August 10, 2022 . 14 min

Новые технологии, производство и мировая торговля продукцией из искусственных каменных материалов.

Одним из перспективных направлений комплексного освоения минерально-сырьевых ресурсов страны становится переработка техногенных отходов в базовых отраслях промышленности методами инновационных физико-химических технологий.
Физико-химические технологии комплексного использования техногенных отходов базируются на многопрофильной прикладной науке и производственной практике, которые занимаются изучением основных видов и закономерностей образования отходов в базовых отраслях экономики страны (горнодобывающей, металлургической, нефтехимической промышленности и энергетике), разработкой физических, химических и комбинированных процессов их переработки для целенаправленного изменения структурного, физического или химического состояния с целью получения, исследования и применения новых композиционных материалов (КМ) с требуемыми функциональными свойствами.

Дополнительно такие технологии способствуют решению актуальных технических, экологических и социальных задач развития экономики нашей страны.
Цель и задачи исследования
Целью исследования является систематизация научных публикаций о новых композиционных материалах для строительства, синтезируемых с использованием комбинированных физико-химических процессов комплексной переработки техногенных отходов в горнодобывающем и металлургическом производствах. Конечной целью стало формулирование тематики дополнительных исследований в области синтеза наиболее перспективных искусственных каменных материалов архитектурно-строительного и конструкционного назначения.
Методы исследования
Научный метод разработки технологий получения, фазовых превращений, структурных преобразований и обработки композиционных материалов строится на принципе системного анализа различных физических, химических или комбинированных воздействий на исходное сырьё или полуфабрикат при выполнении рабочих процессов, в том числе аналогичных природным явлениям. Каждый тип воздействия на технологические объекты характеризуется видом энергии, формой проявления, способом реализации и получаемым при этом результатом, а также некоторыми особенностями технологического применения в условиях окружающей среды.

Результатом воздействия на объект являются определённые физико-химические эффекты, проявляющиеся на нём или в окружающем пространстве. Воздействия могут быть комбинированными, например, электромеханические, электрогидравлические, электрохимические, электронно-лучевые и многие другие. К результатам воздействия относятся изменения параметров объектов (химического состава, структуры, физических характеристик, размеров, формы, и т. д.). При постоянстве условий взаимодействия и свойств объекта проявляются одни и те же результаты воздействия.
На основании систематизации различных физических, химических или комбинированных рабочих процессов получения, структурного преобразования и обработки новых композиционных материалов из техногенного вторичного сырья сформулированы задачи НИР и ОКР в этой области технологической минералогии:
Исследование новых свойств, проявляющихся на заданных исходных материалах при различных энергетических воздействиях
Исследование различных воздействий, необходимых для проявления требуемых свойств у заданного исходного материала
Исследование технологической схемы для рабочего процесса, обеспечивающего требуемое преобразование свойств заданного исходного материала
Исследование наследственного влияния физико-химических воздействий на исходные материалы в вариантах технологического процесса их комплексной обработки
Определение внешних воздействий, которые могут вызвать недопустимые изменения рабочего процесса в исследуемой технологической схеме
Разработка вариантов технологических схем, обеспечивающих реализацию требуемого качества композиционного материала при заданных внешних воздействиях
Поиск перспективных направлений развития технологического оборудования для исследуемого процесса при требуемых результатах заданных воздействиях
Результаты исследования
Объектами исследования стали наиболее доступные виды техногенных отходов горнодобывающего и металлургического производств и современные технологии их комплексной переработки в искусственные каменные материалы и изделия с высокой добавленной стоимостью для машиностроения и строительства [ табл.1 ].
[ табл.1 ] Классификация технологий производства искусственных каменных материалов и изделий из техногенного вторичного минерального сырья
Петрургия – технология производства искусственных стеклокристаллических материалов и изделий, получаемых методом каменного литья в металлические или песчано-глинистые формы в процессе кристаллизации расплавленной шихты с последующим термическим отжигом.
В качестве сырья для изготовления изделий тёмного каменного литья используют отходы горнодобывающих предприятий: отвалы размельчённых горных пород магматического происхождения (базальты, диабазы, долериты, габбро и др.), а также шлаки чёрной металлургии (доменные, мартеновские, конвертерные, электроплавильные и др.) и отвальные шлаки цветной металлургии (никелевые, медные, свинцовые и др.).
Светлое каменное литьё вырабатывается из шихты, в состав которой входят: кварцевый песок, доломит, известняк и отходы мрамора.
Мировая и отечественная прикладная наука, многолетняя производственная практика определили требования, предъявляемые к петрургическому техногенному сырью, его минерально-петрологический состав, физико-химические характеристики, теоретические и экспериментальные методы анализа свойств, эффективные технологии и современные виды оборудования на всех производственных стадиях, технико-экономические и экологические обоснования областей применения и другие проблемы этого направления материаловедения и технологической минералогии.
Однако остаются нерешёнными многие актуальные задачи научно-исследовательских, технологических и опытно-констукторских разработок в этой области.
К ним, например, относятся: комплексные исследования состава и свойств техногенных отходов многих горнодобывающих и горно-металлургических предприятий, в том числе вторичных отходов при добыче и переработке нерудных материалов и в цветной металлургии; разработка новых синтетических минеральных сплавов на основе диоксида кремния (симиналов) с требуемыми свойствами (износостойкость, термостойкость, прочность и т. д.); исследование ФХ-процессов формирования структуры каменных отливок – неравновесной кристаллизации и развития ликвации, характерных для образования текстуры горных пород; создание компьютерных программ моделирования петрургических процессов и технологического проектирования производства камнелитых изделий, требующих систематизации большого объёма данных и формирования баз знаний в этой области; разработка методов и средств цифровой автоматизации процессов петрургического производства.

Порошковая металлургия – многостадийная технология получения порошков металлов, сплавов и металлоподобных соединений (бориды, карбиды, нитриды, силициды и др.), а также смесей с неметаллическими порошками – керамики разных составов (TiC, Fe3C, Cr3C2, SiC, WC, SiO2-А12О3 и др.), их композиций – керметы (TiC–Ni–Mo, TiC–Cr3C2–Ni, TiB–Ti и др.) с последующим уплотнением и термической обработкой без расплавления основного компонента (обычно твёрдофазным спеканием), а затем изготовлением изделий из них с возможной доработкой разными методами.
Современные технологии порошковой металлургии охватывают все сферы экономики, позволяют синтезировать новые материалы и изготавливать изделия разного функционального назначения, часто с наибольшей экономией материальных, энергетических и трудовых ресурсов. Однако эти технологии обычно требуют больших затрат на производство порошков с высокой чистотой заданного химического состава из дорогостоящих металлов и их сплавов.

Использование техногенных отходов базовых отраслей экономики ограничено следующими видами: отходы металлообработки (стружка, обрезки листов и лент и т. п.); окалина металлопрокатного производства; разбавленные растворы обогатительных фабрик и отвалов рудников, содержащие ионы цветных металлов; производственные стоки металлургических предприятий; отработанные гальванические растворы и другие побочные продукты промышленных производств.
Искусственные камни – это общее название для различных композитных материалов, имитирующих текстурный рисунок, фактуру поверхности и физико-механические свойства натуральных декоративных камней, и производимых из их отходов и другого минерального сырья [ табл. 2 ].
[ табл.2 ] Сравнительные значения численных параметров характеристик свойств искусственных и природных каменных материалов
Широкое применение в строительстве получили искусственные каменные материалы в виде разных керамических гранитов (керамогранитов).
Их получают спеканием уплотнённой смеси тугоплавких глин и неорганических порошков (каолин, кварцевый песок, полевой шпат) с добавлением красящих пигментов (металлические оксиды кобальта, хрома, марганца, железа и титана), а также вспомогательных веществ, которые усиливают текучесть получаемой насыщенной суспензии – шликера.
Типовые высокие технологии промышленного производства разных видов керамогранитов являются общеевропейскими, многие из которых освоены и используются на предприятиях по производству этого строительного материала и изделий из него в России.

Актуальным направлением развития этой высокотехнологичной области промышленности строительных материалов является выполнение НИР и ОКР с целью решения следующих технологических и производственных задач: геологический поиск и минералогический анализ отечественных месторождений сырья требуемого качества; разработка и сертификация отечественных аналогов дополнительных и вспомогательных материалов взамен импортируемым; снижение требований к прессовому оборудованию при применении методов вибрационного и вакуумного уплотнения; замена процесса прессования на экструзионные методы формовки и уплотнения исходного пресс-порошка в виде суспензии; разработка цифровых технологий создания сложной текстуры керамогранита, имитирующей природные камни во всём объёме изготавливаемых изделий.
Технологии производства искусственных каменных материалов из холоднотвердеющих литейных смесей включают в себя следующие их виды: агломератные композиты, состоящие из кварцитного, гранитного или мраморного щебня разных фракций (80 - 95 %), специальных полиэфирных или цементных связующих веществ (до 5%) и дополнительных компонентов (минеральных пигментов, металлической стружки, частиц цветного стекла, ракушечника и др.); литьевой мрамор – композит из смеси различных полимеров (около 20 %), специально подготовленной мраморной крошки (до 80 %) и дополнительных компонентов (различных красителей и пигментов, поверхностных защитно-декоративных полимерных покрытий – гелькоутов); полимербетоны, состоящие из смесей мелкодисперсного кварцевого песка, шлаковой и мраморной крошки, щебня мелких фракций (до 85%) , полимерных связующих на эпоксидной, фурановой или полиэфирной основе (около 15%), а также дополнительных компонентов (пигментов, красителей, цемента, пластификаторов, стабилизаторов и модификаторов) .

Наукоёмкие технологии производства каждого из этих видов искусственных каменных материалов разработаны крупными компаниями – лидерами в этой области промышленного материаловедения.
На мировом и отечественном рынках такие конструкционные и строительные материалы и изделия из них, а также технологии их производства определяются товарными марками, защищёнными правами интеллектуальной собственности.
К важным направлениям развития этих технологий можно отнести:
поиск конкурентных видов применяемого минерального сырья за счёт отечественных природных и техногенных ресурсов
разработка и промышленное производство новых высокоэффективных полимерных связующих взамен импортируемых
разработка и внедрение в производство инновационных материалов и технологий (минеральных нанопорошков, автоклавных методов твердения и кристаллизации отливок; использование аддитивных и гибридных технологических процессов)
расширение областей практического использования, например,
в машиностроении взамен чугунным отливкам (синтегран, гранитан и др.)
Применение в строительстве искусственных декоративных камней имеет некоторые преимущества: возможность задавать требуемые физико-механические свойства, цвет, структуру и текстуру; технологичность производства с достижением бездефектности выпускаемой продукции и специальных эксплуатационных свойств материалов (низкого водопоглощения, химической и морозостойкости); снижение себестоимости продукции в сравнении с аналогичной из природных камней.
Такие преимущества применения изделий из искусственных камней в строительстве стимулируют быстрый рост их мирового производства: за последние годы: консолидированный рост продукции из искусственных декоративных камней составил 141,3%, а из природных декоративных камней только 23,2%. При этом следует учесть, что давно развитая керамическая отрасль в последние годы сократила производство на 2,4%.
Мировой рынок продукции из искусственных декоративных камней вырос в последние 10 лет с 4,5 до 10,8 млрд $. Наибольший рост экспорта этой продукции достиг Китай, увеличив его объём до 3,65 млрд $. За ним следуют Германия (1,04 млрд $), Испания (0,74 млрд $), Нидерланды (0,39 млрд $), Польша (0,37 млрд $) и другие экономически развитые страны.
В Италии, в которой впервые были разработаны керамограниты и многие искусственные камни, их производство стало конкурировать с природным декоративным камнем, компенсируя снижение объёмов его добычи и обработки в последние годы, а внешняя торговля достигла 347 млн $ при средней цене около 29 $ / м2 и максимальной цене на рынке США более 89 $ / м2. Следует учитывать, что эти цены не всегда можно сравнивать с удельными ценами на аналогичную продукцию из природных декоративных камней, так как толщина плит из искусственных декоративных камней обычно меньше средней приведённой толщины изделий из природных декоративных камней, равной 20 мм.
Соотношение объёмов мирового использования изделий из природных и искусственных декоративных камней, рассчитанных по условной площади плит (Sпр / Sиск) × 100%, практически остаётся неизменным (12,9% в 2010 г. и 13,1% в 2019 г.). Однако применительно к объёмам мирового рынка соотношение торговли изделиями из природных и искусственных декоративных камней (по условной площади) снизились с 36,5% в 2010 г. до 29,3% в 2019 г., оставаясь при этом выше соотношения объёмов их мирового использования. Такие расчётные данные свидетельствуют о более высоком объёме использования продукции из искусственных декоративных камней на внутренних рынках и росте количества стран-производителей этой продукции.
Уникальность образцов природных декоративных камней на мировом рынке создаёт условие для их использования для элитных архитектурно-строительных и декоративно-художественных проектов. Продукция из искусственных декоративных камней более стандартизована, а высокое качество и доступность способствуют её широкому использованию в массовом гражданском строительстве.
Выводы:
В последние два десятилетия наметилась основная тенденция развития мировой индустрии декоративного камня, характеризуемая переходом к интенсивному и инновационному этапу её модернизации в ведущих странах с широким использованием современных цифровых технологий добычи и глубокой переработки блочного сырья.
Важным фактором развития отечественных отраслей промышленности, связанных с добычей, обработкой, переработкой и применением разных групп природных декоративных камней и синтезом их искусственных аналогов, является подготовка и переподготовка команд специалистов смежных профилей с высоким уровнем квалификации, направленная на формирование у них систематизированного комплекса необходимых научных и практических компетенций.
В промышленности строительных материалов России накоплен большой практический опыт эффективного производства традиционных видов композитных искусственных декоративных камней типа керамогранитов и изделий из них, основанных на научных разработках в области порошковой металлургии; в меньшей степени освоено производство аналогов природным искусственных декоративных камней с использованием минеральных наполнителей и твердеющих при невысоких температурах связующих полимерных смол, цементов или гипсов.
Современной тенденцией развития мировой индустрии декоративного камня стало ускоренное расширение производства новых искусственных каменных материалов с высокими потребительскими свойствами и использования их в строительстве, обеспечивая таким образом эффективную переработку техногенных минеральных отходов, которые превышают половину объёма добычи блочных декоративных камней.
ⓒ SLAB.Express | Павлов Ю.А., | Светляков А.В., | Моторный Н.И
related articles ещё статьи по теме
из выпуска #3 - Взгляд из карьера
По количеству месторождений природного камня Россия занимает одну из лидирующих позиций в мире.

О буднях камнедобытчиков, ситуации на рынке камней, разведке новых месторождений, проблемах прошлого года и культуре потребления камня рассказывает Александр САРАЕВ, заместитель генерального директора по производству и сбыту АО "Уральские камни". 
читать полностью
читать полностью
из выпуска #3 - Будущее Карелии...
Заместитель директора по научно-исследовательской работе ФГБУН Института геологии Карельского научного центра академии наук, кандидат технических наук Виталий Александрович ШЕКОВ убежден, что камнеобработчики могут стать движущей силой, которая изменит судьбу региона и создаст новый вектор экономического развития.

Много лет он посвятил изучению запасов природного камня Карелии. Сегодня мы беседуем с ним о прошлом и будущем непростой камнедобывающей отрасли.
читать полностью
из выпуска #3 - Павлов Ю.,А., Светляков А.,В., Моторный Н.,И.
Индустрия декоративного камня - промышленная отрасль минерально-сырьевого хозяйственного комплекса, который включает в себя геологические изыскания месторождений облицовочного камня, горно-добывающую промышленность, обеспечивающую разработку карьеров и добычу блоков облицовочного камня с последующей его начальной обработкой с целью придания необходимой формы, размера товарных блоков, слэбов и других полуфабрикатов для камнеобрабатывающих производств.
читать полностью
читать полностью
из выпуска #3 - Вакуум против трещин.
Камнедобывающая и камнеобрабатывающая отрасли нашей страны насчитывают сегодня порядка 240-250 крупный и мелких предприятий, которые специализируются на работе с гранитом и близкими ему по твердости горными породами. По оценкам специалистов, российский рынок строительного и отделочного камня оценивается в 500 миллионов долларов.

О проблемах российских добытчиков, об использовании камня в строительстве и интерьере и других смежных вопросах, рассказывает кандидат технических наук Роман КОКУРИН.
читать полностью
читать полностью
КОММЕНТАРИИ ⇩ COMMENTS ⇩ КОММЕНТАРИИ ⇩ COMMENTS ⇩
NEWS
Не пропустите новый пост @_📨
Актуальные новости рынка камнеобработки, экспертные оценки и прогнозы, советы по ведению бизнеса, выгодные, интересные предложения партнёров, ИТ – решения для камнеобработки.
Мы на связи, пишите!
MAGAZINE SLAB.EXPRESS MAGAZINE SLAB.EXPRESS MAGAZINE SLAB.EXPRESS MAGAZINE SLAB.EXPRESS

контакты [contacts]

143132, Московская область, г.Руза, рп.Тучково, ул.Партизан 21А стр.1, редакция журнала "СЛЭБ.Экспресс" ООО "Деловые технологии для камнеобрабатывающей промышленности и торговли" ИНН 5075039340 ОГРН 1205000035624
Мы используем файлы cookies для обеспечения правильной работы нашего веб-сайта, чтобы сделать еще лучше нашу коммуникацию! Оставаясь на нашем сайте, Вы автоматически соглашаетесь с использованием файлов cookie. Подробнее читайте в политике конфиденциальности.
Мы принимаем оплату банковскими картами международных платёжных систем Visa, MasterCard и МИР. Обработка полученных конфиденциальных данных клиента (реквизиты карты, регистрационные данные и т.д.) производится в процессинговом центре. Таким образом, никто, даже продавец не может получить персональные и банковские данные клиента, включая информацию о его покупках, сделанных в других магазинах.
Мы принимаем оплату банковскими картами международных платёжных систем Visa, MasterCard и МИР. Обработка полученных конфиденциальных данных клиента (реквизиты карты, регистрационные данные и т.д.) производится в процессинговом центре. Таким образом, никто, даже продавец не может получить персональные и банковские данные клиента, включая информацию о его покупках, сделанных в других магазинах.
© SLAB.Express 2020 - 2022. Журнал для тех, кто работает с камнем. Все права защищены, полное или частичное копирование информации запрещено.