Интенсивное развитие высокотехнологичных отраслей влечет за собой возрастающие объемы потребления редких и редкоземельных металлов. В этой связи перед отечественной промышленностью строит трудная, но решаемая задача: удержать текущие темпы роста развития индустрии, не впасть в зависимость от новых стратегических партнеров, создать собственное производство критически важных материалов. Дискуссия с фокусом на решение актуальных практических задач редкометалльной отрасли состоялась на круглом столе «Технологии редких металлов как основа развития зеленой энергетики» в рамках XXII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Организатором круглого стола выступил институт «Гиредмет» совместно с РАН при участии более 40 специалистов — представителей академической науки, научно-исследовательских институтов и промышленных предприятий. Эксперты выработали предложения, которые были рассмотрены оргкомитетом съезда и включены в итоговое решение.
Обладая сопоставимой по масштабам с Китаем минерально-сырьевой базой редких и редкоземельных металлов, Россия нередко вынуждена отправлять на экспорт продукты низких переделов и при этом импортировать многие виды редких и редкоземельных металлов и материалы на их основе, включая высокочистые. Векторы акселерации технологических проектов по выпуску редких и редкоземельных металлов (РМ и РЗМ) были обозначены директором института «Гиредмет» (входит в Химико-технологический кластер Научного дивизиона Госкорпорации «Росатом») Андреем Голинеем. Задача развития российской химической промышленности состоит в развитии средних и высоких переделов переработки сырья. При запасах 30 млн тонн РЗМ в стране производится всего 2 тыс. тонн продукции коллективных карбонатов (1,3% мирового рынка). Почти весь этот объем отправляется на экспорт из-за отсутствия промежуточных переделов технологической цепочки (разделительное и металлургическое производство). На дальнейшую переработку после добычи поступает менее 5%.
При этом в структуре сырьевой базы эффективные залежи истощаются, но растет доля трудноизвлекаемых запасов на фоне застарелых экологических проблем. Удаленность рудных залежей ведет к значительному увеличению логистических расходов. Высокие издержки добычи ведут к достижению предельной себестоимости и, как следствие, к снижению конкурентоспособности продукции дальнейших переделов.
Заместитель директора по перспективным проектам института «Гиредмет» Максим Щелконогов обратил внимание на такой важный фактор, как снижение достаточного уровня обеспеченности основных комбинатов отрасли критически важным сырьем.
«Например, Соликамский магниевый завод (СМЗ) перерабатывает лопаритовый и карналлитовый концентраты. Карналлитовый поставляет «Уралкалий», который сам заявляет, что есть риск остановки добычи магниевого сырья в горизонте 5–8 лет, так как эффективные запасы заканчиваются. С целью обеспечить долгосрочные потребности приобретателей карналлита компания осуществляет неотложные капитальные вложения в подземный шахтный комплекс и обогатительную фабрику. Инвестиционная составляющая в структуре цены драматически влияет на крайне высокую себестоимость карналлита, что влечет повышение себестоимости всей продукции СМЗ, включая редкоземельную. Необходимо переходить на альтернативное сырьё (серпентиниты, бишофиты, магнезиты), которое не придётся добывать в шахте, следовательно, будет гораздо дешевле. Но эта технология требует значительных капиталовложений на перестройку практически половины мощностей завода. Единственным потребителем лопаритового концентрата, который добывается Ловозерском ГОК, является СМЗ. Чудом выживший комбинат находится в высокой степени физического износа, кроме того в результате интенсивной эксплуатации месторождения снижается содержание лопарита в исходной руде. В перспективе инвестиции в обновление технологии будут закладываться в цену лопаритового концентрата. Стоит задача увеличить поставки концентрата с 7 до 12 тыс. тонн в год с учетом потребностей нового разделительного производства РЗМ на СМЗ», рассказал Максим Щелконогов.
Эта тема получила развитие в докладе директора по инвестициям и развитию «Соликамского магниевого завода» Александра Степанова, в котором был представлен проект создания на СМЗ комплекса по разделению РЗМ, включая локализацию производства экстрагентов.
Используя мощности СМЗ, планируется замкнуть технологическую цепочку создания РЗМ продукции, которая была утрачена после распада Советского Союза. Все эти годы коллективный концентрат карбонатов отправлялся на экспорт, а оксиды, индивидуальные РЗМ и их соединения, изделия с высокой добавленной стоимостью страна импортировала.
Александр Степанов рассказал:
«У нас в коллективном РЗМ концентрате представлена легкая группа — лантан и церий, неодим и празеодим. Экономика будущего разделительного производства заключается в получении неодима и празеодима, которые мы будем реализовать внутри страны. Спрос есть. В 2023 году суммарный объем импорта постоянных магнитов в натуральном выражении составил 300 тонн, из них примерно 20% приходится на неодим. Технология извлечение полезного компонента из нитратных растворов предложена и отработана «Русредметом». В экстракционных процессах ключевым реагентом выступает трибутилфосфат, локализацию синтеза которого мы рассматриваем совместно с институтом «Гиредмет». В дальнейшем для разделения элементов среднетяжелой группы РЗМ будут требоваться фосфороорганические кислоты, которые сегодня также китайского производства. Обеспеченность отечественными экстрагентами играет ключевую роль в укреплении технологического суверенитета России».
В рамках обсуждения главной темы круглого стола Александр Степанов поддержал идею вернуть госплан как орган, формирующий обязательную для исполнения программу развития редкоземельной отрасли на долгосрочную перспективу. Планирование производственной деятельности по всей цепочке создания стоимости позволит выстроить прибыльную стратегию развития для каждого участника. Альтернативной мерой господдержки является прямое субсидирование убытков для предприятий отрасли, чтобы они могли предложить потребителям конкурентоспособные рыночные цены. Без государства отрасль не поднять, а без создания современного производства РЗМ и изделий на их основе Россия будет зависеть от импорта.
Вопросы импортозамещения в производстве металлических РМ и РЗМ в своем выступлении осветил Виталий Санин, начальник лаборатории металлургических процессов института «Гиредмет»:
«Мы ведем разработки технологий получения индивидуальных металлических РМ и РЗМ из оксидного сырья. На сегодняшний день запущены лабораторные линии с производительностью до 50 килограмм товарного продукта в месяц. В ближайшее время планируется масштабирование новых технологий на промышленную схему реального производства. Работаем и над последующим переделом – использование изготовленных РМ и РЗМ для получения спецсплавов и изготовления различных функциональных изделий».
Выступая с докладом о технологиях получения особо чистых соединений РМ и РЗМ в цепочке создания современных материалов для электроники и фотоники, заместитель директора по науке и инновациям института «Гиредмет» Константин Ивановских затронул тему причинно-следственной связи наличия сырья и развития высокотехнологичных отраслей и зелёной энергетики.
«Китай начал своё движение к лидерству в области высоких технологий именно с сырьевой базы. Наличие в стране производства широчайшего спектра критических материалов стало одной из главных причин, заставивших западные высокотехнологичные компании локализовать свои ведущие производства в этой стране. Для России подобный путь сегодня представляется маловероятным как по геополитическим причинам, так и просто потому, что в эту нишу мировой экономики уже вошли крупные игроки: Индия или Вьетнам. Последние помимо открытости своей экономики имеют такое конкурентное преимущество, как низкая стоимость трудовых ресурсов. Экспорт российского редкометалльного сырья за рубеж в виде концентратов или иного сырья начальной глубины переработки не представляется перспективным из-за его более высокой стоимости. Таким образом, наиболее надежным в долговременной перспективе механизмом развития отечественной редкометалльной отрасли может стать только внутренний спрос, драйвером которого должны быть высокотехнологические отрасли. По сути, развитие сектора высоких технологий ограничено волей внутренних инвесторов (от частных до государственных) и частично инертностью собственного научного капитала. Но можно интенсифицировать процессы, так как еще есть необходимый задел и потенциал в десятках академических и отраслевых институтах, способных быстро создать (а часто и воспроизвести) и вывести технологию на рынок», — поделился мнением Константин Ивановских.
Если говорить, о технологиях и материалах, которые сегодня стали или в ближайшем будущем станут определяющими, то можно особо выделить двухмерные материалы и гетероструктуры для фотоники, широкозонные полупроводниковые материалы с повышенным напряжением пробоя, конфигурируемые и программируемые фотонные материалы, нелинейные материалы, биосовместимые фотонные материалы, электрохимически стабильные материалы для солнечно-водородной энергетики, биоразлагаемые фотонные материалы, ап- и даун-конверсионные оптические материалы, материалы для оптических модуляторов на частоты свыше 100 ГГц и субпикосекундного переключения, эффективные материалы с фазовым переходом, новые активные материалы вакуумного ультрафиолетового диапазонов, метаматериалы с отрицательным коэффициентом преломления, интегрируемые источники одиночных фотонов и другие.
«Становление этих технологий потребует от фундаментальной науки активного развития таких областей, как физика макроскопических квантовых явлений, физика субпикосекундных и аттосекундных процессов, оптическое манипулирование субмикронных и нанообъектов, оптически управляемые химические явления, высокоэнергетические импульсные явления и вакуумный пробой, передача энергии электронных возбуждений в низкоразмерных материалах и других. Сегодня в институте «Гиредмет» мы пристально наблюдаем за интенденциями и формируем собственные прикладные научно-исследовательские задачи в части создания новых функциональных, оптических и полупроводниковых материалов на основе редких, редкоземельных и рассеянных элементов для наиболее востребованных современных и перспективных применений от оптики, ИК- и радиационной фотоники до водородной энергетики», — подчеркнул Константин Ивановских.
Напомним, что инициативы экспертов по итогам круглого стола «Технологии редких металлов как основа развития зеленой энергетики» вошли в итоговое решение Менделевского съезда. В частности, съезд рекомендовал РАН обратиться к заинтересованным органам федеральной исполнительный власти с предложением разработать и внести в установленном порядке в Правительство РФ программу развития промышленности редких и редкоземельных металлов. Кроме того, в рамках актуальной повестки важным стало предложение о создании при содействии РАН консорциумов инжиниринговых центров, объединяющих учреждения науки и промышленности, с целью скорейшего внедрения разработок ученых в реальный сектор экономики.