Как производят цветные металлы

Обновлено: 23.01.2025

Новые металлургические технологии, с которыми связывают научно-технический прогресс в металлургии, создавались не сразу. Металлургия в XIX в. и первой половине XX в. развивалась в условиях, так называемого, техногенного развития, характерными особенностями которого были представления об избыточности природных ресурсов, о неограниченности территорий для размещения отходов, о значительных возможностях атмосферы и гидросферы аккумулировать любые виды загрязняющих веществ без ущерба здоровью населения.

Дополнительная информация

Во второй половине ХХ в. рост экономики, особенно в развитых странах, значительно усилил техногенное давление на окружающую природную среду, главным образом, со стороны промышленных предприятий, в том числе и металлургических, причем с каждым годом это негативное воздействие нарастало. В результате такого развития в индустриальных центрах и мегаполисах возникли экологические кризисы. Их результаты проявились в истощении природных ресурсов (коксующиеся угли), изменении ландшафтов, в сокращения биологического разнообразия, в нарушении круговорота веществ в биосфере (увеличение доли парниковых газов в атмосфере) и других процессах. Тревога за развитие подобных процессы в России привели к принятию законов и других нормативных актов, регламентирующих промышленную деятельность всех отраслей. К таким документам относится принятый в начале XXI в. Закон «Об охране окружающей среды» [1] .

Президент Российской Федерации своим Указом «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» [2] усилил действие этого закона, поставив задачу обеспечения рационального и экологически ответственного использования энергии энергетических ресурсов. В 2009 г. был принят важный для металлургов документ – «Стратегия развития металлургической промышленности России на период до 2020 года» [3] .

Цветная металлургия России в современном международном разделении труда занимает одно из ведущих мест. По экспорту металлопродукции Россия занимает 3 место в мире (после Китая и Японии), по производству алюминия – 2 место (после Китая), по экспорту алюминия – 1 место, по производству и экспорту никеля – 1 место, по отгрузкам титанового проката – 2 место. Российская металлургия могла бы работать более успешно. Этот процесс сдерживают технико-экономический уровень производства металлов и сплавов и, как следствие, недостаточно удовлетворительная конкурентоспособность ряда видов металлопродукции.

Производство металлов и сплавов сопровождается газовыми выбросами, сбросами загрязненных сточных вод, образованием твердых отходов в виде продуктов обогащения руд, шлаков, шламов и пр. Деятельность металлургических предприятий оказывает существенное влияние на состав и качество атмосферного воздуха, загрязняя его парниковыми газами и тепловыми выбросами. Особенно это чувствительно в зонах расположения металлургических комбинатов и заводов.

Модернизация металлургической промышленности сопровождает всю историю ее развития. В последних документах уделяется значительное внимание общим вопросам конкурентоспособности продукции, ресурсо- и энергосбережению, связанным напрямую с решением экологических проблем. В них поставлены следующие задачи: 1) увеличение вклада металлургической промышленности в развитие экономики России и ее регионов; 2) удовлетворение спроса на металлопродукцию на внутреннем рынке (по всей требуемой номенклатуре), в частности, спроса новых промышленных регионов, спроса на металлопродукцию для реализации важнейших инвестиционных проектов; 3) укрепление позиций России на мировом рынке металлопродукции и рынке СНГ, защита на этих рынках позиций экспортеров; 4) повышение конкурентоспособности металлопродукции на внутреннем и внешнем рынках, снижение ее ресурсоемкости, уменьшение импорта металлопродукции и сырья; 5) обеспечение воспроизводства минерально-сырьевой базы; 6) инновационное совершенствование техники и технологии производства металлопродукции; создание новых ее видов; 7) снижение вредного воздействия предприятий отрасли на окружающую среду.

В процессе развития металлургической отрасли при условии решения этих задач будет обеспечено: а) повышение качественных характеристик продукции и совершенствование ее сортамента; б) ресурсобережение и снижение негативного экологического воздействия на фоне повышения стоимости энергоресурсов и требований к охране окружающей среды; в) укрупнение компаний-производителей и выход за пределы России в русле глобализации мировой экономики.

