Новости горной промышленности

Литиевый потенциал России

Литиевый потенциал России

Солончак Уюни, Бразилия

Российский журнал «Редкие земли» опубликовал всеобъемлющий материал научного сотрудника Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Гелия Борисовича Мелентьева, посвященный потенциалу отечественной литиевой промышленности.

Освоение техногенных ресурсов может и должно сыграть роль «спускового механизма» в технической модернизации и инновационном развитии всего сырьевого сектора нашей экономики, который остается в России базисным.

Литий — один из наиболее востребованных в ми­ре военными и гражданскими отраслями про­мышленности редких металлов. В связи с откры­тием, разведкой и подсчетами запасов лития в последние 50-60 лет в десятках крупнейших ме­сторождений мира с запасами от 1 до 11 млн тонн Li20 в структуре его природных источников про­изошли серьезные изменения: наряду с рудами редкометальных гранитных пегматитов со сред­ними содержаниями 1,1-3,0% Li20 (магматоген- ный источник) в настоящее время за рубежом до 60-70% лития производится за счет эксплуата­ции рассолов и рапы бессточных соляных озер с содержаниями 0,06-0,5% Li20 (гидроминераль­ный источник).

В СССР первый литиевый рудник был вве­ден в эксплуатацию еще в 1941 году в Восточном Забайкалье на Завитинском месторождении сподумена (5,9-7,9% Li20). Это предприятие проработало 56 лет и было законсервировано в 1997 году в связи с изменением в новой России экономической ситуации в условиях «переход­ного периода».

Магматогенные источники литиевого сырья

За рубежом производится и используется пол­ный ассортимент литиевой товарной продук­ции, как минеральной, так и химической. Из редкометального пегматитового сырья полу­чают минеральные концентраты сподумена (ли­тиевого пироксена LiAl(Si206)), в меньшей степе­ни петалита (литиевого шпата LiAlSi4O10) и ле­пидолита KLij 5А12 5Si3O10(F, ОН)2, в минималь­ном количестве — амблигонита LiAlP04(F, ОН). При этом сподумен, содержащий 5,9-7,9% LiaO, преимущественно используется в производствах хлорида, фторида, гидроксида, карбоната и дру­гих солей лития, а петалит (3,4-5,5% Li20) и ам- блигонит (7,9% Li20) — в специальных стеколь­ных и керамических производствах, в том числе непосредственно в виде шихты.

Промышленные магматогенные месторож­дения лития представлены двумя главными разновидностями, которые различаются мор­фологически, масштабами запасов и степенью поликомпонентности руд. Первая из них — еди­ничные крупные жилы, как правило, залегаю­щие в массивных вмещающих породах (грани­тах, ортоамфиболитах, диабазах). Сопутствую­щие литию ценные и дефицитные редкие ме­таллы — Та (с Nb) и Cs (с Rb) — представлены в рудах этого типа высококачественными мине­ральными концентратами соответственно тя­желой (танталит, микролит) и легкой (поллу- цит, лепидолит) фракций. Тем самым предопределяются возможности раздельной разработки этих зон и селективной добычи преобладающих типов руд, в том числе литиевых (Коктогай в Китае, Берник-Лейк в Канаде, Бикита в Зим­бабве, Карибиб в Намибии, Варутреск в Шве­ции и др.)- Такие месторождения и руды, ис­пользуемые, прежде всего, в качестве источни­ков литиевого сырья, классифицируются как комплексные (Li-Ta-Cs) редкометальные.

Вторая разновидность рассматриваемых ме­сторождений представлена протяженными жильными полями (>10-15 км) редкометальных пегматитов, залегающими в рассланцованных породах. Для них характерны значительные пре­вышения длины над мощностью (>100 крат), от­сутствие зональности во внутреннем участково­полосчатом строении и высокие средние содер­жания лития (1,1-3,0% Li.,0), существенно пре­вышающие содержания в комплексных редкоме­тальных пегматитах. Запасы лития в таких ме­сторождениях — максимальные (до 1,2-3,0 млн тонн). Наиболее крупные из них эксплуатируют­ся в Австралии (Гринбушес), Китае (Jaijika, Gajika), в США (Кингс-Маунтин и Бессемер- Сити — шт. Каролина) и др.

Необходимо заметить, что характерные для пегматитов крупнокристаллические до блоко­вых выделения минералов лития и цезия с руби­дием — поллуцита CsNaAlSi2Oe, а также скопле­ния лепидолита в зарубежных странах служили и служат объектами добычи ручной рудоразбор- кой. Их особая ценность и дефицитность обу­словливают рентабельность такого способа экс­плуатации даже на небольших месторождениях в странах Африки (Мозамбик, ЮАР) и Южной Америки (Бразилия, Аргентина).

