Вадим Шелагуров
Кандидат геолого-минералогических наук

Карьер Ярославского ГОКа (Приморский край)

Б

ериллий проявляет как металлические (преимущественно), так и неметаллические свойства. Это материал с весьма ценными техническими свойствами, за сочетание которых его называют металлом космической эры. Бериллий отличается малым удельным весом (1,85 г/см³), высокой удельной прочностью (сопротивление разрыву 14–21 кг/мм2), в 1,5 раза превышающей этот показатель у стали и в 2,5 раза – у титана. Кроме того, бериллий отличается высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью, в 2,5 раза большей, чем у алюминия, и в 8 раз выше, чем у стали, а также характеризуется хорошей коррозионной стойкостью и способностью сохранять точность и стабильность размеров деталей даже при больших температурах. Модуль упругости бериллия превышает таковой у нержавеющей стали в 2 раза, титана – в 3, алюминия – более чем в 4 раза. Обладая необычайно малым поперечным сечением захвата тепловых нейтронов, сравнительно большой рассеивающей способностью и устойчивостью в условиях облучения, бериллий практически незаменим в атомной технике как замедлитель нейтронов, конструкционный материал и др.
    Особенно широкое применение в промышленности находят сплавы бериллия. Даже незначительная его добавка к некоторым металлам резко повышает их механические свойства. Так, сплав меди с 2 % бериллия имеет твердость 98–100 кг/мм² и предел прочности на разрыв около 50 кг/мм². Продолжительное нагревание закаленного сплава повышает его твердость до 400 кг/мм², а прочность на разрыв – до 120–130 кг/мм². Бериллиево-медные сплавы используются в особо ответственных деталях техники, оружия, приборов, подверженных длительному и интенсивному напряжению (шасси самолетов, бойки скорострельного оружия, контактовые щетки, режущие инструменты, подшипники, работающие в условиях высоких температур, и др.). Бериллий используется также с алюминием, магнием, никелем, железом, хромом, придавая этим сплавам исключительную вязкость, жаростойкость, коррозиеустойчивость. Бериллиды (интерметаллиды) широко применяются в жаростойких покрытиях при защите от коррозии в ракетостроении. В США бериллий классифицируется как металл «крайне необходимый и стратегический». К стратегическим редким металлам бериллий отнесен и распоряжением Правительства РФ.
    Общие запасы оксида бериллия в мире оцениваются в 1,44 млн т, подтвержденные – немногим более 191 тыс. т. 36 % общих мировых запасов заключено в недрах американского континента, 23 % – в Азии, 14 % – в Африке, 3 % – в Австралии. Общие запасы России составляют 16 % мировых.
    Мировое производство бериллия за последний год увеличилось почти на 40 %. Только в США оно выросло на 27,5 %. Здесь выпускается более 55 % бериллиевых концентратов мира. Второе место по их производству занимает Китай – около 12 %. Основные мощности по выпуску конечной бериллиевой продукции также сосредоточены в США, на которые приходится 75 % бериллийсодержащих товарных продуктов мира. Крупной компанией, владеющей полным циклом производства – от добычи руды до получения металла и высококачественных соединений бериллия, – является американская Brush Wellman Inc. (BWI), ставшая, по сути, мировым монопольным производителем. Сырьем для производства служат как фенакит-бертрандитовые руды месторождений Спер-Маунтин и Браш-Уэллмен-Топаз, так и импортные концентраты, поставляемые из Бразилии и Китая. Их переработка осуществляется на заводе в г. Делта (штат Юта). Полученный здесь промежуточный продукт – гидроксид бериллия – транспортируется на предприятие в г. Элмор (штат Огайо), где получают керамический сорт оксида бериллия в порошке и металлический бериллий в слитках. Годовая мощность предприятий BWI оценивается в 350–370 т ВеО. В 2002 году объем производства бериллия этой фирмой, по данным компании Roskill, достиг 93 % мирового. Объемы продаж бериллиевых продуктов компанией BWI составляют более 450 млн долл. в год.
    В связи с ожидаемым ростом спроса на бериллий на 8–12 % ежегодно BWI вкладывает значительные средства в наращивание мощностей своих предприятий, а также в геологоразведку. Компания участвует в таких работах на новых месторождениях – Маунт-Уиллер и Сьерра-Бланка (штат Невада), характеризующихся качественными бехоит-бертрандит-фенакитовыми рудами и высоким содержанием ВеО – до 2 %.
    Другим важным источником поставок бериллия на рынок США в последние годы являются Национальные стратегические запасы страны (NDS). В 2000 году эти запасы составляли 8780 т берилла, 2036 т медно-бериллиевых лигатур и 322 т металлического бериллия. Только за 1999–2000 годы из NDS было продано 178 т бериллиевых продуктов в пересчете на металл. Крупные реализации планировались в 2001–2002 годах. В запасах NDS предполагалось оставить лишь 45 т металлического бериллия.


    В 2001 году спрос на этот металл несколько снизился, в частности, за счет сокращения рынка телекоммуникационного оборудования. Однако эксперты компании Roskill полагают, что в ближайшей перспективе это снижение будет компенсировано ростом спроса на медно-бериллиевую ленту, используемую в электронных устройствах и компьютерах, а также в производстве подводного телекоммуникационного оборудования и труб для нефтегазовой промышленности. Вместе с тем в Японии на 10 % возросло потребление медно-бериллиевых сплавов, применяющихся в производстве компьютеров и сотовых телефонов. В долгосрочной перспективе продолжающийся процесс миниатюризации бытовой техники благоприятно скажется и на потреблении медно-бериллиевых сплавов, хотя темпы роста вряд ли будут столь высокими, как в 2000 году.
    Некоторые изменения претерпела структура потребления бериллия в мире. В 1996 – 2002 годах его использование несколько снизилось в ядерной и аэрокосмической технике и значительно – в электронной промышленности. Зато намного выросло применение бериллия в электротехнической, нефтегазовой и прочих отраслях. Основной причиной таких перемен скорее всего явилось сокращение производства вооружений в ряде стран и соответственно расширение мирных областей использования этого металла.
    В последние 2–3 года на второе место в мире по уровню потребления выходит Китай – около 250 т/год. Зарубежные эксперты связывают это с интенсивным развитием в стране атомной энергетики и ростом вооружений.
    Цены на бериллий на мировом рынке остаются стабильными, несмотря на некоторые колебания спроса и предложения. В настоящее время на рынке США цены на порошковый бериллий чистотой 99 % и на металлические слитки, поставляемые компанией Brush Wellman Inc., составляют соответственно 350–400 и 325–350 долл./а.ф., или 773–883 и 717–773 долл./кг.
    Россия по уровню применения бериллиевых продуктов на душу населения отстает от других развитых стран в 5–10 раз. Нынешние потребности нашей страны в пересчете на металл оцениваются в 60 т/год.
    Основными источниками бериллиевого сырья в СССР считались Ермаковское и Завитинское месторождения в Забайкалье, которые в настоящее время законсервированы. Переработка концентратов в советское время осуществлялась на единственном в стране предприятии – Ульбинском металлургическом заводе (УМЗ) в г. Усть-Каменогорске (ныне Казахстан). Это предприятие в последние годы стало весьма крупным производителем бериллиевой продукции. В настоящее время УМЗ является вторым в мире, имеющим полный производственный цикл – от переработки рудного концентрата до выпуска готовой товарной продукции – с заданными параметрами качества согласно требованиям традиционных потребителей.
    Технологическая схема, разработанная на предприятии, позволяет перерабатывать практически любые виды бериллийсодержащего сырья. Уникальное технологическое оборудование дает возможность производить широкий ассортимент изделий на основе бериллия и его сплавов. Установки гидростатического и газостатического прессования обеспечивают получение изделий с изотропными свойствами. На УМЗ постоянно внедряются современные экономичные технологии, в частности, производство лигатур методом прямого карботермического восстановления оксида бериллия. За последние полтора года в модернизацию технологий и оборудования вложено более 4 млн долл. Производство металлического бериллия и бериллиевых лигатур сертифицировано по международным стандартам ISO 9002. Сегодня бериллиевые лигатуры Ульбинского металлургического завода по качеству превосходят мировые аналоги. УМЗ представляет на мировом рынке следующую продукцию: бериллий металлический (слитки и порошок), Al-Be, Cu-Be и Ni-Be лигатуры, оксид бериллия в порошке, изделия из оксида бериллия, металлокерамический бериллий в изделиях и заготовках.
    Несмотря на отсутствие добычи сырья в России, бериллиевую продукцию на мировой рынок экспортируют девять отечественных компаний, в том числе «Хромпик» (г. Первоуральск) и «Уралредмет» (г. Верхняя Пышма). Наиболее вероятными источниками переработки являются либо сохранившиеся складские запасы концентратов, либо бериллийсодержащее вторичное сырье.
    Федеральной целевой программой «Добыча, производство и потребление лития, бериллия, тантала, олова, ниобия» («ЛИБТОН»), сформированной для восполнения утраченных Россией при распаде СССР производственных мощностей, предусматривалось восстановление выпуска бериллиевых концентратов из руд Ермаковского и Завитинского месторождений и строительство завода на базе Забайкальского ГОК мощностью 30 т готовой продукции в год (по металлу). Но даже это не может удовлетворить нынешние, а тем более перспективные потребности российской промышленности в бериллии, что ставит страну в зависимость от импорта. К сожалению, в программе «ЛИБТОН» не были рассмотрены альтернативные варианты обеспечения России собственным сырьем. Одним из них является отработка техногенных месторождений – флотационных хвостов обогащения флюоритовых руд месторождений Вознесенское и Пограничное в Приморье, содержащих значительные концентрации бериллия и лития.
    Оба этих месторождения отрабатываются открытым способом. Руды используются Ярославским ГОКом (Приморский край). Мощность комбината составляет 1,5 млн т руды в год. Сырьевая база Ярославского ГОКа позволяет обеспечить потребности отечественной промышленности в плавиковом шпате более чем на 50 лет. А вот значительное количество бериллия, а таже лития, тантала и других металлов уходит в отвалы. Например, на Вознесенском месторождении флотационные хвосты обогащения ежегодно пополняются более 600 т оксида бериллия и около 4000 т оксида лития. При этом содержание ВеО в хвостах на 25 % больше, чем в коренных рудах. Иными словами, за 40 лет работы Ярославского ГОКа образовалось уникальное техногенное месторождение редких металлов. Общие запасы только оксида бериллия, скопившиеся в хвостохранилище, оцениваются более чем в 20 тыс. т. Установлено, что при длительном хранении соединения бериллия и лития не теряются и не подвергаются изменениям. Разработаны технологии получения этих металлов из хвостов комбината: извлечение бериллия составит 98 %, лития – 94–95 %.


    Нельзя забывать и то, что еще в 1985 году ГКЗ СССР утвердил в коренных рудах Вознесенского месторождения в качестве попутных компонентов запасы бериллия по категориям С₁ и С₂ (содержание ВеО – 0,073 %), лития (среднее содержание Li₂О – 0,45 %), а также рубидия и цезия. На Пограничном месторождении были утверждены запасы бериллия, лития и рубидия в коренных рудах по категориям С₁ и С₂ при содержаниях ВеО – 0,247 %, Li₂O – 0,17 %, Rb₂O – 0,14 %. Расчеты показывают возможность увеличить ценность извлекаемых продуктов в 12 раз. Правда, технологии требуют значительной доработки.
    Кроме того, на Вознесенском и Пограничном месторождениях под флюоритовыми рудами установлены залежи танталосодержащих руд с содержанием пентаоксида тантала 0,012 %. Эти руды на Вознесенском месторождении залегают на глубине около 300 м, на Пограничном – 40 м.
    Таким образом, минерально-сырьевая база бериллия в России характеризуется отсутствием крупных собственно бериллиевых месторождений и наличием бедных руд в бериллийсодержащих. Для обеспечения потребностей отечественной промышленности и, в конечном счете, для обеспечения безопасности страны представляется необходимым выполнить следующие работы:
    – на первом этапе возобновить эксплуатацию Забайкальским ГОКом Ермаковского и, возможно, Завитинского месторождений, внедрив дополнительные технологические схемы по обесфториванию концентратов путем обработки силикатными растворами;
    – на втором этапе организовать извлечение бериллия (и, возможно, лития и тантала) из хвостов обогащения флюоритовых руд Вознесенского и Пограничного месторождений, что позволит не только обеспечить отечественные потребности в бериллии (100–120 т/год), но и экспортировать продукцию этого металла.
    В целом же комплексная переработка флюорит-редкометалльных руд Вознесенского и Пограничного месторождений может обеспечить потребности отечественной промышленности как в настоящее время, так и в перспективе по бериллию и литию почти на 100 %, по танталу – не менее чем на 30 %.
    Поскольку основной объем отечественных запасов бериллия заключен в месторождениях комплексных руд, в которых бериллий является попутным компонентом, в некоторых добывающих отраслях промышленности – плавиковошпатовой, редкометалльной, вольфрам-молибденовой, оловянной – в хвостах обогащения также скапливается не менее 2,8 тыс. т ВеО в год. Поэтому на третьем этапе целесообразна организация попутной добычи бериллия из руд комплексных месторождений.
    Главной проблемой России по-прежнему остается отсутствие перерабатывающего производства. Его создание потребует весьма значительных финансовых затрат и займет не менее 6–8 лет. Альтернативным вариантом на первом этапе может быть переработка российских концентратов на Ульбинском металлургическом заводе (Казахстан), где, как уже говорилось, создан законченный цикл производства, аналогичный предприятиям компании Brush Wellman Inc. Такой вариант сейчас представляется более реальным, поскольку российская компания «ТВЭЛ» приобрела в 2000 году 34 % акций УМЗ и появилась возможность создать российско-казахстанский редкометалльный холдинг.