Металлургическая промышленность - отрасль тяжелой промышленности, производящая разнообразные металлы. Она включает две отрасли: черную и цветную металлургию.
Черная металлургия
Черная металлургия - одна из главных базовых отраслей промышленности. Значение ее определяется прежде всего тем, что стальной прокат является главным конструкционным материалом.
Особенности размещения черной металлургии изменяются со временем. Так география черной металлургии исторически сложилась под влиянием двух типов ориентации: на каменноугольные бассейны (так возникли главные металлургические базы в США, Европе, России, Украине, Китае) и на железнорудные бассейны. Но в эпоху научно-технической революции происходит общее ослабление прежней топливно-сырьевой ориентации и усиление ориентации на грузопотоки коксующегося каменного угля и железной руды (в результате черная металлургия Японии, стран Западной Европы начали тяготеть к морским портам) и ориентации на потребителя. Поэтому наблюдается уменьшение размеров строящихся комбинатов и более свободное их размещение.
Оценка общегеологических запасов железной руды позволяет говорить о том, что наиболее богаты железной рудой страны СНГ, на втором месте Зарубежная Азия, где особенно выделяются ресурсы Китая и Индии, на третьем - Латинская Америка с огромными запасами Бразилии, на четвертом - Африка, где большими запасами обладают ЮАР, Алжир, Ливия, Мавритания, Либерия, на пятом - Северная Америка, на шестом - Австралия. Мировое производство железной руды в 1990 году впервые достигло уровня в 1 млрд т, но при этом суммарная добыча только стран СНГ, Китая, Бразилии, Австралии составляет 2/3 общемировой. Причем, если 30 - 40 лет назад почти вся добыча была сосредоточена в экономически развитых странах, то сейчас отрасль быстрее растет в развивающихся странах. Бразилия и Республика Корея, например, стали обгонять по выплавке стали Великобританию и Францию.
Главными странами - экспортерами железной руды являются Бразилия, Австралия, Индия, причем на первые две из них приходится 1/2 всего мирового экспорта.
Основные импортеры железной руды - страны ЕС, Япония, Республика Корея.
Главными странами-производителями стали в мире сейчас являются Япония, Россия, США, Китай, Украина, Германия.
Цветная металлургия
Цветная металлургия - по размерам производства уступает черной примерно в 20 раз. Она также относится к числу старых отраслей промышленности, и с началом научно-технической революции испытала большое обновление, прежде всего в структуре производства. Так, если до второй мировой войны преобладала выплавка тяжелых цветных металлов - меди, свинца, цинка, олова, то в 60-70-е годы на первое место выдвинулся алюминий, а также стало расширяться производство «металлов XX века» - кобальта, титана, лития, бериллия и др. Сейчас цветная металлургия обеспечивает потребности примерно в 70 различных металлах.
Размещение предприятий отрасли складывается из того, что металлургия тяжелых, цветных, легирующих и благородных металлов, в руде которых обычно низке содержание полезного компонента, обычно тяготеет к странам и районам их добычи. Этим, в частности, объясняется то, что в ряде стран Азии, Африки, Латинской Америки отрасль возникла еще в колониальный период. Правда в этих странах сложились, в основном, нижние стадии производственного процесса, а верхние - в США, Западной Европе, Японии.
В середине XX века все большая ориентация стран Запада на сырье из развивающихся стран привела к перемещению предприятий к морским побережьям. После кризисов 70-х годов выплавка цветных металлов в странах Запада стала сокращаться, и большую роль стало играть вторичное сырье. Усилилась потребительская ориентация отрасли. Новые производственные мощности в сфере этих экологически «грязных производств» в основном возникают в развивающихся странах. Между производством и потреблением конечной продукции сохраняется территориальный разрыв, т. к. основная часть тяжелых цветных металлов, производимых в странах Азии, Африки, Латинской Америки потребляется в странах Запада.
Для подтверждения сказанного можно отметить, например, соотношение развитых и развивающихся стран в запасах медной руды составляет 30:70, в производстве медных концентратов 40:60, а в потреблении рафинированной меди: 85:15. По размерам добычи меди выделяются США. Канада, Чили, Замбия, Перу, Австралия. Главные страны экспортеры - рафинированной меди - Чили, Замбия, Заир, Перу, Филиппины.
Первая 10 стран по выплавке рафинированной меди - США, Чили, Япония, Канада, Замбия, Германия, Бельгия, Австралия, Перу, Респубпика Корея.
В отличие от тяжелых, руды легких цветных металлов, прежде всего алюминия, по содержанию полезного компонента напоминают железную руду и вполне транспортабельны, поэтому вполне рентабельно перевозить их на далекие расстояния. На экспорт идет 1/3 бокситов, добываемых в мире, а среднее расстояние их морских перевозок превышает 7 тыс. км. Это объясняется тем, что около 85% мировых запасов бокситов связаны своим происхождением с распространенной в тропиках и субтропиках корой выветривания. Вот почему запасы бокситов очень невелики или вообще отсутствуют в большинстве стран Западной Европы, Японии, Канаде, а так же в США. Всем им приходится ориентироваться прежде всего на импортное сырье.
По добыче бокситов выделяются Австралия, Гвинея, Ямайка, Бразилия. Китай, Индия, Суринам, причем первая «тройка» дает 70% всей добычи.
По выплавке алюминия лидируют США, Япония, Россия, Германия, Канада, Норвегия, Франция, Италия, Великобритания, Австралия.
