Палладиевые бушинги для стекловолокна: еще одно применение благородного металла в промышленности

Для производства нитей стекловолокна расплавленное стекло продавливают через специальные формы с дырочками. Эти формы называют стеклоплавильными устройствами (СПУ), фильерными питателями, или бушингами. В одном таком бушинге для стекла может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч дырочек-трубочек, или фильер. Каждая форма весит от пяти до девяти килограмм.

Под действием высокой температуры и химического воздействия от расплава фильеры не должны деформироваться, ведь из кривых нитей не получится качественное стекловолокно. Также их материал не должен вступать в реакции, потому что образовавшийся на поверхности формы оксид неизбежно попадет в стекловолокно, нарушив цвет и структуру. Существует немало тугоплавких металлов — например, вольфрам, молибден, — способных выдержать необходимые 1,3–1,4 тысячи градусов Цельсия, но им не хватает той самой химической инертности. Именно поэтому формы с трубочками — бушинги, — делают из металлов платиновой группы.

Платиновые металлы — шесть металлов со схожими свойствами: рутений, родий, палладий, платина, иридий и осмий. У каждого есть свои особенности, но полный спектр их возможностей не изучен — слишком уж они дорогие. Поэтому крупнейшие производители палладия, одного из платиновых металлов, так заинтересованы в проведении экспериментов и исследований — и внедрении найденных решений в промышленность.

В создании стеклоплавильных бушингов традиционно используют платину, как самую изученную, и ее сплавы с родием. Срок службы каждой формы: от ста дней до года, в зависимости от типа стекловолокна и технологии его производства. Затем бушинги снимают с производства и отправляют на переплавку и очистку сплава. Относительно небольшие заводы заказывают переработку у производителя бушингов. Крупные заводы — вроде тех, что в Китае, крупнейшем поставщике стекловолокна в мире, — переплавляют формы на собственной территории. Впрочем, через каждые несколько циклов им тоже приходится обращаться к поставщику форм.

В мировой индустрии производства стекловолокна задействовано 160–180 тонн платины, но благодаря налаженному циклу переработки каждый год этот объем обновляется лишь на 1,5–2%, как объяснила руководитель коммерциализации продуктов Центра палладиевых технологий «Норникеля» Анна Каржавина.

Платиновые металлы дорогие, поэтому даже этот небольшой прирост требует вложений, а изготовители стекловолокна, конечно, стремятся снизить стоимость производства. Чистая платина дешевле, но быстрее изнашивается; родий повышает прочность форм, но значительно дороже. Решением проблемы может стать палладий.

Палладий — в две раза менее плотный металл, чем платина, поэтому формы из палладия будут весить в два раза меньше, а значит и стоить будут заметно дешевле, так как цены на эти металлы почти сравнялись. На переплавку бушинги отправляются целиком, а значит, нецелесообразно заменять лишь отдельные детали формы на палладиевые. Поэтому российский производитель предлагает заменить часть платины на палладий в самом сплаве. Платиновые бушинги станут платино-палладиевыми, а с долей родия — платино-родиево-палладиевыми.

Замена платины на палладий во время ежегодного «обновления» бушингов позволит высвободить средства, которые можно вложить в инвестиции и расширение производства. Причем ввод новых мощностей с использованием палладия будет дешевле, что снизит и общий порог входа в отрасль.

С целью изучения поведения чистого палладия в экстремальных условиях производства стекловолокна, компания создала палладиевые токоподводы — элементы конструкции бушинга, по которым подается ток. Ток необходим для нагрева «сита» до температуры производства стекловолокна, при этом терморежим должен быть предсказуемым и контролируемым. В прошлом году токоподводы из чистого металла успешно прошли промышленные испытания. Так удалось убедиться, что и этот платиновый металл может работать в сложных условиях стеклоплавильного производства.

У палладия есть не только очевидное преимущество — удешевление изготовления бушингов, но и потенциальное — снижение энергозатрат на производство стекловолокна. Чтобы это проверить, необходимы промышленные испытания обновленных форм, так как на энергоэффективность влияет не только сам сплав, но и конструкция фильерного питателя. Конструкции бушингов необходимо оптимизировать, потому что характеристики сплавов с палладием все же отличаются от показателей платино-родиевых сплавов, и нельзя просто заменить одни металлы на другие. При этом у каждой стекловолоконной компании есть конкурентные особенности в геометрии этих форм — тут необходим индивидуальный подход и тесты.

Например, «Норникель» планирует тестировать формы с обновленным сплавом в промышленных печах на масштабных китайских производствах. В начале марта компания представила свои разработки игрокам отрасли в Шанхае. Этот проект добытчик платинового металла ведет в сотрудничестве с Красцветметом, известным производителем драгоценных металлов и изделий из них.

«Проект краткосрочный. Чтобы быстро вывести продукт на рынок, мы сразу начали работу с промышленным партнером и технологической экспертизой. Мы ожидаем поставить сплавы для промышленных испытаний уже в этом году. Возможно, даже на высококонкурентный китайский рынок, который проявил большой интерес к разработке. И мы точно продолжим в этом году испытывать палладиевые токоподводы», — рассказала о дальнейших планах Анна Каржавина.

Компания продолжает исследовать свойства платинового металла в собственном Центре палладиевых технологий. Работая с российскими научными организациями, центр разработал уже 25 продуктов, и стремится получить 100 новых материалов к 2030 году.