Григорий Боярко
Томский политехнический университет

П

родукты, получаемые попутно при комплексной переработке минерального сырья, составляют отдельную группу металлов. Это – кадмий, селен, теллур, висмут, галлий, таллий, германий, гафний, индий, рубидий, цезий, рений, редкие платиноиды – осмий, иридий, рутений, родий, а также индивидуальные редкоземельные металлы – скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. Названные материалы именуются редкими или внебиржевыми. Объемы их производства составляют от десятков килограммов до 10 – 20 тыс. т в год. Иногда к редким (внебиржевым) металлам относят также кобальт и ванадий, добываемые преимущественно как попутные компоненты, но их рынки довольно легко управляемы.
    Спецификой рынка предложения каждого внебиржевого металла является его пассивность, обусловленная зависимостью объема производства от объемов переработки первичного сырья – медных, никелевых, полиметаллических, литиевых, алюминиевых и других руд. Малые объемы предложения и невозможность управления объемами производства делают редкие материалы чувствительными к изменениям рынка сбыта, причем колебания цен на них составляют десятки и даже сотни процентов. Кроме того, редкие материалы неоднократно использовались в искусственных спекулятивных сделках, играющих на повышении их цен, вследствие чего и были названы внебиржевыми.
    Несмотря на высокие потребительские свойства отдельных редких металлов, из-за крайней ограниченности их предложения производители стараются полностью перейти на менее качественные, но недефицитные заменители. В качестве примера можно назвать осмий. А для рубидия и цезия рынки сбыта по этой причине просто-напросто отсутствуют. Гафний и кадмий из-за ограниченности потребления извлекаются из базовых продуктов лишь частично, несмотря на кажущуюся рентабельность их полного извлечения.
    Основными факторами ценообразования внебиржевых металлов являются:
    – динамика первичного производства и, соответственно, предложения основных компонентов минерального сырья, где редкие элементы играют роль попутных и второстепенных;
    – степень вовлечения попутных компонентов в технологические цепочки горного и обогатительного производства;
    – наличие более дешевых или технологичных заменителей внебиржевых металлов;
    – спекулятивные операции на товарных биржах с редкими металлами.
    Остановимся на источниках получения, объемах добычи и вторичной переработки, основных направлениях использования и ценообразования внебиржевых металлов.
    Кадмий извлекается как попутный компонент при рафинировании природного цинка, содержащего в среднем 0,3 % Cd. Мировое производство первичного кадмия составляет 18 – 20 тыс. т в год. Основные страны-продуценты – Япония (2500 т в год), Германия (2450 т), Южная Корея (1850 т), Мексика (1500 т). В России производится до 900 т кадмия в год. Он используется в составе батарей и миниаккумуляторов – 72 % потребления, в качестве пигмента керамики и пластика – 13 %, для антикоррозионных покрытий стальных изделий (кадмирования) – 7 %, в атомной промышленности для производства стержней, поглощающих медленные нейтроны – 4 %. Ввиду повышенной токсичности кадмиевых соединений происходит постепенное вытеснение кадмирования никель-кобальтовым антикоррозионным покрытием, а при производстве батарей и аккумуляторов – литием и гидридами редкоземельных металлов. Доля вторичного производства кадмия из отработанных батарей и электронного скрапа составляет 20 – 30 % от объемов потребления. Ввиду роста производства цинка с увеличением добычи первичного кадмия и снижением спроса на него по экологическим причинам наблюдается перманентное снижение цены этого металла (табл. 1).

    Селен извлекается при очистке отходящих газов на металлургическом переделе медных и медно-никелевых руд, при рафинировании меди, никеля, кобальта, свинца и цинка. Он используется для производства фоторецепторных барабанов ксерографии (45 % потребления), зеркального стекла (20 %), термостойких красителей (20 %), в металлургических приложениях в качестве микролигирующих добавок в сталь и бронзу (10 %), для выпрямителей переменного тока (до 5 %). Мировое производство первичного селена составляет 1250 – 1600 т в год. Главными странами-производителями являются Япония (650 – 750 т в год), Канада (350 – 360 т), Бельгия (200 т). Доля вторичного производства селена из отработанных элементов ксерографии составляет до 10 % от потребления. Заменители селена – оксид церия в стекольной промышленности, сверхчистый кремний в выпрямителях тока, свинец и висмут в металлургических приложениях. Кризис избыточного предложения селена кончился в 1998 году, когда начался медленный рост цены на него, составившей в 2002 году 8,55 долл./кг.
    Теллур, как и селен, извлекается из металлургической пыли и конвертерного шлака медных плавок, свинцово-висмутового кека и при рафинировании меди, свинца и цинка. Мировое производство теллура составляет 110 – 140 т в год. Основными странами-продуцентами являются Канада (75 – 80 т в год), Япония (33 – 39 т), Перу (20 – 22 т). Теллур используется как микролигирующая добавка при производстве автомобильных сталей (50 % потребления), при производстве катализаторов и химикатов (25 %), в качестве присадки к сплавам цветных металлов и ковкому чугуну (10 %), для выпуска полупроводников, микрофоторецепторов и микротермодатчиков (8 %). Доля вторичного производства теллура из электронного скрапа составляет до 25 % от потребления. Заменители этого компонента – селен, висмут и свинец в металлургических приложениях, селен, германий и металлоорганика в электронных изделиях. Как видно из таблицы 1, наблюдаются всплески цен на теллур при спекулятивном спросе в 1979 – 1980 и 1988 годах. Начиная с 1992 года, из-за избытка предложения наблюдается снижение цены, достигшей минимума в 2000 году (30,9 долл./кг).
    Висмут извлекается как попутный компонент при обогащении висмутсодержащих молибденовых, вольфрамовых, оловянных и золотых руд, а также при металлургическом переделе меди, свинца и цинка. Мировое производство первичного висмута составляет 3900 – 4000 т в год. Лидеры – Китай (1500 т в год), Мексика (1000 т), Перу (1000 т), а из стран СНГ – Казахстан (130 т). В России висмут выпускается на Дальнереченском свинцовом заводе в Приморском крае. Он используется для производства легкоплавких сплавов и припоев (40 % потребления), в фармакологии и в виде химикатов (40 %), в качестве металлургических присадок (18 %). Доля вторичного производства висмута составляет 5 – 10 % от потребления. Его заменители – антибиотики, оксид магния и окись алюминия в фармацевтических приложениях, свинец и селен – в металлургических присадках. Cтоимость висмута довольно долго находится в узких рамках 7 – 8,5 долл./кг.
    Тантал выпускается как побочный продукт из ниобиевых и литий-ниобиевых руд, а также из шлаков оловянного передела. Мировое производство первичного тантала колеблется на уровне 1300 – 1500 т в год. Главные производители – Австралия (700 – 900 т в год), Бразилия (300 – 350 т), Руанда (90 – 95 т), Канада (75 – 80 т). Основное использование тантала – для выпуска микроконденсаторов (до 60 % потребления), в твердых и жаропрочных сплавах (20 %), в качестве металлургических присадок (15 %) и металлических имплантантов в медицине (до 1 %). Доля вторичного производства тантала из скрапа и отработанных деталей составляет 5 – 10 % от потребления. Заменители этого металла – палладий, алюминий и керамика в конденсаторах, ниобий и титан – в металлургических присадках, ниобий, гафний, молибден, рений и вольфрам – в твердых и жаропрочных сплавах. Цены на тантал находятся на уровне 60 – 80 долл./кг, но в условиях спекуляций на повышение в 2000 году 600 долл./кг.
    Таллий извлекается из продуктов газоочистки при металлургическом переделе меди, свинца и цинка. Мировое производство составляет 12 – 15 т в год. Ранее лидером производства таллия были США, но ввиду высокой токсической опасности выпуск этого металла в этой стране был прекращен. Основными продуцентами являются Канада, Мексика, Австралия, Япония и Бельгия, из стран СНГ – Казахстан. Области применения таллия широки, но объемы производства ограничены высокой токсичностью отдельных его соединений (но не изделий). Используется при выпуске полупроводников из оксисульфида таллия и переменных резисторов (до 70 % потребления), в фармацевтической промышленности (до 10 %), для изготовления детекторов гамма- и инфракрасного излучения, прозрачных фильтров акустических и оптических детекторов, в качестве присадки к ртути, снижающей температуру ее замерзания (в градусниках), в катализаторах органических соединений, в производстве красителей и тяжелых жидкостей (клеричи) для разделения минералов по плотности. Заменители таллия отсутствуют, чему способствуют его весьма специфичные свойства. Тем не менее, несмотря на равномерность потребления таллия, наблюдается стабильный рост цен на него – с 88 долл./кг в 1986 году до 1295 долл./кг в 1999 году.
