Соликамский магниевый завод: российский пионер редкоземельной промышленности

За полярным кругом, на Кольском полуострове, практически на самом краю российской земли есть село, саамское название которого звучит примерно как Луявьр-сыййт. По-русски его называют Ловозеро. А рядом с этим населённым пунктом работает горно-обогатительный комбинат — Ловозёрский. На руднике, который тоже носит местное загадочно звучащее название Карнасурт, добывают уникальный минерал лопарит.

Это удивительное полезное ископаемое с потрясающим составом: в лопаритовом концентрате содержатся редкоземельные металлы, ниобий, тантал и титан и некоторые другие элементы. Необычно ещё и то, что все эти похожие на заклинания слова мы слышим, находясь на Урале, в городке Соликамске Пермской области.

С Кольского полуострова лопаритовый концентрат по железной дороге прибывает сюда, на Соликамский магниевый завод, где уникальный минерал перерабатывают по не менее уникальной технологии. Путь от Ловозера до Соликамска, прямо скажем, неблизкий, однако генеральный директор СЗМ Руслан Димухамедов объясняет, что такое решение в данном случае является самым оптимальным.

«Решение о том, где и как перерабатывать руду, принимается на основе её технологических свойств. Возьмем, например, уранодобывающее предприятие в составе «Росатома». Есть комбинат, который добывает, условно, миллион тонн руды и получает из неё, грубо говоря, 1,5 тыс. тонн урана. Эту урансодержащую руду в силу её технологических свойств нужно сразу же обрабатывать набором химреагентов, так что названный мной миллион тонн руды перерабатывают на месте, а соответствующие мощности построили при руднике.

Теперь посмотрим на лопаритовую руду Ловозёрского ГОКа. Здесь добывают полмиллиона тонн, из которых 8 тыс. тонн — это концентрат, а всё остальное — это пустая порода. 8 тыс. т — это не такой уже большой объём перевозок, а перерабатывать этот концентрат куда проще „на большой земле”. При этом объём реагентов, необходимый для этой переработки, внушительный: хлора нам нужно порядка 15 тыс. тонн — для удобства я округляю цифры. А хлорирование — это только первый этап, за которым тянется длинная цепочка.

Самый очевидный пример — это производство титана, вы увидите в цехе. Если коротко, для химической реакции необходим магний, который является оборотным. Не будем же мы возить магний на Кольский полуостров и обратно», — объясняет Руслан Димухамедов, добавляя, что есть ещё множество менее очевидных нюансов, которые определяют именно такое положение дел: лопаритовую руду добывают в Ловозере, а перерабатывают концентрат здесь, в Соликамске.

Мы уже побывали в цехе №1 завода, где перерабатывают карналлитовый концентрат с получением нескольких продуктов, в том числе и хлора. Последний с сжиженном виде отправляется в цех № 7, где происходит переработка лопаритового концентрата: все ценные компоненты в нём присутствуют в виде единого сложного оксида, и задача специалистов — разделить их.

«Цех у нас химико-металлургический. А это что значит? Правильно, что металлы мы получаем химическим путём», — проговаривает начальник цеха № 7 Андрей Анисимов, встречая нас у входа.

Перед тем как зайти внутрь, мы обращаем внимание на памятник, установленный к 50-летию цеха. Именно так: уже более полувека в России идёт работа с редкими металлами — с далёкого 1971 года. Всё удивительно в этой истории. То, что в 1970-х годах советские специалисты сумели спроектировать и запустить эту сложнейшую цепочку переработки, которая начинается на исторических землях лопарей.

То, что ещё 50 лет назад заговорили о значимости для экономики страны металлов, содержащихся в лопаритовом концентрате. И то, что более чем за полвека наша промышленность так и не сделала следующих шагов по работе с теми же РЗМ.

«50-летию химико-металлургического цеха № 7, пионера редкометалльной промышленности СССР, лидера редкометалльного производства России, посвящается…». Это надпись со стелы, установленной возле цеха. Будем думать, что многоточие тут неспроста.

Здесь был хлор

Итак, лопаритовый концентрат прибывает на СМЗ в мешках по железной дороге. Здесь его первым делом отправляют в мельницу для доизмельчения — наш собеседник говорит «передувают», потому что задействован пневмотранспорт. Таким же образом измельчённый продукт поступает на следующий передел.

За разговором мы приближаемся к аппаратам, которые Андрей Анисимов называет основными, — хлораторам. Дозированно и поэтапно в него подаются лопаритовый концентрат, угольный кокс и газообразный хлор. Продуктами этого передела становятся расплав хлоридов редкоземельных металлов. Он выводится снизу хлоратора и сливается в изложницы. А также хлориды тантала, нио-
бия и титана в виде парогазовой смеси — они выводятся в верхней части хлоратора.

«Здесь же, в отделении хлорирования, парогазовая смесь конденсируется. Из неё выделяются так называемые камерные хлориды — пентахлориды ниобия и тантала: на этом этапе они отводятся вместе, а в третьем отделении мы будем их разделять. Также на этом этапе мы отделяем тетрахлорид титана. Он содержит примеси других элементов, и его мы отправляем во второе отделение — на ректификационную очистку», — рассказывает Андрей Анисимов.

Также специалист обращает наше внимание на удивительную особенность здешней технологической цепочки, которую предусмотрели ещё на этапе проекта. Хлоратора на этом участке два, но в работе находится только один агрегат, второй же пребывает на капитальном ремонте. Ремонт в данном случае предусматривает фактически полный демонтаж конструкции и строительство нового хлоратора. Когда второй агрегат будет готов к работе, процесс хлорирования будет идти в нём, а для первого начнётся этап капитального ремонта. Такие перестановки в цехе происходят раз в год.

«Хлоратор выстроен из кирпича, сверху он имеет металлический кожух. И за год атомарный хлор, который является очень агрессивным, уничтожает этот кирпич практически в ноль. Хлор, на самом деле, „ест” всё: нет такого материала, который смог бы ему противостоять. Тем более температура расплава составляет порядка 1000-1100 градусов. Раньше, кстати, у нас хлораторы жили по 5 месяцев, сейчас довели этот срок до года, но всё равно это ограниченное время.

На самом деле, это касается всего нашего технологического оборудования. Вот в цехе № 1 у нас тоже есть хлоратор, его срок службы — 26 месяцев, электролизёры мы меняем раз пять месяцев. Этот цикл заложен проектировщиками: оборудование разрушается, а потом снова возрождается», — рассказывает Андрей Анисимов, объясняя, что на производстве такого рода мы точно не увидим чистых и блестящих агрегатов — они просто не предусмотрены технологией.

Тантал — отдельно, ниобий — отдельно

Рассказывая о работе хлораторов, наш провожатый упоминает, что здесь проходит только первый, по сути, подготовительный этап производства, а все остальные процессы протекают на следующих уровнях. На самом деле, цех №7 удивителен по своей архитектуре: это очень компактное производство, организованное на нескольких этажах, так что во время нашей экскурсии мы всё время поднимаемся по лестницам.

«Да, цех у нас сложный, аппаратурно насыщенный, а технология — разветвлённая и формировалась годами», — говорит Андрей Анисимов. А по словам топ-менеджеров предприятия, процесс этот идёт и сегодня: в ближайшие годы на СЗМ должны появиться новые, следующие переделы.

А пока мы поднимаемся выше и оказываемся во втором отделении, на участке ректификации. Сюда поступает тетрахлорид титана, и здесь его очищают от хлоридов ниобия и тантала. Последние — это также ценный продукт, они немного отличаются от соединений, полученных в хлораторе. А тетрахлорид титана проходит несколько этапов очистки, после чего отправляется в цех №9, где идёт производство титановой губки.

Третье отделение цеха — также ректификационное, но здесь идёт работа с техническими хлоридами ниобия и тантала. Здесь тоже задействованы хлораторы, и их, опять же, два: один в работе, второй — на капитальном ремонте. В них происходит дохлорирование названных соединений, только в качестве агента используется четырёххлористый углерод.

Процесс идёт при высокой температуре, и парогазовая смесь отводится в верхней части хлоратора. Далее смесь конденсируется, и на ректификационных колоннах (их в отделении 11) идёт разделение хлоридов ниобия и тантала. Происходит это за счёт того, что металлы имеют разную температуру плавления и, следовательно, конденсации.

«Пентахлорид тантала мы отправляем в цех № 3 на доочистку и переработку. А пентахлорид ниобия мы получаем двух видов: очищенный и технический. Очищенный также отправляется цех №3, а технический уходит на получение пятиокиси ниобия. Пентахлорид в пятиокись мы переводим на участке парового гидролиза, этот процесс также идёт при высокой температуре. Пятиокись ниобия мы осаждаем, дополнительно промываем водой и обезвоживаем на фильтр-прессе», — показывает Андрей Анисимов.

Пентахлорид тантала на заводе также переводят в пятиокись. И происходит это тоже в процессе гидролиза, только уже не парового, а аммиачного. Пятиокись и является конечным продуктом СМЗ: её прокаливают или сушат, после чего отправляют на дальнейшие переделы предприятиям-потребителям.

Уже позже, в кабинете генерального директора завода Руслана Димухамедова мы узнаем, чем заканчиваются эти истории. С пяти-окисью ниобия в нашей стране всё хорошо: из Соликамска этот продукт поставляется на предприятия внутри страны, производственная цепочка налажена. Сложнее обстоят дела с танталом: тут существует разрыв этой самой цепочки, и производства металлического тантала в России нет.

Сегодня эту брешь намерен закрыть наш герой — Соликамский магниевый завод. Но, поскольку вопрос это уже не производственный, а стратегический, мы адресовали его руководителю предприятия и подробнее расскажем о танталовых перспективах в следующем материале текущего выпуска.

Редкоземельная химия

Отдельная история — это РЗМ. Мы расстались с этими металлами на самом первом этапе, когда в процессе хлорирования лопаритового концентрата удалось выделить коллективные хлориды РЗМ. Отметим, что в структуре лопарита, помимо всех названных выше ценных элементов, есть и другие, в числе который торий.

Это тоже металл, причём металл радиоактивный, и из готовой продукции его необходимо удалить. Подавляющая часть тория оказывается связана как раз с соединениями РЗМ, и, когда мы находимся у изложниц с расплавом, то, как и все сотрудники цеха № 7, надеваем респираторы «Лепесток».

Чтобы удалить примеси из хлоридного концентрата РЗМ, расплав растворяют в воде. От тория полученный раствор очищают в реакторах, процесс включает в себя несколько стадий. Благодаря добавлению реагентов примеси выпадают в осадок, который удаётся отделить от раствора с помощью фильтр-прессов. Содержимое камер отправляется на пункт хранения радиоактивных отходов.

Очищенный раствор идёт на следующий участок, где хлорид проводят в карбонат — по-прежнему коллективный. Это и есть конечная продукция данной технологической цепочки и ещё одна точка роста, которую видит новое руководство завода. Разделительное производство также планируют построить на промплощадке СМЗ в ближайшие годы.

Сегодня Соликамский магниевый завод входит в контур управления Горнорудного дивизиона Госкорпорации «Росатом». Несколько месяцев шёл процесс документального оформления, и в апреле 2024 г. он, наконец, завершился. Таким образом, стратегически важное для промышленности страны производство сегодня находится в собственности государства.

Самый новый — цех титана

Андрей Анисимов не зря говорил, что реализованная на СМЗ технология переработки лопаритового концентрата формировалась годами. С этим сырьём завод действительно начал работать более 50 лет назад, однако содержащийся в структуре лопарита титан здесь начали извлекать совсем недавно.

Роль СМЗ на российском рынке титана скромная — порядка 5%, однако в структуре выручки предприятия на этот металл приходится уже целых 15%. К тому же в данном случае конечным продуктом завода является титановая губка, то есть не соединение, а чистый металл. Поэтому мы просим отдельно провести нас в цех №9, где и организовано это производство.

В цех мы поднимаемся по лестнице, которую наш провожатый, руководитель отдела по развитию производственной системы «Росатом» Владислав Рудик называет «исторической»: здесь на стенах висят фотографии, на которых отображены этапы строительства цеха. Здесь же можно увидеть и настоящий приказ о создании на СЗМ нового структурного подразделения — цеха производства титановой губки. Датирован документ 2006 годом. Прежде завод не производил титан: оксиды металла терялись в виде парогазовой смеси.

О титане мы уже начинали говорить, находясь возле хлоратора в цехе №7. Этот металл присутствует в структуре лопаритового концентрата в виде оксида. В хлораторе это соединение переводят в тетрахлорид титана — он и приходит в цех №9. Ещё сюда же из цеха №1 подаётся магний.

В результате реакции получается свободный от других элементов титан и хлористый магний. Чистая химия, говорит наш собеседник: всё просто и логично. Но, если честно, процесс выглядит так, как будто алхимикам выдали современное оборудование.

Восстановление титана происходит в ретортах. Магний в неё заливают в виде расплава, через него пропускают газообразный тетрахлорид титана. Аппарат сепарации собирают из двух реторт, соединённых устьями, а процесс идёт в печи при высокой температуре. Чтобы обеспечить герметичность реторты, организована защитная атмосфера.

Этот цех, объясняет Владислав Рудик, является самым новым на заводе, в том числе поэтому его можно назвать самым высокотехнологичным. Все процессы требуют тщательного контроля, и это задача оператора. На его мониторы выведены ключевые параметры, наиболее значимыми из них являются давление и температура — соответствующие датчики установлены в нескольких зонах.

Когда химическая реакция в реторте завершается, её вскрывают и прессом выдавливают титановую губку. Если посмотреть на этот материал, сразу отпадают вопросы о его названии: металл действительно имеет губчатую структуру. Реторты зачищают, если нужно — подваривают: для этого предусмотрен отдельный участок.

А титановый блок из реторты отправляется на пресс послойной резки. Поскольку блок имеет цилиндрическую форму, этот процесс очень напоминает резку колбасы: получаются круглые и плоские ломти титановой губки. Они проходят несколько стадий дробления, а после — сортировку на грохоте. Нам показывают несколько фракций титановой губки — ещё тёплый, то есть совсем «свежий» металл.

Измельчённый титан дополнительно проходит этап сортировки: он перемещается по конвейерной ленте, по бокам от которой сидят работники. Точнее, работницы, поскольку скрупулёзный монотонный труд традиционно лучше даётся женщинам. Они просматривают партию титана в поисках дефектов — это могут быть горелости, инородные вкрапления.

И только после этого титан упаковывают для отправки потребителю. Едет металл в бочках под защитной атмосферой аргона, чтобы избежать соприкосновения с кислородом. Пункт назначения известен: это Удмуртия, Чепецкий мехзавод, где производят металлургическую продукцию, востребованную во многих отраслях промышленности, в том числе атомной, нефтегазовой, химической.

Ещё один продукт, который получают в ретортах, — хлористый магний. Он является оборотным: расплав перемещают в сливной ковш и возвращают в цех №1. Здесь хлористый магний попадает в электролизёр, и процесс повторяется по кругу.

Мы поражаемся тому, несколько точно и чётко просчитан технологический процесс, организованный на СМЗ, как крепко связаны между собой различные производственные этапы.

«Конечно же, все мощности сбалансированы. И начинается эта цепочка на Ловозёрском ГОКе: он отправляет нам лопаритовый концентрат с чётко определённым содержанием полезного компонента. Конечно, это добыча, там могут быть колебания, но только в пределах нормы — это прописано в контракте.

Всё должно быть гармонизировано: сколько Ловозеро пришлёт нам концентрата, какой объём тетрахлорида титана мы сможем получить, сколько произведём титановой губки. И с другой стороны: сколько карналлита даст „Уралкалий”, чтобы мы могли получить необходимый объём хлора и магния, часть из которого идёт в цех титана. Поэтому принципиально для нас единое планирование: каждый предыдущий передел запускает работу последующего, и связаны они, совсем как шестерёнки в часах», — объясняет Владислав Рудик.

В производстве побывали: Анна Кучумова (текст),
Евгений Ошкин (фото)