Химические щелочно-редкометальные производства и продукты

Совокупность промышленных методов вскры­тия литиевого сырья и получения конечной хи­мической продукции включает:

  1. Сульфатный метод — спекание различ­ных видов литиевого сырья (руд и концентра­тов) с сернокислым калием KSOr. Высокая стои­мость обусловила замену этого некогда тради­ционного метода другими, более доступными и эффективными.
  2. Известняком при температуре 1200-1250 °С с после­дующим разложением спека водой и получением гидроксида лития из раствора его многократного упаривания. Этот метод требует использования богатого сырья, так как при спекании с известью происходит его разубоживание. Промышленное производство, основанное на применении этого метода, было создано в США (завод в Сан-Антонио, шт. Техас) для переработки сподуменовых кон­центратов Кингс-Маунтин и лепидолитовых кон­центратов из стран Африки.
  3. Сернокислотный метод — включает декри- питацию сподуменового сырья при температуре 1100 °С, обеспечивающей перевод сподумена в 13-модификацию, и последующую обработку этого промпродукта серной кислотой при температуре 250-300 °С с получением сульфата лития. Обра­ботка последнего раствором кальцинированной соды позволяет получать в качестве конечного продукта карбонат лития. Применение этого ме­тода требует значительного расхода H2S04 — 250 кг на тонну концентрата. В промышленных масштабах сернокислотная технология использо­валась в США для переработки канадских споду­меновых концентратов с содержаниями 3-5% Li20 (завод в Миннеаполисе, шт. Миннесота). Эта технология стала использоваться для прямой ги­дрометаллургической переработки литиевых руд без предварительного флотационного обогаще­ния, характеризующегося значительными поте­рями лития. Сернокислотная переработка необо- гащенного литиевого сырья обеспечивает извле­чение 80% лития и превосходит все другие техно­логические процессы. Она применяется на круп­нейшем предприятии США (завод Беесемер-Сити) для переработки местной сподуменовой руды и канадского сподумена.

Процесс производства хлорида лития из коллективного концентрата амблигонита и ле­пидолита включает стадию получения сульфа­та лития за счет воздействия триоксида серы на концентрат при температуре 600 °С с после­дующим выщелачиванием Li2S04 водой, а за­тем — стадию обработки раствора хлоридом бария, упаривания его и извлечения хлорида лития амиловым спиртом.

Металлический литий получают электроли­зом расплава хлорида лития и металлотермиче­скими способами: из хлорида — восстановлением кальцием, из гидроксида — магнием. Особый ин­терес представляют разработки получения лития непосредственно из сподуменовой шихты с ис­пользованием в качестве восстановителей ферро­силиция или алюминия. Металлический литий используется для производства гидрата, алюмо­гидрата, дейтерида лития и соединения с бором.

Вынужденное участие СССР в термоядерной гонке воору­жений обусловило создание в нашей стране в 50—бо-е годы прошлого столетия надежной минерально-сырьевой базы лития.

Российские источники редких щелочных металлов, их производства и традиционные потребители

Вынужденное участие СССР в термоядерной гонке вооружений обусловило создание в нашей стране в 50-60-е годы прошлого столетия на­дежной минерально-сырьевой базы лития. С 1941 по 1997 год в Восточном Забайкалье осу­ществлялась добыча открытым способом и обо­гащение сподуменовой руды из Завитинского месторождения литиевых пегматитов с содержа­нием от 0,69% Li20, которое снизилось к завер­шению эксплуатации до минимальных значе­ний по сравнению с другими разведанными в стране месторождениями подобного сырья. Соответственно, и извлечение лития в сподуме- новый концентрат в процессе эксплуатации сни­зилось до 49-55%. Концентрат перерабатывался Красноярским ХМЗ (ныне ОАО «КХМЗ») по из­вестковой технологии на гидроксид лития (ЛГО-3) с выпуском в 1990-1992 годах 1450-1650 тонн/год и металлический литий (ЛЭ-1) в объемах 30-50 тонн/год. Этот завод контролировал половину продаж лития в России, а затем стал перерабаты­вать импортное сырье, экспортируя часть своей продукции. Новосибирский завод химконцентра­тов (ОАО «НХМЗ») специализирован на глубокую очистку лития от примесей и выпускает металли­ческую продукцию, литиевые батареи, дезинфи­цирующее средство «Лидос» и т. д. при мощности около 1 тыс. тонн/год в пересчете на металл. Оба завода входят в состав концерна «ТВЭЛ».

Химическая литиевая продукция произво­дится и другими предприятиями: различные со­ли лития — Новосибирским заводом редких ме­таллов, фториды лития — Сибирским химиче­ским комбинатом и Ангарским электролизным заводом и т. д. Карбонат лития используется за­водом «Красный Луч» в Псковской области в производстве стекла и фритт, АО «Химволокно» (г. Каменск-Шахтинский, Ростовская обл.) — в производстве химических волокон. Гидроксид лития используется ЗАО «Завод им. Шаумяна» в Санкт-Петербурге при выпуске специальных смазочных материалов. Литиевые ХИТы (хими­ческие источники тока) выпускают НПО «Квант» (Москва), НИИ электроугольных изделий (Но­гинск) и другие предприятия. Однако наиболее емкими потребителями литиевой продукции в России являются предприятия, использующие Li-Al и Li-Mg сплавы в авиационной и аэрокос­мической технике. В этом направлении наша страна традиционно опережает другие страны. В частности, истребитель МиГ-29М создан с ис­пользованием Li-Al сплава 1420, содержащего 2% лития, благодаря чему удалось снизить вес истребителя на 20%. Для топливных баков само­летов нового поколения на жидком природном газе создан Li-Al сплав 1460, содержащий 2-2,4% Li и характеризующийся высокой прочностью в интервале температур 20-253 °С. Его использо­вание снижает вес конструкции на 25-30%. Рас­сматриваемые сплавы были использованы при создании кабинного модуля космического кора­бля многоразового использования «Буран». Ши­рокий ассортимент Li-Al и Li-Mg сплавов в виде листов и полуфабрикатов выпускает Каменск-Уральский металлургический завод (КУМЗ) в Свердловской области. Кроме того, в России соз­даются принципиально новые перспективные направления промышленного использования лития, причем как в виде минеральных концен­тратов, так и химических соединений.

