Тюменский индустриальный университет развивает проект разработки технологии добычи йода

Сто процентов йода в нашей стране в настоящее время закупается за границей, собственного производства в Российской Федерации фактически не существует*. Ежегодно стране требуется 250 тонн йода, стоимость которого до 30 раз превышает цену нефти. Над созданием технологии добычи йода на территории Тюменской области, богатой йодобромными источниками подземных вод, учёные Тюменского индустриального университета задумались ещё 10 лет назад. Сегодня вуз активно развивает научную инициативу, которая реализуется в рамках стратегического проекта «Технополис».

В состав научной группы входят доктор химических наук, профессор, консультант кафедры общей и специальной химии Владимир Ганяев, кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности Елена Шаповалова, старший преподаватель, заведующий лабораторией кафедры транспорта углеводородных ресурсов Виталий Петряков (руководитель проекта).

— Проект очень сложный. Два элемента седьмой группы периодической таблицы, бром и йод, с трудом подчиняются законам химии, в том числе закону йодного ионного обмена, и ни мы, ни кто другой до сих пор не знаем, почему, — начал разговор автор и идейный вдохновитель проекта, профессор Владимир Ганяев.

По словам Елены Шаповаловой (с 2011 по 2014 год возглавляла малое инновационное предприятие ООО «Тюменская сырьевая компания» (резидент Тюменского технопарка), нацеленное на открытие производства в Тобольске. — Прим. авт.), проект не только сложный, но и очень масштабный: требуются проработка технологии, нестандартное оборудование, которого в стране нет.

— Задача усложняется тем, что мы пошли по нетрадиционному пути, — добавляет она.

Существующая наиболее распространённая воздушно-десорбционная технология не позволяет производству быть рентабельным. До 30% стоимости продукта уходит на подготовку воды, окисляемой хлором, серной кислотой.

— Мы решили окислять воду электрохимическим способом, скомбинировав электрохимию и абсорбцию. Применив знания из атомной промышленности, добились сокращения процесса кристаллизации йода с восьми часов до 20 минут. Мы предлагаем добывать йод безреагентным, а значит, более экологичным образом, — рассказывает Владимир Ганяев.

Но для того, чтобы запустить подобное производство в жизнь, процент излечения должен составлять 95%. Разработчики ТИУ к настоящему времени добились 60–70-процентных показателей. К значению 60% коллектив вышел ещё четыре года назад. Резидентам Тюменского технопарка правительство региона тогда выделило по программе субсидирования 1,2 миллиона рублей. Опытную установку для них изготовило НПЦ «Тюменские системы водоочистки». Она размещена в санатории «Сосновый бор» в Ялуторовске.

— На ней мы получили наш первый продукт — около 1 кг йод-пасты. В 2014 году разработка была запатентована, хотя работали с ялуторовской водой, содержащей йод всего 10 мг/л, в то время как промышленным стандартом считается 20 мг/л, — говорит Елена Шаповалова.

При всём том важно отметить, что Тюменская область в целом считается краем, богатым запасами пластовых йодобромных вод. Так называемое Тюменско-Тобольское месторождение подземной минеральной воды (на глубине 1700 метров) содержит в своём составе 30 мг/л, в северных округах — 25–30 мг/л йода.

70-процентный показатель извлечения йода группе учёных удалось обеспечить в 2017 году, работая с водой Кальчинского месторождения Уватского проекта ПАО «НК "Роснефть"».

— В прошлом году мы привезли оттуда два кубометра воды и тогда же поставили себе задачу — работать не с модельными растворами, а с настоящей водой. Это простая, подтоварная вода. Единственное, что она имеет в своём составе следы нефтепродуктов и гораздо более минерализована, чем ялуторовская, — рассказал Виталий Петряков.

Конечным результатом работы должен стать йод в виде сухих, чистых кристаллов — полупродукт, который называют йод-сырец.

— В лабораторных условиях мы эту цепочку проработали. Самый долгий процесс в ней — насыщения, получения йодоконцентрата из воды с высоким содержанием йода (из 20 мг/л как минимум получить 20 гр/л). Фильтроцикл в общей сложности составляет две недели, — уточняет профессор Ганяев.

Затрудняет разработки ещё одно особенное, природное свойство йода — его высокая летучесть. Из 1000 грамм полупродукта, полученного в 2014 году в Ялуторовске, специалистам удалось сохранить 200 грамм.

Йод — это стратегический продукт, необходимый для освоения космоса и глубин мирового океана, который применяется в ракетном топливе и реакторах подводных лодок.

Самый крупный производитель йода в мире — Чили, где его добывают из аммиачной селитры, а также Япония, которая выращивает и перерабатывает для этого специальные водоросли.

— Большую проблему, кроме того, представляет собой вода, участвующая в процессе получения йода. Она становится сильно насыщенной разными растворами, кислотами и щелочами, её переработка является очень сложной с точки зрения экологии и дорогостоящей технологией, — отметил Виталий Петряков.

Решение, которое предлагают учёные ТИУ, — закачка воды в пласт.

Помимо особенных химических свойств йода, большие сложности в реализации проекта создаёт отсутствие установки, которая позволила бы разработчикам выйти на реальное производство, хотя интерес к нему проявляют многие компании как за рубежом, так и в России. В их числе ОАО «СвердНИИхиммаш», которое входит в ОАО «Атомэнергомаш» — машиностроительный дивизион государственной корпорации «Росатом».

В 2016 году Владимир Ганяев, Елена Шаповалова посетили это предприятие в Екатеринбурге.

— Я придерживаюсь мнения, что нам надо выходить с нашей разработкой на сторонние организации. Думаю, благодаря этому мы бы действительно значительно продвинулись вперёд. В «СвердНИИхиммаш» трудятся очень сильные химики. Они вникли в нашу проблему, предложили техническое решение по оборудованию. Но для его реализации, проведения НИОКР и создания промышленной установки необходимо порядка 40 миллионов рублей, — рассказывает Елена Шаповалова.

Виталий Петряков также поддерживает предложение о сотрудничестве с этой организацией.

— Они также сильно работают с физическими моделями, а нам, помимо химии, всё-таки не хватает знаний физических условий, — добавляет он. — В этом году мы ставили перед собой цель получить от 60 до 90% концентрата, подошли к 70%. То есть сейчас мы находимся примерно в середине пути, что будет дальше — покажет время.

Отметим, в 2010 году проект по созданию инновационной технологии добычи йода в Тюменской области стал победителем конкурса «Умник». В 2011–2014 гг. ООО «Тюменская сырьевая компания» — резидент Тюменского технопарка. За «Лучший инновационный проект» профессор Владимир Ганяев и Елена Шаповалова признаны победителями межотраслевого конкурса «Инженер года» (Москва, 2015).

В 2014 году в Томске по оценке жюри конкурса U-novus «Форум молодых учёных» проект получил третье место, а также серебряную медаль Международной выставки «Иннопромер» (Екатеринбург, 2015).

Стратегический проект «Технополис» входит в Программу развития опорного университета. В его структуре реализуется около трёх десятков научных и образовательных проектов, направленных на разработку инновационных продуктов и технологий в отрасли. Руководитель проекта — кандидат технических наук, директор Центра перспективных исследований и инновационных разработок ТИУ Алексей Пауков.

_{* Лицензия АО «Троицкий йодный завод» на добычу промышленных подземных вод была отозвана в октябре 2015 года; добыча сырья осуществлялась на 139 скважинах, которые в настоящее время не используются по причине износа.}