Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов
Обновлено: 14.05.2024
В основе производства металлов лежат металлургические процессы, то есть технологические процессы извлечения металлов из руд и отходов производства. В общем случае металлургический процесс включает три последовательных стадии:
— подготовка руды — превращение ее в состояние, обеспечивающее извлечение из руды металла;
— восстановление химического соединения, в виде которого металл содержится в руде, до свободного металла;
— вторичная обработка полученного металла.
Подготовка руды состоит из ряда механических и физико-химических операций, содержание которых зависит от состава руды и формы химического соединения металла в ней. К таким операциям относят измельчение или укрупнение, классификацию и обогащение руды, а также превращение содержащего металл соединения в форму, пригодную для восстановления. Необходимость последней операции связана с тем, что восстановлению подвергаются преимущественно оксиды, реже галогениды металлов, поэтому все остальные соединения (сульфиды, гидроксиды) должны быть переведены в них. Это достигается воздействием на обогащенную руду высокой температуры или соответствующих реагентов:
В соответствии с методом технологические процессы подготовки руды подразделяются на пирометаллургические и гидрометаллургические.
Пирометаллургические процессы проводятся при высоких температурах с полным или частичным расплавлением руды. К ним относят:
—обжиг — процесс, проводимый при высокой (500—1200°С) температуре в твердой фазе с целью изменения химического состава руды. Условия обжига зависят от состава руды и назначения процесса. Руды, содержащие сульфиды металлов, подвергаются окислительному обжигу до их оксидов; руды для последующего магнитного обогащения подвергаются восстановительному обжигу;
—восстановительная плавка — процесс восстановления оксидов металлов при температурах, обеспечивающих полное расплавление руды;
—дистилляция — процесс испарения перерабатываемого вещества с целью разделения его компонентов на основе их различной летучести.
Гидрометаллургические процессы проводятся в водных средах при температурах до 300°С на границе раздела твердой ижидкой фаз.
Наиболее распространенным гидрометаллургическим процессом является выщелачивание— процесс перевода в жидкую фазу (раствор) извлекаемых из руды соединений металлов при воздействии на нее растворителей. Выщелачивание может быть физическим процессом (растворитель вода) или химическим процессом (растворитель — реагент, взаимодействующий с извлекаемым компонентом).
Вторичная обработкавосстановленного металла проводится для его очистки, а также с целью перестройки кристаллической структуры металла, изменения его состава и свойств. К операциям вторичной обработки относятся очистка металла методами дистилляции, электролиза, электрошлакового переплава и зонной плавки; получение сплавов, закалка, отжиг, отпуск, цементирование и др. Некоторые из них рассматриваются ниже.
На рис. 1.2 представлена общая схема производства металлов из руд (металлургического процесса).
Рис. 1.2. Общая схема производства металлов из руд:
I — подготовка руды, II — восстановление, III — вторичная обработка, В — восстановитель, [О] — окисление, Т — термическая обработка
Существуют несколько основных способов получения — металлов.
Восстановление:
§ 12. Черная металлургия
Вероятнее всего, первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи молотка придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото — не позже четвертого тысячелетия до нашей эры. Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии. Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он не мог не обратить внимание, на их полезные свойства. Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы. Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.
Вопрос 2. Какие виды продукции производят из железа?
Четыре основных продукта черной металлургии:
1.передельный чугун, который от стали отличается лишь повышенным содержанием углерода (свыше 2%)
3.стальные слитки, которые подвергают обработке давлением для получения проката, используемого, например, в железобетонных конструкциях, прокат становится трубами и другими изделиями
4.ферросплавы, которые применяются в производстве стали
МОИ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Вопрос 1. Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов.
1.добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.)
2.металлургический передел — основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.
4.утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.
Вопрос 2. Найдите на карте предприятия полного металлургического цикла, отдельных стадий цикла.
Комбинаты полного цикла — они включают в себя все стадии производства: от добычи руды, до выпуска чугуна, стали, проката.
Вопрос 3. Определите, почему в состав металлургических предприятий входят производства, не выплавляющие металл.
Металлургия очень сильно зависит от многих отраслей народного хозяйства.
Для того чтобы уменьшить издержки на транспортировку, металлургические предприятия создаются в местах оптимально близким ко всем необходимым ресурсам. С этой же целью создаются металлургические комбинаты содержащие вспомогательные производства не касающиеся непосредственно выплавки. К тому же в процессе производства металла образуются отходы, которые можно использовать в других производствах.
Вопрос 4. Определите, чем отличаются заводы полного металлургического цикла от бездоменного производства черных металлов.
