На металлургических заводах из этого полезного ископаемого
Для производства металлов необходимы следующие материалы:
- руда;
- топливо;
- флюсы;
- огнеупорные материалы.
Руда
Руда представляет собой полезное ископаемое, добываемое из недр земли. Это горная порода, из которой при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы. Например, в настоящее время целесообразно перерабатывать руды, если содержание металла в них составляет:
- железа – 20 – 60%;
- меди – 1 – 3%;
- никеля – 0,3 – 1,0%;
- молибдена – 0,005 – 0,02%.
По мере развития техники указанные пределы постепенно снижаются и переработке подвергаются руды с меньшим содержанием полезного компонента.
Руда состоит из минералов, содержащих полезный металл и так называемую пустую породу. Пустая порода может быть:
- кремнистой, представленной кварцем – SiO2;
- глиноземистой, содержащей значительное количество глинозема – Al2O3;
- магнезиальной, содержащей в своем составе соединения магния.
В зависимости от содержания добываемого металла руды бывают богатые и бедные. Бедные руды обогащают, то есть удаляют из руды часть пустой породы, в результате получают концентрат с повышенным содержанием добываемого металла.
Руды обычно называются по одному или нескольким металлам, содержащимся в них. Например, железные, марганцевые, медные, хромоникелевые, железо-ванадиевые и др.
Запасы руд делят в зависимости от степени изученности на несколько категорий, обозначаемых буквами латинского алфавита А, В, С.
К категории А (промышленные запасы) относятся месторождения, по которым проведено разведочное бурение по частой сетке скважин и форма рудного тела выявлена с достаточной точностью. Утверждение месторождения по категории А является основанием для начала строительства металлургического завода.
К категории В (вероятные запасы) относятся месторождения, обуренные по редкой сетке скважин, что делает затруднительным определение точной формы рудного тела. Если месторождение отнесено к категории В, то это может служить основанием для проектирования, но не для строительства металлургического завода.
К категории С (ориентировочные запасы) относят месторождения, форма рудного тела в которых известна лишь в самых общих чертах, по естественным обнажениям или геофизическим данным. Запасы руды по категории С могут использоваться только при перспективном планировании развития металлургии.
Сумма запасов (А + В + С) называется общими балансовыми запасами руд.
Топливо
Топливо в металлургической промышленности используется в виде кокса, природного газа, мазута. Оно служит не только как горючее для нагрева и расплавления материала, но и как реагент в химических реакциях металлургических процессов.
Флюсы
Флюсы представляют собой материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды и золой топлива. Такое соединение называют шлаком. Он имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому располагается над металлом, защищая металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды SiО2, Р2О5 и основным, если в его составе больше основных оксидов – СаО, MgО.
Огнеупорные материалы
Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего слоя (футеровки) металлургических печей. Они должны:
- выдерживать нагрузки при высоких температурах;
- противостоять резким изменениям температур, химическому воздействию шлака и печных газов.
Огнеупорность материала определяется температурой его размягчения.
По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на:
- кислые;
- основные;
- нейтральные.
Кислые
Кислые – это материалы, содержащие значительное количество кремнезема SiO2. Например, кварцевый песок (95% SiО2), динасовый кирпич.
Основные
Основные – это материалы, содержащие основные оксиды (СаО, MgО). Например, магнезитовые кирпич, порошок.
Нейтральные
Нейтральные – это материалы, содержащие большое количество Al2O3 и Cr2O3. Например, хромомагнезитовые, шамотные кирпичи.
При высоких температурах футеровка печи взаимодействует с флюсами и шлаками. Если в печи, имеющей футеровку, выложенную основным огнеупорным материалом, применять кислые флюсы, то в процессе плавки образуются кислые шлаки, которые, взаимодействуя с основной футеровкой, будут разрушать ее. То же произойдет, если в печи, выложенной огнеупорными материалами из кислых оксидов, применить основные флюсы. Поэтому в печах с кислой футеровкой используют кислые шлаки, а в печах с основой – основные.
Высокой огнеупорностью обладают углеродистые материалы, содержащие до 92% углерода в виде графита. Материалы применяются в виде кирпичей, блоков для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для наплавки медных сплавов.
ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ
Нефть — природная густая маслянистая горючая жидкость тёмного цвета со специфическим запахом. Большинство учёных считает, что нефть образовалась из органического вещества осадочных пород (остатков древних живых организмов).
Из нефти получают топливо (бензин, керосин, дизельное топливо, реактивное топливо), пластмассы, смазочные масла, химические волокна для производства тканей.
Нефть добывается с помощью специально пробуренных скважин и мощных насосов.
