Цветные металлы и сплавы. Металлургия

Цветная металлургия

Цветная металлургия производит разнообразные по физи­ческим и химическим свойствам конструкционные материалы. В состав этой отрасли тяжелой промышленности входят медная, свинцово-цинковая, никель-кобальтовая, алюминиевая, титано-магниевая, вольфрамо-молибденовая, а также производство бла­городных и редких металлов.

Динамика базовых видов продукции цветной металлургии представлена в таблице 4.2.

По стадиям технологического процесса цветная металлур­гия делится на добычу и обогащение сырья, металлургический передел и обработку цветных металлов. Низкое содержание ме­талла в рудах тяжелых цветных металлов требует обязательного их обогащения (обычно флотационным способом). Так как руды цветных металлов содержат много различных компонентов, по­следовательно выделяют каждый компонент (это многостадий­ный процесс). Обогащенная руда плавится в специальных печах и превращается в так называемый черновой металл, который под­вергается затем очистке от вредных примесей (рафинирование). Полученный рафинированный металл используется в виде прока­та разного профиля в разных отраслях промышленности.

Цветные металлы подразделяются на тяжелые (медь, олово, свинœец, цинк и др.), легкие (алюминий, титан, магний); драгоцен­ные (золото, серебро, платина) и редкие (вольфрам, молибден, германий и др.).

Область использования цветных металлов:

Медь широко применяется в машиностроении, электро­энергетике и других отраслях промышленности как в чистом ви­де, так и в сплавах с оловом (бронза), алюминием (дюралюми­ний), цинком (латунь), никелœем (мельхиор);

Свинœец идет на производство аккумуляторов, кабеля, ис­пользуется в атомной промышленности;

Олово используется для изготовления белой жести, под­шипников и др.;

Никель относится к числу тугоплавких металлов - полу­чают много ценнейших сплавов. Велико его значение при произ­водстве легированных сталей, а также при нанесении защитных покрытий металлических изделий;

Алюминий применяется в различных отраслях машино­строения, в т.ч. авиастроения, электротехнике, а также в строительстве и для производства товаров народного потребле­ния;

Магнит - в радиотехнике, авиационной, химической, по­лиграфической и других отраслях промышленности;

Титан - в судостроении, а также при изготовлении реак­тивных двигателœей, ядерных реакторов и т.д.

По запасам золота Россия занимает третье место в мире, по добыче перешла со второго на шестое место. ЮАР добывает еже­годно порядка 583 т золота͵ а Россия немного более 100т. Место­рождения этого металла сосредоточены в Сибири и на Дальнем Востоке. Серебро получают при рафинировании тяжелых метал­лов. Оно используется при изготовлении ювелирных изделий и в промышленности (при изготовлении кино- и фотоплёнок).

Размещение предприятий по выплавке тяжелых цветных металлов происходит под влиянием многих природных и эконо­мических факторов, среди которых особую роль играет сырьевой фактор.
Размещено на реф.рф
Руды тяжелых цветных металлов отличаются от руд лег­ких низким содержанием металлов. Так, промышленными счи­таются руды, содержащие медь, никель, свинœец - около 1 %, оло­ва - менее 1 %. Для производства 1 т меди требуется 100 т руды, 1 т олова - 300 т руды. Другая особенность руд тяжелых цветных металлов - их комплектность, в связи с этим особый интерес представ­ляют калибрование предприятий.

Еще более сложные территориальные сочетания разных производств возникают при производстве легких цветных метал­лов. Так, при комплексной переработке нефелинов из этого вида сырья получают глинозем (а впоследствии алюминий), соду, по­таш и цемент (ᴛ.ᴇ. осуществляется комбинирование с предпри­ятиями химической промышленности и производства строитель­ных материалов).

Наиболее важную роль в размещении предприятий по вы­плавке легких цветных металлов играет не сырьевой, а топливно-энергетический фактор.
Размещено на реф.рф
Руды легких металлов значительно бога­че по содержанию металла, чем руды тяжелых металлов, но их выплавка требует огромного количества электроэнергии.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, сырьевой и энергетический фактор по-разному влияют на размещение предприятий отдельных отрас­лей цветной металлургии. Даже в одной отрасли их роль бывает различна, исходя из стадии технологического процесса.

Таблица - Территориально-сырьевая характеристика пред­приятий тяжелых цветных металлов

Таблица - Территориально сырьевая характеристика предприятий легких цветных металлов

Продолжение таблицы 4.4

Алюминиевая промышленность РФ использует собст­венное и импортное сырьё. Сырьевые ресурсы России представ­лены бокситами, которые добываются на Урале (около городов Североуральск, Сулея) и в Северо-Западном экономическом рай­оне (Тихвинское месторождение в Ленинградской области), а также нефелинами Кольского полуострова (у города Кировск) и Сибири (Кия-Шалтырское месторождение). Также сырье для алюминиевой промышленности России импортируется (и бокси­ты, и глинозем).

