Вадим Шелагуров
ИАЦ «Минерал» ФГУНПП «Аэрогеология»

    Высокопрочные низколегированные стали сорта HSLA, на производство которых приходится 87,6 % всего потребляемого в мире ниобия, характеризуются термостойкостью и повышенной прочностью в сочетании с низким удельным весом. Важным компонентом для производства таких сталей, в особенности трубных заготовок, является феррониобий.
    Спрос на ниобий начал повышаться в 1994 году. Это было обусловлено возросшим использованием конструкционных высокопрочных низколегированных ниобиевых сталей в США и Западной Европе. Постоянно увеличивается потребность в нержавеющих ниобиевых сталях в различных отраслях промышленности развитых стран, особенно в автомобилестроении. В ряде случаев ниобий вытесняет другие легирующие элементы. Известно, что ванадий и молибден в нержавеющих сталях, тантал и титан в суперсплавах, молибден, вольфрам и тантал в жаропрочных сплавах – менее эффективны, а стоимость их, как правило, оказывается более высокой.
    Заметно увеличилось производство ниобий-циркониевых, ниобий-титановых и ниобий-медных сплавов, которые применяются при выпуске турбин электростанций и лопастей турбин ракетных двигателей, а также в химической промышленности.
    Широкое использование находят и соединения ниобия (оксиды, карбиды и др.). Сфера их применения – оптика, электронное оборудование, изготовление режущего инструмента. Чистый металл необходим для развития самых передовых технологий. В частности речь идет о создании сверхпроводящих устройств для новых видов транспорта (магнитная левитация), производстве приборов MRI, основанных на эффекте магнитного резонанса (с их помощью проводятся медицинские исследования, аналогичные томографическому сканированию), разработке сверхпроводниковых магнитов для хранилищ энергии (ее потери при этом не превышают 4 %, тогда как сейчас теряется до 30 %).
    Мировые запасы ниобия достаточно велики, чтобы обеспечить любые потребности рынка в обозримой перспективе. Основная доля сырья сосредоточена в Бразилии, России, Канаде и некоторых других странах. За рубежом общие запасы пентоксида ниобия оцениваются в 14 – 18 млн. т, из них подтвержденные составляют 7 – 10 млн. т.
    Мировое производство различных видов ниобиевого сырья (в пересчете на Nb₂O₅) оценивается в 34 тыс. т (по данным Tantalum-Niobium International Study Center). Доминирует на этом рынке Бразилия, которая в 2001 году обеспечила более 82 % всей мировой добычи ниобия. Основным продуцентом выступает Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineracao (CBMM), эксплуатирующая месторождение Араша. Эта компания обеспечивает 70 % мировых потребностей. Получаемый на обогатительной фабрике 65 %-ный концентрат (по содержанию Nb₂O₅) перерабатывается с использованием электродуговых печей в феррониобий. Годовая мощность по его выпуску оценивается в 45 тыс. т. В 2001 году было произведено около 30 тыс. т.
    Вторым по величине производителем ниобия является еще одна бразильская компания – Mineracao Catalao de Goias (MCG), разрабатывающая месторождение Каталон-1. На ее долю приходится около 12 % ниобия, поставляемого на мировой рынок. Третью позицию занимает рудник Niobec Mine – совместное предприятие компаний Teck Corp. и Cambior, которое производит около 3 % мирового объема ниобия.
    В России общие запасы ниобия составляют около 6 млн. т. Производство ограничивается получением пентоксида ниобия в ОАО «Соликамский МЗ» из лопаритового концентрата, выпускаемого ОАО «Севредмет». В 2000 году Севредметом было произведено 9,7 тыс. т продукции, а в Соликамске переработано 9,2 тыс. т. При этом получено 600 т пентоксида ниобия который в основном поставлен на экспорт. Предполагалось, что к 2005 году производство лопаритового концентрата увеличится до 24 тыс. т/год, а выпуск Nb₂O₅ составит 1500 т. Однако акционерное общество «Севредмет» обанкротилось, и дальнейшая судьба этого производственного комплекса пока выглядит неопределенной.
    Феррониобий до 1992 года выпускал Ключевский завод ферросплавов. В дальнейшем производство этой продукции прекратилось. Выпуск пентоксида ниобия в 2000 году составил здесь всего 10 т. Интересно отметить, что Россия в 2000 году импортировала 543 т феррониобия на сумму около 6 млн. долл.
