Очень ценные крупицы. Петербургские геологи стояли у истоков открытия «редких земель»
Редкоземельные металлы (РЗМ) ныне сродни биному Ньютона, шутят геологи. Оба понятия у всех на слуху, но мало кто толком знает, что они означают. С первым понятием связано столько недостоверных сведений и домыслов, что просто диву даешься. Но не менее удивительно другое. По запасам этих стратегически важных видов сырья — 28,7 млн тонн — Россия занимает второе место в мире. А создает всего-навсего около 1 % от общего объема их мирового производства, ввозя для своих нужд остальное. Федеральная власть намерена ситуацию изменить, предпринимая ряд важных шагов. И сотрудники петербургского Института Карпинского имеют к этой работе самое прямое отношение.
Месторождения редкоземельных металлов, открытые в разные годы здесь, на далеком Кольском полуострове, давно ждут освоения./ФОТО Михаила МОРДАСОВА/ТАСС
Кому улыбалась удача
В конце XVIII века член-корреспондент Петербургской академии наук Юхан Гадолин, изучая образцы горных пород, обнаружил неизвестный доселе металл. Открытие «иттриевой земли», как назвал его ученый (образцы были доставлены с острова Иттербю в Балтийском море), положило начало исследованиям элементов, сравнительно редко встречающихся в земной коре.
Долгое время «редкие земли», оправдывая название, действительно «прятались» от рудознатцев. Удача стала чаще им улыбаться, когда в 1882 году при Горном департаменте был открыт Геологический комитет и началось системное изучение российских недр. На Кольском полуострове руды, содержащие такие элементы, нашли участники экспедиций Вильгельма Рамзая. Исследователи столкнулись с ними на Ловозерском горном массиве.
Но настоящий рывок произошел в советские годы. Совершил его правопреемник Геолкома — Ленинградский научно-исследовательский институт (ныне Институт Карпинского), поставивший поиски на строго научную основу. В 1930‑е годы геологи выявили на том же полуострове апатит-нефелиновые руды, рассказывает гендиректор этой организации кандидат технических наук Павел Химченко. А в Ловозерской тундре, относительно недалеко, наткнулись на лопаритовые — более богатые редкоземами.
Подготовили эту сырьевую базу, достаточную для промышленной добычи, экспедиции академика Александра Ферсмана. А позже в Якутии было обнаружено крупнейшее по запасам ниобия Томторское месторождение. Этому предшествовало составление геологических карт с выделением перспективных участков, изучение образцов и другие работы, которые и поныне проводит упомянутый институт. Выходит, он‑то и стоял у истоков этих открытий независимо от того, какая геологоразведка или НИИ подключались к работам на следующих этапах…
Что же представляют собой редкоземы (их, кстати, часто путают с редкими металлами)? Это 15 элементов группы лантаноидов с практически одинаковым строением атомов, схожих по химическим и физическим свойствам. Один из них, прометий, в природе не встречается. К ним условно «примыкают» родственные элементы — иттрий и скандий, поясняет заместитель директора Центра прогнозно-металлогенических исследований Института Карпинского кандидат геолого-минералогических наук Василий Леонтьев.
Лантаноиды относятся к категории редких металлов (российские запасы оцениваются в 650 млн тонн). Это более широкая группа, объединяющая свыше 60 металлов: тугоплавкие, радиоактивные и другие, в том числе и редкоземы. Причем некоторые из них можно отнести одновременно к двум-трем группам этого большого «сообщества», добавляет ученый.
Хотя не все РЗМ, по его мнению, так уж редки. Скорее это рассеянные в природе элементы с очень низкой их концентрацией в породах. Так, в рудах хибинских апатитов — малые доли процента РЗМ, буквально крупинки, в ловозерских — около 1,1 %. Потому их добыча так трудоемка: чтобы получить килограмм неодима, нужно переработать сотни тонн породы. А это многоступенчатый сложный процесс: дробление, флотация, выщелачивание кислотами и т. д.
Закрома на два века
Наша страна имеет огромные балансовые запасы РЗМ. Они содержатся в восемнадцати месторождениях, половина которых открыта в Мурманской области, а остальные — в Сибири (Красноярский край, Иркутская область, Забайкалье) и Якутии.
Но вся добыча сосредоточена пока на Ловозерском месторождении, и местный ГОК выпускает лишь 2,6 тысячи тонн товарной продукции (0,9 % от мирового производства). Еще меньше РЗМ получают в виде побочной продукции при переработке хибинских апатит-нефелиновых руд и производстве фосфорных удобрений.
Почему так вышло? Дело в том, что подобраться к подобным кладовым в труднодоступных северных краях можно, а вот осваивать недра без дорог и энергомостов не получится. Это понимали и в советские годы, откладывая такие «закрома» на потом. Но есть и другая закавыка. Первичную переработку сырья ведут северяне, а затем отправляют руду на Соликамский магниевый завод (Пермский край). Оттуда рудный концентрат, из которого нужно вычленить отдельные РЗМ, раньше уходил в Казахстан и Эстонию. Такой была технологическая цепочка.
Россия продолжает возрождать геологию, без которой невозможно развитие минерально-сырьевой базы страныВыстроенный на берегу Финского залива, в городе Силламяэ, завод и позже не утратил связи с уральцами, получая от них (до поры до времени) «редкоземный» концентрат. Но в последние годы его для финальной переработки отправляют в Китай, чтобы получить на выходе РЗМ.
Тут вновь нужно сделать отступление. Сами РЗМ разделяют на две группы: легкие и тяжелые, которые отличаются строением атомов и свойствами. Первых в природе больше (ряд элементов от лантана до европия), но вторые — от гадолиния до лютеция — более востребованы и дороже. Китайцам в этом смысле повезло: они обнаружили на юге своей страны крупные месторождения тяжелых редкоземов. И, не имея своих высоких технологий, стали добывать эту руду и поставлять на внешние рынки ее концентрат по бросовым ценам.
Ну а потом, разработав нужные технологии, КНР начала экспортировать продукт с более высокой добавленной стоимостью. Другие страны его брали, посчитав, что это дешевле, чем развивать свое производство, а уж тем более создавать его заново. Легко догадаться, к чему это привело. США и Австралия закрыли свои предприятия, и не только они. Так Китай стал мировым лидером как по запасам этого сырья, так и по производству готовой продукции, переделав глобальный рынок РЗМ под свои интересы.
Что мы наблюдаем сегодня? Мировые запасы РЗМ — около 106 млн тонн, и почти половина сосредоточена в Китае. Следом идет Россия, обладающая значительным потенциалом РЗМ. Прогнозные ресурсы высоких категорий превышают 8 млн тонн оксидов. А поставленных на госбаланс запасов при нынешнем уровне добычи хватит, по расчетам, более чем на 200 лет. Но технологии разделения РЗМ у нас только создаются. И хотя спрос на такую продукцию в России начал расти, он все еще не очень велик.
В то же время мировая добыча редкоземов составляет ныне порядка 300 тысяч тонн в год. Более двух третей этого объема приходится на Китай, а доля Поднебесной в мировом производстве РЗМ превышает 71 %. И эту продукцию, которая используется практически во всех высокотехнологичных отраслях, зарубежные страны по‑прежнему охотно берут.
Время — деньги
«Каждый такой элемент имеет свои сферы применения и по‑разному востребован. Так, церий и лантан нужны для получения оптических изделий и полировальных порошков. Они же (равно как неодим и празеодим) идут на изготовление особых сплавов металлов и никель-металлогидридных аккумуляторов. Редкоземы незаменимы также при выпуске керамики и люминофоров», — перечисляет Василий Леонтьев.
По его словам, они используются в электронике, ветрогенераторах и катализаторах (для нужд нефтехима и автопрома). А некоторые РЗМ составляют основу для получения постоянных магнитов, которые нашли широчайшее применение — от робототехники и беспилотников до электромобилей и медицинских томографов. На территории РФ такие магниты производят три предприятия — в Петербурге (завод «Магнетон»), Москве и Калуге.
В целом эти отрасли получили в России развитие. Федеральные власти сделали ставку на импортозамещение стратегически важного сырья, включая РЗМ. Для этого нужно сформировать полный цикл переработки редкоземов, опираясь на собственные технологии. И тогда к 2030 году нам удастся сократить импорт РЗМ на 45 %, как это предусматривают правительственные распоряжения и обновленная Стратегия развития минерально-сырьевой базы РФ.
Можно ли совершить такой скачок за каких‑то пять лет? Если начинать все с нуля, то вряд ли. Но технологический задел в этой сфере уже есть.
Госкорпорация «Росатом», в состав которой вошел Ловозерский ГОК, подготовила «дорожную карту» шагов по полной переработке в Соликамске концентрата из руд одноименного месторождения. Эту программу, рассчитанную до 2030 года, утвердило правительство РФ. Атомщики назвали ее «Технология новых материалов и веществ» и последовательно идут в этом направлении, поведал глава Института Карпинского.
Нужно понимать, что создать по щелчку новые технологические цепочки невозможно, говорит он. Такая работа требует господдержки и кропотливой работы многих участников процесса, ряда экспериментов и поисков, а на это уходят годы. Время — деньги, иначе не скажешь. Но только так можно получить конкурентоспособную продукцию, не уступающую по цене и качеству зарубежной, насытить внутренний рынок (спрос на нее растет) и отправлять на экспорт.
А в том, что это достижимо, сомневаться не стоит. Одна московская компания (точнее, ее лаборатория инновационных технологий) подготовила технологию переработки отходов производства удобрений из руд хибинского апатита и получения РЗМ. Это не первая ласточка в отрасли и уж, конечно, не последняя. Правда, технологическую гонку нужно вести в этой сфере уже не только с Китаем: изначально упустив рынок, в нее вступили США и другие страны, располагающие, как и Россия, немалыми запасами «редких земель».
«Козырная» карта
Расширять отечественную сырьевую базу редкоземов нужды нет, она и без того обширная, считают некоторые. Однако есть и другое мнение: на поиск РЗМ был отчасти направлен первый этап федеральной программы «Геология. Возрождение легенды» («ГВЛ»). А спустя время и второй, стартовавший не так давно (см. «СПб ведомости» от 27 марта 2025 г.).
Четыре месторождения в разных регионах, содержащие РЗМ, с 2022 года готовятся к освоению. Правда, извлекать в виде товарной продукции именно эти металлы предполагается пока только на двух из них. Продолжаются в России и поисковые работы на РЗМ, причем во многом благодаря Институту Карпинского, тоже вовлеченному в реализацию фронтальной стратегии «ГВЛ». Несколько лет назад в его стенах появился Центр прогнозно-металлогенических исследований, который объединил подразделения, имеющие дело с рудными объектами. Он выполняет региональные металлогенические исследования научного и производственного характера (генезис месторождений РЗМ, их распределение в горных породах и т. д.), без которых нельзя проводить поиски редкоземов. Благо лабораторная база института позволяет это делать — здесь есть оборудование, какого нет больше нигде в России, подчеркивает Павел Химченко.
Проекты этого подразделения имеют большое прикладное значение. Так, проработав накопленные за многие годы полевые и картографические материалы, один из отделов центра подготовил новую государственную информационную систему (ГИС). Это цифровая Карта закономерностей размещения и прогноза основных типов месторождений РЗМ, охватившая всю территорию РФ.
Карта многослойная: отдельными слоями там отражены критерии, характерные для прогноза, и листы прежних карт для проведения работ, важных для выявления месторождений РЗМ. Это уже не просто ГИС-проект, а своего рода «дорожная карта» поисков, способных заинтересовать инвесторов, убежден директор института. А теперь сотрудники центра выполняют другие, столь же перспективные проекты.
МЕЖДУ ТЕМ
Когда готовился материал, стало известно, что в Сибирском федеральном округе планируется создать кластер по глубокой переработке РЗМ. Их разведанные запасы составляют там 18 % от общероссийских — примерно половина приходится на красноярское Чуктуконское месторождение.
Такие проекты можно увязать с другими по добыче полезных ископаемых (меди, никеля, угля, драгоценных металлов, углеводородов и др.), которых в Сибири тоже немало. И они станут драйвером развития новых отраслей. А наличие в регионе научных центров и опытных геологических кадров облегчит решение задачи по обеспечению сырьевой и технологической независимости России.
Читайте также:
Цифровой двойник для кубинцев. Петербургские геологи помогают коллегам с Острова свободы
Между щитом и платформой. В основе геологических начинаний лежит экономическая целесообразность
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 74 (7896) от 24.04.2025 под заголовком «Очень ценные крупицы».
Комментарии