Производство цветных металлов и сплавов

Особенности цветной металлургии: добыча и переработка

Что это такое? Цветная металлургия – это отрасль металлургической промышленности, которая отвечает за добычу и обработку различных металлов: цветных, благородных и редких. Данное направление требует больших финансовых и ресурсных затрат, но польза от него неоценима.

В чем особенности? Особенности цветной металлургии в том, что она делится на различные подотрасли в зависимости от типа добываемого и обрабатываемого металла. Однако технологические этапы во многом схожи. Также близки и пути развития данных подотраслей на ближайшие десять лет.

• Суть цветной металлургии
• Виды цветных металлов
• Подотрасли цветной металлургии
• Технологические этапы в цветной металлургии
• Связь сырьевой базы с расположением предприятий цветной металлургии
• Перспективы развития отрасли

Суть цветной металлургии

Черная и цветная металлургия составляют единый комплекс, существующий как единый «организм», – металлургическую промышленность. Эта сфера характеризуется крайне высоким уровнем трудо- и материалоемкости, но главное – капитализации. Функции металлургии заключаются в добыче руд, их обогащении и улучшении качества получаемых металлов (цветных, редкоземельных, черных и благородных).

Если говорить о качественных особенностях цветной металлургии, следует отметить следующие ее характерные черты:

1. Среди любых других отраслей промышленности, ориентированных на добычу и переработку недр, цветная металлургия требует больше всевозможного сырья и материалов на единицу производимой продукции. Это объясняется крайне низкой концентрацией полезных компонентов в руде (в некоторых случаях – 0,3–2,1 % по массе), а также сложностью химических процессов обогащения и выплавки готовых металлов. Особняком в этом ключе стоит алюминий (его скопление в глиноземе может доходить до 42 %).
2. У цветной металлургии крайне высокое энергопотребление. Кроме того, для протекания химических реакций топливо используется как входящий компонент. Больше всех потребляют энергию следующие производства (по убыванию): выплавка свинца, меди, никеля, кобальта.
3. Любая металлургия – это непрерывное производство. Но цветная больше других отраслей требует значительного количества квалифицированных рабочих кадров.
4. Немалое количество времени предприятия цветной металлургии тратят на переработку полиметаллических руд.

Принято разделять цветное металлургическое производство на такие стадии, как:

• добыча сырья (руды);
• обогащение руды;
• осуществление металлургического передела;
• переработка полученного металла.

Поэтому под производственным циклом подразумевается совокупность всех указанных этапов.

Особенность размещения предприятий цветной металлургии в том, что обычно они дислоцируются в непосредственной близости от соответствующих месторождений. Все дело в огромном объеме сырья (руды), который необходимо переработать (обогатить), поэтому любое транспортное плечо в данном случае окажется крайне затратным. Таким образом, решающим здесь служит природно-сырьевой фактор, а любой завод данной отрасли представляет собой производственный комбинат, где отходный компонент одного производства является входящим сырьем для другого.

Особенность продукции цветной металлургии заключается в том, что методы производства в данной отрасли, с точки зрения экологии, по сей день остаются самыми вредными и просто опасными в мире. Выбросы на каждом этапе производственного передела крайне токсичны и в длительном промежутке времени наносят непоправимый вред окружающей среде.

Виды цветных металлов

Современная научная практика выделяет сразу несколько подгрупп металлов, которые относят к цветным. Все они различаются между собой эксплуатационными качествами. Вот некоторые из них:

• Тяжелые цветные металлы (цинк, медь, никель и свинец). Они оправдывают свое название, так как имеют высокую плотность.
• Легкие цветные металлы (алюминий, литий, магний и титан).
• Малые цветные металлы (висмут, ртуть, сурьму, мышьяк, кобальт). Их месторождения обычно соседствуют с залежами тяжелых цветных руд, поэтому и добыча осуществляется попутно.
• Тугоплавкие (или легирующие металлы). Это, прежде всего, вольфрам, хром, молибден и ванадий. Помимо высокой температуры плавления, данные материалы обладают еще и крайне высокой износостойкостью. Они относительно редкие, поэтому из них либо производят штучные изделия, либо используют в качестве присадок к железу или другим металлам, в результате чего формируются относительно дешевые сплавы с поистине уникальными ценными свойствами.
• Благородные металлы (золото, серебро и платина). Их ценность заключается в инертности к любым химическим реакциям в естественных условиях. Помимо прочего, данные вещества имеют замечательные декоративные свойства, что делает их сырьем для ювелирной промышленности (примерно половина всего добываемого золота идет на производство украшений). К данной группе относят также иридий, палладий, рутений и осмий.
• Редкоземельные металлы. Это широкая группа крайне редких, а потому весьма ценных веществ. Сюда относят лютеций, скандий, европий, тулий и пр. Применение «редкоземов» еще более ограничено, месторождения единичные, а добыча осложнена.

