Введение

Хром в виде феррохрома и хрома металлического в больших масштабах применяют в чёрной металлургии для легирования сталей и чугуна, а также в литейном производстве (формовочный песок). Соединения хрома используют для получения огнеупоров и в химической промышленности [1; 2]. В последние годы в мире на фоне роста производства нержавеющей стали наблюдается увеличение спроса на феррохром [1]. Основные производители феррохрома сосредоточены в нескольких странах: КНР, ЮАР, Казахстан и Индия. На долю этих стран суммарно приходится 88 % мирового производства феррохрома [3; 4]. Россия является мировым лидером по выпуску металлического хрома и низкоуглеродистого феррохрома, при этом существенная доля хромовых ферросплавов поступает на экспорт [5]. В настоящее время предприятия по производству хромовых ферросплавов России переживают непростые времена. Тихвинский ферросплавный завод (ТФЗ) приостанавливал свою деятельность в 2024 и 2025 гг. [6]. На сокращённую рабочую неделю переходят Челябинский электрометаллургический комбинат (ЧЭМК) и Серовский завод ферросплавов (СЗФ) [7]. Сообщается и о серьёзном кризисе на Ключевском заводе ферросплавов (КЗФ): производство сокращено, а сотрудники отправлены в вынужденный отпуск [8]. В 2025 г. Новотроицкий завод хромовых соединений (НЗХС) приостанавливал свою деятельность [9]. С целью выявления причин кризисных явлений в отрасли и выработки рекомендаций по улучшению ситуации в настоящей работе предпринята попытка анализа промышленного производства и потребления хромовых ферросплавов в России и в мире, а также пути развития научно-технологического прогресса в области технологий получения хромовых сплавов. В первой части работы рассмотрена сырьевая составляющая хромовой отрасли.

Добыча и переработка хромитовых руд в мире

Сырьём для хромовой промышленности служат хромитовые руды. Их главным компонентом является шпинель FeCr2O4 , в которой Fe2+ и Cr3+ могут быть частично замещены Mg2+ и Al3+ соответственно. Мировые запасы хромитовых руд составляют около 12 млрд т, в основном они сосредоточены в Зимбабве, Казахстане и ЮАР. По добыче хромитовой руды на первом месте в мире стоит ЮАР, а по потреблению – КНР. Объём импорта хромитовой руды в КНР достиг 18,29 млн т в 2023 г., тогда как собственное производство составляет около 100 тыс. т [10]. В обзорах и отчётах приводят существенно разные данные по объёмам добычи и переработки хромитовой руды [11 – 13]. Производство товарной хромитовой руды и концентратов во всём мире в 2024 г. по данным ассоциации ICDA1 превысило 39 млн т, а по данным геологической службы США USGS – 47 млн т [11]. По данным Британской геологической службы BGS, в 2023 г. производство хромитовых руд и концентратов в мире составило 37,5 млн т [13], по данным ICDA – 36,2 млн т, по данным Минприроды РФ – 39,7 млн т [12], по данным USGS – 45,2 млн т [11]. В основном хромитовые руды обогащают гравитационными методами [14]. В некоторых странах помимо хрома из таких руд извлекают металлы Pt- группы (ЮАР [15], Зимбабве), серпентинит и оливин (Турция) [16]. В Папуа Новая Гвинея хромитовый концентрат является побочной продукцией добычи Ni и Co [17].

Основными показателями качества хромитового сырья, определяющими сферы его применения и технологии переработки, являются содержание Cr2O3 , SiO2 , CaO, P, S, отношения Cr2O3/FeO и MgO/Al2O3 , крупность. Требования по составу концентратов, обозначаемые в отечественной и зарубежной литературе, отличаются [18 – 22]. Так, в справочниках [18; 19] указывают, что для ферросплавной промышленности применяют сырьё с Cr2O3 ≥ 45 % и Cr2O3/FeO ≥ 3, предел этого отношения равен 2,5, а SiO2 ≤ 10 %. Руды с содержанием SiO2 более 10 % не могут применяться вследствие своей легкоплавкости, которая вызывает раскрытие колошника и расстройство хода плавки. От содержания FeO, Al2O3 и отношения MgO/Al2O3 зависят активность шлака и его окислительная способность. Как правило, в рудах с более высокими содержаниями FeO и Al2O3 наблюдается восстановление кремния из шлакового расплава и большее его содержание в ферросплаве. Применение руд с Cr2O3/FeO менее 3 способствует получению сплава с повышенным содержанием кремния. В табл. 1 представлены требования к содержанию Cr2O3 и Cr2O3/FeO в хромитовом сырье в зависимости от его применения.

