Извлечение лития из нефтяных рассолов: есть ли будущее у технологии в России?

По мере развития альтернативной энергетики всё больше возрастает роль так называемых батарейных металлов, которые используются в производстве аккумуляторов. Особняком здесь стоит литий, который даже называют нефтью XXI века.

В связи с этим тем более примечательно, что будущее добычи этого металла связано как раз с нефтяными рассолами. Как именно планируют извлекать литий из «чёрного золота», насколько это рентабельно и когда стоит ждать первых поставок?

Откуда берётся литий

Для РФ литиевые проекты приобретают дополнительную актуальность, учитывая то, что на данный момент отечественная промышленность зависит от поставок импортного сырья.

Будучи щелочным металлом, литий легко вступает в реакцию с водой, из-за чего практически не встречается в природе в чистом виде. Найти его можно в составе сподуменов или рассолов. Отсюда вытекает два основных способа его добычи. Первый из них — рудный, второй — гидроминеральный, когда металл получают из подземных рассолов. Сегодня большую часть лития получают, именно выпаривая литийсодержащие рассолы.

Основное преимущество технологии — низкая себестоимость по сравнению с рудным способом. Однако подобные рассолы по большей части находятся в странах Латинской Америки. Неслучайно, по данным Геологической службы США, первое место по выявленным запасам лития удерживает Боливия (21 млн тонн), следом располагаются Аргентина (19,3 млн тонн) и Чили (9,6 млн тонн).

В России подобных литийсодержащих рассолов нет, однако на территории нашей страны расположены крупные рудные месторождения лития. Долгое время они оставались невостребованными, однако в прошлом году их освоение сдвинулось с мёртвой точки.

На данный момент уже прошёл аукцион по Колмозёрскому месторождению в Мурманской области, добывать металл здесь планируют «Норникель» и «Росатом». Уже к 2030 году планируется выйти на отметку 100 тыс. тонн эквивалента. И это только на одном месторождении. Так что поводов для беспокойства нет?

Однако в случае с рудным литием всё не так радужно, как кажется на первый взгляд. Уже открытые месторождения неслучайно так долго оставались невостребованными. Практически все они содержат убогие руды с содержанием Li2О менее 1%. А это негативно сказывается на себестоимости производства. И даже там, где руды не настолько бедны, проблемы остаются.

«Все месторождения лития в РФ за исключением Алахинского были разведаны в 1958–59 годах. То есть сегодня они «пенсионеры» — 60 лет с момента постановки на баланс, и под современные требования к балансовым запасам их подвести никак нельзя. Тем не менее по аукционам они идут как подготовленные к отработке.

А на самом деле всё, что мы называем месторождениями, по сути, ресурсы категории В1, везде требуются доразведка и технологические испытания руд. Я несколько раз предлагал вводить понижающие коэффициенты к таким «месторождениям-пенсионерам», но услышан не был», — отметил в своём выступлении на форуме «МИНГЕО СИБИРЬ 2022» главный геолог ПАО «ХМЗ» (Красноярский химико-металлургический завод) Николай Ворогушин.

Технологии извлечения лития

Таким образом, хотя большая часть разведанных запасов лития в России — это рудные месторождения, забывать о других возможностях также не стоит. И здесь в первую очередь нужно обратить внимание на попутные воды нефтяных и газовых месторождений. То, что в них содержится литий, знали давно, однако о технологиях его извлечения всерьёз задумались только в этом столетии.

Сотрудники «Газпром нефти», авторы статьи «Извлечение лития из попутных вод на примере Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения», отмечают три способа извлечения лития из рассолов.

Во-первых, это осаждение с концентрированием. Здесь происходит упаривание жидкости с последующим осаждением лития. Однако у этого метода есть ограничения: реакция возможна только при низких концентрациях магния и кальция в рассоле. Следующий способ — осаждение без концентрирования с помощью аморфного гидроксида алюминия.

«Данный способ имеет низкую селективность с точки зрения извлечения лития, так как данный сорбент избирателен и к ионам магния, которые присутствуют в пластовой воде. Также возможны проблемы с отстаиванием и фильтрацией полученного осадка ввиду его геобразной и мелкодисперсной структуры», — пишут специалисты «Газпром нефти».

Наконец, есть сорбционный метод с применением сорбента ДГАЛ-Cl.

«Метод заключается в сорбции лития сорбентом (ДГАЛ-Cl) из высокоминерализованных вод с последующей промывкой насыщенного сорбента пресной водой и получением рассола. Рассол концентрируют с осаждением лития в его товарную форму — карбонат лития», — отмечают авторы статьи.

Однако и этот метод эффективен только при высокой степени минерализации исходного раствора. Таким образом, универсального решения для всех месторождений не существует. Выбор метода в каждом конкретном случае зависит от концентрации лития, кислотности сред и показателя R — коэффициента, который характеризует отношение концентрации всех щелочноземельных металлов к концентрации лития.

Многие российские нефтяные компании занимаются разработкой подобных технологий. Кому-то удалось добиться серьёзных успехов. Так, патент на «Способ сорбционного извлечения лития из литийсодержащих рассолов» в 2020 году получило ПАО «Татнефть».

В данном случае в качестве гранулированного сорбента выступает хлорсодержащая разновидность двойного гидроксида алюминия и лития. Результатом десорбции является первичный литиевый концентрат — раствор хлорида лития с примесями магния и кальция.

От патентов к промышленной добыче

Тем не менее в России пока нет технологии промышленного извлечения лития, отметил летом 2022 года Олег Казанов. Поэтому особенный интерес вызывает совместный проект «Газпрома» и

«Иркутской нефтяной компании» по добыче этого металла на Ковыктинском месторождении. Чуть больше года назад был утверждён трёхсторонний план мероприятий по реализации этого проекта между ПАО «Газпром», ООО «Иркутская нефтяная компания» и Минпромторгом РФ. Тогда глава Газпрома Алексей Миллер отметил большой потенциал проекта и добавил, что в перспективе Ковыктинское месторождение «сможет в значительной степени покрыть внутренний спрос на литий».

Впрочем, по всей видимости, ждать скорых поставок металла из Иркутской области не стоит. Пока речь идёт о «научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах по созданию отечественных технологий, оборудования и материалов, необходимых для реализации проекта», сообщает сайт «Газпрома».

Учитывая события прошлого года, вполне возможно, что на темпах реализации проекта сказались санкции — как в части технологий и оборудования, так и в отношении пересмотра компаниями своих инвестиционных планов. Но пока предприятия не готовы комментировать ход работ, так что последняя новость по этой теме по-прежнему датирована февралём 2022 года.

«Нефтяной» или «рудный» литий — за каким будущее?

Учитывая стратегическое значение металла и внимание к этой проблеме со стороны государства, добыча лития в России должна набирать обороты. Сейчас в стране параллельно реализуется сразу несколько проектов в этой области, так что литию из нефтяных рассолов ещё предстоит выдержать конкуренцию со своим «рудным собратом». Есть ли смысл углубляться в гидроминеральный способ, в то время как в стране приступают к разработке крупного сподуменового месторождения в Мурманской области?

Здесь можно привести доводы как против, так и за. Так, несмотря на наличие ряда научных работ и патентов по этой теме, нефтяные компании пока не имеют технологии промышленного извлечения лития из рассолов. Однако в случае с рудным литием ситуация обстоит немногим лучше. Правда, здесь нужно внести важное уточнение: речь идёт не о технологиях переработки лития в целом, а о положении дел в России.

«Сейчас во всём мире применяются технологии тяжёлосредной сепарации, которые значительно, в разы, снижают затраты на добычу и получение сподуменового концентрата, и современные автоклавные методики конверсии концентрата.

В России такая работа не проводилась, поэтому приходится пользоваться зарубежными методиками и технологиями. Также в РФ не существует обогатительного оборудования, которое бы работало с литиевыми рудами, как во всём мире. Его производят Канада, Австралия и Южная Африка», — подчёркивает Николай Ворогушин.

Следующий пункт для сравнения — содержание металла. Выше уже отмечалось, что руды большинства сподуменовых месторождений бедны на литий. Самое богатое из них, Колмозёрское, имеет среднее содержание 1,14%, или 11,4 кг оксида на 1 тонну руды. По оценкам экспертов, порогом рентабельности является 1% среднего содержания металла.

Чем могут ответить нефтяные рассолы? До недавних пор считалось, что добыча лития может быть рентабельной при содержании на уровне 300–350 миллиграммов на литр. Под эти критерии в РФ попадали только месторождения Ангаро-Ленского бассейна. Так, по оценкам специалистов «Газпром добыча Иркутск», на Ковыктинском месторождении 1 литр пластовых вод содержит 392 мг лития, а на Знаменском участке — уже 415 мг.

Впрочем, прогресс не стоит на месте, последние открытия позволили всерьёз рассматривать нефтяные рассолы как источник лития.

«В последние годы в мире получила развитие технология прямого извлечения лития из сложных растворов на сложные сорбенты с последующим избирательным забором. Заявляется, что порог безубыточности снижается до уровня примерно 80 мг. А это уже большое количество растворов самого разного происхождения», — рассказал участникам Санкт-Петербургского форума директор ФГБУ «ВИМС» Олег Казанов.

В частности, с развитием технологий можно будет обсуждать перспективы добычи лития на Сухотунгусском месторождении в Красноярском крае со средним содержанием 0,222 мг на литр. Вторую жизнь может получить Тарумовское месторождение в Дагестане со средним содержанием 0,200 мг на литр. Главный вопрос: когда новые технологии из концептов перейдут на стадию реализации. Прямо сейчас добыча рудного лития с этой точки зрения выглядит более перспективно.

Наконец, ещё один пункт для сравнения — расходы на инфраструктуру. И здесь добыча лития из нефтяных рассолов получает балл в свою пользу. Предполагается, что подобные проекты будут реализовываться на базе действующих месторождений. И даже если речь пойдёт о новых скважинах, то всё равно капитальные затраты будут общими с нефетедобычей.

В свою очередь, разведанные сподуменовые месторождения находятся в местах, где не хватает дорог, линий ЛЭП, не говоря уже о специализированной инфраструктуре. Компаниям придётся вкладываться в неё самостоятельно. При этом, несмотря на все выданные авансы, производство лития по-прежнему уступает по маржинальности добыче углеводородов.

Резюмируем: прямо сейчас добыча лития на сподуменовых месторождениях выглядит более оправданной. Однако ситуация может кардинальным образом измениться в том случае, если российские компании смогут «приземлить» технологии извлечения лития из нефтяных рассолов на реальные месторождения. Так что, возможно, именно литий из нефти станет для России нефтью XXI века.

Текст: Андрей Халбашкеев