Завод на вулкане острова Итуруп

Доктор геолого-минералогических наук А. КРЕМЕНЕЦКИЙ

Осенью этого года ученые московского Института минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов начали уникальный технологический эксперимент. Впервые в мире на вершине действующего вулкана Кудрявый на острове Итуруп они размещают опытно-промышленную установку для получения стратегически важного редкого металла рения прямо из вулканического газа. Если эксперимент удастся, вулканическое месторождение сможет обеспечить потребности российской промышленности в рении полностью.

Редкие металлы потому и названы так, что содержание их в земной коре невелико. На сегодняшний день ученым известно около 40 различных редких элементов. Часть из них образуют собственные минералы. Другая часть - рассеянные редкие металлы. Они не формируют собственных месторождений, а присутствуют в виде примесей в других рудах: германий - в углях, висмут - в медных рудах, галлий - в бокситах и т. д.

Рений - редкий металл, который до последнего времени считался рассеянным. В природе он встречается в основном в виде примесей в молибдените. А минералы рения (к примеру, джезказганит) настолько редки, что представляют собой не промышленную, а научную ценность.

Рений - металл высоких технологий. Высокопрочные суперсплавы для космической и авиационной техники, содержащие от 4 до 10% рения, выдерживают температуры до 2000 градусов и более без потери прочности. Из них изготавливаются корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей ракет и самолетов. Кроме того, рений используется в нефтехимической промышленности - в биметаллических катализаторах при крекинге и риформинге нефти. Он применяется в электронике и электротехнике (термопары, антикатоды, полупроводники, электронные трубки и т. д.). Особенно широко в этой отрасли промышленности использует рений Япония (65-75% своего потребления).

Мировая потребность в редких металлах обычно меняется скачкообразно. Интерес к ним не постоянный, а пульсирующий. Он зависит от внедрения в производство новых высокотехнологичных сплавов с различными добавками. Сегодня в такие сплавы требуется добавлять какой-либо редкий металл, а завтра, может быть, ему найдут замену, и потребность в нем отпадет практически полностью. Что касается рения, еще лет десять назад он использовался редко. За период 1925-1967 годов мировая промышленность израсходовала всего 4,5 тонны рения. А сегодня только потребность Соединенных Штатов составляет около 30 тонн в год. На США приходится более 50% мирового потребления рения, причем за последние пять лет спрос на этот редкий металл увеличился в 3,6 раза.

Рений - дорогой металл. Стоимость неочищенного сырья (перринат калия) составляет около 800 долларов за килограмм. Килограмм очищенного рения на мировом рынке стоит не менее 1500 долларов. Высокочистый рений стоит и того дороже - до 900 долларов за грамм. Раньше рений получали исключительно как побочный продукт производства меди и молибдена. В обоих случаях при обжиге медного или молибденового концентрата рений в виде оксида вылетает из печных труб. Летучий оксид рения пропускают на выходе из трубы через серную кислоту, а из полученного в результате химической реакции перрината калия выделяют чистый рений.

В СССР основным потребителем рения и его соединений была Россия (около 70% суммарного потребления), а производителем - Казахстан (более 70% суммарного производства). По запасам рения Казахстан занимает второе место в мире после США. В 1990 году Советский Союз использовал порядка 10 тонн рения, из которых 70% - в авиации, 5% - в нефтехимии, 5% - в электронике и 20% - в других отраслях. После развала союзного государства потребление рения резко снизилось и составило всего лишь около 1,5 тонны в год (1994 год). Сейчас оно немного возросло - до 2-2,5 тонны в год, но в России рения производит ся всего лишь сотни килограммов... А российской промышленности требуется не менее 5 тонн рения в год.

В Советском Союзе было три значительных месторождения, где получали рений: медистые песчаники Джезказганского месторождения в Казахстане и медно-молибденовые месторождения в Узбекистане и Армении. Его также добывали в дружественной нам Монголии, на крупнейшем в мире медно-молибденовом месторождении Эрдэнет. Волею судеб все оказались теперь в ближнем зарубежье. В России остались три мелких месторождения в Читинской области и на Кавказе. Они нерентабельны - их разработка затратна. Поэтому в любой развитой капиталистической стране никто из предпринимателей и не взялся бы за их освоение. Да и в нашей стране с переходом к рыночной экономике эти месторождения не разрабатываются совсем. Так что сырьевая рениевая база России сейчас на нуле.

