C 2019 по н.в. учеными ПФИЦ УрО РАН получен ряд важнейших прикладных результатов:
1. В рамках сотрудничества с ПАО «Уралкалий», АО "Беларуськалий, АО "МХК Еврохим" в целях обеспечения безопасности горных работ разработаны автоматизированные системы контроля устойчивости горных выработок и вентиляции рудников, внедрены методики прогноза состояния водозащитной толщи, оценки газоносности пластов.
2. В рамках взаимодействия с ПАО «ГМК „Норильский никель“» разработана, совместно с индустриальными партнерами изготовлена и испытана энергоэффективная система кондиционирования рудничной атмосферы, обеспечивающая нормативную температуру воздуха на глубинах более 1,5 км.
3. В рамках договоров с ООО «КБ АрмСпецМаш» и ООО «НИЦ МСС», ведутся работы по разработке, изготовлению и проведению приемо-сдаточных испытаний электромагнитных насосов для жидкого натрия. Разрабатываемые электромагнитные насосы предназначены для многоцелевого научно-исследовательского реактора на быстрых нейтронах четвёртого поколения «МБИР», строящийся в данный момент АО «ГНЦ НИИАР» (Димитровград), который входит в состав Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом".
4. Разработана и внедрена на ОАО «Беларуськалий» и ПАО «Акрон» система автоматизированного контроля безопасности строительства шахтных стволов методом замораживания.
Разработаны и внедрены на ОАО «Беларуськалий» и ПАО «Акрон» уникальные системы автоматизированного контроля безопасности строительства шахтных стволов методом замораживания, базирующиеся на использовании технологии оптоволоконной термометрии. Система осуществляет непрерывные измерения температуры по глубине контрольно-термических скважин и параметров работы замораживающей станции, обработку данных и их передачу на сервер в базу данных для хранения, а также математическую обработку и интерпретацию данных. Отличительной особенностью системы контроля является разработанный алгоритм, позволяющий восстанавливать температурное поле во всем породном массиве по данным инженерно-геологических изысканий и уточнять его актуальное состояние по данным измеренных температур в контрольно-термических скважинах. Для повышения точности и надёжности работы системы разработан дополнительный способ контроля толщины ледопородного ограждения при строительстве шахтных стволов, основанный на определении скорости и времени вступления сейсмоакустических сигналов, отраженных от ледопородного ограждения.
5. Доказана принципиальная возможность и обоснована технология отработки техногенного сильвинитового пласта, сформировавшего вследствие разрушения податливых междукамерных целиков, деформации и обрушения пород кровли.
Впервые в мировой практике камерной системы разработки калийных месторождений доказана принципиальная возможность повторной отработки техногенного сильвинитового пласта, сформировавшего вследствие разрушения податливых междукамерных целиков, деформации и обрушения пород кровли. Натурными и теоретическими исследованиями обоснована оптимальная схема отработки, основанная на проходке вторичных камер соосно первичным междукамерным целикам с удвоенным межосевым расстоянием. Предложенная технология позволяет существенно повысить извлечение промышленных запасов из недр и увеличит срок службы калийных предприятий без значительных капитальных затрат на разведку и подготовку новых участков.
6. Разработана и внедрена на ОАО «Беларуськалий» автоматизированная система аэрогазовой безопасности на калийных рудниках.
Разработана уникальная концепция системы аэрогазовой безопасности на калийных рудниках, основанная на совместном использовании данных измерений различных параметров воздуха в горных выработках в режиме реального времени и компьютерной модели вентиляционной сети рудника, позволяющей восстановить полное распределение параметров воздуха во всем руднике, провести анализ полученных данных и смоделировать различные сценарии работы рудника и возможные аварийные ситуации в будущем. Проведены промышленные испытания системы аэрогазовой безопасности в условиях рудника ОАО «Беларуськалий». Показано, что система обеспечивает непрерывный мониторинг расхода воздуха и газового состава рудничной атмосферы в рабочей зоне, оповещение диспетчера рудника о выходе контролируемых параметров за пределы допустимых значений, изменение расхода подаваемого на проветривание воздуха по результатам мониторинга, а также надежно отрабатывает аварийные режимы проветривания.
7. Разработана и внедрена интеллектуальная система сейсмогеомеханического мониторинга состояния водозащитной толщи.
