Germanium: ураганно-рассеянная ценность

В то же время только в Донецком угольном бассейне геологическая служба ежегодно погашает (списывает) около сотни тонн запасов германия, что соответствует примерно 60% годового мирового производства этого стратегического металла.

Если уголь - настоящий хлеб промышленности, то редкоземельные металлы, по выражению академика Ферсмана, - ее витамины. Германий - не редкоземельный металл, он из группы рассеянных, но по дозам употребления и эффекту оздоровления может быть и витамином, и стимулятором промышленности.

До конца 1930-х годов в промышленности германий практически не использовался. Существенный спрос на германиевые полупроводники и линзы, обусловленный развитием электроники и оптики, возник после Второй мировой войны, когда была успешно освоена промышленная технология выращивания монокристаллов германия по методу Яна Чохральского (Jan Czochralski).

Бурные технологические трансформации современной цивилизации превратили германий в материал XXI века. Сегодня этот металл и его соединения используют в волоконной оптике, инфракрасной технике, солнечных батареях, детекторах, оптоэлектронике, электронике, катализе, медицине, фармацевтике, косметике, люминофорах, металлургии и т.д.

По данным Геологической службы США (USGS), мировое производство первичного германия уже в 2015 г. достигло 165 т. Согласно прогнозам, к 2030-му спрос на германий составит 320–400 т в год, а его производство вырастет почти в полтора раза. Основные продуценты и потребители германия - высокотехнологические предприятия и научные учреждения Бельгии, Германии, Канады, Китая, России, США, Франции, Японии.

Для справки:

Германий, существование которого Дмитрий Менделеев предсказал под названием экасилиций, был открыт в 1886 г., после того, как в одной из шахт Саксонии нашли редкий минерал серебра - аргиродит. Из его состава Клеменс Винклер (Clemens Alexander Winkler) выделил новое вещество, которое классифицировал как Germanium (с символом Ge в таблице Менделеева).

Геологам известно, что германия в земной коре больше, чем, например, сурьмы, серебра или висмута, но этот элемент значительно рассеян в породах и рудах.

Природные концентраторы германия - минерализованные воды, гидротермальные растворы и некоторые растения. Указанные факторы обусловливают привязанность германия к угольным пластам, но только определенные угольные месторождения содержат его в промышленных концентрациях.

Что имели, потеряли: как вернуть утраченное

К германиесодержащим месторождениям группы "А" относят площади угольных бассейнов с содержанием германия не менее 3 г/т. Именно Донбасс и Львовско-Волынский угольный бассейн обладают ресурсным потенциалом в более чем половину запасов германия всех стран бывшего СССР.

Наиболее германиеносным является уголь с низкой степенью метаморфизма, то есть газовый и длиннопламенный, наименее - антрациты.

К группе "Б" относятся германий-угольные месторождения бурого угля, углистые аргиллиты и алевролиты с ураганным, то есть аномально высоким, содержанием германия (не менее 100 г/т). В Украине такое месторождение расположено в Береговском районе Закарпатской области. Средняя германиеносность продуктивных пластов Малобеганского месторождения лигнитов, открытого более полувека назад, составляет примерно 119 г/т. Но его освоение затруднено по геолого-экологическим причинам.

Наличие в Украине богатых германием угольных пластов и большая потребность в этом элементе полупроводниковых и оптико-механических производств, в советское время работавших на обороноспособность страны, обусловили появление мощного комплекса по получению германия, в который вошли специализированный цех Запорожского титано-магниевого комбината (ЗТМК), Северодонецкий химико-металлургический завод (СХМЗ, филиал ЗТМК) и более десяти отечественных коксохимических заводов.

Украинский уголь в СССР служил первичным сырьем для получения почти 5 т германия в год. Его получали благодаря переработке соответствующего концентрата, который производился на химических установках коксохимических заводов с использованием технологии экстракции германиевых соединений из надсмольной воды. Еще более 20 т германия производили на ЗТМК (СХМЗ) из сахалинского углистого аргиллита (содержание составляло 150–350 г/т) и отходов оптических и полупроводниковых заводов.

В начале 2000-х годов ЗТМК входил в пятерку мировых производителей германия. Тогда же отечественные ученые и специалисты отрасли стояли на пороге внедрения технологии получения зольного германиевого концентрата от сжигания угля на предприятиях теплоэнергетики, существенный вклад в разработку которой внес сотрудник Института технической теплофизики НАН Украины Уильям Носач.

Но в дальнейшем из-за прекращения поставок аргиллита из почти отработанного Новиковского месторождения на острове Сахалин и остановки изношенных установок по получению концентратов германия на коксохимических заводах мощный отечественный комплекс по производству германия прекратил работу.

Было не только потеряно место среди основных мировых экспортеров германиевой продукции, но и отечественные промышленники перешли на закупку германия и его соединений за рубежом, сократив линейку своих изделий с высокой добавленной стоимостью.

Украинские угольные месторождения, характеризующиеся германиевой металлоносностью, сегодня не используются в полном объеме по комплексному назначению. Только в Донецком угольном бассейне геологическая служба ежегодно погашает (списывает) примерно сотню тонн запасов этого стратегического металла.

Необратимые потери дорогостоящего германия происходят на фоне убыточности либо малой рентабельности шахт. Металлическое богатство сформировавшихся за тысячелетия угольных месторождений развеивается ветрами и размывается водой в ущерб окружающей среде и будущим поколениям, которые остаются без стратегических запасов сырья высоких технологий.

Однако еще не все потеряно навсегда. Возобновление работы отечественного германиевого производственного комплекса требует:

- текущего мониторинга германиеносности товарного угля и отрабатываемых угольных пластов;

- восстановления установок по получению германиевого концентрата на коксохимических заводах на основе новейшей ресурсосберегающей технологии обработки надсмольной воды;

- реорганизации и модернизации Северодонецкого химико-металлургического завода, и не только как филиала Запорожского титано-магниевого комбината, поскольку последний также требует модернизации;

- принятия мер по разработке Малобеганского месторождения лигнитов;

- освоения производства зольного концентрата германия от сжигания металлоносного энергетического угля.

Получение германия путем сжигания соответствующего угля - способ, впервые примененный в Англии. Речь идет о распространении в промышленности и коммунальном секторе угольных установок распределенной генерации (УРГ).

Экономическая целесообразность оснащения угольных предприятий едиными топливно-энергетическими комплексами малой и средней мощности доказана начатыми еще в 1990-е годы работами научных учреждений НАН Украины, а именно - Института экономики промышленности и Института геотехнической механики. На современном этапе актуальность внедрения многочисленных УРГ в угольную промышленность значительно возросла из-за кризиса неплатежей, поразившего систему энергоснабжения шахт (см. статью Д.Череватского, Д.Котляренко, А.Стиблия "В ожидании инвестора", ZN.UA №18 от 18 мая 2019 г.).

Современные теплоэлектроцентрали малой и средней мощности при шахтах, обогатительных фабриках и в коммунальном секторе шахтерских поселков, оснащенные необходимыми устройствами (см. К.Сацюк, В.Миняфаев, О.Гузеев и др. Способ получения золы вынесения, содержащей германий, галлий и их соединения: патент Украины №72859, 2007), могут стать важной составляющей первичного звена отечественного рынка германия. И вместе с тем существенно улучшить состояние окружающей среды в старопромышленных регионах.

Установки распределенной генерации целесообразно в первую очередь размещать именно на предприятиях, добывающих и обогащающих энергетический уголь с наибольшей германиеносностью. Сжигание на шахтных энергоблоках 3–4 млн т угля в год может обеспечить получение 10–15 т германия ежегодно.

Нужен ли Germanium Украине?

Украинская макроэкономика нуждается в рынке германия. В первичное звено отечественного рынка германия могут войти производители германиевого коксохимического концентрата, компании-разработчики угольного месторождения категории "Б", то есть залежей с ураганными концентрациями германия, а также предприятия-владельцы УРГ, получающие германиевый зольный концентрат.

Второе и третье звенья рынка должны составить соответствующие химико-металлургические предприятия по переработке германиевого сырья и предприятия-потребители германия и его соединений, выпускающих высокотехнологичную продукцию с высокой добавленной стоимостью.

И прежде всего ключевые задачи создания новейшей германиевой отрасли - экономические: оценка ее значимости для национального хозяйства и определение направлений промышленной политики для экономико-правовой поддержки, выбор модели участия государства и частных компаний в продвижении национального германиевого проекта, в подъеме соответствующих секторов угольной промышленности и т.д.

Без грамотно прописанного рецепта восстановления производства германий так и останется "рассеянным"...