С целью анализа особенностей используемого в последнее время хромитового сырья проанализированы данные отчётов [11 – 13] по объёмам его добычи и переработки, а также по составу руд различных месторождений. В табл. 2 представлены имеющиеся сведения по составу, объёму добычи хромитовых руд и производству из них концентратов в разных странах мира за 2023 г. Содержание Cr2O3 и отношение Cr2O3 /FeO приведено для товарных руд и концентратов. Они, как правило, отличаются от средних значений при оценке месторождений.

Как видно из табл. 2, отношение Cr2O3 /FeO обычно мало меняется после обогащения руд в реальном производстве. Для повышения отношения Cr2O3 /FeO в сырье рекомендуют совершенствовать гравитационно-флотационные и магнитные способы обогащения, а также проводить работы по гидрохимическому обогащению [18]. Магнетизирующий обжиг [23] или металлизация с углём [24] с последующей магнитной сепарацией позволяют повысить отношение Cr2O3/FeO в концентрате. Для удаления железа из хромита предложено использовать хлорирование [25].

Проанализировав данные табл. 2, авторы составили графики (рис. 1) распределения товарных руд и концентратов, выпускаемых в мире, по отношению Cr2O3/FeO и содержанию Cr2O3 . Как видно из этих данных, по содержанию Cr2O3 требованиям ферросплавной промышленности (табл. 1) соответствует всего 28 % всех выпускаемых руд, по отношению Cr2O3 /FeO только 19 % соответствуют требованиям к высокоуглеродистому феррохрому, а 18 % не соответствует требованиям даже к «чардж-хрому». Очевидно, что это связано с ухудшением качества применяемых хромитовых руд. Наиболее высокие требования к качеству хромитового сырья в отечественной литературе [18] обусловлены работой предприятий со времён СССР на базе наиболее богатого по содержанию Cr2O3 и отношению Cr2O3 /FeO хромитового сырья месторождений Кемпирсайского массива в Казахстане. Использование сырья с низкими отношением Cr2O3 /FeO и содержанием Cr2O3 приводит к ухудшению технико-экономических показателей производства феррохрома (возрастают удельный расход электроэнергии и выход шлака, снижаются содержание хрома в сплаве и производительность технологического оборудования).

Использование некондиционного и техногенного сырья

В связи с исчерпанием запасов богатых и доступных руд, высокими ценами на хромитовое сырьё всё больше предприятий занимается переработкой техногенных образований с извлечением хромитового концентрата. На участке UG2 Бушвельдского комплекса в ЮАР хвосты обогащения (26 – 30 % Cr2O3 ) после извлечения металлов платиновой группы используют как хромовое сырьё [15; 26]. Ещё два десятилетия назад переработка этих хвостов считалась экономически нецелесообразной [23]. В 2023 г. в ЮАР из хвостов получено 7,5 млн т хромитового концентрата [12], что составляет более 18 % от общемирового производства товарных руд и концентратов. В Казахстане на Донском ГОКе с 2023 г. реализуют проект ERG Green, направленный на переработку 14,5 млн т шламов (до 30 % Cr2O3 ) с получением концентрата, содержащего от 48,5 % Cr2O3 [27]. В России для получения хромитового концентрата предложено перерабатывать техногенные образования россыпей валунчатых хромовых руд (28 – 41 % Cr2O3 ) [28] и отвалы хвостов обогащения хромитовых руд Сарановского месторождения (20 – 28 % Cr2O3 ) [29]. Хроматные шламы, образованные в результате гидрометаллургической переработки хромитового сырья, могут служить источником хрома [30], в том числе как сырьё для получения феррохрома [31]. В России ежегодно из них извлекают до 400 т соединений хрома. В ЮАР, России [32], Казахстане [33], Индии [34], КНР [35], Турции [36] и других странах в переработку вовлечены отвальные шлаки производства феррохрома, из которых с помощью гравитационного обогащения извлекают феррохром. Минеральную часть шлака предложено использовать в сельском хозяйстве для раскисления почв [37], в строительных материалах в качестве заполнителя [38; 39], для замены цемента [40], материала для дорожных покрытий [41], для геополимеров и щелочно-активированных материалов [37; 42], при производстве огнеупорных изделий [43; 44], для выщелачивания хрома [45]. Мелкую фракцию феррохрома и пыль газоочистки предложено использовать вторично в производстве [46; 47], в том числе после их брикетирования [48; 49], переплава в слиток [50], для производства азотированного феррохрома [51; 52], ферросиликохрома [53; 54], хромовой лигатуры [55], в качестве компонентов агломерационной шихты [56], шихты для получения огнеупоров [57]. В работах [58; 59] показано, как из отсевов и пыли системы дробления высокоуглеродистого FeCr (в/у-FeCr) путём обработки брикетов с окислителями в вакуумной печи получен низкоуглеродистый FeCr (н/у-FeCr).

