Компания Jinchuan добилась значительного прорыва в испытаниях моющего средства для очистки керамических пластин — промышленная технология очистки вступила в новый этап развития.
2025-11-13
I. Вступление к новости
В октябре 2025 года акционерное общество «Jinchuan Group Co., Ltd.» (далее — «Компания Jinchuan») совместно с Институтом материаловедения Ланьчжоуского технологического университета добилось прорывных результатов в разработке нового моющего средства для очистки керамических пластин.
Испытания показали, что новое средство обеспечивает удаление жировых загрязнений с поверхности промышленных керамических пластин на уровне 99,2 %, при этом скорость коррозии керамической основы не превышает 0,03 мм/год. Оба ключевых показателя превосходят международные стандарты аналогичных продуктов.
Данная технологическая разработка не только решает давнюю проблему низкой эффективности очистки керамических фильтрующих пластин в металлургической промышленности, но и способствует переходу отрасли промышленных очистных технологий к экологически безопасным решениям. По оценкам экспертов, внедрение этого средства позволит предприятиям снизить расходы на обслуживание оборудования более чем на 40 %.
Результаты экспериментов прошли экспертную оценку, организованную Управлением науки и технологий провинции Ганьсу, и в настоящее время поданы заявки на три национальных патента на изобретение.
II. Предпосылки эксперимента и значение исследования
1. Текущее состояние и проблемы очистки промышленных керамических пластин
Промышленные керамические пластины, являясь ключевыми компонентами фильтрующих систем в металлургической и химической отраслях, напрямую влияют на производственную эффективность и качество продукции.
На сегодняшний день в отрасли преимущественно используется метод очистки с применением сильных кислот, который имеет ряд серьёзных недостатков. Согласно данным одного крупного металлургического предприятия, традиционный процесс очистки с использованием плавиковой кислоты занимает в среднем до 4,5 часов, а после очистки требуется ещё около 3 часов для восстановления работоспособности оборудования, что значительно ограничивает непрерывность производства.
Более того, 65 % керамических пластин подвергаются ускоренному химическому разрушению, из-за чего срок их службы сокращается до 60 % от проектного периода, что ежегодно приводит к миллионным затратам на замену оборудования.
Физические методы очистки также имеют ограничения: технология очистки струёй высокого давления предотвращает коррозию, но эффективность удаления стойких загрязнений в пористой структуре не превышает 60 %. В то же время ультразвуковые установки остаются слишком дорогостоящими для малых и средних предприятий.
В условиях высоких температур и влажности эти технические барьеры усугубляются, формируя замкнутый цикл:
«низкая эффективность очистки → ускоренный износ оборудования → рост производственных затрат».
2．Мотивы и цели разработки компании Jinchuan
Как ведущая компания в отечественной никель-кобальтовой металлургической отрасли, Jinchuan ежегодно обрабатывает более 20 000 керамических фильтрующих пластин. Однако традиционные методы очистки создают серьёзные производственные узкие места.
Согласно статистике простоя оборудования за третий квартал 2023 года, неплановые остановки, вызванные процессом очистки керамических пластин, составляли 23 % от общего времени простоя, что напрямую снижало среднесуточный объём производства никеля примерно на 120 тонн.
На основе этого в начале 2024 года компания Jinchuan запустила проект по разработке нового моющего средства, вложив в исследования 8,6 млн юаней и сформировав междисциплинарную команду из 32 специалистов, включающую экспертов в области материаловедения, химической технологии и металлургических процессов.
Основные цели проекта:
Разработка экологически безопасного моющего средства с направленным действием, позволяющего сократить время одной очистки до 90 минут;
Контроль скорости коррозии для основных керамических подложек — оксида алюминия и оксида циркония — на уровне не выше 0,05 мм/год;
Достижение степени биодеградации не менее 90 %, соответствующей первому уровню национальных стандартов по комплексному сбросу сточных вод;
Создание воспроизводимой модели технологических параметров очистки, адаптируемой под различные типы загрязнений и поддерживающей интеллектуальное управление процессом;
Формирование собственной системы интеллектуальной собственности с подачей не менее 5 патентов на изобретения и 2 патентов на полезные модели.
III. Ход эксперимента и техническое решение
1．Проектирование эксперимента и настройка параметров
Экспериментальная команда применила трёхступенчатую исследовательскую стратегию — «разработка рецептуры → отбор по характеристикам → оптимизация технологии».
На первоначальном этапе с помощью ортогонального метода экспериментов было проведено комбинированное исследование 12 типов поверхностно-активных веществ, 8 классов ингибиторов коррозии и 5 видов хелатообразующих агентов. В результате была определена наноструктурированная система очистки на основе модифицированного силанового связующего агента в качестве основного компонента.
В качестве образцов использовались три основных типа керамических пластин, применяемых на производстве компании Jinchuan:
20-мм фильтрующая пластина из оксида алюминия;
15-мм композитная пластина из оксида циркония;
10-мм пористая пластина из карбида кремния.
Для каждого типа пластин были изготовлены стандартные образцы размером 10×10 см, на поверхность которых наносились имитационные промышленные загрязнения (состав: оксиды никеля и железа — 35 %, жиры — 28 %, неорганические соли — 37 %).
Эксперимент проходил в три последовательных этапа:
① Этап 1 — проверка базовой рецептуры.
Проводились испытания 12 градаций концентрации (5–30 %) при температуре 25 °C в условиях термостатирования, с целью оценки эффективности очистки.
② Этап 2 — анализ динамических параметров.
С помощью программируемого температурного контроллера имитировались промышленные условия 35–85 °C, при этом параллельно измерялась скорость реакции при различных значениях pH (6,5–8,5).
③ Этап 3 — масштабирование технологического процесса.
Внедрён комбинированный метод очистки “распыление + погружение” с последующей оптимизацией параметров ультразвуковой мощности (200–600 Вт) и времени воздействия.
Весь эксперимент проводился в строгом соответствии со стандартом ISO 18427 по контролю чистоты поверхности. Для обеспечения достоверности результатов каждая серия параметров проходила три параллельных испытания.
2．Система ключевых показателей испытаний
| Наименование показателя | Определение и описание | Стандарт испытаний | Единица измерения |
| Эффективность очистки | Массовая доля удалённого имитированного загрязнения за установленное время действия моющего средства | GB/T 38502-2020 | % |
| Скорость коррозии материала | Скорость потери массы керамического образца после 500 часов погружения в раствор | ASTM G31-2019 | мм/год |
| Биодеградация | Отношение BOD₅/CODcr моющего средства в течение 28 дней | GB/T 27857-2011 | % |
| Стабильность пенообразования | Период полураспада пены при 60 °C для 100 мл тестового раствора | ISO 696-2016 | мин |
| Выделение ионов металлов | Максимальная концентрация ионов Fe, Ni, Cr в очищающем растворе | GB 21900-2008 | мг/л |
| Количество циклов повторного использования | Число эффективных циклов до снижения характеристик до 80 % от исходного уровня | Внутренний стандарт предприятия Q/JC 008-2024 | раз |
В процессе испытаний эффективность очистки определялась путём взвешивания образцов до и после очистки с использованием электронных весов с точностью 0,1 мг.
Скорость коррозии оценивалась по изменению микроструктуры поверхности, наблюдаемому с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ).
Экологические показатели определялись с применением полностью автоматического биохимического анализатора.
Для обеспечения достоверности данных все измерения выполнялись с соблюдением контроля качества, предусматривающего, что расхождение между результатами не менее двух параллельных испытаний не превышает 5 %.
Процедуру измерения ключевых показателей на всём протяжении испытаний контролировал третий независимый орган — Исследовательский институт по надзору и испытаниям качества продукции провинции Ганьсу.
IV. Результаты эксперимента и анализ данных
1．Сравнение ключевых эксплуатационных показателей
После проведения 120 повторных верификационных испытаний было установлено, что новый очиститель по всем основным параметрам значительно превосходит традиционные средства.
По показателю эффективности очистки при рабочей температуре 85 °C степень удаления никель-железных отложений достигла 99,2 %, что на 37,6 процентных пункта выше, чем у раствора плавиковой кислоты. При этом время одного цикла очистки сократилось до 75 минут, что составляет лишь четверть продолжительности традиционного процесса.
Результаты испытаний совместимости с материалами показали, что скорость коррозии алюмооксидной подложки не превышает 0,03 мм/год, что существенно ниже распространённого отраслевого стандарта 0,15 мм/год. После 50 циклов очистки поверхность образцов сохраняла 98,7 % исходной гладкости.
