Газета Национального исследовательского
Томского политехнического университета
Newspaper of National Research
Tomsk Polytechnic University
16+
Основана 15 марта 1931 года  ♦  FOUNDED ON MARCH 15, 1931
Архив номеров Поиск

Вольфрамовая кулинария

Как превратить отходы производства в качественный продукт

В 2014 году Томский политехнический университет вместе со своим партнером, бурятским предприятием ЗАО «Закаменск», выиграл правительственный конкурс. Компания планировала выпускать вольфрамовый концентрат, она поставила перед политехниками задачу найти более эффективный способ его производства. Однако ученые ТПУ пошли дальше.

В следующем году политехники уже передадут на предприятие в Бурятию готовую технологию получения паравольфрамат аммония.

Благодаря ноу-хау этим летом в Бурятии уже заработала новая производственная линия, а сейчас ученые ТПУ разрабатывают новую для России технологию изготовления паравольфрамата аммония — вещества, используемого для получения оксида вольфрама и металлического вольфрама. Добавка вольфрама в металлические сплавы делает их устойчивыми к экстремально высоким температурам. И, как признается научный руководитель проекта Роман Крайденко, сейчас ученые заняты настоящей химической кулинарией.

Пошли дальше

Вольфрам ? самый тугоплавкий металл. Благодаря своим свойствам он незаменим в нитях накаливания осветительных приборов, а также как добавка к сплавам. Вольфрам делает сплавы устойчивыми к высоким температурам, поэтому используется в автомобилестроении, космической отрасли. Так, из сплавов с вольфрамом делают детали для двигателей космических кораблей, танковую броню и артиллерийские снаряды. По запасам этого металла Россия занимает второе место в мире, уступая только Китаю. При этом отечественное горное производство отстает по темпам добычи промышленности КНР примерно в 20 раз, обеспечивая лишь около 4?5 % мирового рынка, в то время как доля Китая превышает 85 %. Поэтому отечественной промышленности необходимо нарастить темпы добычи вольфрама и производства продуктов на его основе. Проект политехников и ЗАО «Закаменск» тоже внесет свою лепту в развитие российского производства.

Само предприятие «Закаменск» появилось на месте гиганта советской промышленности ? Джидинского вольфрамо-молибденового комбината, который занимался добычей и обогащением вольфрамовой руды. В годы Великой Отечественной войны каждый третий советский танк был изготовлен из стали, легированной закаменским вольфрамом, т. е. стали, которая, кроме обычных примесей, содержала легирующие добавки, повышающие ее прочность и коррозионную стойкость. В 1996 году комбинат прекратил свое существование и оставил после себя в большом количестве техногенные отходы, содержащие вольфрам. Они оказались вполне пригодными для переработки в вольфрамовый концентрат. ? Изначально «Закаменск» хотел выпускать просто концентрат ? начальный продукт в цепочке вольфрамосодержащих продуктов. Из него потом можно делать более сложные вещества. У предприятия была возможность обогащать руду физическими методами до концентрата с содержанием вольфрама на уровне 52?54 %. Этот показатель нам и предстояло увеличить. Более качественный концентрат позволит производить следующие в цепочке продукты такого же высокого качества, ? рассказывает научный руководитель проекта, заведующий кафедрой химической технологии редких, рассеянных и радиоактивных элементов ТПУ Роман Крайденко.

У политехников уже был теоретический и практический опыт работы с вольфрамом и концентратами на его основе.

Предприятие поставило перед нами конкретные технические задачи. Мы отработали методики получения более качественного концентрата, поменяли режимы гравитационного обогащения, предложили сменить некоторое оборудование. В итоге получили концентрат с содержанием вольфрама 62 %. На практике это существенный прирост, при том, что энергозатраты, необходимое количество оборудования, рабочей силы остались прежними, — отмечает Роман Крайденко.

Дешевле и безопаснее

Политехники также предложили руководству «Закаменска» открыть производство более сложного вещества, нежели концентрата. Сейчас ученые университета разрабатывают новую для России технологию получения порошка паравольфрамата аммония. Это важнейший продукт на основе вольфрама, который можно найти на рынке. Уже из его производных делают добавки к сплавам для увеличения тугоплавкости.

— Это продукт с более высокой добавленной стоимостью, так что его производство очевидно более выгодно для предприятия с экономической точки зрения, — говорит ученый.

По его словам, за основу политехники взяли традиционную технологию и благодаря своим наработкам улучшили ее.

— Мы работаем с концентратом. На первом этапе он переводится в раствор с помощью классической технологии автоклавного вскрытия. А вот на втором этапе мы предложили новое решение, которое в России никто не применяет, ? поясняет Крайденко. ? Обычно используется метод экстракции с растворителями, чтобы отделить вольфрам от примесей. Мы же предложили использовать ионнообменные смолы: небольшие гранулы из полимеров забирают на себя вольфрам, а раствор с примесями проходит мимо.

Технология политехников более ресурсоэффективная по сравнению с аналогами. Так, разработка наших ученых позволяет использовать соду, необходимую на первом этапе, и несколько раз возвращать ее в производство. В традиционных технологиях соду утилизируют после первого же применения. По словам исследователей, это нововведение снизило себестоимость конечного продукта как минимум на 10 %. При этом политехники используют смолы отечественного производства, что также сказывается на снижении себестоимости. Еще один плюс томской технологии — ее безопасность.

— Традиционно на втором этапе применяется керосин, а он взрывоопасен. К сожалению, на российских предприятиях культура производственной безопасности еще не столь высока, и керосиновые взрывы периодически случаются. Мы исключили из производственного цикла керосин, а предлагаемые нами смолы не взрывоопасны, —говорит ученый.

Сейчас специалисты Томского политеха уже собрали опытный стенд, воспроизводящий полный технологический цикл, но с уменьшенными образцами оборудования. На следующем этапе они должны будут организовать опытное производство на площадке университета. После отработки всех режимов опытный участок будет построен уже на самом «Закаменске».

— Этот проект приносит выгоду каждой стороне. «Закаменск» получает новую высокоэффективную технологию, университет же, помимо финансирования исследований, развивает и образовательную составляющую, — добавляет Роман Крайденко. — Этим летом наш студент уже ездил на практику в Бурятию, участвовал в запуске линии. Думаю, в этом году наши студенты также смогут приехать на практику. Более того, запуск нового производства предполагает, что предприятию будут нужны квалифицированные молодые сотрудники, а такие у нас есть.

Александра Лисовая

Химия — это настоящая кулинария. Для достижения своей цели мы пробуем разные температуры, способы «приготовления», новые добавки. В совместном проекте с ЗАО «Закаменск» наши эксперименты уже привели к запуску новой производственной линии, защите ноу-хау, и сейчас наша технология проходит патентование.

Роман Крайденко, руководитель проекта, заведующий кафедрой химической технологии редких, рассеянных и радиоактивных элементов
Сроки проекта

2014–2016 гг.

Команда проекта:

24 человека, из них: 70 % — политехники, 30 % — представители бизнеса, 2 доктора наук, 4 кандидата наук, 4 аспиранта, 14 инженеров.

Цель проекта

Разработать новые технологии, которые позволят выпускать продукты на основе вольфрама более высокого качества, чем это возможно сегодня. Благодаря уменьшению себестоимости конструкционных материалов можно снизить стоимость деталей для двигателей автомобилей, самолетов и космических кораблей.

Партнер: ЗАО «Закаменск»