Искусство металлургии
На самом деле научное значение металлургии сформировалось гораздо раньше, чем экономическое. Металлургией изначально называлось искусство извлечения металлов из руд, и только в наши дни металлургия стала самостоятельной индустрией и отраслью народного хозяйства.
Металлургия — наука о промышленной добыче металлов. Еще в XVI веке ученый и врач Георг Агрикола (настоящее имя — Георг Бауэр) заложил основы современной науки, написав «12 книг о металлах». В них, в частности, говорится о том, что главной задачей металлургии является плавление добытой руды «с пользой для дела». Это значит, что посредством различных процессов нужно отделять от руды шлаки и получать из нее чистые металлы.
В отрывке из трудов Агриколы сказано: «Подвергая руду нагреванию, обжигу и прокаливанию, удаляют этим часть веществ, примешанных к металлу. Много отнимается примесей при дроблении руды в ступах, еще более при промывке, грохочении и сортировке. Однако этим путем еще нельзя отделить всё, что скрывает металл от глаз. Плавка необходима, так как только посредством ее горные породы и затвердевшие соки отделяются от металлов, которые приобретают свойственный им цвет, очищаются и становятся во многих отношениях полезны человеку».
Действительно, плавка — этот физико-химический процесс сегодня называется пирометаллургическим — и в наши дни является частью металлургии, однако это не единственный метод и не единственная возможная технология добычи металлов. На пирометаллургических процессах базируется получение самых крупных по объему производства металлургических продуктов — чугуна и стали, также выплавляется ряд других ценных металлов и сплавов. Однако в конце XIX века появилась и еще одна получившая распространение технология — гидрометаллургия.
В общем случае считается, что гидрометаллургические процессы необходимы для добычи редких, рассеянных, особо ценных металлов, но такой принцип действует не всегда. К примеру, даже медь довольно часто добывают с помощью гидрометаллургии.
Пирометаллургические процессы основаны на химических реакциях обжига. При этом обжиг может быть окислительным (так появляется сталь), восстановительным, сульфатизирующим (так появляются медь, свинец, цинк) и т. д. Процессы гидрометаллургии — выщелачивание и осаждение металлов из растворов, экстракция, сорбция металлов. Так, скажем, с помощью серной кислоты выщелачивают медь, цинк, уран, с помощью соды — молибден, вольфрам.
Несмотря на то что гидрометаллургия — более поздняя по времени возникновения технология, пирометаллургический и гидрометаллургический процессы не стоит противопоставлять. Они нередко сопутствуют или предшествуют друг другу (гидрометаллургические процессы — пирометаллургическим). После того как металлы получены тем или иным путем, они проходят стадии очистки (рафинирования) и термической обработки с целью улучшения их физико-химических свойств, чаще всего прочности.
Особыми видами металлургических процессов сегодня также являются электрометаллургия, порошковая металлургия и металлотермия. К примеру, порошковая металлургия основана на применении порошков металлов. Их частицы очень маленькие — размером от 0,1 мкм до 0,5 мм; их сначала спрессовывают, а затем спекают. Также во многих странах происходит изучение и внедрение различных новейших металлургических технологий, например биовыщелачивания, биоокисления, биосорбции, биоосаждения, очистки растворов.
История металлургии
Следы развития металлургии находят в различных культурах и цивилизациях в различные времена, вплоть до 7-6-го тысячелетий до нашей эры.
Первые свидетельства того, что человек добывал металлы, были обнаружены археологами на территориях нынешней Сербии, Болгарии, Испании, Великобритании. Ученые находили там, в частности, медные топоры. Позже люди научились добывать не только медь, но и олово из горной породы, и в 3500-х годах до нашей эры наступил так называемый бронзовый век. Вслед за медью люди стали использовать и железо. Считается, что технология добычи этого металла была изобретена народом хеттов (индоевропейский народ Малой Азии) примерно в 1200 году до нашей эры, и это стало началом железного века.
Впоследствии появлялись всё новые технологии: из железа и других металлов и примесей изготавливали различные орудия для войны и сельского хозяйства, использовались металлы и в строительстве городов. В связи с этим повсеместно развивалась и металлургическая индустрия — от восточных кочевников, которым было известно искусство кузнечного ремесла, и жителей Китая, которые научились получать жидкий чугун, до Индии, где из металлов создавались колонны, на которых до сих пор нет ни толики ржавчины, и древних римлян, занимавшихся горной добычей и ковкой. При этом считается, что основателями металлургии как промышленности являются китайцы, так как многие методы, устройства и технологии этой науки были придуманы именно в Древнем Китае, а потом европейцы освоили это ремесло, изобретя доменные печи, чугун, сталь и др.
Современная история развития металлургии в России начинается со строительства на Урале первых металлургических заводов в начале XVIII века и создания горнозаводских округов, включавших не только заводы, но и рудники, прииски, леса, каменоломни, вспомогательное производство.
Индустрия металлургии
Сегодня к металлургии относятся:
— производство металлов;
— получение сплавов;
— обработка металлов;
— сварка;
— нанесение покрытий из металлов;
— материаловедение, или изучение физико-химических свойств металлов и сплавов.
Смежные с металлургией отрасли — разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, оборудования, используемых в металлургии. Также с металлургией тесно связано производство огнеупорных материалов, коксохимия и др.
Металлургия подразделяется на черную и цветную. Это связано с тем, что металлы принято делить на черные (железо и сплавы) и все остальные. Нетрудно догадаться, что черная металлургия включает в себя добычу руд черных металлов, производство чугуна, стали, ферросплавов, прокат черных металлов, стальных, чугунных и других изделий. К цветной металлургии относят производство тяжелых цветных (медь, свинец, цинк, олово, никель) и легких цветных (алюминий, титан, магний) металлов.
Образование металлургов
Для добычи разных видов металлов предприятия используют разные методы и технологии, и они постоянно развиваются и совершенствуются, как и в других отраслях промышленности. Большинство процессов автоматизируется, применяется ИТ-моделирование и анализ. Это не может не отражаться и на процессе обучения специалистов металлургической индустрии, причем не только в профильных вузах, но и непосредственно на производстве. Нередко крупные металлургические предприятия разрабатывают и внедряют подобные образовательные программы.
