Металлы в Периодической системе

В Периодической системе химических элементов металлы занимают лидирующее положение. Из известных на сегодня 117 позиций к металлам относится более 90. Все эти элементы имеют ряд характерных особенностей, которые позволяют относить их к группе металлов:

  1. Способны проводить электрический ток.
  2. Обладают теплопроводностью.
  3. Ковкие, пластичные, поддаются прокатке в листы и проволоку (не все).
  4. Обладают серебристым блеском (кроме меди и золота).

Помимо общих свойств каждый подобный элемент обладает и рядом специфических, что и делает его таким востребованным.

Определение

Металлургия – это направление в промышленности, которое занимается добычей сырья, производством сплавов, утилизацией отходов и производством продукции из полученных сплавов.

Металлургия, в зависимости от сырья, делится на чёрную и цветную. К первой группе относятся металлы, содержащие железо, хром и марганец. Ко второй – все остальные.

Процесс производства продукции из металлов включает такие этапы, как:

  • добыча и подготовка руды;

  • передел;

  • утилизация.

Металлургическая промышленность включает процессы получения многих элементов периодической таблицы, кроме газов и галоидов.

Типология

Все металлы как простые вещества можно также разделить на три класса:

  1. Черные.
  2. Цветные.
  3. Драгоценные.

К цветным металлам относятся все, кроме драгоценных и железа. То есть это медь, ртуть, палладий, хром, никель, цинк, магний, кальций, алюминий, свинец, олово и так далее.

Производство

В металлургии под производством черных металлов понимают сложный технологический процесс, который можно разделить на два этапа:

  • производство чугуна;

  • переработка чугуна в сталь.

Необходимыми материалами для производства чугуна являются железная руда, топливо (кокс) и флюс. Именно в таком порядке их загружают в доменные печи, где под тяжестью собственной массы они опускаются в низ печи. В нижней части печи находятся отверстия – фирмы, через которые подается нагретый воздух для поддержания процесса горения.

Процесс передела чугуна в сталь подразумевает снижение уровня углерода и примесей способом избирательного окисления и перевода их в шлак при выплавке. Для этого в расплавленный чугун вводят ферросплавы с содержанием Al, Mn и Si. Они образуют в стали труднорастворимые оксиды, которые частично всплывают в шлак.

Черные металлы – какие к ним относятся?

В данный класс входят:

  • железо и все его сплавы;
  • марганец;
  • хром;
  • ванадий;
  • титан;
  • актиноиды и уран (торий, плутоний, нептуний и другие);
  • вольфрам;
  • щелочные металлы.

То есть из всего многообразия данных веществ на долю черных металлов приходится меньшая часть. Причем в основном не самые распространенные (за исключением железа) находятся в земной коре и недрах.

Но несмотря на то что черные металлы представлены таким немногочисленным количеством элементов, они очень распространены и объемны в производстве и переработке. Масса изделий, деталей, принадлежностей изготовлена именно из железа и его сплавов.

Металлургия черных металлов достаточно обширна и востребована во всем мире. Добыча и обработка железа – одна передовых технических и экономических задач многих стран мира, в том числе и России.

Применение в других отраслях промышленности

Можно назвать несколько основных сфер, в которых находят применение черные металлы:

  1. Химическая промышленность.
  2. Машиностроение.
  3. Производство мебели специального назначения.
  4. Выпуск посуды.
  5. Производство конструкционных деталей.

Где добывают алюминиевую руду - Металлы и их обработка

Это, конечно, далеко не полный список, а лишь самые распространенные области, на долю которых приходится подавляющее большинство продуктов черной металлургии.

статьи

Алюминиевая промышленность. В 1854 А.Девиль изобрел первый практический способ промышленного производства алюминия. Рост производства был особенно быстрым во время и после Второй мировой войны.

Производство первичного алюминия (без учета производства Советского Союза) составляло только 620 тыс. т в 1939, но возросло до1,9 млн. т в 1943. К 1956 во всем мире производилось 3,4 млн.

т первичного алюминия; в 1965 мировое производство алюминия составило 5,4 млн. т, в 1980 – 16,1 млн. т, в 1990 – 18 млн. т.

Где добывают алюминиевую руду - Металлы и их обработка

Производство алюминия включает три основные стадии: добыча и обогащение руды; получение из руды чистой окиси алюминия (глинозема); восстановление алюминия из окиси путем электролиза.

Основная алюминиевая руда – бокситы – добывается главным образом в карьерах; крупнейшими производителями бокситов являются Австралия, Гвинея, Ямайка и Бразилия. Обычно слой руды взрывается для образования рабочей площадки на глубине до 20 м, а потом выбирается. Куски руды дробятся и сортируются с помощью грохотов и классификаторов.

Дробленая руда далее обогащается, а пустая порода (хвосты) выбрасывается. На этой стадии процесса экономически выгодно использовать методы промывки и грохочения, использующие разность плотностей руды и пустой породы для отделения их друг от друга. Менее плотная пустая порода уносится промывочной водой, а концентрат оседает на дно обогатительной установки. См.

также РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ.

Процесс Байера

Процесс получения чистой окиси алюминия включает нагревание боксита с едким натром, фильтрование, осаждение гидроокиси алюминия и ее прокаливание для выделения чистого глинозема. На практике руда смешивается с нужным количеством горячего едкого натра в автоклаве из низкоуглеродистой стали, и смесь прокачивается через ряд стальных сосудов с паровой рубашкой.

