«РУСАЛ»: Экотехнологии и Скандиевый проект

14 января 2018

Концепция устойчивого развития появилась в 70-е годы прошлого столетия в связи с озабоченностью международной общественности проблемами загрязнения окружающей среды и ограниченности природных ресурсов. Вопросы хозяйственной деятельности предприятий, экологии среды обитания и социальной ответственности перед обществом часто оказываются взаимосвязанными. О том, как решается этот круг вопросов в одной из крупнейших компаний России, считающей идею устойчивого развития основой своей стратегии, мы беседуем с техническим директором Объединенной компании «РУСАЛ» Виктором Манном.

В настоящее время под концепцией устойчивого развития понимается непротиворечивое объединение трех подходов: экономического, социального и экологического. Именно такой принцип лежит в основе стратегии долгосрочного развития компании «РУСАЛ», которая среди своих приоритетов декларирует инновационное развитие, модернизацию и совершенствование производственных процессов, содействие социально-экономическому росту регионов и стран присутствия, последовательное улучшение экологических показателей, определяя его как созидательный процесс, основывающийся на балансе между собственными интересами и интересами общества, осознании ответственности перед новыми поколениями. Все инновационные проекты, реализуемые в компании, в обязательном порядке имеют экологическую составляющую. Президент компании Олег Дерипаска является председателем комитета по экологии и природопользованию Российского союза промышленников и предпринимателей, он стал одним из 16 лидеров делового сообщества, которые разработали CEO Climate Policy Recommendations to G8 Leaders — программный документ, обобщивший предложения по борьбе с глобальным потеплением. В декабре прошлого года РУСАЛ выступил с инициативой создания Российского партнерства за сохранение климата. На экологические и природоохранные мероприятия компания ежегодно направляет около 100 млн долларов. Разумеется, эти инвестиции не аккумулируются в какой-то одной технологии, это постоянный поиск и внедрение новаций по всем направлениям.



Манн Виктор Христьянович
Технический директор ОК «РУСАЛ» с 2005 года. Отвечает за следующие направления: исследования, инжиниринг, проектирование; управление технологией заводов; техническое развитие и модернизация заводов; пуск и ввод в эксплуатацию новых и модернизированных мощностей. С 2002 по 2005 год являлся генеральным директором Инженерно-технологического центра компании «РУСАЛ». До этого работал на Красноярском алюминиевом заводе (КрАЗ), где прошел путь от инженера-конструктора до заместителя технического директора. Награжден орденом «За заслуги перед Отечеством», ему присвоено звание «Почетный металлург России».



РЗ: Какие основные направления развития «зеленых» технологий в компании вы могли бы назвать?
Главный на сегодняшний день инновационный проект РУСАЛа — это создание революционной технологии электролиза с использованием инертного анода. Чтобы произвести тонну алюминия, сейчас тратится почти полтонны углерода. Образующиеся при этом CO2 и СО выбрасываются в атмосферу. Как известно, в классической схеме электролиза участвуют электроды — катод и анод. Катод — нерасходуемый, а анод постоянно расходуется.
Мы разрабатываем новую технологию, в которой углеродные аноды будут заменены на инертные нерасходуемые материалы — керамику или сплавы. Мы этим серьезно занимаемся уже лет десять, у нас уже есть первый электролизер, работающий по новой технологии. Сейчас еще два будем добавлять, уже в промышленном корпусе. Все остальные компании от нас далеко. До промышленной стадии никто еще не дошел, мы первые.
Данная разработка полностью исключает вредные выбросы. Единственное вещество, которое новый электролизер будет выбрасывать в атмосферу, — это кислород. Один электролизер, работающий по технологии инертного анода, сможет производить такой же объем кислорода, как 70 гектаров леса. При этом не только полностью исключаются выбросы парниковых газов (CO и CO2) и полиароматических углеводородов, но и снижается себестоимость производства Al на 10% по сравнению с углеродными анодами за счет экономии анодов. При успешном завершении испытаний РУСАЛ приступит к последовательному переводу всего алюминиевого производства на данную технологию, что позволит полностью исключить выбросы парниковых газов и других загрязняющих веществ.

РЗ: Это принципиально новая технология, которая проходит испытания. А какие из проектов находятся на стадии внедрения?
Мы работаем и над усовершенствованием классической технологии производства алюминия — электролизом Содерберга. Специалисты Инженерно-технологического центра РУСАЛа разработали электролизеры, использующие коллоидную анодную массу вместо традиционных угольных анодных блоков. Новая технология позволяет значительно снизить нагрузку на окружающую среду и увеличить производительность электролизера. Эта разработка, получившая название «Экологичный Содерберг», уже активно используется на крупнейших алюминиевых предприятиях компании. Например, на КрАЗе из почти 2000 электролизеров на «ЭкоСодерберг» переведено уже около 700. Замена происходит по мере наступления сроков капремонта. Планируется, что в 2018 году более 90% всех электролизеров КрАЗа будет переведено. Помимо КрАЗа технология внедряется на Иркутском (ИркАЗ), Новокузнецком (НкАЗ) и Братском (БрАЗ) алюминиевых заводах. Технология «ЭкоСодерберг» позволяет вредные выбросы фтористых и смолистых веществ снизить в разы. К тому же эта технология еще и энергоэффективна.

РЗ: А что уже внедрено и работает?
Внедрена на предприятиях система замкнутого водооборота. За последние пять лет удалось снизить количество забираемой воды из речных экосистем на 35% и сброс сточных вод на 65%. Разработана и внедрена программа оснащения всех предприятий сухими газо-очистными установками, улавливающими до 99% вредных веществ из отходящих газов. С осени 2015 года начались испытания технологии переработки и «ультрасухого» складирования красного шлама. Эта технология позволит не только снизить затраты на его хранение, но и экологическую нагрузку, минимизируя риски загрязнения почв и подземных вод щелочью.

РЗ: В компании «РУСАЛ» разработана уникальная технология извлечения скандия из красных шламов. Как развивается скандиевый проект?
Мы активно развиваем проект по извлечению скандия. В этом году на Уральском алюминиевом заводе мы усовершенствовали пилотный участок производства скандиевого концентрата. Вначале коэффициент извлечения составлял 11%, сейчас мы извлекаем уже 25% всего скандия, содержащегося в красных шламах. Такая же динамика и по содержаниям оксида скандия в концентрате. Начиналось все с 0,5%, сейчас уже в концентрате содержится 43% оксида скандия. Понятно, что чем больше содержание оксида скандия в концентрате, тем ниже себестоимость перечистки, то есть получения уже чистого оксида. Раньше перечистка нам обходилась в 200 долл./кг, но поскольку мы добились высокого содержания скандия в концентрате, сегодня перечистка нам обходится всего в 30 долл./кг. В июле этого года мы запустили участок перечистки на Уральском заводе и уже получаем чистый скандий.




1. 
Уральский алюминиевый завод
2. Участок получения скандиевого концентрата
3. Установка по производству скандиевого концентрата

Скандиевый проект РУСАЛа
Хотя мировое потребление оксида скандия в 2015 году составило лишь 10–15 тонн, в ближайшем будущем скандий имеет все шансы стать ключевым материалом для аэрокосмической, транспортной и энергетической промышленности. Прежде всего, это связано с использованием скандия в составе алюмо-скандиевых сплавов и твердооксидных топливных элементов. Эффекты легирования алюминиевых сплавов скандием заключаются в улучшении механических характеристик, увеличении электропроводности, повышении прочностных характеристик, коррозионной стойкости, улучшении свариваемости без потери прочности. В Инженерно-технологическом центре РУСАЛа разработана уникальная карбонизационная технология извлечения скандия из красных шламов, не оказывающая негативного влияния на глиноземное производство. Разработки велись с 2013 года в рамках одного из ключевых направлений технического развития компании — «Разработка технологий безотходного производства».
Красные шламы, являющиеся отходами глиноземного производства (образуются при извлечении глинозема из бокситов), содержат большое количество ценных элементов. Создание технологии извлечения этих компонентов позволит снизить стоимость складирования красного шлама и создать источник дополнительной прибыли для глиноземных предприятий.
В 2014 году на Уральском алюминиевом заводе была запущена пилотная промышленная установка по производству скандиевого концентрата из красного шлама для последующего производства сплавов. Инвестиции в проект в 2014 году составили 74 млн рублей.


1. Участок получения оксида скандия
2. Прокаленный оксид скандия

1 декабря 2015 года, после дооснащения дополнительными переделами, опытно-промышленная установка (ОПУ) получения чернового концентрата оксида скандия была запущена в постоянную эксплуатацию. Производительность данной экспериментальной установки составила порядка 100 кг оксида скандия в год. Инвестиции в дооснащение составили около 64 млн рублей.
Установка по получению оксида скандия чистотой не менее 99,0% из чернового скандиевого концентрата запущена в работу 2 июля 2016 года.
13 июля получена первая партия оксида скандия весом 2 кг, чистотой 99,1%. Стоимость новой продукции составляет менее 2 тыс. долларов за килограмм.
Полученный оксид скандия будет использоваться для производства алюмо-скандиевых сплавов на заводах РУСАЛа. Применение скандия в виде микролегирующей примеси значительно улучшает потребительские свойства сплавов из алюминия. Появление собственного ценного сырья для производства сплавов позволит компании снизить расходы, связанные с его закупкой.
В 2017 году в ходе эксплуатации установки будут проведены исследования по усовершенствованию технологии с целью снижения себестоимости продукции.
В среднесрочной перспективе планируется разработать модульную технологическую нитку с мощностью одного модуля 2000–3000 кг/год по оксиду скандия и в зависимости от потребности рынка реализовывать строительство необходимого количества модулей. Возможность гибкого наращивания мощности по мере развития рынка — одно из ключевых преимуществ технологии, разработанной в РУСАЛе.
«Данное производство будет основано на собственной сырьевой базе компании и сможет в полной мере обеспечить потребности не только России, но и всего мира», — отметил Виктор Манн.



РЗ: Объемы пока небольшие?
Да, небольшие. Пока еще первые килограммы, но уже получаем. У нас пилотный участок небольшой, на 100 килограмм в год, для отработки технологии. Надо добиться хороших результатов по себестоимости, чтобы это был конкурентоспособный товар. В планах — отработка на участке технических решений для снижения себестоимости, создание типового модуля производительностью по 2–3 тонны в год. А дальше зависит от рынка. Мы готовы увеличивать объемы до 10 тонн в год.

РЗ: А что будет являться конечным продуктом?
Мы не планируем ограничиваться только оксидом скандия, развиваем технологию получения Al-Sc сплавов. По всем прогнозам у этого продукта хорошее будущее. Но должен сложиться спрос. Пока спрос ограничен тремя факторами. Первый — в мире просто мало скандия, в 2015 году его было произведено всего около 15 тонн. Второй — сам скандий очень дорогой и сплавы тоже получаются дорогие. Третий — необходимость включения новых материалов в ГОСТы, СНИПы, морские регистры и т. д., так как только после этого они могут быть включены в конструкторскую документацию.

РЗ: Вы можете повлиять на цену?
Цена на рынке будет снижаться, потому что мы сейчас работаем над снижением затрат. Скандиевые сплавы очень дорогие — где-то 12–15 тысяч долларов за тонну при содержании скандия 0,25%. Мы разработали сплавы, которые при содержании 0,1% обладают практически теми же самыми характеристиками. У этих сплавов очень высокая прочность на разрыв, очень высокий предел текучести, очень хорошие свариваемость, коррозийная стойкость. За счет того что мы снизили содержание скандия в 2,5 раза, цена сплава тоже сразу в 2,5 раза снизилась. Сейчас мы снижаем себестоимость и самого скандия. И плюс еще между скандием и сплавом есть лигатура. Сначала мы хотели технологию для производства лигатуры у кого-то купить, но потом разработали свою, позволяющую процентов на двадцать снизить себестоимость лигатуры, а значит, и конечного продукта. Мы поставили себе цель снизить себестоимость сплава до трех тысяч долларов за тонну. Понятно, при такой себестоимости перспективы реализации очень хорошие.

РЗ: В чем заключаются преимущества Al-Sc сплавов по сравнению с традиционными материалами, используемыми, например, в авиастроении или судостроении?
При замене стали на подобные сплавы вес судна уменьшится процентов на шестьдесят. А это — экономия топлива и так далее. Сегодня все самолеты на заклепках, в каждом — по 100 000 заклепок, это добавляет 20–30% веса. А в случае Al-Sc сплавов можно будет все заклепки заменить сварными швами без ущерба для прочности. Будут использоваться скандиевые сплавы и в машиностроении. Они прочнее сплавов, которые сейчас используются в этой отрасли.

РЗ: У вас уже есть готовые продукты, которые вы предлагаете рынку?
На сегодняшний день совместно с Уральским заводом изготовили пробную партию лигатуры своим способом. Покупатели на нее уже есть, а участок по производству лигатуры мы строим и запустим его в первом квартале 2017 года. И тогда уже начнем лигатуру продавать. Параллельно мы начинаем испытывать наши сплавы — совместно с зарубежными компаниями, с нашими в России, в частности с судостроителями.

РЗ: Планируете экспортировать тоже? Есть спрос?
Да, есть зарубежные компании, они уже взяли наши образцы и готовы покупать.

РЗ: Со скандием понятно, а что остальные редкие земли?
Лабораторные технологии существуют и для других редкоземельных металлов, но промышленная — пока только для скандия. В концентрате присутствуют иттрий, много циркония. Но сейчас нужно разобраться со скандием, чтобы это было экономически оправданно, а затем двигаться дальше.

РЗ: Да, вопрос переработки техногенных отходов — во многом экономический, потому что в условиях падения цен на сырье становится экономически невыгодно инвестировать в переработку отходов.
И здесь входят в противоречие вопросы экологии, комплексной переработки минерального сырья и экономической целесообразности этой деятельности. Как вы решаете эти вопросы?
Если бы переработка техногенных отходов была экономически целесообразна, то эти отходы не скапливались бы, их бы перерабатывали. Понятно, что всегда экономически выгоднее перерабатывать какое-то природное сырье, а не техногенное. Но любое предприятие производит техногенные отходы. Неважно, какое оно, маленькое или большое. Для того чтобы была комплексная переработка, естественно, нужна государственная поддержка, субсидирование, какие-то налоговые льготы, законодательство, которое мотивировало бы на переработку. Если на уровне государства начать прессовать какую-то отрасль штрафами за отходы, она просто прекратит свое существование. Если предприятие должно будет вкладываться в переработку отходов, себестоимость его продукции вырастет, оно станет неконкурентоспособным по сравнению с зарубежными предприятиями. Поэтому должно быть такое государственное законодательство, которое бы не губило производителя, либо какое-то международное соглашение, не позволяющее отдельным странам или предприятиям получать конкурентные преимущества за счет нарушения экологических норм. Должно быть что-то такое. Тогда будет комплексная переработка.
Я сам лично много над этими технологиями работаю, как и сотрудники моего подразделения. РУСАЛ постоянно инвестирует в переработку техногенных отходов. Никто не делает в этом направлении больше, чем наша компания. Мы занимаемся вопросами переработки красных шламов много лет. Инвестируем в разные проекты, чтобы достичь хотя бы какой-то переработки, хотя бы на 30–50%. Но пока задача решается тяжело.



Технология РА-550
Как известно, более ста лет алюминиевая промышленность использует электрохимический процесс для производства алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов с применением углеродного анода. Технологию производства непрерывно совершенствуют в сторону увеличения единичной мощности электролизеров. Ведущие алюминиевые компании мира стремятся к эксплуатации электролизеров, работающих на высокой силе тока, так как применение мощных электролизеров позволяет повысить экономическую эффективность новых заводов за счет снижения удельных капитальных и операционных затрат. Начиная с XX века сила тока промышленных электролизеров увеличилась от 20–40 до 400–500 кА. Более высокая сила тока позволяет снижать удельное потребление электроэнергии на тонну алюминия, что повышает энергоэффективность производства. РА-550 — это электролизер принципиально новой конструкции, который будет использоваться для будущих и модернизации существующих заводов РУСАЛа. Расход электроэнергии при использовании технологии РА-550 составляет менее 12 900 кВт·ч/т. При этом новые технические решения по удалению газа от электролизера обеспечат повышение экологической эффективности относительно предыдущих версий в связи с более высоким коэффициентом полезного действия укрытия нового электролизера (КПД укрытия 98,9%).



РЗ: Вы сейчас говорите о безотходной технологии?
Да, над безотходными технологиями глиноземного производства мы работаем очень давно. Мы пробовали все возможные технологии и способы применения красного шлама. Рассматривали варианты использования в качестве добавок к строительным материалам. Кстати, с Николаевского глиноземного завода у нас большое количество шлама уходит в виде железистой добавки к цементу. Порядка 15 цементных заводов потребляют эту добавку, объемы составляют сотни тысяч тонн. Это хорошо, когда рядом цементные заводы. А от Ачинска цементные заводы далеко — в Красноярске, Томске, что означает слишком большие затраты на перевозку. Все зарубежные компании работают над проблемой безотходности глиноземного производства. Мы на общем фоне смотримся, наверное, одними из лучших.

РЗ: А как вы оцениваете технологические позиции РУСАЛа по сравнению с другими подобными производителями в мире?
Лидирующие! Мы сейчас запускаем новейшую энергоэффективную технологию РА-500, позволяющую существенно снизить энергоемкость производства, обеспечивая одновременно экологический и экономический эффекты. Технология основана на использовании самого мощного на сегодняшний день в мире электролизера, обеспечивающего силу тока 550–570 кА. И в Канаде, и в Китае разные компании пытались создать сверхмощные электролизеры, но не очень удачно. А мы запускаем, и на какой-то период времени будем лучшими в мире.

РЗ: Кроме технологий есть же еще и инновационная продукция…
Это прежде всего новые виды сплавов — сплавы с редкоземельными и переходными металлами для электротехнической промышленности, сплавы для автомобильной промышленности, сплавы со скандием и литием для авиационной и космической промышленности. В свое время думали, что композитные материалы потеснят «крылатый металл», а сегодня, наоборот, сплавы на основе алюминия вытесняют всех. Создаются новые сплавы, новые композитные материалы из алюминия. И мы в нашем Инженерно-технологическом центре сейчас начинаем работать над созданием композитных материалов на основе алюминия с добавками графена, углеродных нанотрубок. Наши новосибирские ученые разработали новый композитный материал — нофен. Это такие микронити из оксида алюминия. Добавление их в сплавы в разы повышает прочность. Такие сплавы пойдут на замену стали. Сегодня алюминий активно вытесняет сталь и медь из многих отраслей. Медь, конечно, из-за стоимости, а сталь из-за высокого веса. Новые сплавы по прочности такие же, практически, как сталь, а вес — в три раза меньше. Уже строят мосты, каркасы из новых сплавов. Поэтому потребление алюминия сейчас растет самыми быстрыми темпами.
У композитных материалов свои недостатки — низкая ремонтопригодность, проблемы утилизации, вторичного использования, еще ряд проблем, которые не дают развиваться композитным материалам. А за алюминием — будущее!
Все новости