Для своевременного прогноза критического изменения напряженно-деформированного состояния подработанного массива и оперативного принятия необходимых мер по сохранению целостности разработана интеллектуальная система сейсмогеомеханического мониторинга состояния ВЗТ. Данная система применяется в условиях рудников Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ПАО «Уралкалий») и предусматривает проведение сейсморазведочных работ, режимных маркшейдерских наблюдений за оседаниями земной поверхности с последующим математическим моделированием состояния ВЗТ.
8. Разработан и запущен в эксплуатацию стенд для испытания МГД-насосов для жидкого натрия. Изготовлена и сдана в эксплуатацию на Белоярской АЭС партия насосов.
На основе решения задачи измерения объёмного расхода жидкого натрия при высокой температуре проведена подробная конструкторская проработка всех узлов нового устройства - расходомера жидкого натрия, проведена сборка головной части и электронного блока. Выполнены калибровочные эксперименты на натриевом стенде, а также подготовлена документация на устройство. Исследованы характеристики коаксиального электромагнитного насоса бегущего поля для жидкого металла. Определены зависимости производительности насоса от геометрических параметров МГД-канала и параметров питающего тока. Экспериментально исследованы характеристики производительности кондукционного насоса с ортогональными перегородками в зависимости от степени перекрытия канала ферромагнитными сердечниками. Разработана новая конструкция насоса и расходомера для жидкого натрия для Белоярской АЭС. Проведён полный цикл приемно-сдаточных испытаний и сдана в эксплуатацию партия насосов для Белоярской АЭС.
9. Разработаны новые морозостойкие связующие на основе простых полиэфируретанмочевин для полимерных материалов, эксплуатируемых в районах Урала, Сибири и Крайнего Севера.
Впервые разработаны принципиально новые морозостойкие связующие на основе простых полиэфируретанмочевин для полимерных материалов, эксплуатируемых в районах Урала, Сибири и Крайнего Севера. Полученные связующие обладают не только высокой прочностью (35-45 МПа), но и высокой эластичностью при ультранизких температурах (не менее 100 % критических деформаций при растяжении при -70о С). Высокая морозостойкость новых материалов обеспечивается низкой температурой стеклования, регулируемой сочетанием дизайна полимерных цепей и действием сложноэфирных пластификаторов. Достигнутые преимущества новых связующих реализованы в термоэластопластах нового типа (с полиуретанмочевинной полимерной матрицей) и в эпоксиуретановых конструкционных клеях холодного отверждения.
10. Разработаны новые полимерные теплозащитные материалы.
Разработаны новые полимерные теплозащитные материалы для изделий ракетно-космической техники, способные образовывать вспененный кокс – физический барьер между защищаемой поверхностью и тепловым потоком. В качестве коксо- и порообразующих наполнителей впервые применены каменноугольные пеки и нефтяная коксующая добавка. Установлено, что данные компоненты позволяют снизить горючесть материала. Определены оптимальные соотношения компонентов полимерной матрицы и наполнителей, способствующих формированию устойчивого и прочного пенококса. Проведена работа по изучению поведения формирующихся структур (пенококса) при воздействии высоких температур. Установлена взаимосвязь структуры пенококса и его защитных свойств. Проведены испытания полученных материалов с применением аэродинамической установки. Установлено, что разработанные материалы по своим физическим, теплофизическим и теплозащитным свойствам не уступают существующим материалам.
11. Разработана импортозамещающая полимерная противотурбулентная добавка, предназначенная для применения в буровых растворах при разработке нефтяных и газовых месторождений, как в обычных, так и в сложных горно-геологических условиях.
Разработана импортозамещающая полимерная противотурбулентная добавка, предназначенная для применения в буровых растворах при разработке нефтяных и газовых месторождений, как в обычных, так и в сложных горно-геологических условиях, а также в жидкостях гидроразрыва на водной основе. Использование разработанной противотурбулентной добавки на основе акрилатных терполимеров позволяет повысить энергоэффективность эксплуатации оборудования до 15-20 %, а также снизить техногенную нагрузку на окружающую среду в регионах добычи. Полимерная добавка обеспечивает повышение эффективности эксплуатации насосно-перекачивающего оборудования за счет снижения гидродинамического сопротивления течения водных растворов. Максимальная эффективность снижения гидродинамического сопротивления разработанным акрилатным терполимером достигает 70-75 % по сравнению с необработанной водой. В отличие от существующих разработок противотурбулентная полимерная добавка обладает повышенной термостойкостью до 140-160 °С, солестойкостью до 2300 °Ж и кислотостойкостью вплоть до рН 1,65. Сравнительные испытания разработанной добавки и лучших прямых иностранных аналогов (NalcoCompany, USA и Economypolymers&chemicals, USA) показали, что разработанная добавка в нормальных условиях показывает сопоставимые результаты по эффективности снижения гидродинамического сопротивления, а в условиях полиминеральной агрессии среды и термической агрессии до 140-160 °С значительно превосходит мировые аналоги по данному показателю.
12. Впервые разработана методика сочетанного применения химических и бактериологических методов утилизации поллютантов антропогенного происхождения – полихлорированных бифенилов.
Полихлорированные бифенилы (ПХБ) являются токсичными и опасными для окружающей среды соединениями. Производство ПХБ в 20-м веке носило масштабный характер, что привело к складированию неиспользованных/отработанных коммерческих смесей ПХБ в количествах, превышающих сотни тонн. Так как ПХБ обладают уникальной стабильностью молекулы, проблема их утилизации признана мировым сообществом одной из наиболее острых. В результате исследований, проведенных сотрудниками «ИЭГМ УрО РАН» в коллаборации с коллегами из ИОС УрО РАН (г. Екатеринбург) разработана методика, сочетанного применения химических и бактериологических методов утилизации коммерческих смесей ПХБ торговых маров Совол и Трихлорбифенил. Согласно предложенной методике, на первом этапе коммерческие смеси ПХБ подвергаются химической трансформации с целью внедрения в молекулу гидроксильной группы. Гидроксилированные ПХБ подвергаются биодеструкции аэробными бактериальными штаммами рода Rhodococcus. Применение данной методики позволяет разложить 100 мг/л смеси ПХБ за 14 дней до углекислого газа и воды. На основе данной методики могут быть разработаны безопасные для окружающей среды и экономически-выгодные технологии уничтожения полихлорбифенилов.
13. Показана возможность получения игольчатого кокса, на основе нетипичного вида сырья – тяжелого газойля каталитического крекинга производства ООО «ЛУКОЙЛ ПНОС».
Впервые показана возможность получения высокомаржинального дефицитного продукта – игольчатого кокса, на основе нетипичного вида сырья – тяжелого газойля каталитического крекинга производства ООО «ЛУКОЙЛ ПНОС», который характеризуется низкой ароматичностью и высоким содержанием парафинов. Установлено, что термическая обработка данного сырья при температуре 400 – 420 °С позволяет повысить его ароматичность, а также коксуемость, при этом вязкость получаемого пека возрастает незначительно (температура размягчения пека остается ниже комнатной), что благоприятствует получению игольчатого кокса в промышленных условиях. На основе пеков, полученных из тяжелых газойлей производства ООО «ЛУКОЙЛ ПНОС», ООО «ЛУКОЙЛ ННОС», а также из тяжелой смолы пиролиза производства ООО «СТАВРОЛЕН» была наработана партия непрокаленного игольчатого кокса, отвечающего по своим основным характеристикам (балл микроструктуры, действительная плотность) требованиям производителей графитированных электродов для электросталеплавления.
14. Разработан программный комплекс для исследования диффузного загрязнения поверхностных водных объектов крупными промышленными предприятиями.
Впервые, на примерах Соликамско-Березниковского и Кирово-Чепецкого промышленных узлов, исследованы особенности формирования диффузного загрязнения поверхностных водных объектов крупными промышленными комплексами и проанализированы различные сценарии проведения мероприятий, направленных на снижение такого загрязнения. С помощью трехмерного численного моделирования и полевых измерений показано, что техногенное диффузное загрязнение в значительной мере формируется фильтрационными разгрузками из крупномасштабных накопителей твердых и жидких технологических продуктов. Возможности перехода от диффузных источников загрязнения к декларируемым точечным источникам путем организации регулируемых водовыпусков лимитируются ассимилирующей емкостью водного объекта, а масштабы закачки в подземные горизонты ограниваются тем, что ассимилирующая емкость подземных горизонтов является сложно контролируемым ресурсом одноразового использования. Таким образом, оптимальным способом снижения диффузного загрязнения является максимально полное хозяйственное использование рассматриваемых жидких или твердых отходов или их передислокация на территорию, где они могут оказывать минимальное воздействие на окружающую среду.
15. Для снижения фитотоксичности почвы, загрязненной нефтепродуктами и солями тяжелых металлов получены очищенные препараты синтезируемых родококками трегалолипидных биосурфактантов с высокой эмульгирующей, солюбилизирующей и биологической активностью.
Получены новые фундаментальные данные об экологической роли актинобактерий рода Rhodococcus в детоксикации эмерджентных загрязнителей, в частности фармполлютантов группы НПВС (нестероидных противовоспалительных средств) – ибупрофена и диклофенака. Оптимизированы условия процесса биодеструкции ибупрофена клетками Rhodococcus cerastii ИЭГМ 1243, обеспечивающее 90%-ное разложение фармполлютанта в течение 4 сут, идентифицированы основные продукты окисления, включающие гидроксилированные и декарбоксилированные производные. Выявлены механизмы и пути окислительной биотрансформации диклофенака натрия, определены клеточная локализация и характер ингибирования соответствующих оксидаз у Rhodococcus ruber ИЭГМ 346. Все исследования базируются на использовании биоресурсов уникальной и единственной в мире Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов (акроним коллекции ИЭГМ, http://www.iegmcol.ru). Коллекция ИЭГМ признана Уникальной научной установкой, имеет статус ЦКП и входит в Национальный реестр объектов научной инфраструктуры РФ. Коллекция – член Всемирной Федерации коллекций культур.
16. Предложены новые экстракционные реагенты для извлечения меди(II) в присутствии цветных металлов из сернокислых растворов.
Впервые гидразиды α-разветвленных третичных карбоновых кислот Versatic фракции С15 – С19 (ГВИК 1519) предложены в качестве экстракционного реагента для извлечения меди(II) в присутствии цветных металлов из сернокислых растворов, моделирующих растворы выщелачивания при гидрометаллургической переработке окисленных, бедных медных руд, техногенных отходов. ГВИК 1519 хорошо совместимы с углеводородными растворителями и модификаторами, устойчивы к гидролизу и окислению в циклах экстракция-реэкстракция. Емкость органической фазы по меди(II) составляет 13,2 г/л (у промышленного экстрагента LIX 984N – 7 г/л). Отличием ГВИК 1519 от LIX 984N является возможность их применения для селективного извлечения меди(II) в присутствии железа(III), никеля(II), кобальта(II), цинка(II) в более кислых средах, при рН < 1 (что может быть использовано для переработки вторичного медьсодержащего сырья (цементная медь, сплавы на основе меди)), а также отсутствие необходимости предварительного окисления ионов железа(II).
17. Разработана и проходит опытные испытания на базе «Пермского НИИСХ» технология переработки шламовых отходов и использования их, в качестве комплексных удобрений пролонгированного действия для зерновых культур и картофеля.
Разработана и проходит опытные испытания на базе Пермского научно-исследовательского института сельского хозяйства – филиала ПФИЦ УрО РАН технология переработки технология переработки глинисто-солевых отходов K-Mg руд (шламов) и использования их, в качестве комплексных удобрений пролонгированного действия для зерновых культур и картофеля. Технология обеспечивает утилизацию отходов калийного производства и получение удобрений, содержащих питательные (K, Mg, Ca), мелиорирующие компоненты (глина, доломит) и комплекс микроэлементов.
18. Создана и запущена в эксплуатацию единственная в Российской Федерации лабораторная установка для реализации технологии лазерной ударной проковки.
Запушена в эксплуатацию лабораторная установка, обеспечивающая высокие плотности энергии (до 30 ГВт/cм^2) для создания сжимающих остаточных напряжений в подповерхностном слое материала. Система включает в себя: высокоэнергетический наносекундный лазер Beamtech SGR-Extra, оборудованный отечественной оптической головкой (заработано компанией ООО «Сигма-Про»), универсальный 6-осевой робот манипулятор STEP SR50 с оригинальными отечественными пневмозахватами, адаптированными для широкой номенклатуры деталей российского авиастроения, систему SINT MTS3000 RESTAN для контроля остаточных напряжений, набор алгоритмов для моделирования процесса распространения упруго-пластических волн и генерации остаточных напряжений. Созданная система позволяет существенно повысить усталостной ресурс конструкционных элементов фюзеляжа, подверженных циклическим нагрузкам (бортовых переборок, узлов крепления крыла, механизмов управления полетом, тормозных элементов, шасси), надежность сварных компонентов из титановых и алюминиевых сплавов, сопротивляемость узлов к коррозии.