Металлургия - (от греч. metallurgeo-добываю руду, обрабатываю металлы) - область науки и техники, отрасль промышленности . К металлургии относятся:
Производство металлов из природного сырья и других металлсодержащих продуктов;
Получение сплавов;
Обработка металлов в горячем и холодном состоянии;
Нанесение покрытий из металлов;
Область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.
К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.
Разновидности металлургии
Металлургия подразделяется на чёрную и цветную. Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов. К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов.
К чёрным металлам относят железо. Все остальные - цветные. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).
По основному технологическому процессу подразделяется на пирометаллургию (плавка) и гидрометаллургию (извлечение металлов в химических растворах). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.
Самыми распространенными металлами являются:
1) Алюминий
Чёрная металлургия
Чёрная металлургия служит основой развития машиностроения (одна треть производимого металла идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство).
Состав черной металлургии
В состав чёрной металлургии входят следующие основные подотрасли:
Добыча и обогащение руд чёрных металлов (железная, хромовая и марганцевая руда)
Добыча и обогащение нерудного сырья для чёрной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т. п.);
Производство чёрных металлов (чугуна, углеродистой стали, проката, металлических порошков чёрных металлов);
Производство стальных и чугунных труб;
Коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа и пр.);
Вторичная обработка чёрных металлов (разделка лома и отходов чёрных металлов).
Металлургический цикл черной металлургии
Собственно металлургическим циклом является производство
1) чугунно-доменное производство,
2) стали (мартеновское, кислородноконвертерное и электросталеплавильное), (непрерывная разливка, МНЛЗ),
3) проката (прокатное производство).
Предприятия, выпускающие чугун, углеродистую сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла.
Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий чёрной металлургии являются комбинаты.
В размещении чёрной металлургии полного цикла большую роль играет сырьё и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей.
Цветная металлургия
Цветная металлургия - отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний). На основании этого деления различают металлургию лёгких металлов и металлургию тяжёлых металлов.
Размещение предприятий отрасли
Размещение предприятий цветной металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль, помимо сырья, играет топливно-энергетический фактор.
На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).
Тяжёлые металлы
Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.
По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также по выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район, на территории которого выделяются Красноуральский, Кировградский, Среднеуральский, Медногорский комбинаты.
Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерченское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток).
Центром Никель-Кобальтовой промышленности являются города: Норильск (Восточная Сибирь), Никель и Мончегорск (Северный экономический район).
Лёгкие металлы
Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии - важнейший принцип их размещения.
Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (город Североуральск), нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах добычи выделяют окись алюминия - глинозём. Получение из него металлического алюминия требует больших затрат электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской и др.)
Титано-магниевая промышленность размещается преимущественно на Урале, как в районах добычи сырья (Березниковский титано-магниевый завод), так и в районах дешёвой энергии (Усть-Каменогорский титано-магниевый завод). Заключительная стадия титано-магниевой металлургии - обработка металлов и их сплавов - чаще всего размещается в районах потребления готовой продукции.
История
Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н. э. и были найдены в Майданпеке, Плочнике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре Винча), Болгарии (5000 лет до н. э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определён.
В культуре ранних времён присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» - египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н. э. Но, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, названный бронзой, люди в 3500 годы до н. э. вступили в Бронзовый век.
Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян.
Следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т. д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т. п.).
Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.
Добывающая металлургия
Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.
Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом либо отходом.
Горные работы не обязательны, если руда и окружающая среда позволяют провести выщелачивание. Таким путём можно растворить минерал и получить обогащённый минералом раствор.
Зачастую руда содержит несколько ценных металлов. В таком случае отходы одного процесса могут быть использованы в качестве сырья для другого процесса.
Свойства металлов
Металлы в целом обладают следующими физическими свойствами:
Твердость.
Звукопроводность.
Высокая температура плавления.
Высокая температура кипения.
При комнатной температуре металлы находятся в твёрдом состоянии (за исключением ртути, единственного металла, находящегося в жидком состоянии при комнатной температуре).
Отполированная поверхность металла блестит.
Металлы - хорошие проводники тепла и электричества.
Обладают высокой плотностью.
Применения металлов
Медь обладает пластичностью и высокой электропроводностью. Именно поэтому она нашла свое широкое применение в электрических кабелях.
Золото и серебро очень тягучи, вязки и инертны, поэтому используются в ювелирном деле (особенно золото, которое не окисляется). Золото также используется для изготовления неокисляемых электрических соединений.
Железо и сталь обладают твердостью и прочностью. Благодаря этим их свойствам они широко используются в строительстве.
Алюминий ковок и хорошо проводит тепло. Он используется для изготовления кастрюль и фольги. Благодаря своей низкой плотности - при изготовлении частей самолётов.
Сплавы
Сплав - макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.
Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.
Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).
Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.
Сплавы, используемые в промышленности различаются по своему предназначению.
Конструкционные сплавы:
Дюралюминий
Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):
Для заливки подшипников:
Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:
Манганин
Для изготовления режущих инструментов:
Победит
В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.
Наиболее часто используются сплавы алюминия, хрома, меди, железа, магния, никеля, титана и цинка. Много усилий было уделено изучению сплавов железа и углерода. Обычная углеродистая сталь используется для создания дешёвых, высокопрочных изделий, когда вес и коррозия не критичны.
Нержавеющая или оцинкованная сталь используется, когда важно сопротивление коррозии. Алюминиевые и магниевые сплавы используются, когда требуются прочность и легкость.
Медно-никелевые сплавы (такие, как монель-металл) используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления ненамагничиваемых изделий. Суперсплавы на основе никеля (например, инконель) используются при высоких температурах (турбонагнетатели, теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.
Металл - основа, фундамент современной промышленности. От развития металлургии в значительной степени зависит рост всех отраслей народного хозяйства. Металлургической промышленности принадлежит исключительно важная роль в планомерном размещении социалистического производства, в образовании промышленных районов и центров.
В местах размещения крупных предприятий металлургии сосредоточиваются предприятия ряда отраслей промышленности - энергетической, химической, машиностроительной и др. Создание предприятий тяжелой индустрии в свою очередь вызывает большое транспортное строительство, ведет к возникновению крупных городов. Поэтому в практике размещения предприятий металлургической промышленности большое внимание уделяется проектно-изыскательским работам и технико-экономическим расчетам по обоснованию правильного выбора района строительства.
При решении вопросов размещения металлургических предприятий решающее значение имеет, как правило, наличие в районах строительства необходимой сырьевой, топливно-энергетической базы и водных ресурсов.
