651 градус по Цельсию: репортаж с Соликамского магниевого завода

В школьных учебниках магний упоминается в параграфе о лёгких металлах. Есть на нашей планете металлы и с меньшим удельным весом, однако магний по этому показателю находится в самом начале списка. Он в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа и даже в 1,5 раза легче «крылатого» алюминия. Магний является одним из самых распространённых металлов в мире, мы ежедневно имеем дело с его сплавами, но почти никогда не видим его в чистом виде. А нашей редакции повезло: сегодня мы гостим на Соликамском магниевом заводе.

Путешествуя по Уралу, мы понемногу привыкаем к существованию предприятий с нереалистично долгой историей. Однако куда проще принять тот факт, что в регионе столетиями добывают железо или золото, чем поверить в то, что в 1930-х годах юный Советский Союз запустил завод, построенный на сложных химико-металлургических процессах.

Заходя в цех № 1, мы спрашиваем у нашего провожатого, руководителя отдела по развитию производственной системы «Росатом» Владислава Рудика о том, менялась ли за прошедшие годы технология производства металла.

«Менялось аппаратурное оформление: более стойкие материалы помогают нам увеличивать межремонтные пробеги. Но базовая технология: производство обезвоженного карналлита, безводного карналлита и электролиз — нет, она осталась такой, как её придумали и реализовали изначально», — говорит Владислав Рудик.

В 1929-м Сталин произнёс свою знаменитую фразу: «Магний нужен стране, как воздух!» Магний, который применяется и в военном деле, и в авиа-, и в автомобилестроении, стране и правда требовался. И 14 марта 1936 года электролизная ванна СМЗ выдала первый магний.

Так что, приехав на завод в середине марта, мы попали как раз на день рождения — 88-й в истории завода.
На самом деле, СМЗ сегодня — это не только магний. Выплавка этого металла идёт в цехе, который, понятное дело, имеет первый номер, в трёх отделениях. А всего цехов на заводе 17, и видов продукции здесь несколько. Но началась эта история с магния.

В начале был карналлит

Точнее, если отматывать к самым истокам, то начинается история с карналлита — двойной соли со сложной формулой KCl·MgCl2·6H2O. В мире чаще используются другие источника магния, однако в России карналлит является основным. Добывают минерал на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей, крупнейшем в нашей стране и одном из самых больших в мире. Почти век здесь производят карналлит, шахты уже ушли на сотни метров под землю, а имеющихся запасов хватит ещё нашим внукам и правнукам. Город Соликамск, где мы сейчас находимся, стоит буквально на месторождении, и Владислав Рудик говорит, что несколько рудников расположены фактически под нами.

В настоящий момент СМЗ перерабатывает порядка 250 тыс. тонн карналлитового концентрата в год. Поставляет его «сосед» — ПАО «Уралкалий»: обогащённый продукт приходит на СМЗ по транспортной галерее, которая напрямую соединяет металлургический завод и калийный комбинат. Именно под эту сырьевую базу изначально разрабатывалась технология производства магния, реализованная на СМЗ.

На площадке хранения завода всегда содержится небольшой запас карналлитового концентрата, чтобы питание производства было непрерывным. Внешне этот продукт очень похож на мартовский снег, и Владислав Рудик с улыбкой говорит, что при большом желании из него даже можно слепить снежки — структура позволяет. А по знакомому запаху бассейна или больницы мы сразу понимаем, что в составе концентрата присутствует хлор.

«Всё правильно, хлор никуда не делся. Полезный компонент для нашего производства — это хлористый магний, его содержание в концентрате 35-38%. Хлор же — необходимый в нашей технологической цепочке продукт: процесс хлорирования реализован и здесь, и в других цехах, где идёт работа с другими металлами», — говорит Владислав Рудик, и мы направляемся непосредственно в цех.

Химия и временная петля

Здесь карналлитовый концентрат последовательно проходит три стадии переработки. Первая — это обезвоживание, когда продукт теряет внешнюю и частично химически встроенную влагу: изначально минерал карналлит содержит 6 молекул воды, после обезвоживания их остаётся только две.

Основное технологическое оборудование здесь — это сушильные барабаны. Их на заводе четыре: три имеют производительность 90, а ещё один — 130 тонн в сутки. Ту часть барабана, где карналлит подаётся в процесс, заводчане называют холодным концом, здесь температура составляет порядка 110 градусов. А вот на горячем конце это уже 500-700 градусов. Перемещаясь внутри печи, имеющей форму цилиндра, концентрат постепенно теряет влагу. Тепло для вращающихся печей вырабатывается за счёт сжигания природного газа.

Используют на заводе и другую технологию обезвоживания концентрата — переработку в печи кипящего слоя. Её мощность составляет 70 тонн в сутки. Этот процесс наш провожатый характеризует как более современный и уточняет, что печь появилась на предприятии уже в новейшую историю — в 2010-х годах.

На выходе и вращающиеся печи, и печь кипящего слоя выдают один и тот же продукт — обезвоженный карналлит. Его пропускают через дробилки (на всякий случай, чтобы крупные куски, если таковые имеются, не забивали трубопровод и элеватор), после чего обезвоженный карналлит поступает в хлораторы.

«Хлораторов у нас четыре, из них три всегда в работе, а один на капитальном ремонте. Производительность каждого — 150 тонн безводного карналлита в сутки. Упрощённо говоря, хлоратор состоит из трёх отделений: два плавильных и одно — накопительное. Внутрь подаётся хлор, происходит реакция, и на выходе мы уже имеем расплавленный карналлит. Его мы заливаем в ковш, а оттуда — в электролизёр», — показывает Владислав Рудик.

На этом участке производства работает самая настоящая временная петля. Ведь откуда берётся хлор, необходимый для этапа хлорирования? А его, объясняет наш собеседник, получают в процессе электролиза, то есть на следующем технологическом этапе. Здесь происходит разложение хлористого магния с получением двух ожидаемых продуктов: магния и хлора.

Последний выводят из элекролизёров по системе хлоропроводов: на данном этапе хлор — это газ, причём газ удушающего действия. В цехе хлорпроизводных (№4) его сжижают, после чего распределяют по потребителям. Один из этих потребителей — цех № 1, где хлор и появился на свет. Но есть и другие: этого элемента на заводе получают в избытке, так что его хватает ещё и на обработку лопаритового и рутилового концентратов, хлорирование известкового молока с получением хлористого кальция.

Вот и получается причудливая связь: если бы хлор на заводе не получали, его пришлось бы закупать. Но не получать его здесь не могут, потому что иначе вся технологическая цепочка не состоится.

Как «варят» магний?

Так вот, и хлор, и магний на заводе получают в электролизёрах. Это, объясняет наш провожатый, упрощённо говоря, печка, в которой расположены электроды: стальные катоды и графитовые аноды. То есть имеет место электрохимический процесс: в электролизёр с помощью футерованного ковша заливают расплав карналлита, и под воздействием электрического тока на аноде выделяется хлор, а на катоде — магний.

Таких вот «печек» — ячеек электролизёров — на СМЗ 71 единица. Срок службы такого оборудования в среднем составляет три года, поэтому несколько всегда находятся в ремонте, а одновременно работают обычно от 60 до 65 электролизёров — в зависимости от потребностей производства.

В самом начале нашей беседы Владислав Рудик говорил о том, что, развиваясь, производство использует более стойкие материалы, чтобы продлить срок работы оборудования. Вот и пример: за счёт более современных решений межремонтный срок службы электролизёров удалось увеличить с 14 месяцев (так было ещё в 1990-х) до 36 и даже 40 месяцев.

Электролизёры можно сфотографировать и пересчитать, но оценить их масштаб, не зная проекта, не так просто: на поверхность выходит лишь небольшая часть, а основной объём находится ниже уровня пола. Мы стоим на футеровке, и наш провожатый приоткрывает крышку одного из агрегатов.

Нас обдаёт жаром, а внутри электролизёр очень напоминает кастрюлю с борщом: в красном расплаве электролита на поверхности плавают бело-серебристые бляшки — это и есть магний. Отсюда его забирают вакуум-ковшом и отправляют на дальнейшую переработку.
Владислав Рудик несколько раз обращает наше внимание на высокие температуры: хотя на нас спецодежда и спецобувь, и за техникой безопасности здесь следят, осторожность не помешает.

А температура расплава в электролизёрах — +690 °C, заведомо выше температуры кипения магния, которая составляет +651 °C. Это необходимо, чтобы магний можно было собрать с поверхности — в противном случае он просто утонет.