В тестах на динамическую стабильность пены при температуре 60 °C период полураспада составил всего 2,3 мин, что эффективно устранило проблему вторичного загрязнения из-за остаточной пены, характерную для традиционных очистителей.
По данным трёх серий параллельных испытаний, относительное стандартное отклонение всех показателей не превышало 3,5 %, что подтверждает высокую достоверность и воспроизводимость полученных результатов.
| Показатель производительности | Новый очиститель (среднее ± отклонение) | Традиционный очиститель на основе HF | Отраслевой стандарт | Прирост / снижение |
| Эффективность очистки (%) | 99,2 ± 0,8 | 61,6 | ≥ 85 | +37,6 % |
| Скорость коррозии (мм/год) | 0,03 ± 0,005 | 0,15 | ≤ 0,1 | −80,0 % |
| Биодеградация (%) | 96,3 ± 1,2 | 12,5 | ≥ 60 | +670,4 % |
| Период полураспада пены (мин) | 2,3 ± 0,4 | 18,7 | ≤ 5 | −87,7 % |
| Выделение ионов металлов (мг/л) | 0,08 ± 0,02 | 3,2 | ≤ 1,0 | −97,5 % |
| Количество циклов повторного использования (раз) | 28 ± 3 | 5 | ≥ 10 | +460,0 % |
2．Оценка экономической эффективности
На основе анализа текущего масштаба производства компании Jinchuan установлено, что внедрение нового моющего средства способно обеспечить значительный экономический эффект.
В части прямых затрат, себестоимость сырья на один литр нового состава на 42 % ниже, чем у импортных аналогов. Благодаря возможности повторного использования до 28 циклов, фактическая стоимость одной очистки снижается до 18,7 % от затрат традиционного процесса.
Что касается обслуживания оборудования, снижение скорости коррозии на 80 % позволило увеличить средний срок службы керамических пластин с 18 до 42 месяцев. Таким образом, годовое количество замен сократилось с 1333 до 571 пластин. При стоимости одной пластины 12 000 юаней это обеспечивает экономию средств на уровне 9,144 млн юаней в год.
Повышение производственной эффективности приносит ещё больший косвенный доход. Сокращение времени очистки увеличивает коэффициент эффективной работы оборудования на 19,3 процентных пункта. При среднесуточном выпуске никелевой продукции 120 тонн и прибыли 8000 юаней за тонну, дополнительный годовой прирост объёма производства оценивается в 68,832 млн юаней.
Согласно комплексной модели экономической эффективности, годовой совокупный доход определяется формулой:
Годовой доход = (Прибыль с тонны × Суточная производительность × 365 дней × Прирост эффективности) + (Сокращение числа замен × Стоимость одной пластины) − (Годовые закупочные расходы на новый очиститель)
После расчётов годовой чистый доход составляет около 75,628 млн юаней, а срок окупаемости инвестиций — всего 4,3 месяца.
3．Результаты испытаний экологической безопасности
Проверка экологических характеристик показала, что новый очиститель по всем параметрам превосходит национальные нормативы выбросов первого уровня.
Показатель pH стабильно находится в нейтральном диапазоне 7,2–7,8, что предотвращает негативное воздействие, характерное для кислотных очистителей, на системы очистки сточных вод.
Значение химического потребления кислорода (COD) составляет 45 мг/л, что на 92,3 % ниже, чем у растворов плавиковой кислоты. Показатель биодеградации достигает 96,3 %, а в течение 28 дней средство полностью разлагается на безвредные соединения.
По результатам анализа содержания тяжёлых металлов, концентрации ионов Ni, Fe и Cr не превышают 0,1 мг/л, что значительно ниже предельно допустимого значения 1,0 мг/л, установленного стандартом GB 21900-2008.
Выбросы летучих органических соединений (VOCs) составляют всего 0,32 г/л, полностью соответствуя требованиям регламента ЕС REACH.
Отработанный раствор после простой нейтрализации может быть слит напрямую, при этом стоимость очистки сточных вод составляет лишь 12 юаней за тонну, что позволяет снизить экологические затраты на 85 % по сравнению с традиционными технологиями.
| Экологический показатель | Новый очиститель | Традиционный очиститель | Государственный стандарт | Степень снижения |
| pH | 7,5 | 2,3 | 6–9 | – |
| ХПК (COD), мг/л | 45 | 586 | ≤ 100 | 92,3 % |
| Нефтепродукты, мг/л | 0,8 | 23,5 | ≤ 5 | 96,6 % |
| Аммонийный азот, мг/л | 3,2 | 18,7 | ≤ 15 | 82,9 % |
| Фосфаты, мг/л | 0,5 | 12,3 | ≤ 1,0 | 95,9 % |
V. Технические инновации и перспективы применения
1．Инновационные решения в рецептуре и технологии
Новый очиститель сформирован на основе трёх ключевых технологических прорывов, обеспечивающих устойчивое конкурентное преимущество.
① Система “двойного якорного амфифильного молекулярного механизма”
Впервые реализована концепция «двойной полярности молекулярного якорения», основанная на синергетическом действии додецилглюкозида и модифицированного органосилоксана. Такая комбинация формирует на границе раздела масло–поверхность ячеистую (сотовую) структуру оболочки, что снижает контактный угол с 45° (для традиционных очистителей) до 12°, существенно улучшая смачиваемость и проникающую способность состава.
② Инновация в системе ингибиторов коррозии
В рецептуру введён комплекс фитинат цинка – бензотриазол, который в процессе самоорганизации молекул образует на поверхности керамики защитную наноплёнку толщиной 2–3 нм.
Анализ методом XPS (фотоэлектронной спектроскопии) подтвердил, что эффективность захвата гидроксильных радикалов этой плёнкой достигает 92 %, что позволяет устранить противоречие между высокой очистной способностью и защитой от коррозии.
③ Технология микрокапсулирования и нанодисперсии
Применена ультразвуковая обратная микроэмульсионная технология, позволяющая диспергировать активные компоненты в виде наномицелл размером 80–120 нм — что в 5 раз выше по степени диспергирования, чем при традиционном механическом перемешивании. Благодаря этому средство сохраняет стабильную фазовую структуру в широком диапазоне температур от −15 °C до +95 °C.
Кроме того, в производственном цикле внедрён непрерывный реакционный потоковый процесс, заменивший периодические реакторы. Это позволило сократить цикл синтеза с 12 до 3,5 часов, снизить энергопотребление на 38 % и реализовать замкнутый, безотходный водный контур, что обеспечивает нулевой сброс сточных вод.
2. Расширение областей промышленного применения
Разработанная технология демонстрирует прорывной потенциал в широком спектре отраслей промышленности:
В металлургической отрасли — для керамических фильтрующих труб систем очистки доменного газа реализована возможность онлайн-очистки при температуре до 200 °C, что позволяет избежать остановки и охлаждения агрегатов, предотвращая суточные потери производительности на уровне 500 000 юаней, характерные для традиционного метода.
В химической промышленности — при очистке керамических нагревательных плит сушилок для ПВХ используется индивидуально подобранный нейтральный состав, устраняющий проблему снижения чистоты продукта из-за остатков кислотных реагентов, что повышает долю продукции высшего сорта на 11 %.
• Электронная и полупроводниковая промышленность: применяется для высокоточной очистки керамических столов при резке кремниевых пластин, обеспечивая удаление частиц на уровне 99,98 %, что соответствует стандарту ISO 14644-1 Class 5 для чистых помещений.
• Отрасль новых источников энергии: используется для керамических тиглей при обжиге катодных материалов литиевых аккумуляторов, эффективно удаляя высокотемпературные отложения кобальтата лития и продлевая срок службы тиглей до более чем 300 циклов.
• Пищевая и фармацевтическая промышленность: создана пищевая формула очистителя для керамических мембранных фильтров, прошедшая сертификацию FDA 21 CFR Part 175.300, что обеспечивает возможность CIP-очистки на месте без разборки оборудования.
• Авиакосмическая отрасль: применяется для удаления углеродных отложений с керамических теплозащитных покрытий турбинных лопаток; при этом эрозия покрытия не превышает 0,5 мкм за цикл очистки, полностью сохраняя его защитные свойства.
• Экологическое машиностроение: используется в керамических мембранных модулях систем очистки сточных вод, восстанавливая поток фильтрации до 96 % от исходного уровня после загрязнения органическими веществами.
Для различных условий эксплуатации возможно индивидуальное регулирование состава за счёт изменения HLB-значения поверхностно-активных веществ и соотношения ингибиторов коррозии. В настоящее время разработано восемь специализированных отраслевых решений; по отзывам пользователей, в ходе испытаний совокупные затраты на техническое обслуживание оборудования снизились в среднем на 43 %.
VI. Экспертная оценка и реакция компании
1．Техническое мнение отраслевых экспертов
Академик Китайской инженерной академии, специалист по коррозии и защите материалов профессор Ли Яньжун отметил:
«Этот очиститель демонстрирует более чем 99%-ную эффективность удаления загрязнений при сверхнизкой коррозии — это настоящий прорыв, преодолевающий отраслевой стереотип, что “высокая эффективность неизбежно означает сильную коррозию”. Технология молекулярной самоорганизующейся защиты, применённая в продукте, достигла мирового уровня».
Декан Института материаловедения Ланьчжоуского технологического университета профессор Ван Чжицян подчеркнул:
«Инновационное сочетание наноразмерной микроэмульсионной системы и растительных ингибиторов коррозии обеспечивает стабильную работу средства даже при экстремальных температурах от −15 °C до +95 °C. Такая широкая температурная адаптивность имеет революционное значение для промышленной очистки».
Генеральный секретарь Китайской ассоциации промышленной очистки Чжао Чжикэ отметил:
«Оптимизация состава позволила повысить степень биодеградации до 96,3 %. Это образцовый пример сочетания экологичности и эффективности, который способен ускорить “озеленение” отрасли промышленных очистителей на 3–5 лет».
В настоящее время по данной технологии подано пять заявок на государственные патенты на изобретения (в том числе CN202517834U, CN202517835U и др.). Один из них — «Нейтральный очиститель для керамических композитных материалов и способ его приготовления» — уже находится на стадии экспертизы по существу, что формирует комплексную систему охраны интеллектуальной собственности, охватывающую рецептуру, процесс и области применения.
2．Планы компании Jinchuan на дальнейшее развитие
Компания Jinchuan Group намерена реализовать трёхэтапную программу коммерциализации результатов:
I этап (I квартал 2026 г.) — завершить строительство производственной линии мощностью 5000 тонн в год, приоритетно удовлетворяющей внутренние потребности компании (очистка 20 000 керамических пластин в год).
II этап (III квартал 2026 г.) — начать выход на внешний рынок, с фокусом на металлургические предприятия пяти северо-западных провинций Китая, параллельно создать три региональных технических сервисных центра.
III этап (2027 г.) — расширить производственные мощности до 20 000 тонн, разработать шесть специализированных серий очистителей (включая электронный и пищевой классы), сформировав дифференцированную продуктовую линейку.
Стратегия продвижения предусматривает комплексную модель “оборудование + реагент”, то есть поставку персонализированных установок очистки, специализированных реагентов и интеллектуальной системы обслуживания. Целевая доля рынка на начальном этапе — 15 %.
В области научных разработок уже начата работа над вторым поколением продукта, направленная на интеграцию технологии сверхвысоконапорной струйной очистки, с целью сократить время очистки до 45 минут. Параллельно ведутся исследования по расширению применения технологии на солнечное стекло и авиационные титановые сплавы.
По оценкам компании, после достижения технологической зрелости годовой объём продаж может достичь 380 млн юаней, что станет катализатором развития сопряжённых экологических производств и ускорит зелёную трансформацию промышленной очистки.
VII. Заключение
Прорыв, достигнутый компанией Jinchuan Group в эксперименте по разработке очистителя для керамических пластин, не только решил техническую проблему эффективной и бережной очистки промышленных керамических материалов, но и сформировал новую трёхкомпонентную парадигму промышленной очистки — “эффективность + экологичность + экономичность”.
Это инновационное достижение, объединяющее наномасштабную эмульсионную технологию и зелёную антикоррозионную систему, знаменует собой переход китайских промышленных технологий очистки от химически зависимых методов к интеллектуальным и точным решениям.
В дальнейшем, по мере углубления внедрения данной технологии в различные отрасли, она будет способствовать переходу промышленного производства к устойчивым моделям — “нулевые выбросы при очистке” и “умное диагностическое обслуживание”, внося вклад китайской инженерной мысли и зелёных технологий в развитие мировой индустрии промышленной очистки.
