Горчица с ниобием, подсолнух с танталом: зачем «Росатом» занялся фитомайнингом

В колбах тянутся вверх кукурузные ростки, поодаль всходит горчица, в пробирке проклевывается табак. Что делает вся эта зелень в ведущем материаловедческом центре госкорпорации? Может, атомщики решили освоить агротехнику как новый бизнес?

Мы в лаборатории металлургических процессов Государственного научно-исследовательского и проектного института редкометаллической промышленности им. Сажина («Гиредмет», входит в химико-технологический кластер научного дивизиона). Ее новая работа — фитомайнинг, технология, использующая способность некоторых растений (их называют гипераккумуляторами) поглощать и накапливать металлы, в том числе редкие и редкоземельные. Известны 22 вида таких растений. К примеру, редкоземы очень любит папоротник. Людям это на руку: небольшие растения сами достают нужное вещество из земли. Их скашивают, сжигают и из зольного раствора методом экстракции добывают все необходимое.

«Фитоэкстракция — технология далеко не новая, — рассказывает заведующий лабораторией Виталий Санин. — В США растения-гипераккумуляторы активно используют для очистки земельных полос вдоль автотрасс. В технологиях фитомайнинга, то есть добычи полезных элементов из почвы, дальше всех продвинулись ученые в Китае. В России, в отличие от южных стран, нет ионно-адсорбционных месторождений — глиняных полей с высоким содержанием редких материалов, где можно сеять гипераккумуляторы, как на обычных сельскохозяйственных площадях. Самыми перспективными точками внедрения этой технологии в России мы видим отвалы горнодобывающих предприятий и техногенные отходы — в основном от деятельности теплоэлектроцентралей и фосфогипсовых фабрик. Мы не питаем иллюзий относительно полной замены традиционных методов, но природоподобная технология открывает реальную возможность получить ценный сырьевой ресурс за счет переработки техногенных образований, которые сегодня просто не используются».

Фитомайнинг уже обзавелся математическим аппаратом для расчета эффективности добычи. Основных количественных параметров три. Коэффициент биоконцентрации показывает, насколько интенсивно растение накапливает элемент относительно его концентрации в субстрате или почве с ценными веществами. Коэффициент транслокации определяет, насколько эффективно растение поднимает материал из корней в стебли и листья — работать с подземными частями неудобно, а наземные можно просто скосить. И главный показатель, доля извлечения, рассчитывает процент редкоземельного металла, переходящий из субстрата в урожай. Если это значение относительно небольшое, для полного извлечения нужно увеличить число уборок урожая.

Для первой серии лабораторных исследований в «Гиредмете» отобрали семь гипераккумуляторов, хорошо растущих в средней полосе России и в более суровых зонах, а также имеющих отработанные техники механизированного посева и уборки: белую горчицу, подсолнечник, кукурузу, лен, гречиху, папоротник орляк и борщевик Сосновского.

«Для культурных видов характерны меньшие по сравнению с растениями-рекордсменами значения коэффициента биоконцентрации, но это компенсируется высокой урожайностью, доступностью посевного материала и хорошей адаптацией к отечественным агропрактикам, — уточняет Виталий Санин. — Чтобы проверить их способность к фитомайнингу, для начальных опытов мы взяли субстрат из хвостохранилища производства лопаритового концентрата Ловозерского горно-обогатительного комбината и гипсовые отходы с Белой горы в подмосковном Воскресенске. Фитоэкстракцию мы провели на серии образцов с различной концентрацией субстрата в почве. Горчица и подсолнечник дали весьма обнадеживающие результаты при 30 %-м содержании субстрата. Эффективнее всего, как выяснилось, за один цикл они извлекают из фосфогипсовых отходов ниобий и тантал. Горчица, кроме того, неплохо поработала с церием, лантаном, неодимом, празеодимом и самарием».

Значения коэффициентов предстоит уточнить, но уже сейчас экспериментаторы осторожно прогнозируют экономически эффективную добычу при условии снятия двух урожаев с полигона в год. Предварительные оценки показывают, что только с Белой горы можно получить не менее 10 т редкоземельных металлов за сезон. Следующим этапом отработки технологии станут научно-исследовательские и полигонные работы в этой точке Подмосковья или на аналогичных объектах в Балакове Саратовской области, в Вологодской и Тамбовской областях. Техногенные возвышения имеют практически плоские навершия и этим выгодно отличаются от природных холмов: наверху можно разместить опытные делянки. В «Гиредмете» начали подбирать ускоряющие рост хелатирующие агенты — вещества, аналогичные удобрениям в традиционной агрономии. В лаборатории продолжают экспериментировать и с другими гипераккумуляторами — оттого тут и свежие посадки табака.

В отдаленной перспективе технологию можно даже экспортировать в страны, где есть открытые месторождения редкоземельных металлов в виде ионно-адсорбционных глин, но где самостоятельно к фитомайнингу пока не приступили. «Росатом» уже ведет предварительные переговоры в этом направлении. И может быть, ставший притчей во языцех борщевик получит шанс на реабилитацию — не только в России, но и за границей.