Нанопорошки, нанотальк, наноструктурированные микропорошки и многофункциональные нанокомпозиты на их основе, рынок и перспективы производства для мельниц МН и технологии ООО "НИнга-Технология". НАШ НОВЫЙ САЙТ НАХОДИТСЯ ПО СЛЕДУЮЩЕМУ АДРЕСУ: http://nanomelnica.ucoz.ru

Одна из актуальнейших технологических проблем современности - это повышение тонины помола различных видов сырьевых материалов, создание надежного и многофункционального помольного оборудования, уменьшение удельных затрат энергии при сверхтонком и нанопомоле. Измельчение, как технологическая операция, - фундамент, на котором базируется всё современное материальное производство. От качества и свойств порошковых материалов зависят сложность, материалоемкость и энергоёмкость процессов производства изделий. По данным журнала "Эксперт", "на процессы дробления и измельчения материалов расходуется более 20% всей производимой в мире электроэнергии" ("Эксперт", 2003, № 33). В мире зарегистрировано 110тыс. месторождений минералов. На каждое из них построено предприятие, где используются в среднем по 5-10 шаровых мельниц, период замены этих мельниц составляет 8-12 лет. На шаровые мельницы приходится до 95% мирового объёма переработки (включая и тонкое измельчение) сырьевых материалов. Остальные 5% рынка, в основном, для сверхтонкого измельчения, занимают другие типы измельчительного оборудования, такие как струйные, планетарные, валковые, вихревые, бисерные мельницы, дезинтеграторы и так называемые электро-импульсные, кавитационные, плазмо-кавитационные, магнито-импульсные способы получения порошковых материалов. Эти мельницы и способы измельчения не получили широкого распространения из-за низких КПД и производительности, ограниченного ресурса и сложности организации выпуска порошков в промышленных масштабах. Огромные энергетические затраты на операции сверхтонкого и нанопомола, обусловили многочисленные исследования, направленные на повышение рентабельности помольного оборудования и разработку новых устройств и способов получения нанопорошков. При огромных финансовых вложениях, научно - техническом потенциале ведущих мировых компаний, проблема создания оборудования и эффективного способа получения нанопорошков до сих пор не решена. Основной упор делается на повышение эффективности существующих типов помольного оборудования, в основном это шаровые и струйные мельницы. Проще усовершенствовать сложнейший процессор, поднять производительность в 2-3 раза, чем повысить эффективность мельниц на 2-3%. При режимах сверхтонкого и нанопомола, КПД мельниц может снизится до 0,1-0,001%. Получается, что при некоторых режимах помола, более 99,99% от подводимой к материалу энергии идет не на уменьшение размеров частиц, а на тепло, которое выделяется при измельчении материалов. Это тепло создает огромные, практически непреодолимые проблемы для производства качественных порошковых материалов с высокими технологическими свойствами. Поэтому современные микро и особенно нанопорошки имеют высокую с/стоимость, низкое качество и свойства, что ограничивает масштабы производства, спроса и их применение. Как известно, кроме механических способов производства микро и нанопорошков, существуют химические и плазмохимические, которым присущи общие проблемы, помимо размеров частиц, определяющих свойства продукта. Более важным является сохранение химического состава и поверхностной активности порошков. Известные типы оборудования, технологии и способы принципиально не способны решить эти проблемы, так как относятся к высокотемпературным технологиям. Это классическое механическое измельчение, испарение и конденсация, химическое осаждение и другие способы, протекающие в интервале температур 310-10 000оК. При таких температурах сохранить высокую активность микро и нанопорошков невозможно.
Компания ООО "НИнга - Технология" решила проблему создания эффективного промышленного помольного оборудования для производства сверхактивных, высокотехнологичных микро и нанопорошков в любом агрегатном состоянии! Компания ООО "НИнга-Технология" в 2003-2004гг. занималась разработкой и изготовлением технологического оборудования для реализацией проекта: "производство 40тыс.т/год микроталька М05N и М03". Были изготовлены две мельницы МН7, которые должны были обеспечить Декор" (г. Москва), дочерняя компания "АKZO NOBEL " (мировой лидер на рынке лакокрасочных и строительных материалов). Из сравнительного анализа, произведенный на мельнице МН7 микротальк превосходит по своим характеристикам и особенно по технологическим свойствам лучшие мировые образцы. Ниже представлены сравнительные данные и комментарий на микро и нанотальк МН7 и ведущих мировых производителей микроталька. Хотел бы особо отметить, что в мире нет официальных производителей, к которым можно обратиться и заказать нанотальк. Есть производители при университетах и небольшие опытные производства при компаниях, которые производят до 1-2кг в день и все эти технологии, очень затратные, дорогие и поэтому не востребованы. оборот до $35-45млн. и чистую прибыль $15-25млн. Решения инвестором по прекращению финансирования проекта было принято 10.02.2004г на основании представленный молодыми и неопытными сотрудниками компании инвестора, некомпетентной оценки реальных перспектив рынка микро и наноталька, как бизнеса и состояние дел в компании. Несмотря на сложную ситуацию, работы продолжались до июня 2004г и 10.05.2004г нами были получены образцы микроталька(нано) МН. Микро - нанотальк МН тестировался в лаборатории ЗАО "Акзо Нобель Декор" (г. Москва), дочерняя компания "АKZO NOBEL" (мировой лидер на рынке лакокрасочных и строительных материалов). Из сравнительного анализа, произведенный на мельнице МН7 микротальк превосходит по своим характеристикам и особенно по технологическим свойствам лучшие мировые образцы. Ниже представлены сравнительные данные и комментарий на микро и нанотальк МН7 и ведущих мировых производителей микроталька. Хотел бы особо отметить, что в мире нет официальных производителей, к которым можно обратиться и заказать нанотальк. Есть производители при университетах и небольшие опытные производства при компаниях, которые производят до 1-2кг в день и все эти технологии, очень затратные, дорогие и поэтому не востребованы октябре 2009г к нам обратилась компания "ЭТН" о ) возможности производства на оборудовании и по технологии МН (мельница МН7 рис.2) микроталька D50(2мкм) и D95(2мкм) для поставок на рынок западной Европы в количестве 24тыс.т/год=2,8т/час. С аналогичным предложением по поставкам микроталька с дисперсией D95(2мкм) на рынок западной Европы в количестве от 10тыс.т/год до 60тыс.т/год=6,9т/час, к нам обратился крупнейший тальковый производитель России. У этой компании имеются собственный карьер и мощности для добычи и обогащения тальковой руды 200тыс./год и более. Согласно таблице2 D50(2мкм) и D95(2мкм) соответствуют маркам FINTALK М05N и М01. Компания "ЭТН" обратилась к немецкой компании "NETZSCH-CONDUX", мирового лидера в производстве струйных мельниц типа CGS (рис.3), для приобретения мельниц модели CGS120 стоимостью 700тыс.€=1,04млн.$ (только помольное оборудование, компрессорная установка 625кВт и сепаратора 55кВт). По данным "N-C" при производстве микроталька М05N на мельницах CGS120, затраты энергии составляют 680кВт/час/т., выход продукта М05N до 1т/час и не более 50-60% из сырья, остальные 40-50% тальк низких марок М15, М30 и отходы. При производстве талька М01 на CGS120, согласно данным "N-C" затраты энергии достигают 2200кВт/час/т, а производительность 0,32т/час. С 2004-2009гг было более 350 обращений по вопросам приобретения мельниц МН для производства микро и нанопорошков из различных материалов. К сожалению это в основном компании желающие купить готовое технологическое оборудование и готовы ждать выполнение заказа. Несмотря на очевидные достижения и реальные перспективы технологии МН нам пока не удалось окончательно убедить и привлечь инвесторов, чтобы финансировать наш проект. Причин несколько, основная - это сомнения в реализуемости в технических и технологических характеристик оборудования и технологии МН. На сайте мы представим аргументированную информацию по работе МН7 и проекту МН8. Ниже будут представлены таблицы, сравнительные характеристики и свойства микроталька известных мировых производителей и ООО "НИнга-Технология".
Россия импортировала в 2008г 12тыс.т микроталька М01($55млн.). Мировой рынок микроталька М01 достигает 1,5млн./т, потребление талька $7-8млрд.(2008г). Спрос на такой микротальк растет и особенно на те марки, где высокое содержание наночастиц. Согласно закону эластичности спроса, если снизить цены до 3000-3500$/т, можно увеличить спрос до 2,5-3,0млн.т ($7,5-10млрд), при средней стоимости тальковой руды в 80-120$/т.
* D95(2мкм) - высококачественный микротальк востребованный на рынке, цена 4300-4800$/т., из-за больших затрат электроэнергии, до 2,2МВт/час/т (в Европе 0,3€=12руб/кВт/час); М НИнга 1 - микротальк произведенный на действующей мельнице МН7 (май 2004г); М НИнга 2 - микротальк после сепарации на вакуумном сепараторе СВН3-0,4 (май 2004г по результатам тестирования в лаборатории ЗАО "Акзо Нобель Декор"); М НИнга 3 - согласно данным по помолу на мельнице МН7, расчетные показатели для молотого талька на проектируемой мельнице МН8-90/70-280/5 будут следующими; - производительность не менее 5т/час (D20=100нм)с содержанием наночастиц до 20-25%; - по продукту 3т/час =D95(2мкм.)= D40(100нм.) или 1,2т/час = D95(100нм.) - нанотальк, его стоимость может достигать 20-30тыс.$/т. Технология "НИнга" позволяет снизить цену на D95(100нм.) - нанотальк с 20-30тыс.$/т до 6-8тыс.$/т, что позволит в промышленных масштабах перейти от использования микроталька на нанотальк и монопольно производить до 2,0-3,0млн.т (12,0-24.0млрд. $/год) нанотальк D95(100нм); М НИнга 4 - расчетные показатели микроталька после вакуумной сепарации на СВН4-0,5: QМН8(нано) =D20(100нм.)o5000кг./час = 1200кг/час. D95(100нм)
*- на графике 1 показана дисперсность для различных марок микроталька М15, М05N, М03, М01 и МН7*. Здесь маслоемкость плавно растет, что соответствует такой же динамике роста дисперсии D% на графике2 соответствующих марок. Если исходить из этой взаимосвязи и тестовых значений, то дисперсия микроталька "НИнга" будет соответствовать D90=1мкм. или D20=100нм. - нанотальк. Мы фактически на МН7 получили микротальк "НИнга" марки М005. По расчетам на МН8 мы сможем получить микротальк "НИнга" марки М003-М001, что может соответствовать нанотальк марки Н100-Н30, спрос на такой тальк велик. Из полученных результатов, характеристик и свойств помола на МН7 микроталька МН после сепарации на СВН3-0,4 показанные на графиках 1 и 2, можно утвердительно сказать, что полученный микротальк с дисперсией D20=150нм., можно отнести к категории низкомарочного наноталька. Для сравнения: у лучших западных аналогов микроталька М01-М03, если их можно назвать аналогами, дисперсия составляет D20=300-500нм. Исходя из опыта и наработок по технологии МН и работ на мельнице МН7, расчетные характеристики для новой мельницы МН8 (проект) для производства наноталька, будут следующими: D20=30-60нм. при производительности МН8=5т/час. Выход продукта после сепарации на СВН4-0,5 при D95=100нм., Q=800-1200кг/час. Более десяти лет назад компания Toyota впервые применила при производстве автомобилей коммерческие нанокомпозиты. Разработав композит нейлона с наноглиной для жесткого и термостойкого покрытия нейлоновых зубчатых ремней. Начиная с 2002г, компания General Motors успешно применяет промышленные композиты с наноглинами и нанотальком рис.4, при изготовлении накладок порогов для минивенов Safari и Astro; сейчас компания использует почти 250т/год нанокомпозитных материалов для изготовления различных наружных автомобильных частей и накладок, включая некоторые части автомобиля Hummer H2 SUT.
Компанией Mercedes-Benz давно применяется инновационный лак с добавлением наночастиц по сравнению с обычной автомобильной краской имеет большую устойчивость к царапинам и улучшенный глянец, что позволит продлить блеск еще на многие годы, как будто машина только выехала из автосалона. Прозрачное покрытие с наночастицами образует защитный слой, который отличается значительно большей устойчивостью к царапинам, например, наносимым в процессе контактного мытья. Компания Mercedes утверждает, что внедрение керамических наночастиц в это защитное наружное покрытие позволяет в 2-3 раза повысить устойчивость к царапинам, обеспечивая высокую стабильность глянца в течение длительного промежутка времени. Эффективность новой технологии покрытия продемонстрирована в экстремальных испытаниях, проводимых в лабораторной мойке согласно стандартам DIN, так и при обычных условиях. После десяти циклов в лабораторной мойке, эквивалентных разрушительному влиянию приблизительно 50 - 100 обычных моек, датчики блеска показали для обычной краски только 35% из 100% максимально возможных по шкале блеска, а для нанокраски - 72%. Кроме наноглин и наноталька в качестве наполнителей в полимеры используют углеродные нанотрубки, плотность которых в пять раз меньше, чем у стали, а прочность в десятки раз больше. Поэтому, чтобы сделать полимерные композитные материалы более прочными, не увеличивая их веса, включают в их состав углеродные нанотрубки. Таким образом, добавка нанотрубок в 0,6% (10кг/т - композита) даёт 4-х кратное увеличение прочности полимера. Учёные считают, что, если нанотрубки будут занимать 10% объёма полимера, то смогут увеличить его прочность в 20 раз! Фирмы, выпускающие товары массового спроса, не спешат использовать нанотрубки, прежде всего, потому что их пока нельзя закупать в больших количествах из-за высокой цены и сложности в их использовании. На рынке наноматериалов, цены на углеродные трубки снизились и сейчас составляют порядка 600-800$/кг, но объемы производства низкие и в день на одном предприятии изготавливается 2-3кг (данные компании Carbon Nanotechnologies). Если производить композиты с углеродными трубками с 10% - объема, то это почти 150кг/т у/трубок, тогда стоимость у/трубок для такого композита составит 90-120тыс.$/т, это очень дорого, даже если цены будут снижены в 8-10раз, нанокомпозиты не будут иметь широкого применения. Среди основных направлений применения нанокомпозитов в автомобилестроении в последующие 10 лет прогнозируется появление систем хранения водорода, топливных элементов, батарей суперконденсаторов, керамические двигатели и другие части автомобиля. Эти направления окажут существенное влияние на создание новых устройств выработки и хранения электроэнергии для автомобилей. Такое свойство нанокомпозитов, как огнестойкость, обеспечит новое применения - оформления салона автомобиля. Если бы технологические свойства и цены на нанопорошки, потребляемых в мире, соответствовали заявленным ООО "НИнга-Технология", тогда только компания General Motors могла бы без увеличения цены на автомобиль, применять промышленные нанокомпозиты с нанопорошками не 250т/год, а 500-1500тыс.т/год и это всего 80-120кг. на один автомобиль. При стоимости 20-50$/кг. доходы от нанокомпозитов могут составить $10-75млрд. На одном автомобиле можно использовать до 600-800кг. нанокомпозитов!