В составе черной металлургии выделяются следующие типы предприятий: металлургические заводы полного цикла, т. е. производящие чугун, сталь и прокат; сталеплавильные и сталепрокатные заводы; производство ферросплавов сплавов железа с хромом, марганцем, кремнием и другими элементами; малая металлургия — производство стали и проката на машиностроительных заводах; бездоменная металлургия — производство железа методом прямого восстановления.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
Вопрос 1. Каковы факторы размещения предприятий черной металлургии? Как они изменяются при строительстве мини — заводов?
Факторы: Сырьевой, Топливный, Потребительский, Энергетический общая добыча железной руды в России — около 100 млн. т. основное сырье — железная руда и уголь (каменный или бурый).
Вопрос 2. В чем особенности производства черных металлов?
Чёрными называют металлы, основу которых составляет железо (чугун, сталь, ферросплавы). Почти 90% всех металлов, применяемых в современном производстве, — чёрные. Для производства чёрных металлов необходимы железная руда, хром, марганец, кокс и другие компоненты.
Вопрос 3. Каковы основные проблемы развития металлургии Урала?
Исторически черная металлургия развивалась на базе богатых специфических железных руд. По мере истощения месторождений возникла необходимость обогащения руд, но концентраты с высоким содержанием железа оставались, как правило, многокомпонентными, т. е. из полезных элементов содержали только железо. Однако и они не бесконечны. Во всяком случае, на Урале преобладающим типом руд становятся комплексные, а типичное железорудное сырье, завозится на предприятия за тысячи километров. Это при современных железнодорожных тарифах существенно удорожает себестоимость металла. Эффективная переработка комплексных руд требует реализации новых технологий.
§45. Черная металлургия
Металлургический комплекс - это основа индустрии. Он является фундаментом машиностроения, обеспечивающего вместе с электроэнергетикой и химической промышленностью развитие научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства страны.
Металлургия одна из главных и старейших отраслей России. Исторически сложившиеся три металлургических центра: Уральский, Центральный и Сибирский обеспечивает производственную базу нашей страны черными и цветными металлами в первую очередь для отечественного машиностроения и оборонной промышленности.
2. Каковы особенности черной металлургии?
Металлургическое производство имеет ряд специфических особенностей.
1. Технологический процесс требует крупных объемов не только рудного сырья, но и воды, топлива (коксующегося угля, природного газа), энергии.
2. Взаимозависимость сырьевой и топливно-энергетической базы, а также большой объем готовой продукции связаны с массовыми транспортными перевозками.
3. Отходы производства, выбросы вредных веществ создают серьезные экологические проблемы.
4. Особое значение приобретает вторичная металлургия (использование металлолома) с целью снижения затрат и экологического риска.
3. В чем особенности размещения черной металлургии в России?
В России крупные районы металлургического производства на Урале, в Центре и Сибири сложились в соответствии наличием сырьевой и топливной базы.
4. Выберите верный ответ. Самое северное предприятие чёрной металлургии полного цикла в России находится на территории: а) Ленинградской области; б) Архангельской области; в) Вологодской области; г) Чукотского автономного округа.
Верный ответ: в) Вологодской области.
5. Выберите верный ответ. Для какого центра черной металлургии характерно наименьшее загрязнение воздуха: а) Магнитогорск; б) Старый Оскол; в) Череповец; г) Нижний Тагил?
Верный ответ: б) Старый Оскол.
6. Чем можно объяснить размещение в Липецке металлургического комбината полного цикла? Укажите не менее двух причин.
1. Наличием поблизости месторождения КМА (в Курской и Белгородской областях), добывающего более половины всей железной руды в России.
2. Наличие неподалёку крупного каменноугольного бассейна – Донбасса, источника коксующегося угля для комбината.
7. Сопоставьте карты на с. 250-251 и 252-253 Приложения, карту на рисунке 89 и объясните, какие факторы влияют на размещение металлургических баз в России. Используя рисунок 89, выпишите наиболее крупные центры металлургии полного цикла; укажите объемы выплавки стали (в млн т).
Для предприятий чёрной металлургии главными факторами размещения являются:
1. Сырьевой фактор является определяющим для большинства металлургических комбинатов полного цикла, потребляющих огромное количество сырья и технологического топлива — кокса, поэтому большинство металлургических комбинатов строилось либо у месторождений железных руд (Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Новотроицк, Старый Оскол), либо у месторождений коксующихся углей (Новокузнецк).
2. Энергетический фактор. Крупные металлургические комбинаты являются крупными потребителями электроэнергии, генерируемой на близ лежащих электростанциях, как правило, ТЭС и ГЭС, располагающихся каскадом на крупных реках России.
3. Потребительский фактор характерен для передельной металлургии, использующей в качестве сырья металлолом (Москва, Электросталь, Выкса, Кулебаки, Колпино, Волгоград, Таганрог, Красноярск, Комсомольск-на-Амуре), а также для производства труб (Москва, Волжский, Альметьевск).
4. Транспортный фактор размещения имеет только Череповецкий металлургический комбинат, использующий железные руды Кольско-Карельского района и КМА, коксующиеся угли Печорского и Донецкого бассейнов, и отправляющий готовую продукцию – сталь и прокат – в Санкт-Петербург, Москву, в другие машиностроительные центры и на экспорт.
5. Экологический фактор в нашей стране при сооружении предприятий чёрной металлургии ранее практически не учитывался, что пагубно влияет на окружающую среду и здоровье человека.
Наиболее крупные центры металлургии полного цикла:
Новокузнецкий металлургический комбинат (объем выплавки стали 2,6 млн т в год)
Магнитогорский металлургический комбинат (объем выплавки стали 12,2 млн т в год)
Челябинский металлургический комбинат (объем выплавки стали 4,6 млн т в год)
Нижнетагильский металлургический комбинат (объем выплавки стали 4,2 млн т в год)
«Уральская Сталь» (до 1992 г. Орско-Халиловский металлургический комбинат) (объем выплавки стали 2,8 млн т в год)
Череповецкий металлургический комбинат (объем выплавки стали 11,6 млн т в год)
Новолипецкий металлургический комбинат (объем выплавки стали 15,4 млн т в год)
8. Оформите в виде таблицы информацию об основных металлургических заводах России. Назовите заводы, укажите их основные железорудные и угольные базы.
Постарайтесь выяснить: а) какие из заводов зависят от импорта железной руды; б) у каких заводов экономико-географическое положение наиболее благоприятно для экспорта металла, а у каких – менее благоприятно.
9. Объясните, почему черную металлургию называют «хребтом» российской экономики. Приведите не менее 3-4 аргументов, подтверждающих это.
1. Чёрная металлургия служит основой развития промышленности РФ, в т.ч. машиностроения (1/3 отлитого металла из доменной печи идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство). Основным исходным сырьем для получения черных металлов являются железная руда, марганец, коксующиеся угли и руды легирующих металлов (добывающая промышленность), а также энергия (электроэнергетика).
2. Россия занимает 1-е место в мире по запасам железной руды и входит в пятерку стран-лидеров по её добыче, а также по выплавке стали.
3. Россия занимает 2-е место в мире по запасам угля и входит в шестерку стран-лидеров по его добыче.
§ 19. Металлургия
Металлургия состоит из двух отраслей: черная и цветная металлургия.
2. Что такое комбинат полного цикла?
Комбинат полного цикла — это предприятие чёрной металлургии, на котором осуществляются все технологические стадии производства чёрного металла: добыча руды — обогащение руды — выплавка чугуна — выплавка стали — прокат.
3. Какие существуют виды металлов?
Металлы делятся на черные и цветные. Цветные металлы делятся на редкие, легкие, тяжелые и благородные.
Как вы думаете
Как менялась роль металлургии в процессе развития человеческого общества?
Первые упоминания об использовании металлов появились в 5 тысячелетии до нашей эры. Тогда человек впервые смог расплавить металл, чтобы изготовить из него подручные инструменты. Изначально металл использовался для изготовления орудий труда и оружия. Металлическое оружие явно превосходило по характеристикам любое другое, которое существовало в то время. Со временем человек узнал о существовании золота и серебра, которые в дальнейшем стали основным денежным эквивалентом. Чем больше человек постигал новые технологии, тем больший спектр применения металлов он находил. За последние 500 лет люди научились обрабатывать и использовать в своих целях все известные металлы. Новые свойства металлов, которые потенциально можно использовать в промышленных целях открываются учеными постоянно.
Металлургический комплекс любой страны является одним из основных секторов промышленности этой страны. К основным подразделам металлургии относятся производство металлов и их добыча из природного сырья, сварка, обработка металлов и получение сплавов. Разные секторы металлургии занимаются изготовлением разных металлических изделий, которые включают в себя арматуру, трубы, металлические конструкции. Наиболее ценятся изделия, которые объединяют в себе надежность и легкость.
1. Какие отрасли входят в состав металлургии?
2. Какие виды ресурсов необходимы для работы предприятий чёрной металлургии?
Основным исходным сырьём для получения чёрных металлов являются железная руда, марганец, коксующиеся угли и руды легирующих металлов.
3. Какие факторы определяют размещение предприятий чёрной металлургии?
На размещение предприятий чёрной металлургии влияют несколько факторов:
— сырьевой (близость к месторождениям руды);
— топливный (близость источника коксующегося угля);
— транспортный (особенно важный для предприятий, работающих на привозном сырье, вдали от источников руды и угля);
— экологический (предприятия чёрной металлургии, особенно устаревшие и использующие доменный процесс, являются одними из самых «грязных» производств);
— потребительский (наличие потребителя стали — крупных машиностроительных центров).
4. Что отличает цветную металлургию от чёрной?
Особенностью руд цветных металлов является низкое содержание металла в руде. Поэтому производство этих металлов проходит в два этапа: обогащения руды, приводящего к повышению содержания металла в ней, и собственно выплавки металла.
5. Производство каких металлов является основой цветной металлургии?
Цветная металлургия обеспечивает потребности мирового хозяйства примерно в 70 металлах. Однако основная доля выплавки приходится на алюминий (более 45%), медь (более 25%), цинк (16%) и свинец (11%).
А теперь более сложные вопросы
1. Как вы объясните тот факт, что Япония долгие годы занимает одно из первых мест в мире по производству стали? За счёт чего это ей удаётся?
Стальная промышленность Японии развита традиционно, поскольку эта страна имеет высокоразвитые технологии и ресурсы для производства электроэнергии, необходимого для промышленности. Очень важную роль играет и местоположение страны, и торговый флот, способствующий скупке сырья и продажи готовых изделий. Высокое качество стали гарантируется высокими стандартами. Такой интерес к стальной промышленности вызвано тем, что страна занимает лидирующие позиция в автопромышленности и кораблестроения.
2. Каковы главные тенденции в изменении размещения современной металлургии?
Из-за высоких тарифов на транспорт и электроэнергию производства размещают в непосредственной близости от добычи или от источников производства электроэнергии.
Современные, так называемые, мини-заводы либо приближены к потребителю, либо — к источникам металлолома. Это предприятия неполного металлургического цикла: электропечь — прокатный стан.
Электропечи используют металлолом для выплавки стали, а прокатные станы выпускают, как арматурный прокат, использующийся в строительстве.
3. Почему алюминий и медь составляют большую часть выплавки цветных металлов?
Алюминий и медь ценятся из-за своих физических свойств, таких как хорошая электропроводность, легкость (у алюминия), гибкость (у меди). Кроме того, их запасы (особенно бокситов, сырья, из которых делают алюминий) очень большие. Алюминий широко используется в таких отраслях, как авиационная, автомобильная, электротехническая промышленности, в строительстве. Медь широко используемый металл в электронной и электротехнической промышленности, в производстве боеприпасов.
4. Почему Канада и Норвегия занимают лидирующее положение по выплавке алюминия, хотя не имеют запасов алюминиевых руд?
Канада и Норвегия завозят алюминиевый концентрат из африканских и латиноамериканских стран. При этом эти страны имеют очень большие гидроэнергетические ресурсы, а алюминий используется потом в автомобилестроении и в самолетостроении. В выплавке алюминия важна не только энергия, но и огромное количество чистой воды.
5. Чем отличается размещение предприятий цветной и чёрной металлургии?
Для предприятий черной металлургии главные факторы — сырьевой (близость к сырью), и рынок сбыты (близость). Для предприятий цветной металлургии главный фактор — энергетический (близость к источникам дешевой электроэнергии — ГЭС).
От теории к практике
Нанесите на контурную карту страны, перечисленные в таблицах 17 и 18. Используя карты атласа, обозначьте в пределах данных стран месторождения руд, определяющих специализацию их металлургического производства.
Черная металлургия
В металлургический комплекс входят чёрная и цветная металлургия, охватывающая все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде чёрных, цветных металлов и их сплавов.
Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:
1) добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, получение необходимых концентратов);
2) получение чугуна, стали, проката чёрных и цветных металлов, труб и др.;
3) производство сплавов;
4) утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.
Выделяются следующие типы производства в металлургическом комплексе:
· производства полного цикла, представленные, как правило, комбинатами, в
которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса;
· производства неполного цикла – это предприятия, в которых
осуществляются не все стадии технологического процесса, например, в чёрной металлургии производятся только сталь и прокат, но отсутствует выпуск чугуна или производится только прокат. К неполному циклу относятся также электротермия ферросплавов, электрометаллургия и др.
Предприятия неполного цикла называются передельными и представлены отдельными подразделениями по производству литейного чугуна, стали или проката в составе крупных машиностроительных предприятий страны.
Металлургический комплекс – это фундамент машиностроения. Металлургия относится к числу базовых отраслей народного хозяйства и отличается высокой материалоёмкостью и капиталоёмкостью производства. Исключительно велико районообразующее значение металлургического комплекса в территориальной структуре народного хозяйства России.
Чёрной металлургия имеет следующие особенности сырьевой базы:
· относительно большое содержание полезного компонента в сырье (от 17 до 53 – 55%);
· многообразие видов сырья;
· различные условия добычи: как шахтная, так и открытая;
· использование руд, сложных по своему составу.
Размещение предприятий чёрной металлургии полного цикла зависит от сырья и топлива. В современных условиях все большее влияние на размещение отраслей металлургического комплекса оказывает научно – технический прогресс. Значительную роль в размещении металлургических мероприятий играет транспортный фактор. Кроме того, влияет развитие инфраструктуры, а именно обеспеченность района объектами производственной и социальной инфраструктуры, уровень их развития.
Таким образом, существует три варианта размещения предприятий чёрной металлургии полного цикла: вблизи источников сырья (Урал, Центр), вблизи источников топлива (Кузбасс), между источниками сырья и топлива (Череповец).
Большими объёмами производства отличается передельная металлургия, к которой относятся сталеплавильные, сталепрокатные и трубные заводы. Заводы передельной металлургии создаются в крупных центрах машиностроения, где потребности в металле определённых сортов достаточно велики.
Важнейшей проблемой сырьевой базы чёрной металлургии является её удалённость от потребителя, так как основное потребление черных металлов и сплавов осуществляется в европейской части России.
Металлургические базы России
На территории России выделяются три металлургические базы – Центральную, Уральскую и Сибирскую.
Уральская металлургическая база является самой крупной в России. На долю Уральской металлургии приходится 52 % чугуна, 56 % стали и более 52 % проката черных металлов от объемов, производимых в масштабах бывшего СССР. Урал пользуется привозным кузнецким углем. Собственная железорудная база истощена, поэтому значительная часть сырья ввозится из Казахстана (Соколовско - Сарбайское месторождение), Карелии, с Курской магнитной аномалии. На Урале есть крупнейшие центры чёрной металлургии (Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Новотроицк, Екатеринбург, Серов, Златоуст и др.) Сейчас 2/3 выплавки чугуна и стали приходится на Челябинскую и Оренбургскую области. Особое место занимает Магнитогорский металлургический комбинат. Он является самым крупным по выплавке чугуна и стали не только в России, но и в Европе.
Урал является одним из главных регионов производства стальных труб для нефте- и газопроводов. Крупнейшие его предприятия размещены в Челябинске, Первоуральске и Каменск – Уральске.
Центральная металлургическая база. Развитие чёрной металлургии в этом районе базируется на использовании крупнейших месторождений железных руд Курской магнитной аномалии (КМА) и на привозных коксующихся углях – донецком, печорском и кузнецком. Почти вся руда добывается открытым способом. Центральная металлургическая база включает крупные предприятия полного металлургического цикла: Новолипецкий металлургический комбинат
(г. Липецк), Новотульский завод (г. Тула), металлургический завод «Свободный Сокол» (г. Липецк), «Электросталь» под Москвой. Развита малая металлургия на крупных машиностроительных предприятиях. Введён в действие Оскольский электрометаллургический комбинат по прямому восстановлению железа (Белгородская область).
В зону влияния и территориальных связей Центра входит и металлургия Севера европейской части России, крупнейшим предприятием является Череповецкий металлургический комбинат (ОАО «Северсталь).
Металлургическая база Сибири находится в процессе формирования. На долю Сибири и Дальнего Востока приходится примерно пятая часть производимых в России чугуна и готового проката и 15 % стали.
Основой формирования Сибирской металлургической базы являются железные руды Горной Шории, Хакасии, Ангаро-Илимского железорудного бассейна, а топливной базой – Кузнецкий каменноугольный бассейн. Производство здесь представлено двумя крупными предприятиями чёрной металлургии: Кузнецким металлургическом комбинатом (г. Новокузнецк Кемеровской области) и Западно-Сибирским металлургическим комбинатом
(г. Новосибирск), а также ферросплавным заводом (г. Новокузнецк.). Получила развитие и передельная металлургия, представленная несколькими передельными заводами (Новосибирск, Гурьевск, Красноярск, Комсомольск-на-Амуре.).
На Дальнем Востоке перспективы развития чёрной металлургии связываются с формированием Южно-Якутского ТПК, в составе которого предполагается создание предприятий полного цикла.
Читайте также: