Метал нової України: випередити час та замкнути цикл

В останні роки питання перетворень в титановій галузі України незмінно впирається в проблему приватизації ОДХК – найбільшої державної компанії, яка володіє найбільшими родовищами титанових руд. Дійсно, стратегічна визначеність з долею найбільшого титанового державного активу впливає на галузь в цілому. Однак революційні зміни в технологіях виробництва титану, що відбулися в останні роки, набагато важливіше і набагато рішучіше значення, про це пише Уніан.

Історично склалося так, що виробництво титану було дорогим, трудомістким, енергоємним та вуглецемістким. Основною сировиною для традиційного виробництва титанових виробів була і залишається титанова губка. Сучасним процесом створення титанової губки є процес Кролла, розроблений в  1940 році, який використовує вуглець і хлор для перетворення діоксиду титану в тетрахлорид титану, який потім відновлюється до розплавленого магнію і проходить кілька етапів плавлення для створення титанової губки. Промислові підприємства, які використовують процес Кролла, також досить громіздкі, дорогі, трудомісткі і екологічно шкідливі. 

Понад 70 років наша країна є сировинною базою для радянського титанового виробництва. Розробка Малишевського родовища титано-цирконієвих  руд і Іршанських розсипів ільменіту дозволила забезпечити майже 100%  потреб титанових заводів в Пермській (Авісма), Східно-Казахстанській областях (УТМК), а також єдиному в УРСР Запорізькому титано-магнієвому комбінаті (ЗТМК). 

Після розвалу СРСР і розпаду радянської економіки основні виробники титанової продукції стали самостійно шукати шляхи виходу з економічної кризи і власне місце на світових ринках. Завдяки величезним зусиллям керівництва і місцевої влади ЗТМК дивом вдалося уникнути колапсу і відновити виробництво титанової губки, поступово довівши її до цифри в 12 тисяч тон до 1998 року. Конкуренти з сусідніх країн досягли успіху на цьому шляху ще більш істотно і, не маючи власної сировинної бази, змогли наростити потужності до 44 тисяч тон (Avisma) і 24 тисяч тон (УТМК).

Здавалося б, маючи власну сировинну базу, наша країна могла б давно самостійно розробити і побудувати весь технологічний ланцюжок виробництва титанового металу, від руди до готових виробів з чистого титану і його сплавів з урахуванням потужностей Запорізького титано-магнієвого комбінату – найстарішого підприємства СРСР з виробництва титанової губки. Однак цього так і не сталося …

Чому, маючи власну якісну сировину, кадри, галузевий науково-виробничий потенціал, Україна так і не змогла створити власний замкнутий титановий цикл?! – Питання риторичне, але тільки на перший погляд…

На початку 2000-х років, завдяки наполегливості вищого технічного персоналу ЗТМК і передовим розробкам українських вчених з Інституту Титана, для України несподівано відкрилося “вікно можливостей”, щоб стати одним з найбільших світових виробників титанової продукції. Була розроблена, а потім впроваджена принципово нова технологія виробництва гідрированого титану, яка відкрила шлях до одного з найперспективніших напрямків в обробці металів – порошкової металургії. Отриманий гідрид титану відмінно подрібнювався в порошок потрібного складу, пресувався в форми заданого розміру і профілю, а при подальшому випалюванні без доступу кисню відмінно спекався в готові вироби, безболісно видаляючи сильно летючий водень. Таким чином,  готові деталі отримували з чистого титану необхідних розмірів і січення, минаючи стандартні технологічні етапи – плавлення злитків, кування і прокатку металу. Крім того, новий технологічний процес позбув виробництво від накопичення брухту, який формувався на кожному етапі переробки, значно знизивши вихід кондиційного продукту.

ЗТМК спільно з американською компанією Adma products Inc. провели ряд успішних випробувань з порошком гідриду титану, з якого були виготовлені стандартні вироби для такого потенційного споживача продукції, як американський Boeing.

Експериментальна партія деталей з титанового порошку запорізького виробництва успішно пройшла сертифікацію, було підтверджено відповідність усім необхідним стандартам.  Провідна американська аерокосмічна корпорація в 2009 році виявила великий інтерес до налагодження регулярних поставок української титанової продукції і була готова щорічно закуповувати близько 15 тисяч тонн гідриду безпосередньо у ЗТМК.

Більш того, компанія Adma products Inc. на прохання компанії Boeing  взяла на себе зобов’язання надати дані про основні технічні характеристики печей і ізостатичних пресів для відтворення всього технологічного процесу на потужностях ЗТМК. Таким чином, було замкнено коло виробництва запасних частин і деталей з чистого титану в межах України на потужностях ОДХК і ЗТМК.  Однак в 2010 році комбінат не запустив повноцінне нове виробництво і не підписав перспективний довгостроковий контракт з Boeing…

Це був наш реальний шанс стати однією з небагатьох країн, які мають власний замкнутий цикл виробництва титанового металу з використанням найсучасніших і економічних на той час технологій. Ні США, ні Японія, ні навіть Китай не володіли ані такими технологіями, ані власними покладами високотитаністичного ільменіту. На той момент це був би колосальний технологічний прорив, що дозволив би українському підприємству увійти в когорту світових виробників титанової продукції, використовуючи набагато більш досконалу і економічно ефективну технологію виробництва, ніж у конкурентів. На думку експертів, самостійний вихід на ринок з цією новою технологією дозволив ЗТМК протягом наступних кількох років “вибити” ВСМПО-Авісма, з  їх уже застарілим на той час виробництвом титанової губки, з  топових позицій на світовому ринку і поставити хрест на 20-річному періоді залежності від росіян. Однак, саме це фатально і визначило подальшу долю як ЗТМК, так і титанової галузі України на найближче десятиліття.

Рішенням Президента України В. Януковича і Прем’єр-міністра України М. Азарова у власність передано ЗТМК, а найбільші Вольногірський і Іршанський ГЗК – в управління структурам Д. Фірташа. Вікно можливостей зачинилося зі стуком, ринкового прориву не сталося, сировинна орієнтація була зафіксована, а виробництво ЗТМК відкотилося назад до виробництва титанової губки для потреб російського ВСМПО-Авісма. Вектор розвитку всієї галузі був визначений і зафіксований безальтернативним акцентом на інтересах рф і “смотрящєго” від неї олігарха. Здивуванню американських партнерів, які разом із ЗТМК витратили роки та мільйони коштів на проведення досліджень, випробувань та експертиз, а потім не могли отримати зрозумілих відповідей на питання щодо подальших планів – не було меж.

У банальну недалекоглядність українських чиновників і спонтанний саботаж віриться важко, так само, як і у відсутність “руки Москви” в цьому невдалому технологічному прориві.

Через десятиліття, після низки судових суперечок, у 2021 році держава повернула ЗТМК назад у власність, але отримала зовсім інший актив за своїм потенціалом: виробництво гідриду титану було повністю зупинено ще у 2012 році і цього цеху більше не існує; виробництво діоксиду германію зупинено з 2014 року; обсяг виробництва титанової губки впав більш ніж удвічі; обсяг виробництва титанового шлаку – утричі.  Експерти вагаються з оцінкою приватизаційного потенціалу комбінату в його нинішньому жалюгідному стані і вважають, що за існуючою інерцією, підприємство може сяк-так проіснувати ще 3-5 років, після чого змушене буде закритися.

Прогноз інерційного розвитку української титанової промисловості також не втішний. Йдеться не стільки про високу зношеність виробництва, низьку якість державного управління, корупцію, відсутність державних інвестицій та деструктивний вплив проросійського лобі. При нинішньому рівні передових технологій виробництва через 5-10 років буде вигідно розробляти будь-які родовища в будь-якій точці світу, навіть ті, які раніше не представляли ніякого комерційного інтересу. Тобто унікальні переваги вітчизняної сировинної бази і її вигідне географічне положення будуть помітно “з’їдені” технологічною інфляцією і розвитком периферійних ресурсів.

Якщо ж говорити про “красу та гордість” російської титанової промисловості – ВСМПО-Авісма, то її критична залежність від зовнішнього ринку (головним чином від контрактів з Boeing та Airbus), давно застарілі технології (титанова губка в сучасній титановій індустрії вже вважається атавізмом), а тепер ще й санкції щодо імпорту сучасних промислових технологій та обладнання – роблять надалі її майбутнє вельми незавидним, вже у середньостроковому горизонті.

Але, на відміну від нинішніх російських титанових виробництв, які без передових західних технологій та інвестицій згодом деградують і перетворяться на “музей радянського народного господарства” просто неба, у нас є реальний шанс і перспектива!

Річ у тім, що США, Японія, Австралія та Корея в останні роки почали активно розробляти альтернативу існуючому енергоємному та витратному методу виробництва титану, придуманому ще бельгійським ученим Кролом на початку минулого століття. Йдеться про запатентований декількома компаніями, включаючи і українську приватну титанову компанію “Велта”, технологічний процес, який передбачає кілька етапів переділу ільменітової руди.

Спочатку створюється синтетичний рутил з високим вмістом TiO2, але без використання вугілля як відновник. Американська компанія Universal Achimetal Titanium у своїх недавніх дослідженнях підтвердила, що викид CO2 в атмосферу при використанні нової технології становив близько 55 кг на 1 тонну виробленого металу, тоді як традиційний Kroll -процес викидає в атмосферу близько 10 тонн з кожної тонни металевого титану, що виробляється.

Далі подрібнений синтетичний рутил змішується з фторидом кальцію (плавиковий шпат) та металевим алюмінієм з наступним займанням суміші. У ході піротехнічної реакції температура печі мимовільно підвищується і досягає необхідної величини для відновлення діоксиду титану в металевий титан. Шлак, що складається в основному з оксиду алюмінію та фториду кальцію, легко відокремлюється від затверділого титанового сплаву, який містить домішки кисню та алюмінію.

Потім унікальний процес електрорафінування розчиняє титан зі сплаву електроліті, після чого він знову з’являється у вигляді твердого відкладення дендритної форми на катоді.

Остаточне промивання водою або процес вакуумної сепарації дає металевий титан з низьким вмістом домішок, еквівалентний існуючому чистому титану.

Оскільки цей процес передбачає використання вуглецевого відновника в якості вихідного матеріалу, викиди вуглекислого газу практично прагнуть до нуля. За оцінками фахівців, споживання електроенергії знижується на 70-80% порівняно зі стандартним виробництвом титану!

Ще однією інноваційною технологією виробництва титану є розробка Boston Electrometallurgical Corporation, в якій використовується одностадійний процес електролізу розплавленого оксиду титану. Тобто, оксид титану розчиняють у електрохімічному розплаві, звідки він безпосередньо та ефективно витягується у вигляді рідкого металевого титану. Цей процес успішно замінює багатоетапний процес Кролла одностадійним процесом, що нагадує сучасні технології виробництва алюмінію. Серед переваг технології – відсутність шкідливих викидів CO2 та значне зниження виробничих витрат на кожну тонну виробленої продукції.

Вартість титану за цією технологією буде  порівнянна з  нержавіючої сталлю, а з урахуванням того, що коефіцієнт тепловіддачі нержавіючої сталі і титану знаходиться в одному діапазоні, але титан набагато стійкіше до агресивних середовищ і набагато легше нержавіючої сталі – це створює широкі переваги для застосування титану, наприклад, при виробництві регенеративних теплообмінників для безперервних теплових систем,  для легковажних електромобілів та підвищення ефективності акумуляторів.

Австралійська компанія ASM зараз працює над масштабуванням і комерціалізацією технології магнезіотермічного відновлення за допомогою водню. Вона є термохімічним процесом, при якому оксиди титану піддаються впливу газоподібного водню для створення металевого титану.  Такий підхід дозволяє значно знизити викиди вуглецю, скасувати низку трудомістких та ресурсозатратних процесів, а також відчутно скоротити загальне енергоспоживання у процесі виробництва.

Наступна стадія технологічного переділу – грануляція, спікання та деоксигенація, в результаті яких виходять демократичні за ціною та різноманітні за своїми властивостями сферичні порошки титану. 

