ИТС 24-2020 Производство редких и редкоземельных металлов

     1.3.3 Редкоземельные металлы

Редкоземельные металлы - это группа из 17 элементов, включающая скандий, иттрий, лантан и лантаноиды (церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций). По физико-химическим свойствам редкоземельные металлы сходны между собой.

В отличие от лития и бериллия, задачи возрождения и развития производств РЗМ в России решаются в рамках подпрограммы 4 "Развитие производства традиционных и новых материалов" государственной программы РФ "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности" (утверждена постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. N 328 с изменениями и дополнениями от 31 марта 2017 г., 10 февраля, 30 марта, 01 октября, 14 декабря 2018 г., 29 марта, 05 декабря, 27 декабря 2019 г., 31 марта 2020 г.), государственной подпрограммы N 15 "Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов", которая предусматривает реализацию НИОКР. Россия вынуждена фактически заново воссоздавать всю технологическую последовательность редкоземельных производств - от добычи и обогащения исходного сырья до химико-металлургических переделов, выпуска групповых концентратов РЗМ, индивидуальных редкоземельных оксидов, других соединений и готовых изделий, причем в условиях внешней конкурентной среды и отсутствия внутреннего рынка.

Долгое время РЗЭ условно подразделяли на две подгруппы: цериевую и иттриевую. Такое разделение было основано на способности РЗЭ образовывать труднорастворимые осадки в присутствии сернокислого калия или натрия. При действии насыщенных растворов сульфатов калия или натрия на сумму РЗЭ элементы цериевой группы выпадают в осадок в виде труднорастворимых двойных сульфатов, а элементы иттриевой группы остаются в растворе.

В настоящее время широко используется разделение РЗЭ по их экстракционному поведению. РЗЭ подразделяют на легкую (La, Ce, Pr, Nd), среднюю (Sm, Eu, Gd) и тяжелую (Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y) группы. Две последние группы иногда объединяют в среднетяжелую группу (Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y).

Сырьевая база РЗМ Российской Федерации является одной из крупнейших в мире.

Государственным балансом запасов полезных ископаемых учитываются запасы в количестве 26,9 млн т , что позволяет стране занимать второе место в мире, уступая только Китаю. Ресурсный потенциал существенно меньше, хотя и отличается высокой степенью изученности: прогнозные ресурсы категории P1 оценены почти в 8 млн т, категории P2 - в 6,2 млн т. Все они находятся в нераспределенном фонде недр. Доля России в мировом производстве РЗМ не превышает 2%. Российская сырьевая база РЗМ базируется на месторождениях апатит-нефелиновых и лопаритовых руд, причем главной ее особенностью является то, что РЗМ в основном являются попутными компонентами, содержание в которых редко превышает 1%. На сегодняшний день в отработку вовлечено почти 28% отечественных запасов РЗМ, при этом на долю руд, из которых они извлекаются, приходится всего 2% запасов страны.

Большая часть запасов РЗМ учитывается в апатит-нефелиновых месторождениях, где их содержание невелико, а извлечение, как правило, нерентабельно даже при условии разработки этих месторождений на другие виды сырья. Имеющиеся в России крупные объекты с уникально богатыми рудами часто размещены в отдаленных районах со слабо развитой инфраструктурой, а руды их труднообогатимы. За рубежом разрабатываемые на РЗМ месторождения сложены в основном мономинеральными легкообогатимыми рудами со средним содержанием до 10% . Это бастнезитовые карбонатиты Китая и США, богатые россыпи с монацитом и ксенотимом в Индии, Австралии, Бразилии, коры выветривания щелочных гранитов и алюмосиликатных пород в Китае и Бразилии.

Распределение запасов и прогнозных ресурсов по территории страны неравномерно. Более 90% запасов РЗМ категорий сосредоточено в двух регионах - Мурманской области и Республике Саха (Якутия).

Сырьевая база редкоземельных металлов Российской Федерации локализована в небольшом числе регионов - половина запасов сосредоточена в объектах Мурманской области, из них около 40% - в лопаритовых рудах Ловозерского месторождения, еще примерно 60% - в апатит-нефелиновых объектах Хибинской группы. Более 43% отечественных запасов заключено в объектах Сибири и Дальнего Востока, где выявлены крупные месторождения, связанные с карбонатитами и корами выветривания по ним (Томторское в Республике Саха (Якутия), Чуктуконское в Красноярском крае и Белозиминское в Иркутской обл.), крупное Селигдарское месторождение апатит-карбонатных метасоматитов в Республике Саха (Якутия) и мелкие комплексные редкометальные объекты в щелочных гранитах (Улуг-Танзекское в Республике Тыва и Зашихинское в Иркутской обл.) и метасоматитах (Катугинское в Забайкальском крае). Около 3% запасов РЗМ содержится в нефтеносных лейкоксеновых песчаниках Ярегского месторождения в Республике Коми. Кроме того, незначительные запасы подсчитаны в Республике Калмыкия в мелком Шаргадыкском месторождении редкоземельно-фосфор-урановых руд, где основные концентрации урана и редкоземельных элементов связаны с фоссилизированным костным детритом.

По состоянию на 01 января 2019 г. освоенность российской сырьевой базы РЗМ находилась на сравнительно низком уровне. В эксплуатацию с целью добычи РЗМ вовлечено всего около 2% запасов, при этом в апатит-нефелиновых рудах, разрабатываемых на другие компоненты, заключено 26% запасов. В подготавливаемых к освоению и разведываемых объектах сосредоточено еще 15,5% запасов, в том числе почти 6% - в апатит-нефелиновых рудах. В нераспределенном фонде недр находилось почти 57% запасов РЗМ; значительная их доля (около 20%) сконцентрирована в Ловозерском месторождении, не лицензированы также крупные по запасам Чуктуконское, Селигдарское и Белозиминское месторождения.

Государственным балансом запасов полезных ископаемых Российской Федерации учтено 17 коренных месторождений с запасами РЗМ. В распределенном фонде недр на 01 января 2017 г. числились 13 месторождений, заключающих 45,4% запасов РЗМ категорий A+B+C1+C2. Нелицензированными оставались четыре месторождения: крупные по запасам РЗМ Селигдарское и Белозиминское, средние Чуктуконское и Улуг-Танзекское, а также значительная часть Ловозерского и Ярегского месторождений. Кроме того, в конце декабря 2017 г. была досрочно аннулирована лицензия ЗАО "Катугино" на право добычи редкометальных руд на Восточном блоке Катугинского месторождения.

По состоянию на 01 января 2019 г. в России действовало 15 лицензий на право пользования недрами, в том числе девять - на апатит-нефелиновые руды. В числе выданных лицензий девять предусматривают разведку и добычу (в том числе семь выданы на апатит-нефелиновые руды), три совмещенных - на геологическое изучение, разведку и добычу (из них две на апатит-нефелиновые руды), три - на геологическое изучение с целью поисков и оценки (из них одна выдана по заявительному принципу).

В девяти апатит-нефелиновых месторождениях Хибинской группы в Мурманской области заключено около 11 млн т РЗМ или 55% российских запасов категорий . Основным компонентом их руд является фосфор, РЗМ играют роль попутных при низких их концентрациях: среднее содержание составляет 0,34% .

Еще около 16% запасов редкоземельных металлов, преимущественно цериевой группы сосредоточено в лопаритовых рудах титан-ниобий-тантал-редкоземельного Ловозерского месторождения. Это единственный объект в России, где ведется извлечение попутных РЗМ в концентраты для их дальнейшей переработки в индивидуальные оксиды и соединения РЗМ. Содержание в рудах отрабатываемых участков Карнасурт и Кедыквырпахк - 1,39% . Месторождения, подобные Ловозерскому, нигде более в мире на РЗМ не разрабатываются.

Прогнозные ресурсы РЗМ категории P1 в Мурманской области не локализованы, здесь оценены прогнозные ресурсы категории Р2 в перовскит-магнетитовых рудах месторождения Африканда (836 тыс.т). В Республике Коми оценены прогнозные ресурсы категории РЗ в бокситоносных корах выветривания на Боровско Светлинском участке (43 тыс.т).

Республика Саха (Якутия) обладает значительным редкоземельным сырьевым потенциалом и на её территории в последние годы активно велись геологоразведочные работы на перспективных объектах как за счёт средств федерального бюджета, так и собственных средств недропользователей. Запасы категорий АВС1+С2 составляют 4529,7 тыс.т и учитываются на трех месторождениях: крупном апатитовом Селигдарском, участке Буранный редкометалльного Томторского и техногенной россыпи бассейна р.Уралсаах Центральная-Нижняя. Селигдарское месторождение заключает в себе 25,7% разведанных запасов РЗМ Российской Федерации ( категории АВС1 4410,4 тыс.т) и находятся в нераспределенном фонде недр. Подготавливается к эксплуатации месторождение Томторское участок Буранный. Работы ведет ООО "Восток Инжиниринг". В апреле 2018 года по завершению геологоразведочных работ компания утвердила в ГКЗ Роснедра постоянные разведочные кондиции и запасы на месторождении (протокол 5366). По планам компании добыча на месторождении начнется в 2023 году и составит 160 тыс.т руды в год, переработка руды будет осуществляться в Краснокаменске (Забайкальский край). В результате завершения оценочных работ в переделах Куларского рудно-россыпного района поставлены на баланс запасы золото-редкоземельных техногенных месторождений Центральная Нижняя россыпь и Центральная Верхняя россыпь, запасы по категориям ABC1+C2 составили: золота 0,4 т, РЗМ 11,6 тыс.т.

