Как добывают металл

Повышение уровня жизни людей всегда в немалой степени зависило и будет зависеть в будущем от того, насколько экономичным и эффективным оказывается извлечение железа из руд.

Однако уже в древности люди заметили, что при небольшом доступе воздуха в процессе горения дрова обугливаются, превращаясь в древесный уголь, состоящий из углерода и водорода. При сгорании одного килограмма древесного угля выделяется в три-четыре раза больше теплоты, чем при сжигании одного килограмма дров. Сгорая, он дает высокую температуру, при которой идет восстановление оксидов железа. Углерод, соединяясь с кислородом, превращается в диоксид (углекислый газ) и оставляет почти чистый металл.

Установить, кто первый предложил плавить металл на древесном угле, вероятно, так же трудно, как установить автора первой заявки на изобретение колеса, лука, или лодки. Невозможно также установить, в какой стране впервые провели плавку металла на древесном угле. Однако известно, что древнейшие цивилизации Египта, Китая, Индии пользовались этими материалами. Более того, древесный уголь используется и сегодня.

Производство Калифорния. Калифорний. Самый дорогой металл в мире!

Стволы деревьев, очищенные от веток, складывались или в яму (ямный способ) или в конусообразную кучу диаметром от 3 – 4 до 10 – 12 метров и высотой 3 – 7 метров (костровой способ). В куче оставлялись проходы для воздуха и выхода дымовых газов. Нижняя часть вертикальной кучи уплотнялась глиной, и вся поверхность кучи засыпалась землей. Дрова в середине кучи разжигались через специальное растопочное отверстие. Дым выходил в канал, оставленный в центре кучи, или, в более совершенных конструкциях куч, через трубу, специально сооружаемую в центре кучи. Костровой способ существовал в России и, например, в Швеции, которая являлась крупнейшим экспортером древесного угля вплоть до ХХ в.

При ямном способе яму обычно располагали на косогоре, для того чтобы стекала смола, образующаяся в процессе углежжения.

Искусство углежога состояла в том, чтобы, манипулируя открыванием и закрыванием отверстий для подачи воздуха, позволить сгореть в куче как можно меньшему количеству древесины с тем, чтобы оставшаяся часть под действием выделяющегося тепла подвергалась сухой перегонке – выделила воду, связанный кислород и превратилась в древесный уголь. Ямный способ давал уголь низкого качества, мелкий и малопрочный.

Да и использовались для его производства ветки, мелкая древесина. При костровом способе использовалась отборная древесина, преимущественно хвойные. Со временем, древесный уголь стал все шире применяться для кузнечных работ и плавки железа. А его в свою очередь требовалось все больше и больше.

Чем выше температура в устройстве для производства железа или чугуна, тем быстрее идет процесс. Еще древние мастера освоили значение дутья для улучшения процессов горения топлива, поэтому стали использовать меха для подачи воздуха. Больше дутья, больше воздуха, выше температура, больше металла. Крупнее установка, выше ее производительность. Вот основное направление, по которому шло развитие агрегатов по производству железа, а потом и чугуна.

Как добывают железо. Вместе с наукой

Первые мастера с большим трудом изготовляли 2 – 5 килограммов металла в день. Проходили столетия, металла требовалось все больше, печи росли и в ширину, и высоту, потребляли все больше руды, воздуха и древесины. Производительность агрегатов исчислялась уже сотнями килограммов и даже тоннами.

Несколько столетий назад были созданы аппараты для выплавки железа из руд, которые используют и в наши дни – это доменные печи. Само название происходит от старинного русского глагола «дмати» – дуть, и наглядно характеризует технологический процесс производства металла.

Доменная печь – пустотелое сооружение, составленное из двух усеченных конусов. Сверху в домну загружали уголь и руду, а снизу вдували воздух. Уголь сгорал в нижней части доменной печи, выделяя тепло и превращаясь в диоксид углерода (углекислый газ).

Чуть выше углекислый газ встречался с новыми порциями древесного угля и обращался в монооксид или – «угарный газ», как его называют в просторечии. А уже на следующем ярусе монооксид углерода восстанавливал оксиды железа и вновь обращался в углекислый газ. Руда исчезала. Вместо нее образовывались жидкий металл и шлак. Они просачивались через слой материалов и собирались в нижней части агрегата.

В старину температура в домнах была недостаточно высокой, и потому металл не плавился, а в виде губчатой массы-крицы оседал на дно печи. Крицу извлекали и отковывали в горячем состоянии, выжимая из глубины на поверхность легкие неметаллические включения. Однако кричная металлургия была возможна лишь при небольших, в нашем современном представлении, масштабах производства. Сегодня в доменных печах получают только жидкий металл – чугун, который используется для изготовления разнообразных отливок. Однако большая часть чугуна перерабатывается в сталеплавильных агрегатах: конверторах, мартенах, в которых, удаляя из чугуна углерод, кремний, марганец, серу, получают прочную и упругую сталь.

В чугуне до 3% углерода, а в стали только 0,3%.

Самая распространенная сталь – 3, наш основной конструкционный материал- это тот же чугун, но в котором 0,3% углерода. Это сталь, из которой делают автомобили, арматуру, полосу и т.д.

Многие сотни лет черные металлы получали, используя древесный уголь. Для получения одной тонны металла расходовали от двух до четырех тонн такого угля.

А чтобы приготовить тонну древесного угля, требовалось 10 – 12 кубометров леса. Строились железоделательные заводы, и начинал гулять топор по соседним лесам. В конце XVI в. Королева Елизавета Английская вынуждена была запретить использовать лес для производства угля. Через 25 – 30 лет выплавка железа была прекращена почти по всей Англии. А в XVIII в. русская императрица Елизавета специальным указом запретила строить железоделательные заводы в радиусе 200 верст вокруг Москвы.

Но что Елизаветы? В древнем Египте при фараоне Рамзесе II работало более 1000 медеплавильных печей. Использовался древесный уголь, который выжигали из пальм. А потом (лет через 300) медеплавильное производство практически кончилось. Пальмы вырубили и перешли на привозную медь.

Источник: metalspace.ru

Металлургия — это что такое? Центры металлургической промышленности

Машиностроение, строительство, электротехника — все эти и многие другие сферы невозможно представить без металлургии. Что представляет собой эта отрасль? Как добывают металлы? Какими они бывают? Ответы на эти вопросы можно найти в статье.

Определение

Металлургия — это направление в промышленности, которое занимается добычей сырья, производством сплавов, утилизацией отходов и производством продукции из полученных сплавов.

Металлургия, в зависимости от сырья, делится на чёрную и цветную. К первой группе относятся металлы, содержащие железо, хром и марганец. Ко второй — все остальные.

Процесс производства продукции из металлов включает такие этапы, как:

• добыча и подготовка руды;
• передел;
• утилизация.

Металлургическая промышленность включает процессы получения многих элементов периодической таблицы, кроме газов и галоидов.

Черная

Черная металлургия — это отрасль металлургии, которая занимается производством сплавов из железа, марганца и хрома.

В природе железо встречается в руде в форме карбонатов, гидроксида и оксида. Поэтому первый этап производства в чёрной металлургии — это освобождение железа из руды при помощи доменной печи при температуре более +1000 С. При необходимости на данном этапе производится изменение свойств металла.

Черная металлургия включает такие направления, как:

• добычу и обогащение нерудного сырья;
• производство чёрных металлов;
• производство труб из стали и чугуна;
• коксохимическую промышленность;
• вторичную обработку сырья.

Производимая на металлургических комбинатах продукция бывает:

• основной, то есть конечным продуктом, готовым для эксплуатации;
• побочной, то есть продуктом, который получается при производстве основной продукции;
• попутной, то есть продукцией, оставшейся после производства основной и побочной, которая используется либо как вторсырье, либо как есть.

Добыча

Металлы получают путем извлечения из руд или вторсырья. Вся руда, содержащая ценные элементы, делится на богатую (более 55% ценных элементов), бедную (менее 50 %) и убогую (менее 25 %).

При добыче руды используются три основных метода:

• открытый;
• подземный;
• комбинированный.

Открытый метод — самый распространенный и экономичный. При таком методе предприятием организуется необходимая инфраструктура и разрабатывается месторождение карьерами.

Подземный метод используется в том случае, если породы лежат глубоко под землей. По сравнению с открытым, этот метод дороже из-за необходимости специального технического оснащения. Кроме этого, он актуальнее, чем другие методы, так как запасы железной руды, залегающей близко к поверхности, практически истощены. Таким способом добывается более 70% железной руды.

Комбинированный способ, как понятно из названия, сочетает в себе два вышеуказанных метода.

Производство

В металлургии под производством черных металлов понимают сложный технологический процесс, который можно разделить на два этапа:

• производство чугуна;
• переработка чугуна в сталь.

Необходимыми материалами для производства чугуна являются железная руда, топливо (кокс) и флюс. Именно в таком порядке их загружают в доменные печи, где под тяжестью собственной массы они опускаются в низ печи. В нижней части печи находятся отверстия — фирмы, через которые подается нагретый воздух для поддержания процесса горения. В результате плавления из руды восстанавливается железо и другие элементы, а полученные в процессе шлак и чугун выливаются через специальные отверстия — шлаковую и чугунную летки.

Продукция

Продукция черной металлургии широко используется в машиностроении, строительстве, коммунальном хозяйстве, военно-промышленном комплексе и сельском хозяйстве.

К основной продукции черной металлургии можно отнести:

• металлопрокат (листовой, фасонный, сортовой) ;
• готовый прокат;
• метиз;
• передел;
• чугун передельный и литейный;
• кокс;
• огнеупоры;
• химическую продукцию.

Цветная

К цветной металлургии относятся все виды металлов, кроме железосодержащих. Сама отрасль делится на металлургию легких и тяжелых металлов, которые основываются на таких свойствах металла, как плотность и вес. Все виды металлов, используемых в цветной металлургии, можно разделить на:

• легкие, к которым относятся магний, алюминий, титан;
• тяжелые, к которым относятся олово, цинк, свинец, никель, медь;
• редкоземельные, к которым относятся эрбий, тербий, самарий, празеодим, неодим, лантан, диспрозий, церий, иттрий;
• искусственные, к которым принадлежат америций, технеций;
• малые, к которым относятся ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, кадмий, висмут;
• рассеянные, к которым принадлежат селен, германий, таллий, индий, галлий, цирконий;
• легирующие, к которым относятся ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам;
• благородные, к которым относятся платина, золото, серебро.

Добыча сырья и его обогащение

После всех этих процессов металл отправляют в цеха или предприятия, где будет изготовлена необходимая продукция — станки, трубы, машины и т.д.

Рафинирование

Черновые металлы содержат различные примеси, которые влияют на физико-химические свойства металлов, а также содержат важные дорогостоящие элементы, например золото или серебро. Поэтому одним из важнейших этапов обработки металла является рафинирование, то есть очистка. Рафинирование проводится тремя способами:

• электролитическим — используется для глубокой очистки цветных металлов;
• химическим, который который также называется аффинажем, применяется при глубокой очистке золота;
• пирометаллургическим — используется при производстве металлов высокой чистоты и делится на фракционное, ликвационное, окислительное рафинирование.

Получение сплавов

Сплав — это вещество, состоящее из двух и более металлов и неметаллов, например, углерод, фосфор, мышьяк.

Сплавы не получаются из двух похожих металлов. Например, цинка и свинца.

Самыми ценными сплавами являются:

• бронза — соединение меди и олова;
• латунь — соединение меди и цинка;
• дуралюмин — соединение алюминия, меди, железа,кремния, магния и марганца;
• карбид вольфрама — соединение вольфрама с углеродом и кобальтом;

Продукция отрасли

Человеку, незнакомому близко с металлургией, при упоминании о цветных металлах первыми на ум приходят золото и серебро. Выше было рассмотрено все многообразие цветной металлургии. Здесь же рассмотрим продукцию, которая производится в данной сфере. Это:

• сортовой прокат — шестигранник, пруток, проволока;
• листовой прокат — полоса, лента, лист.

Кроме профильной, на металлургических заводах и комбинатах производится химическая продукция — хлор, поташ, серная кислота, элементарная сера, цинковый и медный купорос.

Типы баз и факторы их размещения

Прежде чем рассмотреть основные металлургические базы в мире и в России, стоит кратко описать типы баз и факторы их размещения.

В металлургической промышленности выделяют 3 типа баз.

1. База, работающая с собственными рудой и углем.
2. База, работающая либо с собственной рудой и привозным углем, либо с привозной рудой и собственным углем.
3. Работающая недалеко от угольных бассейнов или недалеко от потребителя.

Факторам, влияющими на расположение металлургических центров, можно назвать:

потребительский, к которому относится близость крупных машиностроительных комплексов — основных потребителей стали;

Металлургия в мире

Мировая металлургия сосредоточена в 98 странах мира, из которых руда добывается только в 50. Лидерами являются пять стран — это Китай, Бразилия, Россия, Австралия и Индия, который поставляют на мировой рынок пости 80 % сырья. Большая часть мировых запасов руд — это материал среднего и низкого качества, требующий обогащения в процессе производства. Руд высокого качества в мире очень мало. Например, запасы России как одного из лидеров металлургической промышленности составляют всего 12 % от мировых запасов.

Больше всего руды добывается в Китае, а полезного железа — в России.

Лидирующими компаниями, которые регулируют мировой процесс добычи и производства руды и металлов, являются компании Arcelor Mittal, Hebei Iron Северсталь-Ресурс» и украинское «Криворожсталь».

Hebei Iron

Сибирская;

Центральная.

Самое старое и крупное предприятие металлургии — Уральское, где производится половина всей продукции черной металлургии в России. Центрами Уральской металлургии являются Екатеринбург, Нижний Тагил, Челябинск и Магнитогорск. Крупнейшие предприятия — Чусовский металлургический завод и Челябинский металлургический комбинат.

Сибирская металлургическая база — самая молодая из трех и строится на смену Уральской, где исчерпаны запасы металлов практически исчерпаны. Здесь расположены всего два крупных металлургический комбината — Кузнецкий и Западно-Сибирский.

Центральная металлургическая база находится в Белгородской и Курской областях. Крупнейшим металлургическим комбинатом и заводами является Новолипецкий металлургический комбинат и заводы в Старом Осколе и Туле.

93% процента выпускаемой продукции приходится на долю шести крупных центров металлургии. Это:

• ПАО “Северсталь”;
• ОАО “Мечел”;
• “Евраз”;
• ОАО “Металлоинвест”;
• ОАО “Новолипецкий металлургический комбинат”;
• ОАО “Магнитогорский металлургический комбинат”.

Металлургия — промышленность, которая играет важную роль в жизни каждого человека.

Источник: www.syl.ru