Статья посвящена истории развития и современному состоянию производства базальтовых непрерывных волокон, разработке и развитию технологий и оборудования для производства БНВ.

В настоящее время в мире базальтовое непрерывное волокно (БНВ) преставляет большой интерес, что связано с рядом факторов:

-  БНВ имеют ряд характеристик, которые выгодно отличают их от стекловолокна по прочности, химической стойкости и температуре применения;
-  по своим характеристикам БНВ занимает промежуточное положение между стекловолокном и углеродными волокнами;
- доступность и дешевизна базальтовых пород - исходного сырья для производства БНВ;
-  производство осуществляется по одностадийной технологии - «базальтовое сырье - волокно»;
-   развитие  технологий   и   оборудования для производства БНВ за последние годы позволяют обеспечить себестоимость   промышленного   производства ниже уровня производства стекловолокна.

Кратко технологии производства БНВ можно представить в виде следующей последовательности операций:

- плавление базальтов и получение расплава;
-  гомогенизация расплава и подготовка его к выработке;
-  выработка расплава через фильерный питатель;
-  вытяжка первичных волокон, нанесение замасливателя и намотка на бобины.

Вес довольно просто, если учесть, что первичное плавление, гомогенизацию и обогащение исходного сырья базальтов выполнила сама природа - древние вулканы. Задачи технологий производства - обеспечить качество непрерывных волокон, стабильность производства и требуемую низкую себестоимость производства БНВ.

Сложность технологий производства БНВ состоит в том, что:

-  базальты, как природное сырье, раз¬личны по характеристикам  и химиче¬ским составам;
- плавление и выработка расплавов происходят при более высоких температурах;
-  расплавы базальтов не прозрачны для теплового излучения;
-  характеристики расплавов базальтов и их характеристики при выработке во¬локон через фильерный питатель существенно отличаются от выработки расплавов стекол.

Эти особенности технологий опреде¬ляют отличия плавильных печей и фильерных питателей для производства БНВ. Как отмечают специалисты, при всей кажущейся простоте технологий производства БНВ, эти технологии имеют слишком много нюансов.

Основные особенности технологий:

-  выбор базальтовых пород, пригодных по своим характеристикам для выработки непрерывных волокон и обеспечивающих   выработку   волокон   требуемых характеристик и качества;
-  технологические режимы плавления базальтов,  гомогенизации  расплава  и подготовки расплава к выработке  по степени  аморфности, температурному интервалу и вязкости;
- режимы выработки волокон через фильерный питатель.

Для промышленного производства БНВ необходимо учитывать в комплексе все особенности технологий и иметь требуемое для реализации технологий оборудование.

Поэтому история разработки технологий и оборудования оказалась непростой. Первые образцы БНВ были получены в 1961 году в Советском Союзе на Украине в отраслевом научно-исследовательском институте. Образцы получались грубыми, мало эластичными, длиной несколько метров, но это уже было непрерывное волокно из базальтов. Потребовались определенные усилия, чтобы в 1963 году получить непрерывные волокна удовлетворительного качества на лабораторной опытной установке. К 1963 году относится и первая публикация о БИВ в журнале «Стек¬ло и Керамика».

Далее последовала большая работа, которая проводилась по трем направлениям:

-  разработка технологий и оборудования производства БНВ;
- комплексные исследования характеристик волокон;
-   разработка образцов  материалов  на основе БНВ и исследование областей их применения.

К 1971 году был накоплен определенный опыт: по исследованию базальтов, их химических составов, характеристик расплавов; исследованию характеристик БНВ по прочности, химической и термической стойкости; по областям их применения. Разработаны некоторые технологии и опытные электрические и газоэлектрические установки для производства БНВ, получены образцы материалов на основе БНВ.

В статьях сборника научных трудов «Волокнистые материалы из базальтов Украины» в 1971 году была опубликована часть этих материалов по проведенным исследованиям.

В 1974 году было организовано научное подразделение, которое должно было заниматься только базальтовыми технологиями и оборудованием - «Лаборатория базальтовых волокон». Возглавили лабораторию патриоты базальтов Дмитрий Джигирис и Мария Махова. Лаборатория занималась научными и практическими работами по базальтовым супертонким и тонким волокнам и материалами на их основе. Одним из основных направлений работы была разработка технологий и оборудования БНВ.

К 1985 году была разработана и построена первая промышленная установка для производства БНВ. Промышленное производство БНВ началось на заводе «Теплозвукоизоляция» под Киевом. В течение нескольких лет было построено еще несколько промышленных установок производительностью по 350 и 500 тонн БНВ в год.
Установки представляли собой камнеплавильную печь с двумя фидерами (фидерные установки). В фидерах были установлены платинородиевые струйные фильерные питатели. Конструкция фильерных питателей состоит из струйного питателя (обогреваемой трубки струйного питателя) и собственно фильерного питателя.

Фидерные установки были выдающимся для своего времени достижением в развитии базальтовых технологий. Впервые было освоено промышленное производство БНВ. На то время, да и сейчас в России, фидерные установки являются основным типом оборудования для производства БНВ. Оборудование имело несомненные преимущества: обеспечивало производство качественных волокон диаметрами от 8 до 13 микрон, пригодных для текстильной переработки. Вместе с достоинствами оборудование имело определенные недостатки; высокое потребление энергоносителей на производство единицы продукции, большую массу фильерных питателей и относительно низкую производительность. Поскольку потребителем материалов была в основном оборонная промышленность, то о себестоимости производства особо не задумывались.

В 1990 - 1992 годах специалисты лаборатории во главе с Виктором Киболом построили фидерную установку в России па заводе стекловолокна в г. Судогда. На то время эти два завода были основными производителями БНВ в мире. Эти заводы впервые начали экспортировать БНВ и материалы на основе БНВ в Европу, Америку, Канаду. В научно-исследовательских институтах Киева, Москвы, на заводах стекловолокна в Бердянске и Судогде проводились работы по разработке материалов на основе БНВ: тканей различных типов, армирующих сеток, сеток для дорожного строительства, компози-ционных материалов, профильных пластиков, арматуры, труб, баллонов, емкостей, электроизоляционных материалов. В результате этих работ был накоплен опыт производства и применения материалов БНВ в различных отраслях промышленности, строительстве, энергетике, для производства композиционных материалов специального назначения.

В конце 80-х - начале 90-х годов украинскими специалистами были построены фидерные установки в Грузии и Казахстане. После распада СССР в 1991 году централизованное финансирование работ по БНВ прекратилось. По оценкам экспертов на проведение работ по базальтовым волокнам в СССР было выделено порядка 70 - 80 миллионов рублей. Сумма для СССР - довольно значительная. В 2003 фидерные установки были сделаны для компании «Каменный век» г. Дубна. Работы проводились специалистами из Судогды во главе с Александром Жаровым. В настоящее время это успешное, развивающееся предприятие, производящее БНВ хорошего качества.

К работам по БНВ автор этой статьи подключился, когда возглавил научно-исследовательский институт, тот са¬мый, где были начаты работы по базальтам. К работам был также привлечен специалист, работавший ранее в лаборатории базальтовых волокон Ренат Полевой. В 1997 году были начаты работы по созданию нового поколения технологии и оборудования БНВ - модульных установок. Почему возникла необходимость в проведении новых разработок? Прежде всего, возросшей стоимостью энергоносителей - газа и электроэнергии, во времена СССР над стоимостью энергоносителей не задумывались, а также высокой стоимостью изготовления оборудования, большой массой печей, филеров и самой дорогой части оборудования - фильерных питателей. Общая масса струйного фильерного пи¬тателя составляла 3400 грамм, затем была снижена до 3200 грамм.

При разработке новой технологии были поставлены задачи существенного снижения энергопотребления на производство БНВ, снижения стоимости оборудования, снижения массы фильерных питателей. Первоначально было изготовлено опытное оборудование и начаты работы по проведению испытаний нового типа фильерных питателей - щелевых питателей. Работы по созданию технологического оборудования нового поколения - модульных установок были начаты в средине 1997 года, в ноябре 1999 года на первой модульной установке НБВ 1 начато производство БНВ на щелевом фильерном питателе массой 1780 граммов. В 2000 году было создано совместное украино-японское предприятие ЗАО «НТВ» по производству БНВ для автомобильных глушителей компании «TOYOTA». Были разработаны и запущены промышленные модульные установки НБВ-2 на два фильерных питателя.

В 2001 - 2002 году предприятие вышло на проектную мощность 800 тонн в год. С 2003 года после модернизации оборудования предприятие производит 1200 тонн БНВ в год. Продукция предприятия - базальтовый ровинг полностью экспортируется в Японию, Чехию и Германию. После японцев интерес к организации производства БНВ проявили корейцы и китайцы. Понимая важность работ по БНВ, было принято решение заняться исключительно работами по БНВ в научном и практическом плане. В середине 2002 года было принято приглашение возглавить работы по БНВ в КНР. Для Китая была выполнена разработка модульной установки BCF-1 с меньшим потреблением энергоносителей, так как стоимость энергоносителей в Китае выше, чем в странах Европы. В 2004 году установка BCF-1 была успешно запущена на заводе в Chengdu. На базе этих установок сейчас работает предприятие «Chengdu Aerospace Tuoxim Science & Technology Co., LTD» по выпуску БНВ и тканей. Объемы производства 1500 - 1600 тонн БНВ в год.

Работы по БНВ были продолжены в Шанхае по программе Министерства науки и технологии КИР «Базальтовое непрерывное волокно и композиционные материалы». В декабре 2005 года была запущена модульная установки серии BCF-1 (на сжиженном нефтяном газе). Компания «Hengdian Group Shanghai Russia Gold Basalt Fiber» производит БНB в объемах более 2000 тонн в год. В настоящее время китайские предприятия активно развиваются и наращивают объемы производства БНВ.

Опыт работы в Китае дал новый толчок в развитии базальтовых технологий. Были опробованы разные типы базальтов для производства БНВ, разработаны и запущены новые типы оборудования с низким энергопотреблением. В процессе работ разработаны методики проведения исследований базальтов для производства БНВ, продолжены разработки плавильных печей, щелевых фильерных питателей, завершены исследования процессов плавления базальтов, термохимических реакций в процессе активно™ плавления базальтов, гомогенизации расплавов, выработочных характеристик расплавов для производства волокон. Все эти исследования использованы в разработках технологий и оборудования БНВ (2, 3).

На основе модульных установок серий BCF-IGM и BCF-2GM разработаны технологические линии ТЕ BCF 1000, ТЕ BCF 1500 и ТЕ ВСF 2000 производительностью 1000, 1500. 2000 тонн БНВ в год. Разработки технологического оборудовании основаны на результатах исследований, научной работы и опыта эксплуатации оборудования на Украине и в Китае и (4).

Себестоимость производства БНВ на технологических линиях ТЕ ВСF даже при небольших объемах производства 1000 - 2000 тонн в год становится ниже себестоимости промышленного производства стекловолокна на крупных заводах. Таким образом, результаты работ по разработке технологий производства БНВ позволили решить основные задачи: обеспечить качество непрерывных волокон, стабильность промышленного производства и снизить себестоимость производства. Для оценки перспективы развития производства БНВ нужно понимать, что технологии БНВ находится только на начальной стадии своею развития и имеют значительные резервы. Важный резерв - повышение производительности оборудования и, прежде всего, фильерных питателей. Производство стекловолокна в процессе развития прошло также стадии применения фильерных питателей на 200, 400. 800, 1200, 2000, 4000 и более фильер. Работы по совершенствованию фильерных питателей активно ведутся в России, на Украине, в КНР и США.

Следует отметить, что программы развития производства БНВ и материалов на основе БНВ приняты ведущими странами: Европейского Сообщества, КНР, Японии, США, Канады, одобрены Советом СНГ. Программа развития производства БНВ принята также ООН, как программа, способствующая апологии. К сожалению, программа развития производства БНВ Союзного государства России и Белоруссии 2006 года осталась на бумаге. Себестоимость и объемы производства в конечном итоге определяют расширение объемов и областей применения БНВ. Спрос на БНВ и материалы растет значительно, год от года он удваивается, и существенно превышает предложение. Сейчас дело только за организацией промышленных производств БНВ и материалов, производство которых имеет достаточно высокую рентабельность.

В настоящее время в мире работает более десятка предприятий - производителей БНВ, большинство из которых, запущены за последние 6-7 лет. В 2009 году начато производство БНВ в г. Оса Пермского края на ООО «НПО Вулкан». Материалы на основе БНВ, названы «материалами XXI века». Естественно, что при такой ситуации в производство БНВ и материалов последует приток инвестиций. За довольно короткий период в области базальтовых технологий: разработаны технологии производства, промышленное технологическое оборудование, проведены комплексные исследования БНВ, получены материалы на основе БНВ, накоплен опыт применения материалов в различных отраслях промышленности, существенно снижена себестоимость их производства, организованы промышленные производства БНВ.

Работы по развитию технологий производства и промышленного оборудования будут продолжаться. В ближайшем будущем предстоит увеличение количества предприятий и стран производителей, рост объемов производства БНВ, освоение новых материалов БНВ и областей применения. Достигнутый уровень технологий БНВ позволяет организовывать промышленное производство материалов БНВ в объемах 5-10 тысяч тонн в год. Отрасль ожидает привлечения инвестиций.

С анализом оборудования и сырьевой базы для производства базальтовой ваты Вы можете познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков:

Рынок базальта в РоссииАнализ оборудования для производства базальтовой ваты

Исследование рынка сырья для производства базальтовой ваты

Оснос С.П.
Basalt Fiber&Composite Materials