Экономические показатели, которые можно считать стратегическими ориентирами развития российской цветной металлургии, к 2020 г. составят (в скобках – изменение показателя по отношению к 2007 г, в %): а) среднегодовая численность по отрасли составит 430 тыс. чел. (уменьшение на 17,8%); б) инвестиции в основной капитал – 95 млрд. руб. (увеличение по отрасли на 139,7%); в) выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников составят 2,5 млн.т (уменьшение на 19,4%); г) объем сброса сточных вод в поверхностные водоемы составит 0,15 млрд. м3 (уменьшение на 45,5%) [4] .

Приведенные выше показатели определяются инновационным сценарием роста экономики России, который предполагает модернизацию и диверсификацию отраслевых производств на основе внедрения современных технологий и оборудования с использованием конкурентных преимуществ в энергосырьевом секторе.

Создание новых мощностей в цветной металлургии происходило и происходит в основном на базе импортного оборудования. Положительная сторона такого подхода состоит в том, что удалось обеспечить успешную конкуренцию металлопродукции на внутреннем и, в какой-то степени, на внешнем рынке. Отрицательная сторона проявилась в том, что этот процесс привел к свертыванию деятельности предприятий и НИИ, занимавшихся разработкой и созданием новых металлургических технологий и оборудования.

Уровни развития ключевых направлений отечественной цветной металлургии зависят, главным образом, от спроса на высокотехнологичную продукцию четвертого передела со стороны основных металлопотребляющих отраслей – оборонно-промышленного комплекса, автостроения, авиа- и судостроения, атомной энергетики, транспорта, строительства и пр. С учетом прогнозов развития этих отраслей Министерством промышленности и торговли России в «Стратегии …» [5] предусматриваются следующие показатели производства цветных металлов (табл.1).

Работа по достижению приведенных показателей будет не простой, так как связана с преодолением ряда трудностей. К ним относятся: 1) высокий уровень износа основных промышленно-производственных фондов на ряде предприятий. В цветной металлургии этот показатель составляет 41,8%; 2) повышенные удельные расходы сырья, топлива и энергии на единицу металлопродукции по сравнению с зарубежными аналогами. Так, в цветной металлургии по сравнению с зарубежными предприятиями потери руды в недрах при ее добыче выше на 10 – 15%, извлечение металлов в концентраты на 5 – 15% ниже, энергоемкость продукции в 1,2 – 1,5 раза больше, производительность труда на всех переделах ниже в 1,5 – 2 раза. Удаленность существующих показателей ресурсо- и энергоёмкости от зарубежных указывает на резервы, которыми располагают металлурги; 3) неразвитость сети малых и средних предприятий, производящих широкую номенклатуру металлоизделий для удовлетворения спроса потребителей этой продукции; 4) низкая восприимчивость предприятий к внедрению инноваций и, прежде всего, к внедрению отечественных разработок.

Таблица 1. Изменение объемов производства основных видов продукции цветной металлургии России, тыс.т

К настоящему времени в цветной металлургии сформировались основные направления, которые обеспечивают решение проблем научно-технического прогресса производства металлов и сплавов, в том числе и в решении экологических проблем, проблем ресурсо- и энергосбережения. В их числе: а) разработка и внедрение принципиально новых металлургических технологий получения не только традиционных видов продукции, но и расширение ее номенклатуры; б) совершенствование действующих металлургических технологий за счет реконструкции оборудования, оптимизации условий протекания технологических процессов, укрепления дисциплины труда и технической культуры производства; в) создание и внедрение способов переработки и утилизации отходов производства; г) внедрение существующих и разработка новых более эффективных методов очистки газообразных выбросов и сточных вод, сопровождающих металлургические технологии; д) постепенный переход к международным стандартам на технологические процессы и производимую продукцию; е) подготовка, переподготовка и повышение квалификации кадров, осуществляющих реализацию решений в области ресурсо- и энергосбережения, защиты и охраны окружающей среды.

Развитие металлургической отрасли за последние годы подтвердило перспективность этих направлений в решении перечисленных выше проблем.

С модернизацией непосредственно металлургических технологий связаны первые два направления. Из них предпочтение следует отдавать первому. Проекты этого направления, как правило, используют современные достижения научно-технического прогресса и не отягощены наличием устаревшего оборудования. Проекты же второго направления (часто из-за ограниченности финансовых ресурсов) ориентированы на максимальное использование действующего оборудования, его реконструкцию, экономическая эффективность которой ниже по сравнению с эффективностью новых технологий. Важность и перспективность третьего направления растет с каждым годом.

Наиболее эффективными мероприятиями по модернизации производства цветных металлов, направленных на решение проблем энерго- и ресурсосбережения, напрямую связанных с экологизацией металлургических технологий, следует отнести: 1) широкомасштабное внедрение экологически чистых гидрометаллургических процессов, обеспечивающих, помимо снижения выбросов вредных веществ, вовлечение в производство низкокачественных промпродуктов и повышение комплексности использования сырья; 2) улучшение структуры производства цветных металлов за счет увеличения выпуска продукции подотраслями четвертого передела (обработка цветных металлов, спецметаллургия, электродная, твердосплавная, полупроводниковая). Доля продукции этих подотраслей к концу 2020 г. увеличится на 67 – 76% по отношению к 2011 г., увеличится также доля выпуска металлов и сплавов из вторичного сырья; 3) расширение внедрения автогенных процессов в производстве тяжелых цветных металлов с использованием нового плавильного оборудования (прежде всего, барботажного типа) при переработке сульфидного сырья. Доля меди, произведенной с использованием автогенных процессов, в 2020 г. составит – 95% , а никеля 80 – 82%. Непрерывная разливка тяжелых цветных металлов выйдет в 2020 г. на уровень 80%. Для сравнения: этот показатель в 2011г не превышает 40%. В «Стратегии …» также уделено внимание разработке и внедрению технологии плавки окисленной никелевой руды в печи Ванюкова на никелевых предприятиях Уральского региона; 4) разработку и внедрение автоматизированных электролизеров на силу тока 400 и 500 кА для производства алюминия с использованием энергосберегающей и экологически безопасной технологии. В производстве алюминия доля металла, полученного в усовершенствованных электролизерах с предварительно обожженными анодами и по технологии "сухой" и "полусухой" анод, составит в 2020 г. 87 – 90%; 5) внедрение "прорывных" технологий в производстве материалов на основе магния (бесслитковая деформация с регламентированной структурой зерна, сварка перемешиванием, лазерная сварка, технология нанесения экологически чистых защитных покрытий);6) разработку технологии снятия цинка с оцинкованных отходов с получением высококачественного лома и чистого порошкового цинка; 7) разработку технологий переработки техногенного и вторичного сырья, содержащего цветные и редкие металлы. Эти технологии связаны с доизвлечением цветных и благородных металлов из лежалых хвостов, извлечением тантала, вольфрама, рения и других редких металлов из ранее не перерабатываемых отходов; 8) технологию припечной грануляции шлаков с использованием эйрлифтов. Такие технологии обеспечивают высокую производительность установок, обеспечивают взрывобезопасность их работы, приводят к отказу от шлаковозного хозяйства, организуют выбросы загрязнителей и их очистку, используя для этих целей системы оборотного водоснабжения, Относительно недавно установка припечной грануляции шлака введена в эксплуатацию на предприятий «Норильский никель»; 9) технологии паро-испарительного охлаждения высокотемпературных элементов металлургических печей и агрегатов; 10) очистку аспирационного воздуха; 11) переработку шлаковых отвалов.

Среди проблем, которые оказывают существенное влияние на процесс модернизации и развития цветной металлургии, следует выделить в первую очередь недостаточную востребованность металлпродукции на внутреннем рынке из-за его малой емкости, низкую восприимчивость внешних рынков к российской металлопродукции высоких переделов, а также высокие объемы импорта в Россию оборудования, машин и механизмов. Немаловажной проблемой является усиливающаяся экспансия других стран, в том числе и азиатского региона, на мировых рынках по сбыту металла.

Развитие цветной металлургии, связанное с ростом производства, расширением сортамента металлопродукции и существенным повышением ее качества, а также с удовлетворением более жестких норм по охране окружающей среды, невозможно без значительных инвестиций и модернизации производства. Инвестиции будут формироваться в основном за счет собственных средств компаний: амортизационных отчислений и прибыли, а также привлекаемых кредитов отечественных и иностранных банков, облигационных займов, лизинга оборудования и продажи акций.

Новым для металлургических компаний в стратегическом развитии и усилении конкурентных позиций является углубленное взаимодействие с потребителями металлопродукции. Партнерские отношения в этих случаях строятся с учетом скоординированного планирования деятельности партнеров на стадиях разработки новой металлосодержащей продукции, а также и на совместных технологических разработках. Заинтересованность партнера в получении металлопродукции, полностью удовлетворяющего его требованиям, заинтересованность в соблюдении сроков поставки такой продукции может служить мотивом для участия в финансировании подобных проектов. Подобная практика развита за рубежом [6] .

Инвестиции и инновации – это та финансово-техническая база модернизации производства цветных металлов, которая способна создать новые ресурсо- и энергосберегающие технологии, направленные на решения экологических проблем предприятий подотрасли.

[1] Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ // Собрание законодательства Российской Федерации. №2. Опубл. 14.01.2002. ст 133. С.739 – 777 (оф. изд.).
[2] Указ Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 г. №889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики». Российская газета от 7 июля 2008 г. (4680).
[3] Стратегия развития металлургической промышленности России на период до 2020 года. Приказ Министра промышленности и торговли Российской Федерации оссийской Федерации18 марта 2009 г., № 150.
[4] Стратегия развития металлургической промышленности России на период до 2020 года. Приказ Министра промышленности и торговли Российской Федерации Российской Федерации18 марта 2009 г., № 150.
[5] Там же.
[6] Лисин В.С. Стратегические ориентиры экономического развития черной металлургии в современных условиях. М.: Экономика, 2005, 404 с.

Производство цветных металлов

Разделение металлов на черные и цветные является условным. Обычно к черным металлам относят железо, марганец и хром, а остальные металлы — к цветным. Термин “цветные металлы” не следует понимать буквально. Фактически существуют лишь два цветных металла: розовая медь и желтое золото, в отношении же остальных металлов можно говорить не об их цвете, а об их различных оттенках, чаще всего серебристо-серого или красноватого тонов.

Также условно цветные металлы можно разделить на четыре группы:

тяжелые металлы — медь, никель, свинец, цинк, олово;
легкие металлы — алюминий, магний, кальций, калий, натрий, барий, бериллий, литий;
благородные металлы — золото, серебро, платина и ее природные спутники (родий, иридий, палладий, осмий);
редкие металлы; к этой группе относятся:
1. тугоплавкие металлы — молибден, вольфрам, ванадий, титан, ниобий, тантал и цирконий;
2. легкие — стронций, скандий, рубидий и цезий;
3. радиоактивные — уран, радий, торий, актиний и протактиний;
4. рассеянные и редкоземельные — германий, галлий, гафний, индий, лантан, таллий, церий и рений.
Промышленное значение цветных металлов очень велико и особенно возросло с развитием новой техники, в том числе связанной с реактивной и атомной энергетикой, освоением космического пространства и расцветом радиоэлектроники. Наиболее массовыми металлами являются медь, цинк, свинец, олово, никель, алюминий, магний и титан.

В последние годы все более важное значение начинают приобретать металлы, отнесенные к группе редких. Развитие современной авиации с широким использованием реактивных двигателей потребовало все большего применения не только никеля и хрома, но и молибдена и вольфрама. Расширяется область применения радиоактивных металлов, открывающих огромные энергетические ресурсы атомного распада и позволяющих получать новые элементы.

Сильно возросла роль многих металлов и металлоидов, в том числе полупроводниковых материалов (бора, германия, селена, теллура, кремния), в развитии приборостроения, радиоэлектроники, радиолокации и вычислительной техники.

В связи с развитием квантовой техники и других отраслей промышленности большое значение начинают приобретать металлы, переходящие при температуре 0,5—8 К в сверхпроводящее состояние. К ним относятся алюминий, галлий, ванадий, титан, олово и др.

Выпуск цветных металлов, в том числе высокой чистоты, возрастает из года в год. Совершенствуются прежние и создаются новые способы их производства.

Методы производства цветных металлов очень разнообразны. Многие металлы получают пирометаллургическим способом с проведением избирательной восстановительной или окислительной плавки, часто в качестве источника тепла и химического реагента используют серу, содержащуюся в рудах. Ряд металлов с успехом получают так называемым 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 еще на такие способы, как химико-термический, цианирование и хлорид-возгонка.

Основы хлоридных методов производства металлов

Хлор обладает большим химическим сродством к металлам и при определенных условиях может вытеснить кислород из оксидов с образованием хлоридов. Процесс значительно облегчается в присутствии углерода, так как в этом случае кислород соединяется с углеродом. Например, применительно к двухвалентному металлу возможны следующие процессы:

При этом Q₂ 1 (по абсолютному значению), и даже в некоторых случаях процесс, протекающий по второй реакции, экзотермичен. Следует подчеркнуть, что и реакции первого типа протекают при более низких температурах, чем аналогичные реакции восстановления оксидов углеродом. Важным обстоятельством является то, что хлориды обычно образуются в газообразном состоянии, легко уводятся из процесса, а процесс производства карбидообразующих металлов хлоридным методом в отличие от восстановления углеродом обеспечивает получение малоуглеродистого продукта. В некоторых случаях хлориды находятся в недрах земли или в соленых водоемах. Из хлоридов металлы получают восстановлением или же электролизом из расплавов.

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.

Цветная металлургия – это отрасль, которая включает в себя добычу, обогащение и создание сплавов из цветных металлов. Ее состояние является определяющим для развития и функционирования всего промышленного комплекса в целом.

Под цветными металлами следует подразумевать такие вещества и сплавы, в которых отсутствует железо. Это является главным отличием рассматриваемой отрасли от черной металлургии, основа которой – добыча железной руды и выработка чугуна и стали.

Классификация цветных металлов

В современной промышленности выделяют несколько групп цветных металлов, которые различаются между собой по их эксплуатационным свойствам и качествам. Рассмотрим некоторые из них:

Подотрасли

Цветная металлургия включает в себя подотрасли, в рамках которых осуществляется выпуск различных металлов:

На его долю приходится более 45% объема выплавки всех цветных металлов. Сырьем являются бокситы, которые перерабатываются в глинозем. Основные месторождения находятся в Австралии, Бразилии, экваториальной Африке, Китае и России.

Ведущими производителями алюминия в мире признаны Россия, США, Италия, Китай, Германия.

Более четверти от всего объема выплавки приходится на медь. Она добывается из медной руды, где концентрация металла может достигать порядка 30-35%. Кроме этого, значительную роль играет переработка вторичного сырья.

Основные месторождения медных руд находятся в России, Казахстане, Чили, США, Канаде, экваториальной Африке, Китае.

Ведущими производителями являются Россия, Китай, США, страны Европы.

Эти металлы выпускаются из полиметаллических руд. Основные залежи находятся в США, Мексике, Канаде, Китае, Австралии. Производство сконцентрировано в Китае, США, Японии, Австралии, странах ЕС. На долю выплавки цинка и свинца приходится более 22% от всего объема.

Крупнейшие месторождения находятся в России, она же и является главным мировым производителем. На долю производства данного металла приходится менее 7% от мировой выплавки. Основным сырьем выступают никелевые руды.

Данный металл получают из оловянных руд. Большая часть мировых запасов приходится на Боливию и Юго-Восточную Азию. Ведущими центрами выплавки являются Боливия, Малайзия, Китай, Россия.

Производство остальных цветных металлов менее развито и имеет локальные масштабы.

Этапы производственного процесса

В цветной металлургии задействован ряд производственных процессов, включающий в себя как добычу сырья, так и выплавку.

Схемы изготовления цветных металлов хоть в целом и схожи, однако в силу особенностей того или иного ресурса имеют некоторые отличия.

В этой связи для примера следует упомянуть цикл получения алюминия, выпуск которого имеет наибольшие масштабы и значимость.

Он состоит из следующих этапов:
- добыча бокситов;
- обогащение алюминиевой руды (промывка, грохочение);
- производство глинозема;
- выплавка металлического материала;
- выпуск алюминиевых заготовок и полуфабрикатов.
Также из глинозема производят фтористые соли и электроды.

Общий обзор состояния цветной металлургии в России

Данная отрасль промышленного производства является одной из наиболее развитых в России. Это объясняется большими запасами сырья и природных ископаемых, а также развитой производственной базой, оставшейся после распада СССР.

История развития отрасли

Человечество начало выплавлять металл и использовать сплавы достаточно давно, что подтверждается археологическими находками.

В России производство цветных металлов и развитие горного дела в целом во многом связано с именем Петра I. Именно по его указам на Урале строятся первые плавильные заводы.

К началу XX века страна становится одним из мировых лидеров металлургического производства, но события 1917 года надолго остановили его развитие. Однако в 30-е годы, во времена первых пятилеток, страна смогла восстановить и преумножить свою индустриальную мощь.

После ВОВ в СССР возводятся крупнейшие ГОКи и металлургические заводы, многие из которых продолжают работать и сейчас. Кризис 90-х годов негативно отразился на состоянии данной отрасли, однако уже в 2000 г. производство цветных металлов в стране значительно выросло.

Размещение промышленных производств

В силу экономической целесообразности большинство предприятий цветной металлургии расположено в районе мест добычи соответствующих руд. По этой причине в России выделяется несколько основных производственных баз. Стоит отметить, что для выплавки легких металлов требуется большое количество энергии, в этой связи заводы построены вблизи ее источников (преимущественно ГЭС).

Размещение основных производственных центров:

Крупные комплексы находятся в районах с развитой энергетикой (Иркутская область, Красноярский край).

Преимущественно Урал, где находится большая часть разведанных месторождений.

Запасы полиметаллических руд в стране не очень высоки. Производственные центры есть в Сибири и на Дальнем Востоке.

Предприятия размещены возле месторождений. Наиболее крупные из них – на Кольском полуострове, а также севере Сибири.

Крупнейшие игроки отрасли

Предприятия-лидеры цветной металлургии в России:

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Заводы цветных металлов.

Проблемы и перспективы развития

Значительной трудностью цветной металлургии в стране является зависимость от источников электрической и тепловой энергии.

К примеру, выработка более 75% энергии на Братской ГЭС направлена на обслуживание алюминиевого комбината. Это удорожает производство и в ряде случаев (при неблагоприятной мировой конъюнктуре) может лишить его рентабельности. Выходом из ситуации является внедрение более энергоемких технологий.

Кроме этого, предприятия цветной металлургии являются одними из основных причин экологического загрязнения. Модернизация производств требует многомиллиардных вложений, однако, несмотря на расходы, проводимые меры снижают нагрузку на окружающую среду.

Металлургия

Металл с давних времен стал незаменимым элементом в повседневной жизни человека. Благодаря ему у нас есть возможность использования электроэнергии, транспорта, гаджетов и других благ цивилизации. Именно поэтому металлургию можно считать ключевой отраслью промышленности каждого государства. Металлургия – это отрасль тяжелой промышленности, в которую вовлечены множество финансовых, материальных, энергетических и человеческих ресурсов.

Современная металлургия достигла значительного развития. Благодаря достижениям науки, у нас есть возможность использовать не только металлы, данные нам природой, но и инновационные композитные материалы и сплавы. Они обладают улучшенными свойствами и характеристиками.

Классификация разновидностей металлургии

Выплавка металлов требует колоссального объема энергии и ресурсов, поэтому большинство горнодобывающих предприятий работают именно для обеспечения потребностей металлургии.

Для дальнейшего изучения особенностей этой отрасли следует выделить ее основные виды. На сегодняшний день выделяют две основные отрасли: черную и цветную металлургию.

Черная отвечает за производство сплавов на основе железа. В то же время к ней относят другие элементы, такие как хром и марганец. Все остальное производство изделий из других металлов называют цветным.

Технология производства имеет схожий цикл, независимо от типа сырья, и состоит из нескольких этапов, указанных ниже:
1. Добыча сырья и ее переработка. Большинство металлов не содержится в природе в чистом виде, а входит в состав различных руд, переработка которых называется обогащением. В процессе обогащения руду дробят на мелкие составляющие, из которых в процессе сепарации отделяют элементы метала и пустую породу. Из выделенных элементов производят сплавы.
2. Передел. Металлургическим пределом называют процесс изготовления полуфабрикатов, которые в свою очередь применяются для изготовления готовых продуктов. В процессе передела изменяется состав, структура и свойства сплавов, а также агрегатное состояние. К переделу можно отнести прокат и обжатие, трубное производство, плавку и разливку.
3. Переработка отходов. Большинство отходов металлургического производства либо утилизируют, либо перерабатывают, получая другие полезные продукты. Некоторая часть пустой породы и шлаков складываются на территории больших хранилищ под открытым воздухом. Но на сегодняшний день производители стараются максимально эффективно перерабатывать побочную продукцию. Некоторые шлаки повторно обрабатывают, получая дополнительный продукт, некоторые используют для производства сельскохозяйственных удобрений, но большинство уходит на изготовление строительных материалов, которые широко используются в повседневной жизни.
Большая часть производимого металла проходит стадию проката, то есть изготовления полуфабрикатов для производства готовой продукции. Подобную операцию выполняют на специальном устройстве, которое представляет собой систему вращающихся валков. Между ними пропускают металл, который под высоким давлением меняет толщину, ширину и длину.

Выделяют холодный и горячий прокат, отличия которых заключаются в разной температуре обрабатываемого сырья. Холодный прокат применяется для сырья, имеющего высокий уровень пластичности, что позволяет сохранять структуру металла и не изменять его физические свойства.

Процесс проката не всегда является конечным этапом производства полуфабрикатов. Например, для изделий черной металлургии могут применяться такие методы обработки, как покрытие защитным слоем или закалка. Это позволяет улучшить устойчивость к коррозии, повысить прочность и снизить степень износа.

Следует отметить, что большую часть продукции, производимой металлургической отраслью, составляют стальные трубы. На втором месте расположился листовой и сортовой металл, применяющейся в машиностроении.

Среди главных потребителей продукции этой сферы стоит выделить строительную сферу, машиностроение и металлообработку.

При этом практически каждая сфера народного хозяйства не может обойтись от использования продукции металлургии, а также заготовок и полуфабрикатов из него.

Черная металлургия

Черная металлургия основывается на переработки железа, а именно руд, в которых оно содержится. Большинство железных руд являются природными оксидами. Именно поэтому первым этапом производства является выделение железа из оксида. Для этого используют большие доменные печи. Данный способ производства чугуна проводится при температуре свыше 1000 градусов.

При этом свойства полученного сырья напрямую зависят от температуры доменной печи и времени плавления. При дальнейшей обработке чугуна получают сталь или литейный чугун, с помощью которого выполняют отлив заготовок и изделий.

Для производства стали используют железо и углерод, добавление которого придает полученному сплаву желаемые свойства. Также могут применяться различные легирующие компоненты, необходимые для получений определенных особенностей стали.

Существует несколько способов производства стали, которые основываются на выплавке металла в жидком состоянии. Следует выделить следующие: мартеновский, кислородно-конверторный и электроплавильный.

Каждый вид стали называется маркой, которая указывает на ее состав и свойства. Для изменения свойств стали используют метод легирования, то есть добавления в сплав дополнительных компонентов. Наиболее часто для подобных целей используют такие элементы, как хром, марганец, бор, никель, вольфрам, титан кобальт, медь и алюминий. Обычно такие компоненты добавляют в расплавленную сталь.

Но существует иной способ, который заключается в прессовании мелкозернистого порошка компонентов с последующим запеканием при высоких температурах.

Производство такой продукции мало чем отличается от технологий черной металлургии. Цикл цветной металлургии также состоит из обогащения руд, плавки металлов, переделки и проката. Но в некоторых случаях может применяться также рафинирование металлов, то есть очищение первичных продукта от примесей.

Очищение руды цветных металлов более сложная задача, так как она содержит намного больше сторонних примесей, в том числе других полезных компонентов. Как и в черной металлургии, побочная продукция цветной широко применяется в перерабатывающей промышленности, особенно в химическом производстве.

Следует выделить две подотрасли: металлургию тяжелых и легких металлов. Принцип подобного деления основывается на различных свойствах обрабатываемых цветных металлов. При производстве тяжелых металлов требуется значительно меньше энергии.

Иногда выделяют третью группу, так называемых, редкоземельных металлов. Такое название связано с тем, что раньше такие элементы были малоизучены и редко находились в природных условиях. Хотя на самом деле их количество не уступает многим тяжелым или легким цветным металлам. Их используют обычно при производстве высокотехнологичных приборов.

Изделия этой отрасли широко применяются в машиностроении, космической сфере, химической промышленности и приборостроении.

Добывающая металлургия

Это сфера промышленности, отвечающая за извлечение ценных металлов из руд¸ переплавки полученного сырья и получения готового продукта. Отделение металла от пустой породы и других шлаков может производиться путем химического, электролитического или физического воздействия.

Главная задача этой отрасли металлургии – оптимизация процесса выделения чистого металла, качественное отделение полезных компонентов от пустой породы и минимизация потерь.

Металлы используются в различных целях, как для изготовления различных драгоценностей и бижутерии, так и в высокотехнологических сферах. Например, в строении высокоточных приборов, современных гаджетов, компьютеров и других электроприборов. А также в космической сфере, авиастроении, и других сферах, где требуются особые свойства, которые имеют только ценные металлы.

Следует отметить, что раньше металлургия ориентировалась строго на переработку добываемого сырья. Но в последнее время, в связи с тем, что металлы не восстанавливающийся ресурс, острой стала проблема переработки вторичного сырья.

Повторной переработке подвержены цветные и черные металлы. Поэтому производители стараются максимально эффективно и в полной мере собирать и перерабатывать металлические изделия, вышедшие из эксплуатации. Рынок металлолома постоянно растет, в связи с чем растет количество больших и малых перерабатывающих предприятий. Их задача заключается в очищении металлов от сопутствующих материалов и последующей переплавки. Для сохранения качественной структуры и свойств, вторсырье плавят вместе со свежедобытым сырьем.

Дальнейшее развитие невозможно только с использованием природных ресурсов, количество которых постоянно уменьшается. Поэтому главной задачей на сегодняшний день можно считать переработку вторсырья и поиск аналогов, способны полноценно заменить металлы.

Развитие металлургии напрямую связано с интеллектуальным развитием человечества и его потребностей. Так как новые технологии требуют от уже существующих металлов улучшенных свойств и характеристик, а также создания инновационных сплавов, не имеющих аналогов ранее.

Читайте также: