Цирконієва промисловість — одна з підгалузей гірничорудної промисловості, що займаються видобутком і збагаченням різних видів рудної цирконієвої сировини.
Загальна характеристика
19 століття У США в невеликих обсягах видобування циркону здійснювалося в 1869–1883 роках, та пізніше на родовищах в штаті Північна Кароліна. Промислова розробка корінних родовищ цирконієвих руд та випуск цирконового концентрату вперше розпочалася у 1896 році в штаті Північна Кароліна. Експлуатація пегматитового родовища дозволяла виробляти до 4 т цирконового концентрату на рік [1, с. 42].
20 століття Більш масштабні гірничі роботи з видобування важких мінералів, у тому числі циркону, з розсипів — прибережних кварцових пісків, збагачених ільменітом, рутилом, монацитом і цирконом, — вперше почали здійснювати в період Першої світової війни в штаті Флорида (США). Розроблялися багаті ділянки пісків в 30 км південніше м. Мінерал Сіті (сьогоднішня назва — Ponte Vedra Beach, Florida), та в Атлантик-Біч, округ Дюваль. Систематична експлуатація родовищ здійснювалася до 1930 року. Пізніше, у звʹязку з відпрацюванням багатих ділянок, видобуток зупинився. Видобуток циркону відновився лише у 1939 році, коли розпочалася експлуатація річних пісків в окрузі Індіан Рівер, у штаті Флорида, США, а потім в 1943 році при розробці морських розсипів Віро-Біч (адміністративний центр округу Індіан-Рівер), що залягали близько до денної поверхні [2, с.6].
На початку ХХ століття промислове значення мали родовища циркону в Бразилії, Індії, США.[1, с.43]. У Бразилії видобування баделеїту з корінного родовища здійснювалося з 1906 року . Перед Першою світовою війною йшло інтенсивне зростання видобутку цирконієвої сировини, що пояснюється різким зростанням попиту в умовах перегонів озброєнь. Підготовка багатьох країн до війни обумовила: інтенсивне впровадження цирконію в металургію якісних сталей; заміну цирконом досить дефіцитного для воєнної економіки низки країн олова у виробництві емалей; створення стратегічних резервів цирконію; зростання попиту на цирконій для виробництва боєприпасів і піротехнічних засобів.
Особливо великі обсяги цирконієвої сировини ввозила Німеччина, де цирконій використовувався для виробництва броньової та гарматної сталі, а також виробництва піротехнічних засобів.
Ще перед Першою світовою війною цирконієва руда з Бразилії вантажилася як баласт на судна, які поверталися до Німеччини. У 1914 році німецький уряд посилив закупівлю руди, надавши замовлення на 2000 т . Це зацікавило власників підприємства, які встановили, що німці використовують циркон для виготовлення порошку металевого цирконію, як складової суміші сигнальних вогнів. Невдовзі після початку війни цирконій виявили англійці в складі німецької гарматної сталі. Тому надалі відправлення циркону в Німеччину зупинили. Видобування циркону в Бразилії у 1915 році тимчасово завмерло, а з 1916 року розпочалося активне вивезення руди до Англії і США.
У Бразилії розроблялася цирконієва руда двох типів: баделеїт з вмістом діоксиду цирконію 90-93 % під назвою «фавас» (власне цирконіти), та циркон з прибережних пісків [2, с.13].
Розробки на схилі рудоносного плато в Бразилії велися примітивним способом. Після кількох годин прожарювання руди з поверхні шляхом розведення вогнища, на неї лили воду. Руда руйнувалася. Далі її розробляли вручну кайлом. Руда транспортувалася возами за 20 км до залізниці, де завантажувалась у вагони для відправлення у порт за 370 км. З прибережних пісків циркон видобувався попутно з монацитом. Під шаром кварцового піску (потужністю до двох метрів) відкритими роботами розкривалися рудоносні шари, що складалися з ільменіту, цирконію та монациту. Збагачення здійснювалося магнітною сепарацією. Розробка цих родовищ завершилася приблизно у 1923 році .
В Індії промислове виробництво цирконових концентратів розпочалося у 1923 році, коли при розробці пляжних піщаних розсипів поблизу Квілона на ільменіт як супутній мінерал вилучався циркон. Видобування рудоносних пісків на узбережжі штату Траванкор для отримання ільменіту, циркону і монациту здійснювалося англійською компанією Travancore Minerals Co (Ltd) .