    Галлий извлекается как попутный компонент при рафинировании цинка и из алюминатных растворов при переработке бокситов. Мировое производство первичного галлия оценочно составляет 61 – 75 т в год. Основные страны-производители – Китай, Германия, Япония и Россия. Галлий используется в виде соединения GaAs для производства оптоэлектронных устройств (светодиодов, лазерных диодов, фотоприемников и элементов солнечных батарей), потребляющих до 45 % его объема, и для изготовления подложек интегральных микросхем (55 %). Заменители – органические светоизлучающие диоды, фосфид индия – в лазерных диодах, кремний – в солнечных батареях. Следует отметить, что эффективная замена GaAs пока еще не найдена, поэтому на галлий будет всегда устойчивый высокий спрос. Несмотря на снижение цен на галлий после выброса на рынок складских запасов СНГ в 1993 – 1996 годах, его стоимость непрерывно возрастает, достигнув в 2000 году 640 долл./кг.
    Германий производится при переработке германий-сульфидных, германий-сульфосольных руд и пылей газоочистки при горении германиеносных бурых углей. Мировое производство первичного германия составляет 56 – 68 т в год. Крупнейшие производители – США, Заир, Франция, Италия, Китай, Япония и Россия (Новиковское и Тарбогатайское месторождения бурых углей на Сахалине и в Читинской области). Используется германий для производства оптоволоконных устройств связи (до 50 % потребления), катализаторов полимеризации (20 %), в составе инфракрасных оптических систем (15 %), в электронике и солнечных батареях (10 %), а также в металлургии, химиотерапии и в составе люминофоров. Доля вторичного производства германия из электронного и оптического скрапа составляет 25 % от потребления. Заменителем в электронике является алюминий, в других областях эффективной замены германию не найдено. Длительный период превышения предложения над спросом способствовал пассивности цены.
    Гафний извлекается при переработке 10 – 15 % добываемого циркониевого концентрата. Мировое производство находится на уровне 100 т в год. Основное использование – в качестве добавок в конструкционные материалы ядерных реакторов (до 55 %), для производства твердых и жаропрочных сплавов (до 40 %), в производстве керамики и стекла (до 5 %). Вторичное производство гафния ведется из его металлургического скрапа, отработанных деталей из металлического циркония и циркониевых огнеупоров, но сводных данных об их объемах не имеется. Серебряно-кадмиево-индиевый сплав и собственно цирконий могут быть заменителями гафния в некоторых суперсплавах. Цены на этот металл долгое время находились на одном уровне ввиду избыточных запасов и монопсонии его потребления предприятиями атомной промышленности – на уровне 187 долл./кг. Но экономический кризис 2001 – 2002 года привел к снижению цены до 130 долл./кг.
    Индий производится при рафинировании цинка, а также из дроссов рафинирования свинца, пылей медной и оловянной плавок, никелевого штейна. Мировое производство первичного индия составляет 330 – 350 т в год. Годовое производство: Китай – 85 – 100 т, Франция – 65 т, Япония – 55 – 65 т, Бельгия – 40 т, Россия (Челябинский цинковый завод и «Электроцинк» в Северной Осетии) – 15 т. Структура мирового потребления: для производства прозрачных проводящих покрытий жидкокристаллических дисплеев и люминисцентных ламп (до 50 %), припоев и специальных сплавов (30 %), для синтеза полупроводниковых соединений (до 15 %), в стоматологии (до 3 %). Вторичное производство индия осуществляется из отработанных деталей и составляет до 10 % от потребления. Оксиды цинка и олова являются более дешевыми заменителями индия в проводящих прозрачных покрытиях. В других областях эффективной замены не найдено. Для индия характерны значительные колебания цен ввиду неравномерности предложения этого металла – от 100 до 400 долл./г. Средняя стоимость в 2002 году – 130 долл./г.
    Рубидий и цезий извлекаются как побочный продукт из литиевых руд, рассолов и нефтяных вод. Мировое производство первичных рубидия и цезия составляет соответственно 1,5 – 2 т и 20 т в год. Добыча цезий-рубидиевого сырья осуществляется главным образом в Канаде, в меньших объемах – в Зимбабве, Намибии, ЮАР и Германии. Эти металлы не нашли широкого применения и используются в составе светочувствительного поверхностного покрытия фотокатодов, для удаления остаточного воздуха в вакуумных приборах, в составе катализаторов синтеза органических смол. Так как их свойства весьма схожи, взаимозаменяемость в используемых приложениях полная. Цены на рубидий и цезий основаны на монопсонном спросе ограниченного числа потребителей и составили в 2002 году соответственно 52 и 50 долл./г. В начале 1993 года возник ничем не обоснованный ажиотажный спрос на цезий, цена на который подскочила сразу в 1000 раз – до 10 тыс. долл./г, но уже к середине года упала до прежнего уровня. Это типичный пример спекуляций внебиржевыми металлами. Несмотря на то, что Россия считается мировым лидером по запасам цезия и рубидия, эти компоненты производятся для российских потребителей из поллуцитового концентрата, импортируемого из Канады.
    Рений выпускается как попутный компонент при переработке молибденитовых концентратов. Мировое производство первичного рения составляет 23 – 45 т в год. Основные страны - продуценты: США (9 – 11 т в год), Россия (5 т), Казахстан (2,5 т), Чили (2 т). Используется рений в термостойких суперсплавах для газовых турбин (50 % потребления) и катализаторов нефтехимии (40 %), для производства термопар, надежных электрических контактов, в электромагнитах, полупроводниках, рентгеновских трубках и др. Доля вторичного производства из скрапа и отработанных деталей очень мала из-за небольших объемов потребления. Потребление этого металла могут снизить добавки галлия, индия, селена, вольфрама, ванадия в рениевые катализаторы, кобальта и вольфрама – в покрытия рентгеновских трубок, вольфрама – в контакты. В свою очередь рений является более дешевым заменителем платины в технических изделиях из нее, чему препятствует небольшой объем его производства. Цены на рений находятся на уровне 1 – 1,2 долл./г, составив в 2002 году в среднем 1,06 долл./г.
    Редкие платиноиды (родий, рутений, иридий и осмий) извлекаются при аффинаже платиновых и палладиевых концентратов. Их производство в мире составляет соответственно 15 – 16, 12 – 13, 2,5 – 3,1 и 0,3 – 0,5 т в год. Структура использования редких платиноидов такова: в автомобильных катализаторах (85 % родия, 35 % иридия и 50 % осмия), в электронике (50 % рутения), в химической промышленности (20 % рутения, 6 % иридия и 33 % осмия), в нефтехимии (7 % родия), в стекольной промышленности (5 % родия), в медицине (до 2 % родия, 10 % рутения и 3 % иридия) и в приборостроении (1 % родия и 10 % осмия). Доля вторичного производства редких платиноидов составляет 10 – 11 % для родия и 10 – 12 % для рутения. Информации о вторичной переработке иридия и осмия нет. Заменители редких платиноидов в областях их применения практически отсутствуют, но имеется внутренняя заменяемость – родия на рутений, иридия на осмий. По эффективности осмиевые автомобильные катализаторы превышают платиновые и палладиевые, но крайне ограниченное предложение этого металла блокирует возможности его применения в этой отрасли. Редкие платиноиды очень чувствительны к изменению спроса. В 1990 – 1991 годах произошло значительное увеличение спроса на родий и резкое возрастание его цены – с 35 – 40 до 110 – 120 долл./г ввиду ресурсной ограниченности предложения и растущего потребления в автомобилестроении. Лишь в 1992 году началось падение цены – с появлением ресурсосберегающих технологий (разработка палладий-родиевого катализатора) и мирового спада производства автомобилей. Применение в 1996 году иридия в катализаторах при производстве уксусной кислоты увеличило его спрос, но объемы выпуска этого элемента не изменились. Это привело к увеличению цены на иридий с 3 – 4 долл./г до 14 – 15 долл./г, которая сохранилась до конца 2001 года. Усиление экологических требований к выхлопным газам автомобилей привело к увеличению спроса на родий, что временно увеличило в 1998 – 2001 годах его цену с 9,6 до 64 долл./г. Аналогично из-за увеличения спроса электронной промышленности на рутений в 2001 – 2002 годах произошел локальный всплеск его цены с 1,3 до 4,4 долл./г.
