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

[ табл.1 ] Классификация технологий производства искусственных каменных материалов и изделий из техногенного вторичного минерального сырья

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.).

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.

[ 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.

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.