Томторское месторождение имеет значительные разведанные запасы, и является одним из крупнейших в мире. Месторождение также характеризуется значительными запасами, ниобия и скандия. Основное количество запасов редких и редкоземельных металлов Томторского месторождения разведано в пределах Буранного участка; балансовые запасы категорий B+C1 составляют: - 2640,4 тыс.т; и по категории C2 - 592,5 тыс.т. Комплексные редкометальные руды, приуроченные к корам выветривания карбонатитов, содержат 10,6% , имеют сложный состав, по набору минералов не имеющий аналогов в мире, характеризуются тонкодисперсными выделениями рудных минералов, их тесными взаимопрорастаниями и весьма сложны для переработки. Для руд Томторского месторождения будет применена гидрометаллургическая схема переработки руды. Месторождение находится в районе с суровыми климатическими условиями и неразвитой инфраструктурой.

На участках Северный и Южный Томторского редкометального месторождения оценено 1487,8 тыс.т запасов категории C1+C2.

В рудах крупного Селигдарского апатитового месторождения, связанного с карбонатитами, РЗМ цериевой группы выступают как попутные компоненты, с низкой концентрацией в рудах (около 0,35%). При этом их запасы достигают 4,4 млн т или 16,4% российских.

В Забайкальском крае оценено крупное Катугинское тантал-ниобиевое месторождение, связанное с редкометальными щелочными гранитами, с запасами РЗМ категории в количестве 791,8 тыс.т или 2,9% российских. Среднее содержание в его рудах - около 0,25%, при этом относительная массовая доля тяжелых РЗМ составляет от 30% до 40%, на отдельных участках содержание элементов иттриевой группы достигает 0,8-1,2%. Преимуществом объекта является его приуроченность к горнопромышленному узлу, включающему Удоканское, Чинейское и другие месторождения.

Прогнозные ресурсы РЗМ в Забайкальском крае не выявлены.

С редкометальными щелочными гранитами связано и среднее по запасам РЗМ Улуг-Танзекское тантал-ниобиевое месторождение в Республике Тыва. Концентрации редких земель в его рудах убогие, всего 0,06% .

Прогнозные ресурсы РЗМ республики локализованы в Арысканском рудопроявлении редкоземельноциркониевых руд в щелочных гранитах (30 тыс.т категории ); в его пределах выявлены зоны с богатым жильным и вкрапленным оруденением, причем в рудах преобладают РЗМ иттриевой группы (тулий).

Определенные перспективы наращивания запасов связываются с Карасугским месторождением в бастнезитовых карбонатитах, аналогичных карбонатитам Байюнь-Обо и Маунтин-Пасс, прогнозные ресурсы категории составляют 115 тыс.т.

В Иркутской области расположено крупное Белозиминское апатит-редкометальное месторождение, приуроченное к коре выветривания карбонатитов. Его запасы, разведанные по категории C2, насчитывают 1,6 млн т. Прогнозные ресурсы в Иркутской области не выявлены.

В Красноярском крае оценено крупное по запасам РЗМ Чуктуконское редкоземельно-ниобиевое месторождение руд, связанное с корами выветривания карбонатитов, генетически сходное с Томторским месторождением; его запасы категории C1+C2 составляют 2376 тыс.т. Тонкодисперсные гетит-крандаллитовые руды руды богаты РЗМ и содержат 7,32% , при этом данный тип руд на Томторском месторождении отнесен к забалансовым по технологическим и экономическим причинам. На флангах Чуктуконского месторождения локализованы ресурсы РЗМ категории Р1 в количестве 1200 млн т.

На территории Республики Коми располагается Ярегское нефтетитановое месторождение, представляющее собой древнюю погребенную литифицированную россыпь лейкоксен-кварцевых песков. Основными (промышленными) компонентами Ярегского месторождения являются титан (минерал-носитель - рутил-анатаз-кварцевый лейкоксен) и нефть, попутными - редкоземельные элементы, ниобий и тантал (последние собственных минералов не образуют). Запасы титановой руды и нефти по месторождению утверждены по категории A+B+C1 и C2, запасы - по C1 и C2, запасы и по категории C2, при этом средние содержания попутных компонентов в руде низкие: - 0,039%; - 0,013%; - 0,0006%. Технологически извлекаемые запасы РЗМ, попутно добываемые с основным нефтетитановым сырьем, составляют 309800 тонн. В результате обогащения лейкоксеновых песков получают лейкоксен-кварцевый концентрат, содержащий 58-60% . Для переработки флотационного концентрата принят хлорный метод, предусматривающий получение пигментного диоксида титана сжиганием тетрахлорида титана в кислородной плазме. В процессе хлорирования концентрата попутные компоненты - РЗМ, ниобий и тантал распределяются следующим образом:

- РЗМ в виде хлоридов концентрируются в печном огарке;