Освоение природных ресурсов арктики и северных широт

Недра российского Севера и Арктики хранят 9/10 запасов природного газа, около 2/3 запасов нефти, почти все апатитовые руды, золото, алмазы, платиноиды, олово, большую часть угля и лесные ресурсы. Освоение полезных ископаемых происходит в условиях бездорожья и завоза всех строительных материалов за тысячи километров. В связи с ускоряющейся разведкой недр, строительством новых поселков, городов перспективы строительства Северного широтного хода — это актуальнейшая стратегическая задача на ближайшее десятилетие. Президент России дал поручение ускорить строительство железнодорожной линии Обская — Салехард — Надым — Пангоды — Новый Уренгой — Коротчаево, которое задерживалось из-за недостаточного финансирования и высокой стоимости работ.

Проблему кардинального снижения капитальных и текущих расходов на сотни триллионов долларов на требуемую транспортно-промышленную инфраструктуру добычи и экспорта уникальных запасов полезных ископаемых предлагаем решать за счет внедрения инновационных материалов и технологий. А именно, внедрение технологий производства высокоэффективных строительных и дорожных сборноразборных конструкций из нового материала — петроситалла, разработанного нами на основе местного сырья Полярного Урала и крайне дешевых энергоресурсов (попутного газа), который полностью соответствует тяжелейшим арктическим условиям эксплуатации.

Для выбора исходного минерального сырья изучены геологическое строение, петрология, минеральный, химический состав и геохимия вулканитов основного состава и метаморфических пород в пределах трех золоторудных месторождений в восточной части Полярного Урала, где они накапливаются в виде отвальных продуктов.

Методами физической геохимии на основе этих пород разработаны составы петроситаллов. Они по химическому и минеральному составу соответствуют открытому нами новому классу искусственных строительных и конструкционных материалов, имеющему правовую защиту под номером 19 и названием сикам [101].

Интерес к синтетическим силикатным материалам в истории минералогии зафиксирован первыми экспериментальными опытами, когда ровно 260 лет назад Д. Ариэль во Франции впервые создал из расплава базальта в фарфоровом тигле литой кристаллический материал, получивший вполне логичное название «каменное литье» [149].

Каменное литье в СССР в 1970—1980 гг. производилось на восьми специализированных предприятиях. Оно стало тогда уже традиционным (но дефицитным) конструкционным материалом. Его главная особенность заключается в уникальном сочетании высоких физикомеханических свойств, прежде всего, сопротивляемости абразивному износу и химической стойкости как к кислотам, так и щелочам. Эта особенность позволила материалу быстро найти очень широкое применение в качестве заменителей и футеровки металлов во многих основных отраслях промышленности (энергетической, химической, металлургической, угольной) и сельского хозяйства (пол и трубы, жолоба для стока жидких отходов в коровниках и т. д.). По тем временам считалось, что использование 1 т каменного литья в производстве позволяет экономить металла до 8 т и дополнительно приносит ощутимую экономию на ремонтных работах.

Но время шло, появлялись новые научные идеи, и возрастал спрос к качеству петрургических материалов. И для обтекателей ракет группа ученых под началом доктора С. Д. Стуки из фирмы США «Корнинг Гласс Уоркс» в 1957 г. получила первый патент № 1 298 811 на принципиально новую структурную (микронанокристаллическую) разновидность материала. Он является продуктом управляемой каталитической кристаллизации исходного гомогенного стела нужного состава в четверной физико-химической системе Li₂0-Mg0-Al₂03-Si02 с добавками ТЮ₂ или солей светочувствительных металлов Си, Ag, Аи в качестве инициаторов кристаллизации. Материал носит название «пирокерам» [60]. Он оказался тверже углеродистой стали, легче алюминия и в 9 раз прочнее полированного стекла.

Разработанные в бывшем СССР стеклокристаллические материалы по этой технологии по предложению российского физико-химика, специалиста в области технологии изготовления стекол, профессора Московского химико-технологического института (РХТУ) им. Д. И. Менделеева, Лауреата Ленинской (1963) и двух Сталинских премий третьей степени (1941, 1950), заслуженного деятеля науки и техники РСФСР (1959) И. И. Китайгородского называются ситаллы. Почти одновременно в других странах возникли научные школы по данной проблеме и новые названия. В Германской Демократической Республике (ГДР) профессор В. Хинц закрепил термин «витрокерам», в Чехословакии профессор Я. Небренскиий назвал его «кристон» [149].

Томская школа ученых начала исследования по созданию ситаллов с 1972 г. в рамках актуальной проблемы комплексного использования минерального сырья, включая промышленные отходы добычи и переработки рудных, энергетических и других полезных ископаемых. Мы собрали уникальный банк данных промышленных отходов предприятий СССР, разработали петрохимическую классификацию и имеем почти 40 патентов и авторских свидетельств (преимущественно «для служебного пользования») на составы и способы получения стеклокристаллических материалов нового класса — «сикамы» [60, 68].