Металл новой Украины: опередить время и замкнуть цикл

Исторически производство титана являлось дорогим, трудоемким, энергозатратным и углеродоемким. Основным сырьем для традиционного производства титановой продукции была и до сих пор является титановая губка. Текущий процесс создания титановой губки — это процесс Кролла, разработанный в 1940 году, предполагающий использование углерода и хлора для преобразования диоксида титана в тетрахлорид титана, который затем восстанавливается расплавленным магнием и проходит несколько стадий плавления для создания титановой губки. Промышленные установки, в которых используется процесс Кролла, также являются достаточно громоздкими, дорогими, трудозатратными и экологически вредными.  

Свыше 70-лет наша страна была сырьевой базой для советских титановых производств. Разработка Малышевского месторождения титан-циркониевых руд и Иршанских россыпей ильменита, позволяла практически на 100% удовлетворять потребности титановых комбинатов на территории Пермской (Ависма), Восточно-Казахстанской областей (УТМК), а также единственного в УССР Запорожского титаномагниевого комбината (ЗТМК). 

После развала СССР и дезинтеграции советской экономики, основные производители титановой продукции стали самостоятельно искать пути выхода из экономического кризиса и собственное место на мировых рынках. Огромными стараниями руководства и местной власти, ЗТМК чудом удалось избежать развала и восстановить производство титановой губки, постепенно доведя его до показателя 12 тыс. тонн. к 1998 году. Конкуренты из соседних стран, преуспели на этом пути еще более значительно и, не имея своей сырьевой базы, смогли нарастить мощности до 44 тыс. тонн (Ависма) и 24 тыс. тонн (УТМК). 

Казалось бы, имея собственную сырьевую базу, наша страна давно могла бы самостоятельно развить и выстроить всю технологическую цепочку производства металлического титана, от руды — до готовых изделий из чистого титана и его сплавов, принимая во внимание мощности Запорожского титаномагниевого комбината — старейшего в СССР предприятия по производству титановой губки. Однако этого так и не произошло… 

Почему, имея собственное высококачественное сырье, кадры, отраслевую науку и производственный потенциал, Украине так и не удалось создать собственный замкнутый титановый цикл?! — вопрос риторический, но только на первый взгляд… 

В начале 2000-х годов, благодаря упорству высшего технического персонала ЗТМК и передовым разработкам украинских ученых из “Института Титана”, для Украины неожиданно открылось “окно возможностей” чтобы превратиться в одного из крупнейших мировых производителей титановой продукции. Была разработана, а затем и внедрена принципиально новая технология производства гидрированого титана, которая открывала путь одному из самых перспективных направлений в обработке металлов — порошковой металлургии. Полученный гидрид титана отлично измельчался в порошок нужного состава, прессовался в формы заданного размера и профиля, и при дальнейшем обжиге без доступа кислорода, отлично спекался в готовые изделия, безболезненно удаляя высоколетучий водород. Таким образом, получались готовые детали из чистого титана необходимого размера и сечения, минуя стандартные технологические стадии — плавление слитков, ковку и прокат металла. Кроме того, новый технологический процесс избавлял производство от накопления лома, который образовывался на каждой стадии обработки, существенно уменьшая выход кондиционного продукта.

 

 

 

 

ЗТМК, совместно с американской компанией Adma products Inc., провели ряд успешных испытаний с порошком гидрида титана, из которого были изготовлены стандартные изделия для такого потенциального потребителя продукции, как американский Boeing. Опытная партия деталей из титанового порошка запорожского производства благополучно прошла сертификацию, было подтверждено соответствие всем необходимым стандартам. Ведущая американская аэрокосмическая корпорация в 2009 году проявила большой интерес к налаживанию регулярных поставок украинской титановой продукции и готова была ежегодно закупать около 15 тыс. тонн гидрида напрямую у ЗТМК. 

Более того, компания Adma, по требованию Boeing обязалась предоставить данные по основным техническим характеристикам печей обжига и изостатических прессов для воспроизводства всего технологического процесса на мощностях ЗТМК. Таким образом, замыкался круг производства запасных частей и деталей из чистого титана в пределах Украины на мощностях ОГХК и ЗТМК. Однако, комбинат в 2010 г. так и не осуществил полноценный запуск нового производства и не подписал перспективный долгосрочный контракт с Boeing…

Это был наш реальный шанс стать одной из немногих стран, имеющих собственный замкнутый цикл производства металлического титана по самой современной и экономичной на тот момент технологии. Ни США, ни Япония, ни даже Китай — не обладали одновременно и подобными технологиями, и собственными залежами высокотитанистого ильменита. На то время, это был бы колоссальный технологических прорыв, позволявший украинскому предприятию войти в когорту мировых производителей титановых изделий, применяя гораздо более передовую и экономически-выгодную технологию производства, чем у конкурентов. По мнению экспертов, самостоятельный выход на рынок с этой новой технологией, позволял ЗТМК в течение нескольких последующих лет “выбить” ВСМПО-Ависма, с их уже устаревшим к тому времени производством титановой губки, с ТОПовых позиций на мировом рынке и положить конец 20-летнему периоду зависимости от россиян. Однако, именно это роковым образом и предопределило дальнейшую судьбу как ЗТМК, так и титановой отрасли Украины на ближайшее десятилетие… 

По решению Президента Украины В. Януковича и Премьер-министра Украины Н. Азарова, ЗТМК был отдан в собственность, а крупнейшие Вольногорский и Иршанский ГОКи — в управление структурам Д.Фирташа. Окно возможностей с грохотом захлопнулось, рыночный прорыв не случился, сырьевая ориентация закрепилась, а производство ЗТМК откатилось обратно к выпуску титановой губки для нужд российской ВСМПО-Ависма. Вектор развития целой отрасли был определен и зафиксирован с безальтернативным акцентом на интересы рф и “смотрящего” от нее олигарха. Удивлению американских партнеров, которые вместе с ЗТМК потратили годы и миллионы средств на проведение исследований, испытаний и экспертиз, а после не могли получить вразумительных ответов на вопросы о дальнейших планах — не было предела.

В банальную недальновидность украинских чиновников и спонтанный саботаж верится с трудом, также, как и в отсутствие “руки москвы” в этом несостоявшемся технологическом прорыве.  

Спустя десятилетие, после череды судебных споров, в 2021 году государство вернуло ЗТМК обратно в свою собственность, однако ему достался уже совершенно иной по своему потенциалу актив: производство гидрида титана было полностью остановлено ещё в далеком 2012 году и данного цеха больше не существует; производство диоксида германия остановлено с 2014 года; объём производства титановой губки упал более чем в два раза; объем производства титанового шлака — в три раза. Эксперты затрудняются с оценкой приватизационного потенциала комбината в его нынешнем плачевном состоянии и считают, что по существующей инерции, предприятие может худо-бедно просуществовать еще 3-5 лет, после чего вынуждено будет закрыться. 

 

 

 

 

Прогноз инерционного развития украинской титановой отрасли тоже является не утешительным. Дело даже не столько в высокой амортизации производства, низком качестве госуправления, коррупции, отсутствии госинвестиций и разрушительном влиянии пророссийского лобби. При существующем уровне передовых производственных технологий, через 5-10 лет станет рентабельно разрабатывать любые месторождения в любой точке мира, даже те, что ранее не представляли никакого коммерческого интереса. Т.е. уникальные преимущества отечественной сырьевой базы и ее выгодного географического положения, заметно “съест” технологическая инфляция и освоение периферийных ресурсов. 

Если же говорить о “красе и гордости” российской титановой промышленности — ВСМПО-Ависма, то ее критическая зависимость от внешнего рынка (главным образом от контрактов с Boeing и ​Airbus), давно устаревшие технологии (титановая губка в современной титановой индустрии уже считается атавизмом), а теперь еще и санкции в отношении импорта современных промышленных технологий и оборудования — делают ее дальнейшее будущее весьма незавидным, уже в среднесрочном горизонте. 

Но, в отличие от нынешних российских титановых производств, которые без передовых западных технологий и инвестиций со временем деградируют и превратятся в “музей советского народного хозяйства” под открытым небом, у нас есть реальный шанс и перспектива! 

Дело в том, что США, Япония, Австралия и Корея в последние годы начали активно разрабатывать альтернативу существующему энергоемкому и затратному методу производства титана, придуманному ещё бельгийским ученым Кролом в начале прошлого века. Речь идёт о запатентованном нескольким компаниями, включая и украинскую частную титановую компанию “Велта”, технологическом процессе, который подразумевает несколько этапов передела ильменитовый руды. 

Сначала создается синтетический рутил с высоким содержанием TiO2, но без использования угля в качестве восстановителя. Американская компания Universal Achimetal Titanium в своих недавних исследованиях подтвердила, что выброс CO2 в атмосферу при использовании новой технологии составил порядка 55 кг на 1 тонну произведённого металла, тогда как традиционный Kroll-процесс выбрасывает в атмосферу порядка 10 тонн с каждой производимой тонны металлического титана.

Далее измельченный синтетический рутил смешивается с фторидом кальция (плавиковый шпат) и металлическим алюминием с последующим воспламенением смеси. В ходе пиротехнической реакции температура в печи самопроизвольно повышается и достигает необходимой величины для восстановления диоксида титана в металлический титан. Шлак, состоящий в основном из оксида алюминия и Фторида кальция, легко отделяется от затвердевшего титанового сплава, который содержит примеси кислорода и алюминия. 

Затем уникальный процесс электрорафинирования растворяет титан из сплава в электролите, после чего он снова появляется в виде твердого отложения дендритной формы на катоде. 

Окончательная промывка водой или процесс вакуумной сепарации дает металлический титан с низким содержанием примесей, эквивалентный существующему чистому титану. 

Поскольку этот процесс не предполагает использование углеродного восстановителя в качестве исходного материала, выбросы углекислого газа практически стремятся к нулю. По оценкам специалистов, потребление электроэнергии снижается на 70-80% по сравнению со стандартным производством титана! 

Еще одной инновационной технологией производства титана является разработка Boston Electrometallurgical Corporation, в которой используется одностадийный процесс электролиза расплавленного оксида титана. Т.е. оксид титана растворяют в электрохимическом расплаве, откуда он напрямую и эффективно извлекается в виде жидкого металлического титана. Этот процесс успешно заменяет многоэтапный процесс Кролла одностадийным процессом, напоминающим современные технологии производства алюминия. Среди достоинств технологии — отсутствие вредных выбросов CO2 и значительное снижение производственных затрат на каждую тонну произведенной продукции.

 

 

 

 

Стоимость титана по такой технологии будет сопоставима с нержавеющей статью, а с учетом того, что коэффициент теплоотдачи нержавейки и титана находится в одном диапазоне, но титан гораздо более устойчив к воздействию агрессивных сред и гораздо легче нержавейки — это создает широкие преимущества для использования титана, например, в производстве рекуперативных теплообменников для непрерывных тепловых систем, легковесных электромобилей и всего, что работает на батареях нового поколения. 

Австралийская компания ASM в настоящее время работает над масштабированием и коммерциализацией технологии магнезиотермического восстановления с помощью водорода. Она представляет собой термохимический процесс, при котором оксиды титана подвергаются воздействию газообразного водорода для создания металлического титана.  Такой подход позволяет значительно снизить выбросы углерода, упразднить целый ряд трудоемких и ресурсозатратных процессов, а также ощутимо сократить общее энергопотребление в процессе производства. 

Следующая стадия технологического передела — грануляция, спекание и деоксигенация, в результате которых получаются демократичные по цене и разнообразные по своим свойствам сферические порошки титана. 

На сегодняшний день ASM произвели уже около 20,8 кг металлического титана высокой чистоты — 99,83%, при затратах энергии на уровне 30% от традиционной технологии Kroll. Цель компании — создать инновационные продукты и решения, которые помогут внедрить для широкого использования технологии промышленной 3D-печати из недорогих титановых порошков. Эта революционная технология позволит расширить использование титана на рынках традиционных материалов и создать совершенно новые массовые продукты, для которых решающее значение имеет соотношение высокой прочности к небольшому весу — электромобили, самолёты, бытовая электроника и пр. 

Так, среди последних новаций — разработка американской компании IperionX  собственного метода производства порошка из чистого титана и титановых сплавов для последующего использования в технологии 3D принтинга. IperionX уже получила первый заказ на поставку титановых корпусов для часов Panerai с использованием низкоуглеродистых 100% переработанных титановых порошков.  Коммерческая ценность, устойчивость, качество и производственные возможности этой технологии будут перенесены на многие другие вертикали рынка титана, такие как автомобилестроение, бытовая электроника, медицинские импланты, аэрокосмический и оборонный сектор. 

Приведенные примеры альтернативного производства металлического титана — не исчерпывают весь спектр современных технологий и являются лишь небольшой иллюстрацией будущего титановой индустрии. В целом, недорогой титан с низким содержанием углерода, может стать основным промышленным металлом 21 века и в корне изменит представления о работе многих отраслей современной промышленности. 

Это будущее гораздо ближе, чем многим может показаться. В настоящее время, американские компании IperionX уже активно заключают договора на поставку изделий из порошка титана, отпечатанных благодаря технологии 3D-принтинга и совсем скоро этот процесс приобретёт массовый характер.

Поэтому основным вопросом развития титановой отрасли Украины является не “Что делать с Фирташем?”, “За сколько продать ЗТМК?” и “Кого назначить в правление ОГХК?”, а — “Кто и когда сможет обеспечить внедрение инновационных технологий и создаст в Украине титановою индустрию полного цикла?!” Догонять упущенные возможности, горевать об утраченных шансах, подтягиваться до уровня кого-то и пр. — поздно и бесполезно! Необходимо сознательно идти на опережение, играть в игру с высокими ставками и строить то, чего нет у других! 

Что касается главного major-а отрасли — ОГХК и его “миссии” в этом процессе, то госкомпания вполне могла бы внедрить новые технологии, создать новые производства и выполнить задачу по созданию замкнутого цикла производства металлического титана, как оставаясь в собственности государства, так и будучи приватизированной. 

В первом случае, для развития могли бы быть использованы помощь со стороны государства и реинвестированная собственная прибыль. При таком подходе, за пару лет вполне реально создать завод по прямому восстановлению титанового порошка, который завершит цикл производства металлического титана в Украине. Оставаясь в собственности государства, такой серьезный актив на базе ОГХК мог бы войти в портфель Суверенного фонда, с идеей которого недавно выступил новый руководитель ФГИ Р.Умеров. 

 

 

 

 

В случае же сохранения курса на приватизацию госкомпании, прорывные технологии, инвестиции в новые производства и создание полного цикла производства титана — должны стать императивом при отборе потенциального частного инвестора. Промышленные рантье, инвесторы с технологиями начала 20 века и собственники с узкими взглядами на стратегию развития отрасли — Украине точно не нужны. 

Государству пора научиться вразумительно озвучивать собственные цели и по-военному четко придерживаться выбранных приоритетов. 

Имея огромные запасы собственного высококачественного сырья, опираясь на существующий уникальный научный и производственный потенциал, используя поддержку влиятельных геополитических партнеров и внедряя передовые технологии — мы выдавим РФ с мирового титанового рынка, перевооружим собственную армию по самым современным стандартам, обеспечим металлом будущего не только Boeing, Airbus, Rolls Roy’s, Tesla и Apple, но и свои Моторсичь, Зорю-Машпроект, КБ ЛУЧ, Антонов и мн. др.

Григорий БОНДАРЬ