CC BY
168
\ НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ \
Конверсионнь
алмазы
Копейский завод «Пластмасс» (Челябинская область), специализирующийся на утилизации боевых снарядов, осваивает в промышленных объемах производство шихты для наноалмазов. Инновационный продукт решили делать из вторсырья — гексогена, который раньше вымывали из снарядов и захоранивали.
Александр Лучшие ДРУЗЬЯ прОМЫШЛенИИКОВ
АНДРИАНОВ Сразу отметим, что к украшениям наноалмазы не имеют
никакого отношения. Это синтетические алмазы, которые получаются при взрыве, из углерода, содержащегося в молекулах взрывчатого вещества. Поэтому их еще называют детонационными (от слова «детонация» — взрыв) наноалмазами, а способ их получения — детонационным синтезом.
Условно процесс можно разделить на два этапа. На первом в результате взрыва в газовой, водяной или ледяной средах синтезируется наноалмазная шихта. На
Кто выпускает наноалмазную продукцию
Сегодня в России два предприятия имеют мощности по выпуску наноалмазной продукции. Это — НПО «Алтай» из Бийска (производит порошок и наноалмазы по собственной запатентованной технологии, средний размер единичной частицы — 5 нм) и фирма «Реал — Дзержинск» (наноалмаз по свободной технологии, средний размер единичной частицы — 5 нм). Наноалмазы может выпускать также фирма «Синта» из Белоруссии, имевшая собственную технологию и продавшая ее в Китай, а также компания «Алит» из Украины. Последняя может производить два вида наноалмаза (со средним размером единичной частицы 5 нм по технологии РФЯЦ-ВНИ-ИТФ г. Снежинск и со средним размером агрегатов 100-150 нм для абразивных технологий). При этом российская «Реал — Дзержинск» — основной поставщик абразивного наноалмазного материала для США, украинская «Алит» — для Европы.
втором этапе ее очищают от прочих компонентов, образовавшихся при взрыве, и получают наноалмазы.
Ихуникальныесвойства и, соответственно, сферы практического применения находятся под пристальным вниманием как ученых, так и промышленников.
Добавление наночастиц в состав ряда материалов кардинально улучшает качественные характеристики, которые определяют долговечность. Ученые выяснили, что, используя наноалмазы при гальваническом хромировании, можно в пять раз уменьшить толщину хромового покрытия без изменения его свойств. Наноалмазы в шинных резинах усиливают в 1,5 раза весь комплекс упруго-прочностных свойств: шины лучше защищены от проколов и увеличивается срок их годности. А вот эпоксидный клей «ЭД-20», после введения в него добавок алмазов, приобретает прочность алюминия.
Это лишь несколько примеров. Возможностей и сфер применения наноалмазов гораздо больше. Сегодня они используются для электрохимического покрытия, оксидирования (анодирования) алюминия
и его сплавов, в качестве присадок к смазочным маслам, смазкам, при изготовлении полимеров и мембран, абразивного инструмента, для систем магнитной записи и микроэлектрони-Добавление ки, в медицине. Ученые исследуют эффективность нанонаночастиц частиц при лечении онкологических заболеваний.
в состав ряда По оценкам экспертов, средняя рыночная стоимость
материалов неочищенной шихты составляет около $150 за кило-
кардинально грамм, готовой продукции (наноалмазов, алмазных
улучшает их суспензий, порошков) — от 30 до 50 тыс. руб. за кило-
качественные грамм.
характерис- Сегодня на рынке углеродных наноматериалов идут
тики. противоречивые процессы. С одной стороны, интерес
к применению нанотехнологий в промышленности растет. В частности, по оценкам экспертов, емкость российского рынка наноалмазной шихты составляет от 20 до 25 т в год и в ближайшее время будет только увеличиваться. С другой стороны, два действующих российских производства по выпуску наноалмазной шихты в про-
мышленных объемах (бийский «Алтай» мощностью до 10 т в год и «Реал — Дзержинск» мощностью до 3 т в год) приостановили работу. Причина — высокие затраты и, как следствие, высокая конечная стоимость товара. Действующие производители и разработчики наноалмазной продукции, если не имеют собственного экспериментального производства, просто раскупают старые запасы. По мнению экспертов, сегодня перед рынком стоит задача сформировать звено массовых производителей относительно дешевой наноалмазной шихты. С освоения этой, пока еще пустующей ниши, начало свой «алмазный поход» ФГУП «Копейский завод «Пластмасс».
Инновационный продукт из утильсырья
Челябинское предприятие с начала 90-х развивает направление по утилизации боепри-• пасов. Не так давно завод освоил расснаря-
: жение снарядов повышенного могущества
1 методом вымывания струей воды высокого
давления. На предприятии был построен участок, где из корпусов снарядов гексогенсодер-жащее взрывчатое вещество вымывается, проходит обработку и используется в разных сферах.
Первоначально руководство планировало наладить применение гексогенсодержащего втор-продукта для выпуска нового, более мощного, вида промышленной взрывчатки, однако экономический кризис внес свои коррективы в эти планы.
«Спрос на промвзрывчатку резко упал, потребление сократилось практически на 90% по сравнению с докризисным уровнем. Но проекты по утилизации боеприпасов идут вне зависимости от того, есть у нас покупатели промышленной взрывчатки или нет. Поэтому возникла идея использовать гексогенсодержащий продукт утилизации в другой области: делать из него шашки в качестве компонентов зарядов для получения наноалмазной шихты — пасты, содержащей ультрадисперсные алмазы и наноуглерод, — рассказывает гендиректор Копейского завода «Пластмасс» Вячеслав Шестопа-лов. — Этот проект позволит решить наши три основные проблемы. Во-первых, мы задействуем мощности по утилизации боеприпасов повышенного могущества и выпуску детонационной шашки. Во-вторых, решаем проблему экологически чистой и безопасной технологии утилизации продуктов расснаряжения — гексогена и ок-тогена. Наконец, мы закрываем тот финансовый пробел, который образовался в результате резкого падения потребления промышленной взрывчатки».
Уникальность проекта заключается в том, что завод, реанимирует выпуск российского сырья для наноматериалов, а кроме того, делает инновационный продукт из вторсырья, которое раньше просто утилизировалось.
«Завод в рамках госпрограммы расснаряжает боеприпасы с истекшим сроком годности и фактически при выходе на промышленные объемы бесплатно получает сырье для выпуска шихты. Плюс минимальные издержки на логистику — производство первичного сырья и конечного продукта сосредоточено на одной промпло-щадке», — поясняет Вячеслав Шестопалов. Алмазная
\ НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ \
ФГУП «Копейский завод «Пластмасс»
специализируется в области производства боеприпасов для ствольной артиллерии, реактивных систем залпового огня, некоторых видов авиационных средств поражения. В рамках конверсионной программы завод утилизирует боеприпасы с истекшим сроком годности, а также выпускает промышленные взрывчатые вещества. Завод входит в интегрированную структуру ОАО «НП К «Машиностроитель», объединяющую предприятия боеприпасной отрасли. К осени Копейский завод «Пластмасс» планирует завершить акционирование, 100% предприятия останется в собственности государства.
шихта копейского производства получается дешевле до 30% в сравнении со среднерыночными ценами.
Гендиректор отмечает, что на первом этапе завод организует выпуск наноалмазной шихты, на втором — планирует установить автоматизированную линию с двумя взрывными камерами роторного типа, что позволит практически исключить ручной труд в этом производстве. На третьем этапе предприятие намерено освоить химическую очистку шихты и выпуск готового нанопродукта. Правда, пока еще не решено какого.
«Сначала по объему потребления мы поймем, кому и в каком масштабе нужен черновой продукт. Затем определимся с направлением развития переработки: будет ли это выпуск чистых наноалмазов, модифицированной шихты либо чего-то другого», — отмечает гендиректор.
Первые достижения
Сегодня на заводе построена первая очередь участка синтеза наноалмазной шихты. В помещении бывшего цеха по производству спецпродукции проведен ремонт, установлены три взрывные камеры суммарной производительностью 8-10 т шихты в год.
«Копейский завод «Пластмасс», в отличие от других производителей, синтезирует алмазную шихту методом подрыва в ледяных оболочках. В полость взрывной камеры с толщиной стенки более 10 см подвешивают заряд, помещенный в ледяную оболочку, и взрывают. В результате взрыва получается водная суспензия наноалмазной шихты, которая проходит стадии разделения и осушения. Конечный продукт — шихта, содержащая наноалмазы и наноуглерод. Выход наноалмаза из шихты составляет от 8 до 10% массы взрываемого заряда. Средний размер частицы наноалмаза — 4 нм», — рассказывает заместитель гендиректора по инновациям Копейского завода «Пластмасс» Владимир Дружинин.
До конца года будет установлено еще четыре взрывных камеры, что позволит увеличить проектную мощность участка в 2-3 раза. В этом году завод планирует выпустить порядка тонны шихты, в следующем — около двух. Через три года предполагается выйти на объем производства в 15-20 т шихты в год.
Этим летом «Пластмасс» планирует завершить лицензирование производства наноалмазной шихты, что позволит выйти на открытые продажи.
Параллельно с организацией производства завод формирует спрос, собирает заявки от потенциальных потребителей углеродных наноматериалов.
Цена вопроса
По словам Вячеслава Шестопалова, проект синтеза углеродных наноматериалов, включая установку автоматизированной линии, оценивается примерно в 300 млн. руб. Из них почти половина уже инвестирована самим предприятием, другая часть — средства, выделяемые в соответствии с государственными программами по утилизации боеприпасов.
«Мы освоили порядка 100 млн. руб. на строительство цеха по утилизации боеприпасов повышенного могущества, модернизировали производство шашки. Еще порядка 40-50 млн. руб. потратили на покупку, проектирование, доставку, монтаж взрывных камер. Оставшиеся средства рассчитываем получить из федерального бюджета в рамках реализации государственной программы по развитию нанотехнологий», — говорит Вячеслав Шес-топалов.
Заявка в ГК РОСНАНОТЕХ уже подана, готовятся развернутые материалы, через 6-8 месяцев завод надеется получить ответ о возможности выделения федеральных денег для софинансирования проекта.
«Есть предложения со стороны промышленных потребителей, которые готовы на разных условиях участвовать в софинансировании проекта. У нас фактически создана база, которую можно совершенствовать и расширять, — считает директор. — Сегодня между инновационными теорией и практикой существует огромный разрыв. Нередко проекты создают по принципу «идея ради идеи. Мы пошли от обратного. Сначала организовали производство, решив одновременно внутризаводские проблемы. С учетом результатов мониторинга реализации продукта определим дальнейшее направление развития промышленной базы, чтобы создать переработку, востребованную во всем мире».
Взгляд со стороны
Российские разработчики и производители наноалмазной продукции считают проект копейского предприятия перспективным, правда, рекомендуют руководству «доработать» качество алмазосодержащей шихты.
ДИРЕКТОР ЗАО «АЛМАЗНЫЙ ЦЕНТР» (САНКТ-ПЕТЕРБУРГ) ВАЛЕРИЙ ДОЛМАТОВ: «У нас есть собственные небольшие мощности для производства алмазосодержащей шихты, есть мощности для ее дальнейшей химической очистки. Готовы приобретать шихту из Копейска, поскольку мы практически единственные поставщики очищенного наноматериала для разработок в сфере медицины и биологии. Единственное пожелание — повышать качество продукта, чтобы оно соответствовало заявленным техническим условиям. В частности, производителям нужно снизить количество металлических включений в шихте».
ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР ФГУП «ЭЛЕКТ-РОХИМПРИБОР» (Г. ЛЕСНОЙ, СВЕРДЛОВСКАЯ ОБЛАСТь) АНДРЕЙ НОВИКОВ также планирует сотрудничать с копейским заводом и покупать шихту для выпуска готовой продукции: «Мы производили шихту, однако некоторое время назад приостановили синтез как непрофильную деятельность. Нам интересно использование наноалмазной шихты в качестве антифрикционной присадки к маслам для моторов механизмов, станков и добавок в пластические смазки для снижения интенсивности износа, а также для изготовления твердосмазочных веществ».
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР ПЕТРОВСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ РАКЕТНЫх И АРТИЛЛЕРИЙСКИХ НАУК (РАРАН, МОСКВА) АЛЕКСАНДР ГОРДЮХИН добавляет, что Центр «интересует применение наноалмазов для изготовления абразивных материалов, ведь добавка в абразивы позволяет в 2-3 раза увеличить срок их службы». С учетом того, что в России на протяжении нескольких лет алмазосодержащую шихту никто не синтезирует в промышленных объемах, РАРАН интересно сотрудничество с «Копейским заводом «Пластмасс».
