Від промислових відходів до стратегічних корисних копалин

Червоний шлам, токсичний відхід алюмінієвої плавильної промисловості, переоцінюється США як стратегічний мінеральний ресурс. У гонитві за контроль над світовим ланцюгом поставок США експериментують з можливістю вилучення багатьох рідкісних металів, прихованих у цьому «брухті».

Світова алюмінієва промисловість щорічно виробляє понад 150 мільйонів тонн червоного шламу. (Джерело: Discovery Alert)

У сучасній технологічній конкуренції перевага нації полягає не лише в кінцевому продукті, такому як чіпи, супутники, радари чи оборонне обладнання. За цими продуктами стоїть менш помітна, але важлива основа: матеріали.

Без відповідних матеріалів навіть передові конструкції важко впровадити у виробництво. Без стабільних поставок високотехнологічна виробнича лінія може бути порушена. Тому критично важливі метали, такі як галій, скандій та деякі рідкісноземельні елементи, все частіше розглядаються як частина економічної та промислової безпеки.

Чому галій та скандій важливі?

Галій та скандій – це метали, не знайомі широкому загалу, але вони відіграють особливу роль у високотехнологічних виробничих ланцюгах.

Галій використовується в напівпровідникових сполуках, зокрема арсеніді галію та нітриді галію, матеріалах, що застосовуються в електроніці, телекомунікаціях, світлодіодах, сонячних елементах та багатьох інших високотехнологічних системах. У деяких застосуваннях сполуки галію перевершують традиційний кремній завдяки своїй здатності працювати на високих частотах, високій потужності або в суворих умовах.

Скандій знову привертає увагу в галузі легування. У поєднанні з алюмінієм скандій створює легкий, міцний сплав з великим потенціалом в аерокосмічній промисловості та застосуваннях, що вимагають високого співвідношення міцності до ваги. Примітно, що, згідно з веб-сайтом Discovery Alert , світове виробництво оксиду скандію наразі становить лише 10-15 тонн на рік, що є дуже малою цифрою порівняно зі швидко зростаючим попитом, що створює структурний дефіцит пропозиції. Тому цінність скандію полягає не в його великому обсязі споживання, а в його здатності покращувати властивості матеріалів та його незамінній дефіцитності.

Це спільна характеристика багатьох стратегічних корисних копалин: вони можуть не використовуватися у величезних кількостях, але їх важко замінити. Невелика кількість матеріалу може визначити продуктивність цілої системи. Для таких галузей, як напівпровідники, телекомунікації, чиста енергетика та оборона, стабільність постачання матеріалів є фундаментальною умовою.

Вузькі місця в ланцюжку поставок

Для США головна проблема полягає в тому, що деякі критично важливі матеріали не мають достатньо сильних внутрішніх поставок. Що стосується галію, то світові постачання значною мірою зосереджені в Китаї. Що стосується скандію, то США також не мають значних внутрішніх потужностей для видобутку або комерційного видобутку.

Ця залежність — не лише економічне питання. У контексті технологічної та торговельної конкуренції між великими державами постачання корисних копалин може стати інструментом тиску. Коли критично важливий матеріал підлягає експортному контролю, підприємства, що залежать від нього, стикаються з ризиком зростання цін, дефіциту або необхідності шукати альтернативні джерела в короткостроковій перспективі.

Протягом багатьох років глобалізація призводила до ланцюгів поставок, оптимізованих за витратами. Але зі зростанням геополітичної конкуренції цей підхід став недостатнім. Дешеве, але надмірно концентроване джерело поставок може стати ризикованим. Ефективний ланцюг поставок, що залежить від однієї країни, може бути вразливим, коли політика змінюється.

Для США завдання полягає не лише в пошуку більшої кількості руди. Найскладніша частина — це побудова всього ланцюжка: видобуток, рафінування, переробка, стандартизація та інтеграція матеріалів у промислові системи. Без ресурсів та можливостей переробки країна залишається залежною від зовнішніх джерел.

У цьому контексті США переглядають інформацію про червоний шлам, відхідний продукт, що утворюється під час рафінування глинозему з бокситової руди, оскільки він може стати вторинним джерелом кількох стратегічних металів, таких як галій та скандій.

Від відходів до потенційного джерела енергії

Червоний шлам є побічним продуктом виробництва глинозему, проміжної сировини для виробництва алюмінію. Через свій складний склад і високу лужність червоний шлам зазвичай зберігається у спеціалізованих резервуарах або на сміттєзвалищах.

Протягом десятиліть червоний шлам розглядався переважно як екологічна проблема: з ним необхідно безпечно поводитися, запобігаючи витокам та уникаючи забруднення ґрунту та води. Світова алюмінієва промисловість щорічно скидає приблизно 150 мільйонів тонн червоного шламу, але рівень повторного використання наразі становить лише близько 2%.

Але червоний шлам – це не просто відходи. Усередині він також може містити ті самі метали, яких бракує США. В інтерв'ю інформаційній екосистемі AL Circle ... У травні професор Грішма Гадікота з Колумбійського університету заявив, що галій у червоному шламі зазвичай міститься на рівні 50–80 ppm (тобто в 1 тонні червоного шламу...). Він міститиме приблизно від 50 до 80 грамів металу (галію), скандію 70–120 ppm та рідкоземельні елементи від 400 до 2000 ppm залежно від джерела бокситів.

Ставок червоного шламу №4 на глиноземному заводі Atalco в Гремерсі, штат Луїзіана, США. (Джерело: Louisiana Illuminator)

Незалежні дослідження також показали, що концентрація скандію в червоному шламі може сягати 100-800 ppm, що перевищує більшість первинних родовищ, які зараз видобуваються у світі. Діоксид титану коливається від 1 до 10%, тоді як скандій, як було визначено, становить до 95% загальної економічної цінності рідкоземельних елементів у червоному шламі.

Замість того, щоб просто шукати нові родовища, американські дослідники та підприємства починають вивчати існуючі вторинні джерела. За словами професора Гадікоти, відвал Гремерсі в Луїзіані, єдиний глиноземний завод у США, містить понад 30 мільйонів тонн червоного шламу. Якщо вміст скандію там досягне приблизно 80 ppm, загальна кількість скандію, що зберігається, може сягнути 2400 тонн. Очікуваний потенційний вміст оксиду титану становить 0,6 мільйона тонн, що еквівалентно 40–60% від загального річного попиту США на діоксид титану.

Саме тому Міністерство оборони США інвестувало 29,9 мільйона доларів у гірничодобувну та переробну компанію ElementUSA для будівництва пілотного заводу в Греймерсі, водночас компанія оголосила про плани будівництва комерційного об'єкта вартістю 850 мільйонів доларів.

У січні компанія Atlantic Alumina, виробник та переробник глинозему, оголосила про стратегічне партнерство з федеральним урядом вартістю 450 мільйонів доларів для будівництва першого в Америці великомасштабного заводу з виробництва галію. Це чіткі сигнали того, що історія з червоним шламом вийшла за межі лабораторії.

Вилучення металів з червоного шламу має два одночасні наслідки: воно зменшує навантаження на навколишнє середовище, якщо частину відходів можна переробити та використовувати повторно, а також відкриває можливість доповнення внутрішніх поставок для високотехнологічних галузей промисловості без повної залежності від нового видобутку корисних копалин, який часто займає багато років і стикається з екологічними вимогами, дозволами та негативною реакцією громадськості.

Звичайно, вторинні джерела, такі як червоний шлам, не можуть повністю замінити традиційні шахти, але вони можуть стати частиною стратегії диверсифікації. Однак не всі родовища червоного шламу однакові. Склад залежить від джерела бокситів, технології переробки та умов навколишнього середовища. Дослідницькі проекти повинні починатися з аналізу зразків, визначення вмісту, оцінки потенціалу видобутку та розрахунку витрат, перш ніж розглядати питання про те, чи відповідає видобутий продукт галузевим стандартам та чи є він конкурентоспроможним з імпортними джерелами.

Очікування не слід завищувати.

Вкрай важливо не ставитися до історії з червоним шламом як до готового рішення. Від ідеї до комерційного виробництва – це довгий шлях, що супроводжується щонайменше чотирма основними викликами.

З технологічної точки зору, вилучення металів з червоного шламу вимагає складного процесу. Якщо використовуються сильні хімікати, необхідна вторинна обробка відходів; якщо витрачається забагато енергії, екологічна ефективність може бути поставлена ​​під сумнів.

З економічної точки зору, низький вміст металу та високі витрати на видобуток можуть зробити продукт дорожчим, ніж імпортні джерела, що перешкоджатиме комерціалізації проекту.

Що стосується масштабу, успішний експеримент з кількома кілограмами зразка не гарантує успіху з мільйонами тонн червоного шламу. Промисловий масштаб вимагає зовсім іншого обладнання, капіталу та стандартів безпеки.

Що стосується ринку, то навіть якщо метал буде видобутий, підприємствам все одно потрібні промислові клієнти, стандарти якості та довгострокові контракти.

Таким чином, доречною перспективою є розглядати червоний шлам як потенційний ресурс, а не як «гарантований скарб». Він може сприяти зменшенню ризиків у ланцюжку поставок, але поки що не може замінити всю сучасну мінеральну систему.

Історія матеріальної конкуренції

З точки зору червоного шламу, ми можемо ширше розглянути конкуренцію за матеріали серед провідних економік. В епоху високих технологій матеріали обслуговують не лише одну галузь, а й знаходяться на перетині багатьох галузей: чистої енергетики, електроніки, телекомунікацій, авіації, оборони та штучного інтелекту.

Це змінює розуміння ресурсів. Раніше нафта і газ були центральними для енергетичної безпеки. Сьогодні літій, кобальт, рідкоземельні елементи, галій, скандій та багато інших матеріалів стали частиною технологічної безпеки, не замінюючи традиційні джерела енергії, а додаючи новий рівень конкуренції.

США, Європа, Японія та Південна Корея прагнуть зменшити свою залежність від висококонцентрованих джерел постачання шляхом переробки, відновлення, накопичення запасів, розробки альтернативних матеріалів та встановлення партнерських відносин з країнами, які мають надійні ресурси. У цьому контексті червоний шлам є яскравим прикладом цього нового мислення: не варто забувати про вторинні ресурси.

Історія з червоним шламом ілюструє парадокс епохи високих технологій: найрозвиненіші галузі промисловості можуть залежати від матеріалів, які колись вважалися відходами. Оскільки галій, скандій та інші критично важливі метали стають вузькими місцями в ланцюжку поставок, червоний шлам більше не є лише екологічною проблемою, а може стати частиною стратегії використання матеріалів. Однак, цей напрямок ще належить з'ясувати.

Джерело: https://baoquocte.vn/tu-chat-thai-cong-nghiep-den-khoang-san-chien-luoc-396981.html