В 1990 году наша страна занимала 2-е место в мире после США по объемам производства ли­тия — 1,4 тыс. тонн в пересчете на металл. Од­нако мировое потребление в это время уже со­ставляло 7,6-8,2 тыс. тонн, а в дальнейшем не­прерывно увеличивалось (на 30% ежегодно только за счет роста производства промышлен­ных литий-ионных аккумуляторов). Консерва­ция единственного в новой России литиевого рудника обусловила необходимость импорта карбоната и оксидов лития для обеспе­чения текущих потребностей страны и действу­ющих производств конечной литиевой продук­ции. И это при наличии собственной минераль­но-сырьевой базы сподуменовых руд, соответ­ствующей по запасам и содержаниям лития мировым стандартам, а также при наличии вы­шеуказанных перерабатывающих производств.

В течение 25-летнего «переходного периода» в стране не было введено в эксплуатацию ни од­ного из трех крупнейших, детально разведан­ных месторождений редкометальных пегмати­тов с утвержденными в ГКЗ запасами лития и сопутствующих Та (с Nb), Cs (с Rb), Be и Sn в Кольском регионе (Воронья-Колмозерское), Восточном Саяне (Урикское, Гольцово-Тагнин- ское) и Тыве (Тастыгское).

Редкометальное импортозамещение: сырьевые приоритеты и перспективы

С конца 1990-х годов отсутствие собственной ли­тиевой продукции из-за закрытия единственно­го рудника в Восточном Забайкалье компенси­ровалось ее импортом. Развитие импорта хими­ческой литиевой продукции (карбоната и окси­дов) мотивировалось ее дешевизной на мировом рынке, обусловленной преобладающими мас­штабами извлечения лития за рубежом из ги­дроминерального сырья (Чили, Боливия, Ар­гентина, США, Китай) относительно традицион­ного пегматитового.

Прекращение добычи и производства рос­сийского сподуменового концентрата до сих пор ничем не компенсировано: ни вводом в эксплуа­тацию новых рудников на более качественном пегматитовом сырье с содержаниями лития, в два раза превышающими прежние разработки, и возможностями комплексного использования этих руд, ни организацией извлечения лития из гидроминеральных источников, представлен­ных давно известными месторождениями Даге­стана, Иркутского региона, Республики Коми, Республики Саха (Якутия): геотермы, сопут­ствующие рассолы нефтегазовых, алмазных ме­сторождений и др.

Альтернативой закрытию производства спо- думеновых концентратов в Забайкалье и кон­сервации Белогорского ГОКа — единственного производителя собственно танталовых концен­тратов в бывшем СССР, принадлежащего теперь Казахстану, — может явиться промышленное освоение значительно более крупных и качественных по содержаниям редкометальных компонентов пегматитовых месторождений Кольского региона, сосредоточенных в Воронья-Колмозерской зоне. В пределах этой субширотной жильной зоны выделяются два типа редкометального сырья:

  • микроклин-сподумен-альбитовые пегма­титы с ведущим литиевым и сопутствующим тантал-ниобиевым и бериллиевым оруденением (месторождения Колмозера и Полмостундры);
  • микроклин-альбитовые со сподуменом и комплексным редкометальным (литий-цезий-танталовым) оруденением (месторождение Васин-Мыльк в Вороньих тундрах).

Эти месторождения, разведанные и оценен­ные в 50-60-х годах прошлого столетия, полно­стью соответствуют мировым стандартам по за­пасам и качеству редкометального сырья. Одна­ко до сих пор они остаются неосвоенными. В настоящее время они обладают очевидными преимуществами в связи со своим расположе­нием (всего в 30-50 км от действующего ОАО «Севредмет») по сравнению с другими разведан­ными месторождениями редкометальных пег­матитов, расположенными в горно-таежных «дебрях» Восточной Сибири — в Иркутской об­ласти (Восточный Саян), и Республике Тыва.

Литиевые пегматиты месторождений Колмо­зера и Полмостундры представлены полями про­тяженных на 1-1,3 км жильных тел при мощно­сти до 15 м и более, причем запасы колмозерского сырья в 3 раза превышают полмостундровские. При средних содержаниях в рудах порядка 1% диоксида лития в раздувах жил могут быть выделены богатые блоки с содержаниями 2,5% и более. Эти месторождения в перспективе могут представлять собой объекты длительной эксплу­атации, ориентированной на выпуск сподуменовых концентратов, содержащих 4,4-6,0% Li20 при извлечении до 90%. Согласно исследовани­ям КНЦ РАН обогатимости этого сырья в лабо­раторных условиях (Полмостундра) и на пробе массой более 40 тонн (Колмозеро), попутно могут быть получены, соответственно, концентраты колумбита (8,7% Та20,. и 30,4% Nb20.) и колумбит-танталита (по 20% Та20, и Nb20) при извле­чении до 30-60%, а также 3%-ные берилловые концентраты с извлечением до 60%.

