Сотрудники Физико-технического института ИРНИТУ выполняют задачу организовать высокотехнологичное производство наноструктур на основе углерода и диоксида кремния (SiO2) из пылевой части отходов кремниевых заводов. Полученные продукты могут значительно улучшить свойства строительных и конструкционных материалов - бетона, асфальта, металла, красок и резины.
Напомним, что научно-исследовательские работы ведутся в рамках совместного проекта Инженерно-технологического центра Объединенной Компании «РУСАЛ» и ИРНИТУ, которые выиграли конкурс по Постановлению Правительства РФ N 218 (кооперация вузов и предприятий). Согласно проекту комплексная ресурсосберегающая технология должна быть разработана до конца 2018 года.
Ведущий специалист Инновационно-технологического центра ИРНИТУ Валерий Горовой сообщил, что запланировано получение двух концентратов – это наноразмерный диоксид кремния и наноструктурный углеродный модификатор. На первом этапе проекта рассматривается несколько способов обогащения пылевых продуктов до достаточной концентрации диоксида кремния. Одним из методов обогащения ученые предложили флотацию - способ разделения веществ в жидкой среде, основанный на способности одних веществ прилипать к воздушным пузырькам и переходить вместе с ними в пенный слой, а других оставаться во взвешенном состоянии.
В Технопарке ИРНИТУ создана лабораторная модель флотационной установки, которая уже апробирована на наноразмерных структурах. Поставщиком сырья (пылевые отходы) является ЗАО «Кремний» (г. Шелехов). Отметим, что нанодисперсная пыль в основном состоит из углеродных волокон, нанотрубок и наношариков диоксида кремния.
«Флотационная машина представляет собой смонтированную в металлическом каркасе камеру, куда подается смесь сырья с определенными реагентами. При перемешивании с подачей воздуха образуются воздушные пузырьки. Вместе с воздушными пузырьками одни частички смеси поднимаются в виде пены и выходят наружу, представляя собой концентрат углеродных наноструктур. Другие частички хорошо смачиваются водой и остаются внутри камеры – это диоксид кремния. Таким образом, происходит разделение двух продуктов, которые могут найти применение в самых разных областях, улучшая характеристики материалов.
В настоящее время мы отрабатываем особенности данной технологии, пробуем применять различные флотационные реагенты. Однако уже сейчас можно сказать, что наша методика работает. Получены хорошие экспериментальные данные», - подчеркнул В. Горовой.
Сотрудники Инновационно-технологического центра ФТИ ИРНИТУ оптимизируют производство для увеличения выхода веществ в том соотношении, которое требует заказчик. При этом они стараются автоматизировать систему, чтобы участие оператора установки было минимальным. По словам В. Горового, важно приблизить лабораторные работы к реальному производственному процессу.
Ранее сообщалось, что инновационный модуль для очистки технологических газов и улавливания нано-дисперсной пыли на площадке ЗАО «Кремний» планируется построить и запустить в эксплуатацию в 2018 году. При этом вторым вариантом размещения предусматривается другой кремниевый завод - ООО «СУАЛ-Кремний-УРАЛ», расположенный в г. Каменск-Уральский Свердловской области. Планируется, что ежегодно будет улавливаться свыше 6,5 тыс. тонн дисперсной пыли, которая будет разделяться на нужные концентраты по содержанию углерода и диоксида кремния. Кроме того, технологические решения направлены на то, чтобы из агломерата получать набор концентратов для улучшения свойств различных материалов. В ходе реализации проекта ученые также намерены создать опытно-промышленный модуль по выпуску линейки модификаторов с заданными свойствами.
Предполагается, что себестоимость продукции на основе диоксида кремния составит не более 2 тысяч рублей за тонну, а себестоимость концентратов углеродных наноструктур - не более 10 тысяч рублей за тонну, при том, что один из модификаторов в настоящее время приобретается за рубежом по цене 700 рублей за кг.