Перспективы развития сырьевой базы ванадия в России

Борисенко Л. Ф, доктор геол. -минер. наук (ИМГРЭ), Делицын Л.М, доктор геол. -минер. (НИЦ «Экология» ОИВТ РАН)

Ванадий, наряду с вольфрамом, молибденом, никелем, хромом относится к легирующим металлам, широко используемым в черной металлургии. Легирующие свойства ванадия стали известны в самом начале ХХ века. Сначала объемы потребления этого металла были незначительны. В настоящее время за рубежом потребляется до 30 тыс.т ванадия в год. В дальнейшем предполагается неуклонный рост его потребления. В 2000 г. мировое потребление ванадия может достичь 60-90 тыс.т в год. В первую очередь рост потребления ванадия объясняется тем, что его присутствие в стали существенно улучшает ее качество. Такие стали, легированные ванадием, широко используются в целом ряде отраслей: транспорте, машиностроении, газопроводах и т.д. Кроме того, ванадий является важным компонентом во многих титановых сплавах, используемых в авиастроении и космической технике. Получены также сплавы, содержащие ванадий, на основе тантала, ниобия, никеля, циркония, кобальта, меди, алюминия, магния и других металлов. Ванадий используется в качестве катализаторов сернокислотного производства. Есть данные, указывающие на возможность применения сплава ванадия и галлия в устройствах, где важную роль играет сверхпроводимость. Структура потребления ванадия по данным США выглядит следующим образом (%): стали различных марок - 85; сплавы (главным образом TisAUV) - 10; химическая промышленность - 5. Особо следует отметить, что в некоторых сталях ванадий может с успехом заменять ниобий и вольфрам. Например, при изготовлении газовых и нефтяных трубопроводов дорогостоящий ниобий можно заменить ванадием.

Перспективы дальнейшего потребления ванадия в будущем могут гарантировать новые области его применения: химические источники тока, детали конструкций термоядерных реакторов и др. Все это очень важно, т.к. запасы ванадия в различных типах минерального сырья достаточно велики, и расширение его производства не будет сдерживаться масштабами сырьевых ресурсов. В этом заключается преимущество ванадия перед многими другими легирующими металлами.

Главными производителями пента-оксида ванадия и другой его продукции за рубежом являются (%): ЮАР -59.7; США - 19.6; Китай - 13.5; Новая Зеландия - 3.8; Япония - 2.4; Тайвань - 1.0. Феррованадий и другие присадки производятся в ряде других стран (США, ФРГ, Австрии, Люксембурге, Великобритании, Японии, Канаде, Норвегии и др.). Всего за последнее десятилетие за рубежом ведущими странами производилось от 17 до 28 тыс.т ванадия в год (по содержанию V в продукции). Наибольший спад производства ванадия (17 тыс.т) наблюдался в 1986 г., после чего начался подъем.

Россия также является крупным производителем ванадиевых шлаков, пен-таоксида ванадия и феррованадия. Основными предприятиями, выпускающими ванадиевую продукцию в виде шлака, в России являются Нижне-Та-гильский металлургический комбинат (НТМК) и Чусовской металлургический завод (ЧМЗ). Шлак НТМК в среднем содержит 17% V2O5 (с 1997 г. - 12.5% V2O5), ЧМЗ - 12-14% V2O5. Передел шлаков с получением пентаоксида ванадия и феррованадия осуществляется на ЧМЗ и АО «Тулачермет». Согласно техническим условиям в РФ используется феррованадий трех видов: с содержанием не менее 48% V (ФВд48VO), не менее 38% V (ФВдз8VO), не менее 35%V (ФВдз5VO). В каждом виде есть несколько марок феррованадия. Нормы расхода феррованадия (с учетом его угара) на легирование 1 т жидкой стали варьируют в зависимости от сортов сталей (табл.1). Кроме того, разработан метод прямого легирования стали ванадием.

Мировые запасы ванадиевого сырья значительны. Подтвержденные запасы в зарубежных странах, по данным ВНИИзарубежгеология, составляют 10.15 млн.т V2O5 (или 5.66 млн.т V). Из них 52.2% от всех запасов находятся в ЮАР; 25.6% в Китае; 6.5% в Австралии; 4.8% в Новой Зеландии; 1.6% в Венесуэле и 9.3% в других странах. Общие запасы V2O5 за рубежом достигают 47.6 млн.т (или 26.66 млн.т V). Запасы ванадия в РФ сопоставимы с его запасами в ЮАР. Достаточно сказать, что утвержденные запасы только одного Гусевогорского месторождения составляют 4.4 млн.т ванадия (или 8 млн.т V2O5). Вообще во всем мире запасы ванадия крупных и особо крупных титаномагнетитовых месторождений составляют от сотен тысяч тонн до нескольких миллионов тонн. В мелких и средних месторождениях запасы V колеблются от нескольких тысяч тонн до десятков тысяч тонн.

В странах СНГ первое место по разведанным запасам ванадиевых руд занимает РФ (97.4%); на долю Казахстана приходится 2.5% и Украины 0.1% от всех запасов. В РФ выявлено большое число месторождений ванадия, которые относятся к различным промышленно-генетическим типам: магматические, гидротермально-метасоматические, россыпные, осадочные и мета-морфогенные (табл.2).

Главными промышленными рудами, содержащими ванадий, являются руды магматических месторождений железа. В СССР подобные руды использовались, начиная с 1934 г., когда был введен в строй ванадиевый цех на Чусовском металлургическом заводе. За рубежом железные руды для извлечения ванадия начали широко применяться только в послевоенные годы (ЮАР, Финляндия, Норвегия, Китай).

В настоящее время около 80% ванадия за рубежом получают из этих руд. Кроме того, перспективны ванадийсодержащие железные руды Австралии, Индии, Мозамбика, Бразилии, Танзании, Чили и др. Таким образом, железные руды магматогенных месторождений являются надежным сырьевым источником для получения ванадия, обладая значительными его запасами при достаточно устойчивых содержаниях в магнетитовом концентрате (0.3-1.0% V).

Поэтому в РФ и за рубежом большое внимание уделяется дальнейшему освоению этих руд. Особую ценность для производства ванадия представляют титаномагнетитовые концентраты с низким содержанием титана (2-3%), поскольку они могут перерабатываться в доменной печи (НТМК, ЧМЗ). Высокотитанистые концентраты требуют применения плавки в электропечах, что значительно удорожает производство. Электроплавка широко используется в ЮАР.

В РФ главное месторождение вана-дийсодержащих магнетитовых руд -Гусевогорское - находится на Среднем Урале, на базе которого работает крупнейший в Европе Качканарский ГОК. Рядом с Гусевогорским находится другое крупное месторождение ванадийсодержащего титаномагнетита - Качканарское, освоение которого может еще больше расширить отечественное ванадиевое производство. Однако освоение этого месторождения потребует строительства не только карьера и обогатительной фабрики, но и нового металлургического завода, который позволил бы получать ванадиевые шлаки. То есть проблему Качканарского месторождения в будущем следует решать комплексно и вместе со строительством рудника и обогатительной фабрики создавать металлургический комбинат, производящий ванадийсодержащие шлаки.

Помимо Уральской провинции месторождения ванадийсодержащего титаномагнетита известны и в других регионах РФ: на Кольском полуострове, в Карелии, Казахстане, Алтае-Саянской области, Забайкалье. Однако, как правило, концентраты месторождений указанных районов характеризуются повышенным содержанием титана (табл.3), что снижает их перспективы для доменной металлургии. Поэтому железные руды Качканара и некоторых других месторождений Урала в отношении их металлургического передела пока являются предпочтительными.

В России основные учтенные запасы ванадия сосредоточены в низкотитанистых титаномагнетитовых рудах магматических месторождений (Гусе-вогорское, Первоуральское, Волковское). Они же составляют главную долю запасов стран СНГ (табл.4).

Дальнейшее расширение запасов ванадия в РФ возможно за счет освоения перспективных типов ванадийсодержащего сырья: слюдистых метасо-матитов, нефти, битумов, высокотитанистых титаномагнетитов и др. Среди последних весьма перспективно Чинейское месторождение в Забайкалье, среди руд которого распространены вкрапленные и сплошные их разновидности, содержащие (%): 0.3-0.8 V; 2.2-6.7 Ti; 15-20 Feобщ. Заслуживают внимания ванадийсодержащие руды Пудожгорского и Койкарского месторождений в Карелии. Там же перспективны слюдистые метасоматиты Падминского, Космозерского и др. месторождений Южной Карелии, содержащие 1-6%V. В будущем эти руды могут сыграть существенную роль в получении не только ванадия, но и целого ряда других важных для промышленности металлов: U, Au, Ag, Pt, Mo, и др. По предварительным данным запасы ванадия в слюдистых метасоматитах Южной Карелии оцениваются в 336 тыс.т.

Перспективна для получения ванадия высокосернистая ванадийсодержащая нефть (Волго-Уральский, Ти-мано-Печерский и др. районы), в которой заключено не менее 1 млн.т ванадия при средних содержаниях 0.02-0.03% V. Практический интерес могут представить битумы Оренбургской области (Ивановское месторождение и др.), содержащие до 0.3%V. Кроме ванадия в них содержатся повышенные количества Cu, Zn, Mo, и Ni.

Помимо природных источников значительное количество ванадия  накапливается в таких видах техногенного сырья как отвальные шламы цехов, перерабатывающих ванадиевые шлаки, отработанные катализаторы сернокислотных производств, зольные шлаки ТЭС, использующих жидкое нефтетопливо. Содержание ванадия в техногенном сырье значительно выше, чем в природном (табл. 5), и при благоприятной конъюнктуре оно может явиться дополнительным источником получения ванадиевой продукции.

Зольные шлаки ТЭС помимо ванадия содержат также промышленные концентрации никеля и кобальта. Способы их переработки описаны в многочисленной научно-технической литературе.

В мировой практике для извлечения ванадия из железованадиевых концентратов, получаемых при обогащении титаномагнетитовых концентратов, применяют два способа: гидрометаллургический и пирометаллургический. Первый из них применялся на комбинате «Отон-мяки Ой» (Финляндия) для концентратов, содержащих более 1% V2O5, но менее 0.5% СаО и менее 1% SiO2 (рис.1). Тонкоизмельчен-ный железована-диевый концентрат после смешения с кальцинированной содой подвергался окомко-ванию с последующим окислительным обжигом для перевода ванадия в водорастворимую форму. Обожженные окатыши подвергались водному выщелачиванию, после чего растворы ванадата натрия обрабатывались серной кислотой. В результате гидролитической реакции в осадок выделяется пентаоксид ванадия, который после промывки высушивается и переплавляется. Готовый продукт технического качества содержит, % мас.: 98-98.8 V2O5; 1-1.2 щелочей; 0.75 Fe2O3; 0.15 SiO2; 0.03 P2O5; 0.02S и может быть использован для получения феррованадия.

В России промышленностью освоен пирометаллургический способ переработки качканарских железованади-евых концентратов, содержание пен-таоксида ванадия в которых не превышает 0.7% (рис.2). Тонкоизмельчен-ный концентрат, содержащий, % мас.: 62-63 Feобщ.; 0.6-0.7 V2O5; до 3% СаО и до 4.5% SiO2, направляется на получение агломерата и окатышей с заданными составом и свойствами. После чего, хорошо подготовленная шахта из агломерата, окатышей, известняка и кокса плавится в доменной печи в специальном режиме с получением ванадиевого малокремнистого чугуна, содержащего 0.55-0.6%V, и титанистого шлака, количество ванадия в котором ~ 0.15%. Передельный ванадиевый чугун подвергается кислородной конвертерной плавке, в результате чего получают сталь и ванадиевые шлаки с содержанием V2O5 от 14 до 24%, из которых получают пентаоксид ванадия и др. продукцию.

Таким образом, Россия обладает значительными ресурсами ванадия, способными обеспечить работу отечественной промышленности на многие годы. Главные запасы ванадия РФ сосредоточены в рудах титаномагнетитовых месторождений, для которых имеется освоенная промышленная технология переработки. Кроме того, весьма перспективным сырьем для получения ванадия в РФ являются: слюдистые метаосматиты, высокосернистые сорта нефти, битумы. Практически все указанные руды являются комплексными и позволяют, помимо ванадия, получать и другие полезные компоненты (Ti, Sc, Ni, Pt, Pd, Ag и др.). В особенности это касается слюдистых метасоматитов Южной Карелии. В силикатных хвостах, остающихся от обогащения титаномагнетитовых руд, важное практическое значение может иметь содержащийся в них скандий. Дополнительным источником ванадия, кроме того, может служить техногенное сырье: шламы ванадиевых производств, отработанные ванадиевые катализаторы, зольные шлаки ТЭС.

Журнал "Горная Промышленность" №2 1997