Металлургия в России: обзор черной и цветной металлургической промышленности

История

История металлургического производства на территории нашей страны насчитывает пять тысячелетий. Именно такой возраст насчитывают первые бронзовые предметы, найденные в Европейской части России. Ближе к началу V века нашей эры у славянских племён начинают появляться железные ножи, топоры, плуги, серпы и другие предметы труда и обихода.

Основой металлургии Московского государства вплоть до XVII века был лимонит, так называемое «болотное железо». Разведанных запасов, залегающих на глубине несколько сот метров под землёй, тогда не было, а болота располагались повсеместно. Так же, как и лес, играющий в те времена роль металлургического топлива.

Центрами производства железа того времени были города:

• Новгород.
• Устюг Железный.
• Римов.
• Тула.
• Тихвин.
• Олонец.
• Орешек.

Тем не менее, значительное количество металла закупалось в Швеции и Германии. А добыча и производство цветных металлов до XVII века практически отсутствовала (небольшие медные источники на Печоре и в Олонецком крае не удовлетворяли потребности страны).

Коренным образом ситуация изменилась при Петре Первом, решившим отдать разведку, добычу и переработку руд в частные руки. Хотя первые попытки создания отечественной металлургии Иваном III и Иваном IVГрозным предпринимались и ранее. В этой связи следует упомянуть голландца Виниуса и целую плеяду известных русских промышленников:

• Демидовых.
• Баташевых.
• Ареховых.
• Красильниковых.
• Мосоловых.

Во многом благодаря им возникли Тульские доменные и железоделательные заводы, открылись предприятия на Урале. С развитием металлургического производства, Россия не только избавилась от импорта, но и сама стала крупнейшим производителем, а также экспортёром железа и чугуна.

О чём свидетельствуют следующие показатели:

• 1725 год. Выплавлено 1165 тыс. пудов чугуна, что соответствует показателю более 19 тыс. тонн.
• 1740 год. Россия производит чугуна на 30 тыс. тонн больше, чем Великобритания.
• В 1750 году в Российской империи работают 72 завода по производству железа и 29 медеплавильных заводов.
• 1767 год. 83 тыс. т чугуна.
• 1793 год. 134 тыс. т чугуна, 89760 железа и стали.
• Конец XVIIIвека. Страна добывает и перерабатывает: 2900 т меди, 1300 т свинца, 28,7 т серебра, 0,4 т золота.

В начале и середине XIXвеке темпы роста российской металлургии значительно снизились, что объясняется: установлением государственной собственности на крупнейшие предприятия, и как следствие: нежеланием обновлять и совершенствовать оборудование, устанавливать новые капиталистические отношения.

Металлургия

Производство чугуна и стали на территории Российской Империи в XIX– начале XX веках

Крупные политические события начала XXвека привели к ликвидации добывающей отрасли и остановке предприятий металлургии. Однако, к началу Второй Мировой войны, СССР сумел не только восстановить, но и значительно приумножить, а также модернизировать отрасль. Внутриполитические и общемировые экономические проблемы конца XX – начала XXI столетия существенно повлияли на производство металла. Тем не менее, и сегодня Российская Федерация удерживает высокие показатели, оставаясь одним из крупнейших мировых экспортёров данного вида продукции.

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.

Металлургический завод

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.

Роль в экономике

Металлургия всегда являлась основой экономики, так как без её продукции невозможна работа таких отраслей, как машиностроение, сельское хозяйство, строительство, транспорт, энергетики. Также велика роль этой отрасли в формировании оборонного комплекса, освоении космического пространства и создании условий для развития самых передовых технологий. В конечном счёте,именно текущее состояние металлургического комплекса отражает уровень научно-технического потенциала страны и определяет развитие всех отраслей народного хозяйства.

Только на его основе возможно осуществление новых «прорывных» технологий, способных вывести нашу страну на самые передовые рубежи мировой экономики. Потому что именно здесь сегодня создаётся абсолютное большинство материалов, наделённых особыми физико-химическими свойствами без которых невозможно материальное осуществление любых достижений прогресса.

так то ЕНТ / География / Поурочные планы по географии 10 класс

Урок 24. Цветная металлургия

24.08.2014 19353 0

Цели: сформировать представление о размещении предприятий цветной металлургии; определить факторы размещения заводов цветной металлургии, выявить изменения в размещении предприятий в последние десятилетия.

Оборудование: карта «Цветная металлургия мира», атласы.

Ход урока

I. Опрос

1. На заседании в Череповце была продемонстрирована карта мира, на которой отмечен ряд зарубежных городов. В них расположены предприятия, с которыми намечается осуществление совместных проектов ведущими пред­приятиями юрода, подумайте, какие города отмечены на этой карте? (Города в которых есть комбинаты полного цикла черной металлургии, работающие на привозном угле и привозной руде, например, Балтимор, Торонто и т.д.)

2. Чем объяснить тот факт, что от создания комбинатов черной метал­лургии в настоящее время все больше переходят к созданию заводов ма­лой мощности?

3. Почему в Германии основные центры черной металлургии сформи­ровались во внутренних районах страны, а в Италии — на побережье Сре­диземного моря? Укажите не менее двух причин. Назовите центры. (В Италии нет своего сырья и топлива. Страна вынуждена закупать сырье. Поэтому предприятия располагаются на побережье. Например, Торонто.)

4. Какой регион мира является лидером по добыче железной руды? По производству стали?

5. Какие страны мира практически полностью экспортируют добыва­емую железную руду?

6. Выделите столицы двух стран с наибольшими объемами экспорта железной руды: Киншаса, Джорджтаун, Лондон, Сантьяго, Претория, Кингстон, Монровия, Конакри, Парамарибо.

7. Какие изменения происходят в размещении предприятий черной металлургии в настоящее время?

8. Почему развивающиеся страны играют все большую роль в выплав­ке черных металлов? Какие стадии металлургического цикла здесь рас­положены?

II. Тестирование (см. приложение)

III. Изучение нового материала

Этапы производства цветных металлов

Цветная металлургия является старейшей отраслью промышленнос­ти. Включает в себя несколько стадий: добычу сырья, обогащение, полу­чение металла, рафинирование некоторых цветных металлов, получение сплавов.

Низкое содержание металла в руде требует обязательного обогаще­ния. Так как в рудах цветных металлов обычно содержится большое ко­личество различных металлов, при выплавке последовательно выделяют каждый компонент.

Обогащение происходит в плавильных печах, таким образом получа­ют черновой металл. Но в черновом металле содержится много примесей, поэтому его рафинируют. Из полученного чистого металла получают раз­личные профили.

Факторы размещения предприятий цветной металлургии Размещение предприятий цветной металлургии происходит под дей­ствием разных факторов. Во-первых, это сырьевой фактор, так как для получения, например, 1 тонны меди необходимо переработать 100 тонн руды, для получения 1 тонны олова нужно переработать 300 тонн сырья. Во-вторых, энергетический фактор, особенно энергоемким производ­ством является алюминиевая промышленность. Поэтому заводы алюми­ниевой промышленности размешаются около электростанций, в данном случае особо привлекательными для алюминиевой промышленности яв­ляются гидроэлектростанции. В последнее время большое значение для размещения заводов цветной металлургии является наличие вторичного сырья. За счет переплавки производится 1/5 олова, до 2/5 меди. Основные металлы, востребованные мировой экономикой Ныне цветная металлургия производит около 62 металлов. Но основ­ная доля приходится на медь, алюминий, цинк, свинец. Во второй поло­вине XX века особенно быстрыми темпами растет алюминиевая промыш­ленность.

Районы добычи руд и районы получения цветных металлов Задание: На основании данных карт атласа проанализируйте районы добычи руд и районы выплавки цветных металлов, результаты анализа занесите в таблицу. Сделайте вывод о том, какие страны имеют ориента­цию на собственное сырье, а какие на привозное.

III. Беседа по итогам работы

После проверки качества заполнения таблицы, учитель предлагает сравнить страны добывающие руды цветных металлов и страны, произво­дящие чистый металл.

1) Какую закономерность можно выявить в размещении заводов по получению черновых и рафинированных металлов? (Этапы добычи и обо­гащения руд больше представлены в развивающихся странах, это связано с тектоническими особенностями данных территорий, именно в развиваю­щихся странах сосредоточены запасы руд цветных металлов. Например, доля алюминиевых руд, находящихся на территории развивающихся стран, составляет 1/2, а доля олова — 4/5 мировых запасов. Производства по получению чистого металла находится преимущественно в развитых стра­нах, так как это более экологически чистое производство, но и более энерго­емкое.)

1) Какие из развивающихся стран имеют верхние этажи производства цветной металлургии на территории своих стран? (В последние десятиле­тия энергоемкие производства цветной металлургии могут позволить себе и не очень развитые страны, такие как Китай, Бразилия, Чили.)

2) В какой отрасли цветной металлургии размещение производства не изменилось? (В медной, в этой отрасли по-прежнему главным фактором является сырьевой.)

3) Почему Китай, Бразилия, Чили, Индия, Венесуэла размещают и развивают цветную металлургию? (Это связано с несколькими причинами, во- первых, это наличие сырьевой базы в данных странах, ,во-вторых, нали­чие достаточно развитой энергетики, в-третьих, в эти страны выносятся грязные производства из развитых стран.)

4) Для какой отрасли цветной металлургии характерен разрыв меду районами добычи и получения чистого металла? {Для алюминиевой.)

5) Почему доля развивающихся стран в получении цветных металлов растет усиленными темпами, по сравнению с развитыми странами? (Они принимают грязные производства из развитых стран.)

6) Какая страна является бесспорным лидером по всем показателям цветной металлургии? {США.)

V. Домашнее задание

1. Встретившись на международной выставке «Цветные металлы», специалисты медной промышленности из 6 стран разговорились о том, как каждый из них проводит дома досуг. Двое оказались заядлыми лыж­никами, причем один из них сообщил, что снег в окрестностях города лежит большую часть года и с гордостью сообщил, что комбинат, на котором он работает — самый северный в мире. Двое других пожалова­лись на постоянную жару, при этом один из них сетовал на сухость кли­мата, а второй на тропические ливни и сырость. Оказалось, что пятеро из них живут поблизости от крупных озер, правда, купаются в них дале­ко не все из них — где-то слишком холодно, а в двух — вода соленая (кстати, выяснилось, что двое из них живут в городах одноименных с озерами). Только один из них похвастался, что по выходным плавает в океане. Другой ответил, что ему для поездки на пляж нужен загранпас­порт. Трое — любители лыжных прогулок. Двое — коллекционеры минералов, один из них назвал свой полуостров — минералогическим музеем, другой уверял, что его край еще недавно был белым пятном на карте, и здесь можно найти неизвестные науке минералы. Представите­ли каких стран встретились на выставке? Как называются города, отку­да они приехали? Какая из этих стран больше всех добывает руды? Ка­кая страна вплавляет больше металла?

