Добыча черных и цветных металлов

Обновлено: 02.07.2024

Металлургия является одной из важнейших отраслей народного хозяйства, в которой Россия традиционно занимает одно из ведущих мест в мире.

История

История металлургического производства на территории нашей страны насчитывает пять тысячелетий. Именно такой возраст насчитывают первые бронзовые предметы, найденные в Европейской части России. Ближе к началу V века нашей эры у славянских племён начинают появляться железные ножи, топоры, плуги, серпы и другие предметы труда и обихода.

Основой металлургии Московского государства вплоть до XVII века был лимонит, так называемое «болотное железо». Разведанных запасов, залегающих на глубине несколько сот метров под землёй, тогда не было, а болота располагались повсеместно. Так же, как и лес, играющий в те времена роль металлургического топлива.

Центрами производства железа того времени были города:

Новгород.
Устюг Железный.
Римов.
Тула.
Тихвин.
Олонец.
Орешек.

Тем не менее, значительное количество металла закупалось в Швеции и Германии. А добыча и производство цветных металлов до XVII века практически отсутствовала (небольшие медные источники на Печоре и в Олонецком крае не удовлетворяли потребности страны).

Коренным образом ситуация изменилась при Петре Первом, решившим отдать разведку, добычу и переработку руд в частные руки. Хотя первые попытки создания отечественной металлургии Иваном III и Иваном IVГрозным предпринимались и ранее. В этой связи следует упомянуть голландца Виниуса и целую плеяду известных русских промышленников:

Демидовых.
Баташевых.
Ареховых.
Красильниковых.
Мосоловых.

Во многом благодаря им возникли Тульские доменные и железоделательные заводы, открылись предприятия на Урале. С развитием металлургического производства, Россия не только избавилась от импорта, но и сама стала крупнейшим производителем, а также экспортёром железа и чугуна.

О чём свидетельствуют следующие показатели:

1725 год. Выплавлено 1165 тыс. пудов чугуна, что соответствует показателю более 19 тыс. тонн.
1740 год. Россия производит чугуна на 30 тыс. тонн больше, чем Великобритания.
В 1750 году в Российской империи работают 72 завода по производству железа и 29 медеплавильных заводов.
1767 год. 83 тыс. т чугуна.
1793 год. 134 тыс. т чугуна, 89760 железа и стали.
Конец XVIIIвека. Страна добывает и перерабатывает: 2900 т меди, 1300 т свинца, 28,7 т серебра, 0,4 т золота.

В начале и середине XIXвеке темпы роста российской металлургии значительно снизились, что объясняется: установлением государственной собственности на крупнейшие предприятия, и как следствие: нежеланием обновлять и совершенствовать оборудование, устанавливать новые капиталистические отношения.

Производство чугуна и стали на территории Российской Империи в XIX– начале XX веках

Годы	Сталь (тыс. т)	Чугун (тыс. т)
1830	178,72	108,8
1850	222,24	328,0
1870	350,40	221,20
1900	2865,60	2643,20
1913	4884,80	4803,20

Крупные политические события начала XXвека привели к ликвидации добывающей отрасли и остановке предприятий металлургии. Однако, к началу Второй Мировой войны, СССР сумел не только восстановить, но и значительно приумножить, а также модернизировать отрасль. Внутриполитические и общемировые экономические проблемы конца XX – начала XXI столетия существенно повлияли на производство металла. Тем не менее, и сегодня Российская Федерация удерживает высокие показатели, оставаясь одним из крупнейших мировых экспортёров данного вида продукции.

Роль в экономике

Металлургия всегда являлась основой экономики, так как без её продукции невозможна работа таких отраслей, как машиностроение, сельское хозяйство, строительство, транспорт, энергетики. Также велика роль этой отрасли в формировании оборонного комплекса, освоении космического пространства и создании условий для развития самых передовых технологий. В конечном счёте,именно текущее состояние металлургического комплекса отражает уровень научно-технического потенциала страны и определяет развитие всех отраслей народного хозяйства.

Только на его основе возможно осуществление новых «прорывных» технологий, способных вывести нашу страну на самые передовые рубежи мировой экономики. Потому что именно здесь сегодня создаётся абсолютное большинство материалов, наделённых особыми физико-химическими свойствами без которых невозможно материальное осуществление любых достижений прогресса.

Чёрная металлургия

Одна из основных отраслей, обеспечивающих тяжёлое машиностроение и ряд других министерств:

Сталью.
Чугуном.
Ферросплавами.
Прокатом.

Чёрная металлургия обеспечивает до 10% промышленного производства страны, при занятости в 385,6 тыс. человек. При этом она является одной из крупнейших составляющих притока иностранной валюты. Так в 2019 году экспорт чёрных металлов принёс в бюджет страны 10,1 млрд. долл.

Особенности производства

Чёрные металлы – это железо, марганец, хром. Ископаемые руды этих металлов богаты содержанием нужного компонента и могут разрабатываться открытым и шахтным способом. Сам процессполучения конечного продукта включает ряд последовательных этапов:

Добычу и обогащение железной, марганцевой и хромовой руды, а также используемого в производстве нерудного сырья: огнеупорных глин, флюсовых известняков, формовочных материалов.
Окускование – формирование небольших объёмов сырья с необходимыми для доменной плавки свойствами.
Выплавка или изготовление: углеродистой стали, чугуна.
Производство: проката, порошков чёрных металлов.
Выпуск чугунных или стальных труб.
Переработка лома и отходов чёрных металлов с целью их вторичного использования.

Непосредственно технологический цикл состоит из таких производств, как:

Чугунно-доменное.
Электросталеплавильное.
Кислородноконвертерное.
Мартеновское.
Непрерывная разливка.
Прокатное.

Предприятия

Крупнейшие предприятия чёрной металлургии:

АО «Объединенная металлургическая компания».
ОАО «Трубная металлургическая компания».
ОАО «Холдинговая компания «Металлоинвест».
ПАО «Группа Мечел».
ПАО «Северсталь».
Публичная компания «Евраз».

Цветная металлургия

Отрасль, занимающаяся добычей и производством цветных металлов и их сплавов, в том числе: лёгких, тяжёлых, драгоценных, редких, тугоплавких. По сравнению с чёрной металлургией, её объёмы производства в 20 раз меньше, хотя доля в ВВП равняется 7,8%, что отражается и в количестве персонала, составляющего 193 тыс. человек.

Однако в плане экспорта цветная металлургия значительно опережает чёрную. В 2019 году отрасль поставила на международный рынок:

Цветных металлов на сумму 11,2 млрд. долл.
Драгметаллов – на 11,2 млрд. долл. (золота – 124 тонны).
Проката – на 2,4 млрд. долл.

К цветным металлам относятся все металлы, кроме железа и его сплавов. Технология их производства представляет определённую последовательность, в которую входят:

Добыча и обогащение руд.
Выплавка, а иногда ещё и рафинирование металла.
Получение передела.
Изготовление металлопроката.

Отличительными особенностями производства в цветной металлургии выступают:

Сырьевая «бедность» руд, компенсируемая большим разнообразием сопутствующих элементов.
Повышенная потребность в исходном сырье, водных и энергетических ресурсах.
Сложность и многоступенчатость большого количества разнообразных технологических циклов, применяемых при переработке сырья и в процессе получения конечного продукта.

Вполне логично, что такие специфические особенности потребовали создания многопрофильных объединений, подчас сочетающих в себе химию, металлургию и энергетику.

Лидерами цветной металлургии сегодня являются:

АО «РУСАЛ Саяногорский алюминиевый завод».
АО «РУСАЛ Красноярский алюминиевый завод».
ОАО «Электроцинк».
ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод».
ООО «Евраз ванадий Тула».
ООО «Медногорский медно-серный комбинат».
ООО «Новоангарский обогатительный комбинат».
ПАО ГМК «Норильский никель».
ПАО «РУСАЛ Братский алюминиевый завод».
ПАО «Челябинский цинковый завод».

Основные принципы размещения

В силу своей специфики, металлургические предприятия следует размещать в непосредственной близости:

Мест залегания и добычи ископаемых руд.
Источников и производства топлива: угля, кокса.
Водных ресурсов.
Электрических станций.
Районов потребления готовой продукции.

Немаловажную роль при этом играет развитая транспортная инфраструктура. Производства в обязательном порядке должны быть в той или иной степени обеспечены: железнодорожным, автомобильным транспортом, трубопроводами подачи воды и топлива, а также линиями электропередачи.

Конкурентоспособность отрасли

Формирование конкурентоспособности металлургического комплекса происходит в условиях сложившихся товарно-денежных отношений на международном рынке и внутри страны. Соответственно, на её показатели оказывают существенное влияние следующие факторы:

Для всей отрасли страны в целом, как поставщика экспортируемой продукции:
Общая экономическая и политическая ситуация в мире.
Сложившаяся конъюнктура мирового металлургического рынка.
Международное законодательство совместно с правовыми нормами стран-импортёров продукции.
Для отдельной фирмы-производителя:
Производственно-экономический потенциал.
Уровень технической оснащённости.
Место расположения предприятия по отношению к поставкам необходимых ресурсов и организации сбыта готовой продукции или изделий.

Степень интеграции.

Проведённые исследования показывают что отрасль, одной из первых в стране ставшая:

Реструктуризировать производственные мощности.
Ликвидировать неэффективное оборудование.
Выстраивать отраслевые структуры, специализируюсь, а затем объединяясь в полные законченные циклы.
Наращивать производство наиболее рентабельной и хорошо продаваемой продукции.
Заниматься снижением издержек.
Решать вопросы экологии.
Улучшать социальные условия своих работников.

В целом достигла высокого уровня конкурентоспособности.

Хотя отдельные показатели: расход электроэнергии на единицу продукции (на 20-30% больше, чем в Германии и США); трудозатраты (выше, чем в Германии, США и Японии в 2,5 раза) остаются на очень низком уровне. Что требует дальнейшей работы по обновлению производственных мощностей и оптимизации структуры.

Перспективы развития

Основные перспективы развития российской металлургии открываются за счёт решения двух основных проблем:

Несоответствия уровня производства требованиям рынка по качественным и количественным показателям.
Модернизации, которую необходимо проводить с помощью внедрения современных технологий самого высокого научного уровня.
Наиболее эффективными направлениями в этом плане, являются:
Дальнейшее преимущественное применение бездоменных способов плавки.
Более широкое использование вторичных ресурсов. В свете истощения существующих месторождений и трудностей освоения новых, именно это направление является особо актуальным!
Повышение доли сплавов и другой продукции высокого научно-технологического уровня.
Внедрение энергоёмких, но в то же время экономичных технологий.
Ресурсо- и энергосбережение.
Уменьшение экологического загрязнения.

Все эти направления нашли своё отражение в стратегиях развития металлургического производства на 2014-2020 годы и на перспективу до 2030 года.

Добыча полезных ископаемых

Добыча полезных ископаемых – одна из важнейших сфер деятельности, призванная обеспечить сырьём многие отрасли промышленности, строительство, транспорт и энергетику. Начиная с древнейших времён, она позволяет извлекать газообразные, жидкие и твёрдые природные ресурсы с поверхности Земли, а также из её недр, а начиная с середины прошлого века – со дна морей и океанов.

Месторождения полезных ископаемых в России

Самая большая страна в мире располагает более 20 тысячами месторождений полезных ископаемых, оцениваемых по запасам ресурсов в 30 трлн. долларов. Этого гигантского природного богатства, практически равномерно распределённого по территории России должно хватить на несколько веков непрерывного использования. Поэтому по запасам природных ресурсов наше государство занимает одно из лидирующих мест на планете.

Экономическая география полезных ископаемых Российской Федерации такова, что:

Наибольшие природные запасы золота сосредоточены на Дальнем Востоке и в Якутии.
Углеводородами больше всего богат Ямало-Ненецкий автономный округ. Частично они есть в Татарстане, Башкортостане, Удмуртии, Оренбургской области, на территории бассейна реки Волги и на острове Сахалин.
Серебро в значительных количествах присутствует на территории Восточной Сибири и в горах Урала.
Нерудные строительные материалы обнаружены в Восточной Сибири.
Большая часть каменного угля залегает за Уральским Хребтом.
Горючие сланцы находятся в районах, прилегающих к Балтийскому морю.
Железная руда обнаружена на Балтийском щите, в Курской области и на Кольском полуострове.
Запасы урана присутствуют в Забайкалье.
Алюминием богат Урал и Западная Сибирь.
Цветные металлы сконцентрированы на Таймыре и на востоке Сибири.
Драгоценные и полудрагоценные камни распространены в горных массивах Урала, Алтая и Саян.

Однако необходимо отметить, что большинство природных ресурсов расположено в труднодоступных районах и отличаются низким содержанием полезных компонентов.

Основные способы добычи

В зависимости от глубины залегания минеральных ресурсов избирают тот или иной способ их добычи:

Карьерный или открытый способ. С его помощью добывают металлическую руду, нерудные строительные материалы, уголь. Это самый экономичный, но в то же время достаточно сильно воздействующий на почву способ. Что в дальнейшем снижает её плодородность и вредно влияет на окружающую среду.
Шахтный или подземный способ. Его также называют закрытым. Этот способ применяют при глубинном залегании минерального сырья, руд и полиметаллов. Его недостатком являются значительные затраты и высокий уровень производственного риска для шахтёров и горняков.
Открыто-подземный или комбинированный способ. Фактически он сочетает в себе первые два и используется в тех случаях, когда полезные ископаемые залегают как на поверхности, так и в глубине земной коры.
Скважинный или геотехнологический способ. Применяется для извлечения сырья, пребывающего в жидком или газообразном состоянии. Обычно с его помощью из пробуренных скважин добывают нефть и газ, серу и литий, уран и фосфор, прибегая к выщелачиванию, осаждению и плавлению. Для того чтобы затем по трубам извлекать столь нужные в народном хозяйстве минеральные ресурсы.
Дражный способ. Он сочетает в себе добычу и обогащение полезных ископаемых. Чаще всего к нему прибегают при освоении россыпей алмазов, золота, касситерита и платиноидов.

Топливно-энергетические полезные ископаемые

Нефть

Седьмое место в мире занимает наша страна по количеству разведанных нефтяных запасов. Месторождения, оцениваемые в 14,1 млрд. т располагаются в 9 нефтегазоносных провинциях:

Волго-Уральской,
Енисейско-Анабарской,
Западно-Сибирской,
Лено-Вилюйской,
Лено-Тунгусской,
Охотской,
Прикаспийской,
Северо-Кавказско-Мангышлакской,
Тимано-Печорской,

и в 3 нефтегазоносных областях:

Анадырской,
Восточно-Камчатской,
Балтийской.

Лидером среди отечественных нефтяных месторождений считается Самотлорское – 7,1 млрд. т. Продуктивный период использования запасов этого жидкого вида углеводородного топлива на территории нашего государства оценивается в 22 года.

Природный газ

Россия является безусловным общемировым лидером по запасам голубого топлива, общий объём которого оценивается в 40 млрд. т. с перспективой добычи, составляющей более 80 лет.

Наибольшая его часть (свыше 75%) приходится на месторождения Сибири. Самыми крупными среди них являются: Уренгойское – 10 трлн. м 3 и Ямбургское – 8,9 трлн. м 3 .

Уголь

По запасам этого природного ископаемого, оцениваемого в 2,23 трлн. т, Россия находится на третьем месте. Причём значительную часть залежей – 69%, составляет бурый уголь. Большая часть запасов, составляющая 63% этого ценнейшего энергоресурса, расположена в восточной части страны:

Кузнецкий угольный бассейн – один из самых крупный в мире, располагающий гигантскими запасами каменного и коксующегося угля.
Канско-Ачинский (бурый уголь).
Печерский.
Южно-Якутский.

Большая часть отечественной угледобычи – 75% ведётся закрытым шахтным способом, что значительно повышает его себестоимость.

Горючие сланцы

Большая часть месторождений горючих сланцев располагается в Европейской части России, на территории Ленинградской и Самарской областей. Также имеются крупные месторождения на севере страны и в Сибири.

Однако активной разработке они не подвергаются, вследствие конкуренции со стороны более распространённых видов топлива, таких как нефть и газ. Возможно, к ней приступят после исчерпания основных углеводородных запасов.

По запасам этого природного ископаемого Россия уверенно входит в первую десятку. Согласно исследованиям пятилетней давности, его запасы составляют 507,8 тыс. т, что является десятой частью общемировых урановых ресурсов. Основные месторождения сосредоточены в Якутии и Бурятии и на территории Забайкальского края.

Металлические ископаемые

Металлы играют важнейшую роль в жизни общества. Без них невозможно представить себе ни промышленное производство, ни быт нынешнего человека.

Руды чёрных металлов

К чёрным металлам относятся железо и его сплавы: сталь, чугун и ферросплавы. Их руды подразделяются на группы, носящие название основного минерала:

Красные железняки или гематиты – это оксиды железа (Fe₂O₃), наиболее употребляемые в чёрной металлургии; а также применяемые в качестве красителя, известного под названием «сурик».
Магнитные железняки или магнетиты, представляющие собой закиси и окиси железа (FeOи Fe₂O) отличаются своими магнитными свойствами.
Бурые железняки или гетиты, называемые также лимонитом или болотной рудой, являются водной окисью железа. Их ценность заключается в том, что они могут непосредственно использоваться в процессе выплавки чугуна в домнах. Наиболее ценится металлургами лимонит Керченского месторождения, имеющий в своём составе ванадий, марганец и фосфаты.
Шпатовые железняки или сидериты – минералы серого цвета, содержащие в своём составе углекислое железо (FeCO₃). Россия является мировым лидером по месторождениям железняка: подтверждённые запасы оцениваются в 264 млрд. т.

Руды цветных металлов

Значительная часть полезных ископаемых носит название цветных металлов – это все металлы кроме железа, получившее своё название за специфический цвет.

Сырые руды этих металлов отличаются крайне низким содержанием металла и весьма разнообразным составом. Неудивительно, что они получили название полиметаллических руд. В связи с этим в цветной металлургии часто имеет место комплексное использование природного сырья.

В зависимости от плотности, они подразделяются на руды лёгких металлов: алюминия, титана, калия, кальция, лития, магния.И руды тяжёлых металлов: меди, олова, свинца, цинка.

Руды редких металлов

Обширная группа из 36 химических элементов получила своё название чисто по историческим причинам. На самом деле, они встречаются в природе нисколько не реже, а подчас значительно чаще чёрных, цветных и благородных металлов.

Руды редких металлов или залегают самостоятельно, или присутствуют попутно при разработке других полезных ископаемых. Значительную часть редких металлов извлекают из руд цветных металлов, а также из других минералов: германий – из бурых углей, ванадий – из руд железа и титана, гафний и рубидий – из руд других редких металлов.

На территории России значительные скопления руд редких металлов обнаружены на Кавказе, Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке, а также в Якутии (Томторское месторождение).

Руды благородных металлов

К этой группе относят драгоценные металлы: золото и серебро, а также платину и металлы платиновой группы: иридий, осмий, палладий, родий и рутений, отличающиеся устойчивостью против окисления и коррозии.

Наше государство обладает значительными запасами месторождений благородных металлов:

Золото – 25 тыс. т. Из них 4/5 составляют рудные месторождения, 1/5 – россыпные. Наиболее значимыми являются Бодайбинское месторождение золота в Восточной Сибири и Бамское золоторудное месторождение на Дальнем Востоке.
Серебро. По его запасам Россия держит первое место в мире, располагая 16-ью непосредственными месторождениями серебра (27% общероссийских запасов) и целым рядом комплексных месторождений. Первые из них расположены на территории Чукотки и Якутии.
Платиноиды – 6-10 тыс. т, что является третьим показателем в общемировом списке. Лидирующие позиции в отрасли занимают Нижнетагильское месторождение на Урале и Федорово-Панское месторождение в Мурманской области.

Неметаллические ископаемые

Неметаллические или нерудные природные ресурсы, используемые в своём непосредственном виде для строительства и промышленности или в качестве сырья, встречаются в природе в виде минералов или горных пород.

Горно-химическое сырьё

Горным сырьём для химического производства выступают:

Апатиты. На территории нашего государства находится крупнейшее месторождение апатитов на Кольском полуострове (Хибинское).
Бариты. Используется для получения бариевой соли, глазури и эмали.
Бораты. Выступают в качестве смягчителей воды при производстве стиральных порошков.
Фосфатные руды. Россия обладает более чем двумя сотнями крупных месторождений фосфоритов.
Сера, в значительной степени используемая для производства серной кислоты. Большими запасами этого природного сырья располагают Самарская область, Урал (серный колчедан), Камчатка, Курильские острова.

Горнотехническое сырьё

К этому виду полезных ископаемых относятся материалы, используемые в металлургии, а также при производстве абразивов, диэлектриков, керамики, стекла и теплоизоляционных материалов. Основными минералами в качестве горнотехнического сырья являются:

разнообразные глины, доломиты, известняки, кварцевые пески, фарфоровые камни;
ангидрид, гипс, перлит, доломиты, известняки, тальк, графит и многое другое.

Оптические материалы

Материалы природного или искусственного происхождения, обладающие прозрачностью и предназначенные для изготовления оптических устройств. В основном это стёкла, фотоситаллы (синтезированные материалы) и монокристаллы.

Соли и рассолы

Группа минералов, имеющих солёный привкус и легко растворяющихся в воде. По своему химическому составу они подразделяются на бораты, галогениды, йодиты, карбонаты, сульфаты калия, магния, натрия и хлориды.

Соли и рассолы находят применение в строительстве, при выпуске минеральных удобрений и в качестве пищевой добавки:

Калийные соли. Крупнейшее Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (ВМКМС) располагается в Пермском крае.
Каменная или поваренная соль. Крупнейшими поставщиками на российский рынок являются:

ОАО «Бассосль», г. Астрахань – 1,3 млн. т в год;
ОАО «Уралкалий», г. Березники – 1,0 млн. т в год;
ОАО «Илецксоль», г. Оренбург – 0,5 млн. т в год.

Гипс или водный сульфат кальция находит широкое применение в строительстве, медицине, декоративно-прикладном искусстве.

Драгоценные и поделочные камни

Минералы, используемые в производстве ювелирных изделий и камнерезном производстве. Отличительными особенностями драгоценных камней являются красивый цвет, яркий блеск, прозрачность, разнообразные оптические эффекты. Кроме того, они обладают высокой прочностью и долговечностью.

Поделочные камни не отличаются прозрачностью, хотя и имеют красивую фактуру, а также хорошо подвергаются механической обработке. Обычно они находят применение при отделке зданий и некоторых изделий.

Залежи этих полезных ископаемых присутствуют на Урале (самоцветы), в Якутии (алмазы) и в Восточной Сибири.

Строительные материалы

К естественным природным минералам, используемым в строительстве, относятся:

Гравий – мелкий камень округлой формы.
Щебень – остроугольные камни, диаметром не более 70 мм, используемые в качестве наполнителя.
Песок – мелкозернистая каменная фракция размером до 5 мм.

А также полезные ископаемые, применяемые при изготовлении бетона, цемента и других вяжущих веществ.

На территории России имеется 8500 месторождений более 100 наименований нерудных строительных материалов. Самые крупные из них расположены в Вяземской, Кировской, Московской и Смоленской областях.

Объёмы добычи

Россия обладает гигантскими запасами полезных ископаемых и последовательно их использует. О чём говорит рост добывающей отрасли в 2019 году на 1,1%.

Показатели 2019 года:

Нефть и газовый конденсат – 561 млн. т.
Газ – 738 млрд. м 3 ; попутный нефтяной газ – 94,7 млрд. м 3 .
Каменный уголь – 357 млн. т.
Бурый уголь – 82,2 млн. т.
Золото (11 месяцев) – 337,26 т.
Добыча металлических руд (июль 2019 года) выросла по сравнению с аналогичным показателем на 1,9 %.
Добыча цветных металлов выросла на 3,1 % (соотношение: июль 2019 – к июлю 2018 года).
Добыча нерудных ископаемых выросла на 15,7 % (соотношение: июль 2019 – к июлю 2018 года).

Приведённые данные говорят о том, что доля России в общемировом масштабе, оцениваемом в 20 млрд. т ежегодной добычи полезных ископаемых, весьма значительна, а перспективы их дальнейшего использования даже пока в должной степени не оценены, вследствие своей огромности.

ПАО "Уралкалий" - ведущий вертикально интегрированный мировой производитель калия, одного из важнейших элементов, необходимых для развития всех живых организмов.

Добыча черных и цветных металлов

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ:
РЕАЛИЗАЦИЯ, ИНТЕГРАЦИЯ, СЕРВИС

Металлургия как отрасль промышленности

Металлургия — (от греч. metallurgeo-добываю руду, обрабатываю металлы) — область науки и техники, отрасль промышленности[1] . К металлургии относятся:

- производство металлов из природного сырья и других металлсодержащих продуктов;

- обработка металлов в горячем и холодном состоянии;

- нанесение покрытий из металлов;

- область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.

К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.

Разновидности металлургии

Металлургия подразделяется на чёрную и цветную. Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов. К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов.

К чёрным металлам относят железо. Все остальные — цветные. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

По основному технологическому процессу подразделяется на пирометаллургию (плавка) и гидрометаллургию (извлечение металлов в химических растворах). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.

Самыми распространенными металлами являются:

Чёрная металлургия

Чёрная металлургия служит основой развития машиностроения (одна треть производимого металла идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство).

Состав черной металлургии

В состав чёрной металлургии входят следующие основные подотрасли:

- добыча и обогащение руд чёрных металлов (железная, хромовая и марганцевая руда)

- добыча и обогащение нерудного сырья для чёрной металлургии (флюсовых известняков, огнеупорных глин и т. п.);

- производство чёрных металлов (чугуна, углеродистой стали, проката, металлических порошков чёрных металлов);

- производство стальных и чугунных труб;

- коксохимическая промышленность (производство кокса, коксового газа и пр.);

- вторичная обработка чёрных металлов (разделка лома и отходов чёрных металлов).

Металлургический цикл черной металлургии

Собственно металлургическим циклом является производство

1) чугунно-доменное производство,

2) стали (мартеновское, кислородноконвертерное и электросталеплавильное), (непрерывная разливка, МНЛЗ),

3) проката (прокатное производство).

Предприятия, выпускающие чугун, углеродистую сталь и прокат, относятся к металлургическим предприятиям полного цикла.

Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. «Малая металлургия» представляет собой выпуск стали и проката на машиностроительных заводах. Основным типом предприятий чёрной металлургии являются комбинаты.

В размещении чёрной металлургии полного цикла большую роль играет сырьё и топливо, особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующихся углей.

Цветная металлургия

Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний). На основании этого деления различают металлургию лёгких металлов и металлургию тяжёлых металлов.

Размещение предприятий отрасли

Размещение предприятий цветной металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль, помимо сырья, играет топливно-энергетический фактор.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Тяжёлые металлы

Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.

По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также по выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район, на территории которого выделяются Красноуральский, Кировградский, Среднеуральский, Медногорский комбинаты.

Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерченское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток).

Центром Никель-Кобальтовой промышленности являются города: Норильск (Восточная Сибирь), Никель и Мончегорск (Северный экономический район).

Лёгкие металлы

Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии — важнейший принцип их размещения.

Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (город Североуральск), нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах добычи выделяют окись алюминия — глинозём. Получение из него металлического алюминия требует больших затрат электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской и др.)

Титано-магниевая промышленность размещается преимущественно на Урале, как в районах добычи сырья (Березниковский титано-магниевый завод), так и в районах дешёвой энергии (Усть-Каменогорский титано-магниевый завод). Заключительная стадия титано-магниевой металлургии — обработка металлов и их сплавов — чаще всего размещается в районах потребления готовой продукции.

История

Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н. э. и были найдены в Майданпеке, Плочнике[2] и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре Винча)[3], Болгарии (5000 лет до н. э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определён.

В культуре ранних времён присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» — египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н. э. Но, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, названный бронзой, люди в 3500 годы до н. э. вступили в Бронзовый век.

Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян.

Следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т. д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т. п.).

Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

Добывающая металлургия

Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.

Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом либо отходом.

Горные работы не обязательны, если руда и окружающая среда позволяют провести выщелачивание. Таким путём можно растворить минерал и получить обогащённый минералом раствор.

Зачастую руда содержит несколько ценных металлов. В таком случае отходы одного процесса могут быть использованы в качестве сырья для другого процесса.

Свойства металлов

Металлы в целом обладают следующими физическими свойствами:

Высокая температура плавления.

Высокая температура кипения.

При комнатной температуре металлы находятся в твёрдом состоянии (за исключением ртути, единственного металла, находящегося в жидком состоянии при комнатной температуре).

Отполированная поверхность металла блестит.

Металлы — хорошие проводники тепла и электричества.

Обладают высокой плотностью.

Применения металлов

Медь обладает пластичностью и высокой электропроводностью. Именно поэтому она нашла свое широкое применение в электрических кабелях.

Золото и серебро очень тягучи, вязки и инертны, поэтому используются в ювелирном деле (особенно золото, которое не окисляется). Золото также используется для изготовления неокисляемых электрических соединений.

Железо и сталь обладают твердостью и прочностью. Благодаря этим их свойствам они широко используются в строительстве.

Алюминий ковок и хорошо проводит тепло. Он используется для изготовления кастрюль и фольги. Благодаря своей низкой плотности — при изготовлении частей самолётов.

Сплавы

Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.

Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.

Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).

Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Сплавы, используемые в промышленности различаются по своему предназначению.

Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства):

Для заливки подшипников:

Для измерительной и электронагревательной аппаратуры:

Для изготовления режущих инструментов:

В промышленности также используются жаропрочные, легкоплавкие и коррозионностойкие сплавы, термоэлектрические и магнитные материалы, а также аморфные сплавы.

Наиболее часто используются сплавы алюминия, хрома, меди, железа, магния, никеля, титана и цинка. Много усилий было уделено изучению сплавов железа и углерода. Обычная углеродистая сталь используется для создания дешёвых, высокопрочных изделий, когда вес и коррозия не критичны.

Нержавеющая или оцинкованная сталь используется, когда важно сопротивление коррозии. Алюминиевые и магниевые сплавы используются, когда требуются прочность и легкость.

Медно-никелевые сплавы (такие, как монель-металл) используются в коррозионно-агрессивных средах и для изготовления ненамагничиваемых изделий. Суперсплавы на основе никеля (например, инконель) используются при высоких температурах (турбонагнетатели, теплообменники и т. п.). При очень высоких температурах используются монокристаллические сплавы.

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:

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.
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.
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.

Цветная металлургия – это не только комплекс мероприятий по получению цветных металлов (добыча, обогащение, металлургический передел, получение отливок чистых металов и сплавов на их основе), но и переработка лома цветных металлов.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, и цветные металлы на сегодняшний день широко используются для разработки инновационных конструкционных материалов. Только отечественная металлургическая промышленность выпускает порядка 70 видов сплавов, используя разнообразное сырье.

В связи с низким содержанием необходимого компонента в руде и примесей других элементов, цветная металлургия является энергозатратным производством и имеет сложную структуру. Так, меди в руде содержится не более 5%, а цинка и свинца не более 5,5%. Колчеданы, добываемые на Урале, многокомпонентные, и в их составе находится порядка 30 химических элементов.

Цветные металлы подразделяются на шесть категорий, согласно своим физическим свойствам и предназначению:

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

Специфика отрасли

Руды цветных металлов, как было выше сказано, содержат малое количество добываемого элемента. Поэтому на тонну той же меди необходимо до 100 т руды. Из-за большой потребности в сырье цветная металлургия, по большей части, располагается вблизи своей сырьевой базы.

Цветные руды для своей переработки требуют большого количества топлива или электроэнергии. Энергетические затраты достигают половины общих затрат, связанных с выплавкой 1 т металла. В связи с этим металлургические предприятия располагаются в непосредственной близости от производителей электроэнергии.

Производство редких металлов в основном основано на восстановлении из соединений. Сырье поступает с промежуточных этапов обогащения руд. Из-за небольших объемов и трудности производства получением редких металлов занимаются лаборатории.

Состав отрасли

Виды цветной металлургии включают в себя отрасли, связанные с получением определенных видов металлов. Так, укрупнено можно выделить следующие отрасли:

производство меди;
производство алюминия;
производство никеля и кобальта;
производство олова;
производство свинца и цинка;
добыча золота.

Получение никеля тесно связано с местом добычи никелевых руд, которые расположены на Кольском полуострове и в Норильском районе Сибири. Многие отрасли цветной металлургии отличаются многоступенчатым металлургическим переделом промежуточных продуктов.

На этом основании эффективен комплексный подход. Это сырье для получения других сопутствующих металлов. Утилизация отходов сопровождается получением материалов, использующихся не только в других отраслях тяжелого машиностроения, но и в химической и строительной отраслях.

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

Основными этапами получения чистой меди являются выплавка черновой меди и ее дальнейшее рафинирование. Черновая медь добывается из руд, а низкая концентрация меди в уральских медных колчеданах и большие ее объемы не позволяют перенести производственные мощности с Урала. В качестве резерва выступают: медистые песчаники, медь-молибденовые, медь-никелевые руды.

Рафинирование меди и переплавка вторичного сырья производится на предприятиях, которые удалены от источников добычи и первичной плавки. Благоприятствует им низкая стоимость электричества, так как для получения тонны меди расходуется до 5 кВт энергии в час.

Утилизация сернистых газов с последующей переработкой послужила стартом для получения серной кислоты в химической промышленности. Из остатков апатитов производит фосфатные минеральные удобрения.

Получение свинца и цинка

Металлургия цветных металлов, таких как свинец и цинк, имеет сложную территориальную разобщенность. Добычу руды ведут на Северном Кавказе, в Забайкалье, Кузбассе и на Дальнем Востоке. А обогащение и металлургический передел проводится не только возле мест выемки руды, но и на других территориях с развитой металлургией.

Свинцовые и цинковые концентраты богаты на химическую элементную базу. Однако сырье имеет разное процентное содержание элементов, из-за чего не всегда цинк и свинец можно получить в чистом виде. Поэтому технологические процессы в районах различны:

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

Металлургия легких металлов

Наиболее распространенным легким металлом является алюминий. Сплавы на его основе обладают свойствами, присущими конструкционным и специальным сталям.

Для получения алюминия сырьем являются бокситы, алуниты, нефелины. Производство разделено на две стадии:

На первой стадии получают глинозем и необходим большой объем сырья.
На второй стадии электролитическим методом производят алюминий, на что требуется недорогая энергия. Поэтому этапы производства находятся на разных территориях.

Получение алюминия и сплавов сосредоточено в промышленных центрах. Сюда же поставляется лом на вторичную переработку, что в итоге снижает себестоимость готовой продукции.

Читайте также: