Вклад академика В. Т. Калинникова в развитие интеграции науки и производства Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 66.01:669:669.053.4

ВКЛАД АКАДЕМИКА В.Т. КАЛИННИКОВА В РАЗВИТИЕ ИНТЕГРАЦИИ НАУКИ И ПРОИЗВОДСТВА

В.А.Маслобоев

Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация

В работе показан неоценимый вклад академика В.Т. Калинникова в развитие интеграции науки и производства за период его работы в должности директора Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН (1981-2015 гг.). Показана его лидирующая роль 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. Эти исследования положены в основу создания Кольского химико-технологического кластера, призванного обеспечить стратегические отрасли экономики РФ «критическими материалами».

Ключевые слова:

комплексная переработка минерального сырья, гидрометаллургия редких металлов, функциональные материалы.

CONTRIBUTION OF ACADEMICIAN V.T. KALINNIKOV INTO THE DEVELOPMENT OF INTEGRATION OF SCIENCE AND INDUSTRIES

V.A.Masloboev

Institute of Industrial Ecology Problems in the North of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia Abstract

This paper shows the invaluable contribution of Academician V.T. Kalinnikov into the development of the integration of science and industry for the period of his work as a director of the Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences (1981-2015). It shows his leading role in the development of scientific bases of integrated environmentally friendly processing of natural, technogenic materials and mining waste containing rare, precious and non-ferrous metals, and new high-performance materials. These studies are the basis for the creation of the Kola Chemical Technology Cluster, designed to ensure the strategic sectors of the Russian economy by "critical materials".

Keywords:

complex mineral processing, hydrometallurgy of rare metals, functional materials.

Основной целью Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН (ИХТРЭМС КНЦ РАН) было и остается проведение фундаментальных научных 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 других соединений. Владимир Трофимович Калинников стал в 1981 г, четвертым по счету директором Института, и именно ему принадлежит инициатива широкого и системного сотрудничества с промышленными предприятиями не только Кольского полуострова, но и других регионов необъятного тогда Советского Союза.

Академиком В.Т. Калинниковым за годы работы в ИХТРЭМС КНЦ РАН (1981-2015 гг.) была создана научная школа, разрабатывающая теоретические основы комплексной экологически безопасной переработки природного, техногенного сырья и горнопромышленных отходов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы и синтеза на их основе новых высокоэффективных материалов. В частности, были выполнены исследования по химии и технологии нетрадиционного титано-редкометалльного и алюмосиликатного сырья, включающего лопарит, перовскит, сфен, титаномагнетит, нефелин, рисчоррит и сыннырит. На основе этих исследований созданы основы гидрометаллургических технологий комплексных руд титана, ниобия, циркония, иттрия, алюминия, редких земель, открывающие возможности освоения уникальных месторождений Кольского полуострова. Эти исследования положены в основу создания Кольского химико-технологического кластера (КХТК), призванного обеспечить стратегические отрасли экономики РФ «критическими материалами».

При разработке научных основ технологии комплексного сырья необходимо принимать во внимание особенность, усугубляющую проблему многокомпонентности сырья, а именно высокую нестабильность конъюнктуры на потребительском рынке редких металлов и их соединений, что должно предопределять необходимость создания легко перенастраиваемых, гибких технологических линий.

30

Научно-технологический задел для формирования КХТК, созданный в ИХТРЭМС под руководством академика В.Т.Калинникова, включает:

• технологию высокочистых соединений ниобия и тантала;

• фундаментальные основы технологии материалов акусто- оптоэлектроники и нелинейной оптики;

• получение кристаллов ниобата лития, обладающих повышенной стойкостью к лазерному излучению;

• высокоемкие танталовые конденсаторные порошки;

• технологию диоксида циркония особой чистоты;

• технологию пирофорных циркониевых порошков для специальных отраслей техники;

• технологию цезия иодистого особой чистоты гранулированного для производства сцинтилляционных монокристаллов;

• электрорафинирование редких металлов в солевых расплавах с получением порошков и покрытий с требуемыми свойствами;

• композиционные материалы с высоким содержанием легирующих компонентов для транспортировки и хранения радиоактивных материалов;

• схемы обогащения комплексного сырья для производства стратегических материалов;

• базовый пакет технологических схем переработки многокомпонентного титанового и редкометаллического сырья переменного состава.

Основу КХТК составляют сырьевая база и малоотходные технологии производства и переработки сырья. КХТК для региона и страны это не просто набор технологий в одном месте из местного сырья, а реализуемая модель перехода от сырьевой экономики к инновационной. Создание кластера предполагает организацию производства широкой номенклатуры продуктов, включающих импортозамещающие, стратегические и конструкционные материалы, обеспечивающие нашу национальную безопасность.

Под руководством В.Т. Калинникова разработана и внедрена в промышленное производство (построен завод радиоматериалов в г.Апатиты) наиболее совершенная из известных в мире технология материалов для опто- и акустоэлектроники на основе ниобата и танталата лития, включающая экстракционную очистку ниобия и тантала, синтез шихты, рост монокристаллов, получение пьезопластин и регенерацию отходов. В 1983 г. Министерством промышленности средств связи (МПСС) СССР было принято решение о строительстве в г. Апатиты завода спец. материалов радиоэлектроники и создании Кольского филиала научно-исследовательского института коммутационной техники Ленинградского научно-производственного объединения (КФ НИИКТ ЛНПО) «Северная Заря».

Проектирование завода осуществлялось Ленинградским институтом «ГосНИИпроект» МПСС СССР по технологическим регламентам ИХТРЭМС КНЦ РАН. Основная цель создания производства - обеспечение экономики СССР новыми акусто-сегнетоэлектрическими материалами (пластинами ниобата и танталата лития). В процессе проектирования и строительства предприятия были созданы уникальные для того времени виды оборудования: ростовые машины РУМО, изготовленные на болгарском предприятии «Оптические технологии» в г. Пловдиве, станки для обработки кристаллов (резки, шлифовки, полировки, термообработки). К сожалению, с распадом СССР проект не был реализован, недостроенное предприятие было приватизировано, а новые владельцы не смогли завершить строительство и запустить производство монокристаллов и изделий из них. Но потенциал предприятия сохранялся еще долгие годы, достаточно упомянуть ускоренное освоение технологии производства сцинтилляторов на основе монокристаллов вольфрамата свинца в рамках программы «Алиса» для Большого андронного коллайдера. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) - одна из шести экспериментальных установок, сооруженных на Большом адронном коллайдере в CERN. Она оптимизирована для изучения столкновений тяжелых ионов, в частности, столкновений ядер Pb-Pb при энергии в системе центра масс 2.76 ТэВ на нуклон. Согласно проведенным на ALICE измерениям, температуры и плотности энергии возникающей при этом ядерной материи оказалось достаточной для рождения кварк-глюонной плазмы.

С 1985 по 2015 гг. В.Т. Калинников являлся Председателем Президиума Кольского научного центра РАН. За этот период была существенно расширена экспериментальная база для химико-технологических исследований: организованы Инженерный центр порошковой металлургии, опытное производство материалов для опто- и акустоэлектроники, опытный цех гидрометаллургических технологий. В дополнение к химикометаллургическому комплексу в составе КНЦ РАН организованы Институт промышленной экологии Севера и Институт информатики и математического моделирования технологических процессов, что обеспечило комплексное и всестороннее исследование проблем модернизации технологической базы индустриальной сферы Евро-Арктического региона с учетом требований национальной концепции устойчивого развития.

Совместно с Государственным институтом азотной промышленности и ОАО «Апатит» разработана и проверена в опытно-промышленном масштабе азотно-плазмохимическая технология переработки нефелинового концентрата и непосредственно нефелинсодержащих отходов апатитового производства. Впервые были найдены режимы одностадийного кислотного разложения нефелина с получением фильтруемых кремнеземных остатков. Разработана технология термической переработки смеси азотнокислых солей с получением алюминатных спеков. Отработана технология безотходной переработки спеков на глинозем, соду, калийную селитру, фосфорно-калийные удобрения и аморфный кремнезем. Установлены новые перспективные области применения продуктов, в том числе при разработке взрывчатых веществ (ВВ) «Гранулит-АК» и «Нитранит», которые допущены Госгортехнадзором России для использования на горнодобывающих предприятиях страны.