Добыча и потребление хромитового сырья в России

Российское хромовое сырьё характеризуется низким качеством и требует обогащения. Наибольшее количество хромитовой руды добывается на месторождении Центральное I в Ямало-Ненецком АО. Запасы его во многом исчерпаны, а качество руд снизилось: среднее содержание Cr2O3 в рудах, добытых в 2023 г., составило всего 21 %, в 2019 – 2020 гг. оно составляло 29 – 30 %, а среднее по месторождению 37 – 38 % [12]. После добычи руды сортируют с помощью рентгенорадиометрической сепарации. В планах ЧЭМК была организация обогащения руды на месторождении. Проводятся работы по вводу в эксплуатацию других месторождений массива Рай-Из (Рыбий хвост, Полойшорское-1, Месторождение 214, Енгайское III), однако планируемые объёмы добычи на них составляют суммарно около 50 тыс. т руды в год. Второй по объёму добычи хромитовой руды является Сарановская шахта «Рудная», занимающаяся разработкой Главного Сарановского месторождения. Концентрат Сарановской шахты «Рудная» поступает на обогащение, которое включает этапы дробления, грохочения, обогащения в тяжёлых суспензиях, отсадки, доизмельчения, гравитационного обогащения на винтовых сепараторах и концентрационных столах. Существующих запасов Главного Сарановского месторождения должно хватить до 2027 г. Готовится к освоению Южно-Сарановское месторождение с проектной мощностью до 350 тыс. т руды в год. Эксплуатируются мелкие месторождения Алапаевского массива (III Подённый рудник, Лесное). Планируется добыча на месторождениях этого же массива Баканов Ключ и Курмановское объёмом 40 – 60 тыс. т с каждого. В табл. 3 представлена оценка авторов по объёмам производства товарных хромитовых руд и концентратов в России за 2023 г. на основе данных работы [12].

Как видно из табл. 3, производимые в России концентраты и руды характеризуются низким содержанием Cr2O3 . Поэтому большая часть хромитового сырья для получения феррохрома поступала по импорту. Всего в период 2015 – 2021 гг. в Россию поставлено 5203 тыс. т хромитовых руд и концентратов, из них на долю Казахстана приходилось 90,3 % поставок, ЮАР – 6,9 %, Турции – 2,2 %, остальные – 0,5 %. В 2010 – 2019 гг. объём импортируемого в Россию сырья составлял в среднем 980 тыс. т в год, что составляло 65 % видимого потребления (1500 тыс. т). На рис. 2 представлено распределение руд и концентратов по отраслям. Показано, что 85,6 % сырья потребляется ферросплавными предприятиями (ЧЭМК, СЗФ, ТФЗ, КЗФ), 10,6 % – предприятиями химической промышленности НЗХС и «Хромпик» (ранее называлось «Русский хром 1915»), при этом большая часть потребляемого ими сырья идёт на производство Cr2O3 для получения металлического хрома и лигатур, в том числе на КЗФ. Остальное количество хромитового сырья потребляется в основном для получения огнеупоров на комбинате Магнезит, НТМК, Уралмаше и т. д. Начиная с 2020 г. объём импортных поставок снизился в 2,5 раза (в среднем до 390 тыс. т). Это обусловлено планами компании АО «ТНК «Казхром» (входит в состав ERG) перерабатывать весь объём добываемого хромитового сырья в Казахстане. Усугубило положение снижение объёма добычи руды в Казахстане практические вдвое с 2022 г. из-за завершения открытой отработки крупнейших месторождений Кемпирсайского массива. В результате видимое потребление хромитового сырья в России в 2020 – 2023 гг. снизилось до 1050 тыс. т в год. В 2025 г. турецкая компания Yildirim Group, владеющая ТОО «Восход-Oriel» в Казахстане, из-за санкционных ограничений прекратила поставки хромитового сырья в Россию. В результате на сегодняшний день поставки из Казахстана хромитового сырья полностью прекращены [60]. Судя по проектам освоения новых мощностей (табл. 3), увеличения объёма производства хромитового сырья внутри России ожидать не приходится.

