От металлургии до строительства дорог: шунгит открывает новые горизонты

Erid: 4CQwVszH9pUkpHuoRYa

Мы уже писали о том, как карельский камень используют в самых разных отраслях, и об уникальных разработках карельской инвестиционной компании РБК. Среди них — производство кормовых добавок для животных, автомобильных шин, пищевой упаковки. Новые возможности появятся с открытием технопарка «Карельские продукты». Обо всём этом можно прочитать в наших предыдущих материалах. В этой статье расскажем о других важнейших отраслях, где применение шунгита может дать по-настоящему революционные результаты.

Перспективы для металлургии

История металлургии — это практически история человечества. Её корни уходят в глубь веков. Но настоящий прорыв случился в XVIII веке, когда для выплавки металлов начали использовать кокс — переработанный специальным образом каменный уголь. За три века технологии, конечно, сильно изменились. При этом различные виды кокса продолжают широко применять при выплавке металлов.

Однако XXI век может открыть в металлургии новые перспективы. И связаны они с карельским шунгитом.

Уникальные свойства шунгита позволяют ускорить процесс плавки металла и при этом существенно сэкономить энергию. Это доказали исследования, которые компания РБК провела совместно с АО «Институт Гипроникель» из Санкт-Петербурга.

Как рассказал кандидат технических наук, начальник отдела пирометаллургии института Денис Румянцев, партнерство с компанией РБК началось еще в 2015 году, когда было подписано соглашение о проведении научно-исследовательских работ. Речь шла о применении шунгитов Зажогинского месторождения в производственном процессе по выплавке меди.

Ученых заинтересовали свойства шунгита как восстановителя меди. В чистом виде любые металлы в природе встречаются очень редко. Поэтому для того, чтобы получить металл, сначала нужно провести над рудой процесс восстановления. Один из самых распространенных способов — получение металла с использованием высоких температур при помощи кокса. Выяснилось, что если вместо кокса применить шунгит, то температуру расплава печи можно поднять с 1 200 градусов Цельсия до необходимых 1350. Всё благодаря высокой способности шунгита вступать в химические реакции.

Проверено на практике

Исследователи из санкт-петербургского института сразу поняли, что такие характеристики карельского камня могут быть очень полезны, в частности, при производстве меди на Балхашском медеплавильном заводе в Республике Казахстан. Там как раз очень интересовались возможностями усовершенствовать процесс выплавки металла.

«Мы знали проблему низкой температуры расплава печи у наших коллег из Балхаша, поэтому решили сначала смоделировать процесс плавки на экспериментальных печах нашего института. Наши ожидания полностью подтвердились. И полученные результаты были представлены руководству Балхашского завода, которое оценило шунгит как отличное решение имеющихся проблем без каких-либо изменений текущей технологии плавки», — поясняет Денис Румянцев.

Однако потребовалось еще целых три года для того, чтобы отгрузить на предприятие первую пробную партию шунгита, которую компания РБК полностью профинансировала за свой счет.

«Результаты промышленных испытаний полностью подтвердили расчеты наших коллег из «Гипроникеля», и показали высокую эффективность применения шунгита при выплавке меди, — говорит руководитель компании РБК Денис Зубков. — К сожалению, дорожающие железнодорожные тарифы и бюрократические процедуры пока не позволили наладить поставки на регулярной основе. Но полученное в ходе экспериментов глубокое понимание применения шунгита в пирометаллургии позволило нам открыть для себя его исключительную роль еще и при выплавке драгоценных металлов и ферросплавов, таких как ферросилиций и ферросиликомарганец».

Проведенные РБК совместно с московским «ЦНИИ чермет им И.П. Бардина» тестовые плавки в лаборатории института показали принципиальную возможность частичной либо полной замены кокса на шунгит при выплавке ферросплавов с одновременным улучшением экономики печакампаний.

Применение шунгита на крупнейшем профильном предприятии России помогло существенно снизить содержание золота, палладия и платины в шлаках. А ведь уменьшение потерь при переработке руд, которые содержат благородные металлы, одна из самых актуальных проблем для цветной металлургии.

Новые патенты в такой консервативной отрасли, как металлургия, нечастое в последнее время явление, отмечает эксперт АО «Институт Гипроникель». На эту работу ушло почти три года. Но РБК добилась результата: в начале 2023-го компания защитила свои разработки и получила Евразийский патент «Способ обеднения шлаков цветной металлургии с использованием шунгита».

Вместе с учеными здесь убеждены: за шунгитом — будущее не только в России и странах СНГ, но и в дальнем зарубежье.

Карельский шунгит на Урале

Хотя, безусловно, в РБК рассчитывают, что в первую очередь карельские инновации будут востребованы на отечественных металлургических предприятиях. И отклик есть.

«Наша компания узнала о шунгите, когда проводила проектные работы по ремонту печей на Балхашском медеплавильном заводе. Одновременно с этим проектом мы вели работы на Среднеуральском медном заводе в Свердловской области. Для меня стало понятно, что шунгит — уникальный восстановитель для таких металлов как медь, никель и другие», — поясняет генеральный директор московской компании «НОРД Инжиниринг» Александр Кузнецов.

Специалисты договорились с руководством Среднеуральского медного завода о проведении промышленного эксперимента с использованием шунгита в печах Ванюкова — это основной тип печи для выплавки меди. И не прогадали. Летом 2022 года получили положительный результат, причем не только в печах Ванюкова, но и на следующем этапе производства — в конвертерных печах.

«Применение всего одной тонны шунгита в час вместо кокса позволяет снизить содержание меди в отвальном шлаке с 0,9 до 0,5 процента и получить дополнительно до 300 тонн чистейшей меди в год!

При этом улучшается производительность печей, снижается потребление природного газа и так далее. Мы полагаем, что должны сократиться затраты на проведение плановых и планово-предупредительных работ. А это очень важно, так как простой печи даже на одни дополнительные сутки чреват огромными экономическими потерями», — рассказывает Александр Кузнецов.

Для проведения эксперимента на Среднеуральском медном заводе компания РБК поставила партию шунгита на безвозмездной основе. Сейчас «НОРД Инжиниринг» совместно с РБК работает над проектом дополнительной линии подачи шунгита в печь. Запланировано создание цеха по производству брикетов нужного размера со специальными технологическими добавками для печей Ванюкова и конвертерных печей из отходов шунгитового карьера.

«Проведение исследований и промышленных испытаний по применению шунгита в металлургии требует больших инвестиций, это десятки миллионов рублей. Но металлургия — одна из стратегических целей РБК и мы уверены в успехе», — поясняет Андрей Засорин.

Прочный почти как алмаз

Еще одно важное направление – производство из шунгита карбида кремния. После алмаза в природе это второй по прочности материал. И он очень востребован в машиностроении, инструментальной промышленности. Его используют для шлифования, обработки и резки металла. С его помощью производят изделия для металлургической и химической промышленности, способные работать при высоких температурах.

Словом, переоценить важность карбида кремния в современном мире невозможно.

«На территории СНГ монополистом по производству карбида кремния является «Волжский абразивный завод» в Волгоградской области. Продукт дефицитный, потребность в нем в России и за рубежом очень велика. А из-за высоких цен на электроэнергию, например, в Европе, некоторые производства вынуждены закрываться. Поэтому альтернативная возможность его производства – очень серьезная и нужная задача», — объясняет Ольга Рубинчик из управления конструкционных графитов и углерод-карбидокремниевых материалов АО «НИИграфит».

«Сотрудничество РБК и «НИИграфит» продолжалось несколько лет, были изучены разные гипотезы использования шунгита. В результате поисков мы остановились на карбиде кремния», — поясняет Денис Зубков.

«Шунгит Зажогинского месторождения имеет практически идеальное соотношение углерода (около 30%) и диоксида кремния (примерно 60%). Именно такое соотношение применяется в стандартной технологии выплавки карбида кремния в печах Ачесона. Это натолкнуло нас на необходимость проверки шунгита как исходной шихты (смеси материалов для переработки в плавильных печах – прим.ред.)

Первые результаты в печах Таммана при температуре более 2000 градусов Цельсия показали, что мы на правильном пути!» — добавляет Ольга Рубинчик.

Площадка в Надвоицах

Но для того, чтобы провести расширенный промышленный эксперимент, нужна была производственная площадка. Найти действующую площадку не удалось. И было решено строить практически новую печь на базе третьего цеха электролизеров «Надвоицкого алюминиевого завода» (НАЗа). Почему именно там, понятно: на предприятии был и персонал, и мощные силовые трансформаторы, и электроэнергия нужной мощности.

«Поддержка руководства НАЗа также была важным фактором в реализации этого по сути инновационного проекта. По чертежам «НИИграфит» наша компания на собственные средства построила печь с загрузкой шунгита в объеме более 60 тонн. Это полный железнодорожный вагон! Мы закупили графитовые блоки, смонтировали силовые шинопроводы», — говорит заместитель директора по производству РБК Василий Захаров.

И уже в конце 2019 – начале 2020 года в Надвоицах провели первые две плавки. Получили 15% карбида кремния хорошего качества. Практически такой же результат, как у крупнейшего производителя этого материала — Волжского абразивного завода!

Но самое важное, что это – задел на будущее. Промышленный эксперимент позволил специалистам уточнить электрические режимы обработки шунгита и приступить к разработке технико-экономического обоснования строительства завода с несколькими печами для выплавки карбида кремния.

Теперь дело — за серьезными партнерами и инвестициями. По предварительным подсчетам, потребуется не менее 500 млн рублей для строительства такого завода «с нуля». Специалисты уверены, что такой завод будет как минимум на 20-30% энергоэффективнее, чем традиционные производства, которые используют для получения карбида кремния чистый кварц и нефтяной кокс.

«Шунгит для нас, графитчиков, подтвердил свою уникальность в полной мере. А ведь еще несколько лет назад мы его воспринимали исключительно как материал для сувениров из Карелии», — добавляет Ольга Рубинчик.

Нам нужны хорошие дороги!

Применение шунгита может помочь в решении еще одной очень острой для России проблемы. Речь идет о качестве дорог. В чем секрет знаменитых немецких автобанов или дорог в США? Дело в том, что ведущие автомобильные страны при строительстве магистралей уже давно используют не просто дорожный битум, а материалы на его основе с добавлением полимеров — ПБВ. Почти 100% дорог в этих странах укладывается именно с применением таких материалов. В итоге трассам не страшны колебания температур, они значительно более стойкие к износу, к таким деформациям как колейность.

При этом доля современных материалов на основе битума и полимеров в составе асфальтобетонной смеси — всего 8%. Но есть серьезная проблема: стоимость этих самых специальных полимеров очень высока.

Российские ученые ищут возможности удешевить производство таких материалов без потери качества. Например, в Белгородском государственном техническом университете им. Шухова работают над новыми рецептурами, в том числе с применением различных минеральных добавок.

В компании РБК изучили публикации сотрудников кафедры автомобильных и железных дорог университета. И оценили, что у порошков из шунгита есть очень хорошие перспективы. А знакомство с доктором технических наук, профессором кафедры Валентиной Ядыкиной вылилось в сотрудничество.

Длительные научные исследования показали, что полимер в ПБВ можно наполовину заменить шунгитовым порошком. Качество асфальтобетонной смеси при этом останется на прежнем уровне.

При поддержке БелГТУ компания РБК в 2020 году получила соответствующий патент. Экономика тоже говорит в пользу применения шунгитовых порошков, ведь они в два-три раза дешевле специальных полимеров для дорожного строительства. Сейчас РБК ищет индустриального партнера, чтобы реализовать технические новации.

«Я убеждена, что у шунгита большое будущее в отечественном дорожном строительстве. Наличие в нем углерода и кремнезема роднит его с основными компонентами дорожных смесей, поэтому он хорошо смешивается, образуя однородную матрицу. При укладке дорог не потребуется изменение технологии. В нынешних условиях больших объемов строительства дорог это очень важно», — утверждает Валентина Ядыкина.

Словом, уникальный карельский шунгит за последние годы открыл много своих удивительных свойств. И не исключено, что впереди новые открытия. В РБК уже есть наработки в новых перспективных направлениях – это нефтяная промышленность и промышленная экология. Как говорят в компании РБК, главная цель инновационных разработок — это создание в Карелии новой шунгитовой отрасли.

Реклама. ООО «ТДМ» ИНН 1006027353