цветная металлургия для чего нужна
Добыча цветных металлов
Металлургическая промышленность представлена черной и цветной отраслью. Эти две части составляют единый функционирующий организм и вместе являются базовой отраслью хозяйства страны, которые отличаются высокими показателями капиталоемкости и материалоемкости.
Цветная металлургия является одной из отраслей промышленной хозяйства страны, занимающаяся добычей недр, их обогащением и дальнейшей обработкой руд металлов (цветных, редких или благородных).
Характерные черты отрасли
Функциональные характеристики цветной металлургии обусловлены следующими ее отличительными чертами:
Отрасли цветной индустрии
Состав цветной металлургии, как сложноорганизованный производственный организм, включает 14 подотраслей.
Рассмотрим подробнее ее строение:
Технологические этапы производства цветной металлургии
Цветная металлургия в процессе производства проходит несколько этапов, включаемых в единый цикл.
К технологии относят:
Цветная металлургия находится в стадии своего развития. Основные направления, в которых ведется работа:
Видео по теме: Плавильные печи цветной металлургии
Цветные металлы – перечень и их полезные свойства
Эта группа металлов немногочисленна, но ценима промышленностью, медициной, эстетами. Цветные металлы не утилизируют даже после многих лет использования. Переработка дает им вторую жизнь и бережет природу.
Что считать цветным металлом
Первый уровень деления металлов – на чёрные и цветные.
С чёрными проблем нет: это железо и его сплавы(чугун, сталь).
Цветные ранжируют по-разному. Иногда таковыми считаются все металлы, кроме железа и его сплавов (в список включаются благородные, редкоземельные, радиоактивные).
У промышленников своя классификация. Цветные металлы – это бесжелезистые элементы определенного цветового оттенка (отсюда название группы).
Подразделяются на два вида:
В ряде стран такие металлы именуются не цветными, а нежелезными.
Сокращенное наименование сегмента цветных металлов – цветмет, черных – чермет.
Чермет и цветмет: в чем разница?
Чтобы отличить черный металл от цветного, к образцу подносят магнит. Если притянется, – он из черного металла.
Другие характеристики цветмета:
Однако агрессивные внешние факторы (особенно кислородно-влажная среда) влияют на структуру цветмета. Например, оцинкованные поверхности становятся белесоватыми.
У цветмета окисляется только поверхность, в отличие от черных металлов.
Добыча и обработка
Источник цветмета – рудное сырье. Способы добычи руды традиционны: из шахты либо карьера.
Сырьем занимается цветная металлургия. Это сегмент полного цикла.
Здесь выполняются следующие процессы:
Различают металлургию легких и тяжелых металлов. В обоих видах это затратное, загрязняющее окружающую среду производство.
Второй способ получения сырья – переработка металлолома. Более рентабельный, экологически чистый метод.
По происхождению различают первичный (из руды) и вторичный (из лома) металл.
Классификация и сферы применения цветмета
По физическим свойствам цветмет подразделяется на тяжелые и легкие металлы. Сфера использования обоих видов обусловлена свойствами цветных металлов: износостойкостью, легкостью на фоне прочности, пластичностью, устойчивостью к коррозии.
Тяжелые цветные металлы
Данный вид цветмета включает пять названий.
Номер один в цветмете. Самый распространенный плюс повышенная пластичность, тепло- и электропроводность. Формирует сплавы почти со всеми металлами. Самые популярные – бронза (с оловом), латунь (с цинком), красное золото.
Самородная медь
Золотистый с розоватостью цветмет – основа кабелей, проволоки, труб для термоагрегатов, боеприпасов, бытовых изделий, декора.
Свинец
Самый тяжелый из цветмета, плотный сизовато-серый.
Мягкий (1,5 из 10 по Моосу), режется вручную, царапается ногтем, легко прокатывается до фольги.
Тепло- и электропроводность ниже средних: у меди, например, на порядок больше. Плюс малая стойкость к вибрациям, беззащитность перед гниющей органической массой, растворами извести, бетона.
Идет на аккумуляторы, основу и покрытие проводов, кабелей, электроды, боеприпасы.
Свинец ставит щит радиации, но токсичен, отнесен к химически опасным веществам 1 класса.
Легкоплавкий цветмет со сменными свойствами: хрупок при обычной температуре, пластичен при нагреве. Равнодушен к ржавлению, разрушается кислотами либо щелочами.
Используется машиностроителями, металлургами как покрытие железа для предотвращения коррозии.
Олово
Серебристо-белый умеренно блестящий тяжелый металл.
Востребован как компонент сплавов для подшипников, припоев.
Расплавленное олово
Самый экологически чистый в «тяжелом» сегменте цветмета, поэтому используется не только промышленностью, но и в быту (например, как материал крышек для консервации).
Никель
Серебристо-белый с желтоватостью цветмет. Один из лучших катализаторов, обязательный компонент нержавеющих сталей, повышающий химическую стойкость.
Мелкий порошок никеля самовоспламеняется при комнатной температуре.
Востребован изготовителями щелочных аккумуляторов (в том числе для электромобилей) и емкостей для химически агрессивных веществ.
Легкие цветные металлы
Сегмент легких цветных металлов состоит из трех позиций.
Алюминий
Серебристый цветмет – суперпроводник электричества, пластичен. Механические параметры оставляют желать лучшего, поэтому добавляется к сплавам. Они прочны, легки, невосприимчивы к коррозии, большинству агрессивных сред, термовоздействию.
Используется как материал корпуса изделий авиа-, морских судов, электропроводов.
Титан
Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты
По прочности цветмет сопоставим со сталью, но вполовину легче. Вдвое прочнее алюминия, однако массивнее всего наполовину. За это ценится строителями ракет, самолетов, судов, нефтяниками.
Заготовка титанового шпангоута истребителя F-15 до и после прессования на штамповочном прессе компании Alcoa усилием 45 тыс. тонн, май 1985
Титан совместим с тканями организма человека, благодаря чему используется пищепромом и как материал экзоскелета, зубных протезов, пирсинга.
Магний
Легкое красивое блестящее вещество.
Благодаря малой плотности цветмет хорошо обрабатывается, устойчив к жару, большинству горючих веществ.
Металлический магний
Горящий магний затушить водой невозможно.
Вторичное использование цветмета
Использованный цветмет не утилизируют по многим причинам.
Переработка – дело выгодное
Первичное производство цветмета (из руд) – затратный, трудоемкий, экологически проблемный процесс. Поэтому закономерно стремление предприятий оптимизировать расходы. То есть перерабатывать цветной металлолом. Стоимость процесса впятеро дешевле переработки первичного сырья.
Вторичное использование лома цветмета выгодно: предприятие экономит деньги, попутно избегая штрафов за загрязнение окружающей среды.
Сдатчики цветмета тоже получают неплохие деньги. Поэтому на промышленных предприятиях отработана практика складирования такого металлолома для сдачи на пункт приема либо меткомбинат.
Какой лом берут на переработку
Металлолом подразделяют на два вида:
Для переработки годится алюминиевый, медный, никелевый, свинцовый, цинковый, оловянный, титановый лом. Плюс сплавы (бронза, латунь), лом смешанного состава.
Этапы переработки
Поступивший цветмет проходит следующие стадии:
Пункт приема металлического вторсырья (лома) есть в большинстве населенных пунктов. Диапазон принимаемых от организаций и граждан металлических отходов – от крупных конструкций до стружки и порошка любой массы.
Цветная металлургия — предприятия, отрасли, руды, продукция
Цветная металлургия – одна из важнейших отраслей тяжелой промышленности. В ее задачи входит добыча, переработка и обогащение руд цветных металлов. Наибольшую значимость имеют три направления данной отрасли: алюминиевая, никелевая и медная.
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
Медеплавильное производство на почтовой марке Узбекистана
Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.
