Потребности Российского рынка
В настоящее время емкость мирового рынка синтетического SiO2 составляет около 1,5 млн.тонн. в год. Потребность Российского рынка по разным оценкам составляет свыше 30 тысяч тонн в год. При этом прогнозируется увеличение роста потребления. В России в настоящее время отсутствует производство диоксида кремния высокой чистоты. Отечественные потребители вынуждены закупать сырье за рубежом. Ожидается, что развитие российской светотехнической промышленности и производства солнечных батарей приведет к значительному росту применений высокочистого кварцевого концентрата (сырье для изготовления кварцевых тиглей, где выращивается электронный и солнечный монокристаллический кремний).
Общие сведения
Около 70% диоксида кремния потребляется в двух отраслях: производство шин и производство зубных паст. Кроме того, диоксид кремния используется химической отраслью промышленности в процессах производства полимеров, средств защиты растений, при производстве лакокрасочных материалов, резино-технических изделий, лекарств, пищевых добавок, бумаги, сварочных электродов, керамических изделий, кабелей, стабилизирующих добавок к бетонам, огнеупоров, в качестве сорбентов.
Диоксид кремния (silica, Silicon dioxide, кремнезем) — вещество, состоящее из бесцветных кристаллов, обладающих высокой прочностью, твердостью и тугоплавкостью. Диоксид кремния устойчив к воздействию кислот и не взаимодействует с водой. При повышении температуры реакции вещество взаимодействует со щелочами, растворяется в плавиковой кислоте, является прекрасным диэлектриком. В природе диоксид кремния распространен довольно широко и представлен такими минералами, как яшма, агат (мелкокристаллические соединения двуокиси кремния), горный хрусталь (крупные кристаллы вещества), кварц (свободная двуокись кремния), халцедон, аметист, морион, топаз (окрашенные кристаллы диоксида кремния). По распространённости в земной коре кремний среди всех элементов занимает второе место (после кислорода). Масса земной коры на 27,6—29,5 % состоит из кремния. Больше всего распространен кремнезём — многочисленные формы диоксида кремния SiO2 (речной песок, кварц, кремень и др.), составляющий около 12 % земной коры (по массе), В свободном виде кремний в природе не встречается.
В обычных условиях (при естественной температуре окружающей среды и давлении) существуют три кристаллических модификации диоксида кремния — тридимит, кварц и кристобалит. При повышении температуры диоксид кремния сначала превращается в коэсит, затем — в стишовит (минерал, обнаруженный в 1962 году в метеоритном кратере). Согласно исследованиям, именно стишовит — производное вещество диоксида кремния – выстилает значительную часть мантии Земли.
Рынок диоксида кремния (SiO2)
Потребность Российского рынка в диоксиде кремния (SiO2) по данным на 2015 год, составляет 48,8 тыс. тонн в год (внутреннее производство (данные Федеральной службы государственной статистики) – 10,7 тыс. тонн и импорт – 38,1 тыс. тонн (данные Федеральной Таможенной службы). Таким образом, 78% российского рынка – импорт. Средний темп роста спроса на диоксид кремния составляет 8% в год.
Рынок диоксида кремния – сложный рынок с множеством потребительских групп, предъявляющих различные требования к конечному продукту. Наибольший спрос наблюдается в ценовом сегменте 1000 — 2000 долларов за тонну, что соответствует его химической чистоте 96-98%. В данном сегменте основными потребителями диоксида кремния в Российской Федерации являются производители резинотехнической продукции, в основном автомобильных покрышек, и производители косметической продукции, в основном зубных паст.
Диоксид кремния, применяемый при производстве оптоволокна и солнечных батарей должен быть чистотой 99.9999%, цена на него начинается от 7 тыс. долларов за тонну. Данный сегмент рынка очень мал и не рассматривается как производство в качестве целевого.
Мировой рынок диоксида кремния растет на 5-6% в год, т.о. мировое потребление диоксида кремния в 2020 г. составит 3,7 млн. тонн. К мировым лидерам по производству диоксида кремния относятся Evonik, PPG, OSC, Solvay, Huber, PQ Corporation, Rhodia. Примечательно, что большинство крупнейших игроков активно наращивают свои производственные мощности, инвестируя от 50 до 150 миллионов долларов в строительство новых объектов.
Несмотря на распространенность диоксида кремния в земной коре, в естественном виде он не представляет интереса для промышленности, т.к. он не соответствует требованиям потребителей, а эффективных способов его переработки на данный момент не существует.
Существующие технологии получения «белой сажи» (от 76% SiO2 в составе)
На данный момент основная технология производства осажденного диоксида кремния («белая сажа»), применяемая мировыми лидерами по производству SiO2 (Evonik, Huber), — обработка силиката натрия (Na2SiO3 — стоимость которого на рынке около 200 долларов тонна) кислотами (H2SO4, HCl). Также применяется технология гидролиза фтористого кремния SiF4 и четыреххлористого кремния SiC14.
Единственным производителем белой сажи на территории СНГ является российское ОАО «Сода» (г. Стерлитамак). На предприятии применяется технология, основанная на взаимодействии силиката натрия с раствором хлористого кальция и кислотами (так называемый, жидкофазный метод получения).
Рынок «белой сажи» не пересекается с рынком диоксида кремния (Федеральная служба государственной статистики и Федеральная Таможенная служба ведут раздельный учет для диоксида кремния и «белой сажи»), максимальная химическая чистота «белой сажи», согласно ГОСТу – 92%, чистота диоксида кремния – 95% и более.
Одним из современных методов получения чистого диоксида кремния является фторирование кремне содержащего сырья с помощью фторида аммония. Этот процесс хорошо изучен в Российской Федерации сотрудниками Томского политехнического университета, Института химии ДВО РАН, Института геологии и природопользования, РХТУ им. Д.И. Менделеева, которыми защищено 4 докторских и более 10 кандидатских диссертаций, опубликовано около сотни патентов на изобретения и статей в отечественных и зарубежных научно-технических журналах, в России сформировано научное направление – фторидные технологии.
По сравнению с фтористоводородной кислотой или элементарным фтором, обычно применяемыми при фторировании, фторид аммония (сыпучий порошок белого цвета), предлагаемый к использованию в качестве основного реагента при реализации проекта, нейтрален и не вызывает проблем при его транспортировке, хранении, использовании и эффективно заменяет вышеуказанные аналоги.
Производительность установки
В таблице показаны потребности реагента и количества продуктов реакции в расчете на 1 т исходного диоксида кремния.
Расчет расхода реагента на 1 т исходного кварцевого песка.
На 1 т SiO2 требуется 3,7 т фторида аммония. Такое количество фторида аммония закупается перед началом процесса, в дальнейшем идет приобретение фторида аммония в количестве 2% для компенсации невозвратных потерь, а именно 3,7 т х 0,02 = 0,074 т. Аммиак используется в виде водного 25% раствора, его количество 1,13 т : 0,25 = 4,52 т; для компенсации невозвратных потерь аммиака приобретается водный 25% раствор в количестве 4,52 т х 0,02 = 0,09 т. Для регенерации фторида аммония в раствор добавляется аммиак (1,13 т).
В качестве исходного сырья предлагается использовать пески, содержащие в своем составе 84-90% SiO2. Расчетный объем переработки песка зависит от объёма использованного оборудования. Чистота SiO2, полученного при проведении лабораторных опытов превышает показатели ГОСТов «белой сажи» и соответствует чистоте продукта свыше 99 %.
На видео показан процесс получения руководителем лаборатории чистого диоксида кремния из золошлаковых отходов ТЭС.
Получить бизнес план и подробные сведения создания своего производства по получению диоксида кремния чистотой более 99% можно запросить по телефону или направить запрос на эл.почту указанным на сайте.
