1 ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ

1
ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ
В ХИМИЧЕСКОЙ И СИЛИКАТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ВАСЕКИН В.В.
ФГУП «НПК «Суперметалл», Москва, Россия
Динамика рынка любой отрасли промышленности связана со многими факторами,
обусловленными
объективными
обстоятельствами
внешнего
взаимодействия
и
внутренними закономерностями. Внешние обстоятельства - это глобальные тенденции
мировой и национальной экономики, рассмотрение которых выходит за рамки конференции,
внутренние закономерности в первую очередь определяются степенью реальной
конкурентности и присутствием достаточного потенциала для возможности развития
отрасли.
Рынок оборудования из драгоценных металлов отличается от открытых рынков
продукции потребления и характеризуется естественно присутствующей саморегуляцией
производства и потребления, т.е. напрямую связанными производителями и потребителями,
что является определяющим субъективным фактором его развития.
Наличие и формирование перечисленных факторов напрямую нельзя связать с
результатами и внедрением научных разработок, технических или технологических
новшеств в отрасли, хотя, невозможно представить, что формирование конкурентной среды,
например, на современном рынке может происходить без учета преимуществ отдельных его
операторов в технике или технологии.
Именно поэтому мы попытаемся рассмотреть проблемы и возможности
эффективного использования драгоценных металлов в химической и силикатной
промышленности с точки зрения производителя оборудования из драгоценных металлов.
Более 42 лет Суперметалл разрабатывает технологии, изготавливает материалы и
оборудование из платиновых сплавов и присутствует на рынке драгоценных металлов, как
один из ведущих производителей оборудования для выработки стеклянных и базальтовых
волокон, варки оптических и специальных стекол и выращивания монокристаллов.
Если рассматривать мировую промышленность силикатных материалов, выделяя
мощности по производству стеклянных волокон, несмотря на некоторый экономический спад
в мировой промышленности наблюдается довольно устойчивый рост общего потребления
стекловолокнистой продукции, что поддерживает постоянный спрос на оборудование для ее
производства. Еще более динамично развивается промышленность монокристаллов и
оптического стекловарения.
По приближенным экспертным оценкам только для изготовления фильерных
стеклоплавильных устройств во всем мире необходимое количество платиноидов может
существенно превышать 50 тонн в год, в том числе на долю "Суперметалла" приходится не
менее 6 % от этой величины. На российский рынок "Суперметалл" поставляет более 87 %
всего потребляемого оборудования для производства стеклянных, базальтовых волокон и
монокристаллов.
Что же послужило основой для успешного продвижения продукции "Суперметалла"?
Фундаментом для развития новых направлений в технологии переработки сырья
драгоценных металлов, технологических процессов изготовления разнообразной продукции
технического назначения являются более 100 крупных разработок специалистов
"Суперметалла", защищенных российскими и зарубежными патентами на материалы,
технологии производства и конструкции такого оборудования. При этом, главным остается
обеспечение производства и сфер применения оборудования для выработки различных
материалов (стеклянных и базальтовых волокон, монокристаллов и качественных стекол)
оптимальными научными и техническими решениями.
К важнейшим разработкам "Суперметалла", получившим широкое признание,
относятся:
• конструкции стеклоплавильных аппаратов (СПА) щелевого типа и с непрерывной
загрузкой сырья, СПА с полным электропроводящим экраном, с уплотненными
2
•
•
фильерными полями и устройствами для охлаждения подфильерного пространства.
Совместно с партнерами были разработаны элементы конструкций многофильерных
питателей (ФП) щелевого и струйного типа для одностадийного производства
непрерывного стеклянного волокна;
многочисленные двух- и многокомпонентные платиновые сплавы, легированные
родием, палладием, иридием, рутением, золотом; дисперсноупрочненные материалы
широкой гаммы составов, в том числе слоистые композиты. Использование этих
сплавов в СПА для выработки стеклянных и базальтовых волокон при температуре
до 1750 °С, в плавильных системах, тиглях для получения оптических стекол и
монокристаллов позволило уменьшить массу и увеличить срок службы
оборудования, в несколько раз сократить потребность в платиновых металлах;
новые технологические процессы:
— получение высококачественных сплавов в герметичном холодном тигле;
— лазерная сварка и плазменная технология нанесения керамических покрытий;
— электрофизические технологии изготовления упрочненных сплавов и слоистых
композиционных материалов;
— автоматизированное производство фильер методом индивидуальной роторной
штамповки;
— производство цельноштампованных фильерных пластин и др.
Эти процессы лежат в основе современного производства и обеспечивают
стабильное высокое качество производимого оборудования.
Что же определяет эффективность такого производства?
"Суперметалл" никогда не ставил и не решал задачу односторонней выгоды от
собственного производства, такая политика не может предусмотреть многих нюансов
современного рынка и возрастающую конкуренцию, и поэтому, в конечном счете, не имеет
перспективы. Поэтому все усилия специалистов "Суперметалла" были направлены не
только на повышение положительной результативности собственного производства, но и на
повышение эффективности эксплуатации изготовленного в "Суперметалле" оборудования.
В условиях оживления силикатных и монокристальных производств при ощутимом
недостатке драгоценных металлов и чувствительном повышение цен на драгоценные
металлы увеличение выпуска продукции невозможно без новых современных технологий,
организации движения и оптимизированного использования драгоценных металлов.
В настоящее время "Суперметалл" активно продвигает на российский и мировой
рынки ресурсосберегающие проекты, обеспечивающие снижение массы изделий,
повышение их сроков службы, уменьшение безвозвратных потерь при изготовлении и
эксплуатации, а также оптимизацию эксплуатационных расходов на энергоносители.
К главным направлениям работ, которые развиваются в "Суперметалле", относятся:
• активное внедрение новых компактных конструкций стеклоплавильных аппаратов
(СПА) для двухстадииного и фильерных питателей (ФП) для одностадийного
производства стекловолокна;
• применение новых материалов для изготовления оборудования или отдельных
узлов, включая дисперсноулрочненные сплавы и композиционные слоистые
материалы;
• совершенствование технологий переработки вторичного сырья и изготовления СПА;
• комплексные технологии переработки всего объема вторичного сырья, включая
переработку ломов, отходов, скрапа и керамических отходов;
• организация движения драгоценных металлов, позволяющая максимально
увеличить эффективность их использования при переработке вторичного сырья и
изготовлении оборудования.
"Суперметалл" предлагает новые малоплатиновые компактные конструкции СПА с
цельноштампованными фильерными пластинами для двухстадийного производства.
Номинальная масса этих СПА на 15-30 % меньше массы прототипов при сохранении срока
службы и производительности. Применение этих конструкций СПА позволяет сэкономить до
30 % электроэнергии.
3
Внедрение малогабаритных конструкций стеклоплавильных аппаратов для
двухстадийного производства стеклянных волокон практически исчерпало возможности
дальнейшего сокращения драгоценных металлов путем разработки новых типов аппаратов,
изготавливаемых целиком из платино-родиевых сплавов.
Идея экономии драгоценных металлов при производстве стеклянных волокон
двухстадийным способом простым исключением металлов из объемов конструкций,
обеспечивающих плавление и первичную подготовку стекломассы, неоднократно была
реализована на многих предприятиях. Металлокерамические плавильные установки
успешно эксплуатируются на предприятиях стеклянного волокна Китая.
Специалисты "Суперметалла" предложили свою версию металло-керами-ческой печи
для производства стеклянного волокна, позволяющей сэкономить до 35 % драгоценных
металлов и до 10 % электроэнергии при эксплуатации. Результаты этой разработки будут
представлены в докладе ведущего научного сотрудника "Суперметалла" Рафаила
Григорьевича Чернякова.
Для одностадийного производства стекловолокна "Суперметалл" предлагает услуги
по изготовлению ФП с цельноштампованными и лазерно-сварными пластинами до 6000
фильер.
Специалисты "Суперметалла" участвуют в пуске новых конструкций СПА и ФП и
осуществляют сопровождение эксплуатации. Опыт работы этих конструкций в 1999 - 2005
годах позволяет уверенно считать, что подобные конструкции имеют очень хорошую
перспективу и уже пользуются возрастающим спросом.
К последним разработкам в этой области относятся уже промышленно
эксплуатируемые конструкции фильерных питателей с объемными фильерными
пластинами. Эти конструкции фильерных питателей, особенно многофильерные - свыше
1600 фильер, обладая уменьшенной в более, чем 1,5 раза массой по сравнению с
аналогами по числу фильер и производительности и обеспечивая устойчивый и
производительный процесс выработки стеклянного волокна, имеют наивысшие
экономические показатели при эксплуатации. Специалисты "Суперметалла" подготовили
отдельный доклад о фильерных питателях с объемными фильерными пластинами, который
будет представлен ведущим научным сотрудником Владимиром Васильевичем
Улыбышевым.
Изготовление новых компактных конструкций СПА и менее металлоемких систем для
оптического стекловарения требует применения новых эффективных материалов. В
"Суперметалле" разработаны и активно применяются дисперсноупрочненные платина,
платино-родиевые, платинородийпалладиевые, платинозолотые и другие сплавы (ДУПССМ), а также композиционные слоистые материалы на основе этих сплавов (СКМ-СМ).
Применение таких материалов позволяет значительно снизить расход драгоценных
металлов при сохранении технологической и эксплуатационной надежности изделий.
К важнейшим положительным результатам использования ДУПС-СМ и СКМ-СМ
относится возможность повышения в 1,5-3 раза долговечности конструкций при
эксплуатационных температурах и напряжениях и (или) снижения их массы.
При этом, ДУПС-СМ и СКМ-СМ обладают достаточной технологичностью,
позволяющей изготавливать изделия различной конфигурации с использованием методов
прокатки, штамповки, волочения и сварки.
Дисперсное упрочнение не снижает химическую стойкость платины и ее сплавов, а
особая структура ДУПС и СКМ тормозит коррозионное межзеренное разрушение
материалов.
Сопротивление высокотемпературной ползучести и разрушению ДУПС обеспечивает
стабильность размеров и определяет целесообразность их применения в фильерных узлах
стеклоплавильных: устройств и конструкциях для варки стекла и выращивания
монокристаллов.
Использование ДУПС и СКМ материалов в стеклоплавильных устройствах для
выработки стеклянного и базальтового волокон позволяет экономить до 40 % драгоценных
металлов за счет облегчения конструкций и повышения их долговечности при эксплуатации.
4
"Суперметалл" обладает положительным опытом производства и эксплуатации
стеклоплавильных устройств, полностью изготовленных из дисперсноупрочненных
материалов СКМ-СМ или в комбинации ДУПС-СКМ.
Положительный опыт эксплуатации тиглей для выращивания монокристаллов,
изготовленных из слоеных ДУПС-СКМ материалов на предприятиях России и в Институте
вторичных ресурсов в Китае, позволяет надеяться на хорошие перспективы возрастания
потребности этих материалов на современном рынке.
Успех производства продукции из драгоценных металлов во многом определяется
возможностями и эффективностью технологий переработки сырья с получением
качественных металлов и сплавов.
Более 22 лет назад "Суперметалл" предложил схему безаффинажной переработки
вторичного сырья в виде ломов стеклоплавильных аппаратов. Специалистами
"Суперметалла" под руководством профессора Е.И.Рытвина были осуществлены научные и
технологические разработки и создано специальное оборудование.
В настоящее время переработку основного количества сырья - ломов драгоценных
металлов "Суперметалл" осуществляет по эффективной безаффинажной технологии,
включающей предплавильную подготовку ломов и переплав в герметичном холодном тигле,
сочетающим в одном объеме плавильную камеру и кристаллизатор. Эта технология
позволяет проводить рафинирование промышленных сплавов без разделения на
компоненты. Чистота получаемого металла, его восстановленные потребительские
технологические свойства позволяют вновь полноценно использовать сплавы для
изготовления изделий.
К 2005 году "Суперметалл" переработал по безаффинажной технологии более 85
тонн ломов драгоценных металлов. Из материалов, полученных по этой технологии,
изготовлено свыше 37 тысяч единиц оборудования (массой от нескольких грамм до ста
килограмм) для производства стекла, стеклянных и базальтовых волокон, строительных
силикатных материалов и монокристаллов.
Иллюстрацией успешного применения безаффинажной технологии могут служить
показатели сроков службы стеклоплавильных аппаратов, которые при работе на
алюмоборосиликатном стекле достигают 360—540 суток, а показатели сроков службы 800фильерных питателей одностадийного производства стеклянных волокон на том же стекле более 750 суток.
Максимальный эффект при переработке вторичного сырья достигается 8
"Суперметалле" благодаря применению технологий, сочетающих безаффинажные и
аффинажные способы переработки.
Безаффинажная - пирометаллургическая переработка обеспечивает получение
сплавов заданного состава из 90-95 % поступающего сырья. Около 5-10 % ломов имеют
значительные изменения в составе в результате технологических отклонений при
эксплуатации, приводящих к насыщению сплавов неблагородными металлами. В этом
случае безаффинажная пирометаллургическая переработка ломов имеет ограничения в
применении. С повышением концентрации примесей эффективность пирометаллургической
переработки падает из-за увеличения числа циклов переплава, повышения энергозатрат и
роста потерь драгоценных металлов при переработке. Кроме этого, в отдельных случаях
возникает необходимость изменения основного состава сплава с исключением одного или
нескольких компонентов для изготовления нового изделия из материала другого состава.
Это невозможно без аффинажа.
Таким образом, если говорить об эффективной переработке ломов оборудования
силикатных производств, то наибольший эффект достигается при использовании
комплексной переработки сырья. Эта схема включает технологии аффинажной
(гидрометаллургической) и безаффинажной (пирометаллургической) переработки. При этом
аффинажная часть переработки сырья не всегда требует доведения продуктов аффинажной
переработки до стандартного состояния.
В настоящее время "Суперметалл" обладает опытом переработки всего спектра
сплавов, использующихся в производстве оборудования из драгоценных металлов для
получения стеклянного волокна, монокристаллов и оптических стекол. Это - чистая платина,
5
платино-родиевые сплавы до 40 % родия, многокомпонентные сплавы платины с родием,
палладием, рутением, иридием и золотом, композиты - дисперсноупрочненные платина,
платино-родиевые сплавы и слоистые материалы.
Важнейшим узлом стеклоплавильного устройства является фильерная пластина. В
настоящее время в "Суперметалле" осуществляется изготовление сварных и
цельноштампованных фильерных пластин от 50 до 4000 фильер.
Технология получения цельноштампованных фильерных пластин дает возможность
производить компактные фильерные пластины с плотным расположением фильер
различного профиля, имеющих ряд преимуществ, привлекательных для потребителей:
— повышение плотности фильерного поля, создающего предпосылки для создания
облегченных конструкций стеклоплавильных устройств и экономии драгоценных
металлов;
— увеличение жесткости фильерной пластины, повышающей эксплуатациионные
характеристики
оборудования
—
стабильность
процесса
выработки
стекловолокна;
— повышение сроков службы оборудования.
Особенности изготовления цельноштампованных фильерных пластин будут
представлены
в
докладе
руководителя
научно-исследовательского
отделения
Суперметалла" Валерия Александровича Ястребова.
Немаловажной составляющей качества стеклоплавильных устройств и оборудования
для варки стекла и выращивания монокристаллов является надежность сварных
соединений при сборке изделий.
Так, например, типовой 400-фильерный стеклоплавильный аппарат имеет несколько
десятков метров сварных швов. Сборка изделий или отдельных узлов в "Суперметалле"
производится автоматизированной лазерной, плазменной и аргонодуговой видами сварок с
оптическим и гидравлическим контролем качества сварных соединений.
"Суперметалл" активно работает на рынке драгоценных металлов и имеет
возможность эффективно поддержать своих партнеров в вопросах обеспечения
драгоценными металлами их производственных программ. В 1999 году "Суперметалл"
предложил, а с 2000 года активно продвигает на рынок новые проекты по переработке
сырья драгоценных металлов и изготовлению стеклоплавильных устройств и других изделий
технического назначения. Заказчики "Суперметалла" получили реальную возможность, не
увеличивая количество собственных драгоценных металлов, использовать больше
стеклоплавильных устройств и другого оборудования для расширения объемов
производства. Это было достигнуто благодаря внедрению различных технологических и
организационных схем, позволивших сократить время полного оборота драгоценных
металлов от сырья до готового изделия до нескольких дней.
Постоянное совершенствование отдельных стадий переработки сырья и
изготовления изделий с применением специальных ресурсосберегающих технологий,
повышающих выход годного материала, дает возможность постоянно снижать уровень
безвозвратных потерь драгоценных металлов и поддерживать его одним из самых низких в
мире.
Рынок всегда чутко реагирует на три фактора: качество, цена и срок поставки
продукции. Обладая эффективными технологиями переработки сырья и изготовления
изделий, создавая новые технологии и активно работая на рынке драгоценных металлов,
"Суперметалл" в состоянии предложить своим партнерам самые современные услуги по
переработке сырья драгоценных металлов и изготовлению изделий высокого качества.