Проблемы формирования рынка редких и редкоземельных металлов в Казахстане

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы формирования рынка редких и редкоземельных металлов в Казахстане

По определению известного российского специалиста Н.А. Солодова, редкие и редкоземельные металлы -- витамины металлургического производства. Их использование в значительной степени определяет научно-технический прогресс в развитии не только металлургии, но и других отраслей промышленности, науки и техники.

Не зря во всем мире в последние годы резко возрос спрос на редкие и редкоземельные металлы (РМ и РЗМ), обусловленный их усилившейся ролью в ведущих отраслях производства, обеспечивающих экономическую и оборонную безопасность любого государства. В частности, как показывает зарубежный опыт, применение высококачественных низколегированных ниобиевых и редкоземельных сталей дает наибольший эффект в транспортном машиностроении, газонефтедобывающих отраслях и связанных с ними трубопроводных системах, при строительстве крупных инженерных сооружений, объектов ядерной энергетики и других важнейших отраслях промышленности. Каждая тонна ниобия, введенного в малоуглеродистые стали для изделий транспортного машиностроения и строительства, позволит сэкономить 200-300 т стали и снизить вес конструкции на 30-40 %. Срок службы соответствующей продукции увеличивается в 1,5-2 раза [1]. В целом потребление редкоземельной продукции связано с применением ее в оборонной, аэрокосмической и атомной отраслях.

Казахстан -- один из крупнейших регионов мира, обладающий значительными запасами и перспективами расширения минерально-сырьевой базы редких и редкоземельных металлов. В республике производство РМ и РЗМ осуществляется на специализированных предприятиях и как сопутствующая продукция -- на предприятиях цветной металлургии.

Однако на сегодняшний день производство РМ, РЗМ и их соединений в Казахстане можно охарактеризовать как нестабильное, далеко не соответствующее его потенциалу. Сократилось, а на некоторых предприятиях приостановилось производство этих металлов.

На предприятиях, где производство РМ и РЗМ является основным, нет прогресса в развитии в сторону расширения номенклатуры производимой продукции из-за потерь казахстанской ниши на мировом рынке металлов, ухудшения качества производимой продукции, отсутствия стабильных сырьевых источников, устаревшей технологии и оборудования, недостатка финансирования. Эти и другие причины привели подотрасль фактически к застою.

Между тем с учетом современных и перспективных требований развития науки и техники в мире спрос на редкометалльную и редкоземельную продукцию повышается, причем высокорентабельным является производство чистых РМ и РЗМ и их соединений. Развитые страны, обладающие высокой технологией рафинирования металлов технической чистоты, получают из них изделия для электронной, радиотехнической, электротехнической и других наукоемких отраслей промышленности, применяемых в космической авиационной, приборостроительной технике [2].

Значит, для Республики Казахстан приоритетное направление в будущем -- это добыча, селекция, получение чистых РМ и РЗМ и их соединений, с дальнейшим развитием полупроводниковой, электронной, приборостроительной и других передовых отраслей науки и техники. Тем более практически все разрабатываемые или разведанные запасы минеральных руд Казахстана имеют в своем составе РМ и РЗМ.

Рынок щелочных редких металлов

К этой группе металлов относятся литий, рубидий, цезий. Основные области применения лития -- ядерная энергетика, электролиз алюминия. Добавки карбоната лития (2,5-3,5 кг Li2 CO3 на 1 кг А1) позволяют снизить температуру плавления электролита, уменьшить расход анода и криолита, сократить расход электроэнергии и себестоимость металла.

Высококачественные концентраты литиевых минералов и химические соединения широко используются в производстве стекла и керамики. Добавки лития применяются в производстве стекла для катодно-лучевых трубок, телевизионных кинескопов, стекла с электроизоляционными свойствами, светочувствительных, легкоплавких и других специальных стекол.

В цветной и черной металлургии металлический литий и его сплавы с кремнием и кальцием применяются в качестве активного раскислителя, десульфуризатора и дегидрирующего агента. Введение в металлы и сплавы небольших количеств лития в качестве легируюшей добавки улучшает их эксплуатационные характеристики.

В авиации и в военной технике широко применяются литиевые консистентные смазки.

Значительные количества металлического лития и металлоорганических соединений используют в качестве катализаторов при синтезе каучука и других органических соединений.

Как показывает прогноз, в дальнейшем ежегодный прирост потребления лития особенно быстро будет обеспечиваться за счет новых перспективных областей: в производстве алюминий-литиевых сплавов, химических источников тока, в топливных элементах урановых ядерных реакторов и в термоядерной энергетике.

В СНГ наиболее крупными являются следуюшие месторождения лития: Завитинское в Забайкалье, Липовское на Урале, Калбинское в Восточном Казахстане, Туркестанское в Средней Азии, Вознесенское и Пограничное в Приморском крае (Россия).

В Казахстане наличие рапы в засушливых районах Северного Приаралья делает возможными промышленную добычу литиевого сырья и его переработку. Смещение мировой добычи сырья от пегматитовых источников к раповым обусловлено существенно низкими издержками их получения на открытых скоплениях минеральных солей. При организации их добычи в республике учет этого фактора имел бы важное значение. Развитие алюминиевой отрасли и аккумуляторного производства перспективны для организации всего литиевого цикла.

В настоящее время рубидий и цезий и их соединения широко используются в электронике, в радио-, электро- и рентгенотехнике, химической промышленности, оптике и медицине. Близость свойств рубидия и цезия определяет их взаимозаменяемость во многих областях применения. Наибольшее практическое значение имеют фотоэлектрические свойства цезия и рубидия, благодаря которым они применяются для фотоэлектрических приборов -- фотоэлементов, фотоумножителей.

В электротехнике рубидий и цезий применяют в производстве люминесцентных ламп. Цезий, рубидий и их соединения используют в качестве катализаторов и препаратов в органическом и неорганическом синтезе.

Чувствительность цезия к ультрафиолетовым и инфракрасным лучам используется в специальной оптике, например, в приборах ночного видения. В рассеянном состоянии рубидий и цезий достаточно широко распространены в природе. В незначительных количествах они обнаружены во многих образцах горных пород, в минеральной и морской воде.

К минералам, в которых содержание рубидия и цезия достигает относительно высоких концентраций, относятся: лепидолит, биотит, амазонит, неталит, берилл, циннвальдит, лейцит и др. Практическое значение для получения рубидия и цезия попутно с литием имеют лепидолит и циннвальдит.

Данные о производстве и потреблении рубидия и цезия в Казахстане (как и в других государствах СНГ) пока носят закрытый характер.

Рынок легких редких металлов

Редкие металлы этой группы представлены бериллием и скандием. В настоящее время бериллий стал серьезным конкурентом для обычно применяемых авиационных материалов. Облегченные конструкции самолетов из материалов с использованием бериллия увеличивают дальность и высоту полетов. В американском «Шаттле» из бериллия выполнены каркас, обшивка, диски тормозов, приборы.

Сплавы с бериллием, резко повышающие механические свойства многих металлов, применяются для производства деталей и конструкций, подвергающихся длительному интенсивному напряжению или трению при переменной или высоких температурах. В атомной технике бериллий и его оксид используются как источники, замедлители и отражатели нейтронов.

На сегодняшний день крупнейшими мировыми производителями бериллия являются США, Китай, Россия и Казахстан. В нашей стране бериллиевое производство Ульбинского металлургического завода (УМЗ), действующее с 1951 г., является одним из двух в мире и охватывает все процессы -- от извлечения бериллия из концентратов до получения готовой продукции (металлического бериллия, медно-бериллиевой, алюмо-бериллиевой и никель-бериллиевой лигатур, конструкционных сплавов, керамики на основе бериллия и бериллиевой бронзы и изделий из них).

Мировая добывающая и перерабатывающая скандиевая промышленность существенно монополизирована и сосредоточена главным образом в США и Японии. Рафинированные скандиевые продукты производятся в Китае, Франции, Норвегии и Великобритании. В достаточном количестве скандий в США извлекается при переработке скандиевых концентратов и хвостов на выработанных месторождениях плавикового шпата.

Основными сферами потребления являются производство мощных металл-галогенных осветительных ламп (в Японии примерно 50 % всего потребляемого скандия), скандий-алюминиевых сплавов, лазеров, аналитических стандартов.

Казахстан обладает солидными запасами скандия. В значительном количестве в качестве сопутствующего элемента он содержится на месторождениях фосфатов, урановых и вольфрамовых руд, а также присутствует в железных, титановых, цинковых, циркониевых, ниобиевых рудах, бериллиевых, алюминиевых, редкоземельных минералах, т.е. практически во всех добываемых рудах и минералах, что характеризует республику как потенциального производителя и поставщика скандия на мировой рынок. По всем категориям запасов казахстанские ресурсы оцениваются около 1,4 тыс. т3.

Рынок тугоплавких редких металлов

Рассматриваемая группа, представленная ниобием, танталом, гафнием, цирконием, вольфрамом молибденом, ванадием, играет важную роль в развитии научно-технического прогресса во многих областях науки и техники. Все эти элементы, за исключением гафния, образуют самостоятельные месторождения, установленные во многих странах мира. Известны коренные и россыпные месторождения [4].

Основной областью использования тантала является электронная техника (более 80 % -- Россия, 50-60 -- США, Япония, ЕЭС). Вторая область -- производство твердых сплавов (20-30 %). Кроме того, тантал используется в сплавах для авиационной и авиакосмической, оборонной, нефтехимической и других отраслей промышленности.

Специфические свойства тантала предопределяют его незаменимость при использовании в указанных отраслях промышленности. Способность образовывать прочную тонкую окисную пленку с высокими диэлектрическими свойствами определила роль тантала как превосходного материала для объемно-пористых оксидно-полупроводниковых конденсаторов. Из всех конденсаторов наибольшую емкость на единицу объема имеют танталовые конденсаторы. Основным потребителем танталовой продукции является специальная электроника -- миниатюрные конденсаторы для космической, ракетной, компьютерной и другой техники.

Добавка карбида тантала к карбиду вольфрама придает твердым сплавам высокое сопротивление удару, обеспечивает очень низкий коэффициент трения и стабилизацию других свойств.

Чрезвычайно высокая стойкость при обычных температурах к действию кислот обеспечивает его широкое применение в химическом машиностроении (в США до 9 %). Высокие коррозионная стойкость и теплопроводность тантала определяют его применение в производстве многих марок нержавеющих сталей и суперсплавов на никелевой основе (в развитых странах до 10 %).

Кроме того, прекрасные механические свойства тантала в сочетании с биологической совместимостью с тканями человеческого тела делают его незаменимым материалом при сшивании кровеносных сосудов и имплантируемых протезов.

Ниобий в основном используется в виде феррониобия (более 80 %) в производстве сталей: низкоколегированных и микролегированных углеродистых -- для нефтепроводных и обсадных труб, конструкций тяжелого, сельскохозяйственного и автомобильного машиностроения и в судостроении; жаропрочных -- для авиации; нержавеющих, конструкционных, инструментальных и быстрорежущих, широко используемых во многих отраслях. Ниобий в сталях выполняет специальное назначение

-- получение твердого и устойчивого карбида, уменьшающего зерно и обеспечивающего устойчивость стали к коррозии. Нержавеющая сталь с ниобием применяется для изготовления сварной аппаратуры в разных отраслях промышленности, труб пароперегревателей и трубопроводов, установок сверхвысокого давления, лопаток паровых турбин, роторов паровых и газовых турбин и т.д. Конструкционная сталь применяется в экскаваторо- и автомобилестроении, при изготовлении специального технологического оборудования.

Ниобий в низколегированных и микролегированных углеродистых сталях и, соответственно, в конструкциях из них обеспечивает высокую коррозионную стойкость, повышенную пластичность, свариваемость, прочность (~ на 20 %), повышает в два раза срок службы.

Применение низколегированных сталей для газопроводов большого диаметра в 1,5 раза повышает их пропускную способность за счет увеличения давления и значительно снижает расходы при их эксплуатации. В жаропрочных, жаростойких и нержавеющих сталях ниобий незаменим, так как обеспечивает им особые свойства.

Металлический ниобий в натуральном виде и в виде сплавов используется в основном в авиации, электронике и атомной энергетике. Пятиокись ниобия используется для производства твердых сплавов.

В настоящее время добычей циркония занимается большое количество компаний. Из них на 6 ведущих, возглавляемых австралийской компанией «Iluka Resources Ltd», приходится 80 % всего производства. В последние годы на мировом рынке циркониевых концентратов наблюдается дефицит поставок в условиях увеличения спроса. Как отмечают эксперты, это главным образом происходит вследствие растущих потребностей в них керамической и стекольной промышленности Китая [3].

Гафний -- рассеянный элемент, собственных минералов не образует и в природе обычно сопутствует цирконию, в котором его содержание колеблется от 1-2 до 6-7 %. Главными месторождениями гафния являются морские и аллювиальные титано-циркониевые россыпи. Металлический гафний получают металлотермическим восстановлением. Гафний используется в атомной энергетике, а также для производства жаропрочных сплавов, применяемых в авиационной и реактивной технике [4].

Применение вольфрама определяется его исключительными физическими свойствами (тугоплавкость, химическая стойкость и высокая механическая прочность, эмиссионная способность и светоотдача в накалённом состоянии), которые позволяют использовать его в производстве качественных сталей, сверхтвердых и кислотоупорных сплавов, карбидов, боридов и специальных материалов для многих отраслей промышленности. Важнейшими областями использования вольфрама являются металлообработка, горное дело, строительная индустрия. Вольфрамовая металлическая проволока, электроды и контакты используются в электронике (в осветительных и нагревательных приборах), а также при сварке. Разнообразные вольфрамовые продукты широко применяются в производстве различных видов вооружения и военной техники, вплоть до ракетной. В химической промышленности вольфрам находит применение в качестве катализаторов, а также сырья для производства неорганических пигментов и высокотемпературных смазочных материалов.

Удельное потребление молибдена на 1 т выплавляемой стали является одним из основных показателей ее качества. Низкий уровень потребления молибдена не может быть без ущерба для качества стали заменен большим потреблением вольфрама. Весьма актуальной представляется оптимизация соотношений молибдена и вольфрама, потребляемых в черной металлургии, в сторону повышения удельного веса используемого с этой целью молибдена.

Используя ванадий, можно получить жаропрочные, коррозиестойкие и сверхпроводящие сплавы, пользующиеся повышенным спросом. Чистый ванадий находит применение в ядерной энергетике и электронных приборах, а его соединения -- в текстильном, лакокрасочном, стекольном производствах.

В Казахстане сырьевыми источниками получения тугоплавких редких металлов (тантала, ниобия, циркония, ванадия) является ряд месторождений Белогорского комбината (тантал, ниобий, бериллий), Шокинская интрузия (тантал, ниобий), станция Мойынты, горы Булат-тау, массивы Акбю- рат, Лосевское месторождение цирконо-тантало-ниобатов, содержащих наряду с танталом, ниобием, цирконием титан, олово, ванадий, селен, гафний, скандий, РЗМ (иттрий, иттербий), радиоактивные уран и торий.

Сегодня общие запасы вольфрама 30 стран мира составляют 3,6 млн. т, в том числе в Китае -- 1,5 млн.т, Казахстане -- 450 тыс.т, Канаде -- 250 тыс.т, США -- 150 тыс. т. Минерально-сырьевая база вольфрамодобывающей промышленности мира характеризуется весьма высокой степенью концентрации. В восьми ведущих странах сосредоточено 82 % мировых выявленных ресурсов.

Крупнейшими запасами вольфрамовых руд обладает Китай, где имеется более 200 месторождений вольфрама. Особенностью их является поликомпонентность руд (помимо вольфрама, в них содержится до 20 полезных компонентов: олово, сурьма, молибден, свинец, редкие металлы и др.).

В будущем, видимо, только Казахстан сможет конкурировать с Китаем за счет освоения гигантского Верхнекайрактинского месторождения и разведки новых запасов. Сейчас в республике выявлено более 100 (из них около 10 крупных) месторождений вольфрама. Большая часть сконцентрирована в Карагандинской области (Богуты, Верхнекайрактинское, Караобинское, Акшатау).

Рынок редкоземельных металлов

Это группа объединяет четырнадцать редких металлов: лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций.

По данным экспертов, в группе РЗМ основной спрос отмечается на оксиды неодима и диспрозия ввиду высокой потребности в них сферы производства магнитов. В настоящее время треть всех потребляемых в мире РЗМ используется в производстве катализаторов. Этот рынок состоит из двух крупных сегментов: производство промышленных катализаторов и фильтров -- нейтрализаторов выхлопных газов автомобилей.

В среднесрочной перспективе в развитых странах ожидается особенно быстрый рост спроса на оксид церия в производстве полировальных порошков в связи с расширением выпуска телевизоров с широкоформатными экранами.

Для удовлетворения растущих требований потребителей промышленность должна продолжить разработку новых материалов и расширять сферы потребления своей продукции [3].

В Казахстане наиболее перспективным сырьем для производства РЗМ является Кундыбайское месторождение в Костанайской области, представленное минералами черчит, бастнезит, рабдофанит. Для производства РЗМ также пригодны некоторые сорта каменных углей (месторождение «Каражы- ра» в Восточном Казахстане), природные шунгиты, фосфаты, фториды и др.

Рынок рассеяных редких металлов

К этой группе относятся индий, таллий, галлий, селен, теллур, рений, германий, кадмий.

Спрос на эти металлы на мировом рынке постоянно растет. Рассеянные редкие металлы и их соединения (арсениды, антимониды, фосфиды, нитриды) широко используются в производстве полупроводниковых металлов. Цены даже на металлы технической чистоты непрерывно растут. Так, цена 1 кг индия (99,97 %) в 1993 г. составляла 170-200 долл. США за 1 кг, а в 2005 г. -- уже 840-870 долл. США [5].

Сырьевыми источниками получения рассеяных РМ являются промпродукты переработки свинцово-цинковых, медных, алюминийсодержащих руд, золы и надсмольные воды от сжигания углей, промпродукты (пыли) переработки железорудного сырья, растворы и шламы сернокислотного производства. Эти продукты в достаточной мере могут обеспечить получение рассеянных редких металлов в Казахстане, чтобы удовлетворить внутренние потребности, а республике занять достойное место на мировом рынке металлов при условии получения конкурентоспособной продукции.

По мнению специалистов [2; 5], в перспективе для выполнения стабилизационных мер и развития в Казахстане РМ и РЗМ отрасли необходимы:

а) государственное регулирование отрасли и инициирование новых производств по выпуску продукции на основе РМ и РЗМ;

б) разработка стратегии развития отрасли с получением широкой номенклатуры редкометалль- ной и редкоземельной продукции, конкурентоспособной на мировом рынке;

в) налаживание технологических и экономических связей с поставщиками сырья и потребителями продукции;

г) создание химико-аналитических сертификационных центров по физико-химичес?ому анализу продукции;

д) развитие отраслей, повышающих внутреннее потребление РМ и РЗМ продукции, ускоряюших экономическое развитие страны (электронной, радиотехнической, электротехнической, беспроводни- ковой связи, приборостроения, медицинской аппаратуры, специальных сортов легированной стали и многих других), перспективных отраслей науки и техники.

Безусловно, все это станет ключом к развитию современных перерабатывающих отраслей производства в Казахстане.

машиностроение металл низколегированный

Список литературы

1. Кудрин В.С., Чистов ЛЈ. Состояние минерально-сырьевой базы редкоземельных металлов, перспективы ее развития и освоения // Минеральные ресурсы России. -- 1996. -№ 15. -- С. 6-12.

2. Муканов Д. Металлургия Казахстана: состояние, инновационный потенциал, тренд развития. -- Алматы: РГП «НЦ КПМС РК», 2005. -- 290 с.

3. Алшанов Р.А. Казахстан на мировом минерально-сырьевом рынке: проблемы и их решение. -- Алматы: ТОО «РпП -- S», 2004. -- 220 с.

4. Каренов Р.С. Минерально-сырьевой комплекс Казахстана в условиях рыночной экономики. -- Алматы: РИО ВАК РК, 2000. -- 296 с.

5. Жарменов А. Казахстан способен быть ведущим мировым производителем редких и редкоземельных металлов // Горный журнал Казахстана. -- 2006. -- № 2. -- С. 2-9.

Размещено на Allbest.ru