«Очень важно контролировать температурные режимы в электролизном отделении. Для этого мы проводим контрольные замеры. Расплав должен всегда быть в жидком состоянии: только в таком случае он проводит электричество. Если он застынет, это смерть всего производства.

В каждом электролизёре находится 20-25 тонн расплава: если он затвердеет, это случится один раз и навсегда, мы ничего не сможем сделать. Хорошо то, что процессы у нас достаточно инерционные, даже в случае аварии агрегатное состояние продукта не изменится мгновенно, он будет остывать несколько часов, то есть не проконтролировать этот момент просто невозможно», — объясняет Владислав Рудик.

Получается, что с 1936 года выпуск магния в Соликамске не останавливался? Представьте себе, нет! И это старейшее в мире действующее производство магния. За почти 90 лет на предприятии случались непредвиденные ситуации, и однажды завод прожил без электричества целых 12 часов, рассказывает наш провожатый. Это был очень опасный момент, практически реанимация: когда процесс запускали, счёт шёл на минуты, и металлурги боялись, что застывающий электролит уже не будет проводить ток. Но «пациент» выжил. Было это очень давно, и подобного экстрима на заводе всеми силами стараются избежать.

Застывший электролит — уже отработанный — нам, кстати, показывают: он стоит рядом с электролизёрами в специальных ёмкостях. Обеднённый по магнию расплав откачивают, чтобы освободить место для следующей партии безводного карналлита. Владислав Рудик напоминает нам, что в качестве сырья использовалась двойная соль: получается, что после удаления хлорида магния и воды остаётся практически чистый хлористый кальций. Это соединение используется как удобрение, поэтому отработанный электролит измельчают в дробильном отделении, фасуют и продают аграриям.

Таким образом, технологический процесс замыкается в кольцо: из электролизёров откачивают отработанный электролит, в цех привозят безводный карналлит и заливают его в агрегаты. Эти процессы повторяются три раза в сутки — так и формируются три смены по 8 часов.

Вникая в принципы работы электролизного отделения и профильного оборудования, мы отмечаем его уникальность: весь процесс завязан на сырьевой базе, поэтому тиражировать его не получится. Поэтому мы интересуется, кто выпускает необходимые агрегаты, тем более что из-за взаимодействия с агрессивной средой их необходимо регулярно ремонтировать и менять. Производят ли российские заводы необходимые решения?

«Производят, а как же. Конкретно один российский завод производит — Соликамский магниевый завод», — со смехом отвечает Владислав Рудик.

Специалист поясняет: аппаратурное оформление на предприятии действительно уникальное, это штучное производство, и организовать его на стороннем предприятии не получится. Как мы говорили, СМЗ имеет огромную промплощадку, это настоящий город в городе. Есть среди множества цехов и механический. Он и выпускает всё необходимое оборудование, вплоть до стальных катодов и графитовых анодов.

Магний в слитках

Но вернёмся к производственной цепочке, следующее звено которой — литейное отделение. Сюда привозят откачанный из электролизёров магний в виде расплава. Основным оборудованием этого технологического участка является печь непрерывного рафинирования. Здесь металл очищается от остатков примесей. Из печи магний отправляется на литейный конвейер (их в отделении три), и с помощью магнитогидродинамического насоса его разливают по изложницам.

«Магний — активный металл, поэтому литьё идёт под защитной атмосферой оксида серы. Её на производстве используют в порошкообразном виде и распыляют через форсунки. В результате на поверхности слитков образуется плёнка MgS, которая становится антикоррозийной защитой», — комментирует процесс Владислав Рудик, объясняя присутствие характерного запаха серы.

Когда магний доходит до конца литейного конвейера, он застывает — не остывает, металл всё ещё очень горячий, но становится твёрдым. Слитки собирают в промежуточные транспортные ёмкости и с помощью рельсовой тележки перемещают на участок упаковки.

Теперь магний обрёл привычный вид металлургической продукции, преобразовавшись в блестящие серебристо-белые слитки. По незнанию их легко можно спутать с алюминиевыми, что мы и делаем: слитки «крылатого металла» мы видим здесь же, на промплощадке. Владислав Рудик говорит, что в таком сходстве нет ничего удивительного: алюминий и магний и в таблице Менделеева живут «стенка в стенку», и в производстве часто используются совместно. В частности, СМЗ приобретает у «Русала» алюминий для шихтовки некоторых своих сплавов.

В основном мы видим на участке упаковки слитки массой 8 или 12 кг. А на складе готовой продукции Владислав Рудик обращает наше внимание на крупногабаритные слитки — это продукция для тех заказчиков, кто работает с большими объёмами производства. Магний в промышленности используют не в чистом виде, а в составе сплавов, причём кому-то нужна небольшая подшихтовка, а кому-то объёмы побольше — так и появились эти мощные слитки.

А ещё на СМЗ освоили производство так называемых донных слитков. Эта идея родилась в результате переговоров с красноярскими алюминщиками, которые хотели исключить из состава перевозимого груза непродуктивную его часть — деревянные поддоны. Донные слитки ставятся на днище пакета. Такие слитки завод выпускает по счёту — их ровно столько, сколько формирующихся пакетов.

На участке упаковки магниевые слитки естественным образом остывают. Здесь реализована простая, но эффективная схема. 8-часовая смена формирует первый ряд — порядка 10-12 плавок. Второй ряд — это результат работы предыдущей смены. А третий, отлитый, соответственно, более 16 часов назад, — уже полностью остывшие слитки, они-то и уходят на упаковку.

Магний оборачивают в полиэтиленовую плёнку и отправляют потребителю автомобильным транспортом: наш собеседник говорит, что, хотя на заводе есть вся необходимая железнодорожная инфраструктура, в последние годы автомобили вытесняют вагоны.

Часть команды — часть корабля

Соликамский магниевый завод производит порядка 17-18 тыс. тонн магния в год. Много это или мало? Это как посмотреть. СМЗ — крупнейший производитель магния в России, но, собственно, сейчас в стране их только два. Идут разговоры о запуске новых производств — время покажет. Что же касается объёмов, то тут дело в том, что мировой лидер этой индустрии, Китай, выпускает больше магния, чем все страны, вместе взятые. Соответственно, он же задаёт цены на этом рынке и в целом условия игры.

Российские предприятия потребляют магния больше, чем производится внутри страны, поэтому часть объёмов мы импортируем — закупаем у того же Китая.

Кто в России является потребителями магния? Здесь можно посмотреть на ключевых партнёров СМЗ.

Основной объём забирают предприятия «Русала»: этот металл используется для получения лёгких и сверхлёгких алюминиево-магниевых сплавов, у них даже есть собственное название — магналии. Чтобы добиться требуемых характеристик, эти сплавы часто легируют другими металлами. Пропорции алюминия и магния тоже варьируются.

Например, из сплава с большим содержанием марганца (МЛ-5, лёгкого и прочного, изначально предназначенного для авиации) изготавливали двигатель и коробку передач автомобиля «Запорожец». Этот факт хорошо известен повзрослевшим мальчишкам 1980-х, которые чаще всего именно тут добывали этот металл для любительских пиротехнических опытов, кстати, далеко не безопасных.

А в истории Соликамского магниевого завода был период, когда предприятие производило колёсные диски из сплава на основе магния. Они обладали высоким качеством, соответствовали всем требованиям, но представляли собой штучный, а потому дорогой в производстве товар. Рядовые автовладельцы такие диски, конечно, не приобретали, это была прерогатива спортсменов. Но этот технологический участок на заводе не прижился.

Часть магния с СМЗ отправляется на промплощадку его дочернего предприятия — Соликамского завода десульфураторов. Его продукцию приобретают металлурги.

А ещё Соликамский магниевый завод поставляет металл для госрезерва. Здесь история интересная: при хорошем раскладе магний из закромов Родины не должен расходоваться. Его хранят несколько лет, а потом возвращают обратно: эти слитки отправляются в переплавку, а для хранилища завод поставляет «свежие».

Примечательно то, как хранят металл: его обрабатывают в травильной ванне, покрывают солидолом, заворачивают в пропитанную парафином бумагу и держат в бочке. Всё потому, что магний — металл активный и без дополнительной защиты окисляется.

Так или иначе, заканчивается эта история далеко за пределами Соликамска. Главные области применения магния — автомобильная и авиационная промышленность, где его ценят за ту самую лёгкость и возможность обработки.

---

На производстве побывали: Анна Кучумова (текст),
Евгений Ошкин (фото)