До 1935 року Індія була головним постачальником циркону на світові ринки, конкуруючи з Бразилією і пропонуючи нижчу ціну та вищу якість своєї продукції. Найбільш високого рівня випуск цирконових концентратів там досягнув у 1935 році (6,5 тис. т), та у 1940 році — 3,3 тис.т . До 1947 року концентрати експортувалися в США та Англію.
Промислова розробка австралійських розсипів розпочалася в 1934 році в штаті Новий Південний Уельс. З 1935 року центр світового виробництва циркону перемістився в Австралію [2, с.7]. До цього ж періоду відноситься значне зниження цін на цирконієву сировину в результаті масових розробок австралійських розсипів.
У 1940 році рівень щорічного видобутку цирконієвої сировини в світі вперше перевищив 10 тис. т (без України) . В Україні цього року виробили близько 100 т цирконового концентрату .
У роки Другої світової війни видобуток циркону став швидко зростати. Рекордного рівня — 14 тис. т, — виробництво цирконових і баделеїтових концентратів досягнуло в 1942 році . Надзвичайно зросла роль сировинної бази цирконію у Бразилії з огляду на відносну безпеку транспортування цирконієвої сировини в США вздовж узбережжя Америки.
На кінець Другої світової війни щорічний видобуток цирконового концентрату складав приблизно 20 тис. т. Виробництво цирконових концентратів за шість років війни (1940–45 рр.) майже вдвічі перевищило весь довоєнний видобуток (56 тис. т) .
Особливо високими темпами зростало виробництво цирконового концентрату в повоєнні роки. Тепер щорічне виробництво концентрату складало вже десятки тисяч тонн. Три обставини сприяли цьому незвичному пожвавленню. По-перше, це різке зростання попиту на титанову сировину, що автоматично призводило до зростання виробництва цирконового концентрату, як супутньої продукції. По-друге, це стабілізація споживання цирконієвих сполук в низці великих галузей промисловості. Нарешті, це початок ажіотажу в США з металевим цирконієм для атомної промисловості. У 1950-х роках майже вся цирконієва сировина в США видобувалася з трьох родовищ у штаті Флорида. У 1957 році з цих родовищ видобуто 52 тис. т концентрату [3, 7].
Світове виробництво цирконових концентратів у 1956 році перевищило 100 тис. т, а в 1957 році досягло рекордного рівня — 146,7 тис. т .
У різних країнах освоювалися нові родовища цирконієвої сировини. З 1956 року видобуток циркону здійснюється в Нігерії ; у 1958 році в Південно-Африканській республіці (ПАР) введені в експлуатацію гірничо-збагачувальні фабрики, розраховані на випуск 10 тис. т/рік цирконового концентрату [4, с.78-80].
У наступні 40 років світове виробництво цирконієвих (в основному цирконових) концентратів в усьому світі постійно зростало. Лише інколи спостерігалося короткочасне падіння виробництва. Так, після 1991 року деякі країни через падінні цін суттєво скоротили випуск цирконового концентрату (особливо Австралія). Але різкого падіння виробництва не сталося, так як в той же період значно зросло виробництво концентрату в ПАР .
Кінець 20 — початок 21 ст До кінця 20 століття виробництво цирконового концентрату зросло до 850–900 тис. т на рік , а вже на початку 2000-х років перевищило 1,0 млн тонн [10,11]. Найбільшими виробниками цирконової сировини на межі ХХ-ХХІ ст. залишалися Австралія, ПАР та США , частка яких у світовому виробництві цирконію складала 85 %. При цьому на Австралію припадало близько 50 % світового виробництва цирконієвої сировини. Серед інших виробників — Україна, Бразилія, Китай, Індія, які виробляли 10 % цирконового концентрату. Світові запаси цирконію на той час оцінювалися в 38 млн т (в перерахунку на діоксид цирконію) .
Лідерами у виробництві цирконових концентратів були австралійські компанії «Australian mining Corporation» (AMC) та «Wimera Industrial Minerals» (WIM), а також південно-африканська «Richards Bay Minerals». В кінці 1990-х років до провідних виробників долучилася американська компанія, що розробляє родовище Камаква Сендз в ПАР [10,12]. Існуючі виробничі потужності в провідних країнах — виробниках цирконового концентрату, — набагато перевищують фактичне його виробництво. Вимоги до якості концентратів високі: вони мають бути практично мономінеральними, містити не менше 65 % основного компоненту — діоксиду цирконію, та мінімальний вміст діоксиду титану (0,1-0,5 %) і оксидів заліза (0,05-0,4 % Fe2O3). Радіоактивність концентратів має бути на рівні U+Th = 0,035-0,045 %, тобто допускається більш висока, ніж прийнято в Україні .
За даними геологічної служби США (USGS) розвідані запаси цирконієвої сировини на 2021 рік оцінювалися в 68 млн тонн, причому 48 млн тонн припадає на Австралію .
Сьогодні світове виробництво циркону (в концентраті) складає приблизно 1,62 млн тонн (2023 р.) . Основними виробниками цирконового концентрату у світі залишаються Австралія з 600 тис. тонн та ПАР (420 тис. тонн); на частку цих двох країн припадає 60-62 % всього світового виробництва цирконієвої сировини. Австралія має значні родовища в різних штатах, таких як Західна Австралія, Квінсленд та Новий Південний Уельс. Відомим районом видобування циркону є басейн Мюррей в Вікторії.
Значні поклади циркону знаходяться в прибережних районах Південно-Африканської республіки, особливо в провінції Квазулу-Натал .
В Індії значні родовища циркону розробляються в прибережних районах Одіша, Андхра-Прадеш і Тамілнад . Розробка родовищ цирконієвої сировини здійснюється також в Китаї (140 тис. тонн концентрату), США (до 100 тис. тонн), Індонезії, Мозамбіці, Сенегалі, Індії, В'єтнамі та деякі інші країнах [14-16]. Китайські родовища циркону розробляються в прибережних районах, таких як провінції Хайнань, Гуандун і Чжєцзян. В США родовища циркону розробляються, в основному, вздовж південно-східного і південно-західного узбережжя. Відомі райони включають Флоріду і Джорджію. Цирконієві родовища Бразилії розробляються в прибережних районах штатів Еспіриту-Санту і Баїя. В Індонезії розробляються родовища циркону в регіонах Банґка-Белітунг, Калімантан і Сулавесі. В Росії, на Кольському півострові, в незначних обсягах (2,5-3,0 тис. т на рік) виробляється лише баделеїтовий концентрат, який повністю експортується.
Найбільші обсяги цирконієвих концентратів сьогодні використовує Китай. Крупними споживачами цирконієвої сировини є Іспанія та Італія, а також США, Японія і Індія.
Джерела імпорту (2018–2021): цирконієві руди та концентрати: Південна Африка, 51 %; Сенегал, 25 %; Австралія, 21 %; Росія, 2 %; та інші 1 %. Цирконій необроблений, включаючи порошок: Китай, 89 %; Німеччина, 8 %; Франція, 1 %; Японія, 1 %; та інші 1 %. Цирконій, прокат: Франція, 62 %; Німеччина, 19 %; Бельгія, 6 %; Канада, 4 %; та інші 9 %. Гафній: Німеччина, 36 %; Франція, 30 %; Китай, 26 %; Росія, 3 %; та інші 5 % [17, 18].
Розвиток технології видобування і збагачення цирконієвих руд
До 80-85 % цирконію використовується промисловістю безносередньо у вигляді цирконових концентратів, без хімічної чи металургійної їх переробки .
Цирконієві розсипи і корінні руди містять не більше 1-3 % діоксиду цирконію, зазвичай десяті частки відсотку . Але промисловість може використовувати лише мономінеральні концентрати, які складаються майже на 100 % з одного циркону або баделеїту. Для збагачення видобутої руди, що складається з мінералів пустої породи та цирконієвих мінералів, потрібно відділити пусті, породотвірні мінерали від рудних мінералів цирконію, що є на практиці складним завданням. Адже потрібно переробляти величезні обсяги руди або пісків, застосовуючи складні механічні та фізико-хімічні процеси. Корінні і розсипні цирконієві руди збагачуються по різному.