Какие основные продукты цветной металлургии

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

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

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

· минеральные удобрения: суперфосфат, амофос и др.;

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

· тепловая и электрическая энергия;

· кислород и аргон.

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

Металлы

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

Черновыми металлами называются металлы, загрязненные примесями.

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

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

Штейны

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

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

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

Примерный состав заводских штейнов

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

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

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

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

Металлургические шлаки.

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

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

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

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

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

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

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

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

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