Лёгкие металлы
Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии — важнейший принцип их размещения.
Общая характеристика
Цветные металлы широко востребованы в индустрии, но наибольшее значение они имеют в строительстве, машиностроении и химической промышленности.
В процессе производства цветных металлов можно выделить 3 основные стадии:
Рис. 1. Цветные руды.
Развитие цветной металлургии самым тесным образом связано с НТП, благодаря которому существенно расширилась сфера применения цветных металлов и их сплавов. Если в начале ХХ столетия в промышленности было востребовано не более 15 металлов, то в настоящее время данная отрасль активно использует около 70 видов различных цветных металлов.
Цветная металлургия имеет ряд особенностей, которые влияют на ее размещение. К ним относятся:
Рис. 2. Производство металлолома.
Отрасли цветной индустрии
Состав цветной металлургии, как сложноорганизованный производственный организм, включает 14 подотраслей.
Рассмотрим подробнее ее строение:
География цветной металлургии
Цветная металлургия отличается большим разнообразием. Самые богатые залежи цветных руд расположены в ЮАР, Австралии, Чили, Индии, Гвинее, Венесуэле, Перу. Для повышения эффективности разработок в цветной металлургии многие страны активно сотрудничают друг с другом.
ТОП-2 статьикоторые читают вместе с этой
Рис. 3. Месторождение алюминия.
Ведущую роль в мировой цветной металлургии играет алюминиевая промышленность. Основная часть запасов руды с этим ценным металлом сосредоточена в приэкваториальной зоне. Однако успешное производство алюминия возможно только в странах, которые располагают крупными источниками недорогой энергии:
В странах с дорогой энергией (Австрия, Венгрия, Франция), где выплавка алюминия считалась традиционным видом промышленности, производство этого цветного металла постепенно сходит на нет.
Технологические этапы производства цветной металлургии
Цветная металлургия в процессе производства проходит несколько этапов, включаемых в единый цикл.
К технологии относят:
Цветная металлургия находится в стадии своего развития. Основные направления, в которых ведется работа:
Видео по теме: Плавильные печи цветной металлургии
Таблица “География цветной металлургии”
При изучении темы «Цветная металлургия» по программе географии за 9 класс мы узнали, что собой представляет производство цветных металлов. Мы выяснили, насколько большое значение оно имеет в современной промышленности, от каких факторов зависит его размещение и какова его основная его проблема.
Цветные металлы: понятие, область использования, особенности обработки
Любой металл можно описать как вещество с характерным металлическим блеском, несложного химического состава, с хорошей ковкостью, электро- и теплопроводностью.
Группы металлов:
Цветные металлы
Делятся на подгруппы по различным признакам:
Естественными (природными) радиоактивными считаются уран, полоний, радий, торий, актиний, протактиний. Искусственные образцы созданы человеком.
Цветные металлы вырабатываются в огромном количестве благодаря их востребованности в промышленности. Цветная металлургия охватывает работы по добыче и обогащению руд, выплавке чистых металлов и получению сплавов. Отрасль делится на легкую металлургию и металлургию тяжелых цветных металлов. В РФ хорошо развита алюминиевая, титано-магниевая, медная, цинковая, никель-кобальтовая промышленность.
Цветным металлам присущ ряд общих свойств
Немного подробнее по алюминий, медь, цинк
Алюминий – отличный электропроводник, пластичен, но его механические свойства невысоки. Первичный алюминий выплавляют из руды и рудных металлов, вторичный – из лома и промышленных отходов. Все алюмосплавы прочны, легки, коррозионно инертны, невосприимчивы ко многим агрессивным средам, сохраняют механические характеристики при сильном нагреве.
Медь – самый распространенный представитель цветных металлов, с отличными показателями пластичности, тепло- и электропроводности. Легко образует высококачественные сплавы, востребованные в современном машиностроении.
Цинк – хрупкий при обычных условиях, но при температуре 100-150 градусов становится ковким и пластичным. Устойчив к коррозии, но не выдерживает взаимодействия с кислотами и щелочами. Плавится при 419 градусах.
Применение
Расход цветных металлов и сплавов сегодня огромен, и тенденция роста потребления не снижается, а наоборот, возрастает. Наибольшей материалоемкостью отмечены следующие области:
Особенности обработки
Обработка направлена на защиту металлов от коррозии и контакта с кислородом.
Для этого их покрывают специальными лакокрасочными покрытиями. Существует 3 категории средств защиты: краски, грунтовые растворы и универсальные составы. Наиболее эффективна против атмосфеной коррозии грунтовка, к тому же она повышает адгезию к основанию детали. Ее наносят на поверхность перед окрашиванием в один, а лучше несколько слоев.
Важно правильно определить тип грунтовки, так как состав различен для разных металлов.Для деталей из алюминия и его сплавов подойдут грунтовые составы на основе цинка; также пригодны уретановые краски.
Медь, латунь, бронза не нуждаются в окрашивании, поскольку на рынок они поступают с заводской обработкой; защищая поверхность, она выгодно оттеняет природную эстетику этих металлов. Разрушенное заводское покрытие легко удалить с помощью обычного растворителя. Затем нанести на изделие или деталь эпоксидный или полиуретановый лак.
Металлургия цветных металлов и ее значение для современного общества
Цветная металлургия – отдельная отрасль металлургической промышленности, охватывающая все процессы (от добычи и обогащения руды до выплавки готового продукта) цветных металлов и сплавов на их основе. Как и в сталелитейной промышленности, цветная металлургическая продукция выпускается в разных форматах. Это могут быть листы, плиты, полосы, ленты и их самый тонкий аналог – фольга, широкий ассортимент труб, круглых и профильных. Сортовой цветной металлопрокат включает в себя круглые, квадратные, шестигранные прутки, проволоку. Не менее распространен и фасонный прокат – это изделия, имеющие сложную форму поперечного сечения, например, двутавр, швеллер, полособульб и прочие.
К цветным металлам относят целый ряд продуктов, самыми востребованными являются алюминий, медь, латунь, бронза, никель, свинец, олово, титан, цинк.
Алюминий
Этот материал популярен благодаря своей легкости, механической прочности, коррозионной устойчивости. Он широко используется как в чистом виде, так и в сплавах. Продукт легко поддается механической обработке, литью и другой формовке. По распространенности в земной коре этот химический элемент занимает главенствующее место (среди металлов), но в чистом виде не встречается – только в составе других соединений. Основной рудой для получения алюминия выступают бокситные руды, из которых сначала при нагревании выделяют оксид базового вещества, а затем путем электролиза из полуфабриката удаляют кислород.
Сфера применения алюминиевого проката очень широка. Это востребованный конструкционный материал в машиностроении разных направлений, включая ответственные ракето- и авиастроение, производство военной техники. В автомобилестроении из него изготавливают бамперы и другие кузовные элементы, радиаторы.
В строительной индустрии алюминиевый прокат используют для обустройства систем вентиляции и кондиционирования, кровельных конструкций, перил, ограждений, лестниц, входных групп, навесных фасадов. Из алюминия изготавливают тару для перевозки и хранения различных жидкостей, в том числе химически активных. Его используют в мебельном деле, интерьерном и промышленном дизайне, для изготовления посуды и других предметов быта.
Медь
Это еще один популярный цветной металлопрокат, имеющий отличные показатели пластичности, тепло- и электропроводности. Среди достоинств меди – коррозионная устойчивость, податливость различным методам обработки, возможность вторичной переработки.
В природе этот элемент встречается как в соединениях, так и в виде самородков. Из руд промышленное значение имеют:
Самые известные медные месторождения – забайкальский Удокан, казахстанский Жезказган. Большие объемы руд меди добывают в Центральной Африке, Германии, Чили.
Есть два основных метода получения металла. Пирометаллургическая технология заключается в переработке медно-сульфидных руд, которые обогащают флотационным способом и подвергают окислительному обжигу (температура в печи должна достигать +1400°C), а затем переплавляют с добавлением кремнезема для связывания лишних примесей. Гидрометаллургическая технология подразумевает растворение руды в серной кислоте или аммиака с последующим извлечением чистой меди из раствора воздействием металлического железа.
Чистая медь активно применяется во многих сферах народного хозяйства. Электротехника использует ее из-за низкого удельного электрического сопротивления для изготовления силовых и слаботочных кабелей, проводов, токопроводников, обмоток электродвигателей и силовых трансформаторов. Высокие показатели теплопроводности меди позволяют активно применять ее при изготовлении теплоотводов, теплообменников, радиаторов охлаждения, компьютерных кулеров.
Из материала производят трубный прокат, отличающийся высокой прочностью и податливостью механической обработке. В некоторых странах медные трубы являются основным материалом для организации бытовых систем водоснабжения и отопления. Трубопроводы из этого металла используются на химических предприятиях, их применяют в системах кондиционирования, холодильных установках. Медные изделия широко эксплуатируются в строительной сфере как конструкционный и кровельный материал, из этого материала изготавливают элементы мебели, детали запорной арматуры.
Латунь
Это сплав на основе меди с цинком в качестве главного легирующего компонента. Также в состав вещества входят олово (повышает механическую прочность сплава и стойкость к окислению в морской воде), никель и марганец (добавляются с той же целью), кремний (для улучшения свариваемости) и другие добавки. Среди достоинств материала – высокая текучесть расплавленного металла, что позволяет подвергать его переплавке и создавать изделия даже самых сложных конфигураций. Латунь умеренно вязкая, обладает хорошими показателями тепло- и электропроводности.
Единственный метод получения латуни – литьевой. Медь и все необходимые добавки плавятся в отражательных печах или в огнеупорных тиглях, помещенных в индукционную печь с мощной системой вытяжной вентиляции.
Латунный прокат используется в промышленности разных направлений и в быту. Из сплава изготавливают трубы, метизы, проволоку, детали машин и механизмов, компоненты подшипников скольжения, строительные материалы (для кровли, навесных фасадов), трубопроводную арматуру. Из него создают статуэтки и другие предметы декора, бижутерию.
Бронза
Это класс соединений меди с другими металлами, кроме цинка (этот сплав называется латунью) и никеля (мельхиор). Продукт производится путем расплавления слитков меди и добавления в шихту нужной лигатуры. Если используется загрязненное сырье, в массу дополнительно добавляют жидкие солевые флюсы. Расплавленный состав разливается в металлические, глиняные или другие формы.
Среди преимуществ бронзы:
Бронзовые сплавы используют в промышленной и декоративной сфере. Из нее изготавливают статуэтки и прочие декоративные аксессуары, светильники, ювелирные изделия, сантехническую арматуру, разнообразные пружины, проводники тока, элементы контрольно-измерительной аппаратуры.
Никель
Это вещество отличается ковкостью и пластичностью. Оно не восприимчиво к процессам окисления и коррозии. При контакте с атмосферным воздухом на поверхности никелевых изделий образуется прочная защитная оксидная пленка, но потускнения металла при этом не возникает. Материал устойчив к высокотемпературному воздействию, кислотным и щелочным средам, способен к самопроизвольному намагничиванию.
Сырьем для никеля служат его руды – минералы никелин, хлоантит, гарниерит, магнитный колчедан, мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит), пентландит и другие. Получение ведется методами рафинирования, электрической плавки. Также применяется технология выщелачивания.
Чистый никель и его соединения используются как легирующие элементы в черной и цветной металлургии, для производства химически устойчивых трубопроводов, компонентов:
Он высоко востребован в гальванической отрасли, где является сырьем для никелирования. В медицине из него производят протезы и брекет-системы.
Свинец
Этот химически инертный металл с высокой коррозионной стойкостью редко используется в чистом виде из-за своей токсичности. Но он имеет другие эксплуатационные характеристики, которые обуславливают широкое распространение продукта на рынке. Свинец очень пластичный, имеет низкую температуру плавления и незначительную теплопроводность. А основное его достоинство – невосприимчивость к радиоактивным частицам.
В природе он редко встречается в самородном виде, но входит в состав почти ста различных минералов. Основная свинцовая руда – галенит, который подвергают обогащением методом флотации, а затем электротермической или шахтной восстановительной плавке. В полуфабрикате содержится 90% базового компонента, последующее очищение продукта проводят зейгерованием и обработкой химическими составами.
Свинец используется в производстве свинцовых аккумуляторов, оболочек силовых кабелей, обмоток сверхпроводящих трансформаторов. Пластинами из него покрывают стены и потолки в звукозаписывающих студиях для поглощения звуков и вибраций. Материал применяют в лакокрасочной промышленности, при изготовлении строительных смесей.
Олово
Это блестящее серебристо-белое вещество отличается легкоплавкостью, пластичностью и ковкостью. Оно химически инертное, биологически стойкое, коррозионно-устойчивое, нетоксичное – может использоваться даже в пищевой промышленности для производства посуды, трубопроводов, упаковки для продуктов питания (консервные банки). Олово широко применяется в радио- и электротехнике как припой.
Значительная доля промышленного олова используется в цветной и черной металлургии для выпуска различных сплавов. Его также применяют при изготовлении:
В природе олово содержится в касситерите (оловянном камне) и оловянном колчедане. Его месторождения сосредоточены преимущественно в Юго-Восточной Азии. Также его добывают в Австралии и Южной Америке. Есть несколько крупных месторождений в России. Руду обогащают, измельчают в порошок, обжигают для очищения от вольфрама и мышьяка, а затем подвергают восстановлению в процессе плавки в шахтных или отражательных печах. Черновое олово очищается электролитическим или термическим рафинированием.
Титан
Этот металл отличается высокой твердостью и прочностью при относительно небольшом весе. Он устойчив к коррозии, критически низким и высоким температурам, температурным перепадам, жаропрочный. Материал легко обрабатывается ковкой, штампованием, свариванием, его можно резать, гнуть, сверлить, фрезеровать.
Сфера эксплуатации титана очень широка. Из него изготавливают корпуса и другие детали авиационной, ракетной, военной техники. Материал используют в машиностроении (как конструкционный), химической промышленности (для трубопроводов), медицине (для выпуска имплантатов и хирургических инструментов).
Основные титановые руды – ильменит, рутил, титанит. Крупнейший производитель титана в мире на текущий момент – Россия, а самые масштабные его запасы находятся на территории Китая. Из руды сначала добывают относительно чистый диоксид титана, используя различные методы обогащения, а затем пирометаллургическим методом при обработке хлором получают из него газообразный тетрахлорид титана. Этот полуфабрикат нагревают до +850°C и восстанавливают магнием.
Цинк
Этот голубовато-серебристый металл отличается хрупкостью при нормальной температуре, а при нагревании становится ковким и пластичным, хорошо поддается прокатке, вытягиванию и другой обработке.
В природе цинк присутствует в составе почти 70 минералов, из них промышленное значение имеют:
Самый распространенный из них – сфалерит, цинковая обманка. Руду обогащают селективной флотацией, полученный концентрат обжигают в печах и либо по пирометаллургической технологии спекают и затем восстанавливают углём в присутствии кокса, либо, используя электролитический (гидрометаллургический) способ, обрабатывают серной кислотой и выделают чистый цинк электролизом.
Более половины всего промышленного цинка в мире используется в черной металлургии для оцинковки изделий из стали и анодирования. Еще около четверти всего количества применяется для изготовления бронзы, латуни, как легирующая добавка при выплавке разнообразных стальных сплавов, а также в химической промышленности для производства реагентов. Цинк используется при изготовлении аккумуляторов, кровельных материалов.