Нефть является главной статьёй российского экспорта. (Экспорт — это вывоз товаров в другие страны для их продажи.) Нефть поступает в различные районы России и за границу по нефтепроводам (длинные подземные трубы). Ещё нефть перевозят на нефтеналивных танкерах (специальных морских судах) и по железным дорогам в цистернах.
Природный газ не имеет цвета и запаха. Относится к горючим ископаемым. Используется как топливо для обогрева помещений, для приготовления пищи, на электростанциях, в котельных, на заводах, а также как сырьё для получения пластмасс, резины, волокна и других полезных веществ.
Россия — один из крупнейших экспортёров газа в мире. Природный газ поступает по газопроводам.
Торф — это горючее полезное ископаемое тёмно-коричневого цвета. Торф образуется из растительных остатков при их перегнивании в условиях недостатка кислорода. Как правило, основным местом формирования торфа являются болота.
Некоторое время назад торф практически повсеместно использовался в качестве топлива. Кроме этого, торф — отличное органическое удобрение, широко использующееся в сельском хозяйстве. На фермах торф служит подстилкой для животных.
Залежи торфа необходимо оберегать от пожаров, так как такие пожары очень трудно тушить.
Уголь — горная порода, которая образуется в недрах Земли из остатков древних растений. Сначала образовался торф, а со временем он превратился в уголь. Существует несколько разновидностей угля: бурый уголь, каменный уголь, антрацит.
Бурый уголь. Сорт образовался из остатков торфа позже всех, поэтому он считается самым молодым. Особенность его в том, что у него очень низкая температура сгорания.
Каменный уголь. Это самая распространённая разновидность угля в деятельности человека. Он используется как топливо, из него получают пластмассы, краски и другие полезные материалы. Добывается как открытым способом, так и закрытым, в шахтах.
Антрацит. По своей структуре этот вид очень твёрдый, имеет самую высокую температуру сгорания. Залежи этого угля находятся очень глубоко под землёй.
Железо — это прочный металл, использовать который люди начали ещё много веков назад. Но найти его в чистом виде невозможно. Железо содержится во многих горных породах в виде соединения с другими минералами. Самое большое содержание железа — в железной руде.
Самое главное свойство железной руды — плавкость. Из железной руды на металлургических заводах выплавляют чугун, а из чугуна — сталь.
На сегодняшний день чугун и сталь используются во многих сферах жизни и деятельности человека, в том числе и во всех видах промышленного производства. Сталь — основное сырьё для машиностроения.
Известняк — обычно белый, серый или желтоватый камень. Он образовался из остатков морских организмов. Их отпечатки можно хорошо рассмотреть в известняке-ракушечнике. Применяется при строительстве зданий и дорог. Из известняка получают известь для приготовления строительных растворов. Особая разновидность известняка — мел.
Песок и глина — одни из самых распространённых горных пород. Они образуются в природе при разрушении других горных пород, например гранита.
Глина бывает белая, красная, коричневая, жёлтая, серая. Она непрозрачная, твёрдая, плотная, негорючая. При намокании глина становится вязкой и пластичной, а при высыхании сохраняет свою форму. Из глины изготавливают кирпичи, черепицу, посуду. Изделия из обожжённой глины называются керамическими.
Песок — сыпучая горная порода жёлтого или белого цвета, непрозрачная. Используется в строительстве, при изготовлении стекла.
Гранит — горная порода, состоящая из зёрен полевого шпата, кварца и слюды. Гранит очень прочный. Хорошо полируется. Применяется в строительстве. Из него изготавливают лестницы, колонны, памятники. Многие станции метро облицованы гранитом. Красная площадь в Москве вымощена гранитной брусчаткой.
Гранит залегает глубоко в недрах Земли, но в некоторых местах глыбы горной породы выходят на поверхность. Здесь его и добывают.
Уральская
Урал — основной район производства черных металлов (около половины стали и проката страны).
Сырье:
- Железная руда завозится с КМА и из Казахстана
- Коксующийся уголь с Кузбасса
Проблемы
- Предприятия нуждаются в реконструкции
- Исчерпано собственное сырье
Крупнейшие комбинаты в городах:
- Нижний Тагил, Челябинск, Новотроицк и Магнитогорск.
Таким образом в Челябинской области располагается три крупных металлургических комбината полного цикла.
Уральская металлургическая база
Именно она является основной и, пожалуй, самой мощной по европейским и мировым показателям. Отличается большой концентрацией производства.
Наиглавнейшее значение в её истории имеет город Магнитогорск. Там находится известнейший металлургический комбинат. Это – старейшее и самое горячее «сердце» чёрной металлургии.
На нём добывается:
- 53% всего чугуна;
- 57% всей стали;
- 53% чёрных металлов от всех показателей, которые производились в бывшем СССР.
Такие производства размещают рядом с сырьём (Урал, Норильск) и энергетикой (Кузбасс, Восточная Сибирь). Сейчас Уральская металлургия находится в процессе модернизации и дальнейшего развития.
Центральная
Центральный район занимает второе место по производству черных металлов.
Сырье:
- Железная руда: здесь сосредоточено большая часть запасов железных руд России. (90% приходится на КМА). Также железная руда добывается в Карелии (Костомукша)
- Коксующийся уголь: поступает с печорского и Донецкого угольных бассейнов
- В Центральной России много потребителей продукции машиностроения, а поэтому развита в том числе предельная металлургия.
Крупнейшие комбинаты в городах:
- Череповец, Липецк, Старый Оскол.
Классификация руды
Руда – это полезное ископаемое, из которого добывают различные формы металлов. В природе встречается два вида: черная и цветная. Последняя в свою очередь делится на тяжелые и легкие сплавы, а также драгоценные металлы. Серебро, золото, платина – они тоже добываются в виде камней, а свой внешний вид приобретают уже после обработки на предприятиях.
Экономическая ценность ресурса определяется по наличию в ней главного составного элемента. Существуют богатые, как их еще называют, жирные и бедные полезные ископаемые.
Классификация ископаемых руд по содержанию металлов.
Железная | Медная | Алюминиевая | Золото | ||||
Бедная | Богатая | Бедная | Богатая | Бедная | Богатая | Бедная | Богатая |
26% | >50% | 0,5 – 1% | >3% | 20 – 25% | 40 – 60% | 1% | 7,7% |
Свойства определяются также основным составным компонентом. Некоторые из них обладают магнитными свойствами, в то время как другие совершенно инертны.
Не многие знают, что значение слова «руда» произошло от «raũdas», красный. Это обуславливается цветом оксида железа, который был в больших количествах в горной породе.
Руды черных металлов
Железо – один из самых распространенных элементов на земле. Для производства используется минерал, который содержит более 25% сырья. Разработка более бедных пород не будет окупаться, поэтому они не используются.
Самые распространенные ископаемые:
- Магнитный железняк;
- Красный железняк;
- Железистый кварцит.
Больше всего запасов находится в Южной Африке, Индии, Северной и Южной Америке, Австралии. Мировые залежи, по оценкам экспертов, могут составлять около 800 миллиардов тонн, подтвержденными среди них являются 200 миллиардов тонн. Возможно в земле скрывается еще много полезных ископаемых, о которых человек даже не имеет представления.
Железная руда отличается друг от друга способом своего происхождения. Есть три вида возникновения железа в породах. Первый – осадочный. Двухвалентное железо, которое было в воде, связывалось с кислородом, превращаясь в плотное соединение и оседало на дно. Таким образом образовался железняк. Его находят даже в местах, где моря высохли уже миллионы лет назад. В такой руде очень высокое количество металлического компонента, но, как правило, его качество довольно низкое.
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.
На выходе получают: прокат чугуна и прокат стали (прокат это уже полностью готовое изделие — листы металла или трубы)
Схема производства на комбианте полного цикла
Факторы размещения комбинатов полного цикла
- Сырьевой. В местах добычи железной руды (Челябинск, Липецк)
- Сырьевой. В местах добычи угля (Новокузнецк)
- Транспортный. На пересечение потоков угля и железной руды (Череповец)
Свойства цветных металлов
Цветмет обладает уникальными особенностями, которые позволяют применять сплавы для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами. Цветные металлы имеют более высокую стоимость на рынке. Во многом это обусловлено ограниченностью ресурсов. По этой же причине лом цветмета чаще перерабатывается для вторичного использования. Ключевыми свойствами цветных металлов являются:
- устойчивость к коррозии;
- отличная электропроводность;
- высокий показатель пластичности и гибкости;
- малый вес (по отношению к чермету);
- наличие уникальных свойств и прочее.
Конкретные виды цветных металлов имеют определенные области применения. Многие из них широко используются в фармацевтике, медицине, авиастроении и других отраслях.
Передельный металлургический комбинат
От комбината полного цикла отличается тем, что нет стадии выплавки чугуна, так как сырьем является передел (металлолом)
Преимущества передельного металлургического комбината?
- Меньше выбросов вредных веществ в атмосферу
- Нет дополнительных расходов на доставку сырья
- Не расходуются дополнительные природные ресурс
Факторы размещения предприятий предельной металлургии
1) Вблизи большого количества потребителей машиностроения (в процессе производства и использования продукции остается большое количество металлолома),
В России это Центральный район, Ростовская область и также Дальний восток.
2) В районах концентрации черной металлургии (редко)
В ЕГЭ передельные металлургические комбинаты иногда называют »новыми» комбинатами.
Развитие чёрной металлургии в мире
Черная металлургия подразумевает следующие этапы:
- разработка рудных месторождений;
- сырьевая подготовка;
- выплавка таких материалов, как чугун, сталь, прокат и ферросплавы.
Этапы черной металлургии
Черная металлургия использует в качестве базового исходного сырья руду с содержанием таких металлов как железо, хром и марганец. Помимо этого, многие предприятия работают со вторсырьем, таким как амортизационный лом и отходы металлургии.
Использование лома позволяет значительно удешевить производство, поскольку пропускается этап литья чугуна, и сразу идет процесс получения стали. В качестве топлива для чугунного производства используется коксующийся уголь.
Черная металлургия полного цикла в каждой стадии выпускает свой продукт. В зависимости от этого существует несколько видов предприятий, таких как:
- заводы малых мощностей;
- предприятия передельной металлургии;
- полноцикличные комбинаты;
- предприятия по получению ферросплавов;
- электросталеплавильные заводы.
В соответствии с расположением каменноугольных или железорудных бассейнов черная металлургия зачастую была непостоянна в своей локализации. В нынешний период научно-технического прорыва ориентиры сместились в сторону топливно-сырьевых грузопотоков.
Благодаря этому размеры строящихся предприятий уменьшаются, а их географическое расположение не зависит от месторождений. Например, металлургические комбинаты западноевропейских стран и Японии теперь располагаются в районах с выходом в морской порт.
Эллектрометаллургический комбинат
Процесс производства
- Бездомная (нет стадии производства кокса и чугуна) технология.
- Основана на прямом восстановлении железа из обогащенной руды
Преимущества:
- Нет грязных и неэкологичных стадий производства черной металлургии (производства кокса и чугуна)
Факторы размещения эллектрометаллургического комбината
- Наличие мощной электростанции
- Нахождение вблизи железорудных бассейнов
Единственный в России электрометаллургический комбинат В Старом Осколе находится Оскольский электрометаллургический комбинат. Он использует руды Курской Магнитной Аномалии и электроэнергию Курской и Нововоронежской АЭС. Это единственное в России предприятия металлургии, использующее не традиционный процесс производства металлов.
География металлургических комбинатов
Общий обзор состояния черной металлургии в России
Российская Федерация является одним из крупнейших мировых производителей чугуна, стали и металлопроката. Во многом это обусловлено тем, что в стране имеются богатые залежи железных руд и коксующегося угля, используемого в качестве топливного ресурса. Металлургическая промышленность в России является системообразующей и высокоэффективной отраслью.
История развития металлургической промышленности
Человечество научилось обрабатывать железную руду еще на заре своей истории. Археологи даже выделяют такую историческую эпоху, как «железный век», под которой понимается временной период, когда основными орудиями производства являлись изделия из железа.
В России до времен Петра I металлургия носила кустарный и локальный характер. И только после соответствующих реформ в стране началась промышленная переработка металлов. Выплавка чугуна началась на Урале, где знаменитые промышленники Демидовы основали ряд железоделательных заводов.
После революции, особенно во времена сталинской индустриализации, начали разрабатываться месторождения железных руд на Украине и в районе Курской магнитной аномалии. Во время Великой Отечественной войны основные промышленные мощности были развернуты на Урале и в Сибири.
90-е годы XX века сказались крайне негативно на развитии черной металлургии, однако в последнее время наблюдается планомерный рост производства стали и проката, который, впрочем, еще не достиг докризисного уровня.
Проблемы отрасли
Черная металлургия является одной из наиболее устойчивых отраслей промышленности в нашей стране. Основной ее проблемой является общий спад промышленного производства, особенно ярко наблюдающийся в 90-е годы прошлого столетия. Здесь встает вопрос сбыта продукции, который приводит к снижению объемов выплавки.
Кроме этого, на развитие отрасли во многом влияют цены на железную руду, сталь и прокат на международных рынках, которые отличаются значительной волатильностью.
Перспективы развития отрасли
Основными перспективными направлениями развития черной металлургии являются:
- развитие бездоменных технологий выплавки;
- увеличение доли предельной металлургии за счет использования вторсырья;
- широкое использование изделий из сплавов.
Проблемы и перспективы
В России металлургическая отрасль занимает устойчивое положение. При этом выделяется несколько направлений ее развития:
- Модернизация. На производстве ведется внедрение новейших технологий с целью повышения конкурентоспособности продукции.
- Увеличение количества передельных заводов. Причина состоит в том, что они ориентированы на вторсырье, что значительно удешевляет конечную продукцию.
- Строительство новых заводов вдали от густонаселенных пунктов, чтобы не засорять атмосферу городов.
- Закрытие заводов, на которых присутствует устаревшее оборудование.
Несмотря на то что в 90 годы наблюдался общий спад производства, в настоящее время отрасль имеет перспективы на будущее. Сюда относится внедрение бездоменной выплавки чугуна. Это значительно снизит энергетические затраты производства продукции, сделав ее более чистой, за счет отсутствия вредных примесей.
Тест по теме
- Вопрос 1 из 10
Выпуском какой продукции не занимается черная металлургия?
Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
-
- Людмила Аканаева
10/10
- Елена Тягливая
7/10
- Женя Шалабанов
7/10
- Наталья Кирик
9/10
Популярные цветные металлы и их применение
Несмотря на довольно большое количество известных цветметов, на рынке пользуются большим спросом только некоторые из них. Наиболее востребованы:
- Медь. Металл с антикоррозийными свойствами и эффективной электропроводимостью. Используется для изготовления труб, кабелей, проводки и других технических изделий.
- Латунь. Сплав меди с оловом. Основное применение сплав получил на производстве сантехнических изделий.
- Алюминий. Довольно легкий металл, который широко используется в авиастроении. Данная отрасль является основным потребителем алюминия на рынке, поскольку он отличается легкостью и устойчивостью к негативным внешним факторам.
- Свинец. Тяжелый сплав, который занимает четвертое место на производстве после меди, алюминия и цинка. Обладает хорошими электропроводными свойствами. Однако токсичен и ядовит, что ограничивает сферу его применения.
- Цинк. Активно используется для создания других сплавов. В чистом виде применяется в фармацевтике и ряде производственных отраслей.
Каждый из цветных металлов имеет свою стоимость на вторичном рынке. Поскольку объемы сырья в природе ограничены, переработка позволяет организациям сократить расходы, выполнив переплавку старых изделий. По этой причине цена на цветмет ежегодно растет.
Характеристика производства
В задачу черной металлургии, кроме получения металлов, входит переработка ряда сопутствующих материалов. Сюда включаются кокс, огнеупоры и различные руды.
Если исключить производство цветных металлов, то выделяются основные черты черной металлургии. К ним относятся:
- Более трети всех изделий используется в машиностроении.
- Четвертая часть идет на изготовление строительных несущих конструкций.
- Высокая капиталоемкость производства.
- Зависимость от сырья. Оно составляет около 90% всех затрат.
Полученная металлургическая продукция имеет разновидности. Кратко характеристика о них изложена в таблице.
Выплавленные металлы | Черные | Чугун |
Сталь | ||
Цветные | Благородные. К ним относятся золото, серебро, платина. | |
Тяжелые. Среди них медь, цинк, олово. | ||
Легкие. Это алюминий, магний. | ||
Редкие. Среди них различаются титан, вольфрам, цирконий, молибден. |
Если посмотреть, какая из стран является мировым лидером по производству стали, то с большим отрывом лидирует Китай. Он производит 928 млн тонн в год. Россия выпускает 71 млн тонн. При этом такая развитая страна, как США, производит стали 86 млн тонн. Однако каковы бы не были эти показатели, часто они носят условный характер и не дают объективного определения об уровне развития государства.
Типы предприятий
Несмотря на сырьевые богатства Российской территории, они распределены неравномерно. Это сказывается на направленности работы предприятий. Металлургические комплексы бывают нескольких типов:
- Предприятия полного цикла. Это означает, что на их территории присутствует полностью технологический процесс производства чугуна, проката или стали. Здесь же проводится предварительная переработка железных руд. Такие предприятия в основном строятся вблизи сырьевых и водных ресурсов, чтобы уменьшить затраты на их доставку.
- Неполного цикла. На таких предприятиях выделяется один из процессов черной металлургии и формируется в виде отдельного производства. Такие заводы называются передельными. Они специализируются только на выпуске одного вида продукции — это выпуск чугуна, стали или проката. Располагаются вблизи потребителя или источника вторсырья.
- Малые предприятия. Производство ограничивается только одним цехом. Обычно он входит в состав большого металлургического комплекса.
Иногда сырьем для черной металлургии служит металлолом или другие отходы производства. Поступают на передельные или малые предприятия.
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )