Сырьевые источники редкоземельных элеметов

Общий кларк редкоземельных элементов составляет – 0,15-0,16%. Это больше чем у бора, меди, кобальта, цинка и никеля. В табл.3 приведены значение среднего содержания индивидуального РЗЭ в земной коре, а также соотношения между ними. Как видно из таблицы, суммарное содержание иттриевых РЗЭ примерно в 10 раз меньше, чем содержание цериевых. Для РЗЭ хорошо соблюдается правило Гаркинса-Оддо - содержание в земной коре четных элементов больше, чем содержание нечетных. Наблюдается одно исключение - содержание лютеция (№ 71) больше, чем иттербия (№ 70).

 

Таблица 3.- Содержание РЗЭ в земной коре

Z	Символ	Название	Кларк,	Доля в % от содержан.
			масс.%	STR2O3	SCer2O3	SYtr2O3
	Sc	Скандий	1.10-3	5,0	-	-
	Y	Иттрий	2.10-3	10,1	-	56,0
	La	Лантан	2,9.10-3	14,6	17,8	-
	Ce	Церий	7.10-3	35,3	43,4	-
	Pr	Празеодим	9.10-4	4,5	5,5	-
	Nd	Неодим	3,7.10-3	18,6	22,8	-
	Pm	Прометий
	Sm	Самарий	8.10-4	4,04	5,5	-
	Eu	Европий	1,3.10-4	0,65	0,8	-
	Gd	Гадолиний	8.10-4	4,04	5,5	-
	Tb	Тербий	4,3.10-4	2,17	-	12,0
	Dy	Диспрозий	5.10-4	2,52	-	15,1
	Ho	Гольмий	1,7.10-4	0,85	-	4,8
	Er	Ербий	3,3.10-4	1,66	-	9,2
	Tm	Тулий	2,7.10-5	1,14	-	0,75
	Yb	Иттербий	3,3.10-5	0,17	-	0,94
	Lu	Лютеций	8.10-5	0,40	-	2,2

 

Известно 198 минералов, содержащих РЗЭ. Обычно минералы содержат все РЗЭ. Но известны минералы, которые относятся к одному элементу. 19 минералов собственно лантановых, 12 - неодимовых, 2 - гадолиниевых. Из иттриевой подгруппы, кроме самого иттрия, для которого известны 27 минералов, только у иттербия известно 2 собственных. Кроме собственных, насчитывают большое число минералов, содержащих РЗЭ в качестве примесей. Из них апатит служит источником их получения при переработке на удобрения. Известно 262 таких минералов для цериевой группы и 124 - для иттриевой. По соотношению цериевых и иттриевых минералов их можно подразделить на 3 группы:

- цериевые (соотношение Ce₂O₃:Y₂O₃>15) – 89 минералов;

- иттрий-цериевые (соотношение Ce₂O₃:Y₂O₃=7-15)

- иттриевые (соотношение Ce₂O₃:Y₂O₃<7) – 27 минералов.

Такую селективность минералов РЗЭ можно объяснить уменьшением ионных радиусов от лантана до лютеция. Поэтому элементы цериевой подгруппы могут изоморфно замещать ионы кальция, стронция, бария, а РЗЭ иттриевой подгруппы – цирконий и марганец. В урановых рудах в основном присутствуют РЗЭ серединной группы. Кроме этого различия в основности тоже приводят к дифференциации РЗЭ. Легкие накапливаются в основных породах, а тяжелые – в кислых.

В настоящее время основными промышленными минералами РЗЭ являются: бастнезит (Ce(CO₃)F), монацит (LnPO₄), лопарит (Ce,Nd, Ca)(Тi, Nb, Ta)O₃ (преобладают элементы цериевой группы), а также ксенотим (YPO₄), эвксенит (Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆ (преобладают элементы иттриевой группы). Содержание РЗМ в них изменяется в пределах от 3 до 75% (в пересчете на оксиды).

Составы минералов:

- бастнезит Ce₂O₃ 40%, 36%, CO 20%, F 8%

- монацит суммарное содержание оксидов РЗЭ 68%, из них Ce₂O₃ 20-30%, (La, Nd)₂O₃ 30-40%, Y₂O₃ до 5%, ThO₂ до 12%, P₂O₅ 30%, ZrO₂ до 7%, U 0,1-0,3%.

- лопарит Ln₂O₃ 29-33%, TiO₂ 37-40%, Nb₂O₅ 9-11%, Ta₂O₅ 0,8%, ThO₂ до 0,6%.

- ксенотим Y₂O₃ 30-60%.

Для РЗЭ характерно большое разнообразие типов месторождений, отличающихся большей частью комплексным характером.

Наибольшие запасы иттриевых РЗЭ сосредоточены в месторождениях щелочных гранитов с ксенотимом, самарскитом, гадолинитом, монацитом и др. минералами. Из прочих редких элементов в них присутствуют ниобий, цирконий, тантал, иногда бериллий. Близки к щелочным гранитам найденные в Австралии месторождения щелочных эффузивов, но добываются иттриевые РЗЭ в настоящее время из эндогенных месторождений - россыпей ксенотима с ильменитом, цирконом, а также из месторождений «ионных» руд - коры выветривания гранитов, где ионы РЗЭ сорбированы на глинистых минералах. Наибольшее количество иттриевых РЗЭ добывают из ураноносных конгламератов метаморфического происхождения.

При кристаллизации магмы РЗЭ концентрируются в остаточных продуктах - пегматитах, как гранитных, так и щелочных, карбонатитах (это основной тип месторождений цериевых РЗЭ) с бастнезитовыми и монацит-бастнезитовыми богатыми рудами - до 9% Ln₂O₃ в руде,- а также в альбититах, грейзенах, скарнах и более поздних гидротермальных месторождениях. К их числу относятся магматитовые месторождения с редкоземельной минерализацией, найденные в Китае. РЗЭ могут присутствовать и в гидротермальных месторождениях обычных цветных металлов.

В зоне гипергенеза многие минералы РЗЭ - монацит, ксенотим и др. - устойчивы и остаются в коре выветривания или переходят в россыпи. Многие РЗЭ при выветривании разрушаются с образованием «ионных» руд, о которых уже говорилось.

Наибольшая часть мировых экономических ресурсов редкоземельных металлов сосредоточена на бастнезитовых месторождениях КНР, доля в мировых 48%. Крупные ресурсы редких земель связаны также с месторождениями монацита в Австралии, Бразилии, КНР, Индии, Малайзии, ЮАР, Шри-Ланке, Таиланде и США. Остальные связаны с месторождениями ксенотима, ионно-абсорбционных руд, лопарита, фосфоритов, апатитов, вторичного монацита, эвдиалита, чералита и с жидкими отходами производства урана. Отметим также, что крупные запасы РЗЭ залегают на территории СНГ, в объеме 22% мировых. В таблице … приведены данные US Geological Survey по запасам РЗЭ в тыс. тонн на 2012 год.
В июле 2011 года исследовательская группа из Японии обнаружила на дне Тихого океана обширные залежи редкоземельных материалов. Находка подтверждена образцами грунта, извлеченными со дна на глубинах от 3500 до 6000 м в 78 местах. Залежи располагаются в международных водах и тянутся к западу и востоку от Гавайев, а также к востоку от Таити и Французской Полинезии. По оценкам специалистов, найденные залежи содержат от 80 до 100 млрд метрических тонн редкоземельных материалов, что значительно больше текущих глобальных запасов на уровне 100 млн тонн.

 

Таблица 4. - Запасы на месторождениях редкоземельных металлов в 2012 году, тыс. тонн (в пересчете на оксиды РЗЭ) (* данные US Geological Survey

Китай	55,000.0
СНГ	19,000.0
США	13,000.0
Индия	3,100.0
Австралия	1,600.0
Прочие страны	18,300.0
Всего запасы	110,000.0

 

Основная добыча РЗЭ приходится на Китай. Она свободно развивается в КНР прежде всего по причине того, что китайское руководство зачастую не обращает внимания на опасность таких производств для окружающей среды. С этим были связаны и вполне доступные цены, по которым Китай продавал редкоземельные элементы. Такая ситуация продолжалась до 2010 года, после чего КНР снизила объёмы поставок и увеличила цены для США, ФРГ, Южной Кореи и Японии, где доля высокотехнологичных производств очень высока.

В 2011 году в Китае было введено дополнительное управление, и все компании, добывающие редкие земли, теперь должны будут иметь обязательные планы производства, соответствующее разрешение на планирование, экологический сертификат и лицензию безопасности. Кроме того, у компаний, которые превышают квоты добычи, лицензия на эксплуатацию может быть отозвана. В 2011 году китайское правительство также ввело жесткий контроль над выбросами от перерабатывающих предприятий, который вступил в силу с 1 октября.

Для того, чтобы гарантировать, что меры по контролю производства и сокращению выбросов будут реализованы, с 2007 года в Китае проводится процесс консолидации контроля над производством. Baotou Rare Earth контролирует поток концентратов из шахты Baiyun Obo во Внутренней Монголии и будет контролировать большую часть мощностей по крекингу и разделению к концу 2011 года. на юге Китая, где расположены основные месторождения тяжелых редких земель, целый ряд компаний также были вовлечены в процесс консолидации, включая China Minmetals, Chinalco и Guangdong Rising Nonferrous Metals.

На сегодняшний день Россия занимает второе место после Китая по балансовым запасам РЗЭ. Прогнозные ресурсы России составляют 5,2 млн. т и являются крупнейшими в мире. Российские запасы РЗЭ сосредоточены в 16 месторождениях. Из них наибольший интерес вызывают: Ловозерское лопаритовое месторождение, Томторское месторождение и Хибинская группа месторождений апатитовых руд.

К сожалению, вследствие низкого содержания РЗЭ в рудах, их извлечение чаще всего признается нерентабельным. К тому же на внутреннем российском рынке спрос на РЗЭ до настоящего времени был не высок, всего около 2 тыс. т/год (2-3% от мирового потребления) и генерируется лишь двумя потребителями: госкорпорацией «Ростехнологии» и предприятиями оборонно-промышленного комплекса. Это лишний раз свидетельствует о техническом отставании ряда отраслей промышленности России от мирового уровня развития. В результате, на сегодняшний день РЗЭ в России практически не производятся. Существующий внутренний спрос удовлетворяется за счет импортных поставок РЗЭ из Китая. В свете сложившейся ситуации на мировом рынке РЗЭ, такая зависимость от китайского импорта является фактором риска для национальной безопасности и развития отечественной промышленности. Поэтому поставленная задача обеспечения российской экономики РЗЭ является стратегической. В рамках разработанной Госпрограммы предполагается освоение месторождения РЗЭ Томтор в Якутии уже с 2015 г., что стало возможным в результате развития отечественных технологий и инноваций (руды Томтора радиоактивны). В программе предполагается участие двух крупных государственных корпораций – «Ростехнологии» и «Росатом».

Томторское комплексное редкометальное месторождение находится на северо-западе Республики Саха (Якутия) Российской Федерации, в пределах Оленекского улуса, в 400 км к югу от побережья моря Лаптевых, на водоразделе рек Уджа и Чима-ра. Практическая значимость нового типа руд Томтора определяется набором, колоссальными запасами и уникальными концентрациями ниобия (Nb), иттрия (Y), скандия (Sc) и тербия (Tb). Руды участка первоочередной отработки при планировавшихся незначительных объёмах добычи хватит более чем на 100 лет эксплуатации при окупаемости основных фондов предприятия от 4 до 7 лет. Объём кондиционных руд участка Буранный, подсчитанный по бортовому содержанию Nb₂O₅ 1%, составляет колоссальную цифру 42,7 млн. т. На государственный баланс поставлены запасы нового геолого-промышленного типа по категориям В+С, предназначенные для открытой отработки по бортовому содержанию Nb₂O₅ 3,5% и предельном коэффициенте вскрыши 3,5 м/м³ в объёме около 1,2 млн. т. Таким образом, на сегодняшний день Томторское месторождение по праву является лидером среди редкометалльных гигантов. По запасам и концентрациям Nb₂O₅ и Ln₂O₃, оно превышает все известные мировые аналоги и является уникальным. Так, месторождение Араша (Бразилия), дающее более 80% мировой добычи ниобия, содержит руды с концентрациями 2,5% Nb₂O₅, а в крупнейшем редкоземельном месторождении Bayan Obo (Китай) содержатся руды с концентрациями Tb₂O₃ около 10%.

Содержания в балансовых рудах Томторского меторождения составляют следующие элементы: ниобий: Nb₂O₅ - 6,71%; иттрий: Y₂O₃ - 0,595%; скандий: Sc₂O₃ - 0,048%; тербий: Tb₂O₃ 9,5.

Можно ожидать, что в течение ближайших лет производство РЗЭ в России будет базироваться на переработке лопарита и апатита. В дальнейшем РЗМ в переработку будет вовлечен красноуфимский моноцит, уникального месторождения Томтор (РЗМ+Nb) и других месторождений, а также отвалы фосфогипса.