цены на эти металлы и тем самым усыпил бдительность даже США, которые в 2002 году практически полностью свернули своё крупнейшее производство – за ненадобностью. Однако «счастье» длилось недолго: в КНР стали постепенно вводить квоты на экспорт редкоземельных металлов и тем самым ограничили доступность этих материалов для производств за пределами страны. Продержавшись десятилетие, квоты были отменены в начале 2015 года, но свое дело сделали: стимулировали новые разработки месторождений и новые способы добычи редких земель по всему миру.

В России за один из таких способов взялись учёные Северского технологического института (СТИ НИЯУ МИФИ): по проекту в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направления развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» они разрабатывают технологию, которая эффективно позволяет выделять редкоземельные элементы (и радионуклиды) при переработке апатитового сырья.

На сегодняшний день апатитовые руды используются, в основном, для получения фосфатных удобрений. Но в них содержится около 1% редкоземельных элементов, которые, по словам Виктора Сачкова, руководителя проекта, профессора кафедры «Химия и технология материалов современной энергетики» СТИ НИЯУ МИФИ, в настоящее время практически не выделяются при переработке.

Поэтому разработчики планируют извлекать редкие земли и получать на выходе и удобрения, и некий концентрат редкоземельных металлов.

При производстве азотных удобрений также возникают отходы, такие как фосфогипс, в котором тоже скапливается около 1% редкоземельных элементов, однако технология извлечения редких земель из него дорога, хотя и подобными разработками вскрытия фосфогипсов и извлечения оттуда РЗ в России занимались несколько научных организаций, включая «Десятый институт» Минатома. Однако, как поясняет исполнитель проекта и также профессор кафедры «Химия и технология материалов современной энергетики» Александр Буйновский, учёные Северского технологического института намереваются «те редкие земли, которые находятся в удобрениях, отделить от них, чтобы они не выпали, не ушли с фосфогипсом, а остались свободными – и с ними можно было бы дальше работать».

Таким способом разработчики планируют выделять концентрат всех 14 f-элементов-лантаноидов, включая лантан, церий, празеодим, неодим, тербий и тулий: одни элементы присутствуют в апатитах в очень малых количествах, другие – в больших. В большом количестве представлены, как правило, 4 лёгких элемента – церий, лантан, празеодим и неодим. «Раньше были цериевые зажигалки: раз чиркнешь – проскакивает искра. А лантан используется, в основном, для хороших оптических стёкол, поскольку обладает хорошими полирующими свойствами, – поясняет Александр Сергеевич. – Неодим и празеодим – это металлы, которые используются для получения высокоэнергетических магнитов. Возможно получение и такого соединения, как FeNdB (железо-неодим-бор): на его основе китайцы получают примерно 18–20 тысяч тонн магнитов в год.

Вот считайте, если бы и нам удалось! Ведь у нас производство – 120 тонн магнитов в год, поскольку сырья совершенного никакого».

По словам Буйновского, для создания в России магнитов всё закупается у Китая, а единственное место, где в России перерабатывают редкоземельные руды, – это Соликамск, откуда большая часть продукции, а это около 2,5–3 тысяч тонн переработанного сырья, направляется в Эстонию – на создание магнитов и разделение элементов. Так что разработка северских учёных позволит сделать Россию более независимой от импорта готовой продукции на основе редких земель.

Разработчики успели провести испытания экспериментального образца установки для комплексной переработки апатитовых руд и заняты теперь созданием опытной установки. Они планируют применять новую технологию на уже имеющемся производстве, поскольку используют те же вещества, которые входят в стандартный цикл переработки апатитов для получения удобрений.

Избыток азотной кислоты, применяемый для выделения редких земель, в виде нитрат ионов войдёт в состав будущего нитрофосфорного удобрения, производством которого (равно как и концентрата редкоземельных металлов) уже в следующем году займётся промышленный партнёр проекта – гидрометаллургический завод в городе Лермонтов (Кавказские Минеральные воды). Сегодня на этом заводе производятся высококачественные аммониевые и фосфорные удобрения, получаемые из апатитовых руд Кольского полуострова.