ПЕРСПЕКТИВЫ ДОБЫЧИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕРМАНИЯ В УЗБЕКИСТАНЕ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются свойства элемента германия, его производство и применение в мировой практике. Оцениваются запасы германия на территории Узбекистана, его среднее содержание и экономическая целесообразность добычи. Предложены рекомендации по развитию технологий извлечения германия, в том числе через пирометаллургические и гидрометаллургические методы. Описан опыт и практическое применение современных технологий извлечения германия, что открывает новые возможности для национальной экономики.

ABSTRACT

This article examines the properties of germanium, its global production methods, and applications. The germanium reserves in Uzbekistan are evaluated, along with its average content and the economic feasibility of extraction. Recommendations for the development of germanium extraction technologies, including pyro- and hydrometallurgical methods, are provided. The article discusses the experience and practical applications of modern extraction technologies, which open new opportunities for the national economy.

Ключевые слова: Германий, запасы Узбекистана, угольные руды, технологии извлечения, пирометаллургия, гидрометаллургия, экономическая эффективность, инновационные разработки.

Keywords: Germanium, Uzbekistan reserves, coal ores, extraction technologies, pyrometallurgy, hydrometallurgy, economic efficiency, innovative developments.

Введение. Почти 100% мирового производства основано на извлечении германия из сульфидных цинковых, свинцово-цинковых и, в редких случаях, медно-цинковых руд. Кроме того, в мировой практике используются побочные продукты переработки полиметаллических руд (шлаки, кеки, пыль и др.), различные продукты переработки угля (зола, продукты коксования). Все эти материалы содержат небольшое количество германия, и для их обогащения используются различные способы пиро- и гидрометаллургической обработки. Переработка германиевого сырья заключается в получении тетрахлорида германия, который может быть проще и глубже очищен, чем другие соединения германия.

Таким образом, в зависимости от состава исходного сырья применяются различные способы предварительной обработки материала с целью получения продуктов, богатых германием - германиевых концентратов.

Технология пирометаллургии основана на летучести некоторых соединений германия с серой, кислородом, хлором, водородом. Это свойство позволяет определить концентрацию германия в полуфабрикатах переработки цветных металлов, сжигания, газификации углей, полукоксования и коксования. Технологии пирометаллургии можно разделить на две группы: обжига (хлорирующая и сульфатирующая) и восстановительная перегонка.

Кроме того, в германиевых сплавах существует один из древнейших способов обратного плавления углеродистым восстановителем. В частности, этот метод уже в 1939 году использовался на экспериментальной установке (Великобритания) для извлечения германия из летучей пыли газогенераторных станций [1]. Выделение германия в сплав составило 94-95%.

Недостатком метода является большое количество восстановителя для остановки образования монооксида германия и разделения его на газовую фазу. Также металлическая фаза обычно образуется в шлаковом расплаве в виде мелких включений, что вызывает сложность разделения фаз и может привести к высоким потерям германия со шлаком в результате «перепутания» частиц мелкого сплава в шлаке [4].

Анализ и методика литературы. Информация об учёных, изучавших германий, и их вкладах в науку:

1. Клеменс Винклер (Clemens Winkler) Открытие: В 1886 году Клеменс Винклер, исследуя минерал аргиродит, обнаружил новый элемент и назвал его германий в честь Германии.

Научный вклад: Он изучил химические свойства германия и установил его сходство с кремнием и оловом.

2. Дмитрий Менделеев Предсказание открытия: До открытия германия Дмитрий Менделеев в своей периодической таблице предсказал существование нового элемента в группе кремния и назвал его эка-кремний. Свойства германия полностью подтвердили предположения Менделеева.
3. Уильям Рамзай (William Ramsay) Изучал взаимодействие германия с газами и его роль в различных соединениях. Его работы способствовали более глубокому пониманию полупроводниковых свойств германия.
4. Лео Эсаки (Leo Esaki) Проводил исследования по туннельным диодам, созданным на основе германия. Его работы оказали значительное влияние на развитие технологий полупроводников.
5. Роберт Нойс (Robert Noyce) Был пионером в разработке транзисторов и микросхем на основе германия и кремния. Его работы существенно повысили значение германия в промышленности.

Открытие германия и изучение его свойств стали возможны благодаря научным усилиям многих учёных. Позже этот элемент нашёл широкое применение в электронике, оптике и медицине.

Обсуждение. Германий – хрупкий типичный полуметалл серовато-белого цвета с металлическим блеском. Подобно кремнию, он является полупроводником. Был обнаружен при анализе минерала аргиродита Ag₈GeS₆.

Месторождения германия делятся на три основные группы:

• месторождения германий-уголь;
• германий-сульфид (германий-реньерит полуметаллический);
• месторождения с германий-сульфатными рудами, содержащими Ge-Sn-Ag.

С 1 августа Китай, ссылаясь на вопросы «национальной безопасности», ограничил экспорт галлия и германия. Начиная с следующего месяца, все поставки будут осуществляться только с согласия Министерства торговли страны, которое будет проверять каждую сделку [2].

По данным Европейской промышленной ассоциации критического сырья (CRMA), Китай производит около 60% мирового объёма германия. Остальная часть поставляется из Канады, Финляндии, России и США.

Рисунок 1. Производство германия по странам на 2022 год (в тоннах)

Рисунок 2. Основные направления использования Германии

Рисунок 3. Среднемесячные цены на диоксид германия (99,99%) ($/кг) на Западноевропейском рынке в 2022-2023 годах

Рисунок 4. Динамика среднегодовых цен на диоксид германия на рынке Западной Европы в 2012-2022 гг. (99,99%). ($/кг)

Рисунок 5. Цена очищенного германия на рынке США в 2010-2022 гг. (99,99%) ($/кг)

Рисунок 6. Цена электронного сорта диоксида германия на рынке США в 2010-2022 гг. ($/кг)

Основные запасы и ресурсы германия связаны со следующими месторождениями сложных руд:

• сульфидными и сульфатными рудами германия, содержащими полуметаллы;
• рудами (свинец, цинк), месторождениями вольфрама;
• молибденовыми рудами и углями, содержащими германий.

Производство германия зависит от объёма добычи основных полезных ископаемых, таких как цинк, свинец, уголь и другие руды. Германий относится к типу попутно встречающихся компонентов.

Содержание германия в угольной золе варьируется в пределах 65-220 г/т.

В Узбекистане

Запасы и ресурсы германия в Узбекистане подсчитаны на месторождениях и проявлениях руд, таких как Кургошинкон, Ангрен, Куитош и Учкулоч.

По данным государственного баланса, запасы германия составляют 75 тонн при среднем содержании 17,2 г/т (кларк 1,5 г/т). Этот элемент извлекается совместно с основными минералами.

В 2022 году из недр было добыто 140 кг руды, содержащей германий, однако извлечение германия из неё не производилось.

Для повышения эффективности переработки необходимо разработать технологию извлечения германия и других металлов из угольного порошка.

Анализ и выводы:

1. Узбекистан обладает ограниченными, но перспективными запасами германия. Основная часть ресурсов связана с угольными и сложными рудами.
2. Среднее содержание германия выше мирового кларка, что делает его добычу экономически целесообразной при внедрении современных технологий.
3. Важным направлением является разработка технологий переработки угольной золы, что позволит извлекать не только германий, но и другие ценные металлы.
4. Для достижения полной реализации потенциала требуется активное сотрудничество научных и производственных структур, а также привлечение инвестиций в горнодобывающий сектор.

Список литературы:

1. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов / М.: Металлургия, 1991. —432 с.
2. Шпирт М.Я. Физико-химические основы переработки германиевого сырья / М.: Химия, 1977. - 264 с.
3. Шодиев, А. Н. У., Туробов, Ш. Н., Саидахмедов, А. А., Хакимов, К. Ж., & Эшонкулов, У. Х. У. (2020). Исследование технологии извлечения редких и благородных металлов из сбросных растворов шламового поля. Universum: технические науки, (5-1 (74)), 37-40.
4. Shodiyev, A. N., Qarshiboyev, S. B., & Yormatov, D. A. (2024). Germaniy ajratib olish bo‘yicha qidiruv tadqiqotlarni o‘rganishning tahlili. Sanoatda Raqamli Texnologiyalar, 2(4-1), 17-21. https://doi.org/10.70769/3030-3214.SRT.2.4-1.2024.10