Порошковая металлургия на дому или создание ювелирных украшений из

Металлическая глина (metal clay) — это инновационный материал для использования в любительских и профессиональных целях, который был разработан в 1990-м году в Японии и получил признание, завоевал популярность у мастеров и увлеченных людей во всем мире. Сегодня выпускается большое разнообразие глин из разных металлов, но их объединяет единый принцип использования и обработки.

Материал состоит из трех основных компонентов: мелкодисперсного металлического порошка драгоценного, цветного или черного металла; органического пластификатора и дистиллированной воды.

Особенность высушенной металлической глины — в её способности к спеканию и трансформации из хрупкой массы в гомогенное и прочное металлическое изделие. В печи происходит спекание металла при температурах гораздо ниже характерных для данного металла температур плавления, как в технологии порошковой металлургии, используемой в промышленности. С запечённой медью и серебром можно делать все, что угодно, что делают с металлами. Штамповать, делать чеканку, гравировку, гнуть, и прочее.

Данная технология подходит для получения небольших и сложных по форме изделий. Получается экономия на избавлении от этапа длительной и энергозатратной механической обработки — штамповки, фрезеровки, гравировки, литья, пайки, которые требуют дорогого оборудования.

Как сырая, так и высушенная металлическая глина хорошо поддаётся штамповке, шлифовке, резьбе перед спеканием.
Обработанное в печи изделие подвергается чернению, шлифовке, лакировке, покрытию эмалями и смолами для получения более сложных и интересных изделий.

Высокая стоимость сырья компенсируется скоростью изготовления изделий, резким уменьшением отходов производства и тем, что исключается этап литья и работы с расплавленными металлами, который сам по себе довольно опасный. Теперь мы можем изготавливать вручную любые по сложности изделия из драгоценных, цветных и черных металлов, не прибегая к помощи сложного оборудования.

Просмотрев этот ролик, вы совершенно точно получите достаточно информации, чтобы понять, хотите ли вы освоить данный вид рукоделия, будет ли интересно конкретно вам попробовать себя в этом хобби.

технология получения порошков, изготовление и применение изделий

Из металлов и различных сплавов могут производиться порошковые составы. Они могут применяться самым различным образом для защиты заготовок и деталей. Порошковая металлургия – активно развивающаяся область, которая имеет огромное количество особенностей. Это направление металлургии появилось более ста лет назад.

Порошковая металлургия

Получение порошков

Для производства порошка могут применяться самые различные технологии, но их объединяют следующие моменты:

1. Экономичность. В качестве сырья могут использоваться отходы металлургической промышленности. Примером назовем окалину, которая сегодня нигде не применяется. Кроме этого, могут применять и другие отходы.
2. Высокая точность геометрических форм. Изделия, получаемые при применении рассматриваемой технологии порошковой металлургии, обладают точными геометрическими формами, последующая механическая обработка не требуется. Этот момент определяет относительно небольшое количество отходов.
3. Высокая износостойкость поверхности. За счет мелкозернистой структуры получаемые изделия обладают повышенной твердостью и прочностью.
4. Невысокая сложность технологий порошковой металлургии.

Рассматривая наиболее распространенные технологии порошковой металлургии отметим, что они делятся на две основные группы:

1. Физико-механические методы заключаются в измельчении сырья, за счет чего размер частиц становится небольшим. Подобного рода процессы производства характеризуются комбинированием различной нагрузки, которая оказывает воздействие на сырье.
2. Химико-металлургические методы используются для изменения фазового состояния применяемого сырья. Примером подобного производства можно назвать восстановление солей и окислов, а также других соединений металлов.

Металлический порошок

Кроме этого, выделим следующие особенности производства порошка:

1. Шаровой способ предусматривает переработку металлических обрезков в шаровой мельнице. За счет тщательного дробления получается мелкозернистый порошок.
2. Вихревой способ заключается в применении специальной мельницы, которая создает сильный воздушный поток. Столкновение крупных частиц становится причиной получения мелкого порошка.
3. Применение дробилок. Нагрузка, которая создается при падении груза большой массы, приводит к измельчению материала. Ударная нагрузка воздействует с определенной периодичностью, за счет чего и происходит дробление состава.
4. Распыление сырья в жидком виде под воздействием сжатого воздуха. После получения хрупкого состава, металл пропускается через специальное оборудование, которое перемалывает его для получения порошка.
5. Электролиз – процесс восстановления металла из жидкого состава под воздействием электрического тока. За счет повышения показателя хрупкости сырье может быстро перемалываться в специальных дробилках. Данный метод обработки позволяет получить зерно дендритной формы.

Некоторые из приведенных выше технологий порошковой металлургии получили большое распространение в промышленности по причине высокой производительности и эффективности, другие сегодня практически не применяются из-за повышения стоимости получаемого сырья.

Компактирование

Порошковая металлургия также предусматривает проведение процедуры, которая основана на получении полуфабрикатов в виде прутков и лент. После прессования можно получить практически готовое к применению изделие.

К особенностям процесса компактирования можно отнести нижеприведенные моменты:

1. В качестве сырья при проведении рассматриваемого процесса применяется сыпучее вещество.
2. После прохождения компактирования сыпучий порошок становится компактным материалом с пористой структурой. Прочность получаемого изделия приобретается в ходе проведения других процессов обработки.

Принцип порошковой металлургии

Рассматривая процесс прессования порошка, отметим применение следующих технологий:

1. прокатывание;
2. шликерное литье;
3. изостатическое прессование за счет оказания давления газом или жидкостью;
4. прессование с одной или обеих сторон при применении специальных металлических матриц;
5. инжекционный метод.

Для того чтобы ускорить процесс компактирования, изделия порошок подвергается воздействию высокой температуры. В большинстве случаев расстояние между отдельными частицами уменьшается за счет воздействия высокого давления. Большой прочностью обладают порошки, изготавливаемые из мягких металлов.

Спекание

Финальный этап в порошковой металлургии заключается в воздействии высокой температуры. Практически любой метод порошковой металлургии предусматривает воздействие высокой температуры. Проводится спекание для достижения следующих целей:

1. для повышения плотности изделия;
2. для придания определенных физико-механических качеств.

Для термического воздействия проводится установка специального оборудования. Защитная среда, как правило, представлена инертными газами, к примеру, водородом. Процесс спекания может проводится и в вакууме для повышения эффективности применяемой технологии.

Индукционный метод нагрева также пользуется большой популярностью. Он предусматривает использование индукционных печей, которые производят или изготавливают своими руками. В продаже встречается оборудование, способное объединять несколько технологических процессов: спекание и прессование.

Применение продуктов порошковой металлургии

Порошковую металлургию применяют в авиации, электротехнике, радиотехнике и многих других отраслях промышленности. Это связано с тем, что применяемая технология производства позволяет получать детали сложной формы. Кроме этого, современные технологии порошковой металлургии позволяют получить детали, обладающие:

1. Высокой прочностью. Плотная структура определяет повышенную прочность.
2. Долговечностью. Получаемые изделия могут прослужить в тяжелых условиях эксплуатации на протяжении длительного периода.
3. Износостойкостью. Если нужно получить поверхность, которая не истирается под механическим воздействием, то нужно рассмотреть технологию порошковой формовки.
4. Пластичностью. Можно также получить заготовки повышенной пластичности.

Продукция порошковой металлургии

Также распространение этой технологии можно связать с низкой себестоимостью получаемых изделий.

Достоинства и недостатки
Метод получения изделий из порошков получил достаточно широкое распространение по причине большого количества достоинств:

1. низкая стоимость получаемых изделий;
2. возможность производства крупных деталей со сложными поверхностями;
3. высокие физико-механические качества.

Металлургический порошковый метод характеризуется и несколькими недостатками:

1. Получаемая структура обладает относительно невысокой прочностью.
2. Структура характеризуется меньшей плотностью.
3. Рассматриваемые технологии предусматривают применение специализированного оборудования.
4. При нарушении технологии производства детали имеют низкое качество.

Сегодня порошковая металлургия активно применяется в самых различных отраслях промышленности. Кроме этого, ведутся разработки, которые направлены на улучшение качества получаемых изделий.

В заключение отметим, что при соединении мелких частиц различных металлов и сплавов получаются материалы с особыми эксплуатационными качествами.

Порошковая металлургия — Википедия

Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: производство порошков

[⇨], смешивание порошков^[⇨], уплотнение (прессование, брикетирование)^[⇨] и спекание^[⇨].

Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом.

Порошковая металлургия существовала в Египте в III веке до н. э. Древние инки из драгоценных металлических порошков делали украшения и другие артефакты. Массовое производство изделий порошковой металлургии начинается с середины 19-го века. В 1826 году Пётр Григорьевич Соболевский и Василий Васильевич Любарский разработали способ аффинажа сырой платины и превращения её в ковкий металл.

[1]

Порошковая металлургия развивалась и позволила получить новые материалы — псевдосплавы из несплавляемых литьём компонентов с управляемыми характеристиками: механическими, магнитными, и др.

Изделия порошковой металлургии сегодня используются в широком спектре отраслей, от автомобильной и аэрокосмической промышленности до электроинструментов и бытовой техники. Технология продолжает развиваться.

Несмотря на разнообразие методов является наиболее трудоёмкой и дорогой стадией технологического процесса^[2]. Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

1. Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.
2. Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 1960-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.
3. Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.
4. Электролитическое осаждение металлов из растворов.
5. Использование сильного тока, приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

Типовой технологический процесс изготовления деталей методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций: приготовление шихты (смешивание), формование, спекание и калибрование.

Приготовление смеси[править | править код]

Смешивание — это приготовление с помощью смесителей однородной механической смеси из металлических порошков различного химического и гранулометрического состава или смеси металлических порошков с неметаллическими. Смешивание является подготовительной операцией. Некоторые производители металлических порошков для прессования поставляют готовые смеси.

Формование порошка[править | править код]

Формование изделий осуществляется путём холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Обычно используются жёсткие закрытые пресс-формы, пресс-инструмент ориентирован, как правило, вертикально. Смесь порошков свободно засыпается в полость матрицы, объёмная дозировка регулируется ходом нижнего пуансона. Прессование может быть одно- или двусторонним. Пресс-порошок брикетируется в полости матрицы между верхними и нижним пуансоном (или несколькими пуансонами в случае изделия с переходами). Сформированный брикет выталкивается из полости матрицы нижним пуансоном. Для формования используется специализированное прессовое оборудование с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом. Полученная прессовка имеет размер и форму готового изделия, а также достаточную прочность для перегрузки и транспортировки к печи для спекания.

Спекание[править | править код]

Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре ниже температуры плавления металла. С повышением температуры и увеличением продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность, и улучшаются контакты между зёрнами. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме. Прессовка превращается в монолитное изделие, технологическая связка выгорает (в начале спекания).

Калибрование[править | править код]

Калибрование изделий необходимо для достижения нужной точности размеров, улучшается качество поверхности и повышается прочность.

Дополнительные операции[править | править код]

Иногда применяются дополнительные операции: пропитка смазками, механическая доработка, термическая, химическая обработка и др.

Благодаря структурным особенностям, продукты порошковой металлургии более термостойки, лучше переносят циклические перепады температур и напряжений деформации, а также радиоактивного излучения.

Однако порошковая металлургия имеет и недостатки, сдерживающие её развитие: сравнительно высокая стоимость металлических порошков, необходимость спекания в защитной атмосфере, что также увеличивает себестоимость изделий порошковой металлургии, невозможность изготовления в некоторых случаях заготовок больших размеров, необходимость использования чистых исходных порошков для получения чистых металлов.

• Powder Injection Moulding International (ISSN 1753—1497) комбинация делового (В2В) и научного журнала предлагающего углублённое освещение металлокерамической отрасли промышленности (порошковой металлургии).

Что такое металлургия, история, области, технологии, специальности

Металлургия — широкое понятие, относящееся к технике и науке. Это мощная промышленная отрасль, главная задача которой заключается в производстве и обработке металлов. Металлы выделяют из различных руд, после чего изучают их физикохимические свойства и производят современные высокотехнологичные сплавы.

В данном материалы мы рассмотрим основные области деятельности металлургии, ее особенности и технологии, а также пути овладения специальность. «Металлургия».

Области металлургии

В металлургии различают несколько областей:

• Чёрную. Она включает в себя производство таких металлов как чугун, сталь и железо. Это чёрные металлы, производство которых требует много материалов, в том числе и каменный уголь;
• Цветную. Это добыча разных руд и процесс их дальнейшего обогащения. Цветные металлы обрабатывают разными способами, получая из них новые сплавы;
• Плазменную. Из руд извлекают металлы, а затем подвергают их обработке. Для обработки применяют мощные плазменные реакторы и печи, а также технологию плазменного нагрева, чтобы придать процессу плавления максимальную интенсивность;
• Порошковую. Задача порошковой металлургии — получение из металлов разных порошков, которые применяют для изготовления изделий. Также в этой отрасли используют композитные технологии, соединяя металлы и неметаллы.

Технологии металлургии

В металлургии используют специальные технологии добычи металлов:

• пирометаллургию. Все процессы плавления, обжига и другие технологии протекают в условиях высоких температур;
• гидрометаллургию. Металлы извлекают из руды, а потом выделяют из них растворы, применяя электролиз;
• биотехнологии. Извлечь из руды металл можно, используя живые микроорганизмы для реакций биоокисления или биосорбции.

Ежегодно развитие экономики требует новых запасов металлов. Известно, что природные ресурсы не безграничны, поэтому одна из основных задач металлургов, кроме развития геологоразведочной отрасли — повторное применение того или иного металла.

Есть несколько металлов, которые уже давно нашли широкое применение в разных отраслях человеческой деятельности. Это сталь (её ежегодное потребление составляет больше 90%), свинец, а также медь и алюминий. Из редких металлов следует отметить добычу платины, теллура, осмия и золота.

Сферу строительства невозможно представить без использования железа и стали. Они обладают высокой износостойкостью и замену им найти практически невозможно. Что касается прочного алюминия, именно он, благодаря его низкой плотности, применяется при строительстве самолётов.

Одно из главных свойств меди — высокая степень теплопроводности, поэтому она широко применяется для изготовления электрических кабелей. Золото активно используют для производства ювелирных украшений. Также из него делают электрические соединения, не подверженные реакции окисления.

Раньше в металлургической промышленности использовали чистые металлы, но со временем высокотехнологичные сплавы уверенно вытеснили их из производственной сферы. Сплавы обладают особыми качествами, которых нет у чистых металлов. Наиболее популярными из них являются «нержавейка», углеродистая сталь, сплавы из никеля и меди.

История металлургии

Металлургия начала развиваться ещё в эпоху каменного века. Есть несколько исторических вех её развития. Согласно археологическим раскопкам, наши древние предки уже в 6 в. до н.э. активно использовали железо, попавшее на Землю в составе метеоритов. Люди постепенно осваивали обработку серебра и олова.

В эпоху бронзового века (5500 лет назад) люди научились получать из горных пород олово и медь, из которых у них случайно вышла бронза. Во времена железного века (1200 лет назад) из руды стали извлекать железо. Его главными добытчиками считают древних римлян, преуспевших в искусстве ковки, а четь изобретений технологий металлообработки и добычи принадлежит китайцам.

Независимо от того, в каком уголке земного шара развивалась металлургия, все люди пользовались классическим сыродутным методом, с помощью которого осуществлялась выплавка меди и свинца.

Далее последовала эпоха, называемая этапом цементации. Железо стали закаливать, оно превратилось в металл гораздо прочнее бронзы. Однако процесс освоения людьми этой технологии занял около тысячи лет.

В период Средневековья высота плавильных печей уже составляла три метра, а работали они с применением энергии, получаемой через воду. Эти печи назывались штукофенами и стали стимулом для того, чтобы чёрная металлургия вышла на очередной виток развития. В эпоху Возрождения появились новые виды печей, которые назвали блауофенами. После них появились доменные печи громадных размеров. Они работали 24 часа в сутки, выпуская до полутора тысяч тонн чугуна отменного качества.

В конце XIX, начале XX века появились новые технологии производства металлов. Речь идёт о бессемеровском, томасовском и, наконец, мартеновском способах. Они помогли людям в разы увеличить производственные объёмы с выпуском металлов от шести тонн в час. Спустя 50 лет появились безостановочная разливка стали и метод кислородного дутья. На современном этапе учёные активно развивают разные технологии обогащения руд и производства стали в электрических печах.

Газы в металлургии

Пирометаллургия — отрасль, подразумевающая постоянное газообразование. Газы должны регулярно удаляться из печей вместе с пылью. Они бывают технологическими и топливными.

Образование технологических газов происходит во время протекания сложных процессов. Они состоят из углекислоты, водных паров, оксида углерода и сернистого ангидрида. Также при некоторых процессах в металлургии наблюдается выделение газообразного хлора и других хлоридов. Когда топливо сгорает, происходит выделение углекислоты и водного пара. Температура газов, выделяющихся во время реакций, составляет от 800 до 1300С, но иногда она бывает и больше.

Сейчас на любом металлургическом производстве используются комплексные технологии переработки газов:

• с применением оксида серы;
• высокие температуры;
• процесс обезвоживания и т.д.

Специальность «Металлургия»

Профессия металлурга включает несколько специализаций. Есть рабочие-металлурги, а есть инженеры. Среди рабочих направлений выделяют:

• сталеваров. Они владеют всеми известными технологиями производства стали;
• плавильщики. Они занимаются плавлением металлов, знают, из чего они состоят и при каких температурах процесс плавления будет наиболее эффективным;
• специалисты доменных печей. Их задача — убирать из печей отходы производства, чтобы качество металлов всегда оставалось на должном уровне;
• разливщики. Они принимают жидкие металлы и разливают их в специальные формы;
• нагревальщики. Они не только нагревают доменные печи, но и готовят их к работе;
• машинисты кранов. Они перемещают с помощью металлургических кранов необходимые производственные элементы. Такой крановщик занимается организацией всего рабочего процесса в цехе.

Задача инженеров-металлургов — управление производственным процессом от и до. Они разрабатывают способы, применяемые при плавлении разных металлов и изготовлении разных изделий. Инженеры занимаются вопросами безопасности на производстве — с целью сохранения экологического фона. Также они контролируют качество производимой продукции и проводят ряд мероприятий в области маркетинга.

Таким образом, профессия металлурга объединяет несколько разных специальностей, а металлургия — это динамично развивающаяся сфера, без которой невозможно себе представить развитое и цивилизованное общество. И поскольку внутри отрасли есть большое число направлений, то каждый может выбрать наиболее интересную и подходящую ему профессию.

Стоит отметить, что выучиться на одно из направлений металлургической отрасли возможно не только в университетах и средних профессиональных образовательных учреждениях, но и в рамках дополнительного профессионального образования. Так, Современная научно-технологическая академия реализует курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации по профилю «Металлургия».

Курсы повышения квалификации «Металлургия» направлены на специалистов, которые уже работают в отрасли и хотят повысить уровень своих знаний и компетенций. А вот профессиональная переподготовка ориентирована на тех, кто ставит перед собой цель овладеть новой профессией. Обучение на базе СНТА позволяет овладеть актуальные навыками и компетенциями, которые станут отличным толчком для дальнейшего профессионального роста и развития специалиста.

---

Популярные статьи в категории:

Не нашли нужную информацию? Задайте вопрос менеджеру

состав, значение, факторы размещения. Видеоурок. География 9 Класс

Тема: Общая характеристика хозяйства России 

Урок: Металлургический комплекс: состав, значение, факторы размещения

 

Металлургический  и химический комплексы поставляют конструкционные материалы необходимые для промышленности и строительства.

Конструкционные материалы — это разнообразные материалы, которые используются для изготовления готовых изделий или строительства.

Конструкционные  материалы по времени их возникновения делят на традиционные, которые человечество использует давно, и новые, которые стали использоваться в 20 веке.

По происхождению на металлические, неметаллические и композиционные.

Одними из основных конструкционных материалов являются металлы. Металлы производит Металлургический комплекс.

Металлургический комплекс- это совокупность отраслей промышленности, производящих разнообразные металлы.

Состав металлургического комплекса.

Металлургический комплекс включает в себя две крупные отрасли черную и цветную металлургию.

Черная металлургия – это производство металлов, основу которых составляет железо (чугун, сталь, ферросплавы), а также марганца и хрома.

Цветная металлургия – производство более 70 металлов обладающих ценными свойствами (меди, алюминия, свинца, цинка и т.д.)

Предприятия металлургического комплекса занимается добычей и обогащением металлических руд, выплавкой разнообразных металлов, производством проката, обработкой металлов различными способами для получения заданных свойств, переработкой вторичного сырья, производство вспомогательных материалов.

1. Продукция металлургического комплекса служит фундаментом для машиностроения.

2. Продукция широко используется в строительстве, на транспорте, в электротехнике, в атомной промышленности и химической промышленности.

3. На долю металлургии приходится 16% общего объема промышленного производства России,10% занятого в промышленности населения. 

4. Комплекс потребляет 25% добываемого в стране угля, 25% производимой электроэнергии, 30% грузовых железнодорожных  перевозок.

5. Продукция металлургии одна из основных статей экспорта России.

6. По экспорту стали Россия занимает 1-е место в мире, по производству стали 4-е после Китая, Японии, США

7. Металлургия — крупный загрязнитель природы. Её предприятия выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн вредных веществ. Крупные металлургические центры являются городами с неблагоприятной экологической ситуацией. Большой вред природе наносит открытый способ добычи руды

1. Материалоемкость – затраты материалы на выпуск единицы продукции.

Большой расход исходного рудного сырья, поэтому предприятия металлургии располагаются вблизи источников сырья. Например,  для производства 1 т стали требуется 5т руды, а для производства 1 т олова надо более 300 т руды.

2. Энергоемкость – затраты энергии на выпуск единицы продукции.

Многие предприятия комплекса располагаются вблизи источников дешевой электрической энергии, т.к. для производства требуется много энергии. Например, для производства 1 т алюминия необходимо 17 тыс.кВт*ч, а для производства 1 т титана 30-60 тыс. кВт*ч электроэнергии.

1. Трудоемкость – затраты труда на выпуск единицы продукции.

В среднем на металлургическом заводе работают от 20 до 40 тыс.человек, а это население небольшого города.

2. Концентрация – сосредоточение больших объемов производства на одном предприятии.

