В Центре коллективного пользования «Урал-М» Института металлургии им. академика Н.А. Ватолина УрО РАН открыт модуль чистых помещений. Это первый этап реализации крупного научно-технического проекта, который предусматривает масштабную модернизацию исследовательской инфраструктуры института. Получение субсидии в 250 миллионов рублей из федерального бюджета стало результатом победы ИМЕТ УрО РАН в жестком конкурсном отборе, в котором участвовали ведущие научные организации страны.
О перспективах, открывающихся благодаря введению в строй нового аналитического комплекса, мы поговорили с заместителем директора института по науке доктором физико-математических наук Романом Рыльцевым.
— Какие задачи поможет решать обновление приборной базы, и насколько они актуальны сегодня?
— Речь идет о стратегических задачах, связанных с разработкой научных и технико-экономических основ комплексного использования полиметаллического минерального сырья и техногенных отходов, что будет способствовать также решению экологических проблем. Это одно из важнейших направлений исследований нашего института, и актуальность его сегодня очевидна.
Запасы богатых и легкообогатимых руд во многих регионах мира в значительной степени истощены, а доступ к ряду перспективных месторождений ограничен экономическими и геополитическими факторами. Именно поэтому необходимо более полно и рационально использовать уже вовлеченные в промышленную переработку минеральные ресурсы.
Дополнительная сложность заключается в том, что руды многих месторождений имеют комплексный состав. Наряду с основными промышленными металлами в них содержится широкий спектр сопутствующих элементов — редких, рассеянных и тугоплавких металлов, которые играют ключевую роль в современной высокотехнологичной промышленности. Однако традиционные технологии переработки сырья зачастую ориентированы на извлечение лишь основных компонентов. В результате значительная часть стратегически важных элементов теряется на различных стадиях технологических процессов и в конечном итоге накапливается в хвостах обогащения, шламах, шлаках, пылях, золах и других техногенных образованиях.
Такие материалы одновременно являются экологической проблемой и потенциальным источником стратегического сырья. При этом извлечение из них ценных компонентов долгое время считалось нерентабельным из-за низких концентраций целевых элементов, сложного химического и фазового состава, а также отсутствия достаточно селективных и экономически эффективных технологий. Поэтому сегодня особенно востребованы современные подходы к глубокой комплексной переработке труднообогатимых руд и техногенных материалов, разделению компонентов сложного сырья и извлечению стратегических металлов.
Решение этих задач требует сочетания современных методов аналитики, материаловедения и инновационных металлургических технологий. Именно такая научно-технологическая платформа формируется в нашем центре коллективного пользования «Урал-М».
— Какие возможности открывает появление в центре «чистых комнат»?
— Современная аналитическая инфраструктура обеспечит высокоточное изучение состава, структуры и свойств различных материалов. Центральный элемент нового комплекса — модуль чистых помещений 7-го класса чистоты, оснащенный системой пробоподготовки. Такие лаборатории позволяют работать с ультранизкими концентрациями элементов и проводить высокоточные аналитические исследования, минимизируя риск загрязнения проб.
В чистых помещениях размещено современное оборудование для элементного анализа, включая масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой и атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой. Благодаря этим приборам можно определять содержание элементов, в том числе редких и благородных металлов, на уровне следовых концентраций. Это принципиально важно при исследовании бедных растворов, техногенных материалов и объектов сложного состава, где целевые компоненты могут присутствовать в очень малых количествах.
В рамках проекта закуплен также целый ряд современных исследовательских установок. В их числе — рентгенофлуоресцентный спектрометр для экспресс-анализа состава твердых материалов, инфракрасный Фурье-спектрометр для исследования химических соединений, газовый хроматограф для анализа газовой фазы и органических веществ. Приобретено оборудование для изучения структуры и свойств материалов: лазерный анализатор размеров частиц, БЭТ-анализатор для определения удельной поверхности и пористости, дилатометр для исследования термических процессов и вакуумная аргонно-дуговая печь для высокотемпературных экспериментов.
Таким образом, возможности аналитического блока центра охватывают широкий спектр задач — от высокочувствительного элементного анализа природных и техногенных материалов до исследования молекулярного состава соединений, газовой фазы, структуры поверхности и свойств функциональных материалов. Это особенно существенно при разработке технологий извлечения ценных металлов из сложного сырья, а также при создании новых селективных сорбентов, экстрагентов и реагентов для гидрометаллургических процессов.
Однако значение нового комплекса не ограничивается только задачами переработки минерального сырья. Обновленная приборная база будет востребована и для решения широкого круга материаловедческих задач: исследования структуры и фазового состава материалов, анализа процессов термической обработки, изучения поверхности и пористости, разработки новых функциональных материалов. Это расширяет возможности института в области как фундаментальных исследований, так и прикладных задач, ориентированных на потребности промышленности.
В ближайшее время планируется приобрести дополнительное научное оборудование — сканирующий электронный микроскоп, комплекс лабораторных установок для исследований флотационных процессов, оборудование для изучения обжига и металлизации железорудного сырья, а также современный синхронный термический анализатор. Это позволит сформировать уникальную исследовательскую платформу, объединяющую методы аналитической химии, материаловедения и металлургических технологий.
Ввод в действие модуля чистых помещений и обновление приборной базы ЦКП станет важным шагом в развитии научной инфраструктуры не только Института металлургии УрО РАН, но и всего Уральского региона. Новый комплекс позволит выполнять исследования высокого уровня, расширять сотрудничество с промышленными предприятиями и научными организациями, а также вносить вклад в решение задач рационального использования минеральных ресурсов и развития передовых технологий разработки новых материалов.
Подготовила
Е. ПОНИЗОВКИНА