    Использование индивидуальных редкоземельных металлов (РЗМ) рассматривается как отдельный сектор рынка внебиржевых материалов. Редкие земли добываются из самостоятельных месторождений с получением баснезитовых, монацитовых и ксенотимовых концентратов, а также концентрированных растворов из ионных руд (глин). Мировое предложение редких земель составляет 80 – 82 тыс. т в пересчете на оксиды РЗМ. Основными товарными продуктами являются: нитраты РЗМ – для производства катализаторов крекинга нефти, силициды и мишметал – в качестве металлургических присадок для сплава редких земель, используемого в металлургических приложениях (производство высокопрочных чугуна, низколегированных сталей, пирофорных сплавов), и оксиды цериевых РЗМ – для производства полирующих порошков, окраски стекла и керамики, обесцвечивания стекла. Стоимость смешанных продуктов РЗМ, составлявшая до 1996 года 7 – 11 долл./кг, к 2000 году опустилась до 5 – 7 долл./кг ввиду агрессивной торговой политики Китая, предложившего дешевые РЗМ и захватившего свыше 70 % мирового рынка.
    Примерно 25 % объема добытых неразделенных РЗМ используется для производства индивидуальных металлов и их оксидов и карбонатов. Это скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций. В производстве автокатализаторов используются металлические церий и лантан, постоянных магнитов – неодим и самарий, никель-гидридных батарей – лантан и мишметалл, цветных телевизоров и люминесцентных ламп – иттрий, европий и тербий, волоконнооптических систем связи – лантан и эрбий, оптоэлектроники – тербий, диспрозий, эрбий и др. Оксиды празеодима и церия применяются в окрашивании и обесцвечивании стекла и керамики, лантана – в оптических стеклах, гадолиния и европия – в атомной технике, иттрия – в сверхпроводящей и инженерной керамике. Металлические иттрий, лантан и неодим используются для легирования алюминиевых, магниевых, железных и других сплавов, применяемых в авиации и ракетостроении.
    Из индивидуальных РЗМ наиболее широко используются цериевые лантаноиды (церий, неодим), а также часть иттриевых – самарий, европий, гадолиний, тербий и иттрий. Имеют мало промышленных областей использования и зачастую не находят достаточного сбыта диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций. Проблема перепроизводства время от времени актуальна также и для лантана, празеодима и гадолиния. Объемы годового предложения индивидуальных редкоземельных элементов составляют от нескольких тонн для европия, тербия и лютеция до 1 – 5 тыс. т для церия, иттрия, лантана и неодима. Цены на продукты индивидуальных РЗМ колеблются в довольно широких пределах (табл. 2).


    Несколько обособленно стоит скандий. Он извлекается при переработке фосфоритов и апатитов, в процессах получения фосфорной кислоты и при разделении редкоземельных элементов. Это один из самых дорогих видов минерального сырья. Стоимость отдельных его продуктов составляет 170 – 280 долл./г, хотя промежуточные продукты – оксиды скандия – оцениваются в 0,7 – 3,2 долл./г. Но скандий имеет весьма ограниченный спрос. Его мировое потребление – 500 – 1000 кг в год. Крупнейшие страны-продуценты скандия – Китай, Казахстан, Украина и Россия. Основные направления применения скандия: в виде микродобавок в суперпрочные и легкие алюминий-магниево-литиевые сплавы для авиакосмической промышленности, в производстве лазеров из галлий-скандий-гадолиниевых и германий-гадолиний-скандиевых гранатов и ртутных ламп с добавкой йодида скандия со спектром, наиболее близким к солнечному свету. Для него характерно наличие пиков слабо обоснованного ажиотажного спроса. Экспорт скандия из России (в сырье и изделиях) ограничен специальными документами.
    Как видим, попутные редкие металлы имеют специфические и практически неуправляемые рынки. Увеличение предложения может привести к резкому падению цен и наоборот. Следует также помнить, что повышенные цены на редкие металлы зачастую отражают не высокую в них потребность, а значительную себестоимость рафинирования этих товарных продуктов. Для предприятий, организующих комплексную переработку сырья, следует учитывать повышенный риск вовлечения в производство значительных количеств попутных внебиржевых металлов.