    Практически отсутствует в России и производство низколегированных ниобиевых сталей. Как известно, микролегирование ниобием обеспечивает мелкозернистую структуру стали, существенно повышающую ее хладостойкость, а также снижает затраты энергии за счет исключения термообработки. Долговечность изделий увеличивается в 1,5 – 3 раза. Начать выпуск ниобиевых сталей предполагалось в 2001 году в ОАО «Северсталь» из сырья, получаемого с Татарского месторождения (Красноярский край). Реализовать этот исключительно важный для экономики страны проект пока не удалось.
    Спрос на ниобий на внутреннем рынке сравнительно невелик: по оценке, потребность промышленности составляет 1000 – 1300 т/год. Производство этого металла в 2001 году составило 650 т (420 т из лопаритовых концентратов Ловозерского и 230 т из концентратов Татарского месторождений). К 2005 году из сырья этих месторождений предполагается получить около 1400 т ниобия. Между тем с учетом тенденций российской экономики потребность в ниобии прогнозируется на уровне 8 тыс. т в 2015 году. Обеспечить этот спрос за счет имеющихся производственных мощностей не удастся. Поэтому уже сегодня необходимо готовиться к освоению новых месторождений.
    Принципы выбора первоочередных объектов для их отработки и проведения укрупненных технико-экономических расчетов должны учитывать:
    – тип месторождения и минеральный состав руд;
    – объем запасов ниобия;
    – качество руд, горнотехнические и технологические условия отработки;
    – перспективы использования прогрессивных обогатительных, пирометаллургических и химико-металлургических процессов с целью получения феррониобия, пентоксида ниобия, сплавов ниобия с другими металлами и металлического ниобия;
    – рентабельность, сроки окупаемости капитальных вложений;
    – степень развития инфраструктуры, объем планируемого производства, срок эксплуатации месторождения, возможность извлечения и сбыта попутных компонентов.
    Наиболее предпочтительным для отработки является уникальное месторождение Томтор, расположенное на севере Якутии, в 120 км к западу от пос. Эбелях, базы алмазного прииска АК «АЛРОСА». Общие запасы месторождения составляют: Nb₂O₅ – 73,6 млн. т, TR₂O₃ – 153,7 млн. т (Sc, Y, Ce, La, Pr, Nd, Sm, Eu). Только по Буранному участку запасы по категориям B+C₁+C₂ составляют: Nb₂O₅ – 1,3 млн. т, TR₂O₃ – 3,2 млн. т. Общие же запасы кондиционных руд участка Буранный оценены в 42,7 млн. т. По бортовому содержанию в 3,5 % утверждены запасы пентоксида ниобия в 128,5 тыс. т, TR₂O₃ – в 220,6 тыс. т. В пределах участка Буранный оконтурен пологозалегающий рудный пласт мощностью 7 – 10 м с глубиной залегания кровли 20 – 70 м. Запасы категорий В+С₁ апробированы ГКЗ РФ в 1999 году по 60 подсчетным блокам, на пяти из которых возможна открытая отработка в первую очередь.
    К настоящему времени существуют по меньшей мере четыре варианта отработки Томторского месторождения, из которых два являются наиболее рентабельными. Самым эффективным представляется вариант, предусматривающий отработку карьером блока первой очереди с предварительным рентгенорадиометрическим обогащением в виде крупнопорционной сортировки и покусковой сепарации. Среднее содержание полезного компонента в рудах: Nb₂O₅ – 9,22 %, TR₂O₃ – 10,8 %, Y₂O₃ – 0,81 %, Sc₂O₃ – 0,048 %. Средняя глубина залегания рудоносного пласта в блоке – 15 м, средняя мощность рудного горизонта – 11,3 м. Расчеты велись для карьерной отработки производительностью от 13 тыс. т до 80 тыс. т сырой руды в год.
    Извлекаемые запасы (2,1 млн. т) в пределах блока первой очереди участка Буранный могут обеспечить работу проектируемого предприятия не менее, чем на 40 лет при его мощности 50 – 60 тыс. т сырой руды в год. Срок окупаемости основных фондов оценивается в 12,3 года. Выход концентрата с использованием покусковой сепарации составит 10 тыс. т/год, что позволит полностью обеспечить нужды российской промышленности.