Более 50% черных металлов и 49% цветных выплавляются на 5% промышленных предприятий. Такая высокая концентрация способствует удешевлению продукции, но усложняет реагирование на изменение рынка.

3. Комбинирование – объединение на одном предприятии кроме основного производства, производств, связанных с основным технологически и экономически.

В составе металлургического комбината кроме металлургического производства бывает производство цемента и строительных материалов, производство азотных удобрений.

4. Экологический фактор – негативное влияние на окружающую среду. 

Около 20% выбросов в атмосферу и сточных вод. На долю черной металлургии приходится 15% от выбросов промышленности в атмосферу и 22% на долю цветной металлургии

5. Транспортный фактор – современный металлургический комбинат получает и отправляет столько же грузов, сколько крупный город, поэтому он не может работать без железной дороги.

 

Металлургические предприятия выгодно создавать в районах добычи руд (Урал, Норильск), в районах добычи топлива (Кузбасс) или производства дешевой электроэнергии (Южная Сибирь),  на пересечении потоков руды и угля (Череповец), в районах потребления готовой продукции (Санкт-Петербург или Москва).

 

Список рекомендованной литературы

Основная

1. Таможняя Е.А. География России: хозяйство и регионы: 9 класс учебник для учащихся общеобразовательных учреждений М. Вентана-Граф. 2011.
2. Экономическая и социальная география.  Фромберг А.Э. (2011, 416с.)
3. Атлас по экономической географии 9 класс из-во Дрофа 2012г.
4. География. Весь курс школьной программы в схемах и таблицах. (2007, 127с.)
5. География. Справочник школьника. Сост. Майорова Т.А. (1996, 576с.) 
6. Шпаргалка по экономической географии. (Школьникам, абитуриентам.) (2003, 96с.)

 

Дополнительная

1. Гладкий Ю.Н., Доброскок В.А., Семенов С.П. Экономическая география России: Учебник — М.: Гардарики, 2000 — 752с.: ил.
2. Родионова И.А., Учебное пособие по географии. Экономическая география России, М., Московский лицей, 2001. — 189с. :
3. Сметанин С. И., Конотопов М. В. История черной металлургии России. Москва, изд. «Палеотип» 2002
4. Экономическая и социальная география России: Учебник для вузов / Под ред. проф. А.Т. Хрущева. — М.: Дрофа, 2001. — 672 с.: ил., карт.: цв. вкл.

 

Энциклопедии, словари, справочники и статистические сборники

1. География России. Энциклопедический словарь / Гл. ред. А.П. Горкин.–М.: Бол. Рос. энц., 1998.– 800с.: ил., карты.
2. Российский статистический ежегодник. 2011: Стат.сб./Госкомстат России. – М., 2002.  — 690 с.
3. Россия в цифрах. 2011: Крат.стат.сб./ Госкомстат России. – М., 2003. – 398с.

 

Литература для подготовки к ГИА и ЕГЭ

1. ГИА-2013. География: типовые экзаменационные варианты: 10 вариантов / Под ред. Э.М. Амбарцумовой. — М.: Издательство «Национальное образование», 2012. — (ГИА-2013. ФИПИ-школе)
2. ГИА-2013. География: тематические и типовые экзаменационные варианты: 25 вариантов / Под ред. Э.М. Амбарцумовой. — М.: Издательство «Национальное образование», 2012. — (ГИА-2013. ФИПИ-школе)
3. ГИА-2013 Экзамен в новой форме. География. 9 класс/ ФИПИ авторы — составители: Э.М. Амбарцумова, С.Е. Дюкова — М.: Астрель, 2012. Отличник ЕГЭ. География. Решение сложных задач / ФИПИ авторы-составители: Амбарцумова Э.М., Дюкова С.Е.,  Пятунин В.Б. – М.: Интеллект-Центр, 2012.

 

Рекомендованные ссылки на ресурсы интернет

1. Geo.september.ru (Источник).        Н. Мазеин Металлургические мировые рекорды 
2. Geo.september.ru (Источник).Цветная металлургия России. Часть третья. Алюминиевая промышленность 
3. Geo.september.ru (Источник). Марганец Кузбасса  
4. Youtube.com (Источник). Металлургия сталь часть 1 
5. Youtube.com (Источник).  Наука 2.0 НЕпростые вещи. Скрепка 
6. Youtube.com (Источник). Наука 2.0 НЕпростые вещи. Автомобильные диски 

 

Рекомендованное домашнее задание

1. Прочитать § «Металлургия» ответить на вопросы:

1) Что такое металлургический комплекс?

2) Каково значение металлургического комплекса в хозяйстве страны?

3) Какие факторы оказывают влияние на размещение металлургических предприятий?

4) Есть ли в вашей местности металлургическое предприятие. Какие факторы, по вашему мнению, оказали влияние на его размещение?

2. Выполнить задание: Обозначить крупные металлургические центры на контурной карте.

1) Центры черной металлургии: Череповец, Липецк, Старый Оскол, Магнитогорск, Нижний Тагил, Челябинск, Новокузнецк.

2) Центры передельной металлургии: Москва, Санкт-Петербург, Ижевск, Златоуст, Комсомольск-на-Амуре.

3) Центры цветной металлургии:  Мончегорск, Кандалакша, Волхов, Медногорск, Каменск-Уральский, Орск, Норильск, Братск,  Красноярск, Новосибирск

 

Практическая работа «Определение факторов размещения предприятий черной и цветной металлурги»

Заполните таблицу, используя параграф учебника, материалы урока, карты атласа «Металлургия» или «Черная металлургия» и «Цветная металлургия»

 

Факторы размещения металлургических предприятий	Пример металлургического центра	Металлургическая база
Сырьевой  Тяготение к районам добычи руд	Норильск	Сибирская

 

Металлургия

Слово «металлургия» свои истоки берет из древнегреческого языка, там «μεταλλουργέω» означает в буквальном смысле «добывать руду» или «обрабатывать металлы». Это некая область науки и техники, которая описывает процессы получения металла из руд или различных материалов. Кроме этого, в процессе обработки изменяется химический состав веществ их структура и свойства. Сегодня этими словами называют отрасль промышленности, но раньше это было искусство по извлечению металла из руды.

Современное понятие металлургии обширное, к ней можно отнести:

• производство металлов на основе сырья (руды) и других материалов;
• производство сплавов;
• горячая и холодная обработка металлов;
• сварка;
• область науки, которая занимается изучением физических и химических свойств металлов и сплавов;
• производство оборудования и машин для металлургической промышленности.

Коксохимическая промышленность и производство огнеупоров являются отраслями металлургии.

Виды металлургии

Изначально металлургия, по сырьевому признаку, делится на: черную и цветную. К первому виду относят железо и его сплавы, сюда входит: добыча черной руды, обогащение, производство и прокат ферросплавов, стали и чугуна.
Ко второму виду относят, соответственно, цветные металлы: их добычу, обогащение руд, производство металлов и сплавов. Цветные металлы бывают тяжелые (Cu, Zn, Pb, Ni, Sn) и легкие (Al, Ti, Mg).

Кроме сырьевого признака, металлургию можно разделить по технологическому процессу:

1. Пирометаллургия — это такие процессы как обжиг или плавка, которые протекают при высоких температурах. К подвиду подобной металлургии относят плазменную.
2. Гидрометаллургия – абсолютно противоположный процесс, при котором из руд извлекают металл с помощью воды или химических реактивов на ее основе, такой процесс называется «выщелачивание».

Научный прогресс не стоит на месте, в мировой практике в металлургии применяют даже микроорганизмы, биотехнологии. К таким процессам можно отнести: биовыщелачивание, биоокисление и другие. На сегодня таким способом извлекают некоторые цветные металлы (Cu, Au, Zn, Ni, U). Однако, наиболее важным применением биотехнологий является процесс очищения сточных вод на производстве.

Производство металлов и их потребление

Области применения

Немногие ценные металлы содержатся в земной коре в достаточном количестве. Например: Al – 8,9 %, Fe – 4,65 %, Mg – 2,1 %, Ti – 0,63 %. Можно заметить, что чем благороднее металл, тем его меньше содержится в природе.
Потребность и производство металлов с каждым годом растет. Если рассматривать период 20-ти прошедших лет, можно заметить, что потребление (около 0,8 млрд. тонн) и металлофонд (восемь млрд. тон) увеличились.

Конструкции из металла стали наиболее популярными, сферы потребления расширились потому, что данный материал обладает хорошими свойствами, а производство экономически выгодно. 72 – 74 % ВНП многих государств составляет производство, основанное на применение черных и цветных металлов.

750 млн. тонн из 800 млн. тонн, что соответствует 90 % ежегодного потребления металлов, приходится на сталь. Значительно меньше потребляется алюминия – 3 %, меди – 1,5 %, цинка- около 5,5 тонн, свинца — около 4,5 тонн.
США, Китай, Россия, Великобритания, Германия, Украина, Франция, Италия производят и потребляют львиную долю всех металлов.

Различные металлы обладают индивидуальным набором физических свойств, характерных только им. Благодаря таким свойствам, как твердость, плотность, электропроводность, температура плавления, внешний вид и другие, область их применения достаточно широка.

• Высокой твердостью и прочностью обладает железо, в строительной сфере это незаменимые и ценные показатели.
• Из алюминия легко сковать нужную вещь, он отлично проводит тепло и при низкой температуре сохраняет высокую прочность. Поэтому его широко применяют для производства посуды, фольги, даже в самолетостроении.
• Пластичная медь обладает хорошей электропроводностью, в связи с этим из нее изготавливают электрические кабеля и применяют в энергетическом машиностроении.
• Такой дорогой материал, как золото и серебро обладает хорошей тягучестью, вязкостью и инертностью, что помимо ювелирного дела, позволяет применять его при изготовлении неокисляемых электрических соединений.

Применение сплавов

Металлы редко применяют в чистом виде, чаще всего используют сплавы, которые обладают лучшими показателями и характерными свойствами. В производстве популярными являются следующие сплавы: хромовые, алюминиевые, железные, медные, магниевые, никелевые, титановые, цинковые. Если необходимо использовать дешевый материал, с высоким показателем прочности, то применяют углеродистую сталь.

Нержавеющая сталь или оцинковка оказывают сопротивление коррозионному процессу. Если необходим прочный и легкий материал, тогда используют сплавы алюминия и магния.

Сплав из двух металлов: меди и никеля применяют в средах агрессивных к коррозии, для производства ненамагничиваемых изделий. Существуют и так называемые «суперсплавы», изготавливаются на основе никеля. Их особенность – устойчивость к высокой температуре, поэтому они нашли применение в турбонагревателях, теплообменниках и так далее.

Исторические факты

Человечество стало добывать металлы еще в далеком прошлом, об этом свидетельствуют археологические находки и исследования. Медь начали плавить еще в VII—VI тысячелетием до н. э., доказательства этому факту были обнаружены в ходе исследований Малой Азии в 1950-1960 гг. В Сербии были обнаружены следы первой металлургии. Там был найдено множество предметов, одним из которых является топор из меди, дотирующийся 5500 лет до н. э.. Подобные находки были найдены и в Болгарии, Португалии (в Палмеле), Испании, Великобритании (в Стоунхендджи). Находки очень древние и точный возраст предметов не получается определить.

Кроме меди, древние люди применяли: серебреные изделия, оловянные и метеоритное железо. Это позволило развивать металлообработку, особенно наши предки ценили метеорное изделие. Они создавали прочные кинжалы с 3 тысячелетия до н. э. В честь появившегося применения бронзы, был назван целый век – Бронзовый. Это произошло после того как человек стал добывать медь и олово и попробовал сплавить их. Соединение им понравилось и бронзу в 3300 годы до н.э. стали применять повсеместно.

Изготавливалась бронза не сложно, из олова и меди, в результате получался древнейший сплав – оловянная бронза. Из нее делали различные предметы быта и оружия труда.
Чуть позже в это соединение стали добавлять и другие металлы: алюминий, бериллий, кремний, никель. Бронзу изготавливали и без олова, а из меди и цинка, получалась латунь. Сперва из сплавов делали только орудия труда и не значительного оружия. Затем из бронзы стали делать колокола, пушки и прочее. Современная бронза состоит из сплава 5-12% алюминия и железа, марганца, никеля. Сегодня ее называют алюминиевой.

Научившись использовать медь, человечество перешло к изучению железа. О существовании трех веков развития человечества (каменный, бронзовый и железный) упомянуто в общих чертах в античном мире (Тит Лукреций Кар). В середине XIX века датский археолог К. Томсеном ввел в науку понятие «железный век».
Вслед за медью человек стал использовать железо.
Начало железного века положено в в 1200 году до н. э. Считается что сложная технология извлечения железа из руды, а далее выплавка придумана хеттами. Этот факт доказывает найденное упоминание о металле «упавшем с неба» в хеттских текстах XIX века до н. э. Поэтому их считают основателями сложной технологии. Они хранили этот секретный процесс, так как это позволяла держать могущества филистимлян.

Железная колонна в Дели (Кутубская колонна)

История считает, что первое железо было метеоритное, этот факт основан на названии железа, в переводе с древнего языка египтян и греков, дословно «небесное тело», «звезда». «Небесной медью» было названо железо «шумерами. Добывать железо мог не каждый, те, кто это умел и занимался – были на особом месте почета и уважения. Секрет добычи и переработки хранился в строжайшем секрете, некоторые боялись их. На древних фресках их изображали колдунами и магами.

В Европу железный век пришел в X—V веков до н. э., и называется он Гальштатская культура. Название было выбрано не случайно, в Австралии в городишке Гальштат были найдены предметы утвари из железа. Чуть позже в V—II веков до н. э. протекал «Второй железный век» или Латенская культура. Название по местечку в Швейцарии, там было найдено большое количество предметов из железа. Этот период истории тесно связан с кельтами. Они считались мастерами по изготовлению любого железных орудий. ВV веке до н. э. кельты начали переселяться, так применение железа распространилось на территории Западной Европы. Культы называли железо «изарнон», немецы «айзен», а англичане «айрон»..

До Закавказья железо добралось в конце II тысячелетия до н. э.. А в Северном Причерноморье — в VII—I веках до н. э.. здесь проживали скифы, они сформировали развитую культуру получения и применения железа в России и Украине.

Первые монеты, хранившиеся в царских сокровищницах, были изготовлены из железа. Оно было очень дорогим и ценилось. Затем перешли на производство орудий труда и оружия. В «Илиаде» Гомера впервые упоминается об этом. Там сказано, что Ахилл победителей дискобола награждал победителей железным диском. В конструкции храма Артемиды было уже использовано железо. Греки скрепляли мраморные колонные барабаны мраморных колонн. Соединение было при помощи железных штырей, длина которых составляла 130 мм, ширина – 90 мм, а толщина- 15 мм.

Когда в Европу пришли народы с Востока, то металлургия получила новый толчок в развитии. Существует предание, что в Алтайских горах залежи богатых руд, это все богатство монголов и туркменов. Они боготворили ремесленников, работающих с железом. Кочевники из Средней Азии были воинственными, их доспехи и оружие изготавливались из железа. Этот исторический факт свидетельствует об их знаниях в области металлургии.
Древний Китай не стал исключением в познаниях железа. Есть основания полагать, что китайцы первыми научились изготавливать жидкий чугун. Из него делали отливки, некоторые из них сохранились и до наших дней. Отлитый из чугуна колокол в первом тысячелетии н. э., прекрасно сохранился. Его высота 4 м, диаметр – 3 м, масса этого памятника истории 60 тонн.

Знаменитая Кутубская колонна, расположена в Дели является подтверждением факта развития металлургии в древней Индии. Высота 7,5 м, диаметр – 40 см, колонна стоит ровно в вертикальном положении, масса составляет 6 тонн. На колонне имеется надпись, что она изготовлена в 380—330 годах до н. э.. Исследователи древних памятников провели ряд анализов, и был установлен факт: колонна сооружена из отдельных криц, а на кузнечном горне их уже сварили в целое изделие. До сих пор на колонне нет не единого следа ржавчины. Кроме этого памятника истории, о знаниях в области металлургии свидетельствует и оружие, найденное в захоронениях. Его изготовили еще в середине первого тысячелетия до н. э..

Все эти факты истории свидетельствуют о знаниях в области черной металлургии еще в древности, ее развитии. Следы применения железа присутствуют практически в каждой культуре и цивилизации древнего мира. Это и: Империи Востока (Северного и Ближнего), древнего Египта и Турции (в древности Анатолия), Карфаген, Европы, Китая, Индии, Японии и другие древние королевства, средневековые государства. Стоит отметить, что изобретателем различных методов обработки, технологии и оборудование по изготовлению железа были разработаны в древнем Китае, и оттуда ремесленники Европы осваивали такое мастерство как металлургия. К оборудованию и технологиям древней металлургии и разработкам китайцев относят: доменные печи, плавление чугуна, получение стали,гидромолоты и прочее. Однако современные раскопки доказывают, римляне оказались первыми в металлургии и их оборудование и технологии были более продуманными и продвинутыми. Особое мастерство они достигли при добычи руд и ковки.

Добывающая металлургия

Основная суть в добывающей металлургии – это извлечение чистого металла из руд, путем переплавке добытого сырья. Для этого применяют физические, химические или электролитические способы, тогда оксид или сульфат металла превращается в ценный металл, отделившись от руды. Масштабы производства и добычи руды колоссальные. Только в бывшем СССР ежегодно извлекали из земных недр более 1 млрд. тонн руды, это данные за 1980-1990 гг. Сегодня эта цифра значительно выше.

Металлургия включает в себя основные компоненты, с которыми работают металлурги: сырье, концентрат, отходы. К концентрату относят оксид или сульфат, ценный для металла. Руду добывают, а затем измельчают до малейших частиц. Это необходимо, чтобы отделить каждую частицу, так как часть их – это ценный концентрат, или отход.
Есть и другой способ получения ценного металла, если есть условия для проведения выщелачивания. Согласно данному способу, технология следующая: минерал растворяют, в результате получают раствор, обогащенный им.
Чаще всего в руде содержится сразу несколько металлов, тогда производство протекает несколькими этапами. В этом случае, отходы отделенные от руды будут сырьем для другого процесса производства.

Чёрная металлургия

Оксид Fe₃O₄, Fe₂O₃, гидроксида Fe₂O₃*H₂O, карбонатов FeCO₃ и так далее – в таком виде железо находится в руде. Для того, чтобы получить железо или сплав на его основе, существует производственный процесс, включающий несколько стадий производства (в том числе производство стали и чугуна).

Доменное производство чугуна

Этапы производства:

1. Сплав, содержащий железо высвобождают из руды в специальных доменных печах. Температура при этом процессе более 1000 градусов Цельсия, в это же время происходит выплавка чугуна. От хода процесса зависят и свойства будущего чугуна, и соответственно его вид: передельный чугун и литейный.
2. Из первого в дальнейшем производят выплавку стали, а из второго уже изготавливают отливки. Все эти процессы контролируются доменной печью и могут выставляться при ее настройке.

Производство стали

Как было отмечено ранее, сталь производят из передельного чугуна. Соединив железо с углеродом и легирующим элементом, получают сталь. По своим свойствам, чугун менее прочный сплав, сталь чаще всего применяют в строительных конструкциях, при производстве деталей в машиностроении. Чтобы выплавить сталь, необходима сталеплавильная печь, в ней металл в жидком виде.

Получить сталь можно несколькими способами. Для применения того или иного метода, требуется специальное оборудование: для кислородно-конверторного способа – конвертеры, мартеновского – мартеновские печи, электроплавильного – индукционные печи, дуговые. Это наиболее распространенные методы производства стали.

Кислородно-конвертерный процесс

Данный способ придумал в 1856-1860 гг. англичанин Г. Бессемер. Это был первый способ массового получения стали в жидком состоянии, в результате бессемеровского процесса.
Для этого способа требуется конвертер с кислой футеровкой.
С.Томас в 1878 году разработал процесс схожий со способом Бессемера, однако он применил основную футеровку. В честь основателя способ назван томасовский процесс.
Конвертерный процесс заключается на основе воздушного дутья, в конвертер, так называемый плавильный агрегат, заливают чугун. Его продувают снизу, и кислород окисляет чугунные примеси, превращая их в сталь. В результате томасовского процесса, в основном шлаке удаляют фосфор и серу. Процесс окисления кислородом, нагревает сталь, в результате выделения тепла. Сталь достигает 1600 градусов Цельсия.

Мартеновский процесс

В пламенной отражающей печи находятся регенераторы, они предварительно подогревают воздух или газ. Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду данной печи. Данный способ разрабатывался многими ученными, загвоздка заключалась в том, что температуры факела была недостаточной. В то время в качестве топлива использовали генераторный газ. Реомюр еще 1722 году упоминал об этой недоработке, он, как и все, искал способ получения жидкой стали. Благодаря предложению братьев Сименсов в 1856 году, Пьер Мартен смог довести данный процесс до конца. Суть идеи братьев заключалась в том, что они предложили использовать тепло отходящих газов, установив в печь генераторы. Газы обеспечивали подогрев воздушных потоков до необходимой температуры плавления. С 8 апреля 1864 года П. Мартен на заводе во Франции внедрил данную печь в производство, получив первую плавку. Эту дату можно считать началом мартеновского процесса.

В печь помещают шихту, которая состоит из металлического лома, чугуна и других компонентов. Тепло, выделяющееся при сжигании топлива, плавит шихту. Далее, добавляют специальные добавки, в результате чего получают металл, необходимого состава и при требуемой температуре. Из печи готовый металл попадает в ковшом, откуда его и разливают. Мартеновскую сталь широко применяют, она обладает хорошими качествами и низкой себестоимостью. На данный способ получения стали, с начала XX века, приходится 50 % от всего производства стали в мире.

В России основателем применения мартеновской печи считают Ивано-Сергеевский железоделательный завод. С.И. Мальцева в 1866-1867 гг. внедрил данную технологию, завод расположен в Калужской губернии. В 1870 г. металлурги Сормовского завода А. А. Износков и Н. Н. Кузнецов увеличили объем печи, она стала вмещать до 2,5 тонн. Это было толчком к дальнейшему развитию металлургии в России, на основе данной печи, русские металлурги, стали изготавливать аналоги и на других заводах.

Мартеновские печи и процесс в целом сыграли большую роль в развитии российской металлургии, в том числе в годы ВОВ. Впервые в мире, советские металлурги в годы войны, на Магнитогорском комбинате и Кузнецовском, удвоили садку стали. Сделав сталь высококачественной для производства брони, подшипников и прочего, на основе мартеновских печей, без особой переналадки. На сегодня большее развитие получили конвертерные и электросталеплавильные способы производства стали, мартеновские печи уходят в прошлое.

По своей сути мартеновские печи универсальны, они позволяют плавить чугун или скрап. При этом содержание и состав сырья не имеет значение, а получать сталь, хорошего качества и необходимого состава. Исключение лишь высоколегированная сталь и сплавы, их можно получить только в электропечах. Необходимый состав металлической шихты находится в прямой зависимости от составляющих компонентов чугуна и скрапа, от соотношения требуемого чугуна к стали, а это зависит от целого ряда условий.

Электросталеплавильное производство

Дуговая сталеплавильная печь

На сегодня для выплавки стали массового производства используют дуговую сталеплавильную электропечь. Работает она за счет переменного тока, в последнее время развитие получили печи индукционные, дуговые, питающиеся постоянным током. Однако их доля, в общем производстве незначительна.

Сталь электропечного сортамента выплавляют в дуговой электропечи переменного тока. Ее преимуществом является возможность выплавки высококачественной легированной и высоколегированной стали. В последние десятилетие это наиболее популярный способ получения подобной стали. В конвертерах и мартеновских печах выплавить легированную сталь затруднительно или невозможно вообще. Это возможно в силу того, что в дуговой печи, есть возможность быстрого нагрева металла, затем можно добавлять легирующие добавки в большом количестве, в это время в печи поддерживается восстановительная атмосфера и безокислительные шлаки. Это и позволяет медленное плавление вводимых элементов. Дополнительным преимуществом, можно считать, то что металл раскисляется более полно, в результате металл содержит меньше оксидных неметаллических добавок. Сталь содержит серы в меньшем количестве, чем при получении ее обычным способом. Электрические дуговые печи позволяют контролировать и изменять температуру металла равномерно, задавая точный температурный режим.

Легирование стали

Когда требуется изменить или добавить свойств стали проводят процесс легирования. В ходе данного процесса, в состав сплава вводят определенные дополнительные элементы в требуемой концентрации, за счет этого изменяется состав стали и его свойства. На свойства стали в процессе легирования, могут повлиять следующие компоненты: хромовые (Cr), никелевые (Ni), марганцевые (Mn), кремниевые (Si), молибденовые (Mo), ванадиевые (V), боровые (B), вольфрамовые (W), титановые (Ti), алюминиевые (Al), медные (Cu), ниобий (Nb), кобальтовые (Co). Такое разнообразие дополнительных веществ и возможность влияния на свойства стали их концентрацией, позволяют производить сталь различных марок с определенным составом легирующих элементов.

Порошковая металлургия

Кардинально отличается от предшествующих выше способов производства – порошковая металлурги. Основная идея заключается в том, что металл используют в виде порошка, размер частиц 0,1 – 0,5 мкм. Частицы черных металлов спрессовывают между собой, и после этого спекают. Таким образом, образуется плотная однородная масса.

Цветная металлургия

Для цветной металлургии характерны разнообразные способы производства. Основных два:

1. Пирометаллургический, он более распространенный в получении многих металлов. Проводится он за счет плавки металлов, восстановительной или окислительной. В данном процессе источник тепла – сера, которая содержится в самой руде. Ее же используют и как химический реактив.
2. Гидрометаллургический, основан на процессе выщелачивания, путем перевода их в растворимые соединения.
Кроме этих двух видов, применяют электролитические процессы. За основу берут водные растворы или расплавленные среды.

Реже применяется металлотермический процесс. В ходе данного способа используют другие металлы, которые в большей степени схожи с кислородом, и на их основе восстанавливают необходимый металл. Существует и ряд других способов, но они не столь распространены: химико-термические, цианирование, хлорид-возгонка.

Как производят медь

Существует 2 способа получения меди, ее получают из руды и концентратов:

1. Гидрометаллургический, малораспространенный способ. В исключительных случаях его применяют, например, если требуется переработать окисленные или самородные руды. Недостатком этого метода является отсутствие возможности попутно извлекать драгоценные металлы.
2. Пирометаллургический, наоборот, делает эту операцию доступной, поэтому его применение более целесообразно. 85-90 % меди производят именно этим способом, получая медь из сульфидной руды. Это довольно сложный процесс, он включает в себя несколько стадий. Основными являются следующие: подготовительный этап, плавка или выплавка медного штейна, получение черной меди за счет конвертирования штейна, рафинирование, производство металла. в первоначальный подготовительный этап входит: обогащение и если требуется обжиг металла. Рафинирование проходит в 2 этапа, первый – огневой, второй – электролитический.

Электролизные ванны на норвежском алюминиевом заводе в городе Мушёэн компании Алкоа

Алюминиевая промышленность

Электролитическим способом получает алюминий, есть и другие способы, но на сегодня он является более современным.

Состоит из двух этапов:

1. Получают глинозем (Аl₂O₃), основным сырьем является руда,
2. Получают жидкий алюминий. Полученный на первом этапе глинозем путем электролиза выдает в результате – жидкий алюминий.

В мире глинозем на основании способа Байера, получают из бокситов. Байер – австрийский инженер, работал в России. Кроме этого способа, есть и другой способ – получение глинозема из бокситов и нефелинов, то есть способ спекания. Это щелочные методы, за счет которых выделяют глинозем. Дальше растворяют его в электролите и путем электролиза получают алюминий. Электролит состоит из нескольких компонентов, основной – криолит. В идеале Na₃AlF₆ (3NaF • AlF₃) в соотношение с NaF: AlF₃ равно 3:1. На электроэнергии можно сэкономить, так как для данного процесса достаточно соотношения 2,6-2,8:1. Для получения такой пропорции, к криолиту добавляется алюминий. Можно также понизить температуру плавления, достаточно в электролит добавлять в небольших количествах CaF₂, MgF₂ и NaCl. Для промышленного электролита основные компоненты должны быть следующими: Na₃AlF₆ — 75-90 %; AlF₃ — 5-12 %; MgF₂ — 2-5 %; CaF₂ — 2-4 %; Al₂O₃ — 2-10 %. При несоблюдении данного соотношения меняются свойства электролита, например, Аl₂О₃ повысили на более 10 %, сразу же увеличится тугоплавкость. Если снизить содержание ниже 1,3 %, то автоматически режим электролиза нарушается.

Когда из электронной ванны извлекается алюминий, то его называют алюминием-сырцом. Такой элемент содержит в себе металлические и неметаллические примеси, газы. К последним относят: водород, азот, серный и прочие газы. Металлический состав алюминием-сырцом состоит из: Fe, Si, Cu, Zn и прочее. Глинозем, частички футеровок, электролиты, при увлечении их частиц механически, будут относиться к неметаллическим смесям. Могут подвергнуть алюминий и хлорированию, это необходимо для очистки. Очищать металл необходимо от газов Na, Ca, Mg, примесей.

После всех процедур алюминий заливается в электрические печи, которые так же выполняют функцию миксера. Возможно помещение в отражательные печи, алюминий отстаивается 30-45 минут. После данной процедуры, произойдет полная очистка металла от газовых, неметаллических составляющих. Разлитый в разные ванны алюминий соединяют. После этого его разольют на конвейер, получится чушка. На некоторых производствах стоят установки непрерывного литья, тогда алюминий сливают в слитки и получают прокатки. Чистота подобного алюминия выше 99,8 %.

Какими способами производят другие цветные металлы

К другим цветным металлам можно отнести: свинца, олова, цинка, вольфрама и молибдена. Для их производства используют некоторые вышеуказанные способы и методы производства. В целом суть процесса сохраняется, различны реагенты и агрегаты, существуют особенности производства.

способы, технология, схема производства, методы в промышленности

Особенности медных руд

Медьсодержащие руды характеризуются как многоэлементные. Наиболее часто встречающиеся соединения бывают с:

• железом;
• серой;
• медью.

В незначительной концентрации могут присутствовать:

• никель;
• золото;
• платина;
• серебро.

Месторождения во всем мире имеют примерно одинаковый набор химических элементов в составе руды, отличаются лишь их процентным соотношением. Чтобы получить чистый металл, используют различные промышленные способы. Почти 90% металлургических предприятий используют одинаковый метод производства чистой меди – пирометаллургический.

Один из самых больших карьеров по добыче руди приносит 17 миллионов тонн меди в год

Схема этого процесса позволяет также получать металл из вторичного сырья, что для промышленности является существенным плюсом. Поскольку месторождения относятся к группе не восполняемых – запасы с каждым годом уменьшаются, руды беднеют, а их добыча и производство становится дорогим. Это, в конечном счете, влияет на цену металла на международном рынке. Кроме пирометаллургического метода, существуют еще способы:

• гидрометаллургический;
• метод огневого рафинирования.

Стадии пирометаллургического производства меди

Общие способы получения метала из руды

Промышленное получение меди с использованием пирометаллургического способа имеет преимущества перед другими методами:

• технология обеспечивает высокую производительность – с ее помощью можно получать метал из породы, в которой содержание меди даже ниже 0,5%;
• позволяет эффективно перерабатывать вторичное сырье;
• достигнута высокая степень механизации и автоматизации всех этапов;
• при его использовании значительно сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу;
• метод экономичный и эффективный.

Обогащение

Схема обогащения руды

На первом этапе производства необходимо подготовить руду, которую доставляют на обогатительные комбинаты прямо с карьера или шахты. Часто встречаются большие куски породы, которые предварительно нужно измельчить.

Происходит это в огромных дробильных агрегатах. После дробления получается однородная масса, с фракцией до 150 мм. Технология предварительного обогащения:

• в большую емкость засыпается сырье и заливается водой;
• затем добавляется кислород под давлением, чтобы образовалась пена;
• частицы металла прилипают к пузырькам и поднимаются наверх, а пустая порода оседает на дне;
• далее, медный концентрат отправляется на обжиг.

Обжиг

Этот этап направлен на то, чтобы максимально снизить содержание серы. Рудную массу помещают в печь, где устанавливается температура 700–800^оС. В результате термического воздействия содержание серы сокращается в два раза. Сера окисляется и испаряется, а часть примесей (железа и других металлов) переходит в легкошлакуемое состояние, которое облегчит в дальнейшем плавку.

Обжиг руды для снижения уровня серы

Этот этап можно опустить, если порода богатая и содержит после обогащения 25–35% меди, его используют только для бедных руд.

Плавка на штейн

Технология плавки на штейн позволяет получить черновую медь, которая различается по маркам: от МЧ1 – самая чистая до МЧ6 (содержит до 96% чистого металла). В ходе процесса плавки, сырье погружается в специальную печь, в которой температура поднимается до 1450^оС.

Технология переработки медной руды и получение черной меди

После расплавления массы она продувается сжатым кислородом в конвертерах. Они имеют горизонтальный вид, а дутье осуществляется через боковое отверстие. В результате продува сульфиды железа и серы окисляются и переводятся в шлак. Тепло в конвертере образуется за счет протекания раскаленной массы, он дополнительно не нагревается. Температура при этом составляет 1300^оС.

Общая схема выплавки меди

На выходе из конвертера получают черновой состав, который содержит до 0,04% железа и 0,1% серы, а также до 0,5% прочих металлов:

• олова;
• сурьмы;
• золота;
• никеля;
• серебра.

Такой черновой металл отливается в слитки массой до 1200 кг. Это так называемая анодная медь. Многие производители останавливаются на этом этапе, реализуют такие слитки. Но поскольку часто производство меди сопровождается добычей драгоценных металлов, которые содержатся в руде, то на обогатительных комбинатах используется технология рафинирования чернового сплава. При этом выделяются и сохраняются прочие металлы.

Рафинирование с использованием катодной меди

Технология получения рафинированной меди довольно простая. Ее принцип используют даже для чистки медных монет от окислов в домашних условиях. Схема производства выглядит следующим образом:

Слитки рафинированной меди

• черновой слиток помещается в ванну с электролитом;
• в качестве электролита используется раствор со следующим содержанием:
  • сульфат меди – до 200 г/л;
  • серная кислота – 135–200 г/л;
  • коллоидные добавки (тиомочевина, столярный клей)– до 60 г/л;
  • вода.
• температура электролита должна быть до 55^оС;
• помещаются в ванну пластины катодной меди – тонкие листы чистого металла;
• подключается электричество. В это время происходит электрохимическое растворение металла. Частицы меди концентрируются на катодной пластине, а прочие включения оседают на дне и называются шлам.

Для того, чтобы процесс получения рафинированной меди протекал быстрее, анодные слитки должны быть не более 360 кг.

Весь процесс электролиза протекает в течение 20–28 суток. За этот период вынимают катодную медь до 3–4 раз. Вес пластин получается до 150 кг.

Как это делается: добыча меди

В процессе рафинирования, на катодной меди могут образовываться дендриты – наросты, которые сокращают расстояние до анода. В результате чего снижается скорость и эффективность реакции. Поэтому, при возникновении дендритов, их незамедлительно удаляют.

Технология гидрометаллургического производства меди

Медная руда также может содержать золото

Этот способ не получил широкого распространения, поскольку, при этом можно потерять драгоценные металлы, содержащиеся в медной руде.

Его использование оправдано, когда порода бедная – содержит менее 0,3% красного металла.

Как получить медь гидрометаллургическим способом?

Вначале порода измельчается до мелкой фракции. Затем помещается в щелочной состав. Чаще всего используют растворы серной кислоты или аммиака. Во время реакции медь вытесняется железом.

Цементация меди железом

Оставшиеся после выщелачивания растворы солей меди проходят дальнейшую обработку – цементацию:

• в раствор помещают железную проволоку, листы или прочие обрезки;
• в ходе химической реакции железо вытесняет медь;
• в результате металл выделяется в виде мелкого порошка, в котором содержание меди достигает 70%. Дальнейшее очищение происходит путем электролиза с использованием катодной пластины.

Технология огневого рафинирования черновой меди

Этот способ получения чистой меди используется, когда исходное сырье – медный лом.

Процесс протекает в специальных отражательных печах, которые топятся углем или нефтью. Растопленная масса наполняет ванну, в которую вдувают воздух по железным трубам:

• диаметр труб – до 19 мм;
• давление воздуха – до 2,5 атм;
• емкость печи – до 250 кг.

В процессе рафинирования окисляется медное сырье, выгорает сера, затем металлы. Окислы не растворяются в жидкой меди, а всплывают на поверхность. Чтобы их удалить, используется кварц, который помещается в ванну еще до начала процесса рафинирования и размещается вдоль стенок.

Рафинирование меди

Если в металлоломе присутствует никель, мышьяк или сурьма, то технология усложняется. Процент содержания никеля в рафинированной меди можно снизить лишь до уровня 0,35%. Но если присутствуют остальные компоненты (мышьяк и сурьма), то образуется никелевая «слюдка», которая растворяется в меди, и ее удалить не получится.

Видео: Медные руды Урала