Литий-цезий-танталовые пегматиты Васин-Мылька представлены тремя жилами протя­женностью до 350 м и мощностью от 3 до 14 м. Для главного рудного тела этого месторожде­ния, в отличие от участково-полосчатых струк­тур и текстур колмозерских и полмостундров- ских жил, характерно зональное внутреннее строение. При этом каждая зона представлена определенным типом сырья: внешняя — литие­вым (сподуменовым) с танталом, ниобием и бе­риллием, промежуточная — нерудным калие­вополевошпатовым (блоковая зона) и внутрен­няя, наиболее ценная и продуктивная, — тантал-цезий-литиевым с бериллием, которое, со­ответственно, представлено собственными ми­нералами тантала — танталитом и микроли­том, цезия с рубидием — крупнокристалличе­ским поллуцитом (22-36% Cs20) и лития — крупнокристаллическим сподуменом, петалитом, амблигонитом и лепидолитом. При разра­ботке и обогащении редкометальных руд этого месторождения, согласно исследованиям их обогатимости, проведенным в 1960-х годах в КНЦ РАН, могут быть получены следующие концентраты: поллуцитовый (8,5-10% Cs20 при извлечении 57%), танталитовый (30-31% Та20 при извлечении 45-53%), сподуменовый (4,5- 5,5% Li20 при извлечении 59-75%) и берилло­вый (5-6% ВеО при извлечении 35-60%).

Принципиально важной представляется воз­можность селективной отработки наиболее бога­той редкометальными минералами центральной зоны, содержащей 0,073% Та905, 1,78% Cs20, 1,57% Li20 и 0,064% ВеО. Запасы этой богатой руды составляют 20% от общих и включают ру­доразборные минералы лития и поллуцит. Из промежуточной зоны может добываться блоко­вый микроклин марок Ш1К и Ш2К, а из нее же и центральной — рудоразборный кварц. Техноло­гическая схема обогащения обоих типов руд дан­ного месторождения предусматривает, помимо получения ряда редкометальных концентратов, попутный выпуск молотых кварц-полевошпатовых концентратов 1-го и 2-го сорта для стекольной промышленности и слюдяных концентратов (мусковит с лепидолитом).

В связи с незначительными запасами редко­метальной жильной массы в месторождении Васин-Мыльк сравнительно с Колмозером, рас­считанными нами по годам в варианте 5 лет экс­плуатации, его освоение позволит получать еже­годно 35 тыс. тонн молотых полевошпатовых про­дуктов, 6,5 тыс. тонн фторидно-литиевослюди- стых и 70 тыс. тонн — кварцевых. Общие объемы производства этих нерудных продуктов за рассма­триваемый период могут составить: полевошпато­вых — 175 тыс. тонн и кварцевых — 350 тыс. тонн.

Поэтапное промышленное освоение редко­метальных пегматитовых месторождений Воро­нья-Колмозерской зоны в современных услови­ях может осуществляться по следующей рацио­нальной схеме:

1-й этап — организация малого горно-техно­логического предприятия (МГТП) по извлече­нию из недр рудоразборного и складированию остающегося после его выемки редкометально­го и нерудного сырья наиболее богатых ими зон;

2-й этап — помол и обогащение основных (80%) запасов редкометального пегматитового сырья месторождения Васин-Мыльк;

3-й    этап — создание необходимой инфра­структуры, и производственных мощностей для долговременной эксплуатации литиевых пегматитов Колмозера, в перспективе — Полмостундры.

Минералы лития могут быть эффективно использованы в про­изводствах высокостойких и химически стойких керамических материалов для нужд приборостроения, для изготовления деталей атомных реакторов, реактивных двигателей и т. д.

БЫТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
  • Литий-ионные батареи заняли почти 100% рынка
  • Ключевая технология аккумуляторов за последние 5—10 лет
  • Устойчивое снижение цен на конечную продукцию
  • Миграция технологий аккумуляторов на более крупные приборы (газонокосилки, инвалидные коляски)
ХРАНЕНИЕ ЭНЕРГИИ В СЕТЯХ
  • Хранение электроэнергии в промышленном масштабе для солнечных и ветряных электростанций (50+ МВт)
  • В США строится хранилище энергии на 400 МВт
  • Перспективы роста для рынка бытового хранения энергии
ЭЛЕКТРОМОБИЛИ
  • На сегодняшний день представлено 45 гибридных моделей, 15 полностью электрических
  • Литиевые аккумуляторы сегодня используются во всех типах электромобилей
  • Все автопроизводители заявляют новые гибридные/электрические модели
  • Гибридные модели занимают 20% рынка Японии и Норвегии. Следующий — Китай
  • В Китае — 130 миллионов электрических мотороллеров. Только 4% из них используют литиевые аккумуляторы

Необходимо отметить, что использование химических литиевых продуктов в отечествен­ных производствах стекол, ситаллов и немного­численные исследования применимости петалита, лепидолита и амблигонита в качестве компонентов фарфоровых масс свидетельству­ют о перспективности использования литийсо­держащих минералов в различных отраслях ке­рамической промышленности. Однако в нашей стране литийсодержащие минералы для дан­ных целей не используются. Запасы этих мине­ралов не подсчитывались даже в эксплуатируе­мых и подготовленных к эксплуатации место­рождениях редкометальных пегматитов. Они не имеют официально установленной цены и до настоящего времени, в отличие от зарубежного мира, нигде не добываются. В то же время за­рубежная практика и исследования российских специалистов свидетельствуют о том, что при­родные минералы лития могут быть эффектив­но использованы в производствах высокостой­ких и химически стойких керамических мате­риалов для нужд электротехнической и хими­ческой промышленности, приборостроения, для изготовления деталей атомных реакторов, реактивных двигателей и т. д.