Примечательно, что до открытия месторождений Кемпирсайского массива в Казахстане (уникального по содержанию Cr2O3 с аномально высоким отношением Cr2O3 /FeO) феррохром ЧЭМК производили из хромитовых руд Челябинской области [61] и Пермского края [62].

В России около 70 % запасов хрома заключено в хромитовых рудах Аганозёрского и Сопчеозёрского месторождений. Эти руды относят к бедным, поскольку содержание Cr2O3 в них всего 22 – 25 %. Соотношение Cr2O3 /FeO составляет 1,6 – 1,8 в рудах Аганозёрского и 2,2 в рудах Сопчеозёрского месторождений. По соотношению Cr2O3 /FeO руда Аганозёрского месторождения похожа на добываемые в промышленном масштабе руды Финляндии, Зимбабве и Индии, а руда Сопчеозёрского – на руды Бразилии и Албании.

ЦНИИчермет им. И.П. Бардина в 2000 – 2001 гг. на базе ЧЭМК провёл технологические испытания хромитовой руды Сопчеозёрского месторождения с получением из неё FeCr различных марок и FeSiCr. Из 1727 т руды с 28,2 % Cr2O3 получен в/у-FeCr с 56 % Cr, а из 350 т концентрата с 38 – 41 % Cr2O3 (получен на опытной установке Горного института КНЦ РАН) – в/у-FeCr с 61 – 62 % Cr. Проведены плавки FeSiCr и н/у-FeCr с 61 % Cr. В 2005 – 2006 гг. ЦНИИчермет им. И.П. Бардина провёл испытания по выплавке н/у-FeCr в литейном цехе Оленегорского механического завода на печи ДСП-6 (6,5 МВА). Для этого на Ловозёрском ГОКе из руды Сопчеозёрского месторождения получен богатый концентрат (51 % Cr2O3 ), из которого выплавлен н/у-FeCr, в последующем использованный для получения нержавеющей стали [63].

В 2011 г. по заказу ОАО «Карелмет» сотрудниками ЦНИИчермет им. И.П. Бардина проведены исследования методов окускования концентрата Аганозерских хромовых руд с последующими испытаниями окускованного материала для выплавки хромитовых сплавов. Разработана технология производства в/у-FeCr и н/у-FeCr. Полученный в/у-FeCr содержал 54,9 % Cr и соответствовал марке FeCr50C70Si2LP, а н/у-FeCr – 56,0 % Cr и соответствовал марке FeCr60C1 [64].

Для Сопчеозёрского месторождения в 2008 г. ФГУП «Гипроцветмет» провёл расчёт ТЭО инвестиций, а в 2014 г. технический департамент ГО Норильский никель выполнил ТЭО организации производства. Для Аганозёрского месторождения в 2011 г. по заказу ОАО «Карелмет» компанией International Economic & Energy Consulting Limited проведены финансово-экономические расчёты. Выполненные расчёты подтвердили экономическую целесообразность освоения этих месторождений с получением феррохрома.

Ещё одним источником хрома могут стать забалансовые (некондиционные) руды в освоенных районах их добычи и переработки. Периодически такие руды перерабатывали на обогатительной фабрике Сарановской шахты «Рудная» и на СЗФ [28; 65; 66]. По данным работы [65], только на Среднем Урале (Алапаевский и Ключевский массивы) прогнозные ресурсы вкраплённых хромитовых руд превышают 100 млн т. На Урале известны природные остаточные запасы и техногенные отложения обломочных склоновых валунчатых хромитовых руд [28; 66; 67].

Выводы

В мире производство хромитовых концентратов и феррохрома растёт. Отмечено существенное ухудшение качества потребляемого в мире хромитового сырья, из-за чего большая его часть не удовлетворяет требованиям, применяемым 10 – 15 лет назад. Это приводит к ухудшению технико-экономических показателей производства феррохрома. В РФ на 65 % потребности в хромитовом сырье удовлетворяли за счёт импортных поставок, в основном из Казахстана. С 2025 г. поставки полностью прекращены, а с учётом отработки существующих месторождений и планов на ближайшую перспективу увеличения объёма производства хромитового сырья внутри РФ ожидать не приходится. Большое значение имеет переработка некондиционного и техногенного сырья с получением хромитового концентрата. Для развития отечественной хромовой отрасли и ликвидации дефицита импортного сырья предложено использовать руды Аганозёрского и Сопчеозёрского месторождений. Ещё одним источником хрома могут стать забалансовые (некондиционные) руды в освоенных районах их добычи и переработки.