Страсти по бериллию "В мире науки" №4, 2017

Мы продолжаем начатый в предыдущих номерах журнала рассказ о работах ученых Томского политехнического университета. Сегодня речь пойдет о редком, но чрезвычайно важном металле бериллии. Россия стоит на пороге бериллиевого голода. О том, как сотрудники ТПУ помогают решить эту проблему, нам рассказал проректор по научной работе и инновациям доктор технических наук, профессор Александр Николаевич Дьяченко.

— Александр Николаевич, зачем нам вообще нужен бериллий? Как-то обходились раньше без него?

— Обойтись можно без всего, но вот без бериллия человек последние 70 лет не обходился. Он применяется во многих областях промышленности. Самые распространенные — пружинные механизмы и бериллиевые бронзы как токопроводящие элементы. Металлический бериллий применяется в аэрокосмической и атомной технике. Современные технологии без этого металла просто невозможны.

— Космос от рядового потребителя далек, атом — тоже. А в бытовой технике бериллий используется?

— Бериллий — уникальный металл. Он в полтора раза легче алюминия и в девять раз его тверже. Изделия из него в 13-15 раз меньше и легче, чем из алюминия. Он используется практически везде, где используется медь. Медь сама по себе отличный металл, но, если в нее добавить хотя бы 0,5% бериллия, у нее проявляются совершенно удивительные свойства. У пружины в 1 тыс. раз увеличивается количество сжатий-разжатий. Если обычным гаечным ключом стукнуть по гайке, выбивается искра. Использование таких инструментов небезопасно, а иногда и вообще невозможно. А инструменты из бериллиевой бронзы не искрят.

— В бериллиевой бронзе медь заменена на бериллий?

— Нет. бериллий там используется как добавка. Есть медно-бериллиевые бронзы, есть алюмо-бериллиевые бронзы. Спектр изделий, в которых используется бериллий, достаточно широк. В чистом виде его применяют, например, в рентгеновской технике: окошки, из которых выходит рентгеновский луч. сделаны из бериллиевой фольги. Мы используем этот удивительный металл, часто об этом даже не подозревая. Когда проходим флюорографию, мы не думаем, что рентгеновский луч идет через бериллиевую пленку. Когда мы пользуемся сотовой связью, интернетом или смотрим телевизор, не задумываемся, что в космическом спутнике, передающем сигнал, есть бериллиевые детали. Когда включаем электричество, не думаем, что ток идет от атомной электростанции, где в ядерном реакторе тоже используются бериллиевые изделия. Бериллий невидим, но он незаменим.

— Иначе говоря, если в автомобильные рессоры не добавлять чуть-чуть бериллия, машина будет ездить, но значительно меньше по времени?

— Именно так. Она может стать даже чуточку дешевле, потому что в ней не будет дорогого бериллия, но рессоры в ней будут служить в два раза меньше. И на их частой замене вы потратите денег в разы больше.

На старых запасах

— Бели бериллиевым технологиям уже столько лет, а бериллиевое производство имеет такое большое значение, значит, у нас все это есть и развивается. Тогда в чем проблема?

— Бериллиевая промышленность в СССР была организована в 50-е гг. прошлого века. До 1990 г. в нашей стране было собственное производство бериллия, которое после 1990 г. оказалось в Республике Казахстан. Последние четверть века мы закупаем этот металл в основном в Казахстане. Без бериллия наша промышленность никогда не оставалась, мы всегда его использовали, но это был уже бериллий импортный.

— Он и добывается, и перерабатывается в Казахстане?

— Нет. Добывался бериллий на Ермаковском месторождении в Бурятии и на Малышевском — в Свердловской области. Дальше сырье обогащалось и бериллиевый концентрат перевозился в Усть-Каменогорск на Ульбинский металлургический завод, где из него и производили металлический бериллий, гидроксид и оксид бериллия или бериллиевые бронзы.

— То есть бериллиевую руду добываем мы, обогащаем ее мы, а уже до готового продукта ее доводят в Казахстане и нам же продают?

— Не совсем так. Добывали руду во времена СССР. После раздела советского имущества все бериллиевое сырье, которого к тому времени было добыто с большим запасом, и все обогащенные концентраты были перевезены наУльбинский металлургический комбинат. Дальше УМЗ использовал ранее добытый советский бериллиевый концентрат. И до сих пор производит бериллий из этого сырья. Собственной добычи в Казахстане нет.

Сейчас запасы подходят к концу. Когда сырье закончится, на чем будет работать завод, неизвестно. Но это еще полбеды. Главная для нас проблема заключается в том. что поскольку 25 лет бериллиевое сырье было не востребовано, на месторождениях закрылась его добыча. Сейчас какая-либо перерабатывающая инфраструктура там вообще отсутствует. В России сегодня бериллиевое сырье не добывается, хотя есть месторождения, есть закрытые ныне горно-обогатительные комбинаты. Это все надо восстанавливать.

— Иначе мы можем столкнуться с бериллиевым голодом?

— Однозначно мы с ним столкнемся. Сырье вскоре закончится, добыча в России отсутствует, и мы будем вынуждены пользоваться импортным сырьем. Сырье добывают три страны: Китай. США и Мозамбик.

— При таком небольшом количестве поставщиков есть риск нарваться на монопольный сговор и, как следствие, на очень высокие цены.

— Конечно, стоимость бериллия для нас может подскочить в несколько раз.

— С другой стороны, бериллий — токсичный металл. Следовательно, его добыча и переработка— удар по экологии. Может, лучше пусть его делают в Китае и в Америке, а мы будем покупать готовый продукт? Дорого, зато без вреда для природы.

— Покупать в Китае и в США. конечно, можно все. И это нормальный подход для стран третьего мира. Не будем обижать эти страны, но там, где люди живут в хижинах, там ничего не производят. все покупают за рубежом. Если это наш путь, то — да, это интересное направление, способствующее идеальной экологии. Можно жить в избах, шалашах или в землянках, одеваться в шкуры или вообще не одеваться, жить в полном единении с природой. Но, я думаю. это не российский подход. К тому же у нас нет выбора: мы не можем, как южные страны, жить просто так, любуясь миром. Хотя бы потому, что у нас достаточно суровый климат.

Далее: не надо забывать, что у нас жесткая политическая обстановка. В любой момент нам могут отказаться продавать все что угодно, в том числе и бериллий.

Россия при таком подходе просто не выживет. Мы обречены на развитие самых современных технологий. Это единственный способ, при котором наша страна может достойно существовать, а россияне — достойно общаться друг с другом и со всем миром.

На новых принципах

— Есть еще вопрос технологий. Подозреваю, что за четверть века они сильно изменились, а в Казахстане остались на уровне конца 1980-х...

— Даже глубже. В конце 1980-х гг. готовился технологический прорыв, образовался новый технологический уклад, технологии интенсивно менялись. Во всех странах, кроме, к сожалению, СССР.

— Нам тогда было не до того.

— На УМЗ производство бериллия началось в 1951 г. Каких-то серьезных технологических изменений завесь последующий советский, а тем паче постсоветский период не было. Можно сказать, что сегодня завод работает по давно устаревшим и крайне нерентабельным технологиям середины прошлого века.

— Как Томский политех пришел к вопросу переработки бериллия?

— Томский политех не пришел, он всегда был в этой теме. Начиная с запуска первого бериллиевого производства на УМ3 основной инженерный корпус составляли выпускники ТПУ.

Наши ученые принимали непосредственное участие в разработке первого советского бериллиевого проекта. Эти компетенции сохранились у нас до сих пор. И не только компетенции — сохранились даже люди, которые в те далекие времена в этом проекте участвовали. Конечно, сейчас они на пенсии, но чем хороша университетская среда, так это преемственностью поколений.

— Насколько сильно современные технологии, разработанные в ТПУ, отличаются от того, что было раньше?

— Не сильно, а кардинально. Классическая технология производства бериллия, применяемая в том числе и на УМЗ, предполагает использование серной кислоты. Не буду вдаваться в технологические подробности, но применение серной

кислоты возможно только для одного из видов бериллиевых руд, где породоноситель — это силикаты, песок. Американские и китайские руды — это, условно говоря, 90% песка и 10% оксида бериллия. Серная кислота оксид бериллия растворяет, а песок— по сути, стекло— с ней не взаимодействует, и в раствор уходит сульфат бериллия.

Российские руды Ермаковского месторождения— высокофтористые. Там большое количество флюорита, который несовместим с серной кислотой. При их взаимодействии выделяется газообразный едкий и очень вредный фтороводород. утилизация которого достаточно затратна. Поэтому мы приняли другой подход — нашли реагент, который взаимодействует с бериллиевой составляющей. но не взаимодействует с флюоритовой: фторид аммония. Это основная идея нашей технологии. Дальше идут стандартные операции: выщелачивание, получение тетрафторобериллата аммония, гидроксида, оксида бериллия, металла, бериллиевой бронзы.

— Насколько эта технология дороже старой в экономическом плане?

— Новая технология не может быть дороже старой. Если она дороже, это не технология — это метод, способ. В основе технологии всегда лежит экономика. По нашим расчетам, фтороаммонийная технология примерно на 40% дешевле, чем сернокислотная.

На новых планах

— Кому мы должны сказать спасибо за новую технологию?

— Сама идея восстановления российского бериллиевого производства достаточно молода. Она принадлежит А.В. Квашнину, бывшему в 2009 г. полномочным представителем президента РФ в Сибирском федеральном округе. Анатолий Васильевич уделял большое внимание экономике и природопользовательским технологиям. Было ясно, что огромный потенциал Сибири не задействован полностью. В том числе были известные проблемы с Ермаковским месторождением в Забайкалье.

Дальше эти идеи получили поддержку в Министерстве промышленности и торговли. В 2013 г. там запустили программу развития промышленности и повышения ее конкурентоспособности, которой руководит первый заместитель министра Г.С. Никитин. В ней есть подпрограмма развития редкометалльной промышленности, а уже в ней — отдел цветной металлургии и редких металлов, которым руководит С.И. Гришаев, и с ним мы плотно работаем.

В рамках проекта у нас есть промышленный партнер — созданная специально под него проектная компания «Редкие металлы Сибири». Общее руководство осуществляет генеральный директор Ю.Ю. Нечаев. Отдельно стоит отметить специалистов. которые решают все технические и научные вопросы, благодаря которым мы возродим в России бериллиевую промышленность. Это сотрудники кафедры химической технологии редких элементов и ее заведующий Р.И. Крайденко. Таким коллективом, начиная от главного идеолога и заканчивая исполнителями, мы идем к решению бериллиевой задачи.

— Экспериментальное производство уже работает?

— Работает опытная установка, собранная на опытном производстве Томского политеха. Поскольку бериллий — токсичное вещество и в стенах университета полноценно заниматься им не позволяют экологические нормы, экспериментальные

работы в 2015 г. проводились на площадке Сибирского химического комбината. В 2016 г. мы занимались проектными изысканиями, а в начале этого года вышли на Фонд развития промышленности, получили финансирование и за 2017 г. должны уже сделать проект, утвердить его во всех надзорных органах и начать строительство промышленного производства. Дальше по дорожной карте на 2018 г. у нас запланировано строительство, а на 2019 г. — начало промышленного выпуска оксида бериллия.

— Предполагается строительство нового комбината?

— Конечно. Старого в стране просто нет. Обогатительные мощности есть, их надо восстановить, но самое главное — это гидрометаллургия. Мы планируем производить обогащение на базе Ермаков- ского месторождения. Здесь мы работаем в тандеме с недропользователем — компанией «Метрополь», владеющей лицензией на добычу бериллиевых руд до 2025 г. Гидрометаллургическое производство будет располагаться на площадке Приаргунского производственного горно-химического объединения в Краснокаменске. Это дочернее предприятие АО «Атомредметзолото» «Росатома», там будет налажено производство оксида и гидроксида бериллия. В дальнейшем возможно производство металлического бериллия и высокотехнологичных изделий из него. Здесь, я думаю, хорошо подходит Сибирский химический комбинат. Но это решение будет лежать уже на руководстве «Росатома», наша компетенция так далеко не распространяется.

— Если вы говорите, что месторождения заброшены, значит на их перезапуск может уйти немало времени и средств?

— Восстановить добычу, конечно, будет непросто. Добычей и обогатительной частью занимается ГК «Метрополь». У них есть инвестиционный проект, по которому они должны организовать производство сырья уже к концу 2019 г., ко времени. когда будет построено гидрометаллургическое производство. Но на первой стадии мы планируем работать в основном на сырье «Росрезерва». Наши отцы-основатели в советское время очень заботливо сэкономили для страны достаточно большое количество запасов бериллиевого сырья, которое сегодня находится на хранении в «Росрезерве», его хватит на несколько лет работы. Мы сможем на нем окупить вложенные в гидрометаллургическое производство инвестиционные затраты. Это даст значительную экономию. Когда это сырье закончится, уже в полном объеме развернутся добыча и обогащение нашего сырья на Ермаковском месторождении.

На новых рынках

— На каком месте по разведанным запасам бериллия находится Россия?

— Мы, безусловно, в лидерах. На каком месте, точно сказать нельзя, поскольку многие страны скрывают свои запасы. Но на Ермаковском месторождении утвержденные запасы составляют 1,7 млнт однопроцентной руды. Этого хватит еще лет на 50. Дальше будут новые разработки, изыскания. Я думаю, откроют новые месторождения.

— Значит, у нас есть возможность не только покрывать внутренние потребности, но и выходить на мировой рынок в качестве достаточно крупного производителя?

— Однозначно. Мы должны занять на мировом рынке свою нишу. Когда страна выйдет на производство 100 т в год в пересчете на металлический бериллий, мы можем занять 20-30% мирового рынка. Именно благодаря современным технологиям, потому что меньшая себестоимость повышает конкурентоспособность.

Здесь у нас значительное преимущество: и Китай, и США, и Казахстан сегодня производят бериллий по технологии, по которой его производили еще в Германии в 1923 г. Естественно, за сто лет прогресс шагнул вперед, поменялись конъюнктура цен, сырьевые материалы, аппаратурное оформление. И мы планируем выйти на рынок с действительно современной технологией.

— Сколько сейчас стоит бериллий?

— Черновой — около $400-500 за килограмм. Вакуумплавленный металлический— около $1 тыс. за килограмм. В форме оксида— $300 за килограмм. Бериллиевая фольга и другие изделия специального назначения — до $10 тыс. за килограмм. Условно мы считаем наши экономические показатели на уровне $300 за килограмм металла в оксиде и $450 — в металле.

— Все равно недешевый металл.

— Это скромно сказано. Бериллий — один из самых дорогих металлов. Из промышленных — самый дорогой. Он примерно в десять раз дороже титана и в сто — алюминия.

— Изначально и алюминий был страшно дорог, но с развитием технологий он подешевел в сотни раз. Может, и бериллий лет через 50-70 будет стоить $10-15?

— Мы обязательно придем к этому. Действительно, первый алюминий в начале XX в. по цене приравнивался к драгоценным металлам. Из первого алюминия делали очень дорогие столовые приборы. Сейчас — самые дешевые. Когда-то алюминиевые ложки использовались в княжеских и царских домах. В наши дни я даже говорить не буду, где большей частью их используют.

Сегодня наша страна занимает первое место по производству алюминия — около 4 млн т. Это самый доступный металл. В советские годы были планы выйти на первое место не только по алюминию, но и по титану. Мы это сделали, снизив себестоимость производства. Были планы выйти на первое место и по бериллию и передвинуть его тем самым из позиции стратегического, редкого металла в позицию общедоступного, как алюминий или титан.

— Это было реально?

— Да. Госплан СССР поставил задачу примерно к нашему времени довести производство до 1 тыс. т в год в пересчете на металлический бериллий. Если бы те планы были реализованы, мы бы не просто заняли по производству бериллия первое место в мире, мы бы действительно сделали его общедоступным. К сожалению, планам не суждено было сбыться: по факту сегодня все мировое годовое производство находится на уровне 300 т. Но наша цель — осуществить их на современном этапе.