Очевидно, что реализация 1-го и 2-го этапов предусматривает сезонный характер горнодобы­вающих работ и вывоз редкометального и неруд­ного сырья для обогащения и переработки к ОАО «Ловозерский ГОК». Тем более что в свое время бывший Ловозерский ГОК приобретал неболь­шие партии кейвского рудоразборного Pb-микролита (до 350 кг) с 26% Та205, а в специ­ально созданном щелочном цехе перерабатывал импортный канадский поллуцит на сверхчистые цезий, рубидий и другие щелочные металлы, ко­торые импортировались в страны СЭВ. Эта база должна и может быть использована при дальней­шем освоении объектов Воронья-Колмозеро и Кейв, в том числе как перспективных источни­ков редкометального, сопутствующего нерудно­го и кейвского высокоглиноземистого (кианито- вого) сырья для различных керамических произ­водств, создание которых на месте может послу­жить развитию инфраструктуры ОАО «Ловозер­ский ГОК» и районов его новой деятельности, включая российский и зарубежный рынки. С этих позиций рациональная переработка наи­более объемных нерудных продуктов — нефели­новых, полевошпатовых, эгириновых, слюдя­ных и других как сопутствующих профильным редкометальным (лопариту, эвдиалиту, сподуме­ну, танталиту и др.), должна осуществляться в районе их добычи и обогащения, то есть на спе­циально построенных заводах по выпуску фа­садной и облицовочной плитки, стеклоблоков, ситаллов и шлакоситаллов, пеностекла, низко­сортных сульфатно-щелочных удобрений с ис­пользованием фосфогипса и т. д. Такие заводы, согласно разработанным, но не реализованным в 1980-90-х годах проектам, могут потреблять от 20-30 тыс. тонн до 100 тыс. — 1 млн тонн молото­го щелочноалюмосиликатного сырья. Тем са­мым в соответствии с нашей концепцией дивер­сификации и реформирования производствен­ной деятельности Кольского ГПК на примере Ловозерского района Мурманской области в пол­ном объеме могут быть реализованы перспекти­вы комплексного освоения территорий рудных районов и недр, переработки и использования природного и техногенного минерального сырья в виде конечной продукции.

Гидроминеральные источники лития

Месторождения погребенной литийсодержащей рапы в России пока не известны. В то же время еще в СССР были выявлены и стали объектами геологоразведочных работ и НИР месторождения редкометальных геотермальных рассолов (Даге­стан), автономные источники глубинных высоко­минерализованных вод (Иркутская обл.) и попут­ные воды объектов нефтегазодобычи (Республи­ка Коми, Иркутская обл.). В 1970-80-е годы в СССР была открыта и оконтурена Дагестанская провинция редкометальных геотерм, включаю­щая 56 потенциально перспективных источников редких щелочных металлов, йода и брома, бора, магния, калия и минеральных солей. Для строи­тельства первого опытно-промышленного завода в г. Южносухомск была подготовлена сырьевая база двух месторождений геотермальных вод — Берикейского и Тарумовского, а также попутных вод нефтегазовых месторождений. Парорассоль­ные смеси Берикейской и Комсомольской геотер­мальных площадей характеризуются содержани­ями 50-150 г/м3 лития при общей минерализа­ции 110-200 кг/м3. Однако этот проект, обосно­ванный только геологически, без подсчета запа­сов и утверждения их в ГКЗ, остался нереализо­ванным.

К настоящему времени, по мнению специали­стов ИМГРЭ (М.В. Торикова, М.Ф. Комин и др., 2011), наиболее реальным гидроминеральным ре­сурсом лития представляются глубинные рассо­лы Ангаро-Ленского бассейна. На Знаменском месторождении в 2005 году утверждены разве­данные запасы подземных рассолов в 40,5 тыс. м3 со средним содержанием лития 0,42 г/л. Дебит действующей скважины — 110 м3/час, что позво­ляет прогнозировать организацию ежегодной до­бычи 400 тонн лития. Максимально возможное производство лития из рассолов Знаменского ме­сторождения оценивается в 1300 тонн. Кроме то­го, добыча лития возможна из попутных рассолов Верхнечонского и Ярактинского газонефтяных месторождений в объемах соответственно 338 и 134 тонн. Обоснованы четыре базовые технологии рентабельной переработки иркутских Ca-Mg рас­солов с получением хлорида и бромида лития, моногидрата гидроксида лития, фторида лития и других химических продуктов.

В качестве нового, перспективного на под­земные литийсодержащие гидроминеральные ресурсы региона выдвигается Республика Ко­ми, для которой обосновываются задачи раз­ведки и комплексной оценки на литий, бром и йод. Промышленные содержания этих компо­нентов установлены в водах многочисленных скважин на территории нефтеносного бассей­на в Усинском и Вуктыльском районах, на разных глубинах и горизонтах с тенденцией увеличения концентраций с глубиной. Разра­ботана и опробована схема двухстадийного электродиализа пластовых нефтяных вод и рассолов на серийном отечественном оборудо­вании с использованием передвижных мо­дульных установок.

Кроме техногенных концентраций лития в сопутствующих водах нефтегазодобычи, опре­деленный практический интерес могут пред­ставлять повышенные содержания лития в во­дных сбросах эксплуатируемых алмазных ме­сторождений.

Реальные гидротермальные ресурсы Рос­сии как источники редких металлов (Li, Rb, Cs, Sr) и добываемых из них дефицитных в на­стоящее время I, Вг, В оцениваются в 820 млн м3/год, что может обеспечить извлечение из них (тыс. тонн): йода — 15,0, брома — 140,0, бора — 30,0, стронция — 130,0, лития (метал­ла) — 10,0, рубидия — 0,5, цезия — 0,1. Оче­видно, что реализация импортозамещения лития и других ценных компонентов гидро­минерального сырья в нашей стране возмож­на за счет ускоренного вовлечения в комплекс­ное промышленное использование новых ме­сторождений в Иркутской, Астраханской, Архангельской областях и Республики Коми.

