Наследие звездных войн
Украина обладает значительными запасами скандия — одного из самых перспективных для промышленного внедрения редкоземельных металлов. Сплавы с его добавлением станут уникальным конкурентным преимуществом нашей стране не только в высокотехнологичных отраслях, но и в производстве потребительских товаров
Всего два раза за историю освоения космоса человек играл в гольф в безвоздушном пространстве. В первый раз, в 70−х, это был американский астронавт Алан Шепард, страстный энтузиаст гольфа. Он еле выпросил у NASA разрешение захватить на Луну три шарика, а клюшкой ему послужил подходящий по размеру кусок арматуры. Зато спустя три с половиной десятилетия второй космический удар клюшки по мячу был частью масштабной рекламной кампании. В руках у гольфиста — на сей раз российского астронавта Михаила Тюрина — была эксклюзивная позолоченная клюшка производства канадской компании Element 21, сделанная из космического сплава (алюминий с добавками скандия). До сих пор неизвестно, сколько заплатили предприниматели агентству «Росавиакосмос» за орбитальную рекламу, но она была невероятно успешной. О нем и о скандии — уникальном химическом элементе — заговорили. Все 230 копий клюшки для космического гольфа были раскуплены на Земле с невероятной скоростью.
Благодаря такому незаурядному ходу Element 21 (21 — это порядковый номер скандия в периодической системе химических элементов Менделеева) удалось стать одной из первых компаний, успешно коммерциализировавших скандиевые технологии. Этот металл раньше использовался в космических и оборонных проектах, причем безоговорочное преимущество принадлежало Советскому Союзу. Из скандиевых сплавов была сделана орбитальная станция «Мир», а также Международная космическая станция; подобные сплавы нашли применение в истребителях МиГ-29, МиГ-31, Су-27, в военных ракетах системы АнтиСОИ, направленной против Стратегической оборонной инициативы США. Скандий уникален тем, что даже небольшое добавление его к алюминию позволяет создать материал с фантастическим соотношением легкости и прочности. По последнему показателю алюмо-скандиевые сплавы на 50% превосходят все известные высокопрочные соединения металлов (на 20% — титановые сплавы). Кроме того, материалы с добавлением скандия обладают выдающейся пластичностью, коррозионной стойкостью и обходятся дешевле композиционных.
По данным Национальной академии наук Украины, наша страна по запасам скандия занимает первое место в Европе, входя в пятерку мировых лидеров. Скандий, который еще называют «металлом двадцать первого столетия», — это уникальный шанс для нас, и его необходимо использовать, пустив в ход разработки украинских ученых и привлекая иностранных партнеров к совместным производственным проектам.
Горечь чужого успеха
Еще десять лет назад отечественные исследователи, занимающиеся скандием, с радостью встретили бы успех канадских производителей спорттоваров из этого металла. Ведь чем популярней он на мировом рынке, тем выше на него спрос, что способствует активному развитию и удешевлению дорогостоящей технологии добычи скандия. Но сейчас успех Element 21 указывает на упущенные Украиной возможности. Патенты на уникальные сплавы канадская корпорация приобрела в 2001 году у компании Ashurst Technologies Ltd. Последняя пыталась добывать в нашей стране скандий, но обанкротилась в конце 90−х. Инновационная компания не смогла работать в нестабильной инвестиционной среде.
В конце 80−х Украина была одним из крупнейших производителей скандия в мире, но теперь наше отставание от лидера — России — стало более значительным. Партнером канадской Element 21 является российский Каменецк-Уральский металлургический завод, а не украинские заводы, на которых разрабатывались не имеющие аналогов технологии. Такие, к примеру, как Восточный горно-обогатительный комбинат (ВостГОК), единственное в Украине и крупнейшее в Европе предприятие по добыче и переработке урановой руды. Он перерабатывает руды Желтореченского месторождения. Именно здесь было создано совместное предприятие с американским инвестором — компанией Ashurst Technology Ltd. На иностранных производствах для получения скандия в ход идут отходы уранового производства, так называемые «хвосты». Но украинским ученым удалось создать экономически выгодную технологию, которая позволила наладить производство вспомогательного алюмо-скандиевого сплава (лигатура с двухпроцентным содержанием скандия) непосредственно из урановой руды. Стоимость сплава российского производства колеблется в интервале от 50 до 75 долларов за килограмм. Специалисты ВостГОКа подсчитали, что на отечественном предприятии необходимо перерабатывать 1600 тонн руды ежегодно, и тогда при стабильно высоком качестве алюмо-скандиевый сплав украинского производства стоил бы 30–35 долларов за килограмм.
Такие объемы производства вполне реально было обеспечить заказами. В 1996 году Ashurst Technology Ltd. удалось заключить несколько выгодных контрактов, в частности, с компанией Easton Sports Inc., крупнейшим производителем спортивных товаров из алюминия — бит для бейсбола, софтбола, велосипедных рам, клюшек для гольфа и хоккея и другого спортинвентаря. В то же время был подписан договор на покупку лигатуры с крупным американским производителем алюминия. Полным ходом шли переговоры с авиа-, судо— и автомобилестроительными компаниями. Однако руководство Ashurst допустило роковой просчет, приняв решение диверсифицировать бизнес и поучаствовать в добыче золота в Украине. Их деньги ушли в никуда. Ashurst и госкомпания «Укрзолото» заключили договор на совместную разработку пяти месторождений, запасы драгоценного металла в которых украинские геологи оценивали в 500–600 тонн. Объемы инвестиций канадской компании, согласно договору, составили бы около 30 млн долларов в обмен на двадцатипятипроцентную долю в новосозданной компании Ukraine Gold International. Проект был начат при правительстве Павла Лазаренко, но после его отставки он был блокирован постановлением следующего премьер-министра Валерия Пустовойтенко. Вложенные средства (около четырех миллионов долларов) иностранным инвесторам не вернули. Ударом, от которого они (компания инвестировала в различные украинские проекты примерно 40 млн долларов) так и не оправились, стала смена руководства ВостГОКа, отказавшегося от дальнейшего сотрудничества. После выхода Ashurst Technology из проекта комбинат перестал заниматься добычей скандия.
Урон, нанесенный отрасли непродуманными действиями государства, очень серьезный, поскольку отрасль стояла на пороге новых открытий. Обычно скандий рассеян по земной коре: он присутствует в мизерном количестве во множестве минералов. Собственные минералы скандий создает очень редко, а собственные месторождения — тем более. Однако в нашей стране есть и то, и другое. При исследовании урановых руд в Желтых Водах (Днепропетровская область) в середине 90−х геологи обнаружили скопления минерала с огромным содержанием скандия — около одного килограмма в тонне. Между тем добыча этого металла становится выгодной уже при содержании 20–30 граммов его в тонне руды. Тогда ученые не смогли зарегистрировать новый минерал: чтобы узнать его состав, нужна была сверхчувствительная техника. «Если продолжить исследования по этой теме, можно было бы и технологию добычи скандия удешевить в разы, потому что одно дело — добывать скандий из силикатов, и совсем другое — из легкорастворимого минерала, такого, как найденный нами», — говорит профессор минералогии Киевского национального университета имени Тараса Шевченко Владимир Павлишин.
Точный объем запасов месторождения скандия в Желтых Водах до сих пор не установлен, но оно после неудачи компании Ashurst Technology уже не привлекает иностранных инвесторов. «Репутацию можно изменить в лучшую сторону, если предложить иностранцам такие условия, от которых они не смогут отказаться. Это может быть, к примеру, долевое участие в Восточном горно-обогатительном комбинате. Но для этого необходимо, чтобы он подлежал приватизации, а наше государство к этому пока не готово», — считает научный сотрудник Института изучения России (Киев) Сергей Гончаров. Даже если возможность производства скандия на ВостГОКе упущена, в Украине есть и другие предприятия, которые смогут наладить его выпуск.
Кому нужны «хвосты»
Уникальный металл можно добывать и на базе уже разрабатываемых месторождений различных руд (ильменитов, вольфрамитов, циркониевых руд и др.), а также при переработке бокситов. Необходимые технологии в Украине разработаны и опробованы. Базой для производства скандия может стать Запорожский титано-магниевый комбинат (ЗТМК), который занимается производством титановой губки из ильменитовых концентратов. Технология производства скандия из украинских ильменитов была создана еще в начале 60−х, и впервые ее использовали в Казахстане на Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате. Она позволяла извлечь всего 15% содержащегося в сырье металла. Спустя почти тридцать лет, после доработки технологии, когда ее эффективность возросла до 85%, ЗТМК развернул опытную линию по производству скандия и выпустил первые партии оксида этого металла. Вот только производство проработало всего месяц, так и не выйдя из рамок эксперимента: на комбинате начались финансовые проблемы, да и военные заказы в конце 80−х перестали поступать. Сейчас предприятие не намерено возобновлять производство скандия. «Это требует больших капитальных затрат. Сегодня комбинат использует все свои ресурсы для технического перевооружения производства губчатого титана и создания производства более наукоемкой продукции — титановых слитков и слябов», — говорит генеральный директор ЗТМК Владислав Тэлин. А компоненты, необходимые для извлечения скандия, все еще производят на Приднепровском химзаводе (Днепродзержинск Днепропетровской области), и еще живы разработчики технологии. Аналогичное производство было реализовано в Китае. Правда, китайский промышленный шпионаж дал осечку: позаимствованная украинская технология воспроизведена не полностью, поэтому качество нашей продукции значительно выше.
Можно добывать скандий и из переработанных Николаевским глиноземным заводом (НГЗ) бокситов. Его «хвосты» — это богатейшая россыпь ценных элементов. Скандия в них 50–100 граммов на тонну, а еще они содержат иттрий, лантан, неодим и галлий. На предприятии накоплено около 12 млн тонн красного шлама (так называются отходы НГЗ). На заводе тоже была запущена опытная линия по производству оксида скандия, но сейчас она не работает. «Добыча содержащихся в красном шламе элементов экономически оправдана только в том случае, если все они, или хотя бы девяносто процентов, найдут сбыт. Без реализации всей массы продуктов, которые получаются при такой комплексной утилизации, никакие цены на редкие металлы не покроют даже расходы на реагенты для их извлечения», — уверяет старший мастер гидрометаллургического цеха НГЗ Александр Скворцов.
Дороговизна или несовершенство технологии — преодолимые препятствия для этих предприятий. Гораздо важнее наладить сбыт дорогостоящего продукта. Необходима гарантированная реализация инновационных сплавов, причем не одноразовая, а постоянная. Очевидно, что коммерческое предприятие-производитель скандиевой лигатуры в одиночку не сможет выйти на большие заказы на свою специфическую продукцию. Скандий не торгуется на товарных биржах. Хотя он уже используется в товарах народного потребления, львиную долю заказов по-прежнему составляют традиционные сферы употребления скандия — оборонная промышленность и авиастроение, где контроль над ними во многих странах централизован. На крупного покупателя вроде Boeing николаевским или запорожским производителям будет проще выйти не напрямую, а через Институт проблем материаловедения (ИПМ) НАН Украины, который уже работает с американскими самолетостроителями. Ключом к действительно крупным зарубежным заказчикам станут наши собственные высокотехнологичные производства.
Выстроить цепочку
Валентин Бадрак, директор Центра исследований армии, конверсии и разоружения
У скандиевых разработок украинских ученых нет аналогов за рубежом. Более того, они обходятся дешевле: в распоряжении ИПМ находятся уникальные установки, которые позволяют проводить опыты на небольших образцах новых сплавов, а это снижает стоимость исследований. Сейчас институт проблем материаловедения НАН Украины сотрудничает с заказчиками из США, Испании, Южной Кореи. Это крупнейшие исследовательские институты, судостроительные корпорации, гиганты военного и гражданского авиапрома. К примеру, один из сплавов, зарегистрированных в патентном бюро США, украинские ученые разрабатывали совместно с американской исследовательской организацией Air Force Research Laboratory. Однако такого несистемного проектного сотрудничества недостаточно для развития отечественной скандиевой индустрии. Для успеха необходимо построить прочную цепочку международной кооперации, в которую вошли бы украинские производители скандия, научные организации, отечественные высокотехнологичные производства и их зарубежные партнеры.
Перспективный мировой спрос на скандий огромен. По оценкам аналитиков, ежегодно в мире производится около 400 килограммов оксида скандия, а потребляется более двух тонн (разница за счет накопленных запасов). Основные потребители — это страны с высоким уровнем развития технологий (США, Япония, Франция, Южная Корея, Великобритания, Россия). Применение скандия не ограничивается только сферой авиа— и ракетостроения. «Высокопрочные сплавы со скандием могут быть использованы и в криогенной технике. Там они вполне могут составить конкуренцию титановым сплавам — они дешевле, легче и не такие хрупкие», — рассказывает заведующий отделом физики высокопрочных и метастабильных сплавов ИПМ НАН Украины Юлий Мильман. Помимо военных лазеров, скандий применяется и в безобидных галогеновых лампах, и в сверхпрочных керамических зубных протезах. А использование скандиевых сплавов в автопроме уже сегодня позволит сделать автомобильные моторы легче, прочнее и надежнее.
Лидеры машиностроения уделяют много внимания скандиевым сплавам. «Зарубежный авиапром подошел почти к пределу совершенства, которое допускают современные технологии. Airbus и Boeing борются за каждый килограмм веса своих самолетов, и скандиевые сплавы могут быть важным преимуществом», — подчеркнул Сергей Гончаров. Иностранные компании могут заинтересоваться отечественным скандием, если надежная украинская компания выступит их технологическим партнером. Но на нашем рынке скандий почти не востребован: он не используется даже в сверхтяжелых самолетах Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрія», где и малая процентная экономия в весе деталей может сделать самолет легче на одну-пять тонн. Скандиевые сплавы для украинских авиастроителей просто некому разрабатывать. После распада Советского Союза единственный отраслевой институт, создающий сплавы для авиации, остался в Москве (сейчас он называется Всероссийский институт авиационных материалов). Свободный доступ наших авиаконструкторов к новым разработкам был закрыт, а наладить контакты с другими НИИ они не смогли. «В 80−х мы еще совместно проводили испытания легированных скандием сплавов типа дюралюмин, но они не дали должного результата. С тех пор мы ничего не знаем о скандиевых сплавах, рекомендованных для применения в авиации. Сейчас отраслевой институт в Москве проводит испытания самостоятельно. Говорят, что на высокопрочных сплавах легирование скандием дает эффект», — говорит главный металлург АНТК им. Антонова Иван Лавренко. Единственный реальный выход для украинских авиастроителей — заказать сплав отечественному Институту проблем материаловедения, а сертифицировать его в России. Поскольку большинство самолетов семейства Ан производится в кооперации с российскими авиастроителями, основная маржа останется там. Но этим в первое время можно пожертвовать. Главное, что скандиевые сплавы найдут реальное применение. И тогда разрозненные предприятия скандиевой индустрии смогут выстроиться в единую производственную цепочку. Создав совместную исследовательскую базу и углубив кооперацию с иностранными заказчиками, украинские промышленники смогут наладить и производство проката из разработанных сплавов, и реализовать уникальные возможности скандиевого богатства, которое скрыто в украинских недрах.