Как черная, так и цветная металлургия сильно загрязняют окружающую среду, поэтому в последние десятилетия наметилась тенденция к переносу предприятий в развивающиеся страны, в связи с усилением природоохранительной политики в экономически развитых странах Запада.
Машиностроение, строительство, электротехника - все эти и многие другие сферы невозможно представить без металлургии. Что представляет собой эта отрасль? Как добывают металлы? Какими они бывают? Ответы на эти вопросы можно найти в статье.
Определение
Металлургия - это направление в промышленности, которое занимается добычей сырья, производством сплавов, утилизацией отходов и производством продукции из полученных сплавов.
Металлургия, в зависимости от сырья, делится на чёрную и цветную. К первой группе относятся металлы, содержащие железо, хром и марганец. Ко второй - все остальные.
Процесс производства продукции из металлов включает такие этапы, как:
утилизация.
добыча и подготовка руды;
Металлургическая промышленность включает процессы получения многих элементов периодической таблицы, кроме газов и галоидов.
Черная
Черная металлургия - это отрасль металлургии, которая занимается производством сплавов из железа, марганца и хрома.
В природе железо встречается в руде в форме карбонатов, гидроксида и оксида. Поэтому первый этап производства в чёрной металлургии - это освобождение железа из руды при помощи доменной печи при температуре более +1000 С. При необходимости на данном этапе производится изменение свойств металла.
Черная металлургия включает такие направления, как:
- добычу и обогащение нерудного сырья;
- производство чёрных металлов;
- производство труб из стали и чугуна;
- коксохимическую промышленность;
- вторичную обработку сырья.
Производимая на металлургических комбинатах продукция бывает:
основной, то есть конечным продуктом, готовым для эксплуатации;
побочной, то есть продуктом, который получается при производстве основной продукции;
попутной, то есть продукцией, оставшейся после производства основной и побочной, которая используется либо как вторсырье, либо как есть.
Добыча
Металлы получают путем извлечения из руд или вторсырья. Вся руда, содержащая ценные элементы, делится на богатую (более 55% ценных элементов), бедную (менее 50 %) и убогую (менее 25 %).
При добыче руды используются три основных метода:
открытый;
подземный;
комбинированный.
Открытый метод - самый распространенный и экономичный. При таком методе предприятием организуется необходимая инфраструктура и разрабатывается месторождение карьерами.
Подземный метод используется в том случае, если породы лежат глубоко под землей. По сравнению с открытым, этот метод дороже из-за необходимости специального технического оснащения. Кроме этого, он актуальнее, чем другие методы, так как запасы железной руды, залегающей близко к поверхности, практически истощены. Таким способом добывается более 70% железной руды.
Комбинированный способ, как понятно из названия, сочетает в себе два вышеуказанных метода.
Производство
В металлургии под производством черных металлов понимают сложный технологический процесс, который можно разделить на два этапа:
производство чугуна;
переработка чугуна в сталь.
Необходимыми материалами для производства чугуна являются железная руда, топливо (кокс) и флюс. Именно в таком порядке их загружают в доменные печи, где под тяжестью собственной массы они опускаются в низ печи. В нижней части печи находятся отверстия - фирмы, через которые подается нагретый воздух для поддержания процесса горения. В результате плавления из руды восстанавливается железо и другие элементы, а полученные в процессе шлак и чугун выливаются через специальные отверстия - шлаковую и чугунную летки.
Процесс передела чугуна в сталь подразумевает снижение уровня углерода и примесей способом избирательного окисления и перевода их в шлак при выплавке. Для этого в расплавленный чугун вводят ферросплавы с содержанием Al, Mn и Si. Они образуют в стали труднорастворимые оксиды, которые частично всплывают в шлак.
Продукция
Продукция черной металлургии широко используется в машиностроении, строительстве, коммунальном хозяйстве, военно-промышленном комплексе и сельском хозяйстве.
К основной продукции черной металлургии можно отнести:
чугун передельный и литейный;
огнеупоры;
химическую продукцию.
металлопрокат (листовой, фасонный, сортовой) ;
готовый прокат;
Цветная
К цветной металлургии относятся все виды металлов, кроме железосодержащих. Сама отрасль делится на металлургию легких и тяжелых металлов, которые основываются на таких свойствах металла, как плотность и вес. Все виды металлов, используемых в цветной металлургии, можно разделить на:
легкие, к которым относятся магний, алюминий, титан;
тяжелые, к которым относятся олово, цинк, свинец, никель, медь;
редкоземельные, к которым относятся эрбий, тербий, самарий, празеодим, неодим, лантан, диспрозий, церий, иттрий;
искусственные, к которым принадлежат америций, технеций;
малые, к которым относятся ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, кадмий, висмут;
рассеянные, к которым принадлежат селен, германий, таллий, индий, галлий, цирконий;
легирующие, к которым относятся ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам;
благородные, к которым относятся платина, золото, серебро.
По сравнению с черной, цветная металлургия более энергозатратная. Это объясняется низким содержанием полезных веществ в цветных металлах и, как следствие, большим количеством отходов, требующих особенной утилизации и переработки химическими способами.
Добыча сырья и его обогащение
Цветные металлы получают из рудного концентрата, то есть из обогащенной руды. Под обогащением понимают разделение руды на металлы и минералы, что позволяет искусственно увеличить содержание металлов в сырье. При разделении используются такие технологии, как дробление, измельчение, сортировка и переработка путём обезвоживания. После получения металла из руды он проходит обработку и шлифовку.