Комплексный характер гидроминерального сырья, включая наиболее обогащенные редки­ми металлами хлоридно-натрий-кальциевые рассолы артезианских бассейнов, при организа­ции его рациональной добычи и переработки могут обеспечить импортозамещение не только лития, но и широкого ассортимента другой цен­ной химической продукции, включая мине­ральные соли. Пока же из рассолов осваиваемо­го Знаменского месторождения извлекаются только соли Mg и Са, используемые в качестве хладореагентов, хотя специалистами ИХТРЭМС СО РАН и ЗАО «Экостар-Наутех» разработаны сорбционные схемы извлечения из них Li, В, Вг и Mg. Принципиальная технологи­ческая схема извлечения Li, В, Вг и Mg разрабо­тана Институтом тонкой химической техноло­гии (МИТХТ) для попутных нефтяных вод За- падно-Тэбукского месторождения нефти. Для комплексной переработки пластовых вод Север­ного Дагестана ВНИИХТ и НИПИГеотерм соз­дана технология извлечения I, В, Вг, Mg, Sr и Li. В отличие от рассолов артезианских бассейнов, в которых содержания лития преобладают над ру­бидием, а последнего над цезием, геотермальные воды заметно обогащены рубидием и цезием от­носительно лития (Li/Rb = 4, Li/Cs = 10); в то же время для них не характерны Ва и Sr. Минера­лизация хлоридно-калий-натриевых гидро­терм, согласно данным Л.С. Балашова, в сред­нем составляет 14 г/л при содержаниях (мг/л): лития 4,2-27, рубидия 0,5-9,4, цезия 0,4-3,8 и бора 12-111. Процессы добычи, обогащения и глубокой переработки всех видов гидромине­рального сырья могут и должны быть интегри­рованы в единые местные производства и мак­симально автоматизированы.

Российские инновации в потреблении лития

В отличие от передового зарубежного опыта вне сферы отечественных промышленных произ­водств остаются возможности и перспективы не­посредственного использования литиевых мине­ральных концентратов. Технологические воз­можности и экономическая целесообразность этого направления были обоснованы еще в 70- 80-х годах прошлого века советскими специали­стами для глиноземно-алюминиевых и стеколь- но-керамических производств. В частности, в отличие от зарубежной практики использова­ния химической литиевой продукции в качестве добавок — флюсов в электролизном производ­стве алюминия из глинозема, в СССР были раз­работаны два новых способа повышения эффек­тивности этого процесса: с получением и приме­нением литиевого криолита (вместо стандартно­го) и литиевого глинозема. Оба способа были обоснованы экспериментально при выполнении многоплановых договорных НИР по инициативе и при участии автора на Ачинском глиноземном комбинате: применительно к криолиту — за счет его регенерации на АГК, в том числе извле­чением из насыщенной им футеровки на Красно­ярском алюминиевом заводе, перерабатываю­щем ачинский глинозем, при концентрации в отработанном криолите 800 г/т лития, что в 200 раз превышает его содержание в глиноземе при электролизе; применительно к литиевому гли­нозему — за счет добавок минералов лития в шихту при спекании нефелинового сырья с из­вестняком и последующего выщелачивания в литийсодержащий алюминатный раствор, из которого производится глинозем. Наиболее эф­фективным оказалось использование для полу­чения литиевого глинозема фторидно-литиево- слюдистых концентратов из руд редкометаль­ных пегматитов и гранитов, а также экзокон- тактных зон изменения вмещающих их сланце­вых пород. Тем самым достигаются не только эффекты значительного снижения температур плавления глинозема, объемов выброса фтора из расплава и экономия энергозатрат, но и повы­шаются за счет слюд, помимо лития и фтора, концентрации Ga, Cs, Rb, К в наиболее продук­тивных остаточных содово-щелочных растворах.

Рекомендуемые нами в качестве нового про­мышленного источника богатого литиевого сырья (сподумена) с сопутствующими Та, Cs, Rb и неруд­ными компонентами пегматитовые месторожде­ния зоны Воронья-Колмозеро в процессе разра­ботки могут обеспечить селективную добычу петалита, амблигонита, лепидолита и калиевого полевого шпата для создания побочного производ­ства литиевого фарфора и тем самым повышения рентабельности эксплуатации этого объекта в це­лом. Организация производства высококачествен­ных бытовых и технических изделий с использо­ванием литиевого фарфора способна обеспечить потребительский спрос на них на внутреннем и внешнем рынках. Крупные стекольно-керамические производства с использованием лития могут быть созданы в Республике Тыва при освоении Тастыгского месторождения литиевых (сподуме- новых) пегматитов, локализованного в карбонат­ных породах. Уникальность этого месторождения заключается не только в масштабах запасов с по­путным танталом и ниобием, но и в качестве ли­тиевого сырья, представленного маложелезистым сподуменом, используемым за рубежом в стеколь­но-керамических производствах. Кроме того, кар­бонатная вмещающая среда облегчает создание на месте предприятия для получения карбоната лития, то есть в целом — многопрофильного гор­но-химического кластера.

Новые перспективы инновационного ис­пользования лития открываются в авиаракетно-космической технике (АРКТ) — в качестве компонента твердого ракетного топлива, содер­жащего, согласно патентам США, 51-68% ме­таллического лития. Теплотворная способность такого топлива (10 270 Ккал/кг) в 5 раз выше, чем у жидкого ракетного топлива — керосина, окисляемого кислородом. Примечательно, что от разрушительного воздействия высокотемпе­ратурного литийсодержащего топлива сопла и камеры сгорания предохраняют термостойкие и жаропрочные керамические материалы, со­держащие литий (ступалит и др.).

Конкурентным емким потребителем литие­вой продукции в нашей стране, в соответствии с зарубежным опытом, могут стать производства портативных и особенно промышленных Li-ионных аккумуляторов (ЛИА). Впервые в Рос­сии опытно-промышленный выпуск ЛИА и бата­рей на их основе был начат в 2005 году компанией «Ригель» с производительностью пилотной ли­нии 0,5 млн А-ч/год. Рядом производителей раз­рабатываются ЛИА с электрической емкостью от 1000 до 10 000 А*ч. Замена традиционных никель- кадмиевых и свинцово-кислотных батарей на Li-ионные обеспечивает значительное повышение энергоемкости и мощности при малом объеме и массе, возможности эксплуатации в автоматиче­ском режиме, длительность сроков службы без перезарядки, широкий температурный диапазон применения, экологичность и т. д. Заметим, что использование Li-ионных ХИТов в гибридных автомобилях уже сейчас позволяет обеспечить их пробег без перезарядки до 300 км.

Использование лития в термоядерной энергетике

В перспективе на 2030-2050 годы ожидается рост потребления лития в атомной и термоядер­ной энергетике. К 2030 году электрическая мощ­ность АЭС в России может увеличиться до 60 ГВт (21 ГВт в 2000 г.), а доля атомной энерге­тики в производстве электроэнергии возрастет более чем на 33%. Однако в термоядерном синте­зе литий является базисным компонентом, по­зволяющим получать тритий (Т) при бомбарди­ровке изотопа 6Li нейтронами: Li + п = 4Не + Т (+4,8 МэВ). В природе запасы трития отсутству­ют, так как период его полураспада равен 12,5 годам. В реакторе осуществляется слияние ядер дейтерия (D) и трития — тяжелых изотопов водорода в реакции: D + Т -> 4Не (3,5 МэВ) 4- п (14,1 МэВ). При этом основной энерговыход свя­зан с нейтронами, а на образование ядра гелия приходится только 20% энергии. Следовательно, фактическим топливом для термоядерного реак­тора являются литий и тритий. Предполагает­ся, что при электрической мощности 1 ГВт ус­ловный реактор будет сжигать в год 100 кг дей­терия и 300 кг лития. Однако доля 6Li в природ­ном сырье составляет 7,52%, что необходимо учитывать в расчетах их будущих объемов по­требления мировой термоядерной энергетикой.

Эйфория, охватившая мировое сообщество после успешного прорыва в создании термоя­дерного оружия и первых атомных реакторов деления, обусловила ожидание успехов в ов­ладении термоядерной энергетикой на протя­жении 20 лет. С этим периодом были связаны интенсивные геологические изыскания, раз­ведка и освоение месторождений литиевого сырья. Тем самым, несмотря на фундамен­тальные и технологические сложности в соз­дании систем управляемого термоядерного синтеза, были обеспечены возможности развития производств и потребления лития во многих других высокотехнологичных отрас­лях промышленности.

Между тем в ОИВТ РАН создана и эффек­тивно эксплуатируется опытная установка для исследований растворимости урана и тория (до 20%) во фторидно-литиевых щелочных распла­вах (с К и Na) применительно к задачам обеспе­чения безопасности новых ядерных реакторов.

Предложение и спрос: регулятор — государство

25-летний «мертвый сезон» в освоении отече­ственных месторождений литиевого и сопутству­ющего минерально-химического сырья должен быть преодолен в кратчайшие сроки, так же как и ликвидирована сложившаяся импортная зави­симость высокотехнологичных отраслей нашей промышленности, включая ОПК. В условиях ны­нешней геополитической обстановки такая ситу­ация представляется опасной и недопустимой, что, в частности, недавно было проиллюстриро­вано искусственно созданной напряженной ситу­ацией на мировом рынке редких земель, затро­нувшей интересы России и Японии.

Преобладающее среди редких металлов и все­возрастающее мировое потребление лития обу­словливает необходимость оперативного возрож­дения и развития в России литиевых производств на базе собственного сырья. В связи с этим исклю­чительно актуальным является опережающее развитие научных исследований этой проблемы, разработки новых технологий и создание совре­менных высокотехнологичных производств с ис­пользованием лития и сопутствующих ему ред­ких и других ценных компонентов. Организация редкометального импортозамещения имеет свою специфику и поэтому должна проводиться си­стемно, с учетом мировых тенденций, возможно­стей и перспектив создания сбалансированных и эффективных производств лития и других редких металлов полного технологического цикла (гор­ная добыча — обогащение — химико-металлур­гические переделы — промышленное использо­вание). В СССР, в условиях плановой экономики, головные специализированные институты (ИМГРЭ и «Гиредмет») регулярно рассчитывали прогнозные балансы производства и потребления редких металлов на ближайшую и долгосрочную перспективу, которые учитывались государствен­ными добывающими и перерабатывающими предприятиями. В настоящее время примени­тельно к выбору нового промышленного источни­ка литиевого сырья среди редкометальных пегма­титовых и гидротермальных возникает подобная задача, решение которой требует составления сравнительных ТЭО. Ее решение может быть обе­спечено исключительно силами проектного ин­ститута, имеющего необходимый опыт и, главное, соответствующие кадры проектировщиков-редкометальщиков. Более 25 лет эти задачи в нашей стране не решались, что привело к потере профес­сиональных кадров, ранее сосредоточенных в си­стеме Минцветмет СССР и его головном проект­ном институте «Гиредмет». Кроме того, задача составления необходимых ТЭО потребует обнов­ления и корректировки базы данных по редкоме­тальным пегматитовым объектам разведки и под­счета запасов полувековой давности и серьезного доизучения гидроминеральных источников ли­тия в комплексе с сопутствующими полезными компонентами, включая оценку экологической безопасности добычи и переработки этих двух ви­дов литиевого сырья. С современных позиций та­кая оценка должна осуществляться одновремен­но с расчетами экономической эффективности планируемых производств полного цикла при ус­ловиях комплексной переработки и использова­ния литиевого сырья.

