К вопросу о перспективности использования ресурсов Восточного Донбасса для создания и производства углеродосодержащих наноматериалов

Премьер-министр России Владимир Путин на заседании совета генеральных и главных конструкторов, ведущих учёных и специалистов в области высокотехнологичных секторов экономики, состоявшемся в Москве 12 февраля 2009 г. отметил, что доля наукоёмкой продукции России, в том числе и Российских нанотехнологий, на мировом рынке не превышает 0,5%. Учитывая огромный интерес к углеродным наноматериалам и в частности к одной из модификаций углерода графену, в настоящей работе проанализирована возможность промышленного производства и переработки ископаемых углей Ростовской области для получения графена и наноматериалов на его основе.

Не смотря на то, что возможность существования углеродных наноструктур обсуждается давно, лишь в последние годы удалось получить и детально исследовать как сами эти структуры, так и наноматериалы их содержащие. В частности показано, что графен является двухмерным кристаллом, состоящим из единственного слоя атомов углерода в гексагональной кристаллической решетке графита. Идеальный графен состоит исключительно из шестиугольных ячеек и обладает уникальными физико-химическими характеристиками: в чистом виде элек-тропроводен при комнатной температуре, теплопроводен и может использоваться, например, для теплопровода     в     современных     интегральных     схемах, сверхбыстродействующих транзисторах и суперкомпьютерах. Прочностные характеристики графена позволяют считать его перспективным материалом для производства сверхпрочных композитов.

Простейший способ получения графена основан на механическом расщеплении слоев кристаллов графита по аналогии с расщеплением слюды. Этот метод малопроизводителен и не предполагает промышленного производства. В связи с этим известные химические способы получения графена, в частности, при термическом разложении карбида кремния значительно производительнее и ближе к промышленному производству.

Перспективным способом получения графена, а также углеродных на-нотрубок и фуллеренов могут быть связаны с переработкой графита путем его интерколяции с последующими химическими превращениями интерко-ляционных структур, приводящих к конечным наноуглеродным продуктам.

В связи с этим в настоящей работе исследованы возможности графитового производства в Российской Федерации для получения углеродных наноструктур.

Оказалось, что в России графит производят всего три завода: Новосибирский, Новочеркасский и Челябинский электродные заводы.

Химический анализ графита, выпускаемого, в частности, Новочеркасским электродным заводом: С - 99.8%; Ре - 0,02 - 0,1%; 81 - 0,04 - 0,1%; Са - 0,02 - 0,08%; А1 - 0,001 - 0,005%; М§ - 0,001 - 0,005%; V - 0,001 -0,005%; 5 < 0,02%; Си, В, Сг, Р, РЬ и т. д. < 0,001% свидетельствует о его недостаточно высокой для производства высококачественного графена чистоте, хотя, в принципе, графит этого завода и может служить сырьём для получения графена.

К сожалению, графит Новочеркасского электродного завода поставляется большей частью за рубеж и используется в основном для выплавки высококачественной стали. Исходным сырьём для производства графита на Новочеркасском электродном заводе является импортный кокс из США, Великобритании и Украины. Сырьем для производства графита на Новосибирском электродном заводе является импортный термоантрацит Украины, аналогичное сырьё получает и Челябинский электродный завод из Азербайджана. Челябинский электродный завод освоил получение графита для ядерных реакторов, т.е. графита почти без примесей - идеального сырья для получения графена. Эта технология, в принципе, может быть реализована и на Новочеркасском электродном заводе, но поскольку для её освоения требуются значительные инвестиционные вложения, то для решения вопроса об организации производства графита, пригодного для производства углеродных наноструктур и наноматериалов на их основе, необходимы серьёзные маркетинговые исследования.

Актуальность обсуждаемой проблемы связана, прежде всего, с тем, что Российский Донбасс располагает запасами уникальных антрацитов с высоким содержанием углерода, исследованием которых на предмет получения графита, а тем более наноуглеродных материалов и, в частности, графена и других продуктов глубокой переработки практически никто не занимается.

Поскольку для получения графита антрацит должен содержать минимум материнской зольности, которая не поддаётся обогащению стандартными способами нами была определена материнская зольность антрацита из лавы №24 по пласту К2 в шахтоуправлении «Обуховская» (табл. 1).

Таблица. 1.

Сравнение с полученными ранее данными для материнской зольности пласта шахты «Замчаловская» свидетельствует о перспективности использования антрацитов объединения Ростовуголь для получения графита и нано-углеродов на территории Ростовской области.

ресурсы Восточного Донбасса, производство углеродосодержащих наноматериалов resources of the Eastern Donbass, the production of carbon nanomaterials