Полимерные материалы в промышленности набирают обороты

Как-то незаметно изделия из полимеров стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Они находят применение в медицине, автомобилестроении, строительстве, пищепроме — мы ежедневно взаимодействуем с полимерами во всём их многообразии. Сегодня полимеры используются в числе прочего в нефтегазовой и горнорудной промышленности, причём так активно, что в некоторых случаях им уже удалось потеснить с рынка традиционные решения, которые здесь использовали много десятилетий.

В частности, в добывающей индустрии полимеры нередко если и не заменяют металл, то по крайней мере дополняют его. Как объяснил заместитель директора ООО «ТехМашПолимер» Сергей Лыков, эти вещества — значительно более лёгкие материалы по сравнению с металлами. Отношение прочности к массе у них выше.

Как правило, полимеры химически инертны, что позволяет использовать их даже там, где они контактируют с агрессивными средами. Кроме того, полимеры являются электроизоляторами и имеют низкий коэффициент трения и теплопороводности (ниже, чем у металлов). А эластомерные полимеры: резины и полиуретаны — к тому же способны к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке.

«В добывающей промышленности наиболее востребованы высокая удельная прочность полимеров, низкий коэффициент трения, коррозионная стойкость, высокая износостойкость. Они отличаются от металлов по своим физическим и химическим свойствам и открывают новые возможности за счёт комбинации материалов. При этом, например, эластомеры в принципе имеют свою сферу применения, и заменить изделия из них металлическими не получится», — говорит Сергей Лыков.

«Современные конструкционные полимеры обладают антифрикционными свойствами, химической стойкостью, высокой прочностью, а также выдерживают температуру до 250 °С. Именно благодаря этим свойствам полимеры и композиты успешно заменяют металл в добывающей промышленности», — добавляет заместитель генерального директора по развитию ГК «Пластмасс Групп» Игорь Васильченко.

Полимерная футеровка

Пожалуй, первое, что приходит в голову, — это использовать свойства полимеров для защиты технологического оборудования от преждевременного износа. И полимерная футеровка уже очень широко применяется в отрасли.

Так, полиуретановая футеровка позволяет решить проблему налипания и намерзания. Например, этот материал успешно применяют для защиты стенок угольных терминалов морских портов. Поликерамопласт используют для футеровки ковшей карьерных самосвалов — тех, что работают в северных регионах. Этим материалом футеруют бункеры-накопители, узлы пересыпа, течки, если на конкретном объекте актуальна проблема намерзания.

Специалисты ГК «Пластмасс Групп» обратили внимание на сверхвысокомолекулярный поли-
этилен (СВМПЭ). У компании есть опыт футеровки этим материалом бункеров хранения — здесь СВМПЭ как раз заменил металл.

«СВМПЭ обладает высокой износостойкостью, поэтому может работать в условиях абразивного износа. Он устойчив к агрессивным химическим средам, которые могут присутствовать при обработке руд и минералов.

К тому же СВМПЭ обладает низким коэффициентом трения, что улучшает производительность оборудования. Замена традиционных материалов (металла) на СВМПЭ позволила увеличить срок службы оборудования, уменьшилась необходимость в регулярном обслуживании и замене футеровки, что привело к снижению операционных расходов. В результате срок службы бункеров удалось увеличить, а обслуживать и менять футеровку теперь нужно реже, что привело к снижению операционных расходов», — рассказал Игорь Васильченко.

Полимерная футеровка используется и для защиты шламовых насосов — таким опытом поделился директор департамента гидротранспорта в «Майнинг Элемент» Алексей Костриков. Здесь, объясняет специалист, принципиальным является такое свойство этих материалов, как стойкость к агрессивном химическим средам.

«При использовании в качестве основного материала для футеровки шламовых насосов на стадиях разгрузки мельниц полимеры показывают себя более эффективными, чем традиционные материалы. В этих случаях эксплуатационные характеристики резины позволили ей занять более 50% мест, где раньше применялся высокохромистый чугун», — рассказал Алексей Костриков.

Применяют полимеры и для футеровки рудоразмольных мельниц. Сергей Лыков привёл два примера из опыта «ТехМашПолимер». В первом случае зафутеровать нужно было мельницы для сухого и мокрого помола особо чистых химических веществ: титаната бария и оксида титана. Металл в качестве материала защитного покрытия исключался: его малейшее присутствие от намола в конечном продукте должно было быть абсолютно исключено.

«Нам пришлось футеровать внутреннюю поверхность мельницы полиуретаном без швов, обеспечив её полную герметичность, а также футеровать полиуретаном несколько тысяч используемых при помоле металлических шаров, обеспечивая при этом заданный заказчиком удельный вес шара. При работе мельницы шары интенсифицируют процесс перемешивания, а исходный материал перемалывается до нужного размера частиц за счёт постоянного их разрушения по плоскостям спайности», — рассказал г-н Лыков.