Как известно, решению проблемы комплекс­ного использования минерального сырья в со­ветское время препятствовали узковедомствен­ные интересы, а в новой России — стремление владельцев горнодобывающих и перерабатыва­ющих предприятий к получению максималь­ной прибыли в кратчайшие сроки. В результате многие ценные компоненты редкометального сырья, включающие литий и рассеянные ред­кие металлы, накоплены в отходах горнопро­мышленных производств. Эти техногенные ре­сурсы, с одной стороны, представляют собой невостребованный ресурс, а с другой — источ­ник экологического неблагополучия, и поэтому также требуют комплексной оценки перспектив вовлечения в промышленное использование. Освоение техногенных ресурсов может и долж­но сыграть роль «спускового механизма» в тех­нической модернизации и инновационном раз­витии всего сырьевого сектора нашей экономи­ки, который остается в России базисным отно­сительно всех остальных. С изложенных пози­ций очевидна необходимость совершенствова­ния российского законодательства, которое не стимулирует рациональное недропользование, включая комплексное использование природ­ного сырья и техногенных ресурсов и необходи­мое обеспечение экологической безопасности.

С учетом ликвидации в период «перестрой­ки» Минцветмета СССР, а в настоящее время, по-видимому, и геологической службы Мин­природы РФ и слияния Московской геолого­разведочной академии (бывшего МГРИ) с Ин­ститутом нефти и газа, проблема возрожденияи развития таких редких металлов, как Li, Be, Та, Nb, TR, Zr, Hf и др., в целях обеспечения экономической и национальной безопасности нашей страны представляется бесхозной и по­этому чреватой распылением финансовых средств и недопустимыми потерями времени. В решении обеспечения ОПК и ведущих высо­котехнологичных отраслей российской про­мышленности важнейшими видами стратеги­ческого сырья все инициативы, планы дей­ствий и распределение средств, включая кон­троль за ними, должны быть сосредоточены в руках государства.

Страна USGS Keith Evans
Запасы Ресурсы Запасы и ресурсы
Чили 7 500 000 >7 500 000 7 100 000
Аргентина 800 000 2 550 000 2 500 000
Китай 540 000 2 500 000 3 350 000
Австралия 580 000 1 539 800
Бразилия 190 000 85 000
Канада 180 000 255 600
США 38 000 2 500 000 6 620 000
Зимбабве 23 000 56 700
Боливия 9 000 000 8 900 000
Прочие 4 264 000
Итого 9 851 000 25 500 000 34 721 100
Ресурсы и запасы лития в мире по странам (в тоннах, по данным USGS, 2010 и Lithium Reserves and Resources. Keith Evans, 2010)

В этих целях необходимо рассмотреть возмож­ности воссоздания Государственного Комитета по науке и технике (ГКНТ) при Президенте РФ и со­подчиненного ему Координационного Совета (КС) по редким металлам.

Применительно к профилирующим и по­путным редким металлам на государственном уровне должны решаться вопросы выбора объ­ектов для оперативного промышленного освое­ния, которое может осуществляться с привле­чением частных специализированных компа­ний и предприятий, оценки приоритетности спроса и предложений на редкометальную и сопутствующую продукцию, создания и но­менклатуры стратегического резерва товарной редкометальной продукции и экспорта ее из­лишков. Специалистам, в отличие от чиновни­ков, известно, что в редкометальной отрасли предложение формирует спрос. Как в любом бизнесе, здесь должны быть определены источ­ники инвестирования и система компенсации превышения предложений над спросом. В этом случае следует иметь в виду необходимость создания государственного стратегического резерва литиевой и другой редкометальной продукции в товарном виде, то есть в виде ми­неральных и химических концентратов. Как известно, в кризисных ситуациях США и дру­гие промышленно развитые страны практику­ют не только использование таких резервов, но и их распродажи. Кроме того, излишки конеч­ной редкометальной продукции могут и долж­ны служить предметом экспорта. Структура и все необходимые пропорции внутреннего и внешнего рынков должны определяться госу­дарственной службой предложения и спроса.

В заключение стоит подчеркнуть, что Рос­сия обладает всем необходимым для возрожде­ния производств литиевой и сопутствующей редкометальной продукции на базе собственно­го сырья. Для составления соответствующей программы и плана действий представляется необходимым проведение в 2016 году межве­домственной конференции под эгидой госкорпо­рации «Ростех» и создание рабочей группы из компетентных специалистов-редкометальщков различного профиля.

Материалы по теме:

Материалы по теме:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *