CC BY
150
УДК 338.45: 622 (470.21)
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВ ПО ТИТАНОВОМУ СЫРЬЮ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
О. А. НИКОЛАЕВА,
младший научный сотрудник отдела
экономики природопользования
на Европейском Севере
E-mail: nikolaeva@iep. kolasc. net. ru
Институт экономических проблем им. Г. П. Лузина
Кольского научного центра РАН
В статье рассмотрена конъюнктура мирового рынка титана. Представлены варианты технологии переработки перовскито-титаномагнетитовых руд Африкандского месторождения. Отмечено, что привлечение к химической переработке многокомпонентного титано-редкометалльного сырья позволит в рамках одной технологической схемы получать широкий ассортимент качественной и востребованной на отечественном и зарубежном рынках продукции.
Ключевые слова: производство диоксида титана, редкометалльное сырье, перовскитовый концентрат, технология переработки, технико-экономические показатели.
Крупные изменения, произошедшие в последние годы в экономике России, чрезвычайно болезненно отразились на положении дел с редкими металлами. «Реформирование» нашей страны сопровождалось развалом промышленности, что особенно проявилось в деградации высоких технологий [4]. В частности, Россия прекратила или резко сократила добычу и производство титана, большинства редких металлов, необходимых для разработки и производства технологических новинок. Масштабы потребления продукции из соединений титана, ниобия, тантала, ванадия и других редких и редкоземельных металлов являются точным индикатором научно-технического развития страны. Положение ухудшилось еще и оттого, что с распадом СССР,
который занимал 1-е место в мире по производству металлического титана и его сплавов и 2-е место после США по потреблению титановой продукции, многие предприятия, добывающие редкие металлы, остались в бывших союзных республиках. В современной России сложился очевидный дисбаланс между производством титансодержащей продукции на базе импортного сырья и наличием собственных крупных сырьевых источников, которые так и остаются неосвоенными с советского периода.
Бывший СССР в 1980-е гг. выпускал 80 тыс. т титановой губки и 100 тыс. т слитков, что в 1,5 раза превышало их суммарное производство в США, Европе и Японии. При этом 55 % титановой продукции использовалось в авиационной промышленности, 20-25 % - в судостроении, 15 % - для нужд освоения космоса и ракетостроении (в основном в оборонных отраслях). В связи с этим производство пигментного диоксида титана в отличие от ведущих зарубежных стран не было развито, и потребности в нем осуществлялись за счет импорта [4].
Развитие титановой промышленности не только с получением металлического титана, но и широкого ассортимента его соединений, в первую очередь диоксида титана различного назначения, имеет важнейшее значение для инновационной модернизации многих секторов экономики и производств.
Мировое производство диоксида титана (ГЮ2) в настоящее время превышает 5 млн т в год. Стран-производителей - чуть больше десятка, причем среди
них на первом месте - США. Так, американская фирма DuPont (с дочерними предприятиями) имеет объем производства более 1 млн т. Практически столько же производит диоксида титана и Китай. Производство этого вида продукции в России практически отсутствует, в то время как потребность в диоксиде титана только в производстве лакокрасочных материалов (ЛКМ) составляет около 100 тыс. т. Эта цифра могла быть значительно выше, если бы существовало отечественное предприятие по производству этого вида продукции. Так, для производства ферротитана, содержащего 30 % титана, требуется до 5 тыс. т; для получения сварочных электродов - более 60 тыс. т; в производстве катализаторов - 70 тыс. т (по диоксиду титана). При производстве нетоксичных титановых дубителей кож (взамен хромсодержащих материалов) требуется титановых солей до 10 тыс. т в расчете на диоксид титана.
Отметим, что производство металлического титана в мире составляет 60-70 тыс. т в год. В силу расширения областей использования металлического титана предполагается, что в течение 10 лет эта цифра может возрасти до 500 тыс. т в год (по данным Х Международной конференции «Титан-2012» Содружества Независимых Государств, прошедшей 20-25 апреля 2012 г. в г. Казани). Крупные производители диоксида титана - фирмы Kemira, DuPout, Bayer, Tioxide - выпускают несколько десятков марок диоксида титана, которые способны удовлетворить требования многочисленных потребителей. Качество продукции этих фирм очень высокое, причем цена на него повышалась ежегодно примерно на 2 %. Однако в последний год она выросла почти на 5 %.
Титановая индустрия России представлена только двумя металлургическими переделами - титановую губку производит АВИСМА (г. Березники Пермской области), а изготавливает из этой губки металл и прокат Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение (ВСМПО), расположенное в г. Верхняя Салда Свердловской области. В производстве используется ильмени-товый концентрат производства Вольногорского горно-металлургического комбината (Украина). В настоящее время ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» является объединенной металлургической компанией.
Надо отдать должное этим предприятиям - это уникальная пара. Благодаря им СССР был в свое время абсолютным лидером мировой титановой про-
мышленности. К концу 1980-х гг. мощности ВСМПО и АВИСМЫ превышали мощности предприятий всех зарубежных стран вместе взятых, а титановая продукция в огромных количествах использовалась как для изготовления вооружения, так и в мирных производствах в интересах энергетики или металлургии [4].
Как известно, обостряющийся дефицит титана, редких металлов, их сплавов и соединений испытывают многие секторы промышленности России, в том числе такие, как химическое машиностроение, судо- и автомобилестроение, пищевая, бумажная, авиационная, космическая промышленность, атомная энергетика, производство катализаторов, огнеупоров, керамики, лакокрасочных материалов, волоконного стекла, сверхпроводящих материалов. Динамика цен на основную, особенно редкоземельную продукцию в средне- и долгосрочном периодах имеет тенденцию к повышению ввиду ее дефицита на мировых рынках. Ежегодный рост спроса на диоксид титана со стороны российских предприятий (примерно 1-1,2 %), возникший в результате оживления целого ряда секторов, обостряет проблему стабильного обеспечения их качественным импортным сырьем [3].
Состояние потребления титановой продукции различными секторами промышленности России отражено в табл. 1 [8].
Необходимость создания отечественного производства диоксида титана с каждым годом становится все более актуальной. Для ликвидации полной зависимости отечественных секторов экономики от импорта титансодержащих продуктов необходимо создать собственную рудно-сырьевую базу.
Таблица 1
Объем потребления титановой продукции
в России в 2006, 2010 гг., прогноз на 2015 г.
№ п/п Сектор промышленности Объем потребления титановой продукции, т
2006 2010 2015
1 Авиация 1 950 3 000 5 000-6 000
2 Судостроение 1 260 2 000 3 000
3 Энергетика 500 2 700* 4 000*
4 Химия и химическое машиностроение 160 300 450
5 Оффшорная техника 250 700-1 000 2 000
6 ТЭК - 400-500 1 000
7 Другие секторы - 500 1 500
Всего... 4 120 9 600-10 000 16 950-17 950
* Рост потребления титана связан с планируемым вводом новых энергоблоков.
В России запасы диоксида титана являются одними из крупнейших в мире. Между тем российские производители ЛКМ используют в основном диоксид титана, который производят украинские продуценты ОАО «Сумыхимпром» и «Крымский Титан». Качество такого диоксида титана (белизна, дисперсность, укрывистость) и его ассортимент значительно уступают импортному пигменту. Все это отрицательно сказывается на качестве лакокрасочной продукции, у которой снижается конкурентоспособность. Российская лакокрасочная сфера испытывает в связи с этим экономические трудности. Создание производства диоксида титана в России позволит обеспечить многие секторы промышленности дешевой и качественной продукцией, что благоприятно скажется на всей экономике в целом.
Внедрение новой отечественной технологии получения диоксида титана и других с дефицитных продуктов соответствует Стратегии - 2020 и будет способствовать неуклонному росту их потребления в высокотехнологичных секторах промышленности.
В силу расширения областей использования производство металлического титана в течение 10 лет может возрасти до 500 тыс. т в год. Статистика свидетельствует, что производство пигментного диоксида титана в мире повышается ежегодно на 1,5-1,8 %, при этом и цена на него также повышается в среднем на 2 %. Потребление редких и редкоземельных металлов (РЗМ) растет более быстрыми темпами.
Отечественное редкометалльное сырье в большинстве случаев одновременно является и титансодержащим, уступая по содержанию титана традиционным видам титанового сырья - ильме-нитовому и рутиловому концентратам. Основные учитываемые государственными запасами месторождения титанового сырья в России являются коренными с содержанием в руде диоксида титана 7-13 %, в отличие от более богатых россыпных месторождений за рубежом (18-35 %) [3].
Характерными особенностями нетрадиционного титанового и редкометалльного сырья в России, как эксплуатируемых в настоящее время месторождений (Ловозерское - лопаритовые руды, Хибинское -апатито-нефелиновые руды, содержащие сфен и титаномагнетит), так и перспективных для освоения (Африкандское и Вуориярвинское - перовскитовые и титаномагнетитовые руды), являются сложный многокомпонентный состав и низкие концентрации редких металлов. Эти особенности предопределяют
необходимость комплексной переработки такого сырья с извлечением всех ценных компонентов [2].
В настоящее время единственным используемым сырьевым источником титана в России остается Ловозерское месторождение лопаритовых руд в Мурманской области, эксплуатируемое ОАО «Ловозерская ГОК». В отличие от мирового опыта преимущественного получения высококачественных титановых концентратов из месторождений прибрежно-морских россыпей это месторождение представлено коренными рудами, бедными по содержаниям диоксида титана (1,3 %) и добываемыми подземным способом в условиях Заполярья. Для переработки лопаритовый концентрат транспортируется на Урал, где подвергается хлорированию на ОАО «Соликамский ХМЗ» с получением тетрахлорида титана (2 тыс. т/год в пересчете на ТЮ2). Последний служит передельным сырьем для Березниковского ТМК (ОАО «АВИСМА»).
Африкандское месторождение перовскито-ти-таномагнетитовых руд является одним из наиболее перспективных российских титановых месторождений. В качестве альтернативных рассматриваются Медведевское (Южный Урал) и Гремяхо-Выр-месское (Кольский полуостров) месторождения ильменито-титаномагнетитовых руд и Ярегское месторождение лейкоксенов [2].
Общие запасы руд в Африкандском месторождении составляют 626,2 млн т, в том числе по категориям: В - 38,2 млн т руды (4,2 млн т ТЮ2), С - 152,4 млн т (13,4 млн т ТЮ2), С2 - 435,5 млн т (34,6 млн т ТЮ2). Общее количество диоксида титана в месторождении - 52,2 млн т. Среднее содержание диоксида титана в рудах составляет 9,2 %. В центральной части месторождения, в которой среднее содержание диоксида титана составляет 13 %, сосредоточено 50 млн т руды, или 6,5 млн т ТЮ2.
В табл. 2 представлены сравнительные характеристики наиболее перспективных месторождений и приведенные затраты на создание горно-обогатительных предприятий на их базе. Африкандское месторождение, по запасам диоксида титана уступающее Ярегскому, превосходит его по условиям добычи руды и реализации технологических схем обогащения и переработки выделяемых из них концентратов. При этом запасы руд Африкандского месторождения достаточны для их эксплуатации в промышленных масштабах в течение сотен лет.
К тому же динамика цен на основную, особенно редкоземельную, продукцию в средне- и долгосроч-
Таблица 2
Сравнительные данные о содержании и запасах диоксида титана в рудах наиболее перспективных месторождений и приведенных затратах на создание на их базе горно-обогатительных предприятий
По отношению к Африкандскому
№ Место- месторождению, %
п/п рождение Содержа- Запасы Приведенные
ние ТЮ2 ТО2 затраты
1 Ярегское 123,0 534,0 300,0
2 Медведевское 77,0 59,0 250,0
ном периодах имеет тенденцию к росту ввиду ее дефицита на мировых рынках (табл. 3).
В свое время был поставлен вопрос об освоении Африкандского месторождения для нужд черной металлургии. В 1957 г. введено в эксплуатацию Аф-рикандское горно-обогатительное предприятие в составе карьера открытой добычи руды проектной производительностью 200 тыс. т в год и обогатительной фабрики мощностью 37 тыс. т в год по концентрату. Было получено 11 тыс. т перовскитового концентрата (ПК), который частично использовался для производства ферротитана, а частично был передан в ЧССР, ФРГ и другие страны, а также в научно-исследовательские институты бывшего СССР.
Вследствие низких технологических показателей обогащения и неподготовленности предприятий по производству ферросплавов к переработке выпуск перовскитового концентрата был
Таблица 3
Прогноз цен на продукцию, прогноз объемов продаж
№ п/п Продукт Выход, кг с 1 т ПК* Количество, т в год Цена за 1 т, долл. Общая стоимость, млн долл.
1 Технический ТЮ2 (включает №>205 и Та205) 455,3 45 530 1 800 81,95
2 Карбонаты РЗМ 25 2 500 30 000 75,0
3 Титаногипс** 500 50 000 40 2,0
4 Железо-ториевый кек*** 2-4 90-180 - -
Итого... - - - 158,9
* ПК - перовскитовый концентрат.
** Титаногипс сбрасывается в хвостохранилище, может использоваться в производстве наполнителей и в других областях. *** Железо-ториевый кек (^02 ~ 50-80 %) отправляется на захоронение. В будущем предполагается выделение ториевых продуктов из кека и их использование в ядерной энергетике.
прекращен, а фабрика переведена на обогащение медно-никелевых руд и была планово-убыточной. Ввиду отсутствия потребителей перовскита в 1982 г. Африкандское месторождение было снято с учета государственной комиссией по запасам [9].
Минералогический состав перовскитово-го концентрата Африкандского месторождения представлен в табл. 4. Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦ РАН (ИХТРЭМС) предложено несколько вариантов гидрометаллургической переработки перовскитового концентрата, среди которых наиболее разработаны комплексные азот-но-сернокислотная и сернокислотная и солянокис-лотная технологии [1].
Азотно-сернокислотная технология заключается в азотнокислотной обработке перовскита с получением четыреххлористого титана, из которого получается диоксид титана и металлический титан. Основные переделы технологии испытаны в опытно-промышленном масштабе на Приднепровском химическом заводе (ПХЗ, г. Днепродзержинск) в 1973 г. Переработано 20 т перовскитового концентрата. Схема характеризуется высокими технико-экономическими показателями. Расчетная рентабельность производства, по расчетам 1972 г., при переработке 54 тыс. т концентрата при размещении производства на площадях ПХЗ составляла 32 %, а прибыль - 11 млн руб. Срок окупаемости капитальных вложений по промышленному строительству с учетом стоимости основных производственных фондов равнялся 2,7 года. Внедрение схемы не было осуществлено ввиду того, что предприятие получило задание по развитию производства минеральных удобрений [5].
Основные переделы сернокислотной технологии с выделением сульфата титанила и аммония
Таблица 4
Минералогический состав перовскитового
концентрата Африкандского месторождения
№ п/п Минерал Содержание, °%
1 Перовскит 93,0
2 Диопсид 3,2
3 Кальцит 2,0
4 Роговая обманка 1,0
5 Оливин 0,6
6 Пирротин 0,2
7 Апатит Единичные зерна
8 Нефелин -
9 Полевые шпаты -
10 Андрадит -
проверены в опытно-промышленном масштабе. В лабораторных условиях показана возможность получения пигментного диоксида титана рутильной модификации.
Данная технология является наиболее подготовленной к промышленному внедрению, по ней могут быть в короткие сроки выданы данные для проектирования промышленного производства. Мощность предприятия по данной схеме определяется возможностями потребления побочного продукта - сульфата аммония. В расчете на 50 тыс. т перовскитового концентрата может быть получено 100 тыс. т сульфата аммония. Наличие отработанных в промышленности аппаратурно-технологических решений большинства переделов схемы с использованием редкоземельного титано-ниобата (лопарита) - аналога перовскита - гарантирует успешное освоение технологии, причем в короткие сроки. При переработке 51 тыс. т перов-скитового концентрата в Мурманской области капитальные вложения на промышленное строительство оценены в 78 млн руб., годовые эксплуатационные затраты - 47 млн руб., прибыль предприятия - 17,7 млн руб. (в ценах 1982 г.), срок окупаемости - 4,4 года. При размещении производства в средней полосе России показатели экономической эффективности значительно улучшаются.
Сернокислотная технология осуществляется с выделением сульфата титанила моногидрата. Основные операции этой технологической схемы испытаны совместно с НПО «Пигмент» (г. Санкт-Петербург) в укрупненном лабораторном и опытно-промышленном масштабе с переработкой 3 т концентрата на опытных производствах НПО «Пигмент», в опытном цехе ИХТРЭМС КНЦ РАН и на опытном заводе Челябинского филиала Научно-исследовательского и проектного института неорганических пигментов и судовых покрытий (НИПРОИНС). На основании результатов научных исследований и опытно-промышленных работ выданы исходные данные для проектирования опытно-промышленного цеха ИХТРЭМС, строительство которого было остановлено.
Разработан и прошел укрупненные испытания вариант переработки титаноредкометалльного сырья по солянокислотной схеме на установке «Редмет» в пос. Ревда Мурманской обл. Перовски-товый концентрат Африкандского месторождения относится к упомянутому виду сырья, но характеризуется меньшим содержанием редких металлов и радиоактивных элементов.
При осуществлении «короткой» технологии из 1 т концентрата получается, в частности:
1) пигментный диоксид титана (+оксиды редких
металлов) - 0,5 т;
2) сульфат кальция двухводный (сухой) - 1,0 т;
3) концентрат РЗЭ (сухой) - 0,065 т;
4) железоториевый кек (сухой) - 0,1 т.
Обогащенный титановый продукт (ОТП), полученный при азотно- и солянокислотной обработке перовскита, представляет собой смесь гидратированных оксидов титана, ниобия и тантала. В их состав в качестве основной примеси входит гидроксид железа.
Технология переработки перовскитового концентрата рассчитана на максимальное использование отходов в обороте, также предусматривается утилизация отходов с получением товарных продуктов. Предварительная экономическая оценка солянокис-лотной технологии показала, что при переработке 100 тыс. т в год перовскитового концентрата чистый дисконтированный доход равен 402 млн долл. (12 460 млн руб.), срок окупаемости - 3,4 года.
Производство базируется на новой малоотходной технологии перовскита с получением технического диоксида титана, а на его основе - соединений титана, РЗЭ, ториевого концентрата и целого ряда побочной продукции, образующейся в процессе утилизации отходов производства. Все это может обеспечить значительное повышение экономических показателей производства и послужить снижению себестоимости продукции при ее высоком качестве.
Создание производства по переработке перовс-китового концентрата Африкандского месторождения Кольского полуострова позволит получать ряд дефицитной и поэтому ликвидной на российском рынке продукции, необходимой для развития передовых и стратегических секторов промышленности, а также даст возможность организовать новые рабочие места. Кольский полуостров является важной российской базой разнообразного минерального сырья. На его площади сосредоточены крупные источники десятков видов стратегических минеральных ресурсов.
Отсутствие подготовленных к эксплуатации месторождений богатого титанового сырья и исчерпывание подобных действующих диктуют необходимость перехода к разработке месторождений комплексных руд и вовлечению в переработку более бедных по содержанию титана концентратов. Значительные резервы роста добычи титанового сырья могут быть связаны с перовскитовыми рудами Африкандского месторождения.
Внедрение крупномасштабных отечественных технологических разработок добычи и обогащения титансодержащих руд, редких и редкоземельных металлов позволит обеспечить производство конкурентоспособной продукции (включая стратегические материалы), повысить экономическую безопасность страны. При этом будут реализованы малоотходные технологии производства современных материалов для высокотехнологичных секторов промышленности. Наличие богатой сырьевой базы, а также развитая инфраструктура делают Кольский полуостров привлекательным районом как для иностранных, так и для отечественных инвесторов.
Список литературы
1. Калинников В. Т. Гидрометаллургическая комплексная переработка нетрадиционного тита-но-редкометалльного и алюмосиликатного сырья / В. Т. Калинников, А.И. Николаев, В.И. Захаров. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1999.
2. Николаев А. И., Калинников В. Т. Комбинированные технологии переработки комплексного титано-редкометалльного сырья // Химическая технология. 2001.№ 1. С. 37-42.
3. Николаев А. И. Кольский полуостров - титановая провинция России/А. И. Николаев, Ф. Д. Ларичкин,
Л. Г. Герасимова, О. А. Николаева // Титан. 2009. J№ 3 С.12-20.
4. Николаев А. И. Титан и его соединения: ресурсы, технологии, рынки, перспективы / А. И. Николаев, Ф. Д. Ларичкин, Л. Г. Герасимова, Ю. Г. Глу-щенко, В. Д. Новосельцева, О. А. Николаева. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН. 2011.
5. Николаев А. И. Переработка нетрадиционного титанового сырья Кольского полуострова. Апатиты, 1991.
6. Портнов А. М. Нужны ли России редкие металлы для современных технологий? // Промышленные ведомости. 2008. J№ 10. URL: http://www. promved. ru/articles/article. phtml?id=1577&nomer=54.
7. Производство двуокиси титана увеличилось (новости химической промышленности). URL: http://www. dioxidtitana. ru/news14.html.
8. Ушков С. С. Оценка перспектив развития рынка сбыта титановых материалов // Атомная стратегия. 2007. № 27. URL: http://www. proatom. ru/modules. php?name=News&file=article&sid=802.
9. Федоров С. Г., Николаев А. И., БрыляковЮ. Ii., Герасимова Л. Г., Васильева Н.Я. Химическая переработка минеральных концентратов Кольского полуострова. Апатиты, 2003.
Хочешь изменить мир? Отправь свою идею на конкурс!
Компания Cisco и Фонд «Сколково» представляют «Премию инноваций Сколково»
■
j'i t
Sk
СколKOBO
3 номинации: - применение технологий в энергосбережении
- применение технологий в здравоохранении
- применение технологий в образовании
3 награды: - 3 миллиона рублей
- 1,5 миллиона рублей
- 750 тысяч рублей
Настало время действовать!
С 25 сентября по 31 декабря подавай свои заявки на cisco.ru/iprize
il|lil|li CISCO.
