4. Новые материалы на основе металлов и технологии их производства

Перед промышленным комплексом Республики, кроме проблемы рационального использования сырьевых ресурсов, стоит задача перехода к выпуску конкурентоспособной товарной продукции. В настоящее время потребность в металлических материалах в нефтегазовом оборудовании в республике на 90% удовлетворяется за счет импорта. Сельскохозяйственное машиностроение Казахстана также зависит от импорта, в основном из России. Стоимость импортируемых комплектующих составляет до 50% общей стоимости продукции. Более 90% запасных частей и узлов для железнодорожного машиностроения в Казахстане завозится из зарубежных стран.

Отечественные предприятия не могут производить продукцию конкурентной цены или производят технологически простую продукцию с невысокой добавленной стоимостью. Одной из главных причин при этом является отсутствие отечественного производства высококачественных конструкционных и других функциональных материалов из-за неразвитости машиностроительного комплекса.

В Республике Казахстан не производятся качественные углеродистые, легированные и высоколегированные стали. Не производятся промышленные сплавы на основе алюминия, магния, титана, бериллия, свинца и цинка, а также сплавы на основе редких и тугоплавких металлов. Не выпускаются композиционные, порошковые, аморфные, ультрамелкодисперсные и наноструктрированные материалы. Не налажен выпуск готовых изделий и полуфабрикатов из подобных материалов. Вся необходимая для внутреннего потребления металлопродукция закупается из-за рубежа по очень высокой цене. В то же время в атомной энергетике, авиационно-космической технике, нефтегазовой, горнодобывающей, металлургической и машиностроительной промышленности Казахстана постоянно растут потребности во всех видах конструкционных материалов: высокопрочной, нержавеющей и износостойкой сталей, сплавов на основе цветных и редких металлов, композиционных и порошковых материалах. Для создания новых отраслей промышленности, таких как приборостроение, создание авиационно-космической техники, техники для атомной энергетики, назрела необходимость разработки технологии производства наноматериалов, аморфных веществ, тонких пленок и специальных покрытий.

В республике, где бурно развиваются нефтегазовая и металлургическая отрасли промышленности, предполагается организация кластера нефтегазового машиностроения, который должен повлечь за собой дальнейшее увеличение объемов потребления новых видов функциональных материалов.

По мнению многих экспертов, XXI век будет веком наноматериалов и нанотехнологий. Разработка составов и использование пленочной нанотехнологии может повлечь за собой производство новых высокопрочных конструкционных материалов с повышенной износо- и жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Несомненно, будущее индустриального развития Республики Казахстан связано с разработкой наукоемких технологий получения новых конкурентоспособных на мировом рынке металлических, полупроводниковых и других материалов. В этой связи наибольший интерес представляет создание в РК собственного производства по выпуску особо чистого кремния и арсенида галлия, используемых в полупроводниковой технике. Имея значительные рудные запасы, тем не менее Казахстан импортирует до 2 тысяч тонн технического кремния.

Удовлетворение растущих потребностей всех отраслей промышленности в высококачественных материалах в значительной степени зависит от уровня научных достижений в области создания новых материалов и технологий. Сегодня, на рубеже научно-технической и социально-экономической модернизации страны, перед учеными-материаловедами и производственниками стоит жизненно важная необходимость разработки и реализации «прорывных» технологий производства и обработки новых сплавов, композиционных, порошковых, наноструктурных и других функциональных материалов по заказу отечественных и зарубежных производителей новой техники.

Необходимо создать специализированные научно-производственные лаборатории и укреплять материально-техническую базу подготовки специалистов высшей квалификации, а также разработать информационные технологии, используемые для управления технологическими процессами производства и обработки материалов. Индустриально-инновационное развитие Республики Казахстан должно стать приоритетным направлением разработки конкурентоспособных технологий получения и обработки высококачественных функциональных материалов, а также создание мощной отрасли их производства. Для достижения этой цели имеются все предпосылки: действующие предприятия, научно-технический потенциал, инженерные кадры и солидный задел по новым технологиям.

В республиканской научно - технической программе предлагаются следующие основные задачи, стоящие перед учеными и специалистами по созданию новых материалов и конкурентоспособных технологий: Разработка физико-химических основ создания высокопрочных, износо- и коррозионностойких сплавов на основе черных, цветных и редких металлов, а также функциональных материалов. Разработка конкурентоспособных технологий производства и обработки готовых изделий из металлических сплавов (термической, химико-термической, термомеханической и поверхностной обработки; обработки давлением и др.), а также технологий нанесения покрытий. Создание композиционных и порошковых материалов, разработка технологии получения и обработки готовых изделий из них. Создание материалов с аморфной, нанокристаллической и ультромелкозернистой структурой, разработка технологии их производства и обработки. Разработка технологий производства наноматериалов (нанотехнологий), используемых в горно-металлургическом комплексе, нефте-газовой и химической промышленности Республики Казахстан. Изучение воздействия излучений на металлические материалы, полупроводники и диэлектрики; разработка физических основ радиационных технологий. Разработка унифицированных технологий производства неорганических материалов из отходов черной и цветной металлургий и фосфорного производства. Создание специализированных научно-производственных лабораторий и укрепление материально-технической базы подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации в области металловедения и материаловедения.

Перспективы расширения железорудной базы

В настоящее время на Азиатском континенте наблюдается нарастающий дефицит железорудного сырья. Российские металлургические заводы Урала и Сибири вынуждены сегодня большую часть железной руды получать из Европейской части страны. Учитывая, что расстояние перевозки до уральских заводов в 6-7 раз, а до западно-сибирских в 2 раза больше, чем от месторождений Северного Казахстана, поставка железной руды на эти заводы из Казахстана экономически более рациональна. Китай также продолжает поиск новых источников железной руды, которые могли бы составить хоть какую то альтернативу традиционным поставщикам из Австралии, Бразилии и Индии. Между тем Казахстан располагает уникальными запасами бурых железняков, и перспективы расширения железорудной базы Азиатского региона могут быть связаны с вовлечением в производство бурых железняков Казахстана. Только Лисаковское, Аятское и Приаральская группа месторождений имеют запасы около 12 млрд. тонн. Все эти месторождения имеют благоприятные горнотехнические условия залегания руд, сравнительно дешевый способ добычи и обогащения, близкий гранулометрический и химический составы, что позволяет надеяться на возможность использования для их переработки единой технологической схемы.

Анализ зарубежного и отечественного опыта по проблеме переработки этих руд показал, что бурожелезняковые оолитовые руды образуют особую группу, для которой не подходят традиционные технологические схемы. Фосфор, являясь основной вредной примесью, равномерно распределен в объеме оолитовых минералов в тесном прорастании с железом, поэтому обогащение и металлургический передел данного типа руд требуют нетрадиционного подхода к проблеме.

В связи с вышеуказанным крупномасштабное вовлечение в металлургическое производство огромных запасов бурых железняков Казахстана сдерживается отсутствием до последнего времени рентабельной в рыночных условиях технологии их переработки. Многолетние усилия многих научных коллективов в нашей стране и за рубежом не привели к успеху, но укрепилось понимание того, что для обеспечения высокой рентабельности технология должна обладать простотой промышленного осуществления, малозатратностью, комплексностью и экономичностью.

Сравнительный анализ показывает, что всем этим требованиям наиболее полно отвечает разрабатываемая в последние годы в АО «ЦНЗМО» комбинированная технология, включающая термощелочноеобесфосфоривание ГМК и восстановительно-металлизирующий обжиг с получением обесфосфоренногометаллопродукта (брикеты, железные концентраты) для бездоменной выплавки стали.

В отличие от известных и испытанных ранее термохимических способов в новой технологии заложен оригинальный способ восстановительно-содового спекания при сравнительно низких температурах (680-700оС), позволяющий в одну стадию магнетизировать и обесфосфоривать концентрат до остаточного содержания фосфора 0,1 %. Неизбежные при этом потери щелочи на частичное связывание кремнием и алюминием в составе концентрата восполняются при регенерации ее из шлаков металлизирующего обжига. Некоторые детали технологической схемы находятся в стадии патентования и являются пока предметом авторской защиты.

Окончательное решение проблемы дефосфорации огромных запасов бурых железняков Казахстана позволит значительно увеличить экспортный потенциал Казахстана и обеспечить на долгие годы Азиатский регион качественной остродефицитной железной рудой. Объединение усилий казахстанских и российских металлургов в ускоренном освоении вышеуказанных железорудных месторождений может достаточно быстро дать значительную отдачу для обоих дружественных государств.