Germanium: ураганно-розсіяна цінність

Водночас тільки в Донецькому вугільному басейні геологічна служба щорічно погашає (списує) близько сотні тонн запасів германію, що відповідає приблизно 60% річного світового виробництва цього стратегічного металу.

Якщо вугілля - справжній хліб промисловості, то рідкісноземельні метали, за висловом академіка Ферсмана, її вітаміни. Германій не є рідкісноземельним металом, він із групи розсіяних, але за дозами вживання та ефектом оздоровлення може бути і вітаміном, і стимулятором промисловості.

До кінця 1930-х років у промисловості германій практично не використовували. Суттєвий попит на германієві напівпровідники та лінзи, зумовлений розвитком електроніки та оптики, з'явився після Другої світової війни, коли було успішно освоєно промислову технологію вирощування монокристалів германію за методом Яна Чохральського (Jan Czochralski).

Бурхливі технологічні трансформації сучасної цивілізації перетворили германій на матеріал ХХІ ст. Зараз цей метал і його сполуки використовують у волоконній оптиці, інфрачервоній техніці, сонячних батареях, детекторах, оптоелектроніці, електроніці, каталізі, медицині, фармацевтиці, косметиці, люмінофорах, металургії та ін.

За даними Геологічної служби США (USGS), світове виробництво первинного германію вже у 2015 р. сягнуло 165 т. За прогнозами, до 2030-го попит на германій становитиме 320–400 т на рік, а його виробництво зросте майже в півтора разу. Основними продуцентами та споживачами германію є високотехнологічні підприємства та наукові установи Бельгії, Німеччини, Канади, Китаю, Росії, США, Франції, Японії.

Довідково: Германій, існування якого Дмитро Менделєєв передбачив під назвою екасиліцій, було відкрито у 1886 р., після того, як в одній із шахт Саксонії знайшли рідкісний мінерал срібла - аргіродіт, зі складу якого Клеменс Вінклер (Clemens Alexander Winkler) вилучив нову речовину, котру класифікував як Germanium (із символом Ge у таблиці Менделєєва).

Геологам відомо, що германію в земній корі більше, ніж, наприклад, сурми, срібла чи вісмуту, але цей елемент дуже розсіяний у породах і рудах.

Природними концентраторами германію є мінералізовані води, гідротермальні розчини та деякі рослини. Зазначені чинники зумовлюють прив'язаність германію до вугільних пластів, однак лише певні вугільні родовища містять його у промислових концентраціях.

Що мали, втратили: як повернути втрачене

До германієвмісних родовищ групи "А" відносять площі вугільних басейнів із вмістом германію не менш як 3 г/т. Саме Донбас і Львівсько-Волинський вугільний басейн мають ресурсний потенціал у понад половину запасів германію всіх країн колишнього СРСР.

Найбільш германієносним є вугілля із низьким ступенем метаморфізму, тобто газове та довгополум'яне, найменш - антрацити.

До групи "Б" належать германій-вугільні родовища бурого вугілля, вуглисті аргіліти та алевроліти з ураганним, тобто аномально високим, вмістом германію (не менш як 100 г/т). В Україні таке родовище розташоване у Берегівському районі Закарпатської області. Середня германієносність продуктивних пластів Малобіганського родовища лігнітів, відкритого понад півстоліття тому, становить приблизно 119 г/т. Однак його освоєння ускладнене геолого-екологічними причинами.

Наявність в Україні багатих на германій вугільних пластів і велика потреба у цьому елементі напівпровідникових та оптико-механічних виробництв, що працювали за радянських часів на обороноздатність країни, зумовили створення потужного комплексу з отримання германію, до якого увійшли спеціалізований цех Запорізького титано-магнієвого комбінату (ЗТМК), Сєверодонецький хіміко-металургійний завод (СХМЗ, філіал ЗТМК) і більш як десять вітчизняних коксохімічних заводів.

Українське вугілля в СРСР служило первинною сировиною для отримання майже 5 т германію на рік. Його отримували завдяки переробці відповідного концентрату, що вироблявся на хімічних установках коксохімічних заводів з допомогою технології екстракції германієвих сполук з надсмольної води. Ще понад 20 т германію виробляли на ЗТМК (СХМЗ) із сахалінського вуглистого аргіліту (вміст становив 150–350 г/т) і відходів оптичних і напівпровідникових заводів.

На початку 2000-х років ЗТМК входив до п'ятірки світових виробників германію. Тоді ж вітчизняні науковці та фахівці галузі стояли на порозі впровадження технології отримання зольного германієвого концентрату від спалювання вугілля на підприємствах теплоенергетики, вагомий внесок у розробку якої зробив співробітник Інституту технічної теплофізики НАН України Вільям Носач.

Та надалі через припинення поставок аргіліту із майже відпрацьованого Новіковського родовища на острові Сахалін і зупинку зношених установок з отримання концентратів германію на коксохімічних заводах потужний вітчизняний комплекс з виробництва германію припинив роботу.

Було не лише втрачено місце серед основних світових експортерів германієвої продукції, але й вітчизняні промисловці перейшли на закупівлю германію та його сполук за кордоном, скоротивши лінійку своїх виробів з високою доданою вартістю.

Українські вугільні родовища, що характеризуються германієвою металоносністю, на сьогодні не використовуються в повному обсязі за комплексним призначенням. Тільки в Донецькому вугільному басейні геологічна служба щорічно погашає (списує) приблизно сотню тонн запасів цього стратегічного металу.

Безповоротні втрати високовартісного германію відбуваються на тлі збитковості або малої рентабельності шахт. Металеве багатство сформованих за тисячоліття вугільних родовищ розноситься вітрами та з водою на шкоду довкіллю і майбутнім поколінням, що залишаються без стратегічних запасів сировини високих технологій.

Проте ще не все втрачено назавжди. Відновлення роботи вітчизняного германієвого виробничого комплексу потребує:

- поточного моніторингу германієносності товарного вугілля та вугільних пластів, що відпрацьовуються;

- відновлення установок з отримання германієвого концентрату на коксохімічних заводах на основі новітньої ресурсозберігаючої технології обробки надсмольної води;

- реорганізації та модернізації Сєверодонецького хіміко-металургійного заводу, і не лише як філіалу Запорізького титано-магнієвого комбінату, бо той також потребує модернізації;

- вжиття заходів із розробки Малобіганського родовища лігнітів;

- освоєння виробництва зольного концентрату германію від спалювання металоносного енергетичного вугілля.

Отримання германію через спалювання відповідного вугілля є способом, який вперше було впроваджено в Англії. Йдеться про поширення в промисловості і комунальному секторі вугільних установок розподіленої генерації (УРГ).

Економічну доцільність оснащення вугільних підприємств єдиними паливно-енергетичними комплексами малої та середньої потужності доведено розпочатими ще у 1990-х роках працями наукових установ НАН України, а саме - Інституту економіки промисловості та Інституту геотехнічної механіки. На сучасному етапі актуальність впровадження численних УРГ у вугільній промисловості значно зросла через кризу неплатежів, що вразила систему енергопостачання шахт (див. статтю Д.Череватського, Д.Котляренка, А.Стіблія "В очікуванні інвестора", DT.UA №18 від 18 травня 2019 р.).

Сучасні теплоелектроцентралі малої та середньої потужності при шахтах, збагачувальних фабриках і в комунальному секторі шахтарських селищ, оснащені необхідними пристроями (див. К.Сацюк, В.Міняфаев, О.Гузеєв та ін. Спосіб одержання золи винесення, що містить германій, галій і їх сполуки: патент України №72859, 2007 ), можуть стати важливою складовою первинної ланки вітчизняного ринку германію. І разом із тим суттєво поліпшити стан довкілля в старопромислових регіонах.

Установки розподіленої генерації доцільно першочергово розміщувати саме на підприємствах, які видобувають і збагачують енергетичне вугілля з найбільшою германієносністю. Спалювання на шахтних енергоблоках 3–4 млн т вугілля на рік може забезпечити отримання 10–
15 т германію щорічно.

Чи потрібен Germanium Україні?

Українська макроекономіка потребує ринку германію. До первинної ланки вітчизняного ринку германію можуть увійти виробники германієвого коксохімічного концентрату, компанії-розробники вугільного родовища категорії "Б", тобто покладів з ураганними концентраціями германію, а також підприємства-власники УРГ, що отримують германієвий зольний концентрат.

Другу і третю ланки ринку мають становити відповідні хіміко-металургійні підприємства з переробки германієвої сировини й підприємства-споживачі германію та його сполук, що випускають високотехнологічну продукцію з високою доданою вартістю.

І перш за все ключовими завданнями створення новітньої германієвої галузі є економічні: оцінка її значущості для національного господарства і визначення напрямів промислової політики щодо економіко-правової підтримки, вибір моделі участі держави і приватних компаній у просуванні національного германієвого проекту, у підйомі відповідних секторів вугільної промисловості та ін.

Без грамотно прописаного рецепту поновлення виробництва германій так і залишиться розсіяним…