Итак, разрабатывать бедные месторождения просто невыгодно. Америка решает проблему добычи рения, инвестируя разработки богатых месторождений в странах третьего мира. Для нас этот путь пока невозможен - нет денег.

Можно договариваться с бывшими соотечественниками из Узбекистана и Казахстана и получать рений в порядке обмена на другие товары. Конечно, можно и просто купить импортное рениевое сырье. Но все же, если мы хотим сохранить нашу страну как великую державу, хотим отстоять свою экономическую независимость, стратегические виды сырья неплохо бы было иметь у себя дома. Тогда никто не сможет диктовать нам ни политические, ни экономические условия. А рений на сегодняшний день металл, имеющий стратегическое значение. И получать рений нам надо бы у нас в стране и желательно без привлечения иностранного капитала.  

МЕСТОРОЖДЕНИЕ В КРАТЕРЕ

К началу 90-х годов сырьевые ресурсы рения в России были практически исчерпаны. А по данным опроса российских потребителей, к 2005 году можно ожидать увеличение потребности России в рении до 10 тонн в год. Положение сложилось практически безвыходное, но нашей стране удивительно повезло. Именно в 1992 году удача улыбнулась геологам - они нашли рений на территории России и не в виде примесей в других минералах, а уникальное единственное известное в мире скопление минерала рения!

Рений в виде минерала обнаружен нашими учеными почти случайно. На Сахалине в городе Южно-Сахалинске есть Институт вулканологии и геодинамики Российской академии естественных наук. Директор его - Генрих Семенович Штейнберг уже много лет организует научные геологические экспедиции с участием ученых из Новосибирска, Москвы, Иркутска и других городов. И вот во время такой экспедиции в 1992 году сотрудники Института экспериментальной минералогии (он находится в городе Черноголовка, под Москвой) и Института геологии рудных месторождений (Москва) вели режимное наблюдение на вулканах Южнокурильской гряды и на вершине вулкана Кудрявый на острове Итуруп в местах выхода вулканического газа нашли новый минерал - рениит. Внешне он напоминал обычный молибденит, а оказался сульфидом рения. Содержание рения в нем достигает 80%. Это было почти чудо - заявка на возможность промышленного использования рениита для получения рения.

Вулкан Кудрявый высотой 986 метров - вулкан так называемого гавайского типа. В отличие от взрывающихся газовых вулканов он тихо тлеет. И в темную ночь, заглянув в кратер, вы можете увидеть в глубине раскаленную ярко-красную лаву. Иногда лава прорывается на поверхность и растекается по склонам. Правда, Кудрявый последние сто лет ведет себя спокойно - видимо, хорошо продувается газами, поэтому лава не выплескивается наружу. Поверхность кратера вулкана Кудрявый имеет размеры 200х400 метров. На кратере Кудрявого находятся шесть фумарольных полей - площадок размером 30х40 метров с большим количеством мест выхода газа. Над ними всегда курится желтоватый дымок.

Ученые задумались, откуда мог взяться сульфид рения на вершине вулкана, и пришли к выводу, что он кристаллизуется в виде иголочек прямо из вулканического газа. Из шести имеющихся фумарольных полей четыре - высокотемпературные. Вулканические газы в них имеют температуру от 500 до 940 градусов по Цельсию. И только на таких "горячих" полях и образуется новый минерал рения. Там, где холоднее, рениита намного меньше, а при температуре ниже 200 градусов он практически отсутствует. В этом и заключается уникальность вулкана Кудрявый: ведь вулканические газы, выходящие на поверхность на фумарольных полях других вулканов, гораздо менее горячие.

Исключение составляет единственный вулкан Килауэа, который находится на Гаваях. Его газы тоже имеют высокую температуру, но, правда, содержание рения в них в два раза ниже, чем в газовых выбросах вулкана Кудрявый. Да и уловить газы на Килауэа практически невозможно - гавайский вулкан постоянно извергает потоки раскаленной лавы. Так что Россия обладает уникальным вулканом, и не воспользоваться этим обстоятельством просто грешно.

Штейнберг и его сотрудники подсчитали, сколько сульфида рения накопилось на вулкане за сто лет "работы" в стационарном режиме. Оказалось, что не так уж и много - 10-15 тонн. Этого России хватило бы на год-полтора.

Пять лет назад наш институт тоже подключился к исследованиям, проводимым на вулкане Кудрявый. Поскольку в самом минерале, образовавшемся на поверхности кратера, рения для его промышленной добычи оказалось недостаточно, мы решили проверить содержание этого металла в вулканических газах. С помощью специально сконструированных приборов было установлено, что рения там содержится около одного грамма на тонну. А только лишь за одни сутки вулкан выбрасывает в атмосферу около 50 тысяч тонн газов. Это - 20 тонн рения ежегодно. А за сто лет "в трубу" вылетело более 2000 тонн рения, который рассеялся по планете.

Ученые также обнаружили, что в вулканических газах содержится не только рений, а еще по меньшей мере десяток редких сопутствующих элементов: германий, висмут, индий, молибден, золото, серебро и другие металлы. 

РЕНИЙ МОЖНО ДОБЫВАТЬ ПРЯМО ИЗ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ГАЗА

Итак, за последние сто лет Кудрявый выбросил с высокотемпературными вулканическими газами в земную атмосферу сотни тонн рения. Его кратер - своего рода печная труба завода по переработке молибденита. Но на таких заводах рений и другие рассеянные редкие металлы "в трубу" не вылетают, их улавливают специальными фильтрующими устройствами, концентрируют и получают компоненты высокотехнологичных сплавов.

Поэтому сотрудникам нашего института пришла в голову вполне здравая идея о постройке установки для улавливания рения и других редких металлов прямо на вулкане - на этой трубе природного происхождения. Мысль сама по себе достаточно крамольная хотя бы потому, что до сих пор на вулканах добывали только серу. Например, на самом острове Итуруп до 1942 года японцы разрабатывали вулканические серные месторождения. Сохранились остатки железных дорог, канатная дорога. Сейчас пришла пора и россиянам воспользоваться богатством недр этой земли.

Мы разработали и в 1999 году запатентовали технологию извлечения рения, попытавшись сымитировать природный процесс осаждения сульфида рения в местах выхода высокотемпературных вулканических газов. На пути газа мы решили поставить улавливатели, на которых сульфид рения осаждался бы в виде тоненьких иголочек, как на вулканическом кратере.

В качестве носителей, адсорбирующих на себя сульфид рения, мы использовали природные цеолиты. Эти алюмосиликаты имеют одну особенность - они очень пористые. Их внутренняя адсорбирующая поверхность - около 2 квадратных метров на 1 грамм цеолита. Крупное месторождение цеолитов есть на Сахалине (Лютогорское месторождение), с которого мы и собираемся доставлять цеолиты на вулкан Кудрявый.

Технология оказалась простой - гораздо проще, чем для традиционного способа извлечения рения из молибденовой руды. Кроме того, было подсчитано, что такой способ намного дешевле рудного.

Министерство природных ресурсов РФ, понимая стратегическую значимость рения, все годы финансировало наши пионерские работы на вулкане Кудрявый. Когда исследовательские работы были в целом завершены, министерство выделило специальные ассигнования нашему институту на проектирование и создание пилотной установки для проведения промышленных испытаний на вулкане.

И вот в 2000 году мы собрали деревянную пирамиду с площадью основания около 9 квадратных метров. Этот деревянный купол должен покрыть одно из небольших фумарольных полей. Из вершины пирамиды в сторону будет отведена десятиметровая труба. Газ из вулкана выходит под очень низким давлением, явно недостаточным для прокачивания через улавливатели. Для создания "напора" вулканического газа в конце трубы планируется поставить вентилятор-дымосос. Дальше газ пройдет через емкость со 100 килограммами цеолита. Цеолит будет промываться серной кислотой, которую тоже можно получать прямо на месте из чистой вулканической серы. Этот сернокислый раствор, содержащий рений, затем нужно будет прогнать через ионообменную смолу. За месяц мы надеемся получить килограмм калиевой соли рениевой кислоты, а из нее можно выделить 500-700 граммов чистого рения. Опытно-промышленная установка предусматривает сезонную работу с годовым объемом добычи рения около 280 килограммов.

Если все у нас получится, то недропользователи не заставят себя ждать. Проектом заинтересовался ряд институтов авиационной промышленности, правительство Москвы.

Конечно, в промышленных условиях купол будет гораздо больше. И не деревянный, а бетонный. На это нужны средства и немалые. Ведь в основном все необходимое оборудование и сырье придется доставлять вертолетами. Но все же за два года наладить производство - вполне реально. И за два года работы промышленная установка себя окупит за счет высокой стоимости конечного продукта. А потом можно рассчитывать и на прибыль. Неплохо было бы выйти с дешевым рениевым сырьем и на мировой рынок. Но все это - дело будущего.

Вулкан Кудрявый разрушил научный стереотип - опроверг общепринятую точку зрения, что рений встречается в природе только в рассеянном виде. Вулканическое месторождение создало прецедент для геологов всего мира - стало ясно: такое возможно. И вполне может оказаться, что вулкан на Итурупе не одинок. На земном шаре есть неизученные вулканы и не исключено - рений где-нибудь удастся найти. Главное - ученым теперь понятно: такие месторождения существуют. И ясен принцип поиска - нужно искать высокотемпературные вулканические газы.

Для большинства наших ученых уже нет сомнений, что извлечение рения на вулкане Кудрявый целесообразно. Ресурсы рения на нем достаточны для обеспечения внутрироссийской потребности, они превышают оборот этого элемента на всех действующих предприятиях России. Помимо рения из газовых выбросов можно извлечь висмут, индий, германий, серебро, золото, а также селен. Остается засучить рукава. Лишь бы только уникальное вулканическое месторождение на острове Итуруп не оказалось тоже в зарубежье, но не в ближнем, а в дальнем.

metaltorg.ru, 25.03.2008

Как сообщает "Metal Bulletin", к концу января 2008 г. в условиях стабильности поставок и повышения спроса на рений со стороны авиакосмической (главным образом производства ракетных двигателей для военных самолетов) и химической (производства катализаторов) отраслей промышленности мировые цены на этот металл повысились по сравнению с началом текущего года. Так, рениевые металлические окатыши чистотой 99,9% подорожали с 4000 - 4500 долл. до 4200 - 4600 долл. за ам. фунт, а перренат аммония каталитического сорта - с 8800 -9200 долл. до 9100 - 9600 долл. за ам. фунт, франко-склад Роттердам. В начале марта 2007 г. соответствующие показатели равнялись 3400 - 3600 долл. и 7000 - 7500 долл. за ам. фунт.

Некоторые из участников рынка полагают, что в текущем году продолжится рост цен на рений (как и на кобальт) ввиду напряженности с поставками металла. Однако большинство их сходится на том, что, хотя цены и будут оставаться высокими, их верхний предел может быть ограничен вследствие возможного некоторого снижения спроса в конечных сферах потребления металла. Участники рынка, анализируя ситуацию на рынке рения, задаются также вопросом, как скажется на ней усиление неопределенности в состоянии мировой экономики в целом.

Возможно, в перспективе напряженность на рынке рения несколько ослабнет ввиду предполагаемого увеличения производства металла чилийским продуцентом молибдена и крупнейшим в мире продуцентом рения "Molybdenos у Metals SA" ("Molymet"), выпускающим рений в качестве побочного продукта производства. По оценке "Chilean Central Bank", выпуск рения компанией в настоящее время составляет 24,5 т в год, а по данным торговой фирмы "Lipmann Walton & Со Ltd.", этот показатель в результате планируемого расширения мощностей обжигового молибденового завода "Nos" повысится до 31 т. По сообщению других источников, годовой прирост производства составит 7 - 8 т. Однако, по мнению директора указанной торговой фирмы А. Липманна, ожидаемый дополнительный выпуск не сможет полностью компенсировать имеющийся дефицит металла на рынке рения, оцениваемый в 10 т в год.

В настоящее время объем "свободного" рынка рения оценивается в 20 т в год, т. е. на него приходится 39% годовых мировых поставок металла, оцениваемых в 49 т, включая лом. Около 31,5 т рения в год продается в рамках долгосрочных контрактов компаниями "Molymet" и "Phelps Dodge".

О залежах данных и редкоземельных элементов

Из других интересных публикаций хочется выделить заметку в журнале New Scientist, которая касается назревающего кризиса, связанного с нехваткой на рынке редкоземельных элементов. К ним относят иттрий, скандий, все элементы из ряда лантаноидов, а также некоторые другие. Широкая публика редко о них слышит, но в высокотехнологичном производстве спрос на них постоянно растет. Иттрий нужен для сверхпроводящих кабелей, рений – для реактивных двигателей и катализаторов в нефтепереработке. В последнее время спрос на редкоземельные элементы постоянно растет, а вот предложение, напротив, сокращается.

И дело тут оказывается, вовсе не в том, что этих элементов так уж мало в природе. Название "редкоземельные" вводит в заблуждение, подчеркивает журнал New Scientist. Они, конечно, встречаются в виде небольшой примеси в обычных рудных месторождениях, но их количества вполне достаточно для нужд промышленности. Проблема, однако, в том, что почти 95% редкоземельных элементов сейчас поставляется на рынок из Китая, что позволяет ему манипулировать ценами. Тем более, что с ростом производства Китай сам начинает потреблять все больше добываемых редкоземельных элементов.

Так что другим странам не обойтись без развития собственной их добычи. В российском контексте тут, конечно, вспоминается уникальное месторождение рения в кратере вулкана Кудрявый на курильском острове Итуруп. Оно открыто вулканологами почти 20 лет назад, но до сих пор не разрабатывается из-за проволочек с финансированием.

Фрагмент из Генерального плана МО "Курильский городской округ", разработанного ФГУП Российский государственный научно-исследовательский и проектный институт урбанистики, Санкт-Петербург, 2006 год 

3.1.4 Минерально-сырьевые ресурсы (выдержки)

На территории МО "Курильский городской округ" выявлены месторождения и проявления нефти и газа, черных, цветных и редких металлов, серы самородной, строительных материалов, минеральных и термальных вод, включая парогидротермы.

Нефть и газ. Общие ресурсы углеводорода Срединно-Курильского нефтегазоносного бассейна исследователями оцениваются неоднозначно – от 0,067 до 1,6-1,7 млрд.т. условного топлива. Для оценки значимости нефтегазоносного бассейна необходимо проведение геофизических и геолого-разведочных работ.<...>

Черные металлы. Основные перспективы развития минерально-сырьевой базы черных металлов (железо, титан) на территории Сахалинской области связаны с прибрежно-морскими россыпями ильменит – магнетитовых песков Курильских островов. Запасы песков на месторождениях составляют от первых млн.т. до первых десятков млн.т. при средней мощности россыпей 2-7 м и средних содержаниях общего железа -16-24 %, двуокиси титана – 2-4 %, пятиокиси ванадия 0,03-0,1%. Ильменит-магнетитовые пески легко обогащаются, полученный концентрат содержит общего железа 57,5-59,7 %, двуокиси титана – 9,8-10 %, пятиокиси ванадия – 0,41-0,43 %.  <...> Все разведанные запасы черных металлов Сахалинской области находятся на о.Итуруп.

Цветные металлы. На территории МО "Курильский городской округ" выявлены два рудных района на полиметаллические руды – Итурупский и Урупский, прогнозные ресурсы цинка, по которым соответственно оцениваются в 1000 тыс.т. и 1300 тыс.т., меди – 310 и 340 тыс.т, свинца 90 и 160 тыс.т. <...>

Редкие металлы (рений). Первые сведения о рениеносной минерализации в рудах Курильских островов появились в 1993 г., когда в северной части о. Итуруп на высокотемпературных фумарольных площадках вулкана Кудрявого был обнаружен сульфид рения. Рениевая минерализация находится как в составе парогазовых структур, так и в виде твердых рудных жил. Прогнозные ресурсы рения в рудах оценены в 2,7 т., а в фумарольных газах вулкана Кудрявого – более 10 т. В год. Проведенные технологические исследования позволили разработать схему извлечения рения из вулканических газов с использованием в качестве фильтра – сорбента природных цеолитов. Особый интерес представляет рениеносность современных терм, частью разведанных и эксплуатируемых как бальнеологические и геотермальные поля (Рейдовское, Океанское). Несмотря на низкие содержания рения в водах (0,06 мг/л), его попутное извлечение из растворов может оказаться рентабельным с помощью ионообменных технологий.<...>

Экономическая основа развитя МО "Курильский городской округ", разработанная Институтом урбанистики, не учитывает вероятную будущую разработку месторождений.