На сьогоднішній день ASM виробили вже близько 20,8 кг металевого титану високої чистоти – 99,83%, за витрат енергії на рівні 30% від традиційної технології Kroll. Мета компанії – створити інноваційні продукти та рішення, які допоможуть впровадити для широкого використання технології промислового 3D-друку з недорогих титанових порошків. Ця революційна технологія дозволить розширити використання титану на ринках традиційних матеріалів та створити абсолютно нові масові продукти, для яких вирішальне значення має співвідношення високої міцності до невеликої ваги – електромобілі, літаки, побутова електроніка та ін. 

Так, серед останніх інновацій – розробка американської компанії IperionX,  яка дозволяє  виробляти порошки з чистого Ti та Ti-сплавів для подальшого використання у технології 3D принтінгу. Більш того, IperionX отримала вже перше замовлення на постачання титанових корпусів для годинників Panerai з використанням таких низьковуглецевих 100% перероблених титанових порошків. 

Комерційна цінність, стійкість, якість та виробничі можливості цієї технології будуть перенесені на багато інших вертикалей ринку титану, такі як автомобілебудування, побутова електроніка, медичні імпланти, аерокосмічна промисловість та оборонний сектор.

Наведені приклади альтернативного виробництва металевого титану не вичерпують весь спектр сучасних технологій і є лише невеликою ілюстрацією майбутнього титанової індустрії. В цілому, недорогий титан з низьким вмістом вуглецю, може стати основним промисловим металом 21 століття і докорінно змінить уявлення про роботу багатьох галузей сучасної промисловості.

Це майбутнє набагато ближче, ніж багатьом може здатися. В даний час американські компанії  вже активно укладають договори на постачання виробів із порошку титану, надрукованих завдяки технології 3D-принтінгу і дуже скоро цей процес набуде масового характеру.

Тому основним питанням розвитку титанової галузі України є не “Що робити з Фірташем ?”, “За скільки продати ЗТМК?” та “Кого призначити в правління ОДХК?”, а – “Хто і коли зможе забезпечити впровадження інноваційних технологій та створить в Україні титанову індустрію повного циклу?!” Наздоганяти втрачені можливості, сумувати  про втрачені шанси, підтягуватися до рівня когось та інше – пізно та марно! Необхідно свідомо йти на випередження, грати в гру з високими ставками та будувати те, чого немає в інших!

Щодо головного major-а галузі – ОДХК та його “місії” у цьому процесі; то держкомпанія цілком могла б запровадити нові технології, створити нові виробництва та виконати завдання щодо створення замкнутого циклу виробництва металевого титану, як залишаючись у власності держави, так і будучи приватизованою.

У першому випадку, для розвитку могли б бути використані допомога з боку держави та реінвестований власний прибуток. За такого підходу за кілька років цілком реально створити завод із прямого відновлення титанового порошку, який завершить цикл виробництва металевого титану в Україні. Залишаючись у власності держави, такий серйозний актив на базі ОДХК міг би увійти до портфелю Суверенного фонду, з ідеєю якого нещодавно виступив новий керівник ФДМ Рустем Умеров.

У разі збереження курсу на приватизацію держкомпанії, проривні технології, інвестиції в нові виробництва та створення повного циклу виробництва титану – мають стати імперативом при відборі потенційного приватного інвестора. Промислові рантьє, інвестори з технологіями початку 20 століття та власники з вузькими поглядами на стратегію розвитку галузі Україні точно не потрібні.

Державі час навчитися зрозуміло озвучувати власні цілі і по-воєнному чітко дотримуватися обраних пріоритетів.

Маючи величезні запаси власної високоякісної сировини, спираючись на існуючий унікальний науковий та виробничий потенціал, використовуючи підтримку впливових геополітичних партнерів та впроваджуючи передові технології – ми видавимо росію зі світового титанового ринку, переозброїмо власну армію за найсучаснішими стандартами, забезпечимо металом майбутнього не тільки Rolls Roy’s, Tesla та Apple, але і свої Моторсич , Зорю-Машпроект, КБ Промінь, Антонов та багато інших.