Шойын және болаттың химиялық құрамдары

Қорытпа	Құрамы, %
	C	Si	Mn	P	S
Шойын	4,5	0,6	0,5	0,3	0,05
Болат	0,3	0,2	0,5	0,04	0,03

Үшінші айырмашылығы өндірістің периодтылығы, металлургиялық агрегатқа (пеш, конвертор) шойыннның және басқа материалдардың белгілі мөлшерін бергеннен кейін шойынды болатқа өңдей бастайды. Қажетті көлемдегі тотығу процестерінің жүруіне қажетті уақыт өткен соң дайын болатты пештен шығарады. Содан кейін ғана кезекті балқытуды бастайды.

Конверторда болат қорытудың өзіндік ерекшелігіне қарамастан, мартендік және электрлік пештерде жүретін негізгі химиялық процестердің сипаты және технологиясының элементі осы үш агрегатта бірдей болып келеді.

Болаттардың жіктелуі:

Қара металлургияда механикалық, электрлік, магниттік қасиеттері әртүрлі химиялық әсерлерге және температураға төзімді болаттың түрлерін өндіреді.

Болатты келесі қасиеттері бойынша жіктейді:

1.Өндіру тәсілі бойынша: конвертерлі, мартендік, электродоғалық, вакуумды-индукциондық.

2.Тотығу дәрежесі бойынша: тыныш, жартылай тыныш, қайнағыш (көміртегі болатты құймаларға құйып жатқан кезде де жана беретін).

3.Сапасы бойынша (фосфор мен күкірт концентрациясы бойынша): қалыпты (S және Р құрамы 0,06%-ке дейін), сапалы және жоғарғы сапалы (S және Р 0,03%-тен аз).

4.Химиялық құрамы бойынша: көміртекті және легерленген.

5. Қолданылу бағыты бойынша: конструкциондық (C 0,06%-тен аз), құралдық (0,7 – 1,5% С) және арнайы белгіленген болаттар: рессорлы – пружиналы, подшипникті, штампты, ыстыққа төзімді және ыстыққа шыдамды т. б.

Тиімді болу үшін болат маркасын ГОСТ бойынша қолдану қойылған. Мысалы: Ст3 деген – болат қалыпты, конструкционды, көміртегі құрамы 0,3%; У12А – болат көміртекті, 1,2% С, сапалы.

Болатты легерлеуші элементтер орыс алфабитінің әріптерімен анықталады, мысалы: Ni – H, Cr – X, Co – K, Mn - Г, Si – C, W – B, Ti – T, V - Ф, Al - Ю, Cu – D. Әріптердің алдындағы сан көміртегінің жүздік үлес пайыздағы мөлшерін көрсетеді; әріп соңындағы сан – элементтің пайыздық құрамын көрсетеді. Мысалы 8Х22Н6Т маркалы болатта С- 0,08%; Cr – 22%; Ni- 6%; Ti- 1% дегенді көрсетеді.

Ферроқорытпалар өндірісі. Ферроқорытпа дегеніміз легерлеуші элементтер немесе тотықтырушы элементтерден тұратын темір балқымасы. Оларды техникада қолдану болат өндірісіне тиімді және қолайлы, таза элементке қарағанда біріншіден ферроқорытпалардың балқу температурасы төмен. Екіншіден ферроқорытпалар таза металға қарағанда көп арзан және тікелей кеннен алынады.

Легерлеуші металдар кенде немесе концентратта тотық түрінде болатындықтан, ферроқорытпаны алу үшін тотықтырылған берілген элементтің ерітіндісін балқыған темірмен қосу керек. Ақырғы жағдай процестің тиімділігін арттырады - тотығу процесін тездетеді.

Қазіргі кезде ферробалқымаларды алудың негізгі екі электротермиялық және металлотермиялық тәсілі бар.

Электротермиялық процессте балқыманы үздіксіз жұмыс істейтін күшті доғалы кендік тотықсыздағыш пешке (сурет 10.4) кіргізеді. Белгілі мөлшердегі шихталық материал пешке салынады: 2–4 сағаттан кейін балқыма мен шлак ковшқа түседі. Ферроқорытпалық пештегі шихтаны қыздыру кезінде пеш көмір электроды мен метал ванна арасында туындайтын электрлік доға жылумен жүреді. Бұндай пештерде доға шихтаның ішінде жанады, сондықтан оларды жабық деп атайды. Электротермиялық процесте тотықтырғыш көміртегі болып табылады.

Металлургияда ферроқорытпалардың әртүрлі түрлерін өндіреді: феррованадий, ферровольфрам, ферромолибден, феррониобий, ферросиликомарганец, ферросиликохром, силикокальций т. б.