В сосудах поддерживается давление пара 1,4–3,5 МПа в течение времени от 40 мин до нескольких часов, пока не завершится переход окиси алюминия из боксита в раствор алюмината натрия в перегретой жидкости. После охлаждения твердый осадок отделяется от жидкости. Жидкость фильтруется; в результате получается пересыщенный чистый раствор алюмината.

По экономическим соображениям в промышленности эти процессы стремятся делать по возможности непрерывными.

Заключительная стадия производства алюминия включает его электролитическое восстановление из чистой окиси алюминия, полученной в процессе Байера. Этот способ извлечения алюминия основывается на том (открытом Холлом и Эру) факте, что когда глинозем растворяется в расплавленном криолите, при электролизе раствора выделяется алюминий.

Типичный электролизер Холла – Эру представляет собой ванну с расплавленным криолитом 3NaF Ч AlF3 (Na3AlF6) – двойным фторидом натрия и алюминия, в котором растворено 3–5% глинозема, – плавающим на подушке из расплавленного алюминия.

Стальные шины, проходящие через подину из углеродистых плит, используются для подачи напряжения на катод, а подвешенные угольные бруски, погруженные в расплавленный криолит, служат анодами. Рабочая температура процесса близка к 950° С, что значительно выше температуры плавления алюминия.

На производство алюминия расходуется очень много электроэнергии, поэтому энергетический КПД процесса – главная проблема в алюминиевой промышленности. Электродные реакции представляют собой восстановление алюминия из его окиси и окисление углерода до его окиси и двуокиси на анодах. Одна печь дает до 2,2 т алюминия в сутки. Металл сливается раз в сутки (или реже), потом флюсуется и дегазируется в отражательной копильной печи и разливается по формам.

В электролизере Холла – Эру угольные аноды расходуются со скоростью 2,5 см/сут, так что часто требуется установка новых анодов. Чтобы исключить частое вмешательство человека в производство, был разработан процесс с использованием возобновляемого электрода Содерберга.

Анод Содерберга непрерывно образуется и спекается в восстановительной камере из пасты – смеси 70% молотого кокса и 30% смоляной связки. Эта смесь набивается в прямоугольную оболочку из листовой стали, открытую с обоих концов и расположенную вертикально над ванной с расплавом внутри печи. По мере расходования анода в верхнее отверстие оболочки добавляется паста.

Когда коксосмоляная смесь опускается вниз и нагревается, она спекается в твердый углеродистый брусок прежде, чем достигает рабочей зоны.

Около 28% производимого алюминия идет на изготовление банок для напитков, пищевой тары и всевозможных упаковок. Еще 17% используется в транспортных средствах, включая самолеты, военную технику, железнодорожные пассажирские вагоны и автомобили. Около 16% применяется в конструкциях зданий.

Примерно 8% используется в высоковольтных линиях электропередачи и других электрических устройствах, 7% – в таких потребительских товарах, как холодильники, кондиционеры воздуха, стиральные машины и мебель. На нужды машиностроения и промышленное оборудование расходуется 6%.

Предлагаем ознакомиться  Ломбард: как работает и что можно сдать

Остающаяся часть потребляемого алюминия используется в производстве телевизионных антенн, пигментов и красок, космических кораблей и судов. См. также ХОЛЛ, ЧАРЛЗ МАРТИН.

Продукция черной металлургии широко используется в машиностроении, строительстве, коммунальном хозяйстве, военно-промышленном комплексе и сельском хозяйстве.

К основной продукции черной металлургии можно отнести:

  • металлопрокат (листовой, фасонный, сортовой) ;

  • готовый прокат;

  • метиз;

  • передел;

  • чугун передельный и литейный;

  • кокс;

  • огнеупоры;

  • химическую продукцию.

Человеку, незнакомому близко с металлургией, при упоминании о цветных металлах первыми на ум приходят золото и серебро. Выше было рассмотрено все многообразие цветной металлургии. Здесь же рассмотрим продукцию, которая производится в данной сфере. Это:

  • сортовой прокат – шестигранник, пруток, проволока;
  • листовой прокат – полоса, лента, лист.

Кроме профильной, на металлургических заводах и комбинатах производится химическая продукция – хлор, поташ, серная кислота, элементарная сера, цинковый и медный купорос.

Где добывают алюминий в России — Металлы, оборудование, инструкции

image description

Алюминий — это металл, покрытый матово-серебристой оксидной плёнкой, свойства которого определяют его популярность: мягкость, лёгкость, пластичность, высокая прочность, устойчивость к коррозии, электропроводность и отсутствие токсичности. В современных высоких технологиях применению алюминия отведено ведущее место как конструкционному, многофункциональному материалу.

Наибольшую ценность для промышленности в качестве источника алюминия представляет природное сырьё — алюминиевая руда, составляющая горной породы в виде бокситов, алунитов и нефелина.

Алюминий представляет собой химический элемент, который занимает лидирующую позицию среди самых распространенных металлов в земной коре, а также наиболее часто используемых. Его содержание в земле приравнивается к 9%. Встречается только в виде соединений, представленных оксидом алюминия или глиноземом. Именно в глине содержится около 30% такого оксида.

Данный металл выгодно отличается среди остальных видов благодаря своим свойствам. А это – отличная пластичность, высокие коэффициенты тепло- и электропроводности, небольшая плотность. Данная статья расскажет вам о технологиях производства и добычи алюминия и его сплавов в мире, а также о важных факторах таких мероприятий.

Для того чтобы добывать глинозем в природных условиях, а затем извлекать из него алюминий, потребуется достаточно большое количество оборудования:

  • Машины для проведения раздачи глинозема;
  • Катодная ошиновка;
  • Установка по газоочистки сухим методом;
  • Электролизер;
  • Краны монтажного, линейного и технического назначения;
  • Оборудование, необходимое для литейного и анодно-монтажного цехов.

Для производства алюминия необходимо не только большое количество оборудования, но и помещение достаточно большой площади, а также мощная электросеть.

Дело в том, что процесс электролиза происходит в специальных ваннах при температуре 9600С и силе тока около 250000 А.

Для организации такого производственного процесса потребуется огромное количество электроэнергии, именно поэтому крупные производители этого металла стараются располагать свои цеха в непосредственной близости от гидроэлектростанций, поставляющих более дешевую энергию. Далее рассмотрено сырье для производства алюминия.

Для того чтобы получить алюминий, необходимо в электролизер загрузить анодную массу, глинозем, а также фторсоль. Во время действия электролиза из глины получается окислы углерода, а также фтористые соединения в газообразном состоянии. При этом часть анодной массы расходуется в виде пены, которая снимается с поверхности самого электролита.

В теории для получения 1 кг алюминия потребуется 1,9 кг глинозема. Остальная его часть включает в себя всевозможные примеси и потери в процессе производства. Однако на практике сырья может потребоваться гораздо больше, в зависимости от типа глины, используемого оборудования и прочих факторов.

Далее рассмотрена технология литья, производства сварки алюминия аргоном.

Технология производства (получения) алюминия включает в себя следующие стадии:

  1. Добыча глинозема (окись алюминия) из алюминиевых руд.
  2. Выделение из окиси алюминия.
  3. Полная очистка алюминия.

Получить глинозем можно при помощи кислотного, щелочного и электролитического способа. Первый вариант предпочтительнее использовать при работе с высокими сортами сырья.

Второй способ подразумевает быстрое разложение алюминиевого раствора путем введения алюминиевой гидроокиси.

Образовавшийся после такой реакции раствор подвергается выпариванию с целью последующего использования для глинозема.

Затем происходит помещение сырья в автоклавы, где при температуре 250°С происходит его разложение и выделение алюмината натрия.

Где добывают алюминиевую руду - Металлы и их обработка

Получившийся натриевый раствор проходит этап очистки в специальных сгустителях, где он отделяется от шлама. Очищенный раствор прогоняется через фильтры и направляется в емкости с регулярным помешиванием.

В вакуумных фильтрах и циклонах происходит выделение окиси алюминия, часть которой используется для затравки, а остальное количество направляется на кальцинацию.

получившееся достаточно прочное соединение еще не является чистым алюминием.

Главным оборудованием на данном этапе является специальная ванна (электролизер), оснащена углеродистыми блоками. К ней организуют подведение электрического тока мощностью до 150000 А, а в саму емкость загружают угольные аноды, которые сгорают после выделения чистого кислорода и образовывают окись углерода.

Аноды подразделяются на два вида:

  • Полученные путем обжига угольных блоков, масса которых может превышать 1 т.
  • Самообжигающиеся, включающие в себя угольные брикеты, распекающиеся при электролизе.

Рафинация металла

Наиболее популярным методом получения алюминия является трехслойный электролиз, который проходит в специальных ваннах, футерованных магнезитом. В качестве анода выступает непосредственно сам расплавленный алюминий. Он находится в самом нижнем слое.

Чистый же металл, который растворяется в анодном слое благодаря процессу электролита, поднимается на поверхность выступая катодом. Рафинированный алюминий в минимальном соотношении содержит магний, титан и прочие примеси. И уже на данном этапе получает вид товарной продукции, будь-то слитки, чушки или проволока.

Наиболее крупным производителем алюминия является компания «Русал», которая производит более 4 млн. т алюминия в год. Также в список крупнейших производителей алюминия в России входят:

  • Компания «СУАЛ», специализирующаяся на работе с алюминиевыми сплавами;
  • АО «БАЗ», работающее на производстве и добыче глинозема и гидрооксида алюминия;
  • ВгАЗ, завод по производству первичного алюминия.

Производство алюминия представляет собой сложный процесс, требующий необходимого оборудования, знания технологии, соблюдения особых условий и трудовых затрат. Зато изготовление различных изделий из алюминия — дело популярное.

Железо по масштабам добычи стоит на первом месте среди всех металлов. Его массовое содержание в природе, в том числе и в земной коре, исчисляется биллионами. При этом, по данным специалистов, человек на сегодняшний день разведал только сто миллиардов тонн.

Если говорить о мировых месторождениях черных металлов, в первую очередь железа, то следует заметить, что они есть на всех континентах, во всех частях света, кроме точек крайнего Севера. При этом распределение по странам примерно следующее (в порядке убывания):

  • Россия (около сорока процентов всех мировых запасов);
  • Бразилия;
  • Австралия;
  • Канада;
  • США;
  • Китай;
  • Индия;
  • Швеция.

В России черные металлы содержатся практически во всех масштабных федеральных округах.

  1. Центральный федеральный округ (Курская магнитная аномалия) – свыше 59%.
  2. Уральский федеральный округ – 14%.
  3. Сибирский округ – 13%.
  4. Дальневосточный – 8%.
  5. Северо-Западный федеральный округ – 4%.
  6. Приволжский – 0,5%.

В каждом из перечисленных округов находится предприятие, на котором осуществляется металлургия черных металлов. Россия занимает явное лидирующее положение в мире по данному показателю, и, судя по запасам, так будет продолжаться еще очень продолжительное время.

Цветная

К цветной металлургии относятся все виды металлов, кроме железосодержащих. Сама отрасль делится на металлургию легких и тяжелых металлов, которые основываются на таких свойствах металла, как плотность и вес. Все виды металлов, используемых в цветной металлургии, можно разделить на:

  • легкие, к которым относятся магний, алюминий, титан;

  • тяжелые, к которым относятся олово, цинк, свинец, никель, медь;

  • редкоземельные, к которым относятся эрбий, тербий, самарий, празеодим, неодим, лантан, диспрозий, церий, иттрий;

  • искусственные, к которым принадлежат америций, технеций;

  • малые, к которым относятся ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, кадмий, висмут;

  • рассеянные, к которым принадлежат селен, германий, таллий, индий, галлий, цирконий;

  • легирующие, к которым относятся ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам;

  • благородные, к которым относятся платина, золото, серебро.

Предлагаем ознакомиться  Счастливые камни девы

По сравнению с черной, цветная металлургия более энергозатратная. Это объясняется низким содержанием полезных веществ в цветных металлах и, как следствие, большим количеством отходов, требующих особенной утилизации и переработки химическими способами.

Добыча сырья и его обогащение

Цветные металлы получают из рудного концентрата, то есть из обогащенной руды. Под обогащением понимают разделение руды на металлы и минералы, что позволяет искусственно увеличить содержание металлов в сырье. При разделении используются такие технологии, как дробление, измельчение, сортировка и переработка путём обезвоживания. После получения металла из руды он проходит обработку и шлифовку.

После всех этих процессов металл отправляют в цеха или предприятия, где будет изготовлена необходимая продукция – станки, трубы, машины и т.д.

Добыча материала

Где добывают алюминиевую руду

Производство черного металла сопряжено с несколькими сложными стадийными процессами. Во-первых, черные металлы не встречаются в самородном виде, а входят в состав соответствующих руд (марганцевых, железных и так далее). Поэтому прежде чем получить металл, необходимо извлечь из земли горную породу – руду.

Этот процесс осуществляется горнодобывающей промышленностью. При этом руды, содержащие железо, могут быть богатыми и насыщенными или же скудными на металл. Поэтому после извлечения пласта руды ее кусок берется на химический анализ. Если количественное содержание металла составляет свыше 57-60%, то работы продолжаются.

Следующий этап, который включает в себя производство черного металла, – это обработка извлеченной руды на специальном заводе. Такой процесс носит название металлургии. Он может быть нескольких видов:

  1. Гидрометаллургия – в основе техники извлечения и обработки руды лежит использование воды. При этом в процессе выщелачивания металлы из состава руды переходят в раствор, а оттуда методом элетролиза извлекаются в чистом виде. Энергетически и материально данный способ более дорогой, поэтому применяется только для особых металлов.
  2. Пирометаллургия – в основе техника использования огня. Процессы термической обработки руды в доменных печах с использованием коксованного угля. Самый распространенный способ обработки руды и извлечения металлов. Используется в черной металлургии.
  3. Биометаллургия. Основана на действии живых организмов, только начинает вводиться в практику, разрабатывается биотехнологами. Суть состоит в способности некоторых микроорганизмов извлекать в процессе жизнедеятельности металлы из состава руд.

Получение сплавов

К таковым принято относить сплавы железа, которые подразделяются на несколько типов:

  1. Сталь. Черный металл, сплавленный с углеродом, дает такой результат.
  2. Чугун. Начальный чугун, который получается в доменных печах при обработке руды, совершенно непригоден в качестве материала для производства приборов и предметов хозяйственного назначения. Он слишком хрупкий. Его нужно подвергнуть дальнейшей обработке в виде насыщения железом и углеродом, чтобы получился отличный прочный материал. Также добавляют другие элементы с целью повышения коррозионной стойкости и улучшения технических характеристик.
  3. Ферросплавы (силикокальций, феррохром, ферросилиций, силикомарганец). Основное назначение данных сплавов – улучшение технических характеристик конечного материала.

На про­тя­же­нии поч­ти 3 ты­ся­че­ле­тий М. же­ле­за не пре­тер­пе­ла прин­ци­пи­аль­ных из­ме­не­ний. Про­цесс по­сте­пен­но со­вер­шен­ст­во­вал­ся: уве­ли­чи­ва­лись раз­ме­ры сы­ро­дут­ных гор­нов, по­вы­ша­лась мощ­ность ду­тья. Гор­ны пре­вра­ти­лись в не­боль­шие пе­чи – дом­ни­цы. В сер. 14 в. даль­ней­шее уве­ли­че­ние раз­ме­ров дом­ниц при­ве­ло к по­яв­ле­нию до­мен­ных пе­чей (см. До­мен­ный про­цесс). М. же­ле­за спо­соб­ст­во­ва­ло вне­дре­ние во­дя­ных воз­ду­хо­дув­ных труб, ме­хов с при­во­дом от во­дя­но­го ко­ле­са (с 15 в.), па­ро­вых воз­ду­хо­дув­ных ма­шин (18 в.), а так­же исполь­зо­ва­ние ка­мен­но­уголь­но­го кок­са (1735) и при­ме­не­ние на­гре­то­го ду­тья (19 в.). Боль­шое зна­че­ние для раз­ви­тия М. ста­ли в 18 в. сыг­ра­ли ти­гель­ная плав­ка и пуд­лин­го­ва­ние, в 19 в. – бес­се­ме­ров­ский, мар­те­нов­ский и то­ма­сов­ский про­цес­сы; во 2-й пол. 20 в. вне­дрён в про­из-во ки­сло­род­но-кон­вер­тер­ный про­цесс, яв­ляю­щий­ся в на­стоя­щее вре­мя осн. спо­со­бом по­лу­че­ния ста­ли.

Вплоть до 18 в. М. бы­ла пред­став­ле­на ис­клю­чи­тель­но пи­ро­ме­тал­лур­ги­ей, по­сколь­ку для из­вле­че­ния ме­тал­лов при­ме­ня­лись толь­ко вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ные про­цес­сы (700–2000 °C). В 16–19 вв. от­кры­тие ме­тал­лов, не имею­щих бо­га­тых при­род­ных ми­нер. ис­точ­ни­ков, спо­соб­ст­во­ва­ло по­яв­ле­нию са­мо­сто­ят. ме­тал­лур­гич. на­прав­ле­ния – гид­ро­ме­тал­лур­гии, от­ли­чит. чер­той ко­то­рой яв­ля­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние для вы­де­ле­ния ме­тал­лов низ­ко­тем­пе­ра­тур­ных (не бо­лее 250 °C) про­цес­сов, про­во­ди­мых в вод­ной сре­де. В кон. 20 в. при­ме­не­ние в ме­тал­лур­гич. про­цес­сах не­вод­ных сред (ор­га­ни­че­ские, не­ор­га­нич. без­вод­ные или сме­шан­ные рас­тво­ри­те­ли) при­ве­ло к по­яв­ле­нию но­во­го на­прав­ле­ния – соль­во­ме­тал­лур­гии. В 19 в. раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии для про­из-ва ме­тал­лов и спла­вов в ви­де по­рош­ков и из­го­тов­ле­ния из них по­лу­фаб­ри­ка­тов и го­то­вых из­де­лий. В ря­де слу­ча­ев про­цес­сы по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии обес­пе­чи­ва­ют бо­лее вы­со­кое ка­че­ст­во из­де­лий и луч­шие тех­ни­ко-эко­но­мич. по­ка­за­те­ли про­из-ва, чем тра­диц. спо­со­бы. Со 2-й пол. 20 в. ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли: элек­тро­ме­тал­лур­гия, ис­поль­зую­щая элек­тро­энер­гию для рас­плав­ле­ния ма­те­риа­лов (элек­тро­плав­ка) или для не­по­сред­ст­вен­но­го вос­ста­нов­ле­ния ме­тал­лов из рас­пла­вов ли­бо вод­ных рас­тво­ров (элек­тролиз­); ва­ку­ум­ная ме­тал­лур­гия, вклю­чаю­щая плав­ку и ра­фи­ни­ро­ва­ние ме­тал­лов и спла­вов в раз­ре­жен­ной ат­мо­сфе­ре (от­но­сит­ся к спец. элек­тро­ме­тал­лур­гии); плаз­мен­ная ме­тал­лур­гия, при­ме­няю­щая низ­ко­тем­пе­ра­тур­ную плаз­му, ге­не­ри­ру­е­мую в плаз­мо­тро­нах, для осу­ще­ст­в­ле­ния и ин­тен­си­фи­ка­ции тех­но­ло­гич. про­цес­сов (напр., из­вле­че­ние ме­тал­лов из руд, плав­ка и об­ра­бот­ка ме­тал­лов).

Ис­то­ри­че­ски сло­жи­лось раз­де­ле­ние М. на чёр­ную и цвет­ную. Чёр­ная ме­тал­лур­гия ох­ва­ты­ва­ет про­из-во спла­вов на ос­но­ве же­ле­за (чу­гу­на, ста­ли, фер­ро­спла­вов), а так­же мар­ган­ца, хро­ма и ва­на­дия. Воз­ник­но­ве­нию ме­то­да пря­мо­го по­лу­че­ния же­ле­за (т. е. без ста­дии вы­плав­ки чу­гу­на в до­мен­ной пе­чи, – т. н. бес­кок­со­вая ме­тал­лур­гия) спо­соб­ст­во­ва­ла ог­ра­ни­чен­ность за­па­сов кок­сую­щих­ся уг­лей. Цвет­ная ме­тал­лур­гия вклю­ча­ет про­из-во цвет­ных ме­тал­лов, а так­же по­лу­про­вод­ни­ков и не­ме­тал­лов – крем­ния, гер­ма­ния, се­ле­на, тел­лу­ра, мышь­я­ка, фос­фо­ра, се­ры и др. (не­ко­то­рые из них по­лу­ча­ют по­пут­но с из­вле­че­ни­ем ме­тал­лов). В це­лом М. ох­ва­ты­ва­ет про­цес­сы по­лу­че­ния б. ч. эле­мен­тов пе­рио­дич. сис­те­мы (за ис­клю­че­ни­ем га­ло­ге­нов и га­зов). С М. тес­но свя­за­ны про­из-во ог­не­упо­ров, кок­со­хи­ми­че­ская и ряд др. от­рас­лей пром-сти.

М. как со­во­куп­ность осн. тех­но­ло­гич. опе­ра­ций про­из-ва ме­тал­лов и спла­вов вклю­ча­ет в се­бя: под­го­тов­ку руд к из­вле­че­нию ме­тал­лов (в т. ч. обо­га­ще­ние и оку­ско­ва­ние); про­цес­сы из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов (пи­ро­ме­тал­лур­гич., гид­ро­ме­тал­лур­гич., элек­тро­ли­ти­че­ские и др.); про­цес­сы раз­лив­ки ме­тал­лов и спла­вов (с по­лу­че­ни­ем слит­ков или от­ли­вок); об­ра­бот­ку ме­тал­лов дав­ле­ни­ем; тер­мич., тер­мо­ме­ха­нич., хи­ми­ко-тер­мич. и др. ви­ды об­ра­бот­ки ме­тал­лов для при­да­ния им тре­буе­мых свойств; про­цес­сы на­не­се­ния за­щит­ных по­кры­тий. На­не­се­ние на ме­талл разл. за­щит­ных ме­тал­ли­че­ских (см. Ме­тал­ли­за­ция) и др. по­кры­тий зна­чи­тель­но по­вы­ша­ет ка­че­ст­во и срок служ­бы ме­тал­ла.

Под­го­тов­ка руд к из­вле­че­нию ме­тал­лов на­чи­на­ет­ся с дроб­ле­ния, из­мель­чения, гро­хо­че­ния и клас­си­фи­ка­ции. В про­цес­се обо­га­ще­ния по­лез­ных ис­ко­пае­мых или по­сле не­го ма­те­риа­лы под­вер­га­ют обыч­но об­жи­гу или суш­ке. Наи­боль­шее при­ме­не­ние в обо­га­тит. тех­ни­ке име­ют фло­та­ци­он­ные, маг­нит­ные и гра­ви­тац. ме­то­ды. Фло­та­ция при­ме­ня­ет­ся для пе­ре­ра­бот­ки бо­лее 90% всех обо­га­щае­мых руд цвет­ных, в т. ч. ред­ких ме­тал­лов. Из гра­ви­тац. ме­то­дов по­лу­чи­ли рас­про­стра­не­ние от­сад­ка, кон­цен­тра­ция на сто­лах, обо­га­ще­ние в тя­жё­лых сре­дах и др. За­клю­чит. опе­ра­ция­ми под­го­тов­ки руд яв­ля­ют­ся обыч­но их ус­ред­не­ние, сме­ше­ние, а так­же оку­ско­ва­ние по­сред­ст­вом аг­ло­ме­ра­ции, ока­ты­ва­ния (оком­ко­ва­ния) или бри­ке­ти­ро­ва­ния. Боль­шое зна­че­ние обо­га­тит. про­цес­сов в М. обу­слов­ле­но стрем­ле­ни­ем к по­вы­ше­нию эф­фек­тив­но­сти ме­тал­лур­гич. про­из-ва, а так­же тем, что при­хо­дит­ся ис­поль­зо­вать всё бо­лее бед­ные ру­ды. Не­по­сред­ст­вен­ная ме­тал­лур­гич. пе­ре­ра­бот­ка таких руд (без обо­га­ще­ния), как пра­ви­ло, не­эко­но­мич­на, а в не­ко­то­рых слу­ча­ях да­же не­воз­мож­на.

Ме­то­ды из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов весь­ма мно­го­об­раз­ны. В пи­роме­тал­лур­гич. (вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных) про­цес­сах, осу­ще­ст­в­ляе­мых в шахт­ных, от­ра­жа­тель­ных или элек­трич. пе­чах, кон­вер­те­рах и др. аг­ре­га­тах, про­ис­хо­дит кон­цен­три­ро­ва­ние ме­тал­лов и уда­ляе­мых при­ме­сей в разл. фа­зах при на­гре­ве или рас­плав­ле­нии пе­ре­ра­ба­ты­вае­мых ма­те­риа­лов. Та­ки­ми фа­за­ми мо­гут слу­жить газ, жид­кий ме­талл, шлак, штейн и твёр­дое ве­ще­ст­во. По­сле раз­де­ле­ния од­на или неск. из этих фаз на­прав­ля­ют­ся на даль­ней­шую пе­ре­ра­бот­ку. Для осу­ще­ст­в­ле­ния не­об­хо­ди­мых опе­ра­ций в пи­ро­ме­тал­лур­гии при­ме­ня­ют окис­ли­тель­ные, вос­ста­но­ви­тель­ные и др. про­цес­сы. Для окис­ле­ния ис­поль­зу­ют га­зо­об­раз­ный ки­сло­род, хлор и пр. В ка­че­ст­ве вос­ста­но­ви­те­лей при­ме­ня­ют уг­ле­род, ок­сид уг­ле­ро­да, во­до­род или не­ко­то­рые ме­тал­лы (см. Ме­тал­ло­тер­мия). При­ме­ра­ми вос­ста­но­вит. про­цес­сов мо­гут слу­жить до­мен­ная плав­ка, вы­плав­ка вто­рич­ной ме­ди, оло­ва и свин­ца в шахт­ных пе­чах, по­лу­че­ние фер­ро­спла­вов и ти­та­но­во­го шла­ка в ру­до­вос­ста­но­вит. элек­тро­пе­чах. Маг­ний­тер­мич. вос­ста­нов­ле­ни­ем по­лу­ча­ют в осн. ред­кие ме­тал­лы (напр., ти­тан). Окис­лит. ра­фи­ни­ро­ва­ние яв­ля­ет­ся не­об­хо­ди­мым эле­мен­том в мар­те­нов­ском и кон­вер­тер­ном про­из-ве ста­ли, а так­же при про­из-ве анод­ной ме­ди и свин­ца. При­ме­ня­ют­ся ме­то­ды из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов, ос­но­ван­ные на об­ра­зо­ва­нии суль­фи­дов, хло­ри­дов, ио­ди­дов, кар­бо­ни­лов. Боль­шое зна­че­ние име­ют про­цес­сы, ба­зи­рую­щие­ся на яв­ле­ни­ях ис­па­рения и кон­ден­са­ции (дис­тил­ля­ция, рек­ти­фи­ка­ция, ва­ку­ум­ная се­па­ра­ция, суб­ли­ма­ция). Ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся вне­печ­ные ме­то­ды ра­фи­ни­ро­ва­ния ста­ли, а так­же ва­ку­ум­ная плав­ка и плав­ка в ар­го­не, при­ме­ня­ю­щие­ся при про­из-ве ста­ли и хи­ми­че­ски ак­тив­ных ме­тал­лов (Ti, Zr, Mo и др.).

Предлагаем ознакомиться  Какой камень подходит Козерогам женщинам: по гороскопу и дате рождения

Гид­ро­ме­тал­лур­гич. ме­то­ды из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов, не тре­бую­щие вы­со­ких тем­пе­ра­тур, ба­зи­ру­ют­ся на ис­поль­зо­ва­нии вод­ных рас­тво­ров. Для пе­ре­во­да ме­тал­лов в рас­твор при­ме­ня­ют вы­ще­ла­чи­ва­ние с по­мо­щью вод­ных рас­тво­ров ки­слот, ос­но­ва­ний или со­лей. Для вы­де­ле­ния ме­тал­лов из рас­тво­ра ис­поль­зу­ют це­мен­та­цию, кри­стал­ли­за­цию, ад­сорб­цию, оса­ж­де­ние или гид­ро­лиз. Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли сорб­ция ме­тал­лов ио­но­об­мен­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми (в осн. син­те­тич. смо­ла­ми) и экс­трак­ция (с по­мо­щью ор­га­нич. жид­ко­стей). Сорб­ци­он­ные и экс­тракц. про­цес­сы ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­кой эф­фек­тив­но­стью. Они по­зво­ля­ют из­вле­кать ме­тал­лы не толь­ко из рас­тво­ров, но и из пуль­пы, ми­нуя опе­ра­ции от­стаи­ва­ния, про­мыв­ки и фильт­ро­ва­ния. К др. гид­ро­ме­тал­лур­гич. про­цес­сам от­но­сит­ся ав­то­клав­ная пе­ре­ра­бот­ка ма­те­риа­лов при по­вы­шен­ных тем­пе­ра­ту­рах и дав­ле­нии (см. Ав­то­клав­ное вы­ще­ла­чи­ва­ние). В не­ко­то­рых про­из-вах при­ме­ня­ют из­вле­че­ние ме­тал­лов (напр., $ce{Au}$) из руд с по­мо­щью рту­ти – амаль­га­ма­цию. Боль­шое зна­че­ние в М. име­ет по­лу­че­ние или ра­фи­ни­ро­ва­ние цвет­ных ме­тал­лов элек­тро­ли­тич. оса­ж­де­ни­ем как из вод­ных рас­тво­ров ($ce{Cu, Ni, Co, Zn}$), так и из рас­пла­вов ($ce{Al, Mg}$). Напр., элек­тро­ли­зом крио­лит-гли­но­зём­но­го рас­пла­ва по­лу­ча­ют $ce{Al}$.

Для по­лу­че­ния осо­бо чис­тых ме­тал­лов и по­лу­про­вод­ни­ков при­ме­ня­ют­ся кри­стал­ло­фи­зич. ме­то­ды ра­фи­ни­ро­ва­ния (зон­ная плав­ка, Чох­раль­ско­го ме­тод и др.), ос­но­ван­ные на раз­ли­чии со­ста­вов твёр­дой и жид­кой фаз при кри­стал­ли­за­ции ме­тал­ла из рас­пла­ва.

Обработка

На перерабатывающем предприятии добытые руды, содержащие черные металлы, подвергаются тщательной обработке. Все эти процессы отражены в представленной ниже таблице.

Технологический процесс Суть процесса Результат
1. Обогащение руды

Отделение части руды, содержащей металл, от пустой породы. Может происходить одним из трех способов:

  • магнитный (базируется на ферромагнитности железа);
  • гравитационный (база – разные плотности пустой и богатой породы);
  • флотационный (основан на применении воды с пенообразователем).
Получают чистый, богатый черным металлом субстрат, который отправляется на дальнейшую обработку.
2. Агломерация Процесс спекания руды. Проводится с целью получения чистого вещества, без примесей газов и пыли и так далее.

Получают три типа обработанной руды:

  • аглоруда (испеченная высокими температурами без доступа воздуха);
  • сепарированная (очищенная сепарацией);
  • окатышная (масса, содержащая флюсы железа).
3. Доменный процесс Коксование руды в доменной печи при использовании в качестве топлива и восстановителя железа из его оксидов угля. Получают чистое железо, при необходимости уже сплавленное с углеродом, с образованием стали.

Вот таким образом происходит получение железа и его сплавов. При этом максимум материальных затрат уходит на подготовку и использование кокса (угля). Именно он является для железа восстановителем, топливом, источником тепла, поставщиком углерода. Поэтому в описанном процессе используется довольно большое его количество, отсюда и высокие денежные расходы.

От­лив­ки и слит­ки, по­лу­чае­мые из рас­плав­лен­ных ме­тал­лов и спла­вов, пред­на­зна­че­ны для по­сле­дую­щей об­ра­бот­ки дав­ле­ни­ем. Со­вме­щён­ные про­цес­сы ли­тья и об­ра­бот­ки за­го­то­вок дав­ле­ни­ем (напр., бес­слит­ко­вое по­лу­че­ние про­во­ло­ки или лис­та из рас­плав­лен­но­го ме­тал­ла) обес­пе­чи­ва­ют эко­но­мию элек­тро­энер­гии (не­об­хо­ди­мую для по­дог­ре­ва за­го­то­вок пе­ред про­кат­кой) и улуч­ша­ют ка­че­ст­во за­го­то­вок. Об­ра­бот­ка ме­тал­лов дав­ле­ни­ем из­вест­на с дав­них вре­мён. Ме­тал­лич. из­де­лия про­из­во­дят гл. обр. на ма­ши­но­стро­ит. за­во­дах, при­ме­няя ков­ку, штам­пов­ку и прес­со­ва­ние. Про­кат­ка – осн. спо­соб об­ра­бот­ки ме­тал­лов и спла­вов дав­ле­ни­ем на ме­тал­лур­гич. за­во­дах. На­ря­ду с лис­то­вым и сор­то­вым ме­тал­лом, с по­мо­щью про­кат­ных ста­нов по­лу­ча­ют тру­бы, гну­тые и пе­рио­дич. про­фи­ли, би­ме­талл и др. ви­ды из­де­лий. Для из­го­тов­ле­ния про­во­ло­ки в М. при­ме­ня­ют во­ло­че­ние.

Условия хранения

К черным металлам, прежде всего, относится железо и его сплавы. Следует понимать, что это очень коррозионно нестойкий материал. Поэтому хранение черного металла требует соблюдения определенных правил, особенно если речь идет не о конструкциях и изделиях, а о так называемом ломе черных металлов (отходы, поломанные изделия, листы, прутья, арматуры и так далее):

  1. Помещение, в котором находится материал, должно быть полностью закрыто от доступа влаги (дождя, снега). Чем меньше влаги, тем дольше срок хранения.
  2. Территория склада должна быть большой, нельзя хранить листовые структуры черных металлов впритык друг к другу, поскольку это спровоцирует раннюю коррозию.
  3. Весь имеющийся материал следует рассортировать по маркам и размерам.

При соблюдении этих нехитрых правил можно будет максимально долго сдерживать процессы разрушения структуры металлов.

Типы баз и факторы их размещения

Прежде чем рассмотреть основные металлургические базы в мире и в России, стоит кратко описать типы баз и факторы их размещения.

В металлургической промышленности выделяют 3 типа баз.

  1. База, работающая с собственными рудой и углем.

  2. База, работающая либо с собственной рудой и привозным углем, либо с привозной рудой и собственным углем.

  3. Работающая недалеко от угольных бассейнов или недалеко от потребителя.

Факторам, влияющими на расположение металлургических центров, можно назвать:

  • потребительский, к которому относится близость крупных машиностроительных комплексов – основных потребителей стали;

  • экологический, к которому относятся устаревшие предприятия, использующие один из самых “грязных” способов производства – доменный процесс;

  • транспортный, к которому относятся предприятия, использующие привозные руду и уголь, так как находятся вдали от их источников;

  • топливный, к которому относятся предприятия, находящиеся недалеко от угольных бассейнов;

  • сырьевой, к которому относятся предприятия, расположенные поблизости к местонахождениям руды.

Сталь

Главное место среди всех сплавов черных металлов отводится стали. Сегодня научились добиваться очень значимых результатов в производстве этого материала с заранее заданными важными свойствами. Такого рода сплав – самое важное для промышленности, что дали черные металлы. Какие стали выделяют?

  1. Низкоуглеродистые – используются для производства различных инструментов.
  2. Нержавеющие (из них делают трубы, тугоплавкие детали, режущие инструменты, сварная аппаратура и так далее).
  3. Феррито-хромовые.
  4. Мартенситно-хромовые.
  5. Легированные.
  6. Никелевые.
  7. Хромовые.
  8. Хром-ванадиевые.
  9. Вольфрамовые.
  10. Молибденовые.
  11. Марганцевые.

Где добывают алюминиевую руду

По названиям очевидно, что именно эти компоненты добавляются в смесь железа и углерода в определенном соотношении. Это влияет на существенное изменение свойств получаемых материалов.

Вторичные металлы

К сожалению, как бы нам ни хотелось, вещи не могут служить вечно. Со временем все приходит в негодность – ломается, бьется, стареет и выходит из моды. Так происходит и с конструкциями из черных металлов. Стальные, чугунные и другие изделия, запчасти просто перестают быть нужными.

Тогда их сдают на специальные предприятия, занимающиеся обработкой пришедшего в негодность сырья. Теперь это металлы черные вторичные. Именно так называются вышедшие из строя и ненужные в быту металлические изделия из черных металлов.

Те предприятия, которые осуществляют сбор лома, должны соблюдать определенные правила по его хранению, вывозу и продаже. Законодательством нашей страны по этому вопросу установлен ГОСТ. Черные металлы, так же, как и цветные, находятся под строгим контролем закона.

Вторичные металлы можно переработать и снова пускать в производство. Именно для продажи в таких целях и скупают черный лом металлов посредники-предприниматели.

Сегодня к черным металлам относятся с должным уважением, они занимают лидирующие позиции на рынке соответствующих изделий.

Использование в машиностроении

Где добывают алюминиевую руду

Стальные и чугунные предметы, детали, различные приспособления находят самое широкое применение в машиностроении. Они востребованы не только на автомобильном, но и на химическом, авиационном производстве, а также в кораблестроении. Все это благодаря особой прочности данных материалов, их термостойкости и коррозионной устойчивости. Черные металлы становятся базовым материалом для выпуска многих типов изделий. Среди наиболее распространенных следующие:

  • боковые крышки редукторов;
  • подшипники;
  • клапаны;
  • фитинги;
  • втулки;
  • трубы;
  • цилиндры автомобилей и других транспортных средств;
  • зубчатые колеса;
  • звенья цепей на тракторах;
  • тормозные барабаны;
  • каретки;
  • кожухи и так далее.

Этот список можно продолжать бесконечно, потому что изделий из черных металлов и их сплавов действительно много.