Какие основные продукты цветной металлургии

Цветная металлургия – это не только комплекс мероприятий по получению цветных металлов (добыча, обогащение, металлургический передел, получение отливок чистых металов и сплавов на их основе), но и переработка лома цветных металлов.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, и цветные металлы на сегодняшний день широко используются для разработки инновационных конструкционных материалов. Только отечественная металлургическая промышленность выпускает порядка 70 видов сплавов, используя разнообразное сырье.

В связи с низким содержанием необходимого компонента в руде и примесей других элементов, цветная металлургия является энергозатратным производством и имеет сложную структуру. Так, меди в руде содержится не более 5%, а цинка и свинца не более 5,5%. Колчеданы, добываемые на Урале, многокомпонентные, и в их составе находится порядка 30 химических элементов.

Цветные металлы подразделяются на шесть категорий, согласно своим физическим свойствам и предназначению:

1. Тяжелые. Имеют высокую плотность, соответственно, и вес. К ним относятся Cu, Ni, Pb, Zn, Sn.
2. Легкие. Имеют малый вес из-за незначительной удельной плотности. К ним относятся: Al, Mg, Ti, Na, Ka, Li.
3. Малые: Hg, Co, Bi, Cd, As, Sb.
4. Легирующие. В основном используются для получения сталей и сплавов с необходимыми качествами. Это W, Mo, Ta, Nb, V.
5. Благородные. Широко известны и используются для изготовления ювелирных украшений. Среди них Au, Ag, Pt.
6. Редкоземельные, рассеянные: Se, Zr, Ga, In, Tl, Ge.

Специфика отрасли

Руды цветных металлов, как было выше сказано, содержат малое количество добываемого элемента. Поэтому на тонну той же меди необходимо до 100 т руды. Из-за большой потребности в сырье цветная металлургия, по большей части, располагается вблизи своей сырьевой базы.

Цветные руды для своей переработки требуют большого количества топлива или электроэнергии. Энергетические затраты достигают половины общих затрат, связанных с выплавкой 1 т металла. В связи с этим металлургические предприятия располагаются в непосредственной близости от производителей электроэнергии.

Производство редких металлов в основном основано на восстановлении из соединений. Сырье поступает с промежуточных этапов обогащения руд. Из-за небольших объемов и трудности производства получением редких металлов занимаются лаборатории.

Состав отрасли

Виды цветной металлургии включают в себя отрасли, связанные с получением определенных видов металлов. Так, укрупнено можно выделить следующие отрасли:

• производство меди;
• производство алюминия;
• производство никеля и кобальта;
• производство олова;
• производство свинца и цинка;
• добыча золота.

Получение никеля тесно связано с местом добычи никелевых руд, которые расположены на Кольском полуострове и в Норильском районе Сибири. Многие отрасли цветной металлургии отличаются многоступенчатым металлургическим переделом промежуточных продуктов.

На этом основании эффективен комплексный подход. Это сырье для получения других сопутствующих металлов. Утилизация отходов сопровождается получением материалов, использующихся не только в других отраслях тяжелого машиностроения, но и в химической и строительной отраслях.

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

Основными этапами получения чистой меди являются выплавка черновой меди и ее дальнейшее рафинирование. Черновая медь добывается из руд, а низкая концентрация меди в уральских медных колчеданах и большие ее объемы не позволяют перенести производственные мощности с Урала. В качестве резерва выступают: медистые песчаники, медь-молибденовые, медь-никелевые руды.

Рафинирование меди и переплавка вторичного сырья производится на предприятиях, которые удалены от источников добычи и первичной плавки. Благоприятствует им низкая стоимость электричества, так как для получения тонны меди расходуется до 5 кВт энергии в час.

Утилизация сернистых газов с последующей переработкой послужила стартом для получения серной кислоты в химической промышленности. Из остатков апатитов производит фосфатные минеральные удобрения.

Получение свинца и цинка

Металлургия цветных металлов, таких как свинец и цинк, имеет сложную территориальную разобщенность. Добычу руды ведут на Северном Кавказе, в Забайкалье, Кузбассе и на Дальнем Востоке. А обогащение и металлургический передел проводится не только возле мест выемки руды, но и на других территориях с развитой металлургией.

Свинцовые и цинковые концентраты богаты на химическую элементную базу. Однако сырье имеет разное процентное содержание элементов, из-за чего не всегда цинк и свинец можно получить в чистом виде. Поэтому технологические процессы в районах различны:

1. В Забайкалье получают только концентраты.
2. На Дальнем Востоке получают свинец и цинковый концентрат.
3. На Кузбассе получают цинк и свинцовый концентрат.
4. На Северном Кавказе ведут передел.
5. На Урале производят цинк.

Металлургия легких металлов

Наиболее распространенным легким металлом является алюминий. Сплавы на его основе обладают свойствами, присущими конструкционным и специальным сталям.

Для получения алюминия сырьем являются бокситы, алуниты, нефелины. Производство разделено на две стадии:

1. На первой стадии получают глинозем и необходим большой объем сырья.
2. На второй стадии электролитическим методом производят алюминий, на что требуется недорогая энергия. Поэтому этапы производства находятся на разных территориях.

Получение алюминия и сплавов сосредоточено в промышленных центрах. Сюда же поставляется лом на вторичную переработку, что в итоге снижает себестоимость готовой продукции.

Металл – это опора жизни. Металлургия – важнейшая отрасль промышленности, благодаря которой человечество имеет возможность использовать  металл и даже изменять его свойства, производя различные сплавы. Это значит, что благодаря развитию металлургии человечество движется вперед – конструкции становятся прочнее, легче и надежнее.

Металлургия – это отрасль тяжелой промышленности, основной продукцией которой являются сплавы, металлопрокат и различные металлоизделия. 

Выплавка металла – горячее производство во всех смыслах. Во-первых, предприятия металлургии перерабатывают колоссальные объемы руды, потребляя огромное количество энергии и топлива. Работа идет непрерывно – тонны металла выходят из печей и  продукция с прокатных станов исчисляется миллионами. Только за 2010 год в мире было произведено 1414 млн. тонн стали.  Во-вторых, металл не так-то просто поддается обработке. Изменение его свойств, состава происходит под воздействием очень высоких температур.  

Отрасль включает в себя другие, связанные с ней производства – добывающие и обогатительные предприятия, коксовые предприятия. Металлургия делится на два направления по видам получаемых и обрабатываемых металлов – черная металлургия и цветная металлургия. Черная металлургия занимается производством сплавов и изделий на основе железа. Иногда к черным металлам также относят марганец и хром. Специфика цветной металлургии – выплавка сплавов и производство изделий из цветных металлов. В их число входят все металлы за исключением железа и его сплавов.

Технология производства металлов непростая и состоит из нескольких технологических этапов.

1. Добыча и подготовка сырья к переработке (обогащение, агломерирование, получение концентратов)

Обогащение руды – это процесс переработки руд для получения концентрата. Методы обогащения руд предусматривают дробление минералов. В дальнейшем происходит сепарация полезных элементов и пустой породы. Концентрат используется для производства металлов.

2. Металлургический передел.

Передел — переработка сырья с целью получения полуфабриката для дальнейшей переработки. В результате этого процесса изменяются химический состав материала, физические и механические свойства и агрегатное состояние. Передел в металлургии — стадия получения или переработки металла. К основным видам металлургического передела относятся плавка и разливка металла, обжатие и прокатное, трубное и метизное производства.

3. Утилизация или переработка отходов основного производства. Вовлечение отвалов и шлаков в производство другой продукции и извлечение металлов.

Отвалы и шламохранилища отнимают городские и сельскохозяйственные земли, создают серьезную экологическую нагрузку. В техногенных образованиях Уральского региона, например, содержатся до 43 млн. тонн меди, 2 млн. тонн цинка, 12 млн. тонн железа, а также другие цветные, редкоземельные и благородные металлы. Около 60-70% отходов, накопленных на горнодобывающих предприятиях Урала, по мнению специалистов, можно использовать для производства металла, строительных материалов, цемента, сельскохозяйственных удобрений и другой продукции

Черная металлургия. Металлургический цикл

Чугун —> Сталь —> Прокат

Железо в природе находится в руде в виде оксидов Fe3O4, Fe2O3, гидроксида Fe2O3 х Н2О, карбонатов FeСO3 и других. Поэтому первая стадия получения железосодержащих сплавов – высвобождение железа из руды в доменной печи, выплавка чугуна под воздействием температуры свыше 1000 градусов. Свойства получаемого чугуна можно изменять в ходе выплавки в доменной печи, что и делают металлурги. Так, для дальнейшей переработки готового сплава и изготовления стали получают передельный чугун. Для получения отливок выплавляется литейный чугун.

Дальнейший путь передельного чугуна – выплавка стали. Сталь — сплав железа с углеродом и легирующими элементами. Она прочнее чугуна и более пригодна для строительных конструкций и деталей машин. Выплавка происходит в печах, где металл находится в жидком состоянии. Методов получения стали несколько, среди них — кислородно-конверторный, мартеновский, электроплавильный. Каждый метод использует различное оборудование – мартеновские печи, индукционные печи, дуговые печи, конвертеры.  

Сегодня существует большое количество марок стали с различным легирующими элементами. Легирование – изменение состава сплавов путем введения определенных концентраций дополнительных элементов. Таким образом, изменяется состав и свойства сплава. Основные легирующие элементы для стали – это хром (Cr), никель(Ni), марганец (Mn), кремний (Si), молибден (Mo), ванадий (V), бор (B), вольфрам (W), титан (Ti), алюминий (Al), медь (Cu), ниобий (Nb), кобальт (Co).

Кроме того, есть и принципиально иной способ производства сплавов на основе черных (и цветных) металлов – он используется в порошковой металлургии. Принцип следующий: порошки металла с размерами частиц от 0,1 мкм до 0,5 мм сначала спрессовывают, а затем спекают.

Цветная металлургия. Особенности производства

 Производственный цикл цветной металлургии включает обогащение руд, выплавку металла (некоторые виды металла требуют еще рафинирования), затем передел и металлопрокат.  

Руда цветных металлов содержит очень большое количество различных элементов, содержание полезных компонентов в ней низкое. Поэтому обработка руды более сложная и отличается от обработки руды черных металлов. Из одной тонны руды в среднем выплавляется одна тонна металла. Большое количество побочных продуктов, отходов, которые остаются после процесса извлечения металла, нуждаются в утилизации или переработке. Именно поэтому цветная металлургия часто связана с химической промышленностью – для переработки отходов строятся сопутствующие предприятия.

Цветная металлургия делится на две подотрасли: металлургия легких и тяжелых металлов. Деление обусловлено свойствами обрабатываемых металлов. Обычно для классификации используют такие физические свойства металлов, как атомный вес и плотность. К тяжелым металлам по этой классификации относят: медь, цинк, никель, свинец. К легким: титан, алюминий, магний. Производство двух групп металлов отличается: для выплавки легких металлов требуется большее количество энергии.

Также существует понятие «редкоземельные металлы» (РЗМ). К ним принадлежат  иттрий, церий, диспрозий, лантан, неодим, празеодим, самарий, тербий, эрбий. Элементы получили свое название до разведки запасов, тогда считалось, что в земной коре их крайне мало. На самом деле, они не такие уж и редкие: суммарная распространенность этих элементов больше, чем, например, свинца. Однако промышленное производство изделий из РЗМ осложнено тем, что элементы труднодоступны и дефицитны. Используются они только в современных высокотехнологичных продуктах и в небольшом количестве.

Продукция цветной металлургии – лигатуры, профили, прокат, концентраты. Детали из цветных металлов применяются в авиастроении, ракетостроении, атомной и химической промышленности.

Прокат

Именно на этой стадии производятся полуфабрикаты для продажи и изготовления конечной продукции.

Прокатка  – это следующая стадия металлургического цикла после выплавки и получения металла.

Металлопрокат– это металлическая заготовка, изделие, прошедшее обработку на прокатном стане.

Описание процесса прокатки

Прокатная машина представляет собой несколько валков, которые вращаются в разные стороны. Между ними зажат металл. В процессе давления и трения исходная заготовка деформируется, меняя длину и ширину. 

Прокат возможен с изменением температуры заготовки или без – холодный и горячий. Холодный прокат используется, когда пластичность металла позволяет изменять формы и размеры заготовки без нагрева. При этом способе кристаллическая решетка металла не деформируется. Второй способ подразумевает нагрев заготовки, используется обычно для листов и продукции простых сечений – балок, швеллеров и так далее.

Процесс прокатки может быть не последним этапом в цикле металлургического производства. Например, прокат в черной металлургии считается третьим переделом, но  возможен также четвертый передел – дополнительная обработка полуфабриката для улучшения его свойств. В том числе, нанесение защитного покрытия.

Рассмотрим основные виды продукции черного металлопроката.

1. Сортовой прокат. Круг, квадрат, полоса, арматура, шестигранник.

2. Листовой прокат. Лист, профнастил.

3. Трубный прокат.

4. Фасонный прокат. Балка, швеллер, уголок.

5. Другое. Сетка, метизы.

Рынок вторичного сырья

Большое значение имеет рынок вторсырья цветных и черных металлов. К сожалению, металлорудные ресурсы невозобновляемы, и с каждым годом их становится все меньше. Учитывая огромные потребности строительного комплекса в черном металлопрокате, потребности авиастроения, машиностроения, электротехнического производства и других отраслей промышленности, нужно совершенствовать переработку отслуживших деталей и агрегатов. Хотя уже сегодня сталь из вторчермета не уступает по качеству стали, выплавленной из руды. А рынок металлолома растет и становится более упорядоченным. Переработкой занимаются как крупные, так и мелкие компании. Но требования времени и здесь очевидны: совершенствование технологий переработки и разделения металлолома.

Производственные базы

В России металлургические базы исторически формировались в местах залежей полезных ископаемых. Сегодня успешно действуют две металлургические базы вблизи источников сырья – Уральская и Центральная. Уральская база – это градообразующие предприятия Магнитогорска, Нижнего Тагила, Челябинска. Крупные заводы полного цикла расположены в городах Череповец, Липецк, Тула, Старый Оскол. Металлургия – крайне энерго-и ресурсозатратное производство. Поэтому многие металлургические предприятия расположены в районах с дешевой электроэнергией – вблизи топливно-энергетических ресурсов (формирующиеся Сибирская и Дальневосточная базы). Сибирская металлургия базируется в городе Новокузнецке. Передельные заводы — в Новосибирске, Петровске-Забайкальском, Гурьевске, Красноярске, Комсомольске-на-Амуре.

Особенностью российской металлургии является монополизация и концентрация производства. Сегодня в стране действует несколько металлургических гигантов, обеспечивающих выпуск большей части всей продукции. Это вертикально-интегрированные холдинги. В черной металлургии широко распространены предприятия полного цикла: на таких заводах выпускается чугун, сталь и прокат.

Существуют и предприятия неполного цикла, их называют передельной металлургией. Такие производства не вырабатывают чугун, или минуют несколько первых стадий металлургического цикла, производя только прокат из заготовок или вторсырья. Часто такие центры обслуживают машиностроительные предприятия, которым металлопрокат и сталь требуется в огромном количестве.

Историческая справка. Начало металлургической промышленности в России связано с именем Петра Первого. В местах залежей руды были созданы горнозаводские округа, на крупных реках началось строительство заводов. Первые заводы были пущены в первом десятилетии 18 века – 1700-1701 годы – (Каменский и Невьянский). 

Металлургическая промышленность в экономике. Проблемы и перспективы отрасли

Металлургия для России – крайне важная отрасль. Доля металлургии в  промышленном производстве страны составляет сейчас 17%, в то время как ее доля в основных фондах промышленности — 11%, а в  численности персонала — 9%. Большинство металлургических предприятий являются градообразующими и обеспечивают занятость сотням тысяч людей. Значительную долю — 16% металлургия составляет в российском экспорте.

В продукции металлургического комплекса России заинтересованы и другие страны. Россия является одним из крупнейших экспортеров металлических сплавов и металлопроката. В мировом рейтинге по экспорту стали она занимает четвертое место, уступая по объемам США, Японии и Китаю. Объем экспорта черной металлургии в 2010 году – 27,2 млн. тонн.

Страна также находится в числе лидеров по производству таких цветных металлов, как алюминий, медь, никель. Экспорт меди в 2010 году – около 500 тыс. тонн, экспорт никеля – 245 тыс. т., алюминия – 3,5 млн. т.

При этом на экспорт уходят в основном полуфабрикаты, заготовки и сплавы. Это означает, что экспорт носит сырьевой характер, товаров с большой добавочной стоимостью очень мало. Теряется потенциальная добавочная стоимость. Для этого есть, по крайней мере, две причины. Первая – искусственное ограничение. Внутренние меры других государств фактически ограничивают поставки высокотехнологичного оборудовании и продукции, оставляя при этом возможности для поставок сырья. Вторая – российские металлургические предприятия практически не выпускают высокотехнологичные инновационные продукты, единицы обращают внимание на глубокий передел, получая прибыли с первичных переделов.

В 2010 году инвестиции были направлены на добывающий сектор — стоимость сырья увеличивается, потому для компаний выгодно вкладывать в добычу. Такая ситуация, по мнению экспертов РИА-аналитика, ни в коей мере не способствует развитию более технологичных отраслей, это просто невыгодно компаниям. Продолжается эксплуатация ресурсов, не подкрепленная новыми технологичными производствами. Глубокий передел оказывается без внимания инвесторов. В других странах-экспортерах ситуация иная: развиваются предприятия высокого передела и инвестиции направлены именно на производство.

Отставание от мировых производителей видно и на первых стадиях металлургического производства: многие страны уже отказались от мартеновских процессов, заменив их на более энергоемкие – конвертерные. В России этот способ все еще используется.

Между тем, аналитики ожидают дальнейшего роста производства и прибылей в металлургии. Связано это с развитием отраслей-потребителей.

Тенденции спроса на продукцию металлургии на рынке   

По данным на начало 2011 года обзора РИА-аналитика, из всех видов металлургической продукции наиболее динамично развивается в последние годы производство стальных труб. Повлияло на небывалый всплеск производства в 2010 году строительство магистральных нефте- и газопроводов.

Благодаря оживлению машиностроения и строительного комплекса наметились новые тенденции на внутреннем рынке: увеличение спроса. Это касается и черной, и цветной металлургии, которая работала преимущественно на экспорт. Прослеживается рост спроса на листовой и сортовой прокат.

Основные потребители

Основными потребителями продукции металлургических предприятий является строительная отрасль, машиностроение и металлообработка. Зависимость от этих рынков диктует повышение и понижение спроса на продукцию металлургов. Как только отечественное машиностроение начнет производство высокотехнологичной продукции, изменится и продукция металлургии.

На правах рекламы