Под научным руководством В.Т. Калинникова осуществлялась модернизация технологической базы горно-металлургических предприятий Кольского региона. Разработана и реализована в промышленном масштабе технология гидрометаллургической переработки хибинских нефелинов с получением коагулянтов-

31

флокулянтов, аморфного кремнезема и компонентов взрывчатых веществ нового типа. Последняя разработка отмечена Премией Правительства РФ в области науки и техники за 1997 г. На основе экстракционной технологии, разработанной в институте, на комбинате «Североникель» Кольской горно-металлургической компании в 1999 г. организовано производство солей кобальта, освоение технологий производства электролитической меди и регенерации серной кислоты.

Отметим ряд внедренных или находящихся на стадии внедрения работ, инициированных академиком

В.Т. Калинниковым и выполненных ИХТРЭМС с участием других институтов КНЦ РАН на промышленных предприятиях:

технология алюмокремниевого коагулянта-флокулянта из нефелина для очистки природных, сточных и сбросных вод (ОАО «Апатит», г.Кировск; ОПЗ «Минудобрения», ОАО «Карельский окатыш», г. Костомукша);

технология взрывчатых веществ (Акватол Т-20ГК, Гранулит-АК и Нитранит) (ОАО «Апатит», г.Кировск);

технология циркониевого порошка (ПО «Маяк», г.Саров); схемы и технологические режимы переработки отходов бадделеитового производства (ОАО «Ковдорский ГОК», г.Ковдор);

кислотная технология сфенового концентрата с получением сорбентов и пигментов (ОАО «Апатит», г.Кировск); организация производства особо чистого кобальта (ОАО «Кольская ГМК», г.Мончегорск);

технология очистки никелевых рафинатов цеха электролиза никеля от свинца с использованием метода электролиза (ОАО «Кольская ГМК»);

экстракционная переработка некондиционных растворов производства меди с очисткой от цинка (ОАО «Кольская ГМК», г.Мончегорск);

выделение осмия из отработанной анионообменной смолы путем гидротермальной обработки (ОАО «Кольская ГМК», г.Мончегорск);

технологии сварочных материалов на основе минеральных концентратов и продуктов их переработки (ЦНИИ КМ «Прометей», ОАО «ПО «Севмаш»; г.Северодвинск, ОАО «Апатит», г.Кировск; ОАО «СМЗ»,

г. Соликамск);

технология титанофосфатного сорбента из сфенового концентрата (ОАО «Апатит»).

Сведения об авторе Маслобоев Владимир Алексеевич,

д. т.н., Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, [email protected] Masloboev Vladimir Alexeevith,

Dr.Sc. (Engineering), Institute of Industrial Ecology Problems in the North of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected]

УДК 535:361:456.34.882

ПОЛУЧЕНИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИОБИЙ- И ТАНТАЛСОДЕРЖАЩИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МИКРО- И НАНОСТРУКТУРНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ И МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

М.Н. Палатников, В.А. Сандлер, Н.В. Сидоров, И.В. Бирюкова, И.Н. Ефремов, О.В. Макарова, О.Б. Щербина,

Н.А. Теплякова, В Т.Калинников

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия

Аннотация

Исследованы получение и физические свойства ниобий и танталсодержащих функциональных и конструкционных микро- и наноструктурных керамических и монокристаллических материалов. При этом проведено комплексное исследование легированных лантаноидами активно-нелинейных кристаллов ниобата лития, которые сочетают в себе активные (лазерные) свойства и нелинейно-оптические свойства матрицы-основы. В качестве сред, наиболее перспективных для эффективных нелинейных преобразований оптического излучения, рассмотрены сегнетоэлектрические кристаллы с регулярной доменной структурой (РДС). Особое внимание уделено формированию регулярных доменных структур в легированных и номинально чистых кристаллах ниобата и танталата лития методами доменной инженерии. В рамках поиска новых стойких к оптическому повреждению материалов путем их легирования нефоторефрактивными примесями исследовано получение и свойства серии монокристаллов LiNbO3:Zn, легированных в широком диапазоне концентраций легирующей добовки. Впервые создана научная база для создания нового коммерческого оптического материала на основе кристаллов LiNbO3:Zn. Произведена сравнительная оценка радиационной стойкости номинально чистых и легированных редкоземельными и щелочноземельными элементами кристаллов ниобата лития. Во всех случаях свойства исследуемых твердотельных материалов рассматривались в тесной связи с их вторичной микро- и наноструктурой.

Ключевые слова:

кристаллы ниобата и танталата лития, микро- и наноструктура, получение и физические свойства, керамика

32