Заводы с полным металлургическим циклом производства включают последовательно выплавку чугуна, стали, а также производство проката (рельсы, балки, лист и т. д.). Основным видом сырья служит железная руда, а в качестве топлива используются кокс и частично газ. Кроме того, при производстве чугуна необходимы известняк, марганцевая руда и огнеупоры. В целом на 1 т готовой продукции (проката) требуется около 6 т сырья, топлива и других материалов. Отдаленность металлургических предприятий от сырьевых и топливно-энергетических баз привела бы к крупным непроизводительным транспортным расходам и увеличению себестоимости продукции.
Металлургические заводы размещаются в района*х месторождений железной руды или в районах угольных месторождений (Донбасс и Кривой Рог, Урал и Кузбасс). Магнитогорский металлургический комбинат продолжительное время снабжался углем Кузбасса, а Кузнецкий металлургический завод - уральской железной рудой. В настоящее время эти связи Урала и Кузбасса существенно изменились, так как на значительно меньшем расстоянии от Урала создан мощный Карагандинский угольный бассейн, а в Горной Шорни (Кемеровская область) добывается в больших количествах железная руда, идущая на Кузнецкий металлургический комбинат. Металлургические предприятия размещаются также между источниками сырья и топлива, в непосредственной близости от них (заводы Приднепровья и Приазовья).
В отдельных случаях металлургические заводы размещаются в районах потребления большого количества металла. Примером может служить Череповецкий металлургический завод, работающий на печорском угле и железной руде Карелии и Кольского полуострова и поставляющий продукцию главным образом в Ленинград.
Значительное количество стали выплавляется из металлического лома. Металлургические предприятия, работающие на этом сырье (заводы «Красный Октябрь» в Волгограде, «Серп и молот» в Москве и др.), относятся к так называемой передельной металлургии, и при их размещении учитывается наличие поблизости металлического лома в больших масштабах. Обычно заводы передельной металлургии размещаются в крупных центрах машиностроительной промышленности.
Металлургические предприятия, производящие специальные стали и ферросплавы, потребляют большое количество электроэнергии и поэтому размещаются"не только вблизи источников
сырья, но и в районах, имеющих дешевую электроэнергию, в первую очередь гидроэнергию (Запорожье, Зестафони, Ермак и др.).
На размещение предприятий цветной металлургии влияют другие факторы. Руды цветных металлов содержат, как правило, незначительное количество чистого металла, что обусловливает нерациональность дальних перевозок этой руды. Кроме того, руды цветных металлов распространены по территории СССР сравнительно реже, чем руды черных металлов, и промышленные запасы их меньше.
Для выплавки 1 т черновой меди требуется переработать десятки и сотни тонн медной руды. Поэтому хотя при выплавке черновой меди затрачивается сравнительно большое количество топлива и электроэнергии, предприятия медеплавильной промышленности размещаются вблизи источников сырья.
Предприятия по производству металлического алюминия, магния и некоторых других металлов сосредоточиваются обычно в районах, где много дешевой электроэнергии. Например, для выплавки 1 т алюминия расходуется около 20 тыс. кВт-ч электрической энергии, а производство магния требует еще больших ее затрат.
В СССР создана мощная металлургическая промышленность, обеспечивающая потребности народного хозяйства в чугуне, стали, прокате и цветных металлах. Ведется большая работа по планомерному размещению этой важнейшей отрасли тяжелой индустрии по территории страны.
Черная металлургия. По производству черных металлов царская Россия занимала в 1913 г.- пятое место в мире после США, Германии, Англии и Франции. До революции были известны многие ныне разведанные богатейшие железорудные месторождения.
Разведка и промышленное освоение новых месторождений улучшили размещение добычи железной руды. Прежде ее добыча сосредоточивалась в основном в Кривом Роге и отчасти на Урале; в Сибири она была ничтожной. Размещение металлургии было крайне нерациональным. Производство черных металлов сосредоточивалось преимущественно в двух районах - на Юге и на Урале. Эти районы накануне первой мировой войны давали свыше 90% выплавки чугуна в России.
Перелом в развитии металлургической промышленности был обеспечен только в годы Советской власти в результате реконструкции старых металлургических заводов и создания новых больших металлургических баз. Намного расширилась и укрепилась металлургическая база европейской части СССР, где были введены в действие крупные металлургические предприятия и реконструированы старые заводы.
За годы пятилеток начали широко эксплуатироваться новые железорудные месторождения на Урале, в Западной Сибири,
Казахстане и Центре. В результате промышленного освоения новых месторождений удельный вес Криворожского бассейна в общей добыче железной руды в стране снизился и значительно повысился удельный вес восточных районов. Создание новых железорудных предприятий в ряде экономических районов, а также расширение и реконструкция действующих предприятий ПОЗВОЛИЛИ pe3KQ повысить добычу железной руды в стране.
В восточных районах созданы крупные металлургические базы СССР, использующие коксующиеся угли Кузбасса и Караганды, железные руды Урала и Западной Сибири. Новые предприятия металлургической промышленности возникли в Казахстане и Средней Азии, Закавказье, на Северо-Западе, в Сибири и на Дальнем Востоке.
Большие успехи достигнуты в производстве электросталей и качественного проката. В разных районах страны созданы крупные мощности по производству электростали. Качественный металл стал выпускаться на ряде реконструированных заводов Урала и Украины. Кроме того, построены новые заводы в Центре, на Украине, в Поволжье и на Урале, которые производят высококачественные стали для автомобильной, тракторной и инструментальной промышленности.
Для обеспечения металлургии ферросплавами созданы крупные заводы по их производству в Закавказье (Зестафони), на Юге (Запорожье), на Урале (Челябинск, Серов), в Западной Сибири (Новокузнецк), Казахстане (Актюбинск, Ермак) и некоторых других районах СССР.
Создание новых предприятий черной металлургии, а также развитие передельной металлургии во многих экономических районах улучшило размещение этой отрасли промышленности. Большое народнохозяйственное значение имело резкое увеличение выплавки металла в восточных районах. В первые годы Великой Отечественной войны вся тяжесть снабжения страны металлом легла на восточные районы (включая Урал). Здесь высокими темпами осуществлялось строительство новых заводов и цехов, в короткие сроки было организовано массовое производство металла для военной промышленности, проведена значительная работа по расширению сырьевой базы черной металлургии. Дальнейшее развитие металлургическая промышленность восточных районов получила в послевоенный период. В настоящее время производство черных металлов на востоке СССР значительно превышает общее производство металла в дореволюционной России.
По выплавке чугуна и стали, добыче железной руды наша страна ныне занимает первое место в мире, а по производству проката - второе.
В 1984 г. производство стали достигло 154,2 млн. т, готового проката - 107,3 млн. т.
Производство чугуна, стали, проката черных металлов сосредоточено в основном в пяти важнейших металлургических базах союзного значения. Ведущее место среди них принадлежит южной базе, располагающей крупными месторождениями железных и марганцевых руд, коксующихся углей. Здесь действует ряд мощных горно-обогатительных комбинатов по переработке железных руд Криворожского бассейна, ведется добыча марганцевых руд в Никополе и Большом Токмале, коксующихся углей - в Донбассе.
Металлургические заводы Юга размещены в трех районах. Первый из них - Приднепровье (Кривой Рог, Запорожье, Днепродзержинск, Днепропетровск), причем заводы полного цикла здесь сочетаются с передельной металлургией. Второй район - Донбасс (Донецк, Енакиево, Макеевка, Краматорск и др.). В этом районе преобладает металлургия полного цикла. Третий район - Приазовье (Жданов).
Вторая металлургическая база - уральская. Она опирается на кузнецкий и карагандинский уголь и частично на железные руды Казахстана и Курской магнитной аномалии (КМА). Основными центрами черной металлургии Урала являются Магнитогорск, Нижний Тагил, Челябинск, Новотроицк.
Третья сибирская металлургическая база использует железные руды Горной Шорни, Хакассии и Ангаро-Илимского бассейна, угли Кузбасса. Металлургия полного цикла представлена Кузнецким комбинатом и Западно-Сибирским заводом, а передельная - заводами в Новосибирске, Красноярске, Петровске-Забай- кальском.
Четвертая металлургическая база страны создана в Казахстане. Она использует местное сырье и топливо и представлена металлургическим комбинатом полного цикла в Темиртау (близ Караганды) и заводами ферросплавов.
Пятая, центральная металлургическая база включает заводы литейного чугуна и доменных ферросплавов в Туле и Липецке, производство стали и проката в Москве, Электростали, Горьком и крупные предприятия полного металлургического цикла - Новолипецкий и Новотульский заводы. В районе КМА строится крупнейший Оскольский электрометаллургический комбинат по производству металлизованных окатышей и стали бездоменным способом.
Черная металлургия Центра работает на донецких углях и железных рудах КМА, где созданы Лебединский, Михайловский и Стойленский горно-обогатительные комбинаты.
Помимо указанных металлургических баз союзного значения, предприятия чернрй металлургии расположены и в других районах. В Северном районе находится Череповецкий металлургический завод, который работает на железных рудах Кольского полуострова (Костомукшский, Ковдорский и Оленегорский ГОКи) и коксующихся углях Печорского бассейна. Еще один центр черной металлургии возник в Закавказье (Рустави) на дашкесанских рудах, ткварчельских и ткибульских углях. Заводы передельной металлургии построены в Поволжье, Средней Азии, на Дальнем Востоке. В одиннадцатой пятилетке введены в эксплуатацию такие заводы в Молдавской ССР (г. Рыбница) и в Белоруссии (г. Жлобин).
Особое внимание в черной металлургии обращается на улучшение качества металла, расширение сортамента проката и труб, метизов. Значительно увеличена выплавка кислородно-конверторной стали, повышается удельный вес производства электростали и расширяется непрерывная разливка стали, возрастает применение кислорода и природного газа в металлургическом производстве.
Значительно возросли единичные мощности агрегатов. Вступили в строй и строятся доменные печи объемом 5000 м3, кислородные конверторы с массой плавки 350 т, высокопроизводительные прокатные станы. Для черной металлургии СССР характерен высокий уровень концентрации и комбинирования производства.
Важнейшие задачи дальнейшего развития черной металлургии - обновление основных производственных фондов, разработка и освоение новых эффективных технологических процессов и оборудования для выплавки стали, внепечной обработки и разливки, выпуска высококачественной, экономичной металлопродукции, ускорение замены мартеновских печей конверторами и электропечами, увеличение выпуска термоупрочненного проката, развитие порощковон металлургии. К 1990 г. выпуск готового проката достигнет 116-119 млн. т.
Цветная металлургия. Одной из высокоразвитых отраслей тяжелой индустрии стала за годы социалистического строительства цветная металлургия. В дореволюционный период она была развита очень слабо. Такие металлы, как алюминий, магний, никель, в царской России вовсе не добывались и не производились. Потребность во многих цветных металлах удовлетворялась исключительно за счет импорта.
За годы Советской власти по существу заново создана сырьевая база цветной металлургии. Разведаны крупные месторождения меди, свинца, цинка, алюминиевого сырья, олова, вольфрама, молибдена, титана и других важных видов сырья для цветной металлургии. Большинство руд цветных металлов являются комплексными, т. е. содержат несколько цветных металлов (медь, свинец, цинк, серебро, золото, висмут).
По разведанным запасам меди, свинца, цинка, никеля, бокситов, ртути, вольфрама Советский Союз занимает одно из ведущих мест в мире. На базе месторождений руд цветных металлов в СССР создана мощная цветная металлургия.
Особенно быстро развивается алюминиевая и медная промышленность, расширяется производство легирующих металлов, ускоряется развитие сырьевой базы для производства алюминия, свинца, вольфрама, молибдена, сурьмы, олова и ртути. Разви-
вается добыча руд как открытым, так и подземным способом с применением высокопроизводительных комплексов. В народнохозяйственных планах предусматривается более полное извлечение металла из руд, комплексное использование сырья и отходов производства на металлургических заводах.
Ведущую роль в производстве цветных металлов играют районы Российской Федерации (Северо-Запад, Урал, Сибирь и Дальний Восток), а также Казахстан, Украина, Средняя Азия и Закавказье (см. картосхему на с. 147).
Медеплавильная промышленность. Мідь, иинчаясь многими ценными качествами, среди которых выделяются высокая электропроводность и ковкость, находит широкое применение в машиностроении, особенно в электротехнической промышленности, сооружении линий электропередачи и связи. Медь служит также важным компонентом в производстве сплавов с другими металлами ’ (свинцом, цинком, никелем, алюминием и оловом).
Предприятия медеплавильной промышленности СССР в основном размещаются в районах месторождений медных руд. Это обусловлено тем, что перевозки медной руды весьма неэкономичны, так как содержание в ней меди незначительно по сравнению, например, с содержанием металла в.железной руде.
Крупные медеплавильные заводы размещаются на Урале. В производстве черновой меди выделяются Красноуральский, Кировградский, Ревдинский, Карабашский и Медногорский заводы, а в производств рафинированной меди - Верхне-Пыш- минский и Кыштымский. Крупный Гайский горно-обогатительный комбинат построен в Оренбургской области.
Ведущее место по запасам, добыче и обогащению меди принадлежит Казахстану. Построенные здесь крупные комбинаты - Балхашский, Джезказганский и Иртышский (г. Глубокое) - производят черновую и рафинированную медь. В Армении действует Алавердинский комбинат. В Грузин завершено строительство Маднеульского горно-обогатительного комбината. Заводы по рафинированию меди размещены также в районах ее массового потребления - в Москве, Кольчугино, Ленинграде и др.
Свинцовая и цинковая промышленность. Цинк и свинец широко применяются во многих отраслях народного хозяйства. Цинк используется для оцинкования железного листа, телеграфных проводов, труб различного назначения и других изделий. Особенно важное значение он имеет для получения многих ценных сплавов. Производство цинка весьма энергоемко.
Свинцово-цинковые руды, добываемые из месторождений, содержащих незначительный процент чистого металла (2-4%), подвергаются в процессе переработки обогащению. В результате получаются концентраты с содержанием цинка от 40 до 60%, которые и идут в металлургическое производство. В связи с высокой транспортабельностью цинковых концентратов заводы по
производству цинка целесообразно размещать вблизи топливно- энергетических баз.
До революции выплавка цинка производилась только на Северном Кавказе, а свинца - на Северном Кавказе и Дальнем Востоке. В годы Советской власти построены крупные предприятия цинковой промышленности* в Западной Сибири (Белово), Казахстане (Усть-Каменогорский свинцово-цпиковый комбинат и Лениногорский свинцовый и цинковый заводы), на Урале (Челябинск) и Украине (Константиновка). Резко увеличились производственные мощности предприятий цинковой промышленности на Северном Кавказе.
При производстве свинца расход электроэнергии и топлива незначителен. В связи с этим топливно-энергетический фактор не является главным при размещении свинцовых заводов. Основные предприятия свинцовой промышленности размешены в Казахстане (Чимкент), на Северном Кавказе (г. Орджоникидзе) и на Дальнем Востоке (Дальнегорск).
Никелевая промышленность. Никель относится к числу тугоплавких металлов. Из никеля,"обладающего высокой твердостью, можно получить много ценнейших сплавов с другими металлами (железом, хромом, марганцем, медью и цинком). Велико значение никеля при производстве легированных сталей и нанесении защитных покрытий металлических изделий. На базе разведанных никелевых месторождений пострlt;^ны и введены в эксплуатацию Мончегорский, Уфалейский, Орский, Норильский и другие никелевые заводы и комбинаты. Среди них выделяется Норильский медно-никелевый комбинат на севере Красноярского края; его мощность в последние годы существенно возросла в результате освоения Талнахского месторождения.
Алюминиевая и магниевая промышленность. Алюминий и магний имеют огромное народнохозяйственное значение. Алюминий обладает высокими конструкционными свойствами, легкостью, достаточной механической прочностью, высокой теплопроводнб- стью и электропроводностью и поэтому находит широкое применение в различных отраслях машиностроения, в строительстве, а также в производстве товаров народного потребления. Из алюминия изготовляются различные сплавы, по механическим свойствам не уступающие высокосортным сталям (дюралюминий, силумин и др.).
Магний применяется в радиотехнике, авиационной, химической, полиграфической и ряде других отраслей промышленности. Широкое применение магния обусловлено его малым удельным весом (он в 1,5 раза легче алюминия), способностью образовывать легкие сплавы с алюминием, цинком, цирконием и другими металлами. Сплавы с магнием обладают высокой прочностью и жаростойкостью. В СССР создана мощная сырьевая база алюминиевой и магниевой промышленности.
Производство алюминия имеет два цикла: получение глинозема и производство металлического алюминия. Предприятия по выпуску глинозема - исходного сырья алюминиевой промышленности - размещаются у источников сырья (бокситов и нефелинов), поскольку его расход на производство 1 т глинозема очень велик. При производстве металлического алюминия и магния потребляется большое количество электроэнергии, поэтому предприятия алюминиевой и магниевой промышленности размещаются у источников дешевой энергии.
В годы социалистического строительства создана алюминиевая промышленность на Северо-Западе, Севере, в Поволжье, на Урале, в Сибири, Казахстане, на Украине и в Закавказье. На Северо-Западе производство глинозема сосредоточено в Боксито- горске, Волхове, Пикалеве. На Урале заводы по производству глинозема находятся в Краснотурьинске и Каменск-Уральском, в Казахстане действует Павлодарский завод, в Сибири - Ачинский. Заводы по производству металлического алюминия разме* щёны в Запорожье, Волгограде, Кандалакше, Волхове, Сумгаите".
В последние годы все больший удельный вес в производстве алюминия стали занимать восточные районы. Заводы по производству металлического алюминия построены в Новокузнецке, Павлодаре, Шелехове (Иркутская обл.), Красноярске, Братске, г. Турсунзаде (Таджикская ССР). Строится алюминиевый завод вблизи Саяно-Шушенской ГЭС (г. Саяногорск).
Быстрый рост производства олова, вольфрама, молибдена, сурьмы, ртути и других цветных металлов позволит обеспечить потребности в них электроэнергетического хозяйства, производства легированных сталей и жаропрочных сплавов и другие народнохозяйственные нужды.
Наряду с расширением и лучшим использованием действующих предприятий цветной металлургии в стране будут построены новые заводы. Преобладающая часть новых предприятий по выплавке цветных и редких металлов размещается в восточных районах, которые богаты рудами этих металлов и располагают огромными энергетическими ресурсами.
Так, будут введены в действие мощности на Саянском алюминиевом заводе, возрастает добыча руды на Жайремском полиметаллическом месторождении в Казахстане, новые мощности по производству меди и добыче свинцово-цинковой руды будут освоены на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате в Узбекистане. В зоне БАМа ведутся работы по освоению Удоканско- го медного и Озерного полиметаллического месторождений.
Слово «металлургия» свои истоки берет из древнегреческого языка, там «μεταλλουργέω» означает в буквальном смысле «добывать руду» или «обрабатывать металлы». Это некая область науки и техники, которая описывает процессы получения металла из руд или различных материалов. Кроме этого, в процессе обработки изменяется химический состав веществ их структура и свойства. Сегодня этими словами называют отрасль промышленности, но раньше это было искусство по извлечению металла из руды.
Современное понятие металлургии обширное, к ней можно отнести:
Производство металлов на основе (руды) и других материалов;
производство сплавов;
горячая и холодная обработка металлов;
сварка;
область науки, которая занимается изучением физических и химических свойств металлов и сплавов;
производство оборудования и машин для металлургической промышленности.
Коксохимическая промышленность и производство являются отраслями металлургии.
Виды металлургии
Изначально металлургия, по сырьевому признаку, делится на: черную и . К первому виду относят железо и его сплавы, сюда входит: добыча черной руды, обогащение, производство и прокат , и .
Ко второму виду относят, соответственно, цветные металлы: их добычу, обогащение руд, производство металлов и сплавов. Цветные металлы бывают тяжелые (Cu, Zn, Pb, Ni, Sn) и легкие (Al, Ti, Mg).
Кроме сырьевого признака, металлургию можно разделить по технологическому процессу:
1. Пирометаллургия - это такие процессы как обжиг или плавка, которые протекают при высоких температурах. К подвиду подобной металлургии относят плазменную.
2. Гидрометаллургия – абсолютно противоположный процесс, при котором из руд извлекают металл с помощью воды или химических реактивов на ее основе, такой процесс называется «выщелачивание».
Научный прогресс не стоит на месте, в мировой практике в металлургии применяют даже микроорганизмы, биотехнологии. К таким процессам можно отнести: биовыщелачивание, биоокисление и другие. На сегодня таким способом извлекают некоторые цветные металлы (Cu, Au, Zn, Ni, U). Однако, наиболее важным применением биотехнологий является процесс очищения сточных вод на производстве.
Производство металлов и их потребление
Области применения
Немногие ценные металлы содержатся в земной коре в достаточном количестве. Например: Al – 8,9 %, Fe – 4,65 %, Mg – 2,1 %, Ti – 0,63 %. Можно заметить, что чем благороднее металл, тем его меньше содержится в природе.
Потребность и производство металлов с каждым годом растет. Если рассматривать период 20-ти прошедших лет, можно заметить, что потребление (около 0,8 млрд. тонн) и металлофонд (восемь млрд. тон) увеличились.
Конструкции из металла стали наиболее популярными, сферы потребления расширились потому, что данный материал обладает хорошими свойствами, а производство экономически выгодно. 72 – 74 % ВНП многих государств составляет производство, основанное на применение черных и цветных металлов.
750 млн. тонн из 800 млн. тонн, что соответствует 90 % ежегодного потребления металлов, приходится на сталь. Значительно меньше потребляется – 3 %, – 1,5 %, - около 5,5 тонн, - около 4,5 тонн.
США, Великобритания, Франция, Италия производят и потребляют львиную долю всех металлов.
Различные металлы обладают индивидуальным набором физических свойств, характерных только им. Благодаря таким свойствам, как твердость, плотность, электропроводность, температура плавления, внешний вид и другие, область их применения достаточно широка.
Высокой твердостью и прочностью обладает железо, в строительной сфере это незаменимые и ценные показатели.
Из алюминия легко сковать нужную вещь, он отлично проводит тепло и при низкой температуре сохраняет высокую прочность. Поэтому его широко применяют для производства посуды, фольги, даже в самолетостроении.
Пластичная медь обладает хорошей электропроводностью, в связи с этим из нее изготавливают электрические кабеля и применяют в энергетическом машиностроении.
Такой дорогой материал, как золото и серебро обладает хорошей тягучестью, вязкостью и инертностью, что помимо ювелирного дела, позволяет применять его при изготовлении неокисляемых электрических соединений.
Применение сплавов
Металлы редко применяют в чистом виде, чаще всего используют сплавы, которые обладают лучшими показателями и характерными свойствами. В производстве популярными являются следующие сплавы: , алюминиевые, железные, медные, магниевые, цинковые. Если необходимо использовать дешевый материал, с высоким показателем прочности, то применяют углеродистую сталь.
Кардинально отличается от предшествующих выше способов производства – порошковая металлурги. Основная идея заключается в том, что металл используют в виде порошка, размер частиц 0,1 – 0,5 мкм. Частицы черных металлов спрессовывают между собой, и после этого спекают. Таким образом, образуется плотная однородная масса.
Цветная металлургия
Для цветной металлургии характерны разнообразные способы производства. Основных два:
1. Пирометаллургический, он более распространенный в получении многих металлов. Проводится он за счет плавки металлов, восстановительной или окислительной. В данном процессе источник тепла – сера, которая содержится в самой руде. Ее же используют и как химический реактив.
2. Гидрометаллургический, основан на процессе выщелачивания, путем перевода их в растворимые соединения.
Кроме этих двух видов, применяют электролитические процессы. За основу берут водные растворы или расплавленные среды.
Реже применяется металлотермический процесс. В ходе данного способа используют другие металлы, которые в большей степени схожи с кислородом, и на их основе восстанавливают необходимый металл. Существует и ряд других способов, но они не столь распространены: химико-термические, цианирование, хлорид-возгонка.
Как производят медь
Существует 2 способа получения меди, ее получают из руды и концентратов:
1. Гидрометаллургический, малораспространенный способ. В исключительных случаях его применяют, например, если требуется переработать окисленные или самородные руды. Недостатком этого метода является отсутствие возможности попутно извлекать драгоценные металлы.
2. Пирометаллургический, наоборот, делает эту операцию доступной, поэтому его применение более целесообразно. 85-90 % меди производят именно этим способом, получая медь из сульфидной руды. Это довольно сложный процесс, он включает в себя несколько стадий. Основными являются следующие: подготовительный этап, плавка или выплавка медного штейна, получение черной меди за счет конвертирования штейна, рафинирование, производство металла. в первоначальный подготовительный этап входит: обогащение и если требуется обжиг металла. Рафинирование проходит в 2 этапа, первый – огневой, второй – электролитический.
Электролизные ванны на норвежском алюминиевом заводе в городе Мушёэн компании Алкоа
Алюминиевая промышленность
Электролитическим способом получает алюминий, есть и другие способы, но на сегодня он является более современным.
Состоит из двух этапов:
1. Получают глинозем (Аl 2 O 3), основным сырьем является ,
2. Получают жидкий алюминий. Полученный на первом этапе глинозем путем электролиза выдает в результате – жидкий алюминий.
В мире глинозем на основании способа Байера, получают из бокситов. Байер – австрийский инженер, работал в России. Кроме этого способа, есть и другой способ – получение глинозема из бокситов и нефелинов, то есть способ спекания. Это щелочные методы, за счет которых выделяют . Дальше растворяют его в электролите и путем электролиза получают алюминий. Электролит состоит из нескольких компонентов, основной – криолит. В идеале Na 3 AlF 6 (3NaF AlF 3) в соотношение с NaF: AlF 3 равно 3:1. На электроэнергии можно сэкономить, так как для данного процесса достаточно соотношения 2,6-2,8:1. Для получения такой пропорции, к криолиту добавляется алюминий. Можно также понизить температуру плавления, достаточно в электролит добавлять в небольших количествах CaF 2 , MgF 2 и NaCl. Для промышленного электролита основные компоненты должны быть следующими: Na 3 AlF 6 - 75-90 %; AlF 3 - 5-12 %; MgF 2 - 2-5 %; CaF 2 - 2-4 %; Al 2 O 3 - 2-10 %. При несоблюдении данного соотношения меняются свойства электролита, например, Аl 2 О 3 повысили на более 10 %, сразу же увеличится тугоплавкость. Если снизить содержание ниже 1,3 %, то автоматически режим электролиза нарушается.
Когда из электронной ванны извлекается алюминий, то его называют алюминием-сырцом. Такой элемент содержит в себе металлические и неметаллические примеси, газы. К последним относят: водород, азот, серный и прочие газы. Металлический состав алюминием-сырцом состоит из: Fe, Si, Cu, Zn и прочее. Глинозем, частички футеровок, электролиты, при увлечении их частиц механически, будут относиться к неметаллическим смесям. Могут подвергнуть алюминий и хлорированию, это необходимо для очистки. Очищать металл необходимо от газов Na, Ca, Mg, примесей.
После всех процедур алюминий заливается в электрические печи, которые так же выполняют функцию миксера. Возможно помещение в , алюминий отстаивается 30-45 минут. После данной процедуры, произойдет полная очистка металла от газовых, неметаллических составляющих. Разлитый в разные ванны алюминий соединяют. После этого его разольют на конвейер, получится чушка. На некоторых производствах стоят установки непрерывного литья, тогда алюминий сливают в слитки и получают прокатки. Чистота подобного алюминия выше 99,8 %.
Какими способами производят другие цветные металлы
К другим цветным металлам можно отнести: свинца, олова, цинка, вольфрама и молибдена. Для их производства используют некоторые вышеуказанные способы и методы производства. В целом суть процесса сохраняется, различны реагенты и агрегаты, существуют особенности производства.
К металлургии примыкает разработка,
произ-во, эксплуатация машин, аппаратуры, агрегатов, используемых в метал-лургич.
пром-сти.
Для изучения закономерностей
процессов концентриро-вания, извлечения, получения, рафинирования и легирования
металлов , а также процессов, связанных с изменением состава, структуры и св-в
сплавов и материалов, полуфабрикатов и изделий из них в металлургии используют физ.,
хим., физ.-хим. и мат. методы исследования.
М
еталлургия подразделяют на черную
и цветную. Черная металлургия охватывает произ-во чугуна, стали и ферросплавов (см. Железа
сплавы). С металлургией тесно связаны коксохимия , произ-во огнеупорных
материалов . К черной металлургии относят также произ-во проката, стальных, чугунных
и др. изделий (на долю черных металлов приходится ~ 95% всей производимой в
мире металлопродукции). В 70-е гг. определилась тенденция замены черных металлов
сплавами алюминия и титана , а также композиционными, полимерными, керамич. материалами,
что вместе с высоким качеством выпускаемых металлов и низкой металлоемкостью
продукции в промыш-ленно развитых капиталистич. странах привело к снижению объема
произ-ва черных металлов в этих странах (табл. 1).
Табл.1.-ПРОИЗВОДСТВО
СТАЛИ И ЧУГУНА В РЯДЕ СТРАН, МЛН.Т
* Данные за 1985. ** Данные
за 1982.
Напр., в СССР в 1988 потребление
стали и стеклопластиков составило соотв. 160 и 6 млн. т, в то время как в США-100
и 28 млн. т.
Цветная металлургия включает
произ-во и обработку цветных и редких металлов и их сплавов . Попутно пром-сть
цветной
металлургии производит
разл. хим. соед., материалы, минер. удобрения и др. Металлургии, процессы применяют
также для произ-ва полупроводниковых материалов (Si, Ge, Se, Те, As, Р и др.),
радиоактивных металлов . Современная металлургия охватывает процессы получения мн. элементов
периодич. системы (кроме газообразных). Объемы произ-ва (1987) нек-рых цветных
металлов (тыс. т): США-Аl 3200, Сu 1560, Zn 260, Pb 330 (металл в добытой руде);
Япония-Аl 41, Сu 980, Zn 666, Pb 268; ФРГ-Аl 737,7, Сu 421,2 (1986), Zn 370,9
(1986), Pb 366,6 (1986).
Совр. металлургич. произ-во
включает след. технол. операции: подготовку и обогащение руд ; гидрометаллургич.
(см. Гидрометаллургия), пирометаллургич. (см. Пирометаллургия , Металлотермия),
электротермич. и электролитич. процессы извлечения и рафинирования металлов ;
получение изделий спеканием порошков (см. Порошковая металлургия , Спекание);
хим. и физ. методы рафинирования металлов ; плавку и разливку металлов и
сплавов ; обработку металлов давлением (прокат, штамповка и т.д.); термич., термомех.,
химико-термич. и др. виды обработки металлов для придания им требуемых св-в
и др.; процессы нанесения защитных и упрочняющих покрытий (на металлы и металлов
на изделия).
В обогатит. технологии
наиб. распространение получили флотац., гравитац., магн. и электростатич. методы
обогащения (см. Обогащение полезных ископаемых , Флотация). Флотац. процессы
применяют для обогащения более чем 90% руд цветных и редких металлов . Полученные
после обогащения концентраты подвергают сушке , усреднению состава, смешению
и окускованию (агломерация, окатывание, брикетирование), для того чтобы повысить
их реакц. способность и производительность их послед. передела.
В результате пирометаллургич.
процессов (включают окисление , восстановление и др.) происходит концентриро-вание
металла и удаление примесей в образующиеся фазы (парогазовая фаза, металлич.
и шлаковые расплавы , штейн и твердые в-ва). После разделения фазы направляются
на переработку для дальнейшего извлечения ценных составляющих. Для интенсификации
металлургич. процессов (в конвертерах и автоклавах) вводят газообразные О 2 ,
Сl 2 и др. окислители . В качестве восстановителей применяют С, СО,
Н 2 и активные металлы . Распространенные восстановит. процессы-доменная
плавка, выплавка вторичной Сu, Sn и Pb в шахтных печах , произ-во ферросплавов
и титанового шлака в рудовосстановит. электропечах, магнийтер-мич. восстановление
TiCl 4 с получением металлич. Ti. Окислит. рафинирование получило
развитие в мартеновском и конвертерном произ-вах стали, при получении анодной
Сu и в технологии Pb. Для извлечения и рафинирования металлов нашли применение
технол. процессы с использованием хлоридов , иодидов и карбонилов металлов , а
также дистилляция , ректификация , вакуумная сепарация и сублимация и др. Получили
развитие внепечные методы рафинирования стали, процессы в вакууме и среде Аr
в технологии высокореакционноспособных металлов (Ti, Zr, Nb и др.).
Произ-во изделий с особыми
св-вами и высоким качеством осуществляют методами порошковой металлургии , что позволяет
достигать более высоких технико-экономич. показателей по сравнению с традиц.
способами. Для получения высокочистых металлов и полупроводниковых материалов
применяют зонную плавку , выращивание монокристаллов вытягиванием из расплавов
и др. способы. Осн. направление техн. прогресса в области получения отливок
из расплавл. металлов
и сплавов-это переход к непрерывной разливке стали и сплавов и к совмещению
процессов литья и обработки металлов давлением (бесслитковая прокатка Аl, Сu,
Zn и др.).
Обработка металлов давлением ,
кузнечно-штамповочное произ-во и прессование - важнейшие технол. процессы на
металлургич. и машиностроит. предприятиях. Прокатка-осн. способ обработки металлов
и сплавов . Она осуществляется на прокатных станах - мощных высокоавтоматизир.
агрегатах производительностью неск. млн. т проката в год. Прокаткой производят
листовой и сортовой металл , биметаллы, трубы, гнутые и периодич. профили и др.
виды изделий. Проволоку получают волочением.
Термич. обработка включает
закалку, отжиг и отпуск металлов . Кроме обработки готовых деталей на машиностроит.
предприятиях, термообработке подвергают мн. виды продукции на металлургич. заводах
- стальные рельсы (объемная закалка или закалка головки), толстые листы и арматурные
стали, тонкие листы из трансформаторной стали и др. Большое значение в металлургии имеют
процессы химико-термической обработки и нанесение на металл разл. защитных
покрытий, напр. оцинкование, лужение (см. Гальванотехника), нанесение
пластмасс и др.
Современная металлургия характеризуется
значит. выбросами в окружающую среду (табл. 2,3), в СССР-также незначит. применением
непрерывной разливки стали, низким возвратом металлов на повторное использование,
низким комплексным использованием сырья и абс. преобладанием в балансе металлов
сталей (95%).
Табл. 2.-ВЫБРОСЫ (Т/СУТ
НА 1 МЛН. ВЫПЛАВЛЯЕМОЙ СТАЛИ В
ГОД) В АТМОСФЕРУ ОСНОВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ В СССР
В СССР в 50-е гг. впервые
в мире был разработан метод непрерывной разливки стали, резко снижающий потери
металла в процессе произ-ва. В 1986 этим способом разливали в СССР 14% выплавляемой
стали, в Японии-92,7, ФРГ-84,6, Юж. Корее-71,19, США-53,4%. Мн. страны, в т.
ч. Япония, ФРГ и др., полностью отказались от экологически вредного мартеновского
произ-ва стали; осн. методы получения стали в капиталистич. странах - кислородно-конвертерный
и электросталеплавильный. В СССР значит. кол-ва стали производят мартеновским
способом.
В СССР в 1986 произведено
161 млн. т стали, из них получено готового проката 112 млн. т; т. обр., потери
металла составляют 49 млн. т (30,4%). В США те же потери составляют 18,4%, ФРГ-9,4%,
Юж. Корее-1%. Возврат (%) металлов на повторное использование (рециркуляция
металлов) оценивается в среднем в мире: Аl 11,7, Сu 40,9, Аu 15,9, Fe 27,9,
Pb 40, Hg 20,6, Ni 19,1, Ag 47,2, Sn 20,4, Zn 27.
Осн. пути развития и совершенствования
металлургии-комплексное использование сырья, снижение расхода сырья, энергозатрат и металлоемкости
на единицу металлопродукции, обеспечение прироста проката черных металлов без
увеличения их произ-ва, создание экологически чистых технол. процессов.
Сведение кол-ва отходов к минимуму (безотходные производства)не м. б. осуществлено в пределах только металлургич. отраслей, а требует межотраслевой кооперации (замкнутое произ-во) и новой концепции организации произ-ва-"процессы к сырью" (т.е. в места богатые разд полезными ископаемыми и др. прир. ресурсами) в отличие от применяемой ныне в СССР практики - "сырье к процессам". Впервые экологии, концепция организации про-из-ва была высказана академиком А. Е. Ферсманом в 1932. Переход к такому произ-ву (процессы к сырью) позволит повысить комплексное использование сырья и отходов произ-ва (воспроизводство сырья), обеспечить рециркуляцию металлов , создавать металлич. материалы с учетом ресурсосбережения и распространенности металлов в природе, организовать замкнутые технол. (химико-металлур-гич.) комплексы в регионах с большой концентрацией месторождений различной технологической ориентации (напр., Кольский п-ов, Норильский регион). В пределах замкнутого производства м. б. решены задачи обеспечения производства сырьем, конструкционными материалами и обеспечена защита
