ТОМСК, 24 окт – РИА Томск. Редкоземельные элементы – стратегическая основа современной промышленности: без них не будет ни электроники, ни космоса, ни атомной энергетики. Почему они стали столь важны, в чем особенность томских исследований и кто готовит специалистов для новой отрасли, рассказал в интервью РИА Томск директор Инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета Роман Оствальд.Ранее сообщалось, что с 20 по 24 октября в ТПУ проходит II Сибирский химический симпозиум. Открытые лекции проводят ведущие химики страны. По данным пресс-службы вуза, с докладами выступают ученые из Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Новосибирска, Ставрополя, Ханты-Мансийска, Калининграда, Махачкалы и других городов."Редкоземельные элементы – это стратегический ресурс, вокруг которого много спекуляций"– Почему сегодня на редкоземельные элементы делают ставку не только отдельные отрасли, но и целые государства?– Вокруг редкоземельных элементов, как и вокруг других "хайповых" тем, всегда очень много спекуляций. Но если отбросить ажиотаж, становится понятно, почему их называют стратегическим ресурсом. Они обеспечивают самые наукоемкие и технологичные отрасли промышленности – электронику, атомную энергетику, освоение космоса и другие.Те страны, которые развивают стратегические области экономики, неизбежно ставят и задачу получения чистых редкоземельных элементов. Одно неразрывно связано с другим.Редкоземельные элементы известны человечеству с конца XIX века. Первое применение было связано с газоразрядными лампами для освещения улиц. Специально изготовленные сетки, пропитывали солями редкоземельных элементов, под действием пламени появлялось яркое свечение – это было начало их "люминесцентной" эпохи.Дальше все развивалось, как часто бывает в науке: сначала считали, что это красивая химическая особенность, а потом выросли целые отрасли – от освещения до атомной энергетики и космоса.– А как распределяются ресурсы в мире?– Китай сегодня контролирует большую часть мировой добычи и переработки редкоземельных элементов. Это стало возможным из-за сочетания факторов: огромной ресурсной базы, дешевой рабочей силы и государственной поддержки отрасли.До 2010 года Китай поставлял концентраты и оксиды на мировой рынок, и это всех устраивало – и Европу, и США, и Россию. Но в один момент Пекин ввел ограничения на экспорт, и цены на мировом рынке выросли, на некоторые из редкоземельных элементов в десятки раз. Тогда почти все развитые страны запустили собственные программы по развитию этой отрасли. Россия – не исключение.Если говорить о запасах, то руд, содержащих редкоземельные элементы, в мире немало, и в России их тоже достаточно. Есть месторождения в Мурманской области, на Урале и в Сибири, в Якутии и на Байкале. Однако проблема в другом – в экономике и технологии процесса. Сложность в их выделении из комплексных руд и месторождений, очистки от примесей, в том числе урана и тория. Необходимо сделать это безопасно и экономически выгодно."В Томске сконцентрированы знания полного цикла – от руды до материала"– Почему именно Томский политех развивает это направление? Это тренд или запрос от промышленности?– Для нас это не мода, а логичное развитие того, чем университет занимался десятилетиями.Одно из направлений в Томском политехе изначально создавалось под нужды атомной отрасли, и химические технологии, которые используются в ядерно-топливном цикле, очень близки к технологиям получения редкоземельных элементов. У нас сильная химическая школа, мощное материаловедение, выдающаяся геологическая школа. А рядом – Туганское месторождение, где в монаците содержится до 10% редкоземельных элементов.– В чем особенность исследований ТПУ по этому направлению?– В комплексном подходе. В университете выстроен полный цикл исследований, который охватывает все этапы работы с редкоземельными элементами – от геологии месторождений и минералов до получения чистых веществ, металлов и материалов на их основе. Здесь задействованы разные научные группы, каждая отвечает за свой участок, и вместе они представляют собой единую систему – от геологии до готовых технологий.Начинается все с геологического и минералогического блока. Наши специалисты работают с реальными месторождениями, большой опыт работы с добывающими предприятиями, собственный учебный полигон для обучения специалистов и отработки научных гипотез.Специалисты инжинирингового центра неорганических материалов занимаются первичной обработкой и обогащением: дроблением, измельчением, магнитной и электростатической сепарацией, а также гравитационными методами.Так, совместно с Туганским горно-обогатительным комбинатом команда проводила крупный цикл исследований по выделению ильменитовой и монацитовой фракций. Это нужно, чтобы сконцентрировать минералы, содержащие редкоземельные элементы, и уже после этого переходить к химическому вскрытию. На этом этапе подбираются режимы работы оборудования, характеристики сырья и другие технологические параметры, чтобы повысить степень извлечения редкоземельных элементов и получить стабильный концентрат.Далее хочу выделить коллектив кафедры химической технологии редких, рассеянных и редкоземельных элементов, здесь специалисты занимаются вскрытием руды и переводом ее в растворимую форму, очисткой от примесей и разделением самих элементов.Ключевая технологическая проблема в том, что редкоземельные элементы, чрезвычайно близкие по химическим свойствам. Более того, существуют "парные" элементы – например, неодим и празеодим, самарий и европий, которые в растворах ведут себя почти одинаково, и разделить их крайне сложно. Поэтому здесь используется несколько подходов: сорбционные и экстракционные технологии, а также селективное окисление и восстановление.Также одним из направлений исследований на кафедре является поиск альтернативных технологий вскрытия минерального сырья. Это хлораммонийные и фтороаммонийные процессы, которые позволяют работать с теми же минералами мягче: аммонийные соли действуют как вскрывающий агент и переводят редкоземельные элементы в форму хлоридов или фторидов, которые в свою очередь могут быть использованы для электролиза и получения чистых металлов.Эти технологии в ТПУ тестировались при поддержке Минпромторга, и результаты оказались очень успешными – высокая степень вскрытия, чистота продуктов и возможность промышленного масштабирования.Ведут у нас также и исследования и разработку технологических решений в части электрохимических технологий. Это технологии получения редкоземельных металлов из расплавов солей.Сейчас запускается проект по созданию неодимового электролизера, который позволит получать металл высокой чистоты. Также рассматривается идея обратной переработки – извлекать неодим и другие элементы из отработанных магнитов и использовать их повторно. Это направление особенно актуально в связи с развитием циклической экономики, когда ресурсы должны возвращаться в оборот.Кроме электролиза, наши химики прорабатывают металлотермические процессы, при которых восстановление идет за счет активных металлов. Это сложнее с точки зрения подбора реагентов, но дает высокую чистоту конечного продукта.Есть и материаловедческая часть исследований. Это реализация высокотемпературных процессов и создание сверхтвердых материалов и покрытий с добавками редкоземельных элементов. Такие материалы применяются в атомной, космической и авиационной промышленности.Покрытия с РЗЭ повышают прочность и износостойкость, снижают трение, увеличивают стойкость к радиации и перепадам температур. Некоторые материалы используются для трубчатых систем в энергетике, где нужны антифрикционные свойства, а другие – как внешние защитные пленки для оборудования.Таким образом, у нас охвачены все ключевые направления. Геологи изучают месторождения и минералы. Инженеры и химики – способы их вскрытия и разделения. Электрохимики получают металлы, а материаловеды превращают их в изделия и покрытия.Мы не просто исследуем свойства редкоземельных элементов – мы фактически замыкаем весь технологический цикл – от руды до практического применения, от науки до конкретных технологий, которые можно внедрять в производство.– Где редкоземельные элементы применяются сегодня, и какие из направлений можно назвать ключевыми?– Сегодня у них несколько традиционных направлений применения. Первое – это магниты. Самый известный магнит, который все знают, – неодим-железо-бор. Он гораздо мощнее обычных ферритовых магнитов. Именно на этих материалах работают двигатели современных гибридных и электрических автомобилей, многие электрокары. Магнитные свойства неодима, празеодима и других элементов делают возможными миниатюрные, но мощные моторы, сенсоры, доводчики.Второе направление – люминесценция. Сначала эти свойства использовались в освещении, потом – в электронике. Сегодня редкоземельные люминофоры есть во всех гаджетах, телевизорах, светодиодных панелях. Разные элементы дают свой цвет свечения, например европий красный, тербий зеленый, неодим синий и фиолетовый, самарий и церий желтый.Третье – катализаторы. Без них не обходится современная химическая промышленность: от производства полимеров до нефтепереработки и современных видов топлива.Есть и более узкие области. Например, диоксид церия используется для полировки оптических стекол и объективов, что улучшает качество фото- и видеосъемки. Или гадолиний – он обладает рекордным сечением захвата тепловых нейтронов, благодаря чему применяется в ядерной энергетике, в стержнях управления и защиты.А еще есть направление радиоизотопных термоэлектрогенераторов, или РИТЭГов. Это то, что в народе называют "ядерными батарейками". Некоторые изотопы редкоземельных элементов способны выделять энергию при распаде, и ее можно превращать в тепло или электричество. Конечно, телефоны такими батарейками никто заряжать не будет, но для космоса, для Арктики, где нужна автономная энергия, это очень перспективно."Сейчас главное – не просто знать, а понимать технологию"– Какие специалисты сегодня нужны в этой отрасли, и готовит ли ТПУ таких людей?– На каждом этапе процесса нужны разные специалисты. Геологи ищут и оценивают месторождения. Химики разрабатывают методы вскрытия и разделения. Технологи и инженеры проектируют установки. Материаловеды создают конечные изделия и покрытия. Плюс автоматизация, электроника, экономика – ведь речь идет не о лабораторных опытах, а о больших производственных циклах.В Томском политехе есть все, чтобы готовить таких специалистов. У нас исторически сложилась школа по химической технологии редких и рассеянных элементов. Мы выпускаем инженеров-химиков, специалистов по автоматизации, материаловедов. Студенты проходят практику на предприятиях, в инжиниринговых центрах и компаниях, работают с реальными образцами руд, с промышленными установками. Многие уже с третьего курса включаются в исследовательские проекты и некоторые остаются в университете после выпуска.– Насколько сегодня остро стоит вопрос с кадрами в этой отрасли?– Кадровый дефицит есть. Он был и раньше, а с ростом интереса к редкоземельным элементам стал еще заметнее. Сейчас в России обсуждаются десятки проектов по переработке и разделению, а специалистов мало. И это не только инженеры, но и управленцы, экономисты, аналитики. Мы готовы участвовать в подготовке кадрового ядра для новой отрасли.– Можно ли сказать, что Томск становится центром компетенций по редкоземельным элементам?– Думаю, да. Здесь собраны все необходимые составляющие: ведущие университеты, сильные научные коллективы, лаборатории, современное оборудование и, самое главное, есть задел и опыт, чтобы объединить разных специалистов в одну проектную команду. И этот потенциал нужно использовать.В Томской области обсуждалась и идея создания кластера редкоземельных исследований – объединить усилия университетов и научных центров, чтобы развивать технологии полного цикла. Такую инициативу несколько лет назад предлагала замгубернатора Людмила Огородова.Томск обладает всем, что нужно для этого: кадровыми ресурсами, исследовательской базой и рядом – сырьевой площадкой. Поэтому именно здесь можно выстроить пилотный проект и создать площадку, где наука будет напрямую соединяться с промышленностью