2. Вспомнить из курса 9 класса значение отрасли машиностроения.

Чёрная металлургия

Одна из основных отраслей, обеспечивающих тяжёлое машиностроение и ряд других министерств:

• Сталью.
• Чугуном.
• Ферросплавами.
• Прокатом.

Чёрная металлургия обеспечивает до 10% промышленного производства страны, при занятости в 385,6 тыс. человек. При этом она является одной из крупнейших составляющих притока иностранной валюты. Так в 2021 году экспорт чёрных металлов принёс в бюджет страны 10,1 млрд. долл.

Особенности производства

Чёрные металлы – это железо, марганец, хром. Ископаемые руды этих металлов богаты содержанием нужного компонента и могут разрабатываться открытым и шахтным способом. Сам процессполучения конечного продукта включает ряд последовательных этапов:

• Добычу и обогащение железной, марганцевой и хромовой руды, а также используемого в производстве нерудного сырья: огнеупорных глин, флюсовых известняков, формовочных материалов.
• Окускование – формирование небольших объёмов сырья с необходимыми для доменной плавки свойствами.
• Выплавка или изготовление: углеродистой стали, чугуна.
• Производство: проката, порошков чёрных металлов.
• Выпуск чугунных или стальных труб.
• Переработка лома и отходов чёрных металлов с целью их вторичного использования.

Чёрная металлургия

Непосредственно технологический цикл состоит из таких производств, как:

• Чугунно-доменное.
• Электросталеплавильное.
• Кислородноконвертерное.
• Мартеновское.
• Непрерывная разливка.
• Прокатное.

Предприятия

Крупнейшие предприятия чёрной металлургии:

• АО «Объединенная металлургическая компания».
• ОАО «Трубная металлургическая компания».
• ОАО «Холдинговая .
• ПАО «Группа Мечел».
• ПАО «Северсталь».
• Публичная .

Основной продукт цветной металлургии. Характерные черты отрасли

Металлургия

Функциональные характеристики цветной металлургии обусловлены следующими ее отличительными чертами:

• Цветная металлургия имеет наибольшее потребление сырья и материалов среди прочих промышленных производств. Для обеспечения ее работы требуются значительные объемы сырья. В основном для переработки используется руда с низким содержанием ценных компонентов (от 0,3–0,5 до 2,1%). Исключение составляет обработка бокситов для создания алюминия.
• Эта отрасль имеет самые значительные показатели электро- и топливопотребления. Самыми энергопотребляемыми отраслями является индустрия свинца, меди , никеля и кобальта.
• Для обеспечения бесперебойной работы предприятия цветной металлургии требуется большое число трудовых ресурсов, т. е. эта отрасль, в том числе, трудоемкая.

Добыча цветной металлургии это тяжелый трудозатратный процесс

• Предприятия этой производственной сферы в основном занимаются переработкой полиметаллических руд.
• Эта отрасль промышленности состоит из нескольких обязательных стадий. К ним относят этапы добычи рудного сырья, его обогащению, металлургический передел, дальнейшую переработку полученного металла. Только прохождение всех перечисленных этапов составляет полный производственный процесс (цикл).
• Предприятия отрасли цветной металлургии располагаются по географическому принципу в зависимости от месторасположения полезных ископаемых. В этом случае природно-сырьевой фактор служит решающим.
• Цветная металлургия считается одной из самых опасных в индустрии для окружающей среды. Ее деятельность связана с постоянными выбросами больших объемов отравляющих веществ.

Цветная металлургия

Отрасль, занимающаяся добычей и производством цветных металлов и их сплавов, в том числе: лёгких, тяжёлых, драгоценных, редких, тугоплавких. По сравнению с чёрной металлургией, её объёмы производства в 20 раз меньше, хотя доля в ВВП равняется 7,8%, что отражается и в количестве персонала, составляющего 193 тыс. человек.

Однако в плане экспорта цветная металлургия значительно опережает чёрную. В 2021 году отрасль поставила на международный рынок:

• Цветных металлов на сумму 11,2 млрд. долл.
• Драгметаллов – на 11,2 млрд. долл. (золота – 124 тонны).
• Проката – на 2,4 млрд. долл.

Особенности производства

К цветным металлам относятся все металлы, кроме железа и его сплавов. Технология их производства представляет определённую последовательность, в которую входят:

• Добыча и обогащение руд.
• Выплавка, а иногда ещё и рафинирование металла.
• Получение передела.
• Изготовление металлопроката.

Цветная металлургия

Отличительными особенностями производства в цветной металлургии выступают:

• Сырьевая «бедность» руд, компенсируемая большим разнообразием сопутствующих элементов.
• Повышенная потребность в исходном сырье, водных и энергетических ресурсах.
• Сложность и многоступенчатость большого количества разнообразных технологических циклов, применяемых при переработке сырья и в процессе получения конечного продукта.

Вполне логично, что такие специфические особенности потребовали создания многопрофильных объединений, подчас сочетающих в себе химию, металлургию и энергетику.

Предприятия

Лидерами цветной металлургии сегодня являются:

• АО «РУСАЛ Саяногорский алюминиевый .
• ОАО «Электроцинк».
• ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод».
• ООО «Евраз ванадий Тула».
• ООО «Медногорский медно-серный комбинат».
• ООО «Новоангарский обогатительный комбинат».
• ПАО ГМК «Норильский никель».
• ПАО «РУСАЛ Братский алюминиевый завод».
• ПАО «Челябинский цинковый завод».

Основные продукты и полупродукты металлургического производства.

Цветная металлургия является комплексной отраслью промышленного производства. Ассортимент товарной продукции предприятий цветной металлургии достаточно широк и разнообразен. Это:

· цветные металлы и сплавы в виде слитков, катодов, проката и т.д.

· химическая продукция: серная кислота, элементарная сера, медный и никелевый купорос, кальцинированная сода, поташ, различные химические реактивы (соли, оксиды, гидроксиды и т.д.);

· минеральные удобрения: суперфосфат, амофос и др.;

· строительные материалы: цемент, минераловатные и асбошиферные изделия, щебень, гранулированный шлак, шлаковая брусчатка и т.д.;

· тепловая и электрическая энергия;

· кислород и аргон.

Кроме товарной продукции на предприятиях цветной металлургии получают многочисленные отходы и полупродукты металлургического производства, свойства и качества которых весьма важны для технологических процессов цветной металлургии. К ним относятся шлаки, штейны, пыли, газы, агломераты и спеки, кеки, шламы, растворы и т.д. Рассмотрим общие характеристики некоторых основных продуктов и важнейших полупродуктов металлургической технологии, получающихся при переработке большинства сырьевых материалов.

Металлы

Металлы являются основным видом товарной продукции металлургического производства. В цветной металлургии в зависимости от применяемой технологии и состава получающихся металлов различают черновые и рафинированные металлы. Товарной продукцией, поступающей к потребителю для дальнейшего использования по прямому назначению, как правило, являются рафинированные металлы.

Черновыми металлами называются металлы, загрязненные примесями.

В число примесей входят вредные и ценные элементы — спутники основного металла. Вредные примеси ухудшают характерные для данного металла свойства (электропроводность, пластичность, коррозионную стойкость и т.п.) и делают их непригодными для непосредственного использования. Ценные спутники — благородные металлы, селен, галий, индий, рений и многие другие необходимо попутно извлекать из-за их достаточно высокой цены.

После очистки (рафинирования) черновых металлов от примесей получают рафинированные металлы. В зависимости от качества очистки и конечного содержания в рафинированном металле примесей устанавливают марку металла. Чем чище металл, тем выше его стоимость (за счет высоких затрат на его очистку). В небольших количествах некоторые предприятия цветной металлургии выпускают металлы повышенной (особой) чистоты. Получение таких металлов связано с большими дополнительными затратами труда, времени и средств, поэтому выпуск их ограничен.

Штейны

Штейном называется сплав сульфидов тяжелых цветных металлов (меди, никеля, свинца, цинка и др.) с сульфидом железа, в котором растворены примеси.

Штейны являются промежуточным металлсодержащим продуктом, получение которых характерно для пирометаллургии меди6 никеля и частично свинца.

В практике цветной металлургии получают медные, медно-никелевые и полиметаллические штейны.

Примерный состав заводских штейнов

Они образуются в жидком состоянии и практически не смешиваются с жидкими шлаками, что позволяет отделять их друг от друга путем отстаивания. Для успешного разделения штейнов и шлаков необходимо, чтобы разность их плотностей была не менее 1 (г/см3). Чем она больше, тем при прочих равных условиях (вязкость шлака, крупность штейновых капель) быстрее идет отстаивание.

Основными компонентами медных штейнов являются сульфиды меди и железа — Cu2S и FeS. В медно-никелевых штейнах преобладают Ni3S2, Cu2S и FeS. Характерными особенностями медных и медно-никелевых штейнов являются примерно постоянное содержание в них серы и присутствие некоторого количества кислорода (до 3-6 % в бедных штейнах) в форме оксидов железа — FeO и Fe3O4.

Медные и медно-никелевые штейны являются хорошими растворителями (коллекторами) всех благородных металлов. Кроме того, в зависимости от состава исходного сырья они могут содержать небольшие количества селена, теллура, мышьяка, сурьмы, висмута, кадмия и других примесей.

В отличие от медных и медно-никелевых штейнов содержание серы в никелевых штейнах колеблется более существенно. Это связано с тем, что никелевые штейны, как правило металлизированы, т.е. помимо сульфидов в них содержатся в растворенном виде и чистые металлы (Ni, Fe). Чем выше металлизация штейна, тем меньше в нем содержание серы. Кислорода в металлизированных никелевых штейна практически нет.

Металлургические шлаки.

Шлаки являются вторым жидким (в редком случае твердым) продуктом большинства металлургических плавок.

Шлаки — это сплав оксидов, образующийся, главным образом, из компонентов пустой породы и флюсов и продуктов окислительных реакций.

Кроме шлакообразующих компонентов, реальные заводские шлаки содержат и некоторое количество извлекаемых металлов. При плавке на штейн в шлаках также присутствует небольшое количество сульфидов.

При относительно низком содержании ценных компонентов в большинстве рудных плавок шлаки являются отвальным продуктом, т.е. отходами металлургического производства. Однако в будущем, с развитием металлургической техники они могут вновь стать ценным сырьем для получения ряда цветных металлов, а также железа и других ценных составляющих.

Основными компонентами шлаков цветной металлургии являются SiO2, FeO и CaO. Суммарное содержание этих трех оксидов обычно составляет от 70 до 90 -95 %. Концентрация CaO редко превышает 6-8 %. В большинстве случаев, таким образом, шлаки цветной металлургии в основе своей являются железосиликатными (FeO-SiO2).

В ряде процессов цветной металлургии в зависимости от состава перерабатываемого сырья и применяемой технологии в металлургических шлаках может содержаться Al2O3, MgO, Fe3O4, ZnO и некоторые другие оксиды.

К числу важнейших физико-химических свойств шлаковых расплавов, влияющих на показатели плавки, относятся плавкость, вязкость, плотность, поверхностные свойства и растворимость в шлаках металлсодержащего продукта (основные свойства физико-химические свойства металлургических расплавов будут рассмотрены далее в настоящем курсе). Физико-химические свойства шлака оказывают значительное влияние на показатели металлургического процесса. В свою очередь, на свойства шлака значительное влияние оказывают его состав и температура.

Сильное влияние состава шлака и температуры на его свойства приводят к необходимости в каждом металлургическом процессе подбирать оптимальный состав шлаков, который должен удовлетворять определенным технологическим и экономическим требованиям. Далеко не всегда плавка исходного сырья обеспечивает получение оптимальных шлаков. В большинстве случаев состав шлака приходится корректировать введением в исходную шихту соответствующих флюсов — минеральных добавок (кварцевые материалы, известняк и др.).

⇐ Предыдущая4Следующая ⇒

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем…

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот…

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)…

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Основные принципы размещения

В силу своей специфики, металлургические предприятия следует размещать в непосредственной близости:

• Мест залегания и добычи ископаемых руд.
• Источников и производства топлива: угля, кокса.
• Водных ресурсов.
• Электрических станций.
• Районов потребления готовой продукции.

Немаловажную роль при этом играет развитая транспортная инфраструктура. Производства в обязательном порядке должны быть в той или иной степени обеспечены: железнодорожным, автомобильным транспортом, трубопроводами подачи воды и топлива, а также линиями электропередачи.

Производство цветных металлов

Министерство Общего и профессионального технического образования

Московский Государственный Технический Университет “МАМИ”

Кафедра Технология конструкционных материалов

Производство цветных металлов.

Студент: Зиновьев М.Ю.

Группа: 5-АиУ-1

1. Производство меди.

Медь получают главным образом пирометаллургическим способом, сущность которого состоит в производстве меди из медных руд, включающем ее обогащение, обжиг, плавку на полупродукт – штейн, выплавку из штейна черновой меди и ее очистку от примесей (рафинирование).

Для производства меди применяют медные руды, содержащие 1 – 6% Cu, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений , , оксидов или гидрокарбонатов Перед плавкой медные руды обогащают и получают концентрат. Для уменьшения содержания серы в концентрате его подвергают окислительному обжигу при температуре Полученный концентрат переплавляют в отражательных или электрических печах. При температуре восстанавливаются оксид меди (CuO) и высшие оксиды железа. Образующийся оксид меди, реагируя с , дает Сульфиды меди и железа сплавляются и образуют штейн, а расплавленные силикаты железа растворяют другие оксиды и образуют шлак. После этого расплавленный медный штейн заливают в конвертеры и продувают воздухом для окисления сульфидов меди и железа и получения черновой меди. Черновая медь содержит 98,4-99,4% Cu и небольшое количество примесей. Эту медь разливают в изложницы.

Черновую медь рафинируют для удаления вредных примесей и газов. Сначала производят огневое рафинирование в отражательных печах. Примеси S, Fe, Ni, As, Sb и другие окисляются кислородом воздуха, подаваемым по стальным трубкам, погруженным в расплавленную черновую медь. Затем удаляют газы, для чего снимают шлак и погружают в медь сырое дерево. Пары воды перемешивают медь и способствуют удалению и других газов. При этом медь окисляется, и для освобождения ее от ванну жидкой меди покрывают древесным углем и погружают в нее деревянные жерди. При сухой перегонке древесины, погруженной в медь, образуются углеводороды, которые восстанавливают

После огневого рафинирования получают медь чистотой 99-99,5%. Из нее отливают чушки для выплавки сплавов меди (бронзы и латуни) или плиты для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,5% Cu). Электролиз ведут в ваннах, покрытых изнутри винипластом или свинцом. Аноды делают из меди огневого рафинирования, а катоды – из листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор (10-16%) и (10-16%). При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди

Примеси (мышьяк, сурьма, висмут и др.) осаждаются на дно ванны, их удаляют и перерабатывают для извлечения этих металлов. Катоды выгружают, промывают и переплавляют в электропечах.

Производство алюминия.

Сущность процесса производства алюминия заключается в получении безводного, свободного от примесей оксида алюминия (глинозема) с последующим получением металлического алюминия путем электролиза растворенного глинозема в криолите.

Основное сырье для производства алюминия – алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты, каолины. Наибольшее значение имеют бокситы. Алюминий в них содержится в виде минералов – гидроксидов , корунда и каолинита . Алюминий получают электролизом глинозема – оксида алюминия в расплавленном криолите с добавлением фтористых алюминия и натрия , . Производство алюминия включает получение безводного, свободного от примесей алюминия (глинозема); получение криолита из плавикового шпата; Электролиз глинозема в расплавленном криолите.

Глинозем получают из бокситов путем их обработки щелочью: .

Полученный алюминат натрия подвергают гидролизу:

В результате в осадок выпадают кристаллы гидроксида алюминия . Гидроксид алюминия обезвоживают во вращающихся печах при температуре и получают обезвоженный глинозем .

Для производства криолита сначала из плавикового шпата получают фтористый водород, а затем плавиковую кислоту. В раствор плавиковой кислоты вводят , в результате чего образуется вторалюминиевая кислота, которую нейтрализуют содой и получают криолит, выпадающий в осадок: .

Его отфильтровывают и просушивают в сушильных барабанах.

Электролиз глинозема проводят в электролизере, в котором имеется ванна из углеродистого материала. В ванне слоем 250-300 мм находится расплавленный алюминий, служащий катодом, и жидкий криолит.

Анодное устройство состоит из угольного анода, погруженного в электролит. Постоянный ток силой 70-75 кА и напряжением 4-4,5 В подводится для электролиза и разогрева электролита до температуры 1000С

Электролит состоит из криолита, глинозема, AlF3 и NaF. Криолит и

глинозем в электролите диссоциируют; на катоде разряжается ион Al3+ и

образуется алюминий, а на аноде—ион О2-, который окисляет углерод

анода до СО и СО2, удаляющихся из ванны через вентиляционную систему.

Алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита. Его периодически

извлекают, используя специальное устройство.

Для нормальной работы ванны на ее дне оставляют немного алюминия.

Алюминий, полученный электролизом, называют алюминием-сырцом.

В нем содержатся металлические и неметаллические примеси, газы.

Примеси удаляют рафинированием, для чего продувают хлор через

расплав алюминия. Образующийся парообразный хлористый алюминий,

проходя через расплавленный металл, обволакивает частички примесей,

которые всплывают на поверхность металла, где их удаляют. Хлорирование

алюминия способствует также удалению Na, Ca, Mg и газов, растворенных в

алюминии. Затем жидкий алюминий выдерживают в ковше или электропечи в

течение 30—45 мин при температуре 690— 730° С для всплывания

неметаллических включений и выделения газов из металла. После

рафинирования чистота первичного алюминия составляет 99,5—99,85%.

3. ПРОИЗВОДСТВО МАГНИЯ

Для производства магния наибольшее распространение получил электролитический способ, сущность которого заключается в получении чистых безводных солей магния (хлористого магния), электролизе этих солей в расплавленном состоянии и рафинировании металлического магния.

Основным сырьем для получения магния являются карналлит (MgCl2*KCL*6H2O), магнезит (MgCO3), доломит (СаСОз • MgC03), бишофит (MgCl2*6H2O). Наибольшее количество магния получают из карналлита. Сначала карналлит обогащают и обезвоживают. Безводный карналлит (MgCl2• КС1) используют для приготовления электролита. Электролиз осуществляют в электролизере, футерованном шамотным кирпичом. Анодами служат графитовые пластины, а катодами—стальные пластины. Электролизер заполняют расплавленным электролитом состава 10% MgCl2, 45% CaCI2, 30% NaCI, 15% КСl с небольшими добавками NaF и CaF2. Такой состав электролита необходим для понижения температуры его плавления (720 ±10° С). Для электролитического разложения хлористого магния через электролит пропускают ток. В результате образуются ионы хлора, которые движутся к аноду. Ионы магния движутся к катоду и после разряда выделяются на поверхности, образуя капельки жидкого чернового магния. Магний имеет меньшую плотность, чем электролит, поэтому он всплывает на поверхность, откуда его периодически удаляют вакуумным ковшом. Черновой магний содержит 5% примесей, поэтому его рафинируют переплавкой с флюсами. Для этого черновой магний и флюс, состоящий из MgCl;,, КС1, Bad,, CaF,, NaCI, CaCI;,, нагревают в электропечи до температуры 700—750″ С и перемешивают. При этом неметаллические примеси переходят в шлак. Затем печь охлаждают до температуры 670е С и магний разливают в изложницы на чушки.

4. ПРОИЗВОДСТВО ТИТАНА

Титан получают магнийтермическим способом, сущность которого состоит в обогащении титановых руд, выплавке из них титанового шлака с последующим получением из него четыреххлористого титана и восстановлении из последнего металлического титана магнием.

Сырьем для получения титана являются титаномагнетитовые руды, из которых выделяют ильменитовый концентрат, содержащий 40—45% TiO2, ~30% FeO, 20% Fe2O3 и 5—7% пустой породы. Название этот концентрат получил по наличию в нем минерала ильменита Feo*TiO2.

Ильменитовый концентрат плавят в смеси с древесным углем, антрацитом в рудно-термических печах, где оксиды железа и титана восстанавливаются. Образующееся железо науглероживается, и получается чугун, а низшие оксиды титана переходят в шлак. Чугун и шлак разливают отдельно в изложницы. Основной продукт этого процесса—титановый шлак содержит 80— 90% TiO2, 2—5% FeO и примеси SiO2, Al2O3, CaO и др. Побочный продукт этого процесса — чугун используют в металлургическом производстве.

Полученный титановый шлак подвергают хлорированию в специальных печах. В нижней части печи располагают угольную насадку, нагревающуюся при пропускании через нее электрического тока. В печь подают брикеты титанового шлака, а через фурмы внутрь печи—хлор. При температуре 800— 1250° С в присутствии углерода образуется четыреххлористый титан, а также хлориды CaCI2, MgCl2 и др. Ti02+2C+2Cl2=TiCl4+2CO.

Четыреххлористый титан отделяется и очищается от остальных хлоридов благодаря различию температуры кипения этих хлоридов методом ректификации в специальных установках.

Титан из четыреххлористого титана восстанавливают в реакторах при те­мпературе 950—1000° С. В реактор загружают чушковый магний; после откачки воздуха и заполнения полости реактора аргоном внутрь его подают парообразный четыреххлористый титан. Между жидким магнием и че­тыреххлористым титаном происходит реакция

2Mg+TiCl4=Ti+2MgCl2.

Твердые частицы титана спекаются в пористую массу—губку, а жидкий MgCl2 выпускают через летку реактора.

Титановая губка содержит 35—40% магния и хлористого магния.

Для уда­ления из титановой губки этих примесей ее нагревают до температуры 900—950° С в вакууме.

Титановую губку плавят методом вакуумно-дугового переплава.

Вакуум в печи предохраняет титан от окисления и способствует очистке его от примесей. Полученные слитки титана имеют дефекты, поэтому их вторично переплавляют, используя как расходуемые электроды. После этого чистота титана составляет 99,6— 99,7%. После вторичного переплава слитки используют для обработки давлением.

Информация о работе «Производство цветных металлов»

Раздел: Технология Количество знаков с пробелами: 10108 Количество таблиц: 0 Количество изображений: 0

Похожие работы

Технологические основы производства цветных металлов: меди, алюминия, магния, титана

40716

0

11

… . Поэтому считают нормальным возникновение в электролизере одного-двух анодных эффектов в сутки. Изучением природы анодного эффекта занималось много исследователей. На основе исследований, проведенных в Московском институте цветных металлов и золота под руководством проф.А.И. Беляева, можно сделать вывод, что причиной, вызывающей анодный эффект, является различная смачиваемость угольного анода …

Производство отливок из сплавов цветных металлов

70212

0

0

… утепляют или разогревают. Принцип направленного затвердевания, осознанный и сформулированный при освоении производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, сейчас совершенно обязателен для получения качественных отливок из любых сплавов. Разработка научных основ плавки сплавов цветных металлов, их кристаллизации, освоение технологии получения фасонных отливок и слитков является заслугой …

Экономико-географическое обоснование размещение предприятий цветной металлургии

50833

5

0

… межрегиональных различий в уровнях производства про­дукции на душу населения в перспективе до 2000 г. сохранится, и особенно резко — в варианте рыночного развития. 4 Анализ деятельности крупнейшие предприятия цветной металлургии. 4.1 РАО «Норильский никель» 1997 год для «Норильского никеля» был перелом­ным. С приходом в компанию Онэксимбанка летом 1996 года появилась надежда на …

Северо-Кавказский экономический район. Чёрная и цветная металлургия.

111606

0

0

… — отхода при обжиге цинковых концентратов. Сернокислотное производство имеют в своем составе комбинат «Электроцинк» (Владикавказ) и другие предприятия. Отраслью, дополняющей комплекс Северо-Кавказского экономического района, является угольная промышленность, хотя из-за высокой себестоимости добычи, медленного роста производительности труда, падения фондоотдачи эффективность ее снижается. Главный …

Конкурентоспособность отрасли

Формирование конкурентоспособности металлургического комплекса происходит в условиях сложившихся товарно-денежных отношений на международном рынке и внутри страны. Соответственно, на её показатели оказывают существенное влияние следующие факторы:

• Для всей отрасли страны в целом, как поставщика экспортируемой продукции:
• Общая экономическая и политическая ситуация в мире.
• Сложившаяся конъюнктура мирового металлургического рынка.
• Международное законодательство совместно с правовыми нормами стран-импортёров продукции.
• Для отдельной фирмы-производителя:
• Производственно-экономический потенциал.
• Уровень технической оснащённости.
• Место расположения предприятия по отношению к поставкам необходимых ресурсов и организации сбыта готовой продукции или изделий.

• Степень интеграции.

Проведённые исследования показывают что отрасль, одной из первых в стране ставшая:

• Реструктуризировать производственные мощности.
• Ликвидировать неэффективное оборудование.
• Выстраивать отраслевые структуры, специализируюсь, а затем объединяясь в полные законченные циклы.
• Наращивать производство наиболее рентабельной и хорошо продаваемой продукции.
• Заниматься снижением издержек.
• Решать вопросы экологии.
• Улучшать социальные условия своих работников.

В целом достигла высокого уровня конкурентоспособности.

Мкталлургия

Хотя отдельные показатели: расход электроэнергии на единицу продукции (на 20-30% больше, чем в Германии и США); трудозатраты (выше, чем в Германии, США и Японии в 2,5 раза) остаются на очень низком уровне. Что требует дальнейшей работы по обновлению производственных мощностей и оптимизации структуры.

Основные подотрасли

В цветную металлургию входит несколько подотраслей. Основной является производство алюминия. На него приходится почти половина мирового объема выплавки цветных металлов. В качестве сырья используются бокситы, из которых в процессе переработки получают глинозем. Главные месторождения находятся в Китае, России, Австралии и Бразилии.

Производство меди занимает примерно 25% объема рынка. Для этого используют обогащенную медную руду. Также важное значение имеет переработка вторичного сырья. Основные месторождения медных руд находятся в Центральной Африке, Чили, России, Китае, Канаде и США.

Свинец и цинк производятся из полиметаллических руд. Наибольшие объемы добываются в Мексике, США, Австралии, Китае и Канаде. Перерабатывают эти руды в Австралии, США, Японии, Китае и нескольких странах ЕС.

Самые крупные месторождения никеля расположены в России. Она же и выступает в качестве главного мирового производителя. Производство этого металла занимает 6% от общего объема мировой выплавки. Сырьем является никелевая руда.

Олово получают при переработке оловянных руд. Основные мировые месторождения находятся в Юго-Восточной Азии и в Боливии. Среди главных центров выплавки можно выделить Малайзию, Китай, Боливию и Россию. Остальные продукты отрасли изготавливаются в гораздо меньших масштабах. Чаще всего это локальные производства.

Схемы изготовления различных металлов схожи, но в зависимости от конкретного природного ресурса они имеют определенные различия, поэтому цикл лучше всего можно описать на примере получения алюминия. Он включает в себя такие стадии:

1. Добыча бокситов.
2. Обогащение при помощи грохочения или промывки. Так происходит увеличение концентрации алюминия в руде.
3. Изготовление глинозема.
4. Выплавка металла.
5. Производство алюминиевых болванок.

В России эта отрасль является одной из самых развитых. Это обусловлено наличием большого количество сырья, а также развитой производственной базой, которая осталась после распада СССР.

Перспективы развития

Основные перспективы развития российской металлургии открываются за счёт решения двух основных проблем:

• Несоответствия уровня производства требованиям рынка по качественным и количественным показателям.
• Модернизации, которую необходимо проводить с помощью внедрения современных технологий самого высокого научного уровня.
• Наиболее эффективными направлениями в этом плане, являются:
• Дальнейшее преимущественное применение бездоменных способов плавки.
• Более широкое использование вторичных ресурсов. В свете истощения существующих месторождений и трудностей освоения новых, именно это направление является особо актуальным!
• Повышение доли сплавов и другой продукции высокого научно-технологического уровня.
• Внедрение энергоёмких, но в то же время экономичных технологий.
• Ресурсо- и энергосбережение.
• Уменьшение экологического загрязнения.

Все эти направления нашли своё отражение в стратегиях развития металлургического производства на 2014-2020 годы и на перспективу до 2030 года.

Автор: Юрий Флоринских Все статьи этого автора

Последние статьи автора: Крупнейшие производители молока и молочной продукции в мире Алмазы: свойства, способы добычи и применение

Общая характеристика и специфика отрасли

Если сравнить черную и цветную металлургию, то последняя является более энергозатратной. Для нее характерны сложные производственные процессы, так как в руде содержание необходимого элемента обычно низкое. Также зачастую в ней присутствует большое количество примесей. Например, в медной руде содержится максимум 5% меди. На Урале добываются Колчеданы. Это многокомпонентные руды, в состав которых входит около 30 химических элементов.

Цветные металлы подразделяют на несколько групп:

В рудах цветных металлов содержится мало добываемого элемента, поэтому для получения тонны меди необходимо переработать около 100 тонн породы. Чаще всего производственные комплексы размещают вблизи сырьевой базы.

Также для переработки руды необходимо большое количество электричества. На энергозатраты приходится около 50% всех затрат производства.

Подразделяется цветная металлургия на отрасли исходя из вида добываемого элемента. Наибольшие объемы добычи приходятся на такие металлы:

1. Медь.
2. Алюминий.
3. Кобальт и никель.
4. Олово.
5. Свинец и цинк.
6. Золото.

Производство никеля связано с местами добычи никелевых руд. Основные месторождения находятся в Норильском районе Сибири и на Кольском полуострове. Большинство отраслей металлургии характеризуется многоступенчатостью производственных этапов. Во время утилизации отходов получают другие материалы. Они потом используются в отраслях машиностроения, строительстве и химическом производстве.