География расположения алюминиевых заводов разнооб­разна, однако почти всœе они (за исключением Уральских) в какой-либо мере удалены от сырья, но находятся вблизи источни­ков дешевой электроэнергии - ГЭС (Волгоград, Волхов, Канда­лакша, Надвоицы, Братск, Шелœехов, Красноярск, Сояногорск) или крупных энергетических установок, действующих на деше­вом топливе (Новокузнецк, Ачинск).

До слияния Иркутского и Уральского алюминиевых заво­дов (в 1996 г) выпуск первичного алюминия в России производи­ли 11 заводов, суммарная мощность которых более 3 млн. т ме­талла в год. В настоящий момент более 75 % выпуска продукция отрасли приходится на долю четырех крупных алюминиевых за­водов: Братского, Красноярского, Саянского и Новокузнецкого. Причем, Братский и Красноярский алюминиевые заводы по объ­ему производства являются одними из самых крупных в мире.

По сравнению с другими отраслями цветной металлургии в алюминиевой промышленности произошло наименьшее падение производства. За период 90-х годов объём выпуска первичного алюминия снизился незначительно.

Наша страна по-прежнему находится в группе мировых ли­деров как по производству первичного алюминия (второе место после США), так и по выплавке алюминия из вторичного сырья (наряду с США, Японией, ФРГ, Италией, Францией и Велико­британией) и входит в первую шестерку стран-экспортёров пер­вичного алюминия в мире.

Медная промышленность. Основные месторождения мед­ных руд в России (медные колчеданы) находятся на Урале: Крас-ноуральское, Ревдинское, Сибайское, а также лучшее в стране Гайское месторождение, руды которого в среднем содержат 4 % меди. В будущем намечается выработка уникального Удоканско-го месторождения медных руд в Сибири.

Рафинирование, как заключительная стадия производства меди, мало связанно с сырьевыми базами. Предприятия, специа­лизирующиеся на этой стадии производства, находятся либо там, где есть металлургический передел (заводы Уральского эконо­мического района), либо в районах массового потребления гото­вой продукции (Москва, Санкт-Петербург).

Свинцово-цинковая промышленность характеризуется более сложным размещением производства, но в целом приуро­чена к районам распространения и добычи полиметаллических руд. Это Северный Кавказ (Садонское месторождение) Западная Сибирь - Кузбасс (Салаирское месторождение), Забайкалье (Нер-чинские месторождения Читинской области) и Дальний Восток -Приморский край (Дальнегорск, Хрустальный). Обогащение ру­ды и металлургический предел часто отрываются друг от друга, так как свинцово-цинковые концентраты содержат много полез­ных компонентов и вполне транспортабельны.

По производству свинцово-цинковых концентратов без ме­таллургического передела выделяется Забайкалье; по производ­ству металлического свинца и цинковых концентратов - Кузбасс (Белово); по выплавке свинца и цинка - Северный Кавказ (Са-дон); по производству металлического цинка из привозных кон­центратов - Урал (Челябинск).

Никелœевая промышленность получила развитие: в Се­верном экономическом районе (Мончегорск) на базе разведанных никелœевых месторождений Кольского полуострова и медно-никелœевых концентратах из Норильска; на Урале (Верхний Уфалей, Орск, Реж) - на местном и привозном сырье; в Восточной Сибири (Норильск) - на медно-никелœевых рудах Талнахского ме­сторождения Красноярского края (Таймырского автономного ок­руга).

В 90-е годы производство базовых видов продукции цвет­ной металлургии за исключением выплавки свинца сильно сокра­тилось: по выплавке свинца по сравнению с 1990 ᴦ. больше чем на 50 %, олова, цинка, никеля - на 35- 40 % и т.д.

Цветная металлургия - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Цветная металлургия" 2017, 2018.

Цветные металлы делятся по их физическим свойствам и назначению на несколько групп:

• тяжелые — медь, свинец, цинк, олово, никель;
• легкие — алюминий, магний, титан, литий и др.;
• малые — висмут, кадмий, сурьма, мышьяк, кобальт, ртуть:
• легирующие — вольфрам, молибден, тантал, ниобий, ванадий;
• благородные — золото, серебро, платина и платиноиды;
• редкие и рассеянные — цирконий, галлий, индий, таллий, германий, селен и др.

Цветная металлургия России выпускает около 70 различных видов металлов. Такой полный набор производства имеют три страны мира — США, Германия, Япония.

Особенности сырьевой базы цветной металлургии:

• крайне низкое в количественном отношении содержание полезных компонентов в сырье (медные от 1 до 5%, свинцо-цинковые от 1,5 до 5,5% и т.д.), т.е. для получения 1 т меди требуется переработать не менее 100 т руды;
• исключительная многокомпонентностьсырья (например: уральские колчеданы содержат медь, железо, серу, золото, кадмий, серебро и другие, в обшей сложности до 30 элементов);
• высокая топливоемкость и энергоемкость сырья в процессе его обработки.

Особенностью цветной металлургии является высокая энергоемкость сырья в процессе его подготовки к металлургическому переделу и переработке. В связи с этим различают топливоемкие и электроемкие производства. Высокая топливоемкость характерна, например, для производства никеля, глинозема из нефелинов, черновой меди. Повышенной электроемкостью отличается производство алюминия, магния, кальция, титана и др. В целом по отрасли доля топливно-энергетических затрат составляет от 10 до 50-65% общих затрат на I т производимой продукции. Эта особенность производства обусловливает размещение отраслей цветной металлургии в регионах, наиболее обеспеченных электроэнергией.

Отрасли цветной металлургии

Основные отрасли цветной металлургии:

• алюминиевая промышленность;
• медеплавильная или медная промышленность;
• свинцово-цинковая промышленность;
• никель-кобальтовая промышленность;
• оловодобывающая промышленность;
• золотодобывающая промышленность;
• алмазодобывающая промышленность.

Необходимо отметить, что в размещении цветной металлургии обычно не выделяют четко ограниченных ареалов размещения (или металлургических баз). Это объясняется двумя причинами: во-первых, цветная металлургия имеет сложную отраслевую структуру; во-вторых, во многих подотраслях существует территориальный разрыв между добычей и обогащением сырья и выплавкой готового металла.

Алюминиевая промышленность

Алюминий обладает высокими конструкционными свойствами, легкостью, достаточной механической прочностью, высокой тепло- и электропроводностью, что обеспечивает его применение в машиностроении, строительстве, производстве товаров народного потребления. Алюминиевые сплавы (дюралюминий, силумин и др.) по механическим свойствам не уступают высокосортным сталям.

Основным сырьем для производства алюминия являются бокситы, также используются нефелины и алуниты, являющиеся комплексным сырьем. Технологический процесс складывается из двух основных стадий: производства глинозема и производства металлического алюминия. Территориально эти процессы во многих случаях разобщены, так как первая стадия является материалоемкой и тяготеет к источникам сырья, а вторая ориентируется в своем размещении на источники дешевой энергии.

В России все центры производства металлического алюминия (за исключением уральских) в той или иной мере удалены от сырья, находясь вблизи гидроэлектростанций (Волгоград, Волхов, Кандалакша, Надвоицы, Братск, Шелехов, Красноярск, Саяногорск) и отчасти там, где действуют крупные энергетические установки на дешевом топливе (Новокузнецк).

Совместное производство глинозема и алюминия осуществляется в Северо-Западном районе (Волхов) и на Урале (Краснотурьинск и Каменск-Уральский).

Алюминиевая промышленность среди остальных отраслей цветной металлургии выделяется наиболее крупными масштабами производства. Самые мощные предприятия по глинозему действуют в Ачинске, Краснотурьинске, Каменске-Уральском и Пикалеве, по алюминию — в Братске, Красноярске, Саяногорске и Иркутске (Шелехове). В Восточной Сибири производится почти 4/5 общего объема алюминия в стране.

Отечественный рынок алюминиевой продукции до 2007 г. был представлен двумя компаниями: «СУАЛ-холдинг» (группа СУАЛ) и «Русский алюминий» («РУСАЛ»).

В 2006-2007 гг. произошло объединение алюминиевых и глиноземных активов компании «РУСАЛ», занимавшей третье место в мире по производству алюминия, группы СУАЛ, входившей в десятку ведущих мировых производителей алюминия, и швейцарской компании Glencore и создана крупнейшая в мире алюминиевая корпорация «Объединенная компания Российский алюминий» (ОК РУСАЛ).

Главная особенность компании — вертикальная интеграция в составе производственного цикла последовательных технологических переделов по добыче и переработке сырья, выпуску первичного металла, а также полуфабрикатов и готовой продукции из алюминия и его сплавов.

Медеплавильная или медная промышленность

Медь обладает высокой электропроводностью и ковкостью, находит широкое применение в машиностроении, особенно в электротехнической промышленности, сооружении линий электропередачи и связи, а также в производстве сплавов с другими металлами.