Бұл ферроқорытпаларды тоқтамай жұмыс істейтін электрлідоғалы пеште алады. Кремний, марганец, хром қиын тотығатын металдарға жатады, сондықтан процесс үлкен температурада жүреді. ҒеSі өндірісінде пештегі температура 1700⁰С-ге жетеді. Бұндай жағдайда тотығу дәрежесі SiO₂-98%; FeO-99% Al₂O₃ 10-55%; P₂O₅-100% құрайды. Тотыққан кремний және темір балқымаға толығымен өтеді, ал алюминий, кальций, фосфор – жартылай (жартысы буланып кетеді).

Көміртексіз ферроқорытпа алу үшін металлотермиялық тәсіл қолданылады. Бұндай жағдайда тотықтырғыш ролін кремний, алюминий және олардың қосылыстары атқарады. Осы тәсілмен ферроқорытпа өндірісінде процесс балқығыш горнда жүреді. Кремний және алюминий тотығуынан процеске жылу беріледі.

Сурет 10.4. Үшфазалы болатбалқытатын электрлік пештің схемасы: 1- қалып; 2- алынатын енгізу тесігі; 3 – люлька (цилиндрлік беткі қабат); 4- енгізушінің иілуі, көтеруі және бұрылуына арналған механизм; 5- электродтар; 6- электродты ұстағыштар; 7- құмды қақпақ; 8,9- шихта салынатын тесік; 10,11,12- пештің қаптамасы.

Металлотермиялық процесте жақсы жетістіктерге жету үшін тотықтырылған метал мен тотықты фазаның толық бөлінуіне жететін реакциялық аймақтағы температура болып табылады, мұнда реакция өнімдері тотықсызданған металл (қорытпа) және тотықты (шлактық) фаза. Балқымадағы өзара әрекеттесу тотықсыздану процестерін аяғына дейін жүргізіп қана қоймай, сонымен бірге соңынан металл мен шлактың жақсы бөлінуіне де көмектеседі.

Алюминий алуға қажетті шикізатты өңдеудің технологиялық схемасы.

Кендік қор. Алюминий – жер қабатында оң көп таралған металл, оның жер қыртысындағы мөлшері 8,8% құрайды. Бірақ алюминийдің көп мөлшері әр түрлі минералдардың құрамдарында кездеседі (250 жуық). Көптеген минералдардың құрамында алюминий концентрациясы аз болғандықтан оларды өңдеу тиімсіз.

Өндірістік маңыздылығы бар корунд – Аl₂О₃, бемит - АlООН, нефелин - (Nа,К)₂О·Аl₂О₃·2SiО₂, гибсит - Аl(ОН)₃, каолинит - Аl₂О₃·2SiО₂·2Н₂О.

Алюминий өндіру үшін негізгі кендік шикізат боксит болып табылады. Темірдің кен орнымен салыстырғанда бокситті кен орындары аз және өлшемі кішірек. Ресейде алюминийді нефелиндерден де алады. 11.1 кестеде кейбір боксит және нефелин түрлерінің құрамы берілген, %.

Кесте 11.1

Кен	Al2O3	SiO2	Fe2O3	Nа2O+К2O	CaO
Бай боксит	60,0	1,6	11,0	-	4,0
Кедей боксит	44,5	13,0	16,7	-	4,0
Нефелин	27,3	40,3	5,2	11,9	1,6

Алюминий оксиді балқитындықтан, алдымен Аl₂О₃ бос жыныстан бөліп, одан соң сазбалшықты электролиттен тотықсыздандырамыз.

Бокситтер қиын байытылады, сондықтан өңдеу процесі химиялық байытудан немесе Аl₂О₃ алудан басталады.

Мысты алудың технологиялық схемасы.

Кендік база. Жер қыртысында таралуы бойынша мыс 22-ші орынды алады, құрамы -0,01% ( темір 5% көбірек). Мыс тотықтар түрінде CuO және СuО₂ болатын кендер аз мөлшерде кездеседі; табиғи таза мыс өте сирек кездеседі. Табиғаттағы мыс кендерінің негізгі мөлшері сульфидті минералдар түрінде болады: CuFeS₂, CuS, Cu₂S. Мыс кендерінің бір ерекшеліктері олардың жинақталып орналасуы - кендерде мыстан басқа Fe, Zn, Ni, Pb болады, сонымен қатар аз мөлшерде асыл және сирек металдар кездеседі: Ag, Au, Se, Te және т.б. Қосымша элементтерді бөліп алу мыс өндірісін одан әрі рентабельді жасайды.

Кендерді механикалық байыту. Сульфидті кендік минералдар нашар ылғалданатын топқа жатады, ал бос қалдық тотықтары - жақсы ылғалданады. Осындай ерекшеліктерінің арқасында сульфидті мыс кендері флотация әдісімен жақсы байытылады. Кейбір өндірістерде комплексті мысты кендерден мыстан басқа мырышты, қорғасынды, никельді, молибденді концентраттарды ала байыту әдістерінің схемалары жасалған.

Қорғасын өндірісі. Кендер және олардың дайындау. Металлургиялық өңдеуге көбінесе сульфидті кендерді алады. Олардың құрамында қоспа металдар өте көп: As , Cd , Sn , Co , Mo , , In , Ge , Ta , Au , Ag. Бұл кендер флотациялық әдіспен жақсы байытылады. Алынған концентраттың құрамында, %: 50-70% Pb , 12-14% Zn , 1.4% Cu , 3-7% Fe , 15-20% S болады.

Металдық қорғасынды алудың негізгі әдісі тотықсыздандырып балқыту. Ол шахталыпеште жүреді. Балқытудың алдында концентраттар агломерацияға түседі. Агломерацияны тек кесектеу үшін ғана емес қорғасын сульфидін тотықтыру үшін де қолданады.

Мырыш өндірісі . Метлдық өңдеуге мұнда да көбінесе сульфидті кендер алынады. Олар: мысты-қорғасынды-мырышты; мысты-мырышты; қорғасынды-мырышты кендер. Флотациялық бйытудан алынған концентраттың құрамы, %: Zn -48-60, Pb -1,5-2,5, Cu -0,3, Fe -3-10, S -30-38, сонымен қатар, Аg , Au , Hg , Ga , Te , Se , Tl.

Сульфидті шикізатты автогендік әдістермен өңдеудің техникасы және технологиясы (ӨБ, СВБ, КИВЦЭТ , ОФБ және т.б.).

Көптеген елдерде ауа бассейнін тазарту мәселелеріне байланысты металлургияда шағылдырғыш пештерді ары қарай қолданбау туралы сұрақ туды. Күкірт ангидридінен газдарды тазартудың арзан процестерін өңдей отырып, күкіртке бай өнімдерін алу және процестің техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартатын жаңаша металлургиялық процестер дүниеге келді. Зерттеуді нәтижесінде қазіргі кезде көп елдерде сульфидті концентраттарды өлшенді күйде қыздырылған ауамен балқытатын және үздіксіз жұмыс істеу нәтижесінде концентраттардан тікелей қара мыс алатын пештер жұмыс істеуде.

Автогендік (отынды шығындамайтын) балқыту әдістері сульфидті мыс шикізатын балқытуға қолданылады. Бұл жаңа процес кинетикалық факторларға ғана емес, сонымен бірге масса- және жылу алмасу шарттарына да негізделген. Автогендік балқыту сульфидтердің тотығу реакцияларының жылулық әсерін макроаймаққа жинап қолдануға және шлак түзілу процесін тездетіп, соның нәтижесінде шихтаның балқу жылдамдығын арттыруға мүмкіндік береді. Шихтаны балқытуға қажетті жылуды беретін негізгі реакциялар пирит пен халькопириттің кремнезем қатысында тотығуы:

2FeS₂+5O₂+SiO₂=2FeO·SiO₂+4SO₂

2CuFeS₂ +4O₂+SiO₂=2FeO·SiO₂+Cu₂S+3SO₂.

Жылулық әсерді қоса санағандағы жоғарыдағы реакциялардың жылулық есептерінен техникалық оттегін қолданған жағдайда процесс отынның шығынынсыз жүретінін көреміз, себебі бөлінген жылу отынның барлық шығынын жауып және балқыту өнімдерін олардың балқу температураларынан асыра қыздырады.

20% халькопирит және 70% пирит бар концентратты балқытқан кезде ауаны 500⁰С дейін қыздыру, ал 50% пирит және 40% халькопириті бар концентратты 670⁰С дейін қыздыру жетіп жатыр. Шихтада сульфидтер аз болған сайын қыздыру температурасы жоғарылайды. Қарастырылып отырған балқытуда десульфуризация дәрежесі пешке үрленген ауа мөлшерімен реттеледі және ол 85-90% құрайды.

Автогендік процестердің түрлеріне өлшенді күйдегі балқыту (ӨБ), оттекті-өлшенді балқыту (ОӨБ), қыздырылған ауамен үрлеу (фин балқытуы), оттекті-факельді балқыту (ОФБ – немесе канадалық), сұйық ваннада балқыту (СВБ), КИВЦЭТ (КИВЦЭТ-ЦС), УОРКА процесі, Норанда процессі, Мицубиси процесі және конверторда балқыту жатады.

Алтын өндірісі. Шикізат базасы. Табиғатта алтынның екі түрлі кенорны бар:

кендік,онда алтын кварц немесе сульфид түрінде, және шашыранды,атмосфералық қысым әсерінен кендік жыныстар бұзылып, өзен бойында жаңа кенорнын түзеді. Бұл кен орындарында алтын таза күйде болады, бірақ олқұммен немесе топырақпен араласып жатады. Рентабельді кен деп, 3-5 г/т алтынды атайды. (0.0003-0.0005%). Қалыпты жағдайда алтын таза күйінде болады (басқа элементтермен химиялық қосылыстар түзбейді), бірақ құрамында әрқашан металл болады: күміс (1-10%), мыс (0,2% көп емес), темір(1% дейін). Мыстық-никельді кенорндарындарында алтынпаладий, родий, платинамен болады. Алтынның негізгі үлесі 75-90%. Шашыранды кенорындарда және алтынның негізгі кендегі мөлшері 2-ден 0,001 мм-ге дейін барады.

Алтын өндірудің басқа көзі болып мыс, никелль, қорғасын және т.б. металлургиясының рафинирленген өндірісінің қалдығы болып табылады.

Технологиялық сызба. Қазіргі алтын өндіретін фабрикаларда алтынды кеннен алудын негізгі түрі цианидттеу болып табылады, бұл дегеніміз оны цианидтік ерітіндіде алтыны бар ертіндіге және бос жынысқа бөлу.Бірақ көп жағдайда алтыны бар кенде ұсақ бөлшектермен қатар үлкен бөлшектер кездеседі – 0,2 мм. Алтынның үлкен бөлшектері цианидтік ертіндіде ақырын ериді, ал бұл оның алыну үлесін азайтады. Бұл жағдайда технологиялық схемаға алтынның үлкен бөлшектерін алуға арналған қосымша операция енгізіледі: гравитациялық байыту және алынатын концентраттың амальгациясы.

Кеннің механикалық байытуы. Шашыранды кенорыннан алынған кенді сумен шайады, ал кендік кенді ең кіші алтын болшегіне сәйкестендіріп ұсақтап, ұнтақтайды. (кейде 0,043 мм. дейін).

Алтын (18-19 г/см³) мен бос жыныстың (2,6 г/см³) тығыздығының әр түрлілігі нәтижесінде гравитациялық әдіспен байыту нәтижелі болып отыр. Гравитациялық байытудың ең қарапайым құрылғысы шлюз болып табылады.Ол қисық жазық – лоток, және оған көлденең орналасқан пластина болып табылады. Алдын ала шайылған кенді лотоктың жоғарғы қабатына көтеріледі. Астыға қарай аққан су ағыны үсақ құм және топырақ бөлшектерін алып кетеді, ал ауыр минералдармен алтын – шлихи – көлденең пластиналармен ұсталып қалады. Алтынның шлюзде алынуы шамамен 40-50%. Алтыны бар кенді байыту үшін, шлюзден басқа да көптеген гравитациялық байыту аппараттары қолданады: концентрациялық столдар, отсадочная машина, гидроциклондар

Уран өндірісі. Уранның 200 минерал түрі бар.Оксид тобының маңызды минералдарына уранит – UO₂, және настуран (уран смоласы) – U₃O₈ жатады. Уран кені кедей – 0,005-0,5% U₃O₈. Байытудын механикалық түрі жақсы нәтиже бермейді.

Химиялық концентраттың алынуы. Уранды кеннен алуда, әдетте, минералдық қышқыл немесе сода ертінділерімен ертінділеу қолданылады. Кейде кенді алдымен органикалық қосылыстардан, мышьяк, күкірт, CO ₂, карбонаттардан айыру үшін күйдіреді.

Қышқылдармен ертінділеуді ( күкіртті, азотты немесе олардың қоспасы) CaO, MgO аз рудаларға қолданылады. Күкіртті қышқылдық ертінділерде уран анион түрінде болады. Сода ертіндісімен ертінділегенде еритін тұз түзіледі:

UO₃+3Na₂CO₃+H₂O=Na₄[UO₂(CO₃)₃] p-p+2NaOH.

Уранды ертіндіден алу үшін әдетте сорбцияны қолданады.Уранды смоладан десорбциялау амони нитраты арқылы жүзеге асады. Уранды ертіндіден бөліп алу аммиак қосу арқылы алады – амони диуранит тұнба боп түседі. Ертіндіден алынған тұнбаны қыздырғанда химиялық концентрат алынады.

Металдық уран алу. Өндірістік практикада металдықуранды UO₃-тен емес, UF₄-тен алған жөн. Ол былай алынады:

UO₃+H₂=UO₂+H₂O 450-600ºС-да,

UO₂+4HF=UF₄+2H₂O 450-500ºС.

Бұл процестерді трубкалық пеште немесе КС пешінде жүргізеді. Алынған UF₄-те қоспаның үлесі мыңнан бір пайыз құрайды.Тотықсыздандырудың кальциетермиялық түрі кеңінен қолданады:

UF₄+2Ca=U+2CaF₂

Шығарылатын жылу реакцианың өздігінен өтуіне және уранды қыздыруға және шлактың балқуына (1450ºС) жетеді. Тотықсызданыруды тоттанбайтын болат тигльде жасайды, ішінен CaF₂-пен футерленген. Электрлік ұшқын немесе запалдық қоспа (Mg+H₂O₂) арқылы тұтандырады. Бұл әдіспен уранның 100кг құймасына дейін алады.

Сурет15.2. Уран балқытатын вакумдық индукциондық пештің сызбасы: 1 – тигель қақпағы; 2 – графиттік тигель; 3 – тығын; 4 – циркон оксидінен экран; 5 – құймақалыптың жоғарғы бөлігі; 6 – рычагтық беріліс; 7 – құймақалыптың төменгі бөлігі; 8 – индуктор.

Жоғарыда айтылғандарға қарағанда магниттермиялық тотықсыздарудың біршама артықшылығы бар. Процесті болатты тигельде жүргізеді (15.2 сурет).

Герметикалық жабылған тигельді пешке орналастырады, 600-700ºС дейін қыздырғанда 1 минутта бітетін реакция жүреді.Алынған уран құймасы суығаннан кейін шлактан оңай болінеді.

Металлургиялық өнеркәсіптің схемасы. Өнер кәсіптің түрлері. Металлургиялық өнер кәсіптің қосымша қызметтері.

Өткен ғасырдың басында машина жасау, автомобиль және теміржол транспорты, авиация және темір жол техникасының дамуымен жаңа материалдар – металдар мен балқымалар керек болды. Содан бері химиялық технологияның жетістігіне қарамастан, әрдайым жаңа синтетикалық материялдар беретін, ағаштан, тастан, пластмассадан және басқа қатты денеден өзгеше қасиеті бар, металлургиялық өндіріс тез өсіп келеді.

Металлургия саласын химиялық технологиямен шектеп, оның бастауын металлургиялық заводқа шикізат әкелуі деп, ал аяғы – рафинирленген метал немесе құйма түріндегі сорттық балқыма, түйіршіктер, бөлшектер, немесе стандарт түріндегі ұнтақ (ұлкендігі) деп санау керек.Бірақ тәжірибеде металлургиялық сала бұнымен шектелмейді.Кенді жеткізер алдында оны жер қойнауынан тауып, жер бетіне шығарып, өңдеу керек. Геология және тау жұмысы бөлек сала болғанымен, олардың шекарасы бірге дамуына қарайды.

Кенді өңдеу алдында оны бос жыныстан айыру үшін үгітеді, ұнтақтайды және байытады. Осыдан алынған концентраттарды кейде есектеген жөн – жабыстыру , брикеттеу немесе басқа әдіспен үлкейту. Металды балқыту алдын ала руданы қиын өңдеуін талап етеді, шикізаттың агрегаттық және химиялық күйін өзгерту.

Әрдайым металды балқыту біздің планетамыздың шикізат қорының бітуіне әкеледі, енді қазір басты мәселе болып кеннің экономдық, комплекстік қолдану болып отыр – олардан барлық бағалы заттарды алу. Бұндағы жолшыбай және комекші өңдеу металдың алу технологиясын қиындатады.

Металлургиялық қалдық кедей шикізатта әсіресе көп. Оларды қоршаған ортаны ластамайтын күйінде шығару керек – атмосфераны (газдар), жерді (қатты қалдықтар), суды (шламдар, өндірістік су). Бұл үшін қосымша өңдеу керек, өндірісті байқарлықтай қиындататын және қымбаттатын.

Дайын, қоспалардан тазартылған металды қысыммен өңдейді – соққылау, штамповка, қаңылтыр, сым, профильдік бұйым жасау үшін илектеу, немесе басқа элементтермен балқытып, стандартты түрде құйма немесе жартылай фабрикат балқымалар алады.

Әр металлургиялық организация жақсы дамыған энергетикалық базасыз, күшті транспорттарсыз, су және адам ресурстарысыз мүмкін емес.

Одан басқа металлургияны дамыту үшін техниканы ауыстырып, жаңа технология енгізу керек, еңбек өндірісін, өнім сапасын жоғарылату керек – мұның бәрі әр переделда ғылыми, технико-экономикалық анализді қажет етеді.

Ғылыми-негізделген, механикаландырылған және автоматтандырылған өзгерістерді түсті және қара металлургияда енгізу, шығынды азайту және металдың сапасы мен өндіріс тиімділігін көтеру, сонымен қатар қоршаған ортаны ластайтын өндіріс қалдықтарын жою – бұл маңызды талаптарға барлық мметаллургиялық кәсіп орындар бағынады.

Егер XVIII ғасырда металлургия аз өндірілетін, қол еңбегі болса, қазір өндірістің жанжақты механикаландырылған және автоматтандырылғанын, электроэнергияның және химиялық реагенттердің, отыннын көп шығынын талап ететін, өндірістің үлкен қиын саласы.

Бірнеше ғасыр аралығында өндірістің дамуы, оның ішінде металлургияның да, белгілі өндірістік зоналарда өндірістік единициялық күшін және концентрациясын көбейту жолымен жүрді. Бұл экономикалық көрсеткіштің жоғарғы көрсеткіштеріне жетуіне көмек берді. Металлургиялық өндірістің шоғырлануы КСРО металлургиясына тән болды.Өткен ғасырдың 30-50 жылдарында қазіргі Россия территориясында металлургиялық комбинаттар салынып, қазір де болат өндірудің жылдық өнімі 4-8 млн. тонна беретін комбинат боп қалып отыр: Магнитогорский, Кузнецкий, Нижне-Тагильский, Череповецкий, Заподно-Сибирский, Липецкий, және т.б., ал Қазақстанда «Испат-Карметкомбинат» (Теміртау) жұмыс жасайды.

Отанымыздың түсті металлургиясына, негізінен кедей кендерді өңдейтін, тау байыту және металлургияның өз өнер кәсібінің арасындағы тығыз байланыс тән. Олар негізінен бір өнер кәсіп комплексін береді. Түсті металлургияның негізгі құрылымы тау кен металлургиялық комбинаттары болып табылады.

Сондықтан металлургиялық комбинаттар күрделі ұйымдастырушы құрылымы бар және құрылымдары арасынта тығыз байланыс орнаған жүйе болып келеді.

16.2 суретте аяқталған металлургиялық циклді (болаттан рельстер, балкалар, қаңылтырлар құйма бұйымдарын шығаратын) негізгі металлургиялық сатылары мен жеке цехтарының арасындағы байланыстар көрсетілген.

Сурет 16.1. Аяқталған металлургиялық циклді металлургиялық комбинаттың құрылымы: І- домналық цехты шикізатпен қамтамасыз етуші өнеркәсіп топтары; ІІ – Негізгі металлургиялық цехтар; ІІІ – қосымша цехтар.

Әрбір металлургиялық өндірісті жетілген энергетикалық базасыз, қуатты транспорттық құралдарсыз және су адам ресурстарынсыз ұйымдастыру мүмкін емес. Сондай-ақ өндіріс шикізат көзіне жақын болуы немесе шикізатпен үздіксіз қамтамасыз етіліп отыруы қажет және сол әкелінген шикізатты металлургиялық өңдеуге дайындайтын қосымша цехтар қажет. Кендерді комплексті өңдеу қосымша және қосалқы қызметті талап етеді. Бұдан басқа металлургиялық өндірістердің қалдықтары, әсіресе кедей кендерді өңдегенде орасан зор болады. Оларды қоршаған ортаға зияны келмейтіндей етіп жіберу де қосымша қызметтерді талап етеді. Сонымен бірге металлургиялық агрегаттарды жөндеу жұмыстарына қажетті жабдықтарсыз (отқа төзімді материалдар, болат бұйымдар және т.б.) жұмыс істеу де мүмкін емес.

Жоғарыда айтылған жер қойнауынан құрамында металл бар кенді қазып алудан бастап металды таза күйінде бөліп алуға дейінгі өңдеудің сатыларына қажетті барлық қызмет түрлерін қоса алғанда металлургиялық өндірістердің көлемі орасан зор сала екенін білдіреді. Жүргізілетін жұмыстардың барлығының ортақ мақсаты тұтынушы талабына сай сапалы өнім алу. Осы мақсатқа жету үшін металлургиялық өндірістердің жаңа технологияны зерттеп техникалық-экономикалық талдау жасайтын, техниканы жаңартуға және жаңа технологияны ендіруге ұсыныс джасайтын ғылыми техникалық зерттеу бөлімі де болуы қажет.

Қорыта келгенде егер XVIII ғасырда металлургия өнімділігі аз қол еңбегі болса, бүгінде ол жан-жақты өндірісті механикаландыруды да автоматтандыруды да талап ететін, отын, энергетика және химиялық реагенттерді орасан зор көлемде тұтынатын өндірстің ең ірі саласы болып отыр.

Космостық металлургия. Орбитальдық космостық станцияларда жүргізілетін зерттеулер «космостық металлургияны» құруға - жерде алу жолдары күрделі немесе алынуы мүмкін емес ерекше қасиеті бар металдар мен қорытпаларды алу техналогиясын жасау мүмкіндігі бар екенін көрсетеді.

Космостық кеңістіктің өзіндік қасиеттері - неорганикалық көлемдегі жоғарғы вакуум (10^-10-10^-13), гравитация деңгейінің төмендігі (10^-6-10^-9), шу мен вибрацияның төменгі деңгейде болуы, күн сәулеленудің табиғи спектрі - арнайы материалдар мен бұйымдарды өндіру үшін қолайлы жағдайлар жасайды. Бұлар жартылай өткізгіштер, шынылар, композиттер, газдар мен қоспалардың біртекті немесе тапсырылған, жетілдірілген құрылымы бар, кемшілігі аз - ерекше немесе жақсартылған сипаты бар кристалдар.

Қазіргі кезде металлургияның келесі бағыттарында космостық кеңістікті қолдану маңызды болып отыр.

Қорытпаларды контейнерсіз балқыту - бұл жағдайда металды отқа төзімді материалмен (тигельмен) жанастырмай өлшенді күйдк балқытып, суытып және кристаллдау металды жоғары тазалықта алуға мүмкіндік береді. Бұл әдіспен балқыту кезінде металл көлемі арнайы электромагниттік жүйе арқылы жылытқыш құрылғы ішінде сақталады.

Металдар мен қорытпаларды құю. Металдарды жер жағдайында балқытқанда тығыздығы аз металдар жоғарғы ығысады. Бұл біртекті құрылымды алуға кедергі келтіреді. Салмақсыздық жағдайында балқығыштық және конвекция болмайды, осының нәтижесінде құйманы ішкі ақаусыз алуға болады: ликвациясыз, кристалдық тордың және ішкі керенудің кемшілігінсіз. Металл қатқан кезде басқа құбылыстарды пайдалануға болады; жылулық конвекциясыз радиациялық суытуды бақылау, сұйық металда ұнтақтәрізді немесе волокналы материалдардың тегіс таралуы жолымен кристалдану орталықтарын тудыруды бақылау.

Салмақсыздық жағдайында біртекті құрылымды қалың қабатты сфера алу мүмкіндігі бар. Бірнеше молекулааралық қашықтық шегінде қабырғалары критикалық қалыңдықта болатын қалыңқабырғалы толық сфераларды жер жағдайында құю мүмкін емес.

Салмақсыздық жағдайында электрондық және оптикалық техникасы сияқты бірқатар материалдарды жерде алынған сипаттамасынан жақсартылған күйінде алудың принципиалдық мүмкіндігі дәлелдеген.

Ішкі күштердің жоқ болуы кезінде сұйықтардың механикалық қасиеттері тек қана беттік тартылыс күші (деформациялайтын күштер) мен осы деформацияға кедергі жасайтын молекулааралық өзара әрекеттесу күштерінің (тұтқырлық) байланысымен анықталады.

Космосқа балқыту құрылғыларын және металдарды апаруға кететін шығын мөлшері жер жағдайында терең вакуум құру мен жерде алынбайтын қасиеттері бар материалдар мен бұйымдарды алуға кететін шығындардың орнын толтырады.

«Биометаллургия». Табиғатта түсті металдардың сульфидтері мен басқа да қосылыстарын тотықтырып еритін түрге айналдыратын бактериялар бар. Бактериялардың бұл қасиеттерін кендерден металдарды бөліп алу үшін қолданған дұрысырақ болады. Әсіресе «биометаллургияны» жұмысы тиімді болмайтын шахталарда кендерден металдарды бөліп алу үшін пайдаланған қолайлы.

Тәжірибе нәтижелері бойынша халькопериттен мысты бактерия көмегімен ерітіп бөлсек, онда процес химиялық жолға қарағанда 100 есе тез жүреді. Бұл әдістің тиімділігі шетелдің тәжірибелік жұмыстарымен дәлелденген. Сонымен қатар микроорганизмдер бос жынысты кендердің қалдықтарын қайта өңдеу үшін де қолданады. Бактерия көмегімен келесі металдардың кендік миниралдарын өңдеуге болады - титан, аллюминий, мырыш, кобальт, алтын, уран, германий.

Микроорганизмдерді (бактерияларды) өсіру үшін арнайы инкубаторлар дайындайды, онда арнайы жағдайларда олардың көбейуі жүреді. Сонымен бірге микроорганизмдер мен штаммдарды концентрациясы жоғары тұздарда, төменгі температурада тіршілік етуі активті болатындай етіп шығару да ескеріледі.

Гидрометаллургияда микробтарды қолдану оны көптеген металдардың кедей кендерінен металдарды бөліп алу тәсілінің ең арзан және тиімді әдісі етіп көрсетеді.

Металлургиялық өндірістердің өндірістік суларын тереңдете тазалауға биотехнологияны қолдану көп қызығушылықтар туғызады.

«Екінші ретті» қосымша шикізатан металдарды өндіру. Кендерден металдарды өндіру бірінші ретті деп аталады. Бірақ соңғы кезде дамыған елдерде әрдайым металдық сүймен (лом) мен металлургиялық өндірістің қалдықтарын қайта өңдеу нәтижесінде алынатын металдар үлесі бірте-бірте көбеюде.

Екінші ретті шикізаттардан металдарды өндіру тек арзан болып қана қоймайды, сонымен қатар әлі де шығындалмаған кендерді үнемдеуге және қоршаған ортаны ластауды төмендетуге да мүмкіндігін береді. «Екінші ретті металлургияның» ең қажет артықшылықтарының бірі металды тұтынушылардың ірі кәсіпорындары жанына қуаты салыстырмалы түрде көп емес металлургиялық зауыттарды тұрғызудың мүмкіндігі, бұл барлық транспорттық шығындарды төмендететін еді. Бұл металлургияның бір кемшілігі басқа металдармен көбірек ластанған металдардың алынуы болып табылады (металдық сүйменді жеке металдарға алдын ала толық бөлу мүмкін емес). Екінші ретті шикізаттардан алынған металдарды өте қажет емес өнімдер алу үшін қолданады немесе қосымша металлургиялық өңдеуден өткізеді.

Сүймен мен қалдықтарды металлургиялық өңдеуге дайындауүшін оларды сұрыптап бөледі. Бірінші сортқа арнайы бірінші ретті өңдеуді қажет етпейтін металдық шикізаттар жатады. Мұндай шикізат құрамында қалдықтар мен басқа металдар аз және сүймен кесектері мен габбариттербелгілі мөлшерде ғана болуы керек.

Бұл параметрлердің белгілі мәндері әр металл үшін техникалық жағдаймен (ТЖ) тағайындалады. Бұл ТЖ қанағаттандырмайтын металдық шикізаттар екінші немесе үшінші сортқа жатқызылады.

Екінші ретті металдық шикізатты қайта өңдеуге дайындау олардан бейметалдық қосындыларды, майларды, рееңкені, битумды жою бойынша жүреді, сонымен қатар ТЖ берілген шикізат бөлшектерінің массасы және өлшемі бойынша металдарды түрі бойынша бөледі. Сүймен және қалдықтарды өңдеу процесіне мынадай операциялар кіреді: сұрыптау, бөлу, кесу, кептіру, майсыздандыру, пакеттеу және брикеттеу. Шикізаттың ерекше түрлерін (аккумуляторлар, электр қозғағыштары, қаңылтыр скрап және т.б.) алғашқы ретті өңдеу үшін арнайы сатыларды қолданады. Сүймен және өндіріс қалдықтарын жарылу және радиация қауіпсіздігіне тексереді.

Әр бір «екінші ретті» металл үшін (мыс, алюминий, мырыш, қалайы, алтын, күміс, т.б) сүймен және қалдықтарды өңдеудің арнайы технологиялық схемалары жасалған. Қара металлургияда скрап жәненемесе скрапты-кендік процестер жасалған. Бұл арқылы болатты тек қана металдық шихтаның өзінен немесе оған сұйық шойынның аздаған бөлігін қосу арқылы алады.

Гидрометаллургиялық технологияларға қолдану да қолайлы. Мысал ретінде төменде екінші ретті полиметалдық мыс шикізатынан мысты өндіру процесі келтірілген, ол мынадай операциялардан тұрады: шикізатты дайындау, мысты шаймалау, металдарды ерітінділерден және кектен бөліп алу.

Шикізатты дайындау сатысында оның құрамын орташаландыру үшін балқыту және балқыманы шаңсыздандыруды қолданған жөн.

Шаймалауға әдетте аммиякты- карбонатты немесе күкіртқышқылды ерітінділер, сонымен бірге тотықтырғыш (оттегі) қосады. Ерімейтін металдар мен қосылыстар кекке жиналып, ерітіндіден бөлінген соң арнайы технологиямен өңделеді.

Мысты ертіндіден бөлу үшін электрлиз, автоклавтытұндыру немесе булау процестерін қолданады. Қышқылды электролизден немесе автоклавта тұндырудан кейін қайта процестің басына жібереді. Ерітіндінің бір бөлігі жиналған металл-қоспаларын бөліп алу үшін процестен шығарады.