Применение цветных металлов в нефтегазовой отрасли сообщение

Обновлено: 02.07.2024

Сегодня цветные металлы очень много значат в производстве современной техники. Металл, с точки зрения химии — простое вещество, обладающее способностью проводить тепло и электричество. Его поверхность имеет характерный блеск.

Металлы классифицируют по разным критериям, тем не менее, среди них выделяют три основные группы:

черные;
цветные;
благородные (драгоценные).

Цветные металлы — понятие, включающее металлы и сплавы (исключением является железо, относящееся к черным металлам). Они очень востребованы на территории России, поэтому их производством занимаются во многих регионах страны.

Прежде всего, детали из цветных металлов отличаются от других металлоизделий своей стоимостью. Ограниченные запасы и сложности добычи материала — вот основные аспекты, объясняющие различия в цене. К тому же, детали из цветных металлов характеризуются уникальными свойствами, причем, как физическими, так и химическими: мягкостью, пластичностью, энергопроводимостью. Данная группа включает в себя большое количество металлов, отличающихся друг от друга, в первую очередь по внешнему виду, а потом уже по своим характеристикам.

Отрасль металлургии, специализирующаяся на добыче, обогащении руд, выплавке цветных металлов, называется цветной металлургией.

В РФ имеется несколько баз цветной металлургии, различающихся между собой отличиями географии легких/тяжелых металлов. Легкими металлами занимается титано-магниевая и алюминиевая промышленности, а тяжелыми — оловянная, никель-кобальтовая, свинцово-цинковая и медная.

Основные металлы

Алюминий — металл, характеризующийся высокой электропроводностью, прекрасной пластичностью и, вместе с тем, низкими механическими свойствами. При этом различают первичный и вторичный алюминий

Медь — наиболее распространенный цветной металл, обладающий великолепной электро- и теплопроводностью, а также пластичностью. На основе данного материала создается множество сплавов, широко используемых в машиностроении. Это обусловлено свойством меди хорошо сплавляться с другими металлами.

Еще один основной цветной металл — цинк. При температуре окружающей среды он достаточно хрупкий, однако если его нагреть до 100-150 оС, он замечательно поддается обработке ковкой и прокатом. Цинк обладает антикоррозионными свойствами, но при воздействии щелочей и кислот начинает разрушаться. Его температура плавления — 419 оС.

Сфера применения

Популярность цветных металлов ежегодно возрастает. Этому способствует динамичное развитие ракетной/атомной техники, авиастроения, химической промышленности, где в качестве конструкционных материалов используется титан, цирконий, молибден, никель, гафний и прочее.

Область применения отдельных металлов довольно разнообразна:

медь и сплавы на ее основе востребованы на предприятиях химического машиностроения. Из этих материалов выполняются трубопроводы, сосуды для криогенной техники;
алюминий пользуется особым спросом в химической/пищевой промышленности (из него изготавливают всевозможные емкости). В авиа- и судостроительстве этот металл популярен благодаря высокой прочности при небольшой плотности, стойкостью к коррозии и отличных механических свойств при температурах ниже нуля.

Особенности

Детали из цветных металлов получают различными способами. Здесь может быть применена и механическая обработка, и сварка, и множество других технологий. Выбирая ту или иную методику, нужно принять во внимания отличительные особенности обрабатываемого материала.

Магний, медь и алюминий, характеризуются прекрасными показателями теплопроводности и теплоемкости, которые способствуют быстрому охлаждению участков сварки. Следовательно, чтобы сварить такой материал, потребуются мощные источники теплоты, а может и дополнительный подогрев детали. Более того, у этих металлов при нагреве резко ухудшаются механические свойства. От этого они легче разрушаются от ударов, а под действием собственного веса может даже провалиться сварочная ванна.

При нагреве больших объемов цветных сплавов они на химическом уровне начинают взаимодействовать практически со всеми газами (исключение составляют инертные), а также растворяют атмосферные газы.