    Технология извлечения компонентов предусматривает автоклавное щелочное вскрытие концентратов с последующим сульфатным разложением кека и экстракцией раствора с получением в товарную продукцию индивидуальных оксидов редких элементов – Nb, Sc, Y, Ce, La, Pr, Nd, Sm, Eu. Гидрометаллургическая технология извлечения полезных компонентов в товарные продукты, разработанная ВИМСом, Гиредметом, Институтом химии и химико-металлургических процессов СО РАН, позволяет получать: пирохлоровые концентраты (42,5 % Nb₂O₅) – 98 %, скандий и оксид скандия (99,9 % чистоты) – 87 %, редкоземельный концентрат (99 % РЗЭ) – 91 %. Щелочно-кислотная технология обеспечивает высокую эффективность и простоту селекции основных компонентов, и, кроме того, она – экологически безопасна. Применение указанной схемы дает возможность производить около 1000 т феррониобия в год (в пересчете на Nb₂O₅), а также ряд дефицитных редкоземельных продуктов.
    В зависимости от выбора того или иного варианта отработки месторождения затраты на добычу, транспортировку, извлечение и реализацию товарной продукции меняются незначительно. Некоторые проблемы заключаются в нестабильности цен на редкоземельные элементы и в недостаточной разработке технологии обогащения руд с получением либо пирохлоровых концентратов, либо коллективного пирохлор-монацитового концентрата, пригодного для дальнейшего достаточно простого разделения.
    Другим возможным объектом отработки может стать Белозиминское месторождение в Иркутской области. Вблизи находятся аналогичные по типу Большетагнинское и Среднезиминское редкометальные карбонатитовые месторождения. Это существенно увеличивает потенциал Белозиминского рудного узла.
    На Белозиминском месторождении основная залежь простирается на 4800 м шириной 1200 м, со средней мощностью 35,8 м. В пределах участка Основной в юго-восточной части месторождения сосредоточено 90 % всех запасов – 34 млн. т по категориям В+С₁, в том числе пентоксида ниобия – 170 тыс. т. Среднее содержание пентоксида ниобия – 1,1 %. В целом общие запасы Nb₂O₅ по корам выветривания месторождения составляют 750 тыс. т.
    Разработка Белозиминского рудника началась в1964 году. Здесь выпускались ниобиевые лигатуры. Объектом деятельности служил участок Ягодный, руды которого к настоящему времени практически отработаны.
    Проект освоения участка «Основной» предполагает привлечение прямых инвестиций в сумме 16,5 млн. долл. Подготовлены технико-экономическое обоснование и технический проект, проведено исследование рынка. Имеется лицензия на освоение месторождения. Разработаны проекты горно-обогатительного производства и металлургического передела продуктов обогащения. Требуется провести линию электропередачи 220 кВ и построить железную дорогу Тулун–Белозиминск. В регионе имеются достаточные ресурсы электроэнергии, стоимость которой самая низкая в РФ. Кроме того, здесь нет проблемы подготовки персонала, поскольку наблюдается избыток квалифицированной рабочей силы.
    На базе месторождения предполагается производить феррониобий марки ФНБ-55с, апатитовый концентрат, содержащий 36 % фосфорного ангидрида, магнетитовый концентрат с содержанием железа 65 % и танталовый концентрат марки ТКБЗ-3. В проекте завода предусматривается двухстадийная металлургическая переработка концентратов, позволяющая освобождаться от фосфора и переводить радиоактивные элементы в нерастворимые шлаки с последующим их захоронением под отвалами карьера. Общий объем предполагаемых инвестиций – 51,8 млн. долл., срок окупаемости – 4 года. Поступление прибыли ожидается на третий год с начала эксплуатации.
    Подведем итоги. По запасам ниобиевого сырья Россия занимает второе место в мире, хотя качество руд большинства месторождений (исключая Томторское) ниже, чем у зарубежных аналогов. Ежегодные минимальные потребности страны в ниобии превышают производство примерно в 3 раза. В связи с этим необходимо ускорить реализацию имеющихся проектов – начать освоение Белозиминского и Большетагнинского месторождений в Иркутской области и Томторского в Якутии. Вовлечение этого сырья в переработку позволит полностью удовлетворить потребности отечественной промышленности, а при благоприятных обстоятельствах выведет Россию в ряд крупных экспортеров ниобиевых концентратов.