Российские учёные из Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. В.И. Вернадского РАН создали новый способ получения алюминиевого сырья — глинозёма из бокситовой руды. Статья опубликована в международном техническом журнале о достижениях в металлургии Hydrometallurgy. Методика создана под конкретный проект — перезапуск Североонежского месторождения, которое не используется на полную мощность из-за плохого качества руды.
Импортозамещение: жизнь заставляет
Напомним, что для выплавки алюминия, который в чистом виде не встречается в природе, необходим глинозём. Основной рудой для его получения являются бокситы, которые перерабатываются в глинозём (оксид алюминия), а из него уже получают алюминий. Технологии меняются, металлурги ищут новые способы обогащения бокситов. И вот российские ученые предложили своё решение. Оговоримся, что технология не отработана на практике и, как принято в производстве, понадобится ещё много времени, чтобы обкатать её, а главное, обосновать экономически. А для этого нужны немалые инвестиции. В любом случае, бизнес ищет все варианты, которые смогут помочь в импортзамещении, привлекая для этого весь потенциал.
Сейчас с ввозом в Россию глинозёма проблемы. Ещё в марте серьёзный удар нанесли власти Австралии, запретив экспорт глинозёма и алюминиевых руд в страну, а это почти 20% от потребностей российской алюминиевой промышленности.
Пришлось вспомнить и о собственных национальных месторождениях — наша страна находится на седьмом месте в мире по разведанным запасам бокситов. Из этих месторождений разрабатывается только четверть, так как добыча в большинстве случаев нерентабельна из-за низкого качества руды. Вот тут может пригодиться Северо-Онежское месторождение (Архангельская область), где спрятаны огромные рудные ресурсы, по различным оценкам около 400 млн т.
Североонежский бокситоносный район включает в себя Иксинское месторождение — одно из самых крупных месторождений бокситов, уникальное по своим запасам. Оно представлено шестью разновеликими пластообразными залежами: Беловодской, Евсюковской, Чирцовской, Кудрявцевской, Тарасовской и Казаковской. С 1976 года разработку Иксинского месторождения открытым способом ведёт ПАО «Северо-Онежский бокситовый рудник» (СОБР). По итогам 2021 года выручка предприятия составила 458 млн рублей (-42,7% к 2020 году), чистый убыток — 119 млн рублей. В 2018–2020 годах предприятие было прибыльным. А вот единственным крупным потребителем продукции был Бокситогоргский глинозёмный завод (БГЗ). И когда в кризис 2008 года потребление алюминия упало и БГЗ перестал закупать продукцию рудника, СОБР едва не обанкротился, а месторождения стояло под угрозой консервации.
Первая тонна североонежского боксита добыта 29 июня 1974 года. Машинисты экскаваторов Николай Васильевич Киндратишин и Олег Владимирович Усанов погрузили её в восемь «КрАЗов»
Действительно, добывать здесь сложно: руда не самого лучшего качества, она содержит до 20% примеси оксида кремния (кремнезёма). С такой примесью нельзя использовать стандартную технологию получения глинозёма из алюминиевой руды, основанной на химической реакции с щёлочью — так называемый способ Байера.
Что за способ такой?
Способ Байера — способ выделения глинозёма из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся в боксите оксид алюминия Al2O3, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита. В основе способа лежит обратимая химическая реакция.
«Спасли» ситуацию учёные из Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. В.И. Вернадского РАН. Они разработали бисульфатный способ извлечения алюминия без растворения кремнезёма.
«Мы использовали реактор высокого давления для интенсификации процесса выщелачивания, что позволило извлечь более 90% алюминия. Помимо этого, проанализировали поведение редкоземельных металлов, которые в избытке содержатся в боксите. Это стратегические элементы для экономики, и в дальнейшем они могут быть сконцентрированы и выделены в отдельный продукт, что многократно увеличит рентабельность всей технологии», — рассказал руководитель проекта, к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории сорбционных методов ГЕОХИ РАН Дмитрий Валеев.
Североонежский бокситоносный район включает в себя Иксинское месторождение — одно из самых крупных месторождений бокситов, уникальное по своим запасам
Бисульфатный способ сочетает в себе преимущества кислотных и щелочных методов и позволяет получать глинозём высокого качества.
Эксперты признают, что у технологии пока много слабых мест и этот метод получения глинозёма известен давно. Способ разрабатывался институтами ВАМИ, ИМЕТ РАН и МИСиС применительно к различным видам сырья, включая Северо-Онежские бокситы. Исследования авторов из ГЕОХИ не отличаются новизной от ранее выполненных и до сих пор не вышедших из теоретических и лабораторных стадий. Но даже на этом этапе авторам не удалось решить вопрос получения глинозёма металлургического качества. Получен очень мелкий и загрязненный примесями глинозём (превышение по хрому, фосфору, железу), непригодный для производства алюминия на заводах. Абсолютно не проработаны вопросы материального и энергетического баланса, регенерации реагентов, утилизации стоков и отходов, аппаратурного оформления процесса, без решения которых технология просто не состоятельна. Применяемые на технологических переделах работы являются грязными с экологической точки зрения и дорогостоящими с экономической. Для всего этого требуется дорогое кислотостойкое оборудование, которое не производится в России.
Почему за алюминием будущее
Судя по всему, Североонежское месторождение только в далёкой перспективе может стать рентабельным из-за высоких цен на алюминий и транспортной доступности внутри страны. Конечно, возить из Архангельской области дешевле, чем из закрытой Австралии или Гвинеи. И есть безусловный тренд: спрос на алюминий растёт во всём мире. Алюминий — это металл XXI века: транспорт, высотные здания, ракеты, кухонные принадлежности, станки — всё это невозможно сегодня представить без него. Алюминий — легендарный материал: легковесный, коррозионностойкий, электропроводимый. Это основа индустриальной эпохи. К примеру, власти Москвы в этом году заявили о переходе на строительство из алюминия. Он морозоустойчив, а алюминиевые конструкции долговечны. Производители и эксперты рынка говорят, что при надлежащем обслуживании они способны простоять без замены и ремонта до 100 лет и при этом выдержать рабочий температурный режим эксплуатации от минус 80 до плюс 80 градусов по Цельсию, не теряя своих характеристик.
Как замечают эксперты, потребление алюминия в мире в ближайшие два десятилетия серьёзно вырастет — его будет толкать вверх переход мирового автопарка на электродвигатель. Дело в том, что в ходе производства одного электромобиля расходуется на 2/3 больше алюминия, чем при производстве автомобиля с бензиновым двигателем.
Российский экспорт алюминия в Китай достиг рекордных значений: за десять месяцев года поставки туда составили €1 млрд
«Алюминий используется в ключевых отраслях экономики, таких как транспорт, строительство, энергетика и упаковка, — объясняет аналитик ИК «ВЕЛЕС Капитал» Василий Данилов. — Особенно значим этот металл для перехода к «зелёной» экономике. Например, производители электромобилей стремятся максимально облегчить вес изделий, в том числе за счёт замены части стальных деталей на алюминиевые».
Китай, к примеру, уже объявил, к 2035 году 50% всех продаваемых в стране автомобилей должны быть электробилями, вторая половина — неподключаемыми гибридами. Кроме того, вырастет спрос на алюминий из-за необходимости выстраивания инфраструктуры по обеспечению электроэнергией миллионов зарядных станций.
«Алюминий будет играть важную роль в глобальном энергопереходе, поэтому спрос на него будет только расти», — отмечает вице-президент, старший кредитный эксперт Moody’s Денис Перевезенцев.
Дополнительную остроту ситуации придаёт текущий энергетический кризис. Из-за роста цен на топливо и электроэнергию производители начинают сокращать производство. В частности, в Китае, на который приходится более половины производства и потребления алюминия, из-за вводимых ограничений энергопотребления остановлен ряд заводов. В Европе на некоторых заводах производство не восстановилось до сих пор, не достигло допандемийных показателей и вряд ли достигнет, потому что конца энергетическому кризису пока не видно. По оптимистичным оценкам экспертов, мировой дефицит алюминия в 2023 году достигнет более 1,5 млн т. И вот тут-то Североонежское месторождение с его огромными запасами сырья точно пригодится. Осталось дело за «малым» — обкатать технологию и доказать её эффективность на практике.