Подотрасли цветной металлургии

В состав цветной металлургии входят подотрасли, продуктами которых являются следующие металлы:

Алюминий

Почти половина (45 %) всех выплавляемых цветных металлов приходится на долю алюминия. Сырьем, из которого в итоге получают этот легкий и пластичный металл, является глинозем (получаемый из бокситов). Наиболее богатые месторождения данной горной породы расположены на территории Бразилии, Австралии, Китая, экваториальной Африки и России. А странами-лидерами по выплавке алюминия являются (в порядке убывания объемов производства): Россия, США, Италия, Китай, Германия.

Медь

На долю данного металла приходится не менее 25 % мировой выплавки «цветнины». Концентрация самой меди в руде обычно составляет 7–15 %, но может доходить до 35 %. В связи с этим очень большое значение имеет эффективность выбранной технологии выплавки и переработка вторичного сырья. Главные месторождения медных руд располагаются на территории России, Казахстана, Чили, США, Канады, экваториальной Африки и Китая. А основными производителями являются (также в порядке убывания объемов выплавки): Россия, Китай, США, страны Европы.

Свинец и цинк

Их выделяют из полиметаллических руд. Главные мировые месторождения находятся в Китае, США, Мексике, Австралии и Канаде. Плавильное производство при этом сконцентрировано в Японии, Китае, США, Австралии и странах Европы. Свинец очень востребован мировой экономикой, поэтому на его долю приходится не менее 22 % общемирового производства цветных металлов.

В соответствии с последними научными изысканиями большие перспективы имеет теория, в соответствии с которой все выходы никелевых руд на поверхность находятся ближе к земным полюсам. Дело в том, что ядро нашей планеты как раз состоит из железа и никеля, поэтому верхние его слои, имеющие жидкое состояние, повинуясь силовым линиям магнитного поля, в свое время поднимались на поверхность. Также происходит и с железом, но оно растворяется в воде, поэтому его месторождения ближе к полюсам просто размыты.

Самым крупным производителем никеля на планете является Россия (на территории нашей страны также присутствуют самые крупные месторождения данного металла). В мировом производстве на долю никеля приходится не менее 7 % выплавки «цветнины».

Олово

Большая часть залежей оловянных руд расположена в Боливии и Юго-Восточной Азии. Основными производителями металла являются Боливия, Малайзия, Китай и Россия. Олово используется преимущественно в сплавах. Больше всего его требуется для производства бронзы (сплава меди и олова).

Все остальные цветные металлы выплавляются либо как побочные продукты при производстве указанных выше, либо имеют крайне локализованное (очаговое) производство в связи с ограниченностью запасов руд.

Технологические этапы в цветной металлургии

Технологический процесс в цветной металлургии разбит на множество сегментов, которые, тем не менее, составляют единый цикл. Вот эти сегменты:

1. Добыча руды (производственного сырья).
2. Обогащение руды (подготовка для дальнейшей обработки), в результате чего получают концентрат нужного металла. В данный процесс входят следующие стадии: дробление породы и отсев пустой породы от металлосодержащей.
3. Выплавка (или металлургический передел). Если говорить строго, то речь идет о такой обработке исходного концентрата, при котором получается полуфабрикат с измененными физическими и химическими свойствами. Более того, при металлургическом переделе меняется агрегатное состояние вещества (металла). В цветной металлургии передел – это, прежде всего, плавка, разливка и прокатное обжатие.
4. Переработка отходов на всех уровнях. Получаемые в виде технологических «хвостов» шламы можно использовать для выработки других полезных продуктов как для конечного потребления, так и для применения в других секторах промышленности.

Не нужно думать, что цветная металлургия находится в золотом веке своего развития, когда все уже изобретено и ничего нового больше не появится. Технологии постоянно совершенствуются, в том числе это касается и способов получения цветных металлов. Ниже представлены направления развития:

• получение металлов более высокой чистоты, а также более чистых сопровождающих «хвостов»;
• сокращение энергозатрат;
• повышение экологичности всех технологических процессов;
• сокращение объемов потребляемых вспомогательных ресурсов.

Все вместе это приводит к росту конкурентоспособности продукции и прибыльности перерабатывающих предприятий.

Связь сырьевой базы с расположением предприятий цветной металлургии

Разберем главные особенности цветной металлургии:

• Особенности сырья. Если не принимать в расчет алюминий с его «запредельными» концентрациями полезного металла и аномальные содержания в руде меди на некоторых месторождениях, то цветная металлургия вынуждена работать с весьма «разбавленным» сырьем, в котором доля нужного продукта составляет в среднем:

1. у медных руд – 1–5 %;
2. у свинцово-цинковых руд – 1,5–5,5 %;
3. у никелевых руд – 0,3–5,5 %;
4. у оловянных руд – 0,01–0,7 %;
5. у молибденовых руд – 0,005–0,04 %.

В итоге для получения 1 т меди нужно переработать более 100 тонн породы, а для олова этот показатель превышает 300 тонн. Для производства всего лишь 1 т металла нужно затратить сырья и материалов в сотни раз больше массы готового продукта. А если речь идет о выплавке «редкоземов», то вспомогательного сырья может понадобиться в сотни тысяч раз больше (по массе).

• Сырье представляет собой богатую смесь… всего. К примеру, медные колчеданы, добываемые на Урале (карабашские руды в Челябинской области), содержат одновременно: серу, медь, галлий, железо, золото, теллур, кадмий, серебро, селен, индий и пр. – в общей сложности «коктейль» из 30 наименований. Все это нужно друг от друга отделять.
• Колоссальная энерго- и топливоемкость технологических процессов (в частности, из-за этого цветные металлургические производства не отличаются экологичностью). Чтобы произвести 1 т никеля, потребуется затратить 55 т топлива, для получения 1 т цинка нужно 3 горючего (примерно столько же для меди), для 1 т глинозема – 12 т. Электричества требуются прямо-таки космические объемы: для 1 т алюминия – 17 000 кВт*ч, для титана – до 60 000 кВт*ч, магния – до 20 000 кВт*ч.

Обогащение в отрасли цветной металлургии непосредственно привязано к месторождениям сырья. Впрочем, это справедливо и для предприятий черной металлургии. Только после повышения концентрации требуемого металла в руде ее все равно достаточно много, поэтому плавильные комбинаты также не удалены от обогатительных фабрик. Единственное, что может повлиять на изменение в размещении заводов данных групп – это отсутствие вблизи обогатительных фабрик источников воды (для процедуры повышения концентрации жидкости нужно очень много – 8–10 т на 1 т полиметаллических руд и 15–20 т на 1 т медно-никелевых руд).

Традиционно вся цветная металлургия в России была сосредоточена на Урале. Еще при Петре I там активно начали строиться металлургические заводы (лидером в данном процессе был Н. Демидов). Выплавлялась преимущественно медь (она остро требовалась для создания артиллерийских стволов). Однако медь на месторождениях вблизи Невьянска была изрядно «разбавлена» серебром.

В то время в России плавить серебро частным лицам было строжайше запрещено, ибо из этого металла чеканились рубли. Поэтому один из отпрысков Демидова выстроил знаменитую Невьянскую башню (стоящую под наклоном на манер Пизанской). В ее подвале кабальные мастеровые (по сути, рабы) по хитрой технологии отделяли серебро и кустарным образом чеканили поддельные деньги, не отличимые от настоящих. При очередной государственной ревизии Демидов приказал затопить подвалы Невьянской башни, убив всех, кто там был.

Эта история красноречиво свидетельствует не только о злодействах так называемых «предпринимателей» петровского периода, но также и о богатстве недр Южного Урала. Там нашли и цинк, и олово, и свинец, и, конечно же, золото. Там же было обнаружено поистине чудесное явление – целая гора, словно сотканная из асбеста, – знаменитая Куделька. Впоследствии там обнаружили еще никель и кобальт.

Сейчас в том регионе работает 11 медеплавильных комбинатов, многие из которых являются «потомками» еще демидовских заводов (например, Кыштымские). Их сырьевой базой являются 16 месторождений полиметаллических руд, которые обрабатываются на восьми обогатительных фабриках. Но медь здесь не только выплавляется, но и используется – в регионе два медеэлектролитных завода. Назовем наиболее крупные предприятия:

• Башкирский горнообогатительный комбинат (ГОК);
• Учалинский ГОК;
• Бурибаевское рудоуправление;
• Карабашский медеплавильный завод;
• Кыштымский медеэлектролитный завод;
• Красноуральский медеплавильный комбинат (МПК);
• Кировоградский МПК;
• Дегтярское рудоуправление;
• Среднеуральский медеплавильный завод;
• комбинат «Уралэлектромедь»;
• Гайский ГОК;
• Медногорский медно-серный комбинат.

На заводах и комбинатах Южно-Уральского региона выплавляется почти 43 % всей рафинированной меди в стране. Кроме того, там производится примерно 2/3 всего используемого в промышленности концентрата цинка. И, конечно же, нельзя не отметить вложения Урала в золотой запас Родины (не говоря уже о редкоземельных и рассеянных металлах).

Рекомендуем статьи

• Титан и его сплавы: свойства, применение
• Назначение чугуна: сферы применения и виды материала
• Чем отличаются металлы от неметаллов: физические и химические свойства

Добыча нефелинов, бокситов, титановых и медно-никелевых руд развита в северо-западном и северном регионах страны. В частности, алюминиевые комбинаты расположены в городах Кандалакша, Бокситогорск, Надвоицы. В Мончегорске выстроен медеплавильный комбинат, в Норильске – крупнейший в мире никелевый.

Также сильно развита цветная металлургия на Дальнем Востоке и на просторах Восточной Сибири. Это обусловлено наличием в регионе крупных соответствующих месторождений. В частности, особенно богата земля оловянными и свинцово-цинковыми рудами, золотыми и вольфрамовыми россыпями, ртутью.

Перспективы развития отрасли

Наиболее перспективными направлениями поднятия эффективности цветной металлургии являются следующие:

• Усиление качественных параметров выплавляемой продукции наряду с общим увеличением объемов поставок на мировой рынок (цены на медь, к примеру, растут уже третье десятилетие подряд, что свидетельствует о фундаментальном дефиците данного металла в общепланетарном масштабе).
• Внедрение принципиально новых технологий выплавки цветных металлов, которые будут отличаться простотой, экономичностью и экологичностью.

Для этого нужно уделить внимание следующим моментам:

1. развитию бездоменных способов выплавки цветных металлов;
2. углубленному использованию «хвостов», а также более глубокому извлечению цветных металлов из руды и даже из отвалов относительно пустой породы;
3. поставке на мировой рынок не самих металлов, а продукции из них, что позволит оставлять в стране большую долю прибавочной стоимости;
4. снижению энерго- и ресурсоемкости производства;
5. снижению объемов вредных выбросов.

Все указанные направления и «точки особого внимания» отражены в Стратегии развития металлургического комплекса РФ на период до 2030 года.

Производство цветных металлов и сплавов

Особенности выплавки тяжелых и легких цветных металлов

Цветная металлургия, как и черная, — одна из старейших отраслей мировой промышленности. Области применения цветных металлов и их сплавов многочисленны и разнообразны. По стадиям технологического процесса эта отрасль объединяет добычу и обогащение сырья, а также выплавку цветных металлов, их сплавов, производство проката и полуфабрикатов.

Цветная металлургия производит разнообразные по физическим и химическим свойствам конструкционные материалы. В состав этой отрасли входят алюминиевая, медная, свинцовоцинковая, никель-кобальтовая, титано-магниевая, вольфрамомолибденовая промышленность и др.

Выделяют цветную металлургию тяжелых и легких цветных металлов. Руды тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, олово и др.) отличаются низким содержанием металла в руде (например, для получения 1 т меди требуется около 100 т руды, а для выплавки 1 т олова — более 300 т руды). Низкое содержание металла в рудах тяжелых цветных металлов требует обязательного их обогащения перед плавкой (обычно флотационным способом). Так как руды цветных металлов содержат много различных ценных компонентов, то последовательно выделяют каждый компонент. Иными словами, это многостадийный процесс. Обогащенная руда плавится в специальных печах и превращается в так называемый черновой металл, который затем подвергается очистке от вредных примесей (рафинирование) и прокатке. Полученный металл используется далее в виде проката разного профиля.

Руды легких металлов (алюминий, титан, магний) значительно богаче но содержанию металла, чем тяжелые, они транспортабельны и перевозятся на большие расстояния, но их выплавка требует огромного количества электроэнергии, т.е. производство является чрезвычайно энергоемким. Поэтому заводы размещают чаще всего вблизи источников дешевой энергии (около ГЭС) или в районах добычи дешевого топлива.

Размещение предприятий цветной металлургии отдельных отраслей цветной металлургии складывается под воздействием многих природных и экономических условий, предпосылок и факторов. Даже в одной отрасли их роль различается в зависимости от стадии технологического процесса производства металла (например, в алюминиевой промышленности).

Раньше предприятия цветной металлургии размещались преимущественно вблизи районов добычи сырья, так как в целом в мире преобладало производство тяжелых цветных металлов. Но примерно с середины XX в. ускоренными темпами развивается металлургия легких цветных металлов (особенно алюминиевая промышленность), поэтому усилилась энергетическая ориентация в размещении предприятий отрасли.

Области применения цветных металлов. Алюминий используется в разных отраслях машиностроения — авиастроении, электротехнике, а также в строительстве, на транспорте, для производства бытовых товаров широкого потребления, упаковочных материалов и проч. Медь применяется в электроэнергетике, машиностроении и других отраслях промышленности как в чистом виде, так и в виде сплавов с оловом (бронза), алюминием (дюралюминий), цинком (латунь), никелем (мельхиор). Свинец идет на изготовление аккумуляторов, кабеля, используется в атомной промышленности. Олово используют при изготовлении подшипников, белой жести и др. Получают много ценнейших сплавов никеля с другими металлами. Велико его значение в производстве легированных сортов сталей и при нанесении защитных покрытий на металлические изделия. Магний (большую часть которого производят из морской воды) применяется в радиотехнике, авиационной, химической, полиграфической и других отраслях промышленности. Титан (необычайно прочный, стойкий к воздействию кислот металл, обладающий антимагнитными свойствами, находит применение главным образом в производстве уникальных сплавов, прежде всего военного назначения и для легирования сталей), применяется в судостроении, при изготовлении реактивных двигателей, ядерных реакторов и г.д.

Цветная металлургия по тоннажу произведенной продукции уступает черной металлургии многократно, однако по ее стоимости — не более чем в 2—3 раза. Причем в большинстве отраслей доминирующая часть издержек приходится не на металлургический передел, а на добычу и обогащение рудного сырья.

В цветной металлургии осуществляется как производство первичного (из добываемых руд цветных металлов), так и производство вторичного металла (за счет переплавки лома цветных металлов). Вторичное сырье переплавляется преимущественно на специализированных предприятиях и расходуется большей частью на получение сплавов. Ныне за счет переплавки производится У₅ олова, У₄ алюминия, цинка и меди, Читать статью Химические свойства металлов

Следует напомнить, что до 1950-х гг. основным металлом в цветной металлургии была медь, которую постепенно вытесняет алюминий (дешевле). Рост значения алюминия обусловлен расширяющейся сферой его применения. Влияние оказало и внедрение сберегающих технологий (в электронике, при производстве кабеля). На потребление цинка и свинца оказывает воздействие конкуренция со стороны современного сырья и технологий. Так, на снижение удельного веса свинца в мировой выплавке цветных металлов в большей степени сказалась замена его пластмассами (например, в производстве кабеля), а на падение значимости олова — происшедшая замена дорогостоящей луженой жести более дешевой, с покрытием из современных лаков (например, в консервной промышленности). Так, потребление цинка, свинца, меди к началу XXI века в расчете на душу населения сократилось. Растет потребление феррохрома и никеля, находящих все новые отрасли применения. Следует также отметить, что в совокупном потреблении цветных металлов ныне достаточно высока доля вторичного металла.

Для получения таких цветных металлов, как алюминий, медь и никель, характерен территориальный (в том числе и межстрановой) разрыв не только между добычей сырья и начальной стадией металлургического цикла (производством глинозема, черновой меди, никелевого штейна), но даже в большей степени между последующими стадиями. С 1970-х гг. возрастает значение использования вторичного сырья и, как следствие, усиливается «потребительская» ориентация в размещении предприятий отрасли (близость к центрам машиностроением и проч.). Важной особенностью современного периода является развитие металлургии редких металлов, в том числе стратегически важных.

Особенности развития цветной металлургии в мире. Цветная металлургия многих экономически развитых стран (за исключением США, Канады, Австралии, ЮАР) характеризуется в целом довольно низкой степенью обеспеченности сырьем, но более полной (по сравнению со многими развивающимися странами) структурой отрасли (в том числе выплавкой редких и стратегически важных металлов — титана, кобальта, тантала, германия), преобладанием в структуре производственного цикла выплавки металлов средних и верхних стадий производства, большой и быстро растущей долей производства металла из вторичного сырья. Все менее важное значение в последние годы для размещения предприятий отрасли в этих странах имеет сырьевой фактор (кроме тех стран, которые имеют свое сырье, особенно для выплавки тяжелых цветных металлов). Более важными являются транспортная, энергетическая и потребительская ориентация в размещении производственных мощностей. Цветная металлургия большинства экономически развитых стран работает в основном на импортном сырье из развивающихся, а также из некоторых развитых стран. Так, главные районы концентрации ресурсов и добычи сырья для производства основных цветных металлов среди промышленно развитых стран сосредоточены в США, Канаде, Австралии и ЮАР.

В развивающихся странах Азии, Африки и Южной Америки, по сравнению с промышленно развитыми, отмечается (в целом) более высокая степень обеспеченности сырьем (рудами цветных металлов). Тем не менее нельзя не отметить существенную дифференциацию отдельных развивающихся стран по наличию месторождений и объемам добычи руд цветных металлов. Одни из них обладают запасами руд мирового значения (например, Гвинея, Бразилия, Ямайка — бокситы; Малайзия, Таиланд, Индонезия, Боливия — олово и т.д.), а другие вообще не располагают запасами цветных металлов либо их месторождения полезных ископаемых пока еще не освоены и не разрабатываются. Тем не менее в последние десятилетия производство почти всех цветных металлов во многих развивающихся странах выросло (иногда в несколько раз). Это связано часто в первую очередь с отсутствием в этих странах природоохранного регулирования (цветная металлургия — экологически грязное производство). И все же в структуре цветной металлургии этой группы стран заметно преобладание нижних стадий производственного цикла (добыча, обогащение и производство чернового металла), в связи с чем преобладает энерго-сырьевая направленность при размещении предприятий отрасли.

Большая часть мировых запасов руд цветных металлов сосредоточена в развивающихся странах, однако доля этой группы стран в мировом производстве и потреблении конечной продукции цветной металлургии существенно ниже их доли в запасах и добыче руд.

Россия и другие страны СНГ располагают богатейшими запасами многих руд цветных металлов. Если вспомнить историю, то СССР в конце 1980-х гг. по добыче многих цветных металлов был в числе мировых лидеров. Например, по добыче свинца — на первом месте, обгоняя Канаду, США и Австралию; по добыче золота — па втором месте после ЮАР; по добыче цинка — на втором месте после Канады. По добыче серебра СССР был на третьем месте после Мексики и Перу; по добыче медных руд — на третьем месте после Чили и США; по добыче бокситов — на пятом месте.

Однако в последние годы в связи с трансформационными процессами в экономике стран СНГ отмечается ухудшение технического оснащения предприятий отрасли, растут производственные, энергетические и транспортные затраты, растет себестоимость продукции. Проблемы металлургии связаны не только с финансовым и экономическим кризисом. Большинство проблем отрасли появились вследствие разрыва прежних производственных связей внутри единого прежде экономического прос транства. Так, многие источники сырья и горно-обогатительные комбинаты оказались ныне за пределами России (на территории Казахстана, Украины и Грузии — ртуть и марганец, в республиках Средней Азии — сырье для выпуска редких металлов и т.д.). Да и спрос на продукцию отрасли в России и СНГ резко снизился (спад в производстве продукции машиностроения). Это заставило многие предприятия переориентировать выпуск своей продукции на экспорт и поставлять руду и готовый металл на мировой рынок. Сегодня на экспорт идет 80—90% произведенных в России цветных металлов.

Страны Восточной Европы (бывшие страны народной демократии) столкнулись в 1990-е гг. с аналогичными для стран СНГ проблемами. Практически все они прошли во второй половине XX в. те же ступени развития металлургического производства, как и Россия. Хотя в этих странах цветная металлургия не имела большого развития. Наиболее полную структуру производства имеет Польша (производится медь, цинк, свинец). В Венгрии имеется алюминиевая промышленность (работает на собственном сырье). Металлургия Румынии была ориентирована в основном на импортное сырье. Богатая ресурсная база имеется в бывших республиках Югославии — бокситы, медь и др. Изменение экономической системы и переход к рынку поставил производителей металлургической продукции стран Восточной Европы в трудную ситуацию: емкость внутреннего рынка снизилась, к тому же был потерян рынок республик бывшего СССР.

Читать статью Сталь для ножей: виды, характеристики, плюсы и минусы, советы по выбору.

