Что изготавливают из руд цветных металлов

Задай вопрос — получи ответ

Дальше смотрите:

One Comment

Вид железной руды

Виды железных руд.
Железная руда различается по количеству содержащего в ней железа. Она бывает богатой, в которой его больше 57%, и бедной – от 26%. Бедные руды используются в промышленности только после их обогащения.
По происхождению руду делят на:
Магматогенную – руда, получившаяся в результате действия высоких температур.
Экзогенную – осадок в морских бассейнах.
Метаморфогенную – образовавшуюся в результате действия высокого давления.

Железные руды также разделяют на:
красный железняк, который является наиболее распространенной и в то же время наиболее богатой на железо рудой;
бурый железняк;
магнитный;
шпатовый железняк;
титаномагнетит;
железистый кварцит.

Все они содержат разное количество железа (26–70%), вредные примеси в виде серы или фосфора и пустую породу.

Этапы металлургического производства.
Ответ на главный вопрос статьи «железная руда: что из нее делают» очень прост: из железных руд добывают сталь, чугун, сталистые чугуны и железо.

Составляющие металлургического производства

При этом металлургическое производство начинается с добычи основных компонентов для производства металлов: каменного угля, железной руды, флюсов. Затем на горно-обогатительных комбинатах добытую железную руду обогащают, избавляясь от пустых пород. На специальных заводах занимаются подготовкой коксующихся углей. В доменных цехах руда превращается в чугун, из которого затем производят сталь. А сталь, в свою очередь, превращается в готовый продукт: трубы, листовую сталь, прокат и прочее.
Производство черных металлов условно делят на две стадии, в первой из них получают чугун, во второй чугун преобразовывают в сталь.

Процесс производства чугуна.
Чугун – это сплав углерода и железа, в который также входят марганец, сера, кремний, фосфор.

Устройство доменной печи

Чугун производят в доменных печах, в которых железная руда восстанавливается из оксидов железа при больших температурах, при этом отделяется пустая порода. Флюсы используют для уменьшения температуры плавления пустой породы. В доменную печь загружают руду, флюсы и кокс слоями.
В нижнюю часть печи подается нагретый воздух, поддерживающий горение. Так происходит череда химических процессов, в результате которых получают расплавленный чугун и шлак.
Полученный чугун бывает разных видов:
передельный, используемый в производстве стали;
ферросплав, который применяют также в качестве добавок при производстве стали;
литейный.

Производство стали.
Практически 90% всего добываемого чугуна является передельным, то есть он используется в производстве стали, которую получают в мартеновских или электрических печах, в конвекторах. При этом появляются новые методы получения стали:
электроннолучевая плавка, которая используется для получения особо чистых металлов;
вакуумирование стали;
электрошлаковый переплав;
рафинирование стали.

В стали, если сравнивать его с чугуном, меньше кремния, фосфора и серы, то есть при получении стали нужно уменьшить их количество с помощью окислительной плавки, производимой в мартеновских печах.
Мартен представляет собой печь, в которой над плавильным пространством сгорает газ, создавая необходимую температуру от 1700 до 1800°C. Раскисление проводят с помощью ферромарганца и ферросилиция, затем на заключительном этапе – при помощи ферросилиция и алюминия в сталеразливочном ковше.
Сталь более высокого качества производят в индукционных и дуговых электропечах, в которых температура выше, поэтому на выходе получают тугоплавкую сталь. На первом этапе производства стали происходит окислительный процесс с помощью воздуха, кислорода и оксида шихты, на втором – восстановительный, заключающийся в раскислении стали и удалении серы.
Продукция черной металлургии.
Подводя итог в теме «железная руда: что из нее делают», нужно перечислить четыре основных продукта черной металлургии:
передельный чугун, который от стали отличается лишь повышенным содержанием углерода (свыше 2%);
литейный чугун;
стальные слитки, которые подвергают обработке давлением для получения проката, используемого, например, в железобетонных конструкциях, прокат становится трубами и другими изделиями;
ферросплавы, которые применяются в производстве стали.

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:

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

Читать еще: Расчет трансформатора на тороидальном сердечнике онлайн

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:

В Забайкалье получают только концентраты.
На Дальнем Востоке получают свинец и цинковый концентрат.
На Кузбассе получают цинк и свинцовый концентрат.
На Северном Кавказе ведут передел.
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:

На первой стадии получают глинозем и необходим большой объем сырья.
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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Получение цветных металлов

Добыча и получение цветных металлов имеют огромное народнохозяйственное значение. Ведь в ряде случаев цветные металлы просто незаменимы. Алюминий — «король воздуха» — основной материал в самолетостроении. Его главный помощник в сверхзвуковой авиации — титан. Титановые сплавы несколько тяжелее алюминиевых, но зато прочнее их и выдерживают вдвое более высокую рабочую температуру. Чистый титан отлично работает в растворах солей и кислот. Из него поэтому делают насосы, трубы, краны для гидрометаллургических цехов.

Как и черные металлы, цветные получают из рудного концентрата: предварительно обогащенной руды. Но здесь процесс обогащения сложнее, поскольку в рудах всегда присутствуют и «посторонние» элементы, от которых необходимо избавляться. В первую очередь это сера, железо и кислород.

Сначала из руды путем «обмена» удаляют серу: место серы временно должен занять другой элемент. Обычно «заменителем» оказывается кислород. Делают это при обжиге руды: при высокой температуре металлы «соглашаются» расстаться с серой и принять на ее место кислород. Теперь перед металлургами новое соединение — оксид: соединение металла с кислородом. Иногда серу вытесняют не кислородом, а хлором. Тогда концентрат не обжигают, а хлорируют. Затем необходимо освободить металл от кислорода или хлора. С этим процессом — восстановлением металла — вы можете познакомиться в статье Доменная печь. При высоких температурах в расплав вводят углерод, водород или кремний. Кислород покидает металл и соединяется с этими элементами. Также и для хлора подбирают элементы, которые он «любит»: например, титан или цирконий освобождают от хлора с помощью магния.

Сложность получения цветных металлов хорошо видна на примере меди. Ее плавят в печах, напоминающих мартеновские (см. Мартеновская печь). Но выходит из печей не чистая медь, а так называемый штейн — сплав меди с железом, серой, серебром, золотом, цинком и другими элементами. Этих примесей в штейне 70—80%. Затем штейн заливают в конвертор и продувают через него воздух, в результате чего выжигаются остатки серы и удаляется железо. Занимает этот процесс часы, а не минуты, как в конверторе для переработки чугуна. Штейн превращается в черновую медь, которая содержит всего 1—2% примесей. Но и это слишком много.

Следующая стадия — очистка меди от примесей — огневое рафинирование. Выжигаются последние остатки серы и некоторых других элементов. Зато часть меди вновь окисляется. Чтобы освободить медь от кислорода, в ванну с расплавом погружают деревянные жерди, словно «дразнят» медь. Расплав при этом бурлит и фыркает. Эта операция так и называется — дразнение. Потом в печь забрасывают древесный уголь, который окончательно отбирает от меди кислород. Теперь примесей уже только десятые доли процента, и среди них золото и серебро.

С этим можно было бы мириться. Но электротехнике нужна очень чистая медь. Поэтому в дело вступает электролиз (см. Электрохимические методы обработки). Пластину очищаемой меди — анод — помещают в электролитическую ванну с раствором серной кислоты и медного купороса. Катодом служит лист чистой меди. Электрический ток переносит на катод только медь. Золото, платина и серебро опускаются на дно ванны, а другие примеси остаются в растворе. С помощью электролиза получают и многие другие цветные металлы. В первую очередь алюминий.

Получать алюминий тоже очень сложно. Его рудный концентрат — глинозем (оксид алюминия) плавится при 2050° С (это почти в 2 раза выше температуры плавления меди), да еще не отдает кислород углероду. Поэтому, чтобы снизить температуру плавки, приходится растворять глинозем в расплавленном криолите — минерале, в состав которого входят алюминий, натрий и фтор. Точка плавления этого раствора ниже 1000° С, а с такой температурой уже можно работать.

В электролитической ванне молекулы глинозема распадаются на составные части — ионы алюминия и кислорода. Электрический ток разносит их в разные стороны. Алюминий осаждается на катод, которым является угольное дно самой ванны. Отсюда его потом и собирают.

Так же с помощью электролиза получают титан, магний, кальций, бериллий и другие металлы, разлагая их соединения с хлором. Хлористые соли этих металлов нагревают до 500—700° С и заливают в ванну с электролитом.

Однако цветные металлы можно получать и без нагрева — с помощью жидкости. Есть целая отрасль — гидрометаллургия. Металл переводят в раствор с помощью химического растворителя — воды или растворов кислот, щелочей и солей.

Из раствора чистый металл извлекают разными способами. В одних случаях с помощью электролиза, в других прибегают к обменным химическим реакциям, но тоже в электролизной ванне. Суть их в том, что анодом служит какой-либо другой металл, который отдает в раствор свои ионы. А из раствора извлекают ионы нужного металла. Так получают, например, цинк.

Получение цветных металлов

Читать еще: Полевые транзисторы принцип действия

Добыча металлов: прошлое, настоящее, будущее

Все металлы состоят из частиц и делятся на черные и цветные. Они различаются не только по цвету, но и по составу частиц, которые определяют их химические свойства. Например, черные металлы являются более прочными и твердыми, цветные, напротив, более пластичны и податливы. Отличаются металлы и по тому, как их добывают и обрабатывают, и как их в дальнейшем используют.

Черные и цветные

Черные металлы – это железо и его сплавы. Черные металлы используются в промышленности гораздо больше, чем цветные. Из них изготавливают чугун и сталь, причем, для производства используются различные составы сплавов железа и углерода.
Цветные металлы – медь, алюминий, никель, свинец, и др., то есть все нежелезные металлы. Они более трудоемки по добыче, их меньше в целом в природе, используются они также более точечно. К примеру, добавляются к некоторым железным сплавам, для повышения стойкости производимой из них продукции.

Цветные металлы, в свою очередь, делятся на легкие и тяжелые. При этом производство тяжелых металлов требует больше затрат энергии, чем легких.

Легкие металлы – это, например, титан, алюминий, магний. Металлы очень ценные, к примеру, легкий алюминий – один из ключевых материалов для проводников, а из тугоплавких титановых сплавов производят детали и двигатели самых современных самолетов и химическое оборудование. Тяжелые металлы – медь, олово, никель, свинец, цинк. Стойкий к действию воздуха и воды никель позволяет увеличить прочность, износостойкость, коррозионную стойкость, повышает тепло- и электропроводность, улучшает магнитные и каталитические свойства, его используют практически во всех отраслях промышленности. А, скажем, из долговечного и прочного свинца изготавливают батареи и аккумуляторы. Есть также так называемые малые тяжелые металлы – ртуть, кадмий, кобальт – и легирующие – молибден, вольфрам, кремний. Легирование — это их введение в состав сталей и сплавов для придания сплавам необходимых физических, химических или механических свойств. Например, молибден повышает прокаливаемость стали.

Россия является лидером по запасам железной руды, в нашей стране огромное количество месторождений руды – например, Курская аномалия, Карельское и Костомукшское месторождения, гора Магнитная (Челябинская область), Кузбасс, Красноярский край, и др. На этих территориях, в основном, добывают ископаемые для развития черной металлургии, в данных регионах базируются металлургические предприятия черных металлургов.

Ископаемые для цветной металлургии добывают преимущественно на Урале, Северном Кавказе, в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке. Базы по переработке «цветных» ископаемых находятся чаще всего рядом с каждым месторождением.
Ранее руды добывались исключительно путем проведения подземных горных работ, сегодня для того, чтобы их найти, используются несколько способов добычи, в том числе, шахтовый, его еще называют подземным, и открытый, или так называемый карьерный. Некоторые предприятия используют комбинированный подход.

Карьерные работы ведутся прямо на поверхности земли – с помощью экскаваторов, то есть под открытым небом. Сначала горные породы готовят к выемке – проводят вскрышные работы, отделяют эти породы от массивов, рыхлят, затем происходит непосредственно процесс добычи. Если руды надо получить из скал, производят бурильно-взрывные работы. После того, как руда получена, ее транспортируют, а «отработанную» землю рекультивируют.

Подземные работы проводятся в недрах земли, в шахтах. При применении подземного подхода месторождение сначала вскрывают, затем готовят ископаемые к выемке, затем добывают их – валовым или селективным методом (когда ископаемые сразу отделяют друг от друга).

Читать еще: Вид рубанка 4 буквы сканворд

Безусловно, сегодня, помимо людских ресурсов и тяжелой бурильной техники, для добычи руд используется современное оборудование и компьютерные технологии, которые позволяют максимально эффективно планировать и проектировать все работы по добыче ископаемых.

Как получается металл

Чтобы получился тот или иной металл, нужен различный тип руды. Можно выделить, например, руды:

• медная. Руда, позволяющая произвести черновую и рафинированную медь, а также редкие металлы, если в руде есть их примеси, серную кислоту, и др.;
• оловянная;
• медно-никелевая;
• железная. Из это руды сегодня добывается не только железо, но и другие металлы, так как в ней могут содержатся их примеси;
• свинцово-цинковая;
• вольфрамо-молибденовая – очень ценная руда, дающая возможность создавать вольфрамовые и молибденовые концентраты;
• сурьмяно-ртутная;
• золотосодержащая. Из такой руды можно получать редкие металлов и полупроводниковые материалы, а также интерметаллические соединения из них.

Это далеко не все виды руд в природе.

При этом, цветные металлы получают из обогащенной руды – так называемого рудного концентрата. В цветной металлургии есть термин «обогащение», который означает искусственное повышение содержания металлов в сырье. По сути, это способ разделения образований на металлы и минералы. Именно обогащение и позволяет повысить содержание нужного, ценного металла в разы! Для этого используются различные технологии – руду дробят, измельчают, сортируют, перерабатывают путем обезвоживания, и др. Когда металл получен из руды, далее он обрабатывается и шлифуется.

Все процессы с ископаемыми и металлами производятся на металлургических комбинатах, как правило, в различных по специализации цехах. Например, есть основные заводы, а также филиалы, которые непосредственно занимаются обработкой металлов или их прессованием. Есть также цеха, которые проверяют металл на прочность, испытывают его характеристики – растяжение, пластичность, и др.

После всех этих действий и проверок металл отправляется в другие цеха или на другие предприятия для того, чтобы из него изготавливалась продукция – трубы, станки, машины, и многое другое.

Прошлое vs настоящее

Несмотря на то, что сегодня технологии шагнули вперед, шахтовый способ руды по-прежнему остается ключевым способом нахождения ископаемых. В то же время, на металлургических предприятиях все большее распространение получают ИТ-решения, позволяющие спроектировать процесс перед тем, как провести непосредственно добывающую работу.

Карьерный способ чаще всего применяется при разработке золотых, платиновых, оловянных, вольфрамовых и других месторождений, а подземный используют для добычи глубоко залегающих руд – вплоть до глубины 1700 м. Причем для разработки небольших месторождения иногда достаточно одной шахты, в крупных же функционирует целая система шахт (до 100-150).

При этом сегодня признано, что открытый способ имеет преимущества — лучшие санитарно-гигиенические условия труда, применение более технологичного оборудования, а в результате – более эффективный бизнес-результат. По подсчетам экспертов, при открытом способе добычи ископаемых производительность труда рабочих в 5 раз выше, чем в шахте, а себестоимость добытой руды в 3 раза ниже.

Также российские предприятия часто применяют смешанный способ, в котором проводятся и подземные (шахтовые) работы, и карьерные. ИТ-технологии позволяют просчитать, где лучше применить то или иное оборудование, что позволяет металлургам экономить там, где можно обойтись без шахтовой добычи ископаемых.

Цветные металлы и их применение.

Цветные металлы и их сплавы очень востребованы, широко применяются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. К ним относятся все металлы за исключением железа и его производных, которые классифицируются как черные металлы.

Практически все цветные металлы обладают следующими свойствами:

Устойчивостью к коррозии и значительным перепадам температур;
Пластичностью;
Многосторонностью применения.

Кроме этого, важной особенностью цветных металлов является то, что их свойства можно изменить с помощью закалки, искусственного старения или термической обработки. Также они хорошо обрабатываются штамповкой, прокаткой, ковкой, сваркой, пайкой, прессованием и резкой.

Наиболее ценными цветными металлами являются: Алюминий; Медь; Никель; Олово; Свинец; Цинк; Магний.

Алюминий.

Обладая высокой электропроводностью, алюминий в чистом виде широко применяется там, где это свойство важно, к примеру, для изготовления проводов линий электропередач.

Широко используются и алюминиевые сплавы, которые разделяются на две группы: упрочняемые и не упрочняемые.

Упрочняемые сплавы, которые подвергаются термообработке, известны под названиями дуралюмин и авиаль, в составе их содержится медь, цинк и определенное сочетание магния с кремнием.

Помимо термической обработки, такие сплавы подвергаются естественному старению и закалке, что увеличивает их прочностные характеристики. Из этих видов сплавов создаются высокопрочные конструкции с малой массой для применения в аэрокосмической промышленности.

Не упрочняемые термической обработкой сплавы, широко применяются в транспортном машиностроении для изготовления узлов самых разнообразных транспортных средств.

Медь стала первым металлом, которым человек стал пользоваться, и случилось это, скорее всего, за много тысячелетий до нашей эры. Кроме этого медь была первым материалом, который был использован для передачи электричества. Ее основными техническими характеристиками являются высокая электропроводность и ковкость.

Чистая медь широко применяется в электротехнической промышленности для изготовления кабельных изделий и различного вида проводов. Также, она используется в производстве электрогенераторов, радиоаппаратуры, телеграфного и телефонного оборудования.

В других отраслях чаще используются ее сплавы. Особенно популярны латуни, которые содержат цинк и другие элементы для придания необходимых свойств. Они обладают великолепными механическими характеристиками, легко обрабатываются, поэтому широко применяются в химической промышленности и машиностроении для изготовления различных емкостей и трубопроводов. Также они используются, повсеместно, для производства бытовых товаров различного назначения.

Кроме них широко применяются бронзы, содержащие, в качестве основной составляющей сплава, олово.

Никель

Чистый никель используется в качестве защитного антикоррозионного покрытия поверхностей от воздействия химически активных веществ.

Кроме этого, из него изготавливаются различные котлы, цистерны и тигли, обладающие высокой коррозионной стойкостью, и применяемые в химической, текстильной, пищевой промышленности. Широко используется никель при производстве различного вида аккумуляторов и электродов для топливных элементов.

В некоторых областях используется порошкообразный никель в качестве катализатора химических процессов. К примеру, он применяется в реакциях гидрогенизации спиртов, циклических альдегидов ароматических и непредельных углеводородов.

Олово

Из чистого олова, в основном, получают белую жесть, которую используют для изготовления консервных банок.

Очень популярными в различных отраслях являются сплавы из этого цветного материала. Например, при книгопечатании используются шрифты, отлитые из гарта, который представляет собой сплав олова со свинцом и сурьмой.

Очень востребованным является баббит, получаемый методом сплавления олова со свинцом, сурьмой и медью. Из этого сплава изготавливается огромное количество деталей, в частности подшипников, рабочая поверхность которых высокоустойчива и обладает низким коэффициентом трения.

Свинец и цинк.

Хотя свинец и цинк добываются на одних и тех же природных месторождениях, области их применения значительно отличаются. Устойчивость свинца к агрессивным воздействиям позволяет использовать его в качестве защитных покрытий телефонных и телеграфных проводов. В химическом производстве из него делают специальное оборудование.

Цинк в чистом виде, зачастую, применяется для изготовления оцинкованного железа. И тот и другой метал, широко используются в различных сплавах для изготовления узлов оборудования в машиностроении, металлургии, медицине и других отраслях народного хозяйства.