В этом плане наиболее активными являются тугоплавакие металлы, такие как:

Средства защиты

Цветные металлы, как было отмечено ранее, прочны, долговечны и способны запросто переносить воздействие высоких температур. Они обладают лишь одним изъяном — под воздействием кислорода эти металлы корродируют.

Наиболее действенный способ, позволяющий уберечь цветной металл от атмосферной коррозии — нанесение специальных лакокрасочных покрытий. Для защиты металлической поверхности разработаны следующие средства:

Грунтовка является основным средством борьбы с окислением металла. Однослойное грунтование выполняется перед окрашиванием поверхности, улучшая адгезию к основанию.

Обработка металлов — процесс, сопряженный со множеством нюансов, поэтому качественно выполнить задачу такого характера под силу лишь опытным профессионалам, способным находить правильный выход из самых непредсказуемых ситуаций. Доверившись им, можно быть уверенным, что они выполнят все именно так, как того требует заказчик.

Спрос на цветные металлы и сплавы постоянно растет, так как они все шире применяются в современной технике. Цветные металлы используются в авиастроении, ракетной и атомной технике, химической промышленности. В последнее время стали применять в качестве конструкционных материалов такие металлы и сплавы на их основе, как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения в целом цветных металлов и отдельных их видов и сплавов очень широки.

Медь и ее сплавы применяются в химическом машиностроении, из них изготавливаются трубопроводы самого различного назначения, емкости, различные сосуды для криогенной технике и т.п.

Алюминий и его сплавы также как и медь используют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Отличительной особенностью обладают сплавы на основе алюминия, только они преимущественно используются для самолетов, ракет, судов, в различных видах строительства. Это связано с наличием у алюминия таких свойств как высокая прочность при малой плотности, высокая коррозионная стойкость в некоторых агрессивных средах и высокие механические свойства при низких температурах.

Особенности цветных металлов

Цветные металлы в целом как группы и по отдельности проявляют те или иные особенности.

1. Некоторые металлы, такие как медь, магний, алюминий обладают высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Это способствует быстрому охлаждению места сварки, поэтому для сварки требуется применения более мощных источников теплоты, а иногда даже необходим предварительный подогрев детали.

2. Для тех же металлов (меди, алюминий, магния) и их сплавов характерно снижение механических свойств при нагреве, поэтому металл может легко разрушаться от ударов пр определенных температурах.

3. При нагреве все цветные сплавы растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. В отличие от черных металлов, которым это свойство практически не характерно. Особенно активно взаимодействуют с газами более тугоплавкие и химически более активные металлы, такие как титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден.

Особенности обработки цветных металлов

Достоинства цветных металлов состоит в том, что они прочны и долговечны, а также способны переносить высокие температуры. У них есть один большой недостаток - они коррозируют и разрушаются под воздействием кислорода. Поэтому необходимо внимательно отнестись к обработке и защите металлов от воздействия окружающей среды.

Самый эффективный и распространенный способ защиты цветного металла от атмосферной коррозии - это нанесение защитных лакокрасочных материалов. Выделяется три группы средств защиты металлических поверхностей:1 - грунтовки, 2 - краски, 3 - универсальные препараты "три в одном".

Грунтовка - это не только средство борьбы с атмосферным окислением, но и помощник краски, он передает следующему за ним покрытию большую адгезию к основанию. Необходимо помнить, что для разных металлов используются разные грунтовки. Так например, для алюминиевых оснований лучше применять специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски.

Такие металлы как медь, латунь и бронзу не красят, так как они поступают в дальнейшую переработку с заводской обработкой, которая защищает поверхность и подчеркивает ее красоту. Когда данное заводское покрытие все таки нарушается под воздействием разных факторов, то лучше всего полностью его удалить с помощью растворителя. Затем основание необходимо отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

Таким образом, не смотря на множество полезных свойств металла, каждый из его видов требует особого подхода и дополнительной защиты. Если Вы не спеша и продуманно подойдете к покупке и использованию металла для Ваших целей. То он будет радовать Вас своими преимуществами, а Вы прощать ему его недостатки.

Цветная металлургия – одна из важнейших отраслей тяжелой промышленности. В ее задачи входит добыча, переработка и обогащение руд цветных металлов. Наибольшую значимость имеют три направления данной отрасли: алюминиевая, никелевая и медная.

Размещение предприятий отрасли

Размещение предприятий цветной металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль помимо сырья играет топливно-энергетический фактор.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Тяжёлые металлы

Медеплавильное производство на почтовой марке Узбекистана

Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.

Лёгкие металлы

Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии — важнейший принцип их размещения.

Общая характеристика

Цветные металлы широко востребованы в индустрии, но наибольшее значение они имеют в строительстве, машиностроении и химической промышленности.

В процессе производства цветных металлов можно выделить 3 основные стадии:

добыча природного сырья и его последующее обогащение;
передел цветной руды – получение промежуточного продукта;
производство чистого металла.

Рис. 1. Цветные руды.

Развитие цветной металлургии самым тесным образом связано с НТП, благодаря которому существенно расширилась сфера применения цветных металлов и их сплавов. Если в начале ХХ столетия в промышленности было востребовано не более 15 металлов, то в настоящее время данная отрасль активно использует около 70 видов различных цветных металлов.

Цветная металлургия имеет ряд особенностей, которые влияют на ее размещение. К ним относятся:

Большая энергоемкость производства. Развитие отрасли только тогда будет эффективным, когда производство будет располагаться рядом с источниками недорогих энергетических ресурсов.
Высокая материалоемкость. Поскольку в рудах цветные металлы содержатся в небольших количествах, производства по их обогащению и переработке целесообразно строить непосредственно возле мест добычи природного сырья.
Используемое сырье носит комплексный характер. Это значит, что подавляющее большинство руд цветных металлов содержат в себе несколько металлов. Для максимального их использования самым эффективным способом является комбинирование.
Цветная металлургия широко применяется в производстве ресурсов вторичного сырья – металлолома.

Рис. 2. Производство металлолома.

Отрасли цветной индустрии

Состав цветной металлургии, как сложноорганизованный производственный организм, включает 14 подотраслей.

Рассмотрим подробнее ее строение:

Алюминиевая. Нуждается в высококачественном сырье в сравнении с другими ветками промышленности. Основой, обеспечивающей ее деятельность, служат бокситы. Эти сырьевые ресурсы в промышленных объемах распространены на Урале и Северо-Западе страны. На этих территориях и располагаются основные производственные мощности по их добыче и дальнейшей переработке.
Медная. Заводы медной, как и алюминиевой, промышленности располагаются в непосредственной близости от месторождений полезных ископаемых. В нашей стране для производства меди добывают и используют сырье, называемое медным колчеданом. Основные залежи его находятся на территориях Урала. Вторым по величине месторождением принято считать Восточную Сибирь с ее медистыми песчаниками.
Свинцово-цинковая. Предприятия этой отрасли находятся в непосредственной близости от месторождений полиметаллических руд. К таким территориям относят Кузбасс, Северный Кавказ, Дальневосточное Приморье и Забайкалье.
Никель-кобальтовая. Эта подотрасль цветной индустрии занимается добычей и обогащением руд для дальнейшего производства кобальта и никеля, драгоценных металлов, меди, строительных материалов и сопутствующей химической продукции. Территориально предприятия никель-кобальтовой промышленности находятся в Норильском районе, на Урале и низовьях Енисея.
Золотодобывающая. Эта отрасль добычи и производства базируется на золотосодержащих рудах и песках. Основное ее назначение — создание драгоценных сплавов и металлов. А также в ведении золотодобывающей промышленности находится переработка драгметаллов.
Титано-магниевая. Основное назначение этой подотрасли — добыча полезных ископаемых, их переработка и обогащение для создания титана, магния и прочих производных.
Оловянная. Занимается добычей полезных ископаемых, дальнейшим обогащением руд с целью производства олова.
Вольфрамо-молибденовая. Эта отрасль базируется на добыче и дальнейшем обогащении вольфрамо-молибденовых руд, их концентратов и производной продукции.
Промышленность по добыче и производству редких металлов, материалов с полупроводниковыми свойствами.
Сурьмяно-ртутная. Основное назначение этой отрасли — добыча руд (ртутных и сурьмяных) и их дальнейшее обогащение с целью создания ртути, сурьмы и производной продукции.
Промышленность по обработке цветных металлов. Основное назначение этой составляющей — создание проката всех типов, труб из цветного металла и сплава.
Промышленность по переработке вторичных цветных металлов. Основной вид деятельности этой индустрии заключается в сборе, переработке и изготовлению цветного металла из лома и различных отходов.
Электродная. Основной род занятий электродной промышленности состоит в производстве электродной продукции из угля или графита.
Промышленность жаропрочных, а также твердых и тугоплавких металлов.

География цветной металлургии

Цветная металлургия отличается большим разнообразием. Самые богатые залежи цветных руд расположены в ЮАР, Австралии, Чили, Индии, Гвинее, Венесуэле, Перу. Для повышения эффективности разработок в цветной металлургии многие страны активно сотрудничают друг с другом.

ТОП-2 статьикоторые читают вместе с этой

Рис. 3. Месторождение алюминия.

Ведущую роль в мировой цветной металлургии играет алюминиевая промышленность. Основная часть запасов руды с этим ценным металлом сосредоточена в приэкваториальной зоне. Однако успешное производство алюминия возможно только в странах, которые располагают крупными источниками недорогой энергии:

Канада, Норвегия, Россия, Бразилия и США обладают весомыми гидрологическими ресурсами и мощными ГЭС.
Нидерланды, ОАЭ, Ирак, Великобритания богаты природным газом.
Китай, Индия, Австралия располагают большими запасами каменного угля.

В странах с дорогой энергией (Австрия, Венгрия, Франция), где выплавка алюминия считалась традиционным видом промышленности, производство этого цветного металла постепенно сходит на нет.

Технологические этапы производства цветной металлургии

Цветная металлургия в процессе производства проходит несколько этапов, включаемых в единый цикл.

К технологии относят:

Добыча производственного сырья.
Подготовка сырья к его дальнейшей промышленной переработке, в том числе обогащение. Обогащение руд — необходимый процесс для изготовления концентрата. Обогащение предполагает дробление породы и дальнейшее ее разделение на пустую породу и ценные элементы. Полученный концентрированный продукт необходим для дальнейшего производства металла.
Металлургический передел.Передел представляет собой такую обработку сырья, при которой на выходе получается полуфабрикат, используемый для дальнейшего использования. В процессе металлургического передела возможно изменить химический состав сырья, его физико-химические свойства, а также допустить переход из одного агрегатного состояния в необходимое другое. В цветной промышленности металлургический передел в основном связан с обработкой металла. Это плавка, его разливка, дальнейшее обжатие с целью создания проката.
Обработка полученных сопутствующих отходов. Она подразумевает утилизацию или дальнейшую переработку. Из полученного шлака в дальнейшем можно получить продукцию или сырье для других видов промышленности.

Цветная металлургия находится в стадии своего развития. Основные направления, в которых ведется работа:

улучшение качества выпускаемых изделий и сопутствующей продукции;
снижение затрат, связанных с производством металлопродукции;
соблюдение принципов экологической безопасности производства, совершенствование систем защиты окружающей среды;
совершенствование ресурсосберегающей политики;
повышение конкурентоспособности выпускаемой металлопродукции.

Видео по теме: Плавильные печи цветной металлургии

Таблица “География цветной металлургии”

Кол-во блоков: 13 | Общее кол-во символов: 13142
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

Цветные металлы и их сплавы применяют в качестве конструкционных материалов, от которых требуются ценные эксплуатационные свойства – коррозионная стойкость, низкий коэффициент трения, жаропрочность и жаростойкость.

К этой группе не принадлежат железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, которые называют черными металлами. К цветным металлам, широко востребованным в промышленности, относятся медь, алюминий и титан. В чистом виде они используются редко, в основном их применяют в виде сплавов.

Медь – обозначение, виды по чистоте, характеристики

Медь – цветной металл, имеет поверхность красноватого оттенка, излом – розового. Символ – Cu. В природе встречается в составе сернистых соединений, оксидов, реже – в чистом виде. Физические характеристики чистого Cu:

высокие – пластичность, электропроводность, теплопроводность;
хорошая устойчивость к коррозионному разрушению;
удельный вес – 8940 кг/м3;
температура плавления – +1083 °C.

Присутствие примесей может значительно снижать показатели электро- и теплопроводности.

Кратко перечислим важные технологические характеристики:

хорошая обрабатываемость давлением, что позволяет получать различные типы медного проката;
затрудненная обрабатываемость резанием из-за повышенной пластичности;
низкие литейные качества из-за протекания значительных усадочных процессов;
возможность соединять отдельные медные элементы сваркой или пайкой.

В маркировке медь обозначается буквой М, после которой стоят цифры, характеризующие чистоту металла. Самая чистая медь содержит 99,99 % Cu. После цифр могут стоять буквы: к – катодная, р – раскисленная, б – бескислородная. Марки и состав меди регламентирует ГОСТ 859-2014.

Основная область применения меди различных степеней чистоты – электротехника, изготовление электрических проводов и кабелей.

Сплавы на основе меди – виды, краткие сведения

Основные сплавы на основе меди, широко используемые в различных отраслях промышленности, – латуни и бронзы.

Латуни – виды, характеристики

К латуням относятся медные сплавы с цинком, процентное содержание которого составляет 5-45 %. При содержании Zn 5-10 % сплавы сохраняют красноватый цвет. Их часто используют в ювелирном деле для имитации золота. Эти разновидности латуни иначе называются: томпак, симилор, хризохалк, хризорин, ореид. При содержании цинка более 20 % латуни имеют желтый цвет.

По количеству компонентов латунные сплавы разделяют на:

Двухкомпонентные – содержат медь, цинк и примеси в незначительных количествах. Обозначаются буквой Л и цифровой группой, характеризующей содержание Cu в процентах. Такие сплавы, благодаря хорошей обрабатываемости давлением, используют при производстве прокаткой или прессованием различных полуфабрикатов: листового латунного металлопроката, труб, прутков, профилей, проволоки. Химический состав деформируемых латуней (предназначенных для обработки давлением) приведен в таблицах ГОСТа 15527-2004.
Многокомпонентые – в качестве дополнительных элементов используются алюминий,марганец, никель, свинец, олово. В маркировке после буквы Л указывается наименование дополнительного компонента и цифровые группы, характеризующие количество в процентах меди и легирующих компонентов. Многокомпонентные латуни часто относятся к категории литейных, используемых при производстве отливок. Их марки определяет ГОСТ 17711-93.

Бронзы – определение, разновидности, характеристики

Бронзами называют сплавы на основе меди, в которых цинк не относится к основным компонентам. К этой категории также не принадлежат медно-никелевые сплавы (мельхиоры). В маркировке ставят буквы Бр, после которых указывают элементы, присутствующие в составе, и их содержание в процентах. Легирующие компоненты в бронзах: олово, бериллий, свинец, кремний, алюминий.

Большинство бронз отличается хорошими литейными качествами, что позволяет применять их при производстве фасонных отливок. Часто эти сплавы востребованы при производстве деталей, к которым предъявляются высокие требования по коррозионной стойкости и антифрикционным характеристикам. Это зубчатые и червячные колеса, седла клапанов, втулки.

Алюминий – обозначение, виды по чистоте, характеристики

Алюминий – пластичный металл серебристо-белого цвета. В чистом виде в природе не встречается. Его получают по технологии электролиза из алюминиевой руды – бокситов. Он легкий, инертный по отношению к окружающей среде, обладает хорошей электропроводностью, которая составляет 60 % от аналогичного показателя меди. На поверхности этого металла появляется оксидная пленка, которая предотвращает коррозионное разрушение полуфабрикатов и изделий. Оксид алюминия безвреден. Этот металл легко подвергается деформации, хорошо сваривается, но из-за высокой пластичности плохо подвергается обработке режущим инструментом. Имеет высокий коэффициент линейной усадки. Температура плавления: +660 °C.

Первичный алюминий обозначается буквой А и числом, которое характеризует степень чистоты: особую, высокую и техническую. В химическом составе металла самой высокой чистоты содержится 99,9996 % Al. Требования к этому металлу, выпускаемому в виде чушек, слитков, ленты, катанки, определяет ГОСТ 11069-2019. Требования к материалам, предназначенным для изготовления полуфабрикатов способами горячей и холодной деформации – листов, плит, полос, профилей, регламентирует ГОСТ 4784-2019.

Алюминий чаще всего используют при производстве электрических проводов, кабелей, испарителей.

Сплавы на основе алюминия – виды, их характеристики

На базе этого металла производят две основные группы сплавов – деформируемые и упрочняемые.

Деформируемые

Деформируемыми называют сплавы, используемые при производстве алюминиевого металлопроката и прессованных металлоизделий. Деформируемые материалы делят на упрочняемые и неупрочняемые. Упрочняемые разновидности разделяют на:

Дюралюмины, содержащие помимо Al, медь и магний. Обозначаются буквой Д и числом, характеризующим состав.
Высокопрочные – в их составе имеются медь, магний и цинк. Обозначаются буквой В и числом.

Характерная черта этих материалов – сочетание хороших механических характеристик и небольшой массы. Она делает их незаменимыми при производстве деталей в авиа- и машиностроении. Из высокопрочных разновидностей изготавливают изделия сложной формы, вертолетные лопасти, детали, запланированные для восприятия существенных нагрузок.

Неупрочняемые разновидности содержат в составе, помимо AL, марганец или магний. Выпускаются чаще всего в виде листового проката. Его выбирают для деталей сложной формы, которые в процессе изготовления подвергаются прокатке, вытяжке, штамповке при комнатных и повышенных температурах.

Литейные

Свойства литейных марок регламентирует ГОСТ 1583-93. Широкой популярностью пользуются литейные материалы на основе алюминия и кремния, называемые силуминами. Они маркируются буквами АК, после которых указывается номер марки. Силумины, сочетающие небольшую плотность с хорошими литейными и механическими характеристиками, часто востребованы при изготовлении бытовых приборов, авто- и мотодеталей, функционально-декоративных предметов интерьера.

Титан и сплавы на его основе

Из технически чистого титана и сплавов на его основе производят цветной металлопрокат и отливки с ценными техническими свойствами:

сочетание относительно невысокой удельной массы с прекрасными прочностными качествами;
устойчивость к различным видам коррозии, химическая инертность по отношению ко многим агрессивным средам;
способность к обработке давлением;
возможность эксплуатации титановых деталей и конструкций при повышенных температурах.

Основной недостаток титана и его производных – высокая стоимость, которая ограничивает их применение в бытовой технике. Основные области их использования – авиатехника, машино-, судостроение, при изготовлении газовых баллонов, эксплуатируемых под высоким давлением, в космической технике.

Читайте также: