ИТС 24-2020 Производство редких и редкоземельных металлов

     1.3.1 Легкие редкие металлы.

1.3.1.1 Бериллий - самый легкий из конструкционных материалов. Металлический бериллий был получен восстановлением его хлорида. Производство соединений бериллия металла и его сплавов возникло в 20-30 годах прошлого столетия.

Среднее содержание бериллия в земной коре (по А.П.Виноградову) равно 3,8·10. Известно около 40 минералов бериллия, представляющих преимущественно различные сложные селикаты. Промышленное значение имеют берилл, хризоберилл, гельвин, бертрандит и даналит.

Производство бериллия в нашей стране пока не соответствует ее потребностям и потенциальным возможностям. Единственное традиционно эксплуатируемое месторождение бериллиевого сырья Изумрудные копи представлено флогопит-маргарит-бериллиевыми рудами плагиоклазитов. Их эксплуатация осуществляется Малышевским РУ, специализированным на выпуск драгоценного кристаллосырья - изумрудов с сопутствующим александритом. Попутно в советское время выпускался преобладающий количественно берилловый концентрат при содержании в исходной руде 0,14% BeO. АО "Мариинский прииск" является оператором Малышевского изумрудно-бериллиевого месторождения - единственного месторождения изумрудов в РФ. Разведанные запасы составляют ~11 млн т изумрудно-бериллиевой и бериллиевой руды, суммарно содержащей ~55 т изумрудного сырья и ~15,6 тыс.т оксида бериллия. В рамках реализации целевого сценария (интенсификация добычи изумрудов и выход на рынок бериллия) будет проведено углубление существующего ствола "Ю-В" и строительство нового вертикального ствола "Н-С-В" и пяти новых глубоких горизонтов. Это обеспечит рост годового объема добычи руды до 400 тыс.т, начиная с 2030 г. Будут построены новая обогатительная фабрика в п.Малышева и новое металлургическое производство в ТОСЭР г.Краснотурьинск. ~35% производимой бериллиевой продукции будет поставляться на рынок РФ, а ~65% - на рынок Европы, где сейчас потребление бериллия ограничено производственными возможностями китайских и американских поставщиков.

_______________

Стратегия развития минерально-сырьевой базы российской федерации до 2035 года/Минпромторг.

Кроме того, берилл (с танталоколумбитом) извлекался из пегматитов соседних месторождений (Квартальное, Липовый Лог), характеризующихся Ta-Nb-Be-й специализацией. Попутные берилловые концентраты выпускались также Забайкальским ГОКом, специализированным на производстве профилирующей литиевой (сподумен) продукции, и Белогорским ГОКом (Казахстан), специализированным на выпуске танталовых концентратов. Общие запасы бериллиевых руд (BeO) в РФ составляют 49,8% мировых запасов. Балансовые запасы бериллия учтены в 27 месторождениях и превышают мировые подтвержденные запасы, составляя от них 120,6%. Балансовые запасы бериллия России распределены в четырех федеральных округах: Северо-Западном (13,9%), Уральском (22,4%), Сибирском (46,5%), Дальневосточном (17,1%). Россия, имея ряд крупных месторождений бериллия, может решить вопрос импортозамещения и выхода на мировые рынки, а также занять до 1/3 мирового бериллиевого рынка. В настоящее время в качестве базы для организации производства бериллия, лития, тантала и ниобия в РФ рассматривается Забайкальский регион. Резервными объектами освоения являются крупнейшие редкометалльно-флюоритовые месторождения - Вознесенское и Пограничное в Приморском крае.

В Советском Союзе бериллий добывался до 1989 года на фенакит-бертрандитовом Ермаковском месторождении (Республика Бурятия). Концентрат, получаемый на Забайкальском ГОКе, направлялся для дальнейшей переработки на Ульбинский завод в Казахстане.

После развала СССР кооперация с Казахстаном была прервана, а добыча и обогащение руды на ЗабГОКе остановлены. Ермаковское месторождение содержит 80% запасов бериллия России и является одним из лучших в мире по содержанию бериллия в руде (среднее содержание BeO - 1,19%) и флюорита (среднее содержание CaF2 - 20%). К тому же в рудах отсутствует уран (руды нерадиоактивны). Месторождение детально разведано, и значительная часть его запасов отработана в 1979-1989 годах.

Тем не менее на сегодняшний день в недрах еще сохранилось около 40% разведанных запасов. После прекращения добычи в 1989 году на балансе Ермаковского месторождения в государственной комиссии по запасам полезных ископаемых сохраняется 1,4 миллиона тонн руды по категориям C1+C2. В случае возобновления добычи на Ермаковском месторождении производственная мощность предприятия может составить 25 тыс.тонн руды и 130 тонн гидроксида бериллия в год.

Сложнее будет решаться задача глубокой химико-металлургической переработки различного бериллиевого сырья, которая в СССР осуществлялась на Ульбинском химико-металлургическом заводе в г.Усть-Каменогорске. Тем более что ее решение предусматривалось нереализованной Федеральной программой "ЛИБТОН" "Росатома" (1996 г.). Предпринимаемые в настоящее время попытки ее реанимировать на базе приостановленных, дезинтегрированных и частично утраченных мощностей бывшего Забайкальского ГОКа в пос.Первомайском с использованием остаточных руд и техногенных ресурсов с недопустимо низкими содержаниями редких металлов, нерешенными технологическими задачами их извлечения и потребительского спроса по-прежнему представляются нереальными.

Бериллий относится к категории редких металлов. Согласно официальным данным Минпромторга, сейчас доля его импорта составляет порядка 85%. В связи с этим правительством поставлена задача развивать собственную сырьевую базу и высокотехнологическую отрасль потребления, а также оказывать меры поддержки, для того чтобы к 2025 году этот показатель снизился до 60%, а к 2035-му - до 40%.

_______________

https://politexpert.net/170377-v-rossii-namereny-zapustit-polnomasshtabnoe-proizvodstvo-berilliya

Поэтому необходимо государственное решение бериллиевой проблемы как за счет мобилизации собственных ресурсов, так и за счет привлечения их из стран ЕврАзЭС, включая организацию совместных производств на ОАО "Ульяновский моторный завод" и увеличение импорта из зарубежных стран как сырья, так и конечной бериллиевой металлопродукции.

Бериллий благодаря оптимальному сочетанию физических, химических и механических свойств оценивается в современном мире как космический металл: один из самых легких, прочных, тугоплавких, коррозионно устойчивых и сохраняющих размерность при температурных колебаниях. В АРКТ используются облегченные конструкции из бериллиевых материалов ("Шаттл"). Наиболее заметно расширяется использование бериллиевых сплавов - от традиционного производства наиболее известных бериллиевых бронз - Cu-Be (от 0,2-0,7% до 2% Be) и AI-Be-x (до 68% Be) до создания уникального сплава Alloy 390 для мобильных телефонов.

По данным Геологической службы США (USGS), годовой объем добычи бериллия (в пересчете на металл) составляет около 300 тонн, что в денежном эквиваленте составляет примерно 158 млн долл.; ежегодный объем потребления - 420 тонн.

Ведущим типом бериллиевого сырья в мире являются бертрандит-аргиллитовые руды месторождения Спер-Маунтин (США, шт.Юта), связанные с фтористыми риолитами. Компания Brush Wellman Inc. (BWI), эксплуатирующая это месторождение в режиме полного технологического цикла, включая производство оксидов и металлического бериллия (в порошке и слитках), сплавы Be-Cu, Al-Be, Be-Ni, керамику и композиты, является крупнейшим в мире (60%) производителем бериллиевой продукции. Кроме того, США импортируют и перерабатывают берилловые концентраты из Китая и Бразилии. Максимальные объемы потребления бериллия были достигнуты в США (200-300 т/год) и Японии (75-90 т/год). В настоящее время только США и Китай могут развивать производства бериллия полного технологического цикла.

1.3.1.2 Литий был открыт в 1817 г. в минерале петалите (алюмосиликате лития), из которого его выделили в виде сульфата. В элементарном виде литий был получен разложением его оксида электрическим током. В 1855 г. был разработан промышленный способ получения лития электролизом его хлорида.

Литий - элемент I группы периодической системы Д.И.Менделеева, самый легкий из металлов. Природный литий содержит смесь двух изотопов (7,52%) и (92,48%). Изотопы лития резко отличаются по значению поперечного сечения захвата тепловых нейтронов.

Порядковый номер - 3.

Плотность, г/см - 0,531.

Температура, плавления - 180,5°С.

Вместе с тем литий - самый электроотрицательный элемент в водной среде. Эта аномалия объясняется сильной гидратацией иона лития. В расплавленных средах, где отсутствует гидратация, потенциал лития выше, чем других щелочных металлов, что согласуется с величинами ионизационных потенциалов.

В сухом воздухе при обычной температуре литий медленно реагирует с кислородом и азотом, покрываясь пленкой, содержащей оксид и нитрид лития. Реагирование ускоряется в присутствии влаги. В кислороде (-200°С) литий горит голубым пламенем, образуя оксид. Литий энергично разлагает воду с выделением водорода и образованием раствора гидроксида. С водородом при температуре 500-600°С литий образует гидрид LiH, с азотом выше 250°С - нитрид . Фтор, хлор и бром реагируют с литием на холоде, йод - при нагревании. Сера, углерод и кремний при нагревании взаимодействуют с литием с образованием соответственно сульфида , карбида и силицида . Углекислый газ активно реагирует с литием, образуя карбонат лития.

Большинство металлов и сплавов корродируют в жидком литии. Никель и сплавы никеля с хромом удовлетворительно стойки в жидком литии до температуры 225°С. Наиболее устойчивы против действия лития до температуры 1000°С ниобий, тантал и молибден. Кварц, стекло и фарфор быстро растворяются в литии при температуре 200°С.

Литий занимает особое положение среди щелочных металлов, сближаясь по ряду свойств со щелочноземельными, особенно с магнием. Это сходство проявляется в относительно малой растворимости карбоната, фосфата и фторида лития, а также в более резко выраженной, чем у остальных щелочных металлов, способности к образованию двойных солей с остальными представителями группы.

Оксид лития - бесцветное кристаллическое вещество, образующееся при окислении лития кислородом, а также термическом разложении гидроксида, карбоната или нитрата лития. Оксид растворяется в воде с сильным разогревом с образованием раствора гидроксида LiOH.

Растворимость гидроксида лития в воде примерно в пять раз ниже растворимости гидроксидов натрия и калия: