Цветная металлургия
Отраслевая структура
Технологические особенности
Экономические проблемы развития цветной металлургии
Цветная металлургия и экология
Факторы и принципы размещения предприятий цветной металлургии.
Отраслев структур цветн металлург.Отраслевая структура: 1. алюминиевая; 2. медная; 3. свинцово-цинковая; 4. никеле-кобальтовая; 5. титано-марганцевая; 6. вольфрамо-молибденовая; 7. оловянная; 8. сурьмяно-ртутная; 9. промышленность редких металлов и полупроводниковых материалов; 10. Промышленность драгоценных металлов и алмазов; 11. обработка цветных металлов, включая магний, алюминий, титан; производство вторичных цветных металлов; 13. электродная промышленность (производство угольных и графитных электродов). 14. Промышленность твердых сплавов, тугоплавких и жаропрочных металлов. 2. Технологические особенности. Технологические классификации: 1. основные цветные металлы. А) тяжелые Cu, Zn, Ni, Pb, олово. Б) легкие Al, Mg, Ti, Na, K. В) малые (очень ядовитые, вредные) - висмут, кадмий, сурьма, As, Co, Hg. 2. Летучие (используются в черной металлургии) – вольфрам, ванадий, молибден. 3. Благородные Au, Ag, Pt, осмий, палладий, рутений, оробелий, бериллий, (8я группа). 4. Редкие и рассеянные: цирконий, галлий, германий, селен, индий. Главной технологической особенностью является нужное содержание полезного компонента в руде до 1%. Для 1 тонны Сu – 100 тонн руды 1 т никеля – 200 т руды 1 т олово – 300 т руды.
При обогащении соединения Ме заводят до 8-10%. В медной промышленности добыча и обогащение составляют 70-80% себестоимости, в свинцовой – 75-85%. Массовое потребление воды. На 1 т полиметаллических руд – 8-10 м3 воды, на 1 т Cu и Ni – 15-20 м3. Ориентация обогатительных фабрик на сырье и воду. Исключения: высокогорный рельеф. На несколько мелких месторождений приходится 1 фабрика. Важнейший технологический и экологический признак: Комбинирование по технологическим стадиям идет в связи с тем, что почти любая руда содержит несколько компонентов. Почти во всех рудах содержится никель, барий, компоненты полезны. Это как правило сульфидные месторождения. Топливоемкость – 1 т Ni – 50-55 т условного топлива, для производства глинозема 11, 5 тонн, 1 т. цинка – 2-3 т, 1. т Cu – 1.5 – 3,5 т.Электроемкость 1 т Al – 17-18 т кВт*ч электроэнергии
1 т Mg – 18 -20 т 1 т Ti – 20-60 т 1 т Cu – 30-50 т Для затрат на топливо и энергию от 8 до 10%, до 50-65% себестоимости. Производство Cu:Перед плавкой тонкоизмельченная руда обогащается, образуются концентраты медного цинкового пирита, легкие камни вымываются. Концентрат Cu cодержит 80% Cu. Печи аналогичные доменным, но меньше. В медных рудах много железа. Cu + S – сплав штейн; отстаивание штейна – плавка в отражательную горизонтальную мартенову (это удлиненная нить), объем 3 т м3, высота 20м или электрическая.После удаления шлака, черновую Cu с небольшой примесью окиси меди отправляют на электролитическое рафинирование – чистая медь. Для бедных руд используется гидролитический процесс.Медные сплавы: бронза – латунь это Cu+Zn (до 50%), если Zn до 10%, то это Тоннак. Бронзы: Cu + олово, и не только, так же может быть бериллий.
Мельхиор (напоминает серебро) Cu+Ni+Co; Копель Cu + Ni + Co + Mn +Zn. Производство Mg – легкий металл, по тугоплавкости – средний, слишком прочное соединение, обычно связан с остатком угольной или серной кислоты, окись Mg. Пиллометаллургическим методом металл получить невозможно.
Получается в результате реакции замещения 3MgO + 2 Al = Al2O3 + 2 Mg Нагреть, расплавить, соединить с готовым, произведенным более дешевым металлом (алюминием), он его вытесняет. Метод называется металлометрия или алюминетермия. Этим методом получают магний, титан, цинк, цирконий. Алюминий получается методом электролиза глинозема, очень энергоемкое производство, дорогостоящее. Глинозем расплавляют в криолите (92-94% криолита расплавленного, 6-8% глинозема).
Анодом служат угольные блоки.Производство Al: При температуре=950 градусов происходит расплав. Криолит в химическом процессе ведет себя нейтрально, а глинозем разлагается, соединяется с углем, а чистый Al – прилегает к ванне (выделка из стали) 2Al2O3+3C= 3CO2+4Al Ток до 150 тыс. Ампер нужен, чтобы разрушать связи в Al2O3. U=IR U=4-5 вольт, I=150 тыс. Ампер. При этом получается рафинированный, очень высокой частоты Al 99,97%. Разработка вторичного электролиза позволяет довести до 99,9865%. Электролизный цех. Железные ванны выкладываются огнеупорным кирпичом, внутри углевые блоки. 3. Экономические проблемы развития цветной металлургии. Материалоемкость, топливоемкость, электроемкость. Ориентация производства олова: легко выплавляется из коосерита. 100 т руды – 1 т коосерита. 300 т руды – 1 т олова Новосибирск, Подольск – заводы по производству олова. Цветная металлургия – рентабельна, за исключение медной промышленности (добыча, черновая медь). В начале 80х гг. главным экспортером Cu стали Эстония, так как были большие запасы вторичного сырья. Главный принцип организации: комбинирование по комплексному использованию сырья, по сочетанию производств.Отходы утилизируются, шлаки используют в производстве строительных материалов. Но многие отходы являются токсичными.4. Цветная металлургия и экология
В широких количествах Al, K, Na, Zn, Mg, Se необходимы для человека. 5. Факторы и принципы размещения предприятий цветной металлургии. Главный фактор – экологическая целесообразность.
Замбия, Зимбабве – медные республики, производится черновая медь, но концентрированную медь везут в США – политические факторы. Водоемкость – медь возле Валхаша. Исторические: 2 олов. Завода из стратегических соображений. На основе закономерностей, факторов и условий не везде строят заводы. Принципы. Тяжелые металлы – сырье; легкие металлы – на дешевую электроэнергию; металлы с высокой топливоемкостью – на топливо. Производство олова – ориентация на потребителя (на электрозаводы, паять платы в крупных городах).