По оценкам BHP Billiton, к 2035 году на дорогах появится 140 млн электрокаров, при этом к концу 2020 года их число приравнивалось к 6 млн. Массовый переход на электрический транспорт и ВИЭ приведет к невероятному спросу на редкоземельные металлы, необходимые для производства аккумуляторов. Но они не просто так называются редкими…
Понятие никак не связано с их общим присутствием на планете – это распространенное заблуждение. Но высокая разбросанность по поверхности Земли и низкая концентрация в одном месте делает элементы труднодоступными для промышленной добычи. Абсолютным лидером по запасам является Китай – его доля приравнивается к 80%-95% в зависимости от элемента. При этом уже третий год подряд страна снижает экспорт РЗМ из-за роста потребления внутри страны и административного регулирования отрасли. В такой ситуации дефицит просто неизбежен. Монополия Поднебесной вызывает обеспокоенность американцев и европейцев, которые провозгласили курс на «зеленую энергетику», и заставляет их искать альтернативные источники.
Рынок редкоземельных металлов растет на 6–10% в объемах по причине внедрения солнечной и ветровой энергетики, а также роста спроса на электрокары, аккумуляторы которых содержат далеко не только литий. Судите сами, в одной только Toyota Prius около 10 кг лантана. В магните большого ветряного двигателя – не меньше 260 кг неодима.
Эксперты называют ситуацию «бешеной золотой лихорадкой», сравнивая с Клондайком или Калифорнийскими приисками. Правда, тогда старателям достаточно было иметь при себе лопату и лоток, а в случае с редкоземельными металлами - миллионы долларов для организации добычи. По данным The Financial Times Limited, производители лития только в последние месяцы привлекли от инвесторов более $2 млрд на расширение бизнеса.
В поисках месторождений все больший интерес вызывает морское дно. Речь идет о глубоководной добыче необходимых для энергетического перехода металлов из конкреций – шаровидных минеральных образований.
Их формирование происходит в результате стягивания химических веществ к активизирующим этот процесс «затравкам», которыми могут выступать органические остатки или скопления минералов другого состава. Размер варьируется от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, отдельные экземпляры могут превосходить один метр в диаметре.
За счет своего уникального строения и состава конкреции обладают хорошими сорбирующими свойствами. Это позволяет им вбирать в себя окружающие полезные элементы. В осадочных горных породах часто встречаются образцы, богатые пиритом, марказитом, кремнезёмом (кварцевые, халцедоновые, кремень), карбонатами и фосфоритами. Однако научный и промышленный интерес представляют именно железомарганцевые конкреции и кобальтоносные корки. Агрегаты образуются в огромных количествах на океаническом дне и рассматриваются как перспективный сырьевой ресурс будущего.
«Это новая нефть. Они содержат всё, что нужно для создания аккумуляторов для электромобилей. До людей начинает доходить, что зеленый переход будет очень металлоемким. Если не получится извлекать металлы из полиметаллических конкреций, то откуда их брать еще и по какой цене?» – спрашивает генеральный директор канадской компании DeepGreen Metals Джерард Баррон.
Компания имеет лицензию на глубоководную добычу на одном из участков Тихого океана и может стать пионером отрасли. Вместе со своим подразделением NORI (Nauru Ocean Resources Inc.) она рассчитывает начать коммерческую добычу конкреций уже в 2024 году, когда Международный орган по морскому дну утвердит Правила его разработки и выдаст финальное разрешение на работы.
| Международный орган по морскому дну - ISA (International Seabed Authority) - организация под эгидой ООН, посредством которой 167 государств-участников организуют и контролируют деятельность в отношении минеральных ресурсов морского дна в международной зоне за пределами национальной юрисдикции. В 2002 году Орган принял Правила поиска и разведки полиметаллических конкреций. |
На сегодняшний день общемировые объемы железомарганцевых конкреций оценены в 75 млрд тонн сухой массы. На 60% они представляют собой железо и марганец, оставшиеся 40% - черные, цветные и редкоземельные металлы в различных соотношениях. Как говорится, «вся таблица Менделеева».
«Принципиальным вопросом является состав, который может сильно различаться в зависимости от локации. Так, в Тихом океане есть месторождения, где в конкрециях практически отсутствуют включения цветных и драгоценных металлов, зато хоть и в малой концентрации – буквально сотые доли одного процента - присутствуют РЗМ. Имеются конкреции и у нас – в Финском заливе. Но здесь ситуация обратная - ни о каком литии или церии говорить нельзя, зато имеются никель и кобальт», - рассказала научный сотрудник Горного музея Мария Сулимова.
В нашей стране редкоземельные металлы добываются в Мурманской области на Ловозерском ГОКе. При этом России принадлежит обширный участок тихоокеанской провинции Кларион-Клиппертон, богатой железомарганцевыми конкрециями. Как известно, запасы на континентах постепенно истощаются. Тот факт, что под водой концентрация и масса цветных металлов и РЗМ в несколько раз превышает поверхностные запасы, является основной причиной разработки технологий глубоководной геологоразведки и добычи твердых полезных ископаемых.
«На сегодняшний день пока не существует апробированных технологий и оборудования, способных собирать конкреции на глубине 3500-5000 м и одновременно получать с этого прибыль. Поэтому в настоящее время железомарганцевые конкреции являются скорее предметом научных изысканий. Перед тем, как их добывать, необходимо подробно изучить и описать их состав, а также разработать оптимальные по рентабельности способы подъема со дна океана. Это потребует колоссальных денежных инвестиций. По разным оценкам, возможность получения редкоземельных металлов с морских глубин в промышленных масштабах появится только через 10-15 лет», - объясняет Мария Сулимова.
По ее словам, сегодня активно изучаются возможности использования минеральных образований как до, так и после извлечения из них полезных элементов. В частности, она разрабатывает технологии очистки сточных вод металлургических предприятий от фенолов и цианистых соединений многофункциональным сорбентом на основе железомарганцевых конкреций. В последнее десятилетие этот вопрос становится все более актуальным в связи с продолжающимся распространением методов цианирования в металлургии и наращиванием объемов выпуска продукции. Проблема регенерации промышленных стоков и оборотной воды остро выражена на предприятиях черной и цветной металлургии: обогатительных фабриках, глинозёмных комбинатах, коксохимических заводах, доменных цехах и сталеплавильных переделах.
Существующие способы очистки – это окисление электрическим током и озоном, экстракционные методы или очистка с использованием активированных углей или синтетических сорбентов. Но они либо малоэффективны, либо являются дорогостоящим процессом, ведущим к увеличению себестоимости продукции и необходимости утилизации использованного сорбента. При этом, по мнению Марии Сулимовой, даже фракции железомарганцевых конкреций крупностью менее 0,01 мм пригодны для получения высоко результативного многофункционального сорбента.
Экологи выступают против добычи на морском дне, заявляя, что это нанесет непоправимый ущерб экосистеме океана. Для привлечения общественного внимания «Гринпис» проводит акции посреди Тихого океана. Также такие гиганты как BMW, Volvo, Samsung и Google, в конце марта объявили мораторий на глубоководную добычу полезных ископаемых, используемых в аккумуляторах. При этом все они активно участвуют в производстве электромобилей.
Пока адепты энергетического перехода не могут выбрать между миром, основанном на возобновляемых источниках энергии, и защитой океанской среды, компания DeepGreen продолжает дальнейшие испытания и инженерные изыскания. Она разрабатывает автономную уборочную машину на гусеничном ходу. Сборочный агрегат будет соединён со шлангом, который станет засасывать конкреции на поверхность, к кораблю.
Предполагается, что замкнутая система будет возвращать холодную океанскую воду на дно, а не сбрасывать её на тёплую поверхность, чтобы минимизировать влияние на окружающую среду. В компании считают, что это обеспечит нулевой уровень твердых отходов, отсутствие токсичных «хвостов» и незначительные выбросы углерода по сравнению с разработкой наземных месторождений.