После всех этих процессов металл отправляют в цеха или предприятия, где будет изготовлена необходимая продукция - станки, трубы, машины и т.д.
Рафинирование
Черновые металлы содержат различные примеси, которые влияют на физико-химические свойства металлов, а также содержат важные дорогостоящие элементы, например золото или серебро. Поэтому одним из важнейших этапов обработки металла является рафинирование, то есть очистка. Рафинирование проводится тремя способами:
электролитическим - используется для глубокой очистки цветных металлов;
химическим, который который также называется аффинажем, применяется при глубокой очистке золота;
пирометаллургическим - используется при производстве металлов высокой чистоты и делится на фракционное, ликвационное, окислительное рафинирование.
Получение сплавов
Сплав - это вещество, состоящее из двух и более металлов и неметаллов, например, углерод, фосфор, мышьяк.
Сплавы не получаются из двух похожих металлов. Например, цинка и свинца.
Самыми ценными сплавами являются:
- сортовой прокат - шестигранник, пруток, проволока;
- листовой прокат - полоса, лента, лист.
бронза - соединение меди и олова;
латунь - соединение меди и цинка;
дуралюмин - соединение алюминия, меди, железа,кремния, магния и марганца;
карбид вольфрама - соединение вольфрама с углеродом и кобальтом;
нихром - соединение из никеля, хрома и железа;
ални - соединение немагнитного алюминия, никеля и кобальта.
Продукция отрасли
Человеку, незнакомому близко с металлургией, при упоминании о цветных металлах первыми на ум приходят золото и серебро. Выше было рассмотрено все многообразие цветной металлургии. Здесь же рассмотрим продукцию, которая производится в данной сфере. Это:
Кроме профильной, на металлургических заводах и комбинатах производится химическая продукция - хлор, поташ, серная кислота, элементарная сера, цинковый и медный купорос.
Типы баз и факторы их размещения
Прежде чем рассмотреть основные металлургические базы в мире и в России, стоит кратко описать типы баз и факторы их размещения.
В металлургической промышленности выделяют 3 типа баз.
База, работающая с собственными рудой и углем.
База, работающая либо с собственной рудой и привозным углем, либо с привозной рудой и собственным углем.
Работающая недалеко от угольных бассейнов или недалеко от потребителя.
Факторам, влияющими на расположение металлургических центров, можно назвать:
потребительский , к которому относится близость крупных машиностроительных комплексов - основных потребителей стали;
экологический , к которому относятся устаревшие предприятия, использующие один из самых “грязных” способов производства - доменный процесс;
транспортный , к которому относятся предприятия, использующие привозные руду и уголь, так как находятся вдали от их источников;
топливный , к которому относятся предприятия, находящиеся недалеко от угольных бассейнов;
сырьевой , к которому относятся предприятия, расположенные поблизости к местонахождениям руды.
Металлургия в мире
Мировая металлургия сосредоточена в 98 странах мира, из которых руда добывается только в 50. Лидерами являются пять стран - это Китай, Бразилия, Россия, Австралия и Индия, который поставляют на мировой рынок пости 80 % сырья. Большая часть мировых запасов руд - это материал среднего и низкого качества, требующий обогащения в процессе производства. Руд высокого качества в мире очень мало. Например, запасы России как одного из лидеров металлургической промышленности составляют всего 12 % от мировых запасов.
Больше всего руды добывается в Китае, а полезного железа - в России.
Лидирующими компаниями, которые регулируют мировой процесс добычи и производства руды и металлов, являются компании Arcelor Mittal, Hebei Iron & Steel, Nippon Steel.
Arcelor Mittal - это компания, образованная благодаря слиянию предприятий Индии и Люксембурга. Ей принадлежат предприятия в 60 странах мира, в том числе российское "Северсталь-Ресурс" и украинское "Криворожсталь".
Hebei Iron & Steel Group - еще одна компания, образованная в результате слияния нескольких компаний. Но вляется не частным, а государственным предприятием, зарегистрированным в Китае. Здесь производится уникальный продукт - ультратонкий холоднокатанный лист и стальные плиты. Кроме добычи и производства, компания занимается исследовательской деятельность и инвестициями.
Nippon Steel и Sumitomo Metal Industries - японский лидер по производству стали. Доменные печи этой компании были установлены еще в 1857 году.
Металлургия России
В российской экономике металлургия занимает второе место после нефтегазовой промышленности. В данной сфере трудятся более 2 % работающих граждан в стране на 1,5 тыс. предприятий.
В РФ три есть основные базы черной металлургии, размещение которых объясняется близостью источников руды и бассейнов угля:
Уральская;
Сибирская;
Центральная.
Самое старое и крупное предприятие металлургии - Уральское, где производится половина всей продукции черной металлургии в России. Центрами Уральской металлургии являются Екатеринбург, Нижний Тагил, Челябинск и Магнитогорск. Крупнейшие предприятия - Чусовский металлургический завод и Челябинский металлургический комбинат.
Сибирская металлургическая база - самая молодая из трех и строится на смену Уральской, где исчерпаны запасы металлов практически исчерпаны. Здесь расположены всего два крупных металлургический комбината - Кузнецкий и Западно-Сибирский.
Центральная металлургическая база находится в Белгородской и Курской областях. Крупнейшим металлургическим комбинатом и заводами является Новолипецкий металлургический комбинат и заводы в Старом Осколе и Туле.
