Цветная металлургия является комплексной отраслью промышленного производства. Ассортимент товарной продукции предприятий цветной металлургии очень широк и разнообразен. Помимо металлической продукции, металлургические заводы выпускают дополнительную продукцию.
Продукцией отдельных предприятий цветной металлургии могут быть:
- 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 и т.д.;
- минеральные удобрения: суперфосфат, аммофос;
- строительные материалы: цемент, щебень, гранулированный шлак, шлаковая брусчатка и т.д.;
- тепловая и электрическая энергия;
- кислород и аргон.
Нормы и требования к качеству и размерным характеристикам сырья, материалов и изделий металлургического производства устанавливаются Государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми стандартами (ОСТ) и техническими условиями (ТУ).
Стандарты и технические условия устанавливаются на группу изделий и материалов или отдельные виды продукции и определяют полную техническую характеристику сырья или выпускаемой продукции. ГОСТы имеют силу закона и обязательны для исполнения во всех отраслях народного хозяйства. Отраслевые стандарты ОСТы, как правило, определяют требования к сырью материалам полупродуктам и продуктам металлургического производства которые потребляются только внутри отрасли. Технические условия утверждаются в тех случаях, когда на продукцию отсутствуют стандарты или когда требуется установление специальных требований на выпускаемую продукцию. Технические условия на промышленную продукцию обычно определяют взаимоотношения между узким кругом заказчиков и производителей в строгом соответствии с согласованными условиями и сроками их действия.
В цветной металлургии в зависимости от применяемой технологии и состава получающихся металлов различают черновые и рафинированные металлы. Товарной продукцией, как правило, являются рафинированные металлы.
Черновыми металлами называют 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. Ценные спутники – благородные металлы, селен, галлий, индий, висмут и др. – необходимо попутно обязательно извлекать.
Черновые металлы обязательно подвергают очистке от примесей – рафинированию. Сортамент рафинированных цветных металлов велик. ГОСТы устанавливают выпуск до 6-10 и более марок каждого конкретного металла. В небольших количествах некоторые предприятия цветной металлургии выпускают металлы повышенной (особой) чистоты. Получение таких металлов связано с большими дополнительными затратами труда времени и средств.
4. Продукция цветной металлургии и готовые изделия из цветных металлов и сплавов
 |
||
Непрофильные виды продукции
Рис. 2. Классификация продукции цветной металлургии
К легким металлам относят: алюминий, титан, магний. Из всех легких металлов наиболее важным в технике является алюминий. Тонкая, но крайне плотная и твердая пленка окислов надежно защищает его поверхность от коррозии. Чистый или слаболегированный алюминий обладает очень высокой электропроводимостью и, в связи с этим, нашел широчайшее применение в качестве материала для проводников в электротехнике. Из-за низкого предела прочности (около 70-100 МПа) чистый алюминий неприменим как конструкционный материал. Однако, если к нему при плавке добавить некоторые элементы, то после определенных операций и последующей термообработки можно получить до 500 МПа. В качестве конструкционных материалов применяются сплавы алюминия с медью, с кремнием и с магнием, которые незаменимы при сооружении легких высотных конструкций. Из алюминия делают фюзеляжи и крылья самолетов. Из сплавов алюминия была изготовлена оболочка нашего первого в мире искусственного спутника Земли. Многие детали самых разных машин, перекрытия, наружная облицовка и оконные рамы высотных зданий, аппаратура для производства кислот и многих органических веществ, резервуары для хранения жидкого кислорода, моторные и весельные лодки, посуда — все это делается из алюминия.
Ввиду своей малой плотности магний является основой для производства легчайших конструкционных материалов. Важнейшими компонентами его сплавов часто бывают алюминий, цинк, кремний и цирконий. По механическим свойствам материалы из магния близки к сплавам алюминия. Материалы из магния сильно подвержены коррозии, поэтому при их переработке необходимы особые технологические условия и меры, повышающие коррозионную защиту. Если магний сильно нагреть, он ослепительно вспыхивает, давая яркое белое пламя. Однако сплавы магния не только не загораются с повышением температуры, но остаются твердыми даже при таком нагреве, когда сталь плавится и течет. Поэтому из сплавов магния делают детали самолетов и двигателей, которые работают при очень высокой температуре. Применяются магниевые сплавы и в космических ракетах.
Еще большую роль играет в технике титан. Он почти вдвое тяжелее алюминия, зато в 6 раз прочнее его. Поэтому титановые детали можно делать очень тонкими, и они будут легче и прочнее алюминиевых. Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. Его температура плавления 1668°С — выше, чем у стали. Поэтому самолеты из титановых сплавов достигли скоростей, в 2 и 3 раза превышающих скорость звука: их обшивка не плавится при больших температурах, образующихся при трении об атмосферу. Уникальна химическая стойкость титана. Химическое оборудование из титановых сплавов служит во много раз дольше, чем из нержавеющей стали.
К тяжелым металлам относят: медь, свинец, цинк, олово, никель. Медь имеет самую высокую (после серебра) электрическую проводимость. Из нее делают обмотки трансформаторов и генераторов, линии электропередачи (ЛЭП), электрические провода внутри машин и зданий и многие другие электротехнические изделия, а также коррозионностойкую химическую аппаратуру. Медь предпочитают применять в качестве проводников в электротехнике. Предел прочности чистой меди (200-250 МПа) недостаточен для ее использования в машиностроении. Сплавы меди с цинком (латунь), оловом (бронза), никелем, алюминием, марганцем и другими элементами обладают более высокой прочностью. Первое место в мире по добыче и производству меди занимает Чили. Второй в мире нетто-экспортер металла — Россия. За пределы страны поставляется свыше 80 % производимой меди. Ее запасы увеличиваются в периоды спада в мировой экономике и снижаются во время экономического подъема. Использование меди тесно связано с расширением промышленных мощностей в целом. Сокращение строительства новых производств в электротехнической, автомобильной, авиационной и других отраслях ведет к снижению потребления меди и, как следствие, к падению цены на данный металл.
Никель — серебристо-белый металл, очень стоек к действию воздуха, воды. Он обладает разнообразными уникальными свойствами: добавка никеля в сплавы увеличивает прочность, износостойкость, коррозионную стойкость, повышает тепло- и электропроводность, улучшает магнитные и каталитические свойства Уникальные свойства никеля обусловили его применение практически во всех отраслях промышленности. Крупнейший производитель этого металла — Россия, чей совокупный процент в общемировом производстве достигает 20,4.
Большим спросом стал пользоваться свинец с начала эры автомобилестроения. Свинец используется в основном для производства автомобильных батарей и аккумуляторов. Другие крупные области потребления — химическая промышленность (производство реагентов и красок) и применение свинца в качестве припоев и присадок. Кроме этого, благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам (высокая коррозионная стойкость металла, долговечность и простота применения) свинец нашел место в производстве различных инженерных продуктов, как-то защитные покрытия зданий и сооружений, медтехника — рентгенографическая и спектрографическая аппаратура.
По объему производства цинк находится на третьем месте после алюминия и меди. Это один из немногих металлов, не оказывающих токсичного воздействия на природу и человека. Области применения цинка разнообразны: автомобильная, строительная, фармацевтическая, химическая, пищевая и другие отрасли промышленности. Но самым крупным потребителем цинка является сталелитейная промышленность, которая использует металл для производства сталей с покрытием. Существенная часть цинка идет на производство латуней, сплавов на основе цинка, различных полуфабрикатов и композитных соединений. Среди конечных потребителей следует выделить строительную индустрию, автомобильную промышленность, машиностроение, производство товаров народного потребления.
Не менее важное значение для промышленности имеют малые тяжелые металлы: мышьяк, сурьма, ртуть, висмут, кадмий, кобальт.
Ртуть входит в состав некоторых лекарств, употребляется в горном деле («гремучая ртуть» в детонаторах), в электротехнике, в химической промышленности.
К легирующим относят такие металлы как молибден, ванадий, вольфрам, кремний. Эти металлы применяют для легирования сталей и других сплавов, а также в электроламповой, радиотехнической и электровакуумной промышленности. Легирование – это введение в состав металлических сплавов элементов для придания сплавам определённых физических, химических или механических свойств. Вольфрам является одним из наиболее тяжелых и самым тугоплавким металлом. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1 600°С хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить. Молибден используется главным образом в производстве сталей (до 80 %). Он повышает прокаливаемость стали, понижает отпускную хрупкость и повышает сопротивление ползучести. Кроме того, молибден применяется в химической промышленности в качестве катализатора, а также при производстве смазочных материалов. Чистый металлический молибден используется в небольших количествах в электровакуумной технике и электроламповом производстве.
К благородным относят золото, серебро, платина. Они встречаются в природе в самородном виде. Эти металлы имеют красивый внешний вид и не подвержены атмосферным влияниям.
К редким металлам обычно относят 36 химических элементов, которые нашли широкое применение в промышленности только во второй половине XX в. Редкие металлы принято делить на четыре группы: легкие (литий, рубидий, стронций, бериллий, цезий), рассеянные (галлий, индий, таллий, селен, теллур, рений), тугоплавкие (цирконий, тантал, ниобий, рений, калифорний, ванадий), редкоземельные (лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий и др.)
К полупроводниковым материалам относят кремний и германий, полупроводниковые структуры, интерметаллические соединения (химические соединения металла с металлом).
Потребление алюминиевого проката внутри страны остается достаточно низким. При этом Россия — один из крупнейших производителей первичного металла — ввозит изделия из алюминия. Аналогичная ситуация с прокатом тяжелых цветных металлов. Производство бронзы, латуни и медного проката остается на низком уровне, обеспечивающем спрос только отечественных потребителей.
Кроме описанных уже видов продукции предприятия цветной металлургии производят твердые сплавы — металлические материалы с высокой твердостью, прочностью, режущими и другими свойствами. Они применяются при изготовлении режущего, штампового и измерительного инструмента.
Широко используется в современной промышленности и такой вид продукции, как жаропрочные материалы, которые способны сопротивляться ползучести и разрушению при высоких температурах. Они производятся на основе железа, никеля, кобальта, титана, молибдена, ниобия, бериллия. Эти сплавы применяются для изготовления рабочих и направляющих лопаток паровых и газовых турбин, паровых труб, дисков турбин и других деталей двигателей, для обшивки и наружных деталей. сверхзвуковых летательных аппаратов.
Углеродные материалы (электроды, электродная масса, углеграфитовые изделия) тоже являются продукцией цветной металлургии. Эта продукция используется алюминиевыми заводами.
Наряду с профильными видами продукции, на предприятиях цветной металлургии производятся химические продукты (серная кислота, элементарная сера, медный и цинковый купорос, сода кальцинированная, поташ, хлор, кислород, аргон и др.), минеральные удобрения, строительные материалы, тепловая и электрическая энергия и некоторая другая продукция. Таким образом, цветная металлургия производит продукцию, которая используется практически всеми отраслями промышленности.
5. Основные технико-экономические показатели, характеризующие добычу цветных металлов
Себестоимость — совокупность материальных и трудовых затрат предприятия в денежном выражении, необходимых для изготовления и реализации. Планирование и учет себестоимости ведется по экономическим элементам. Затраты по экономическим элементам делят на:
1. материальные затраты;
2. расходы на оплату труда;
3. расходы на социальные нужды;
4. затраты на амортизацию (это процесс накопления денежных средств
для возмещения выбывших основных фондов на протяжении всего намечаемого срока функционирования основных фондов). При линейном способе погашения стоимости объекта производится равными ежегодными частями в течение всего срока эксплуатации.
где Ф – балансовая стоимость основных фондов;
Цветная металлургия – отрасль тяжелой индустрии, производящая конструкционные материалы. Она включает в себя добычу, обогащение металлов, передел цветных, производство сплавов, проката, переработку вторичного сырья, а также добычу алмазов. В бывшем СССР производилось 7 млн. тонн цветных металлов.
Развитие НТП требует увеличение производства прочных, пластичных, стойких против коррозии, легких конструкционных материалов (сплавы на основе алюминия и титана). Они широко используются в авиационной, ракетной промышленности, в космических технологиях, в судостроении, в производстве оборудования для химической промышленности.
Медь широко используется в машиностроении и электрометаллургии, как в чистом виде, так и в виде сплавов – с оловом (бронза), с алюминием (дюралюминий), с цинком (латунь), с никелем (мельхиор).
Свинец используется в производстве аккумуляторов, кабелей, в атомной промышленности.
Цинк и никель используются в черной металлургии.
Олово используется при производстве белой жести и подшипников.
Благородные металлы обладают высокой пластичностью, а платина – тугоплавкостью. Поэтому они широко применяются при изготовлении ювелирных изделий и техники. Без солей серебра невозможно изготовить кино- и фотопленку. По физическим свойствам и назначению цветные металлы можно условно поделить на 4 группы.
Классификация цветных металлов:
тяжелые – медь, свинец, цинк, олово, никель
легкие – алюминий, титан, магний
малые – мышьяк, ртуть, сурьма, кобальт
Легирующие – молибден, ванадий, вольфрам, кремний
Благородные – золото, серебро, платина
Редкие и рассеянные – галлий, селен, теллур, уран, цирконий, германий
Отрасли цветной металлургии:
свинцово-цинковая металлургия тяжелых металлов
титаномагниевая металлургия легких металлов
Цветные металлы обладают прекрасными физическими свойствами: электропроводимостью, ковкостью, плавкостью, способностью образовывать сплавы, теплоемкостью.
По стадиям технологического процесса цветная металлургия делится на:
Добычу и обогащение рудного сырья (ГОК – горно-обогатительные комбинаты). ГОК базируются у источников сырья, т. к. для производства одной тонны цветного металла в среднем требуется 100 тонн руды.
Передельную металлургию. В передел поступают обогащенные руды. У сырья базируется производства, связанные с медью и цинком. У источников энергии – производства, связанные с алюминием, цинком, титаном, магнием. У потребителя – производства, связанные с оловом.
Обработка, прокат, производство сплавов. Предприятия базируются у потребителя.
Россия обладает многими видами цветных металлов. 70% руд цветных металлов добывается открытым способом.
Специфика руд цветных металлов состоит в:
а) в их сложном составе (многокомпонентности)
б) в низком содержании полезных компонентов в руде – всего несколько %, иногда и доля %:
Для получения 1 тонны медного концентрата используется 100 тонн руды, 1 тонны никелевого концентрата – 200 тонн, оловянного концентрата – 300 тонн.
Все руды предварительно обогащаются на ГОКах и в металлургическом переделе. Там производятся концентраты:
Вследствие значительной материалоемкости цветная металлургия ориентируется на сырьевые базы. Поскольку руды цветных и редких металлов обладают многокомпонентным составом, то практическое значение имеет комплексное использование сырья. Комплексное использование сырья и утилизация промышленных отходов связывает цветную металлургию с другими производствами. На этой основе формируются целые промышленные комплексы, например, Урал. Особый интерес представляет комбинирование цветной металлургии и основной химии. При использовании сернистых газов в промышленности производятся цинк и медь.
сырьевой – медь, никель, свинец
топливно-энергетический – титан, магний, алюминий
Металлургия тяжелых металлов (медь, никель, цинк, олово, свинец).
Для руд тяжелых металлов характерно малое содержание металла в единице руды.
Медная промышленность приурочена к районам сырья из-за низкого содержания в концентрате, кроме рафинирования чернового металла. Основные типы руд:
медные колчеданы – сосредоточены на Урале. Красно Уральск (Свердловская область), Ревда (Свердловская область), Гай (очень высокое содержание металла – 4%), Сибай, Баймак.
медно-никелевые. Талнахское (север Красноярского края). На нем базируется Норильский комбинат
медистые песчаники. Перспективное месторождение – Удоканское в Читинской области севернее г. Гары.
В качестве дополнительного сырья используются медно-никелевые и полиметаллические руды (из них получают медь в виде штейна).
Производство меди распадается на 2 цикла:
производство черновой медь (штейна)
производство рафинированной меди (очищение методом электролиза)
Медеплавильные заводы находятся на:
Урале: Красно Уральск, Кировоград, Ревда, Медногорск, Карабаш.
Кыштым, Верхняя Пышма.
На Урале широко развита утилизация производственных отходов для химических целей: Красно Уральск, Ревда. После обжига цинка и меди получают сернистые газы. На основе сернистых газов получают серную кислоту, с помощью которой на основе привозных апатитов Кольского п-ова производят фосфатные удобрения.
Медь вместе с никелем производится в Норильске на базе Танахского месторождения.
Казахстан. Джезказган, Коунрад, Саяк (Джезказганская область), Бозшакуль (в Павлодарской области).
Медеплавильные заводы – Балхаш, Джезказган. Иртышский в г. Глубокое (Восточно-Казахстанская область) использует полиметаллические и медно-никелевые руды.
Узбекистан. Алмалык – медеплавильный завод + месторождение.
Никеле -кобальтовая промышленность (производство никеля).
Она тесно связана с источниками сырья из-за низкого содержания металла в руде. В России – два типа руд:
сульфидные (медно-никелевые) – Кольский полуостров (г. Никель), Норильск
окисленные руды на Урале
Урал – Реж (северней Екатеринбурга), Верхний Уфалей (севернее Челябинска), Орск
Мончегорск, “Североникель” (используются руды Собелевского месторождения) — Мурманская область
Она использует полиметаллические руды. В целом приурочена к руде. Свинцово-цинковые концентраты обладают высоким содержанием полезного компонента (до 62%), а, стало быть, транспортабельны, поэтому обогащение и металлургический передел отрываются друг от друга в отличие от медной промышленности. Так, производство цинка в Челябинске основано на привозных концентратах из Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Свинцово-цинковая промышленность выделяется утилизацией отходов в химических целях. Путем электролиза раствора сернокислого цинка получают серную кислоту, которую можно также производить из сернистых газов, получаемых при обжиге цинковых концентратов. Месторождения:
Садонское (Северная Осетия)
Салаир (Кемеровская область)
Нерчинские месторождения (Читинская область)
Дальнегорское (Приморский край)
Совместное производство свинца и цинка на местном месторождении предприятие “Садонское” в г. Владикавказ
Производство цинка из привозных концентратов – Челябинск (дешевая электроэнергия — ГРЭС), Белово (на основе Салаирского месторождения). Перевозки на дальние расстояния возможны из-за высокого содержания цинка в концентрате – до 62%. Завозится сырье из Нерчинского месторождения
Производство металлического свинца – Дальнегорск (Приморский край)
Заряновское (В-К область)
Лениногорское (В-К область)
Тэкэли (Талды-Курганская область)
Ачисай (Чимкентская область)
Совместное производство свинца и цинка – Лениногорск (В-К область), Усть-Каменогорск (В-К область)
Производство свинца – Чимкент
Украина. Производство цинка из привозных Садонских концентратов – Константиновка. Донбасс — электроэнегия
Киргизия. Актюз – добыча и обогащение полиметаллических руд
Таджикистан. Кансай – добыча и обогащение руд
Шерловская гора (Читинская область)
Хабчеранга (Читинская область)
ЭСЕ-Хайя – в бассейне р. Лена (республика Саха)
Облучия (Еврейская автономная область)
Кавалерово (Хрустальное) – Приморский край
Оловодобывающая промышленность разобщена по стадиям технологического процесса. Металлургический передел не связан с источниками сырья. Он ориентируется на районы потребления готовой продукции : Москва, Подольск, Кольчугино (север Владимирской области), Санкт- Петербург или расположены на путях следования концентратов : Новосибирск. Это обусловлено тем, что добыча сырья рассредоточена по мелким месторождениям, а концентраты обладают большой транспортабельностью (содержание концентрата – до 70%).
Металлургия легких металлов (алюминий, титан, магний).
Производство алюминия распадается на два цикла :
получение глинозема (окись алюминия). Одновременно получают соду, цемент, т. е. происходит комбинирование химической промышленностью с производством стройматериалов. Производство глинозема, будучи материалоемким производством, тяготеет к сырью.
