Скандий

Состояние сырьевой базы скандия Российской Федерации

Источники: 1 – Экспертная оценка ФГБУ «ВИМС» по данным ГБЗ РФ, 2 – экспертная оценка ФГБУ «ВИМС» по данным ГБЗ РФ (предварительные (сводные) данные)

Воспроизводство и использование сырьевой базы скандия Российской Федерации

Источники: 1 – ГБЗ РФ, 2 – ГБЗ РФ (предварительные (сводные) данные), 3 – Экспертная оценка ФГБУ «ВИМС» по данным Росстата, 4 – ФТС России

В соответствии со Стратегией развития минерально-сырьевой базы до 2035 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 22.12.2018 № 2914-р, скандий относится к полезным ископаемым первой группы, сырьевая база которых достаточна для обеспечения потребностей экономики в долгосрочной перспективе при любых сценариях ее развития и не требует проведения активных геологоразведочных работ, направленных на ее воспроизводство. Кроме того, скандий входит в перечень основных видов стратегического минерального сырья, утвержденный распоряжением Правительства РФ от 30.08.2022 № 2473-р. При этом добыча с получением товарной продукции началась сравнительно недавно и в недостаточных объемах.

В стране начаты работы по попутному получению скандия из продуктивных растворов подземного выщелачивания урана и отходов глиноземного производства («красных шламов»). Интенсивное развитие производства алюминий-скандиевых лигатур в России обусловило неуклонной рост потребления оксида скандия, что в свою очередь требует активизации сырьевых проектов по производству этого стратегического металла.

Состояние мирового рынка скандия

По имеющимся данным, мировые запасы скандия составляют 27 тыс. т; они оценены всего в трех странах: Австралии (63%), России (28%) и США (9%). Ресурсы, заключенные в недрах восьми странах (помимо перечисленных, в Китае, Финляндии, Украине, Греции и Норвегии), оцениваются в 190 тыс. т.

Скандий не образует самостоятельных промышленных месторождений и извлекается как попутный компонент при добыче урана, а также из отходов производства железных руд, редкоземельных металлов, титана, циркония, никеля, вольфрама, олова, глинозема. До 2018 г. его выпуск осуществлялся только в Китае и России, с 2019 г. к ним присоединились Филиппины, а с 2021 г. Канада.

Крупнейшим и практически монопольным продуцентом скандия является Китай. Здесь скандий извлекается из отходов редкоземельного производства при переработке бастенезит-­эгириновых руд месторождения Баян-Обо (Bayan-Obo), из отходов обогащения ильменит-титаномагнетитовых руд объектов рудного района Паньчжихуа (Panzhihua), а также из отходов производства вольфрама и олова, из кислотных стоков производства пигментного диоксида титана, в процессе получения химических соединений циркония, из красных шламов (отходов глиноземного производства). По некоторым данным, Китай располагает производственными мощностями, позволяющими получать около 30 т оксида скандия в год; вовлечение в производство скандия титановых заводов, использующих сульфатный процесс, позволит Китаю получать до 100 т оксида скандия в год. По данным Европейской Комиссии, Китай обеспечивает 66% мирового производства скандия.

На Филиппинах японская компания Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. в 2021 г. выпустила 16 т оксалата скандия в ходе получения никель-кобальтовых сульфидов из руд латеритного месторождения Таганито (Taganito). Получаемый продукт экспортируется в Японию для дальнейшей переработки в оксид скандия на предприятии той же компании мощностью 7,5 т Sc₂O₃ в год.

В Канаде в 2021 г. Rio Tinto Fer et Titane, подразделение англо-австралийской Rio Tinto Group, приступила к получению скандия на своем заводе Сорел-Трейси (Sorel-Tracy). Пилотная установка имеет производительность до 3 т оксида скандия в год, но в целом завод способен ежегодно вырабатывать 50–60 т Sc₂O₃ в зависимости от качества исходного сырья. Компания объявила о начале продаж алюминий-скандиевого сплава для аддитивного производства металлов.

В Австралии реализуется несколько проектов, предполагающих извлечение скандия при производстве никеля и кобальта. В зависимости от проекта потенциальный годовой объем производства металла составляет 50–100 т и более.

Мировой рынок скандия мал по объему и непрозрачен. По разным оценкам, годовое мировое производство и потребление скандия составляют 20–30 т в пересчете на Sc₂O₃.

Около 80% потребляемого промышленностью скандия используется в изготовлении твердооксидных топливных элементов; 19% — в производстве легированных скандием алюминиевых сплавов (в основном используется сплав с содержанием Sc 0,1%), применяемых в авиа-, ракето- и судостроении. Скандий также используется при производстве кристаллов для лазеров, люминофоров, прозрачной технической керамики, катализаторов, радиофармпрепаратов, ферритов с малой индукцией в устройствах хранения информации и другой продукции.

В 2021 г. на рынке США цена скандий-алюминиевого сплава, содержащего 2% скандия, в среднем составляла 350 долл./кг (0,35 долл./г), цена металлического скандия в слитках держалась на уровне 137 долл./г, оксида скандия чистотой 99,99% — 2,2 долл./г (рис. 1).

В последние годы из-за недостаточно быстрого развития мирового производства топливных элементов возникло избыточное предложение оксида скандия, и цена на него в 2021 г. снизилась почти вдвое, тогда как уровень цен на сплавы не изменился.

В целом рост мировой скандиевой промышленности сдерживается низким уровнем спроса на ее дорогостоящую продукцию. Снижение цен, провоцирующее увеличение спроса, в свою очередь приводит к низкой рентабельности новых скандиевых проектов. Тем не менее, перспективы более интенсивного использования скандия в сплавах, главным образом с алюминием, а также в твердооксидных топливных элементах побуждают инвесторов рассматривать возможности извлечения металла и из техногенного сырья, и из комплексных руд скандийсодержащих месторождений.

В США, странах Евросоюза, Австралии и России скандий отнесен к стратегическим металлам. Поэтому, пытаясь избавиться от зависимости от его поставок из Китая (основной продуцент), правительства этих стран поддерживают проекты, связанные с возможностью производства скандия.

Состояние сырьевой базы скандия России

Запасы скандия учитываются Государственным балансом запасов рассеянных элементов; в рудах всех скандийсодержщих месторождений он присутствует в качестве попутного компонента.

По состоянию на 01.01.2022 балансовые запасы скандия составили 12 628,5 т; они заключены в семи комплексных месторождениях: одном бокситовом, двух оловянных, двух редкометалльных в коре выветривания и двух урановых. Еще одно (россыпное Туганское в Томской области) содержит только забалансовые запасы. Забалансовые запасы в целом по стране составляют 3 667 т Sc.

Самыми крупными запасами скандия (71% балансовых запасов страны) обладает Дальневосточный ФО. Практически в полном объеме они заключены в редкометалльном Томторском месторождении (Республика Саха (Якутия)) в коре выветривания карбонатитов. ООО «Восток Инжиниринг» подготавливает к освоению участок Буранный этого месторождения, где наряду с продукцией ниобия и редкоземельных металлов планируется выпуск оксида скандия (рис. 2, табл. 1). Незначительные запасы скандия также учитываются в оловорудных месторождениях Шерловогорское в Забайкальском крае (находится в нераспределенном фонде недр) и Правоурмийское в Хабаровском крае (большая часть запасов разрабатывается, однако скандий учитывается на участке, не переданном в освоение).

Рис. 2 Распределение запасов скандия между субъектами Российской Федерации (тонн) и его основные месторождения

Источники: ГБЗ РФ, экспертная оценка ФГБУ «ВИМС» по данным протоколов ФБУ «ГКЗ»

Таблица 1 Основные месторождения скандия

* запасы частично находятся в нераспределенном фонде недр
** месторождение разрабатывается, но запасы скандия учитываются только по участку, не переданному в освоение Источники: ГБЗ РФ, экспертная оценка ФГБУ «ВИМС» по данным протоколов ФБУ «ГКЗ»

Все запасы Сибирского ФО (17,5% национальных) сосредоточены в коре выветривания по карбонатитам редкометалльного Чуктуконского месторождения (Красноярский край); получение скандиевой продукции из его руд не предусматривается. Кроме того, в Томской области на Туганском россыпном циркон-рутил-ильменитовом месторождении учитываются забалансовые запасы скандия; с декабря 2021 г. месторождение разрабатывает АО «ТГОК «Ильменит», однако скандий учитывается на участке, не переданном в освоение.

В Уральском ФО запасы скандия (5,8% российских) учитываются в двух месторождениях: Сосьвинском бокситовом в Свердловской области и Далматовском урановом в Курганской области. Сосьвинское месторождение бокситов находится в нераспределенном фонде недр. Далматовское разрабатывается методом скважинного подземного выщелачивания компанией АО «Далур»; одновременно на нем ведутся опытно-промышленные работы по попутному извлечению скандия из продуктивных урановых растворов.

В Южном ФО в Республике Калмыкия числятся незначительные запасы скандия на урановом месторождении Шаргадыкское (1,5% балансовых запасов страны).

Перспективным источником получения скандия могут стать техногенные образования — отходы добычи и переработки целого ряда других видов полезных ископаемых (руд железа, олова, вольфрама, титана, каменного и бурого угля и др.), в составе которых Sc присутствует как попутный компонент. Наиболее перспективны для извлечения скандия красные шламы — отходы глиноземного производства, в меньшей мере — золы и шлаки от сжигания каменного и бурого углей, а также разнообразные отходы гидро- и пирометаллургических производств.

Степень освоенности российской сырьевой базы скандия сравнительно высокая. По состоянию на 01.01.2022, в распределенном фонде недр находилось 61,3% запасов страны, при этом доля разрабатываемого Далматовского месторождения составляла только 1,7%; остальные 59,6% учитываются на подготавливаемом к эксплуатации Буранном участке Томторского местрождения. В нераспределенном фонде недр остается 38,7% запасов (рис. 3).

Вовлечение месторождений нераспределенного фонда недр в эксплуатацию на сегодняшний день представляется весьма маловероятным в связи с недостаточным развитием технологий извлечения скандия из руд, а также отсутствием планов недропользователей по добыче основных полезных ископаемых на этих объектах.

Состояние скандиевой промышленности России

Добыча и производство

До 2015 г. добыча скандия из недр осуществлялась без его извлечения в ходе опытно-промышленной отработки рудных песков на Туганском месторождении в Томской области (0,1 т/год). С 2017 г. с началом работы опытно-промышленной установки по получению оксида скандия из продуктивных растворов выщелачивания урана на Далматовском месторождении в Курганской области (АО «Далур») уровень добычи увеличился до 0,3–0,4 т Sc в год (рис. 4).

В 2019 г. АО «Далур» (входит в АО «Атомредметзолото» Госкорпорации «Росатом») на Далматовском месторождении реализовало двухконтурную схему переработки урановых растворов: они поступают на перерабатывающую сорбционную установку, где вначале извлекается уран, далее раствор направляется на извлечение скандия из маточников сорбции урана в первичный (черновой) концентрат скандия (фторид скандия), который затем проходит экстракционную очистку для получения оксида скандия чистотой 99,9%. Извлечение скандия в продуктивный раствор, составляет 15%, а из продуктивного раствора на смолу, являющуюся сорбентом, — 36%. Получаемый предприятием оксид скандия соответствует требованиям последующего производства алюмо-скандиевых лигатур, металлического скандия и твердооксидных топливных элементов для электрохимических генераторов тока. В перспективе планируется переориентировать технологию на производство лигатур напрямую из фторида, минуя стадию выделения оксида.

На сегодняшний день АО «Далур» — единственное в России предприятие, производящее скандиевую продукцию. В 2021 г. выработано более 390 кг скандиевой продукции в пересчете на Sc₂O₃ и реализовано 565 кг оксида скандия высокой чистоты и 238 кг алюмоскандиевой лигатуры. Предприятие планирует увеличить производство оксида скандия до 2 т (1,3 т Sc).

Компанией МКПАО «ОК РУСАЛ» разработана технология карбонизации для извлечения скандия из красных шламов. В 2016–2018 гг. действовала опытная установка производительностью 96 кг скандия в год. Была создана система глубокой очистки чернового скандиевого концентрата, содержащего 22–52% Sc₂O₃, включающая двойной гидролиз, осаждение скандия в виде двойного сульфата скандия и натрия (при этом сопутствующие примеси остаются в жидкой фазе) и окончательную очистку скандиевого концентрата через последовательное получение гидроксида скандия — оксалата скандия — оксида скандия. В 2019 г. на Уральском алюминиевом заводе запущен промышленный участок по получению оксида скандия чистотой 99,4%, в 2021 г. — установка по извлечению оксида скандия из красных шламов проектной мощностью 3 т/год. Кроме того, инициировано производство скандиевых сплавов (под маркой «ScAlution»), которые обладают улучшенными эксплуатационными характеристиками при низких (обычно 0,1%) концентрациях скандия.

Внешняя торговля

Объектами международной торговли являются оксид скандия, металлический скандий, его различные химические соединения (фториды, хлориды и ацетаты), а также лигатуры.

Потребности российских предприятий ввиду малых объемов внутреннего производства скандия и его соединений практически полностью обеспечиваются вынужденным импортом.

На российский рынок регулярно в значительных количествах поступает оксид скандия, в меньшем количестве — металлический скандия (рис. 5, 6).

Практически в полном объеме поставки оксида скандия (99,9% импорта) и металлического скандия (99,7%) осуществлялись из стран Юго-Восточной Азии.

В то же время Россия экспортирует металлический скандий; поставщиком является ООО «АДВ-­ИНЖИНИРИНГ» (г. Зеленоград, Московская обл.), направление поставок — США.

Внутреннее потребление

Уровень видимого потребления оксида скандия в 2021 г. вырос относительно предыдущего года на 30% — до 4 т (2,6 т в пересчете на металл). Главным его потребителем является ООО «Орион-­Спецсплав-­Гатчина» (Ленинградская обл.), производящее лигатуры и сплавы на основе алюминия.

Главной сферой применения скандия является производство алюминиево-скандиевых сплавов. Добавка скандия в виде микролегирующей примеси к алюминию и его сплавам увеличивает термическую стабильность, прочность и твердость сплава без потери пластичности. Скандий также используется для получения сверхтвердых материалов, таких как его сплавы с бериллием, которые обладают уникальными характеристиками по прочности и жаростойкости. Кроме того, он применяется в производстве осветительных элементов высокой интенсивности, ядерной энергетике и медицине.

Перспективы развития скандиевой промышленности России

В России подготавливается к эксплуатации только одно скандийсодержащее месторождение — Томторское редкометалльное в коре выветривания в Республике Саха (Якутия). Проект, реализуемый ООО «Восток Инжиниринг» (контролируется ООО «ТриАрк Майнинг»), включен в Стратегию развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 г., утвержденную Указом Президента Российской Федерации от 26.10.2020 № 645. Проект также включен в Национальную программу социально-экономического развития Дальнего Востока на период до 2024 г. и на перспективу до 2035 г., утвержденную распоряжением Правительства РФ от 24.09.2020 № 2464-р, в качестве основного направления социально-экономического развития Республики Саха (Якутия), и в Стратегию социально-экономического развития Арктической зоны Республики Саха (Якутия) на период до 2035 г., утвержденную Указом Главы Республики Саха (Якутия) от 14.08.2020 № 1377. Его первым этапом является строительство горнодобывающего предприятия на участке Буранный и гидрометаллургического комбината вблизи г. Краснокаменск в Забайкальском крае (ООО «Краснокаменский гидрометаллургический комбинат» — ООО «КГМК»).

В конце 2021 г. ЦКР-ТПИ Роснедр согласован проект разработки участка Буранный, в соответствии с которым в 2025–2027 гг. здесь будут проводиться горно-капитальные и подготовительные работы, а в конце 2027 г. начнется промышленная добыча. Ввод в строй Краснокаменского комбината запланирован на конец 2028 г. (табл. 2, рис. 7)

Таблица 2 Основные проекты освоения месторождений скандия

* сухая руда Источники: протоколы ЦКР-ТПИ Роснедр и ФБУ «ГКЗ», открытые данные компаний

Стратегией освоения Буранного участка, разработанной исходя из текущих потребностей перерабатывающего предприятия в 160 тыс. т руды в год, предусмотрена отработка всех его балансовых запасов в 2 этапа.

Первый этап (2027–2041 гг.) предусматривает отработку открытым способом балансовых запасов руды в количестве 13,8 млн т (3 600 т скандия при содержании Sc₂O₃ 0,04%) с ее складированием на территории месторождения с последующей консервацией карьера и отгрузкой ранее добытой рудной массы в 2042–2047 гг. С 2048 г. после исчерпания накопленной руды карьер будет расконсервирован для доработки оставшихся балансовых запасов руды в количестве 16,7 млн т (второй этап)В случае изменения рыночных условий стратегия будет пересмотрена.

КГМК будет производить оксид ниобия, коллективный концентрат карбонатов РЗМ, а также смешанный концентрат карбонатов средних и тяжелых РЗЭ. Конечной товарной продукцией переработки руды Томторского месторождения будут оксиды лантана (3 571 т в год), церия (6 625 т), празеодима (650 т), неодима (1 964 т), коллективный концентрат средне-тяжелой группы РЗМ (1 844 т), феррониобий (4 520 т) и концентрат скандия (561 т).

Воспроизводство сырьевой базы скандия России

По состоянию на 01.01.2022 в России действовали 3 лицензии на право пользования недрами: две на разведку и добычу скандия в качестве попутного компонента на Томторском (Республика Саха (Якутия), в пределах Арктической зоны Российской Федерации) и Далматовском (Курганская обл.) месторождениях и одна совмещенная (на геологическое изучение, разведку и добычу на Хиагдинском месторождении в Республике Бурятия).

В течение последнего десятилетия основные объемы внебюджетных ассигнований пришлись на долю работ разведочной стадии на Хиагдинском урановом и Томторском редкометалльном месторождениях (рис. 8).

В 2021 г. геологоразведочные работы (ГРР) за счет собственных средств недропользователей на скандийсодержащих объектах не проводились. На 2022 г. запланированы затраты в количестве 0,5 млн руб., в полном объеме они будут направлены на разведочные работы на Далматовском месторождении урана (Курганская обл.).

В 2019–2021 гг. прироста запасов скандия категорий А+В+С₁ получено не было. В 2018 г. на государственный учет принято Чуктуконское месторождение (Красноярский край). В том же году получен прирост запасов Томторского месторождения (Республика Саха (Якутия)) по итогам разведочных работ на участках Буранный, Северный и Южный (рис. 9).

В 2021 г. в целом в России в результате добычи и потерь при добыче, разведки и переоценки запасы скандия категорий А+В+С₁ не изменились, категории С₂ — уменьшились на 1,8 т (рис. 10).

Прогнозные ресурсы скандия не учитываются.

За счет средств федерального бюджета геологоразведочные работы ранних стадий выполнялись в пределах Ергенинского рудного района в 2011–2013 гг., на Чуктуконском рудном поле — в 2014–2016 гг. В обоих случаях их результатом стала постановка на государственный учет Шаргадыкского (учитываются только запасы категории С₂) и Чуктуконского скандийсодержащих месторождений, соответственно.

Геологоразведочные работы, направленные на поиски и оценку скандиевых объектов в 2020–2021 гг. не производились и в 2022 г. не планируются ни за счет федерального бюджета, ни за счет средств недропользователей.

---

Россия обладает достаточной сырьевой базой скандия для удовлетворения текущих и будущих потребностей промышленности. Возрастающие темпы развития производства скандий-алюминиевых сплавов определяют необходимость в дополнительных добычных мощностях.

Перспективным крупным источником скандия могут стать техногенные образования, в первую очередь — красные шламы глиноземных производств, а также стоки сульфатного производства диоксида титана.

Как в мире, так и в России активное использование уникальных свойств скандия сдерживается его незначительным производством, что обусловлено высокими производственными затратами. Решением данной проблемы может стать разработка и внедрение новых технологий, позволяющих получать скандий и его соединения высокой степени чистоты с приемлемой для потребителей стоимостью.