Медная промышленность из-за относительно низкого содержания концентратов приурочена (исключая рафинирование чернового металла) к районам, располагающим сырьевыми ресурсами.

Основной тип руд, используемых сейчас в России для производства меди, медные колчеданы, которые представлены в основном на Урале (Красноуральское, Ревдинское, Блявинское, Сибайское, Гайское и другие месторождения). Важным резервом служат медистые песчаники, сосредоточенные в Восточной Сибири (Удоканское месторождение). Встречаются также медно-молибденовые руды. В качестве дополнительного сырья используют медно-никелевые и полиметаллические руды.

Основной район производства меди — Урал, для которого характерно преобладание металлургического передела над добычей и обогащением. Поэтому здесь вынуждены использовать привозные (большей частью, казахстанские) концентраты.

На Урале функционируют предприятия по производству черновой меди и ее рафинированию. К первым принадлежат Красноуральский, Кировоградский, Среднеуральский (Ревда), Карабашский и Медногорский медеплавильные, ко вторым — Кыштымский, Верхнепыменский медеэлектролитные заводы.

Характерна широкая утилизация отходов в химических целях. На медеплавильных предприятиях Красноуральска, Кировограда и Ревды сернистые газы служат исходным сырьем для производства серной кислоты. В Красноуральске и Ревде на основе серной кислоты и привозных апатитовых концентратов производятся фосфатные удобрения.

В дальнейшем намечено вовлекать в оборот новые источники сырья для производства меди. Для освоения уникального Удоканс- кого месторождения в Восточной Сибири создана одноименная горная компания (УГК) с участием американо-китайского капитала. Месторождение — третье по величине в мире — расположено недалеко от станции Чара на БАМе.

Рафинирование, как заключительная стадия производства меди, непосредственно мало связано с сырьевыми базами. Фактически оно находится либо там, где есть металлургический передел, образуя специализированные предприятия, либо комбинируясь с выплавкой черного металла, либо в районах массового потребления готовой продукции (Москва, Санкт-Петербург, Кольчугино и др.). Благоприятным условием служит наличие дешевой энергии (на I т электролитической меди расходуется 3,5-5 кВт/ч).

Никель-кобальтовая промышленность

Никель, обладающий высокой твердостью, является легирующим металлом и используется в качестве защитного покрытия металлических изделий. Никель входит в состав ценных сплавов с другими цветными металлами.

Кобальт, добываемый из никелевых руд, используется для получения кобальтовых сплавов: магнитных, жаропрочных, сверхтвердых, коррозийностойких.

Никель-кобальтовая промышленность наиболее тесно связана с источниками сырья, что обусловлено низким содержанием промежуточных продуктов (штейн и файнштейн), получаемых в процессе переработки исходных руд. В России эксплуатируются руды двух видов: сульфидные (медно-никелевые), которые известны на Кольском полуострове (Никель) и в низовьях Енисея (Норильск), и окисленные — на Урале (Верхний Уфалей, Орск, Реж). Особенно богат сульфидными рудами Норильский район. Здесь выявлены источники сырья (Талнахское и Октябрьское месторождения), что дает возможность еще больше расширить металлургический передел по никелю.

Норильский район — крупнейший центр комплексного использования медно-никелевых руд. На действующем здесь комбинате, который объединяет все стадии технологического процесса — от сырья до готовой продукции, производятся никель, кобальт, платина (вместе с платиноидами), медь и некоторые другие редкие металлы. Путем утилизации отходов получают серную кислоту, соду и другие химические продукты.

ОАО * Горно-металлургическая компания „Норильский никель- крупнейшая в России и одна из крупнейших в мире компаний по производству драгоценных и цветных металлов. На его долю приходится более 20% мирового производства никеля, более 10% кобальта и 3% меди. На отечественном рынке на долю ОАО «ГМК „Норильский никель"» приходится около 96% всего производимого в стране никеля, 55% меди, 95% кобальта.

Свинцово-цинковая промышленность ориентируется на сырьевую и топливную базу: Кузбасс — Салаир, Забайкалье — Нерчинск, Дальний Восток — Дальнегорск и др. Развита оловянная промышленность на Дальнем Востоке: Шерловогорский, Хрустальненский, Солнечный ГОК.

Алмазодобывающая промышленность. Алмазы — одна из важнейших доходных статей отечественного экспорта. Ежегодно от их продажи страна получает около 1,5 млрд долл. В настоящее время почти все отечественные алмазы добываются в Якутии. В двух алмазоносных районах бассейна реки Вилюй действуют несколько рудников, в том числе такие известные, как «Юбилейный» и «Удачный» (85% общего объема добычи). На территории восточных районов страны алмазы найдены также в Восточной Сибири (Красноярский край и Иркутская область). Акционерная компания «АЛ РОСА» — один из мировых лидеров в области разведки, добычи и реализации алмазов, производства бриллиантов. АК «АЛ РОСА» добывает 97% всех алмазов Российской Федерации. Доля компании в мировом объеме добычи алмазов составляет 25%.