93% процента выпускаемой продукции приходится на долю шести крупных центров металлургии. Это:
ПАО “Северсталь”;
ОАО “Мечел”;
“Евраз”;
ОАО “Металлоинвест”;
ОАО “Новолипецкий металлургический комбинат”;
ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат”.
Металлургия - промышленность, которая играет важную роль в жизни каждого человека.
Могущество и процветание государства зависит от эффективности экономики и военного потенциала. Развитие последних невозможно без развития металлургии, которая в свою очередь является основой машиностроения. Сегодня в центре внимания металлургический комплекс России и его значение для промышленно-хозяйственной сферы страны.
Общая характеристика металлургического комплекса
Что такое горно-металлургические комплексы? Это совокупность предприятий, которые занимаются добычей, обогащением, выплавкой металла, производством проката и переработкой вторичного сырья. Следующие отрасли входят в состав металлургического комплекса:
- Чёрная металлургия , которая занимается выплавкой стали, чугуна и ферросплавов;
- Цветная металлургия , которая занимается производством лёгких (титан, магний, алюминий) и тяжелых металлов (свинец, медь, олово, никель).
Рис. 1 Металлургический завод
Принципы размещения предприятий
Предприятия горно-металлургического комплекса не размещаются хаотично. Они зависят от следующих факторов размещения металлургии:
- Сырьевой (физико-химические особенности руд);
- Топливный (какой вид энергии необходимо использовать для получения металла);
- Потребительский (география размещения сырья, основных источников энергии и наличие транспортных путей).
Рис. 2 Топливный фактор размещения металлургии
Основные металлургические базы
Все вышеперечисленные факторы привели к неравномерному размещению металлургических предприятий. На отдельных территориях сформировались целые металлургические базы. В России выделяют три:
- Центральная база - это достаточно молодой центр, фундаментом которого служат железные руды района Курской магнитной аномалии, Кольского полуострова и Карелии. Главными центрами производства являются города Липецк, Старый Оскол и Череповец;
- Уральская база - это один из самых крупных центров металлургии в России, основными центрами которого являются Магнитогорск, Новотроицк, Челябинск, Нижний Тагил и Красноуральск;
- Сибирская база - это центр, который находится ещё в стадии развития. Основной источник - кузнецкий уголь и железная руда Приангарья и Горной Шории. Главный центр - город Новокузнецк.
Сравнительную характеристику и схему работы металлургических баз России можно представить в следующей таблице:
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
|
Центральная |
Сибирская |
Уральская |
|
|
Железные руды |
Курская магнитная аномалия, Кольский полуостров, |
Приангарье, Горная Шория |
Уральские горы |
|
Коксующийся уголь |
Привозной (Донецкий и Кузнецкий каменноугольный бассейн) |
Местный (Кузнецкий каменноугольный бассейн) |
Привозной (Казахстан) |
|
Предприятия |
Предприятия полного цикла и предельной металлургии (производят только сталь и прокат) |
Предприятия полного цикла (производят чугун, сталь, прокат) |
Цветная металлургия
Исходя из назначения и химических и физических особенностей и свойств цветные металлы делятся на:
- Тяжелые (медь, свинец, олово, цинк, никель);
- Лёгкие (алюминий, титан, магний);
- Драгоценные (золото, серебро, платина);
- Редкие (цирконий, индий, вольфрам, молибден и др.)
Цветная металлургия - это комплекс предприятий, которая занимается добычей, обогащением и металлургическим переделом руд цветных, благородных и редких металлов.
В этой цепочке различают алюминиевую, медную, свинцово-цинковую, вольфрамо-молибденовую и титаново-магнивую промышленности. Кроме того, сюда же входят и предприятия по производству благородных и редких металлов.
Центры цветной металлургии в России
Центрами алюминиевой промышленности являются Братск, Красноярск, Саянск и Новокузнецк. Расположенные в этих городах крупные алюминиевые заводы развиваются на основе собственного сырья из Урала, Северо-Западного региона и Сибири, а так же привозного. Данное производство достаточно энергоемкое, поэтому предприятия размещены недалеко от ГЭС и ТЭС.
Главным центром медной промышленности нашей страны является Урал. Предприятия используют местное сырье из Гайского, Красноуральского, Ревдинского и Сибайского месторождений.
Свинцово-цинковая промышленность станы зависит от добычи полиметаллических руд, поэтому и расположена рядом с местами их добычи - Приморье, Северный Кавказ, Кузбасс и Забайкалье.
Рис. 3 Добыча золота на Чукотке
Проблемы и перспективы
Проблемы есть в любой отрасли. Металлургический комплекс не является исключением. Среди главных проблем чёрной и цветной металлургии можно выделить следующие:
- высокая энергозатратность;
- низкая ёмкость внутреннего рынка;
- высокий уровень износа основных производственных фондов;
- недостаток некоторых видов сырья;
- разрушение процесса воспроизводства запасов сырья и руды;
- технологическая отсталость и недостаточное внедрение новых технологий;
- дефицит профессиональных кадров.
Но все эти вопросы можно решить. На глобальном рынке металлургической продукции Россия продолжает быть крупным игроком. На долю российской металлургии в мировом производстве приходится более 5% стали, 11% алюминия, 21% никеля, более 27 % титана. Главным показателем конкурентоспособности российской металлургии на внешнем рынке является то, что страна сохраняет и даже расширяет свои экспортные возможности.
Что мы узнали?
Сегодня мы узнали, что понимается под термином «металлургический комплекс». Данная отрасль делится на чёрную и цветную металлургии. Размещение предприятий по добыче, обогащению руды, выплавке металлов и производству проката имеет свои особенности и зависит от трёх факторов: сырьевого, топливного и потребительского. В Российской Федерации действуют и развиваются три металлургические базы: Центральная, Уральская и Сибирская.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 385.
Введение
На мой взгляд, рассматриваемая тема актуальна, так как металлургия является крупнейшей базовой отраслью индустриального производства Украины, которая вместе с другими отраслями определила общую специализацию хозяйства страны. Донецкая область занимает ведущее место по количеству и масштабности металлургических комбинатов Украины. Металлопрокат, произведённый на меткомбинатах Донецкой области широко используется в машиностроении, транспорте и во всех без исключения отраслях, выдерживает острую конкуренцию со стороны пластмасс, керамики, композитов, других современных материалов. Металлургическая промышленность - это отрасль, которая выводит Украину на мировой рынок с достаточно высокими показателями и держит ее в пределах десятки мировых производителей металлов. Однако, как и в любой другой промышленной отрасли, металлургия имеет свои проблемы в развитии, которые требуют скорейшего решения.
Эта контрольная работа предназначена для ознакомления с металлургической промышленностью, ее сущностью и значением в Украине и Донецкой области в частности, рассмотрения кризисной ситуации на рынке металлургии в период 2007-2009 г.г. Задачами данной контрольной работы является определение основных проблем и выявление путей их решения в металлургии Донецкой области и Украины в целом на государственном уровне, а также тенденции ее дальнейшего развития. Контрольная работа основана на данных, которые были взяты из периодических изданий и интернет - источников 2007-2012 г.г. В работе были проанализированы статистические данные последних лет, а также был проведен сравнительный анализ старых показателей с новыми.
Работа состоит из 4 разделов, в каждом из которых присутствует информация, раскрывающая в более полной форме суть предложенной темы.
Металлургическая промышленность
Понятие металлургии и ее задачи
МЕТАЛЛУРГИЯ - область науки и техники, охватывающие процессы получения металлов из руд или других веществ, изменения химического состава, структуры и свойств металлических сплавов. Различают пирометаллургию и гидрометаллургию. Применяется и для производства неметаллических материалов, в том числе полупроводников.
Изучение строения и физико-химических свойств металлических и оксидных расплавов и твердых растворов, разработка теории конденсированного состояния вещества;
Изучение термодинамики, кинетики и механизма металлургических реакций;
Разработка научных и технико-экономических основ комплексного использования полиметаллического минерального сырья и техногенных отходов с решением экологических проблем;
Разработка теории основ пирометаллургических, электротермических, гидрометаллургических и газофазных процессов производства металлов, сплавов, металлических порошков и композиционных материалов и покрытий. (5)
Металлургия Украины -- базовая отрасль народного хозяйства Украины, обеспечивает более 25 % промышленного производства государства (96 955,5 млн гривен в 2005 году), дает около 40 % валютных поступлений на Украину и более 10 % поступлений в государственный бюджет Украины. В мировом производстве чёрной металлургии доля Украины, по данным Международного института чугуна и стали, составляет 7,4 % (2007 год). Металлургия Украины это предприятия и организации горно-металлургического комплекса, который объединяет не только предприятия чёрной и цветной металлургии, но и горно-обогатительные комбинаты, ферросплавные заводы, обогатительные фабрики, коксохимические заводы, предприятия выпускающие изделия из металлов. (8)
Металлургическая промышленность - одна из крупнейших отраслей любого крупного государства. К ней относится добыча и переработка руды, производство и обогащение металлов, производство сплавов из них. Украина обладает значительными запасами разнообразных металлических руд: чёрных (железо, марганец, хром, титан и ванадий), цветных (алюминий, цинк и свинец) и драгоценных (серебро, золото и платина) металлов. (9)
Металлургический комплекс Украины представляет собой отлаженную систему взаимодействующих между собой предприятий по добыче сырья, комбинатов по его обогащению и металлургических заводов, занимающих площади в десятки тысяч квадратных километров. Всего в металлургическом комплексе насчитывается около 400 крупных и средних предприятий чёрной и цветной металлургии, расположенных во многих областях Украины. (9)
Украина является одним из лидеров стран-производителей черных металлов в мире и занимает 7 место по объёму производства стали и 3 место по объёму экспорта металлопродукции. Часть продукции, производимая металлургическими предприятиями, составляет 30 % в общем промышленном производстве и составляет 42 % от общих объёмов экспорта Украины. Свыше 80 % металлопродукции экспортируется в страны Европы, Азии, Ближнего Востока, Южной Америки. (8)
Сущность и значение металлургического комплекса
В металлургический комплекс входят предприятия черной и цветной металлургии, охватывающие все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде черных и цветных металлов, а также их сплавов. Металлургический комплекс - это сочетание следующих технологических процессов:
Добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.);
Металлургическая переработка - основной технологический процесс получения чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.;
Производство сплавов;
Коксохимическое производство;
Утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.
Основным видом технологических связей и формой общественной организации производства в отрасли является комбинирование. Поэтому ведущим видом металлургических предприятий являются комбинаты. В зависимости от сочетания этих технологических процессов выделяются следующие типы производств в металлургическом комплексе:
Комбинаты полного цикла, в которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса;
Комбинаты неполного цикла - это предприятия, в которых осуществляются не все стадии технологического процесса (добыча и обогащение руды, производство стали и проката или чугуна и проката отдельно). Предприятия неполного цикла ("малой металлургии") называются перерабатывающими.
Комбинаты, на которых происходит добыча и обогащение руды, называются горно-обогатительными комбинатами (ГОК).
Металлургический комплекс - основа индустрии. Черные металлы называют хлебом промышленности. Черные и цветные металлы широко используются в машиностроении, строительстве, транспорте и всех без исключения отраслях народного хозяйства, выдерживая острую конкуренцию со стороны пластмасс, керамики и других современных материалов. Но в противоположность недалекому прошлому, сейчас уже по уровню производства чугуна, стали и проката не судят о экономическом могуществе страны.
Исключительно большое комплексо- и районообразующее значение металлургического комплекса в территориальной структуре хозяйства Украины. Он играет ощутимую роль в международном разделении труда. Доля неблагородных металлов и изделий составляет 30% экспорта Украины. (6) И с точки зрения международного спроса необходимо постоянно улучшать качество металлопродуктов, обеспечив их конкурентоспособность на очень требовательном мировом рынке, увеличить долю электростали и ферросплавов, труб и т.д.
Обобщённое название лиц, занятых в металлургии - металлург.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Современная техника для чайников. Лекция 16. Металлургия
✪ Владимир Эрлих - Начало использования человеком железа и стали
✪ Наука 2 0 Металлы и Сплавы
✪ Защита организма в цветной металлургии
✪ способы получения металлов
Субтитры
Разновидности металлургии
В мировой практике исторически сложилось деление металлов на чёрные (железо и сплавы на его основе) и все остальные - нечерные (англ. Non-ferrous metals ) или цветные металлы. Соответственно, металлургия часто подразделяется на чёрную и цветную.
- Пирометаллургия (от др.-греч. πῦρ - огонь) - металлургические процессы, протекающие при высоких температурах (обжиг , плавка и т. п.). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия .
- Гидрометаллургия (от др.-греч. ὕδωρ - вода) - процесс извлечения металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и различных водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, цементацией , электролизом).
Во многих странах мира идет интенсивный научный поиск по применению различных микроорганизмов в металлургии, то есть применение биотехнологии (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов). К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь , золото , цинк , уран , никель из сульфидного сырья . Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств .
Производство и потребление металлов
Распространение и сферы применения
Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: алюминий (8,9 %), железо (4,65 %), магний (2,1 %), титан (0,63 %). Природные ресурсы некоторых весьма важных металлов измеряются сотыми и даже тысячными долями процента. Особенно бедна природа благородными и редкими металлами .
Производство и потребление металлов в мире постоянно растёт. За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились и составляют, соответственно, около 800 млн тонн и около 8 млрд тонн. Изготовленная с использованием черных и цветных металлов доля продукции в настоящее время составляет 72-74 % валового национального продукта государств. Металлы в XXI веке остаются основными конструкционными материалами , так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения .
Из 800 млн т ежегодно потребляемых металлов более 90 % (750 млн т) приходится на сталь , около 3 % (20-22 млн т) на алюминий, 1,5 % (8-10 млн т) - медь, 5-6 млн т - цинк, 4-5 млн т - свинец (остальные - менее 1 млн т). Масштабы производства таких цветных металлов, как алюминий, медь, цинк, свинец, измеряются в млн т/год; таких как магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам- в тыс. т, таких как селен, теллур, золото, платина - в тоннах, таких как иридий, осмий и т. п. - в килограммах .
В настоящее время основная масса металлов производится и потребляется в таких странах как США, Япония, Китай, Россия, Германия, Украина, Франция, Италия, Великобритания и другие.
В бронзовом веке (III-I тысячелетие до н. э.) применение получили изделия и орудия труда из сплавов меди с оловом (оловянная бронза). Этот сплав - древнейший сплав, выплавленный человеком. Считается, что первые изделия из бронзы получены за 3 тыс. лет до н. э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем . Значительно позже бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов (алюминиевые, бериллиевые, кремненикелевые и др. бронзы, сплавы меди с цинком, называемые латунью, и др.). Бронзы применялись вначале для производства оружия и орудий труда, затем для отливки колоколов, пушек и т. д. В настоящее время наиболее распространены алюминиевые бронзы, содержащие 5-12 % алюминия с добавками железа, марганца и никеля.
Вслед за медью человек стал использовать железо.
Общее представление о трёх «веках»- каменном , бронзовом и железном - возникло ещё в античном мире (Тит Лукреций Кар). Термин «железный век» был введён в науку в середине XIX века датским археологом К. Томсеном .
Получение железа из руды и выплавка металла на основе железа было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века . В расшифрованных хеттских текстах XIX века до н. э. упоминается о железе как о металле, «упавшем с неба». Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян .
Принято считать, что человек впервые познакомился с метеоритным железом . Косвенным подтверждением этому является названия железа на языках древних народов: «небесное тело» (древнеегипетский, древнегреческий), «звезда» (древнегреческий). Шумеры называли железо «небесной медью». Возможно, поэтому всё, что было связано в древности с железом, было окружено ореолом таинственности. Люди, добывающие и перерабатывающие железо, были окружены почётом и уважением, к которым примешивалось и чувство страха (их часто изображали колдунами).
Ранний железный век Европы охватывает период X-V веков до н. э.. Этот период получил название гальштатская культура по названию города Гальштат в Австрии, возле которого были найдены железные предметы того времени. Поздний или «второй железный век» охватывает период V-II веков до н. э.- начало н. э. и получил название латенская культура - по одноимённому месту в Швейцарии , от которого осталось много железных предметов. Латенская культура связывается с кельтами , считавшимися мастерами изготовления различных орудий из железа. Большое переселение кельтов, начавшееся в V веке до н. э., способствовало распространению этого опыта на территории Западной Европы. От кельтского названия железа «изарнон» произошли немецкое «айзен» и английское «айрон».
В конце II тысячелетия до н. э. железо появилось в Закавказье . В степях Северного Причерноморья в VII-I веках до н. э. обитали племена скифов , создавших наиболее развитую культуру раннего железного века на территории России и Украины.
Вначале железо ценилось очень дорого, использовалось для изготовления монет, хранилось в царских сокровищницах. Затем оно стало всё активнее использоваться как орудие труда, и как оружие. Об использовании железа в качестве орудий труда упоминается в «Илиаде » Гомера. Там же упоминается о том, что Ахилл наградил победителя дискобола диском из железа. Греческие мастера уже в древние времена использовали железо. В построенном греками храме Артемиды барабаны мраморных колонн храма были скреплены мощными железными штырями длиной 130, шириной 90 и толщиной 15 мм .
Пришедшие в Европу народы с Востока внесли свой вклад в распространение металлургии. По преданию, колыбелью монголов и туркменов были богатые рудами Алтайские горы . Своими богами эти народы считали тех, кто ведал кузнечным ремеслом. Доспехи и оружие воинственных кочевников из Средней Азии было сделано из железа, что подтверждает их знакомство с металлургией.
Богатые традиции производства изделий из железа имеются в Китае . Здесь, возможно ранее, чем у других народов, научились получать жидкий чугун и делать из него отливки. До наших дней сохранились некоторые уникальные отливки из чугуна, изготовленные в первом тысячелетии н. э., например, колокол высотой 4 и диаметром З метра, массой 60 тонн.
Известны уникальные изделия металлургов древней Индии . Классическим примером является знаменитая вертикально стоящая Кутубская колонна в Дели массой 6 тонн, высотой 7,5 метров и диаметром 40 см. Надпись на колонне гласит, что она сооружена примерно в 380-330 годах до н. э. Анализ показывает, она сооружена из отдельных криц , сваренных в кузнечном горне. На колонне нет ржавчины . В захоронениях древней Индии найдено стальное оружие, изготовленное в середине первого тысячелетия до н. э.
Таким образом, 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.
См. также : Горнозаводские округа (о российской металлургии XVIII - начала XIX вв.)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.
Масштабы переработки руд в мире огромны. Только на территории СССР в конце 1980-х, начале 1990-х годов ежегодно добывалось и подвергалось обогащению более 1 млрд тонн руды.
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.
Чёрная металлургия
Железо в природе находится в руде в виде оксидов Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , гидроксида Fe 2 O 3 хH 2 O, карбонатов FeCO 3 и других. Поэтому для восстановления железа и получения сплавов на его основе существует несколько стадий, включающих доменное производство и производство стали.
Доменное производство чугуна
На первой стадии получения железосодержащих сплавов происходит высвобождение железа из руды в доменной печи при температуре свыше 1000 градусов Цельсия и выплавка чугуна . Свойства получаемого чугуна зависят от хода процесса в доменной печи. Поэтому задавая процесс восстановления железа в доменной печи можно получить два вида чугуна: передельный чугун, который идёт в дальнейший передел для выплавки стали, и литейный чугун, из которого получают чугунные отливки.
Производство стали
Передельный чугун служит для производства стали. Сталь - это сплав железа с углеродом и легирующими элементами. Она прочнее чугуна и более пригодна для строительных конструкций и производства деталей машин. Выплавка стали происходит в сталеплавильных печах, где металл находится в жидком состоянии.
Методов получения стали существует несколько. Основными методами получения стали являются: кислородно-конверторный, мартеновский, электроплавильный. Каждый метод использует различное оборудование - конвертеры , мартеновские печи , индукционные печи , дуговые печи .
Кислородно-конвертерный процесс
Первым способом массового производства жидкой стали был бессемеровский процесс . Этот способ производства стали в конвертере с кислой футеровкой был разработан англичанином Г. Бессемером в 1856-1860 гг. Несколько позже, в 1878 году, - С.Томасом был разработан схожий процесс в конвертере с основной футеровкой, получивший название томасовский процесс . Сущность конвертерных процессов (бессемеровского и томасовского) на воздушном дутье заключается в том, что залитый в плавильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом. Кислород, содержащийся в воздухе, окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь. При томасовском процессе, кроме того, в основной шлак удаляются фосфор и сера. При окислении выделяется тепло, которое обеспечивает нагрев стали до температуры около 1600 °С.
Мартеновский процесс
Сущность другого способа получения стали с помощью мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду пламенной отражательной печи , которая оборудована регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа). Идея получения литой стали на поду отражательной печи высказывалась многими учеными (например, в 1722 г. Реомюром), однако осуществить это долгое время не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива - генераторного газа - была недостаточной для получения жидкой стали. В 1856 году братья Сименс предложили использовать для подогрева воздуха тепло горячих отходящих газов, устанавливая для этого регенераторы. Принцип регенерации тепла был использован Пьером Мартеном для плавки стали. Началом существования мартеновского процесса можно считать 8 апреля 1864 года, когда П. Мартен на одном из заводов Франции выпустил первую плавку.
Для выплавки стали в мартеновскую печь загружают шихту , состоящую из чугуна, скрапа, металлического лома и других компонентов. Под действием тепла от факела сжигаемого топлива шихта постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки для получения металла заданного состава и температуры. Готовый металл из печи выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и невысокой стоимости мартеновская сталь нашла широкое применение. Уже в начале XX в. в мартеновских печах выплавляли половину общего мирового производства стали.
Первая мартеновская печь в России была построена в Калужской губернии на Ивано-Сергиевском железоделательном заводе С. И. Мальцевым в 1866-1867 гг. В 1870 г. первые плавки проведены в печи вместимостью 2,5 т, построенной известными металлургами А. А. Износковым и Н. Н. Кузнецовым на Сормовском заводе . По образцу этой печи позже на других русских заводах были построены аналогичные печи большей вместимости. Мартеновский процесс стал основным в отечественной металлургии. Огромную роль сыграли мартеновские печи в годы Великой Отечественной войны . Советским металлургам на Магнитогорском и Кузнецком металлургических комбинатах впервые в мировой практике удалось удвоить садку мартеновских печей без существенной их перестройки, организовав производство высококачественной стали (броневой, подшипниковой и т. п.) на действовавших в то время мартеновских печах. В настоящее время в связи с расширением конвертерного и электросталеплавильного производства стали масштабы производства мартеновской стали сокращаются.
В основной мартеновской печи можно переплавлять чугун и скрап любого состава и в любой пропорции и получать при этом качественную сталь любого состава (кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в электропечах). Состав применяемой металлической шихты зависит от состава чугуна и скрапа и от расхода чугуна и скрапа на 1 т стали. Соотношение между расходом чугуна и скрапа зависит от многих условий.
Электросталеплавильное производство
В настоящее время для массовой выплавки стали применяют дуговые сталеплавильные электропечи , питаемые переменным током, индукционные печи и получающие распространение в последние годы дуговые печи постоянного тока. Причём доля печей последних двух видов в общем объёме выплавки невелика.
В дуговых электропечах переменного тока выплавляют стали электропечного сортамента. Основными достоинствами дуговых электропечей является то, что в них в течение многих десятилетий выплавляют основную часть высококачественных легированных и высоколегированных сталей, которые затруднительно, либо невозможно выплавлять в конвертерах и мартеновских печах. Благодаря возможности быстро нагреть металл, можно вводить большие количества легирующих добавок и иметь в печи восстановительную атмосферу и безокислительные шлаки (в восстановительный период плавки), что обеспечивает малый угар вводимых в печь легирующих элементов. Кроме того, имеется возможность более полно, чем в других печах, раскислять металл, получая его с более низким содержанием оксидных неметаллических включений, а также получать сталь с более низким содержанием серы в связи с её хорошим удалением в безокислительный шлак. Также есть возможность плавно и точно регулировать температуру металла.
Легирование стали
Для придания стали разнообразных свойств используется процесс легирования стали. Легирование - это процесс изменения состава сплавов путём введения определенных концентраций дополнительных элементов. В зависимости от их состава и концентрации изменяется состав и свойства сплава. Основные легирующие элементы для стали являются: хром (Cr), никель(Ni), марганец (Mn), кремний (Si), молибден (Mo), ванадий (V), бор (B), вольфрам (W), титан (Ti), алюминий (Al), медь (Cu), ниобий (Nb), кобальт (Co). В настоящее время существует большое количество марок стали с различными легирующими элементами.
Порошковая металлургия
Принципиально иным способом производства сплавов на основе черных металлов является порошковая металлургия. Порошковая металлургия основана на применении порошков металлов с размерами частиц от 0,1 мкм до 0,5 мм, которые сначала спрессовывают, а затем спекаются.
Цветная металлургия
В цветной металлургии применяются очень разнообразные методы производства цветных металлов. Многие металлы получают пирометаллургическим способом с проведением избирательной восстановительной или окислительной плавки, где часто в качестве источника тепла и химического реагента используют серу , содержащуюся в рудах. Вместе с тем ряд металлов с успехом получают гидрометаллургическим способом с переводом их в растворимые соединения и последующим выщелачиванием.
Часто оказывается наиболее приемлемым электролитический процесс водных растворов или расплавленных сред.
Иногда применяют металлотермические процессы, используя в качестве восстановителей производимых металлов другие металлы с большим сродством к кислороду. Можно указать ещё на такие способы, как химико-термический, цианирование и хлорид-возгонка.
Производство меди
Известны два способа извлечения меди из руд и концентратов: гидрометаллургический и пирометаллургический.
Гидрометаллургический способ не нашёл широкого применения на практике. Его используют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличие от пирометаллургического не позволяет извлекать попутно с медью драгоценные металлы .
Большую часть меди (85-90 %) производят пирометаллургическим способом из сульфидных руд. При этом параллельно решается задача извлечения из руд помимо меди других ценных сопутствующих металлов. Пирометаллургический способ производства меди предусматривает несколько стадий. Основные стадии этого производства включают:
- подготовка руд (обогащение и иногда дополнительно обжиг);
- плавка на штейн (выплавка медного штейна),
- конвертирование штейна с получением черновой меди,
- рафинирование черновой меди (сначала огневое, а затем