Из азиатских стран очень богатыми и разнообразными запасами цветных металлов обладают Китай и Индия. Так, на тер-

ритории КНР есть вольфрам, олово, сурьма, медь, цинк, свинец, драгоценные и другие металлы (по многим из них имеются запасы мирового значения). По производству таких металлов, как алюминий, олово, цинк, свинец, ванадий, вольфрам, Китай ныне занимает первое место в мире, по выплавке меди — четвертое. Китай достиг весьма значительных успехов, особенно в выплавке редких, редкоземельных и рассеянных металлов. Дальнейшее мощное развитие энергетики может обеспечить стране большие успехи в росте всего ее хозяйства и развитии данной отрасли.

Особенности производства цветных металлов

Производство цветных металлов – это целая отрасль металлургии, позволяющая получать качественные и чистые элементы в соответствии с потребностями промышленности. Поскольку в природе эта группа в чистом виде практически не встречается, то требуется применение химических или физических методов для их получения.

Производство в современных условиях

Цветные металлы образуют большую группу веществ. Сюда входят все металлы, за исключение только железа и его соединений, которое входит в число черных. Несмотря на большое количество элементов, в природе цветные разновидности встречаются намного реже, поэтому производство цветных металлов и сплавов является важной отраслью промышленности.

Разновидности сырья

Самое название «цветной» означает цвет металла. Некоторые виды, например, медь, имеют ярко выраженный цветовой оттенок. Подобные вещества важны из-за своих свойств и качеств, намного отличающихся от обычного железа.

Поэтому производство цветных металлов и сплавов необходимо для получения качественно новых соединений, применяемых во всех отраслях промышленности.

Сплав – это смешанные металлы. При соединении двух или более металлов, находящихся в расплавленном состоянии, образуется новый материал, имеющий практически полный спектр свойств, которым обладают составляющие сплава.

Цветные металлы распределяются на несколько крупных групп:

• Тяжелые – в эту группу входят медь, цинк, свинец, олово.
• Легкие – эта группа представлена магнием, титаном, бериллием, кальцием, стронцием, алюминием, натрием, калием, цезием.
• Благородные – находятся самые дорогие из цветных металлов, которых мало в природе: платина, золото, серебро, осмий, рутений, родий, палладий.
• Малые – группа веществ, которых также немного в природе. Сюда относятся кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть.
• Тугоплавкие: марганец, вольфрам, хром, ванадий, тантал.
• Редкоземельные.
• Рассеянные.
• Радиоактивные.

Особенности процесса

В промышленности практически не применяются цветные металлы в чистом виде, а больше используются именно сплавы, что позволяет достигать требуемых свойств. При производстве цветных металлов происходит видоизменение их химических, физических и механических свойств, что очень важно для изготовления как бытовых, так и промышленных предметов.

Особенностью цветных металлов является простота обработки. Практически все они подвергаются шлифовке, ковке, штамповке, прессования, резке, сварке или пайке.

При производстве из этих веществ удается получать не только готовые изделия, но также разнообразные полуфабрикаты:

• прутки;
• проволока;
• порошок;
• фольга.

Способы производства

Для производства цветных металлов и сплавов применяется разнообразные методы, основанные на химических свойствах основы, из которой будет получен металл или сплав и реагента.

Пирометаллургия – метод получения цветного металла путем проведения избирательной плавки, которая может быть окислительной или восстановительной. Источником тепла и главным реагентом чаще всего выступает присутствующая в руде сера.

Электролиз – метод, основанный на химической реакции электролиза. Применяется катод и анод. На катоде, которым выступает ванна из огнеупорного материала, происходит осаждение ионов металла в результате диссоциации. Реакция, в отличие от традиционной, описанной в учебниках химии, проводится не в водной среде, а в расплаве. Это обуславливается необходимостью избежать осаждения на катоде ионов водорода, что не позволяет выделять чистый металл.

Металлотермия – метод восстановления хлоридов или оксидов металла под воздействием другого вещества. Преимущественно технология применяется при производстве титана. Параллельно добывается магний, поскольку хлорид магния выступает побочным продуктом.

Сплавление – этот способ заключается в прямом смешивании двух металлов. Дополнительно в жидком состоянии поставляется шихта или легирующий материал. Этот способ относится к наиболее производительным, менее затратным и позволяет получать незагрязненные металлы., имеющие заданные физико-химические свойства.

Производство отдельных видов

Производство меди

Получение подобного цветного металла происходит из медных руд. Его содержание в составе этих соединении составляет от 1 до 6%. При составе меди менее 1% ее извлечение при современном уровне развития технологии не представляется рентабельным.

Получение меди осуществляется двумя способами:

• гидрометаллургический;
• пирометаллургический.

Первый способ является менее распространенным, поскольку при его использовании не удается извлекать из руды иные элементы.

Пирометаллургический метод добычи меди состоит из нескольких последовательных этапов:

• Подготовка руды к плавке посредством обогащения и дальнейшего обжига. Это позволяет получить концентрат меди.
• Последующий обжиг требуется для сокращения количества серы.
• Плавка на штейн. Путем плавки концентратов меди удается получить штейн или сульфиды меди и железа.

А также проводится конвертирование штейна. Этот этап заключается путем продувки воздухом внутри специального медеплавильного конвертера полученного штейна, что позволяет выделить железо в шлак и получить черновую медь.

И в заключение – рафинирование. Черновая медь подвергается действию огневого плавления и электролитического рафинирования, что позволяет в итоге получить продукт, чистота которого составляет 99,97–99,99%.

Производство алюминия

Получение алюминия происходит методом электролиза глинозема. Процесс включает несколько этапов.

Получение чистого глинозема или оксида алюминия. Этот процесс заключается в обработке бокситов (руд, содержащих металл) щелочными растворами. Результатом является выпадение в виде осадка гидроксида алюминия.

Получение криолита – его производство заключается в обработке плавикового шпата для получения плавиковой кислоты и дальнейшего выделения фторалюминиевой кислоты. Посредством соды криолит выделяется в виде осадка.

Электролиз глинозема – результатом этого процесса является получения алюминия-сырца.

Рафинирование – посредством продувки расплавленного сырца хлором добывается чистый алюминий.

Производство магния

Магний добывается посредством реакции электролиза. Сырьем служат расплавленные соли металла (карналлит, магнезит, доломит, бишофит). Основу электролита составляет хлористый магний. Дополнительно применяется хлористый натрий, кальций и калий.

После проведения реакции на аноде оседает черновой металл, имеющий до 5% примесей. Их удаление происходит посредство процесса рафинирования с использованием флюсов. Все неметаллические компоненты преобразуются в шлак, а чистый металл разливается в изложницы.

Производство титана

По своим качествам титан и его сплавы во многом превосходят легированные стали. Процесс производства титана затрудняется его повышенной активностью, особенно при повышении температуры.

Его особенностью является способность вступать в реакцию со множеством металлов, что требует соблюдения определенных условий для получения чистого титана.

Метод, применяемый для получения титана, называется магниетермия. Он состоит из следующих операций.

Читать статью Код ОКВЭД 24.53: Литье легких металлов

Выделение титанового концентрата путем обогащения руды, содержащей подобный металл.

Изготовление шлака – на этом этапе происходит отделение оксидов железа от оксидов титана.

Получение четыреххлористого титана – чтобы получить металлический титан, требуется применение хлорида титана, получаемый при хлорировании шлака.

Восстановление посредством магния – процесс восстановления протекает при очень высоких температурах – близких к 1 тыс. градусов. Реактор, где расплавляется магний, подается парообразный титан. При металлизации он оседает на стенках, а расплавленный магний удаляется через летку.

Сепарация массы в вакууме – полученный в результате предыдущего шага титан в виде губчатой массы требуется нагреть с использованием вакуума, что позволит выделить чистый металл.

Особенности сырья

Все цветные металлы обладают рядом особенностей, что должно учитываться при обработке или их использовании.

Ряд элементов имеют повышенную теплопроводность и удельную теплоемкость:

При сварке место соединения быстро охлаждается, что потребует использования мощных источников, особенно тепла при сварочных работах.

Некоторые элементы при резком нагреве изменяют свои механические свойства. Наблюдается их снижение. При этом сам металл становится легко разрушаемым от ударов или иного механического воздействия.

Все цветные металлы легко вступают во взаимодействие с газами, кроме инертных. Эта особенность характерна для тугоплавких цветных металлов.

Видео по теме: Производство цветных металлов и сплавов

Цветная металлургия

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

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

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

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

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

Специфика отрасли

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

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

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

Состав отрасли

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

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

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

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

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

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

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

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

Получение свинца и цинка

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

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

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

Металлургия легких металлов

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

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

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

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

Похожие записи:

1. Чем снять краску с металла в домашних условиях: чем можно быстро смыть покрытие и как очистить металлическую поверхность?
2. Лёгкие металлы: список, свойства, особенности и сферы применения
3. Натрий. Химический элемент. Свойства и применение
4. Производство и металлургия легких металлов

Источник https://vt-metall.ru/articles/osobennosti-tsvetnoy-metallurgii/

Источник https://stromet.ru/legkie-metally/proizvodstvo-cvetnyh-metallov-i-splavov/