Перспективы развития намечены в федеральных программах: «Развитие рудной базы цветной металлургии», «Национальная программа развития металлургии России».

История человечества насчитывает не одну тысячу лет. На протяжении всего периода существования нашей расы отмечается стабильный технический прогресс, немаловажную роль в котором сыграло умение человека обращаться с металлом, создавать и добывать его. Поэтому вполне логично, что металлургия - это то, без чего невозможно представить наш быт, нормальное выполнение рабочих обязанностей и многое другое.

Определение

Прежде всего стоит разобраться с тем, как по-научному, с технической точки зрения, называют современную сферу производства.

Итак, металлургия - это раздел науки, техники, который охватывает процесс получения различных металлов из руды или иных материалов, а также все процессы, имеющие связь с трансформацией химического состава, свойств и структуры сплавов.

Структура

На сегодняшний день металлургия - это мощнейшая отрасль промышленности. Кроме того, она - обширное понятие, которое включает в себя:

• Непосредственное производство металлов.
• Обработку металлических изделий как в горячем, так и холодном виде.
• Сварку.
• Нанесение различных металлических покрытий.
• Раздел науки - материаловедение. Данное направление в теоретическом изучении физико-химических процессов ориентируется на познание поведения металлов, сплавов и интерметаллидов.

Разновидности

Во всем мире существует две основные отрасли металлургии - черная и цветная. Такая градация сложилась исторически.

Черная металлургия заключается в обработке железа и всех сплавов, в котором оно присутствует. Также эта отрасль подразумевает извлечение из недр земли и последующее обогащение руд , сталелитейное и чугунолитейное производство, прокат заготовок, производство ферросплавов.

К цветной металлургии причисляют работу с рудой любого металла, кроме железа. Кстати, условно делят на две большие группы:

Тяжелые (никель, олово, свинец, медь).

Легкие (титан, магний, алюминий).

Научные решения

Несомненно, что металлургия - это деятельность, требующая внедрения инновационных технологий. В связи с этим многие страны нашей планеты активно ведут исследовательские работы, целью которых является изучение и применение на практике самых разнообразных микроорганизмов, которые помогли бы решить, например, такой злободневный вопрос, как очистка сточных вод, являющихся обязательной составляющей металлургического производства. Помимо этого, уже стали реальностью такие процессы, как биологическое окисление, осаждение, сорбция и прочие.

Разделение по технологическому процессу

Заводы металлургии можно условно причислить к двум основным группам:

Пирометаллургии, где процессы протекают при очень высоких температурах (плавка, обжиг);

Гидрометаллургии, которая заключается в извлечении металлов из руд при помощи воды и прочих водных растворов с использованием химических реактивов.

Принцип выбора места постройки металлургического завода

Для того чтобы понять, на основе каких выводов принимается решение о возведении предприятия в том или ином месте, стоит рассмотреть основные факторы размещения металлургии.

В частности, если вопрос касается дислокации завода цветной металлургии, то здесь на первый план выходят такие критерии, как:

• Наличие энергоресурсов. Производство, связанное с обработкой легких цветных металлов, требует колоссального количества электрической энергии. Поэтому подобные предприятия возводят максимально близко к гидроэлектростанциям.
• Требуемое количество сырья. Разумеется, что чем ближе находятся залежи руды, тем, соответственно, лучше.
• Экологический фактор. К сожалению, страны постсоветского пространства не могут быть отнесены в категорию, где предприятия металлургии являются экологически безопасными.

Таким образом, размещение металлургии - сложнейший вопрос, решению которого следует уделять самое пристальное внимание с учетом всевозможных требований и нюансов.

Для формирования максимально подробной картины в описании обработки металлов важно указать на ключевые участки данного производства.

Предприятия черной металлургииимеют в своем составе несколько так называемых переделов. Среди них: аглодоменный, сталеплавильный, прокатный. Рассмотрим каждый из них детальнее.

Доменное производство

Именно на этом этапе осуществляют освобождение железа непосредственно из руды. Происходит это в доменной печи и при температуре свыше 1000 градусов Цельсия. Таким образом происходит выплавка чугуна. Свойства его будут напрямую зависеть от протекания процесса плавки. Регулируя плавление руды, можно в конечном счете получить один из двух передельный (используют в дальнейшем для производства стали) и литейный (из него отливают чугунные заготовки).

Производство стали

Соединяя железо с углеродом и, при необходимости, с различными легирующими элементами, в итоге получают сталь. Методов ее выплавки достаточно количество. Особо отметим кислородно-конверторный и электроплавильный, которые являются самыми современными и высокопродуктивными.

Конверторная плавка характеризуется своей скоротечностью и получением в итоге стали с требуемым химическим составом. Основу процесса составляет продувка кислородом через фурму, в результате чего чугун окисляется и трансформируется в сталь.

Электросталеплавильный способ - самый эффективный. Именно благодаря использованию дуговых печей можно выплавить самые качественные легированные марки стали. В подобных агрегатах нагрев загруженного в них металла происходит очень быстро, при этом есть возможность добавлять необходимое количество легирующих элементов. Кроме того, получаемая таким методом сталь имеет низкое содержание неметаллических включений, серы и фосфора.

Легирование

Этот процесс заключается в изменении состава стали посредством внедрения в нее рассчитанных концентраций вспомогательных элементов для последующего придания ей определенных свойств. В числе наиболее часто применяемых легирующих компонентов значатся: марганец, титан, кобальт, вольфрам, алюминий.

Прокат

Многие заводы металлургииимеют в своем составе прокатную группу цехов. В них производят как полуфабрикаты, так и уже полностью готовую продукцию. Сущность процесса заключается в пропуске металла в зазоре между вращающимися в противоположных направлениях стана. Причем ключевым моментом является то, что расстояние между валками должно быть меньше, чем толщина пропускаемой заготовки. За счет этого металл втягивается в просвет, перемещается и в итоге деформируется до заданных параметров.

После каждого пропуска зазор между валками делают меньше. Важный момент - зачастую металл недостаточно пластичен в холодном состоянии. И потому для обработки его заранее подогревают до требуемой температуры.

Потребление вторичного сырья

В современных условиях рынок потребления вторсырья как черных, так и цветных металлов неуклонно развивается. Во многом это обусловлено тем, что ресурсы руды, к огромному сожалению, не являются возобновляемыми. Каждый год их добычи существенно снижает запасы. Учитывая тот факт, что потребности в металлопродукции в машиностроении, строительстве, авиастроении, судостроении и прочих отраслях народного хозяйства неуклонно растут, вполне разумным выглядит решение развивать переработку уже отработавших свой ресурс деталей и изделий.

Можно с уверенностью утверждать, что развитие металлургии в некоторой степени объясняется и позитивной динамикой сегмента отрасли - использованием вторичного сырья. При этом переработкой металлолома занимаются и крупные, и мелкие компании.

Мировые тенденции развития металлургии

В последние годы наблюдается чёткое повышение объемов выпуска металлопроката, стали и чугуна. Во многом это объясняется настоящей экспансией Китая, который стал одним из ведущих планетарных игроков на рынке металлургического производства.

При этом различные факторы металлургии позволили Поднебесной отвоевать себе практически 60% всего мирового рынка. Остальную десятку основных производителей составили: Япония (8%), Индия и Соединенные Штаты Америки (6%), Россия и Южная Корея (5%), Германия (3%), Турция, Тайвань, Бразилия (2%).

Если же рассматривать отдельно 2015 год, то наблюдается тенденция снижения активности производителей металлопродукции. Причем самый большой спад отмечен в Украине, где был зафиксирован результат, который на 29,8% ниже прошлогоднего.

Новые технологии в металлургии

Как и любая другая промышленность, металлургия просто немыслима без разработки и внедрения на практике инновационных разработок.

Так, сотрудники Нижегородского государственного университета разработали и начали внедрять в практику новые наноструктурированные износостойкие твердые сплавы, в основе которых лежит карбид вольфрама. Основное направление применения новшества - производство современного металлообрабатывающего инструмента.

Кроме того, в России был модернизирован колосниковый барабан со специальной шаровой насадкой с целью создания новой технологии переработки жидкого шлака. Это мероприятие было выполнено на основе государственного заказа Министерства образования и науки. Такой шаг полностью себя оправдал, поскольку его результаты в итоге превзошли все ожидания.

Крупнейшие предприятия металлургии в мире

• Arcelor Mittal - компания с главным офисом в Люксембурге. Ее доля составляет 10% всего мирового производства стали. В России компании принадлежат шахты Березовская, Первомайская, Анжерская, а также "Северсталь-групп".
• Hebei Iron & Steel - гигант из Китая. Он полностью принадлежит государству. Помимо производства, компания занимается добычей сырья, его транспортировкой и проведением научно-исследовательских работ. На заводах компании используются исключительно новые разработки, и самые современые технологические линии что позволило китайцам научиться производить ультратонкие стальные плиты и сверхтонкий холоднокатанный лист.
• Nippon Steel - представитель Японии. Менеджмент компании, которая начала свою работу еще в 1957 году, стремится к объединению с другим предприятием, именуемым Sumitomo Metal Industries. По мнению экспертов, такое слияние позволит достаточно быстро выйти японцам на первое место в мире, обогнав всех своих конкурентов.

Многие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Производство цветных металлов и сплавов

Железо и его сплавы - чугун и сталь - называют черными металлами. Все остальные металлы относятся к категории цветных, в том числе и благородные металлы - золото, серебро, платина.

Разнообразие цветных металлов и обусловило разные методы их получения.

Как и черные металлы, цветные получают из рудного концентрата - предварительно обогащенной руды. Но здесь процесс обогащения сложнее, поскольку многие руды являются полиметаллическими и содержат массу сопутствующих как ценных элементов, так и вредных примесей. Например, среднее содержание меди в рудах составляет всего 1-2%.

Сложность получения цветных металлов хорошо видна на примере меди.

Извлечение меди из руд производится двумя способами: гидрометаллургическим и пирометаллургическим. Более широкое применение получил пирометаллургический способ, включающий следующие операции:

• - обогащение руд с получением концентрата;
• - обжиг концентрата;
• - плавку на медный штейн-сплав;
• - получение черновой меди;
• - рафинирование.

После обогащения рудные концентраты подвергают обжигу для частичного удаления (до 50%) серы. Руда, прошедшая обжиг, направляется на дальнейшую переработку, а образовавшийся сернистый газ S0 2 используется для производства серной кислоты.

Плавка на штейн проводится в отражательных пламенных печах и электропечах. В их рабочем пространстве развивается температура до 1600 °С. На поддоне печи постепенно скапливаются жидкие продукты плавки: шлак и штейн-сплав, состоящий, в основном, из сульфидов меди и железа, а также небольшого количества примесей. Штейн по мере накопления выпускают в ковш. В расплавленном состоянии штейн подают в конвертер (рис. 29) для переработки в черновую медь. На поверхность штейна загружают кварцевый песок для шлакования при продувке воздухом оксидов железа. Образовавшийся шлак сливают и направляют на повторную переработку в отражательные печи для извлечения меди. Оставшийся штейн приобретает белый цвет и состоит в основном из сульфидов меди. Содержание меди в белом штейне составляет около 80%. После чего расплавленный белый штейн продувают воздухом и получают черновую медь, которая содержит до 2% примесей железа, серы, цинка, никеля, свинца и др. Ее разливают в слитки и отправляют на рафинирование.

Рис. 29.

• 1 - фурмы воздушного дутья; 2 - футерованный кожух; 3 - зубчатая передача;
• 4 - обод; 5 - горловина для заливки штейна; 6 - отверстие для загрузки флюса;
• 7 - воздухопровод; 8 - опорные ролики; 9 - электродвигатель с редуктором

Рафинирование черновой меди проводят огневым и электролитическим способами.

При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенные печи и после расплавления продувают воздухом с целью окисления меди и растворенных в ней примесей. Образовавшиеся оксиды примесей нерастворимы в меди и удаляются в шлак. Затем металл раскисляют и перемешивают природным газом для удаления растворенных в нем газов.

После огненного рафинирования расплав содержит 99,5-99,7% меди. Полученную медь разливают в слитки или анодные пластины для электролитического рафинирования.

Электролиз меди проводят в ваннах, футерованными кислотостойкими материалами, например, листовым свинцом, асфальтом, керамическими плитами. Электролитом служит 15%-ный раствор медного купороса в серной кислоте. В электролит погружают анодные пластины черновой меди и катоды, представляющие собой тонкие листы из чистой электролитической меди. При включении постоянного тока происходит растворение металла анодов, а на катоде происходит осаждение металлической меди. Электролитическая медь имеет более высокую чистоту от примесей и содержит до 99,98% Си.

Катодную медь переплавляют в плавильных печах, разливают в слитки и отправляют для проката на лист, трубы и проволоку, а также для выплавки сплавов меди - латуней и бронз.

Цветная металлургия – это не только комплекс мероприятий по получению цветных металлов (добыча, обогащение, металлургический передел, получение отливок чистых металов и сплавов на их основе), но и переработка лома цветных металлов.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, и цветные металлы на сегодняшний день широко используются для разработки инновационных конструкционных материалов. Только отечественная металлургическая промышленность выпускает порядка 70 видов сплавов, используя разнообразное сырье.

В связи с низким содержанием необходимого компонента в руде и примесей других элементов, цветная металлургия является энергозатратным производством и имеет сложную структуру. Так, меди в руде содержится не более 5%, а цинка и свинца не более 5,5%. Колчеданы, добываемые на Урале, многокомпонентные, и в их составе находится порядка 30 химических элементов.

Цветные металлы подразделяются на шесть категорий, согласно своим физическим свойствам и предназначению:

1. Тяжелые. Имеют высокую плотность, соответственно, и вес. К ним относятся Cu, Ni, Pb, Zn, Sn.
2. Легкие. Имеют малый вес из-за незначительной удельной плотности. К ним относятся: Al, Mg, Ti, Na, Ka, Li.
3. Малые: Hg, Co, Bi, Cd, As, Sb.
4. Легирующие. В основном используются для получения сталей и сплавов с необходимыми качествами. Это W, Mo, Ta, Nb, V.
5. Благородные. Широко известны и используются для изготовления ювелирных украшений. Среди них Au, Ag, Pt.
6. Редкоземельные, рассеянные: Se, Zr, Ga, In, Tl, Ge.

Специфика отрасли

Руды цветных металлов, как было выше сказано, содержат малое количество добываемого элемента. Поэтому на тонну той же меди необходимо до 100 т руды. Из-за большой потребности в сырье цветная металлургия, по большей части, располагается вблизи своей сырьевой базы.

Цветные руды для своей переработки требуют большого количества топлива или электроэнергии. Энергетические затраты достигают половины общих затрат, связанных с выплавкой 1 т металла. В связи с этим металлургические предприятия располагаются в непосредственной близости от производителей электроэнергии.

Производство редких металлов в основном основано на восстановлении из соединений. Сырье поступает с промежуточных этапов обогащения руд. Из-за небольших объемов и трудности производства получением редких металлов занимаются лаборатории.

Состав отрасли

Виды цветной металлургии включают в себя отрасли, связанные с получением определенных видов металлов. Так, укрупнено можно выделить следующие отрасли:

• производство меди;
• производство алюминия;
• производство никеля и кобальта;
• производство олова;
• производство свинца и цинка;
• добыча золота.

Получение никеля тесно связано с местом добычи никелевых руд, которые расположены на Кольском полуострове и в Норильском районе Сибири. Многие отрасли цветной металлургии отличаются многоступенчатым металлургическим переделом промежуточных продуктов.

На этом основании эффективен комплексный подход. Это сырье для получения других сопутствующих металлов. Утилизация отходов сопровождается получением материалов, использующихся не только в других отраслях тяжелого машиностроения, но и в химической и строительной отраслях.

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

Основными этапами получения чистой меди являются выплавка черновой меди и ее дальнейшее рафинирование. Черновая медь добывается из руд, а низкая концентрация меди в уральских медных колчеданах и большие ее объемы не позволяют перенести производственные мощности с Урала. В качестве резерва выступают: медистые песчаники, медь-молибденовые, медь-никелевые руды.

Рафинирование меди и переплавка вторичного сырья производится на предприятиях, которые удалены от источников добычи и первичной плавки. Благоприятствует им низкая стоимость электричества, так как для получения тонны меди расходуется до 5 кВт энергии в час.

Утилизация сернистых газов с последующей переработкой послужила стартом для получения серной кислоты в химической промышленности. Из остатков апатитов производит фосфатные минеральные удобрения.

Получение свинца и цинка

Металлургия цветных металлов, таких как свинец и цинк, имеет сложную территориальную разобщенность. Добычу руды ведут на Северном Кавказе, в Забайкалье, Кузбассе и на Дальнем Востоке. А обогащение и металлургический передел проводится не только возле мест выемки руды, но и на других территориях с развитой металлургией.

Свинцовые и цинковые концентраты богаты на химическую элементную базу. Однако сырье имеет разное процентное содержание элементов, из-за чего не всегда цинк и свинец можно получить в чистом виде. Поэтому технологические процессы в районах различны:

1. В Забайкалье получают только концентраты.
2. На Дальнем Востоке получают свинец и цинковый концентрат.
3. На Кузбассе получают цинк и свинцовый концентрат.
4. На Северном Кавказе ведут передел.
5. На Урале производят цинк.

Металлургия легких металлов

Наиболее распространенным легким металлом является алюминий. Сплавы на его основе обладают свойствами, присущими конструкционным и специальным сталям.

Для получения алюминия сырьем являются бокситы, алуниты, нефелины. Производство разделено на две стадии:

1. На первой стадии получают глинозем и необходим большой объем сырья.
2. На второй стадии электролитическим методом производят алюминий, на что требуется недорогая энергия. Поэтому этапы производства находятся на разных территориях.

Получение алюминия и сплавов сосредоточено в промышленных центрах. Сюда же поставляется лом на вторичную переработку, что в итоге снижает себестоимость готовой продукции.