Во втором случае мельнице предстояло перемалывать неорганические пигменты — красители для использования в производстве керамических плиток. Здесь тоже принципиально было исключить намол металла, поскольку при высокотемпературном (выше температуры плавления металла) обжиге керамических изделий с пигментами частицы металла, попавшие в изделие, «закипали» и разрушали его целостность. Частицы полиуретана тоже попадают в готовый продукт, но они испаряются ещё на начальной стадии обжига при 600 °С в виде газа. По этой же причине зафутерованы были ещё и несколько тысяч цильпебсов для этих мельниц.

При этом опрошенные нами специалисты вовсе не считают, что полимеры в ближайшее время смогут полностью заместить металл в качестве материала для футеровки.

«Материалы футеровки прекрасно дополняют друг друга, и вряд ли стоит ожидать замещения одного другим. Дело в том, что футеровка — это не товар, который мы берём с полки и продаём, это всегда проект. Выбор материалов достаточно велик, учитывая возможные вариации: разный состав резиновой смеси или сплав металла. И здесь очень многое зависит от компетенции поставщика.

Множество факторов нужно учесть: и тип материала, и его крупность, и абразивность, и угол падения и прочее. Плюс сами требования заказчика. Вот случай из нашей практики: нашему клиенту нужно было синхронизировать цикл работы мельницы и смежного оборудования, чтобы на ремонт и перефутеровку они вставали вместе.

То есть там даже не стояла задача продлить срок ходимости футеровки, но нужно было сделать его планируемым и предсказуемым. И тут нужно держать в голове свойства различных материалов в конкретных условиях. Поэтому и присутствуют на рынке разные материалы — каждый для своих сфер и задач», — уверен основатель и вице-президент компании «Майнинг Элемент» Марат Абдурахимов.

«В некоторых случаях сплавы на основе меди (бронза, латунь) остаются более надёжными по сравнению с полимерными аналогами. Однако развитие полимеров не стоит на месте. Увеличение термической стабильности и улучшение устойчивости к агрессивным средам позволит полимерам завоевать ещё большую популярность в добывающей промышленности. Детали для машин и механизмов, сделанные из полимеров, минимум в 6–7 раз легче бронзовых. То есть облегчаются операции по ремонту и замене материалов и до нуля снижается криминальная составляющая оборота цветных металлов», — рассуждает Игорь Васильченко.

Комплектующие из полимеров

Кроме того, из полимеров создают огромный перечень комплектующих для различных механизмов, задействованный в добывающей промышленности. Например, на недавней выставке «Уголь России и Майнинг» уральская компания «Эластопласт» продемонстрировала большой ассортимент изделий из полиуретана: различные виды уплотнений, манжеты, покрытия колёс, валов и роликов, эластичные вставки для муфт, очистные скребки и ножи для конвейерных лент и барабанов.

Рассказывая о сферах применения полиуретана, главный технолог предприятия Татьяна Борисова, опять же, обратила внимание на его свойства: высокую прочность, эластичность, способность переносить знакопеременные нагрузки. Кроме того, полиуретан постоянно совершенствуется.

«Нам удалось существенно (в 2–3 раза) увеличить износостойкость полиуретановых изделий за счёт использования инновационной добавки. Её, между прочим, разработали наши российские учёные, и эта добавка показала даже лучший результат, чем импортное решение, которое применялось раньше.

Открытие это мы сделали именно тогда, когда вели исследования по импортозамещению: иностранный поставщик ушёл, и мы стали искать аналог у себя на родине. Разработку мы запатентовали и сегодня используем эту добавку при производстве тех деталей, которые будут подвержены абразивному износу, а такой запрос мы нередко получаем от наших заказчиков из горной отрасли», — рассказала Татьяна Борисова.

Игорь Васильченко также привёл несколько примеров изделий из полимеров, обратив внимание на то, что в индустрии добычи они успешно заменяют традиционные материалы — ту же бронзу и другие металлы. Помимо уже названных подшипников и втулок, специалист назвал шестерни и зубчатые колёса.

Их используют вместо металлических, поскольку полимерные изделия обладают шумопоглощающей способностью, они лёгкие и отличаются стойкостью к коррозии. Что же касается полимерных уплотнений, то они также заменяют привычные металлические комплектующие в силовых и гидравлических системах из-за своей химической устойчивости и низкого коэффициента трения.

Специалист по направлению «Конвейерные компоненты» «Майнинг элемент» Александр Кузнецов добавил к этому, что полимеры сегодня активно применяются для производства компонентов конвейерных систем. Эксперт обратил внимание на полимерные ролики из полиэтилена низкого давления (HDPE).

«Эти решения востребованы благодаря их меньшему весу по сравнению с классическими роликами из металла. Кроме того, на полиэтиленовые ролики налипает меньше транспортируемого материала. Первый фактор снижает затрачиваемую на транспортировку груза энергию, второй — увеличивает ходимость ролика.

Нельзя не упомянуть и о химической инертности полиэтилена. Благодаря этому свойству подобные ролики можно применять в условиях химически агрессивных сред: кислотных, щелочных, с содержанием солей. HDPE-ролики показали высокую эффективность и сейчас эксплуатируются на многих предприятиях нашей страны», — отметил Александр Кузнецов.

Полимеры и хвосты

Но и это ещё не всё. Сегодня в индустрии появляется всё больше примеров использования геосинтетических материалов для обустройства гидротехнических сооружений, в частности в горнодобывающей отрасли при строительстве хвостохранилищ и площадок кучного выщелачивания. В данном случае полимерные изделия заменяют классические решения с применением традиционных материалов.

«Использование геомембраны позволяет упростить и ускорить процесс строительства гидротехнических сооружений за счёт доступности материалов и простоты их монтажа. К тому же таким образом удаётся повысить надёжность объекта. Геомембрана имеет точные и измеримые характеристики в отличие от глиняного замка, который раньше служил в качестве гидроизоляции, но не давал никаких гарантий стопроцентной герметичности», — поясняет директор компании «ПРОМГЕОПЛАСТ» Аркадий Вохомский.

В данном случае на первый план выходят высокие физико-механические показатели в сочетании с долговечностью, устойчивостью к воздействиям агрессивной внешней среды, ультрафиолета и различных химических отходов.

«Дренажный мат сегодня успешно заменил щебень, геомембрана заменила глину и бетон там, где нужна водонепроницаемость. Раньше при отсутствии на месте строительства этих материалов приходилось их завозить. Это большие объёмы, большое количество транспорта для доставки материалов, необходимость привлекать спецтехнику для укладки. В этом смысле изделия из полимеров являются значительно более доступными и менее затратными», — продолжает г-н Вохомский.

Эта технология, надо сказать, появилась достаточно давно: по словам специалиста, ещё в начале 1990-х в России начали заменять глиняный замок на геомембрану на площадках кучного выщелачивания, чтобы исключить потери золота. Именно с противофильтрационных экранов началось активное внедрение этих решений в добывающей промышленности.

Что же касается хвостохранилищ, то один из недавних проектов «ПРОМГЕОПЛАСТ» — это обустройство такого объекта на новой ЗИФ в Магаданской области. Производитель дал гарантию, что на протяжении десятков лет эксплуатации ГТС останется безопасным объектом. А вот стройка прошла очень быстро: за рабочую смену бригада из 12 человек укладывала 5 тыс. м2 геомембраны.

Всего же на обустройство объекта ушло 400 тыс. м2 геосинтетики. Специалисты золотоизвлекательной фабрики выбрали именно геомембрану вместо более классических материалов, и именно это решение они охарактеризовали как самое доступное и эффективное на сегодняшний день.

Слово экспертам

Игорь Васильченко, заместитель генерального директора по развитию ГК «Пластмасс Групп»

«Полимерные материалы играют важную роль в сфере добычи и обогащения ресурсов. Они помогают справиться с такими задачами, как повышенный износ и истирание элементов механизмов, участвующих в добыче полезных ископаемых, обеспечивают сохранность оборудования в условиях действия абразива, помогают значительно сократить затраты на обслуживание и ремонт оборудования».

Сергей Лыков, заместитель директора ООО «ТехМашПолимер»

«Можно выделить несколько задач, актуальных для полимерной отрасли России. Они касаются производства как сырья, так и самих изделий.

Первой я бы назвал восстановление производства исходных мономеров для синтеза литьевых полиуретановых преполимеров и освоение производства каучуков HNBR (гидрированных бутадиен-нитрильных каучуков) внутри страны.

Также необходимо восстановление производства сырья для прессования и спекания высокомолекулярного (ВМПЭ) и сверхвысокомолекулярного (СВМПЭ) полиэтилена в России.

Полагаю, что производители изделий из полимеров будут стремиться расширять марочный ассортимент эластомеров для обеспечения специальных свойств и решения прикладных задач. Отрасли нужны продукты с пониженным коэффициентом трения (для большинства футеровок), повышенным коэффициентом трения (для приводных роликов и барабанов), материалы, способные снимать статическое электричество (особенно это важно для подземного оборудования), имеющие малое „внутреннее трение” (для высоконагруженных роликов и колес).

Для корпусных деталей машин и оборудования, подшипников скольжения и других подобных изделий принципиально снижение их веса и повышение коррозионной стойкости за счёт более активного использования в конструкциях композиционных материалов (стеклопластиков, углепластиков, органопластиков)».

Аркадий Вохомский, директор ООО «ПРОМГЕОПЛАСТ»

«Развитие полимерных изделий происходит в русле современных отраслевых трендов. Производители стремятся увеличить физико-механические характеристики, прочностные свойства, устойчивость материалов и при этом уменьшить их стоимость. Именно сочетание данных параметров будет способствовать ещё большему развитию полимерной отрасли и популярности этих материалов в добывающей промышленности».

Текст: Кира Истратова