Калинников В.Т.

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им.И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия

The Institute has always considered as its goals fundamental and applied research in creating the scientific basis for a comprehensive, environmentally-friendly processing of natural and technogenic resources and mining wastes containing rare, noble and non-ferrous metals, and synthesizing new and highly effective materials. Here are presented some of the achievements of the Institute and examples of creative cooperation with research institutes and industrial enterprises in the area of chemistry, metallurgy, materials science and building materials. 

Перспективность Кольского полуострова, как наиболее богатой редкометалльной провинции страны, послужила причиной создания единственного до сих пор в составе российской Академии наук Института химии редких металлов. Решение было принято 27 декабря 1957 г. на заседании Президиума АН СССР. Большую роль в появлении Института и формировании научной тематики сыграл академик Иван Владимирович Тананаев, имя которого присвоено Институту в 1997 году в канун 40-летнего юбилея.

Институт активно участвует в выполнении фундаментальных исследований по приоритетным направлениям развития науки, финансируемых РФФИ, Президиумом и Отделениями РАН, в рамках ФЦНТП и важнейших инновационных программ федерального значения, а также по международным программам. Ежегодно количество выполняемых проектов превышает 40. В составе Института 12 научных лабораторий, конструкторское бюро, экспериментальные мастерские, пилотные установки. Общая численность Института на конец 2007 г. составляет 232 чел., в том числе 89 научных сотрудников, включая 1 академика, 16 докторов и 56 кандидатов наук. При Институте действуют аспирантура, специализированный совет по защите докторских и кандидатских диссертаций, базовые кафедры химической технологии АФ МГТУ и химии КФ ПетрГУ, Центр коллективного пользования физико-химических и физических методов исследования веществ и материалов, Центр трансфера технологий Северо-Западного федерального округа.

Интеграция работ Института в рамках Кольского научного центра РАН является мощным фактором, повышающим эффективность комплексных исследований. Об уровне полученных результатов свидетельствует присуждение в последние годы сотрудникам Института двух Государственных премий, премии Правительства и премии РАН им. Л.А.Чугаева, а также регулярное включение результатов работ в «Важнейшие итоги» деятельности Российской академии наук. За 2005 и 2006 гг. было включено 11 работ.

Основной целью Института было и остается выполнение фундаментальных исследований и прикладных разработок в области создания научных основ комплексной экологически безопасной переработки природного, техногенного сырья и горнопромышленных отходов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы, и новых высокоэффективных материалов. Первыми объектами исследований стали концентраты лопарита, перовскита, сфена, эвдиалита, поллуцита, сподумена, кианита как источники редких металлов и др. соединений.

Разработанная и научно обоснованная в Институте сернокислотная технология переработки лопаритового концентрата была реализована на Сланцехимическом заводе в Эстонии в 1969 г. По ней перерабатывалось более половины производимого на ОАО «Ловозерский ГОК» концентрата. Данный концентрат и сегодня является основным видом минерального сырья для производства соединений редкоземельных элементов, ниобия и его соединений и в значительной мере покрывает потребности страны в тантале. Титановый дубитель из лопарита был внедрен на большинстве кожевенных заводов СССР. В 80-е годы прошлого столетия на титановый дубитель было продано три лицензии в Италию и Австралию на сумму более 2 млн.долларов. По тем временам это были самые крупные суммы, полученные за реализацию разработок советских ученых за рубежом.

В дальнейшем результаты фундаментальных исследований технологии титано-редкометалльного сырья Института легли в основу разработки физико-химических основ комплексной переработки перовскитового и сфенового концентратов. Конечными продуктами являются титановые пигменты высших марок, сварочные материалы, соединения редких и редкоземельных элементов и металлический титан. Ключевые операции многих вариантов технологии прошли испытания в масштабах от укрупненных до опытно-промышленных.

В число известных работ Института, с успехом использовавшихся в народном хозяйстве, относятся технологии получение высокочистых металлических натрия, калия, цезия и рубидия и целого спектра особо чистых соединений редких щелочных элементов, используемых для выращивания монокристаллов для нужд электронной и лазерной техники. В Институте разработана технология концентрирования рубидия, при переработке нефелинового сырья. Схемы детально проработаны не только в лабораторных, но и опытно-промышленных масштабах. В ОАО "Севредмет" по разработкам Института было организовано промышленное производство особо чистых натрия, калия, рубидия и цезия, метафосфатов щелочных металлов, рубидийсодержащих твердых электролитов, протиевых и дейтерированных гидроксидов рубидия и цезия и другой продукции.

В области совершенствования технологий наиболее заметные достижения Института связаны с переходом от традиционных пирометаллургических технологий к экологически менее опасным гидрометаллургическим. Разработаны новые технологии в переработке медно-никелевых руд, включая переработку медных продуктов, получение высокочистой кобальтовой продукции и др. Научно обоснованы и разработаны экстракционные способы извлечения и очистки железа из технологических растворов переработки Кольского сырья и из травильных растворов металлургических производств. Получены кондиционные железосодержащие материалы, включая высокочистые соединения.

Совместно с ГИАП и ОАО «Апатит» разработана и проверена в опытно-промышленном масштабе азотно-плазмохимическая технология переработки нефелинового концентрата и непосредственно нефелинсодержащих отходов апатитового производства с получением. глинозема, соды, калийной селитры, фосфорно-калийных удобрений и аморфного кремнезема. Продукты технологии использованы при разработке взрывчатых веществ (ВВ) «Гранулит-АК» и «Нитранит». Совместно с Горным институтом КНЦ РАН на горно-обогатительных комбинатах ОАО «Олкон» и ОАО «Апатит» внедрена технология получения водосодержащего ВВ («Акватол Т-20ГК») на основе кремнийсодержащего загустителя. За этот цикл работ группе сотрудников Института в 1997г. присуждена Премия Правительства РФ в области науки и техники.

На основе физико-химических исследований, опытных и полупромышленных испытаний разработаны рекомендации по применению алюмокремниевого коагулянта-флокулянта (АККФ) для очистки природных, сточных вод коммунальных и сельскохозяйственных предприятий и сбросных вод обогатительных производств от взвесей, нефтепродуктов, фтора и железа, взамен аналогичных реагентов фирмы «Кемира» (Финляндия) и более дорогого и экологически вредного органического реагента ВПК-1. В настоящее время АККФ сертифицирован, прошел испытания при очистке питьевой воды (в городах - Санкт-Петербург, Псков, Ярославль, Владимир) и сточных вод коммунальных, рыбообрабатывающих, дорожно-строительных, целлюлозно-бумажных предприятий, заводов цветной металлургии и др.

Опережающее развитие в Институте получили работы по материаловедению, в первую очередь, это разработка научных основ получения материалов для электронной техники и других наукоемких производств. Это направление включает синтез новых и совершенствование методов получения известных материалов на основе чистых металлов и их соединений. Hовизна разработанных для получения этих материалов технологий подтверждена примерно 500 авторскими свидетельствами и патентами, выданными Институту за последние 25 лет. Фундаментальные исследования позволили разработать целый ряд технологий, позволяющих уже в настоящее время предложить наукоемкие высокие технологии, в частности, освоено производство материалов электронной техники (ОАО «Северные кристаллы»).

В Институте ведется широкий поиск новых типов редкометалльных соединений с целью обнаружения материалов с аномальными электрофизическими свойствами. Наиболее интересными представляются работы по повышению стойкости сегнетоэлектрических материалов к лазерному излучению. Эти результаты подкреплены теоретическими исследованиями, в рамках которых впервые развита обобщенная модель углового перекрывания, позволяющая исследовать особенности влияния всех возможных типов лигандов на электронное строение соединений переходных металлов.

Разработаны методы получения композиционных материалов с металлической или керамической матрицей и покрытием из тантала, ниобия, гафния, других редких тугоплавких металлов, их боридов и карбидов. Испытания этих материалов, проведенные в нашей стране и за рубежом, показали их высокие эксплуатационные характеристики и перспективность использования в промышленности. В Институте создана аппаратура и действует экспериментальный участок для нанесения беспористых, хорошо сцепленных с основой ниобиевых и танталовых покрытий различной толщины на изделия сложной формы из стали, меди, графита и других материалов. Были также созданы основы технологии порошков тантала и ниобия для объемно-пористых конденсаторов, являющиеся неотъемлемой частью современной радиоэлектронной аппаратуры, и организовано их опытное производство, которое может основой для создания в России промышленного производства танталовых конденсаторных порошков.

В последние два десятилетия в связи с общемировыми тенденциями развития науки и технологии переработки минерального сырья спектр исследований Института значительно расширился. Исследования приобретают большую экологическую направленность. Практическая реализация концептуальной схемы Института по переработке нетрадиционного сырья предполагает не только совершенствование технологий переработки руд с целью максимальной полноты извлечения основных и сопутствующих компонентов, утилизацию и использование отходов, но и ориентирована на создание в регионе всей цепочки производств от горнообогатительных до производящих конечную наукоемкую продукцию. Это должно позволить не только сохранить высокий сырьевой потенциал региона, но и поднять его на новый уровень, обеспечивающий выход как на российский, так и на мировой рынок, прежде всего - рынок редкометалльной продукции. Важно отметить при этом, что дальнейшее развитие горнопромышленного комплекса может осуществляться без увеличения нагрузки на окружающую среду и ухудшения экологической обстановки.

Исследования отходов крупнейших горнодобывающих предприятий Кольского полуострова позволили разработать научные основы оценки и управления их качеством. Это обеспечило создание целого ряда технологий высококачественных строительных и технических материалов на их основе. В частности, разработаны высокоэффективные огнеупорные материалы на основе оливинитов, бадделеитового и эвдиалитового концентратов. За счет сырья Кольского региона потребность в огнеупорах может быть обеспечена в целом для всего Северо-Запада России. На основе горнопромышленных отходов были получены качественные бетоны, комплексные вяжущие, керамические материалы, глазури, стекла, стеклокристаллические и другие материалы. Выполненные в Институте исследования служат обоснованием для создания новых производств дефицитных продуктов, в частности, сварочных материалов из нетрадиционного сырья или продуктов их переработки. Важными в решении проблемы самообеспечения России дешевыми керновыми пигментами являются пионерные разработки Института по использованию для этой цели техногенных алюмосиликатных отходов и золоуносов тепловых станций, повышающих коррозионно-, термо-, свето- и атмосферостойкость пигментов.

С учетом многообразия массовых видов нетрадиционного титано-редкометалльного и алюмосиликатного сырья, которым располагает в настоящее время Россия, и предложенных схем переработки такого сырья в Институте разработан базовый пакет комбинированных схем гидрометаллургического передела. Он позволяет в конкретной ситуации осуществить выбор оптимального варианта, отвечающего любым заданным критериям отбора: экономической эффективности, экологической безопасности, доступности реагентов, возможности получения продуктов требуемого ассортимента и качества.

С целью повышения эффективности использования нетрадиционного титанового, редкометалльного и алюмосиликатного сырья Институтом рассмотрены перспективы его вовлечения в промышленную переработку путем создания регионального обогатительно-металлургического комплекса. Создание такого комплекса позволит организовать глубокую переработку природных ресурсов, утилизировать часть отходов производств, улучшить экономическую безопасность и обеспечить производство конкурентоспособной продукции.

Перспективы развития Института тесно связаны с решениями, которые принимаются после обсуждения Правительством РФ и РАН «Концепции модернизации академического сектора науки». Повышение эффективности работы Института мы видим в концентрировании научных исследований в соответствии с основными приоритетными направлениями развития Академии наук и российской науки в целом при обязательной персональной оценке деятельности каждого научного сотрудника и каждой научной группы. Важную роль мы отводим усилению работы с молодежью путем активного развития взаимодействия с высшей школой, привлечения к научной работе старшекурсников через учебно-научный центр КНЦ РАН-Университеты, и расширения подготовки в аспирантуре, в том числе, без отрыва от производства. Мы предполагаем усиление взаимодействия с ведущими отечественными и зарубежными научными организациями, с крупнейшими предприятиями региона: ОАО «Кольская горно-металлургическая компания», ОАО «Апатит», ОАО «Ковдорский ГОК», ОАО «Северные кристаллы» и др., а также с Центром трансфера технологий как ключевым звеном практической реализации наших технологических разработок. Технологические разработки, выполненные Институтом совместно с предприятиями региона, могут стать основой развития на ближайшие годы, как самих предприятий, так и региона в целом.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья