Сообщение на тему производство металлов

Обновлено: 18.05.2024

В природе большинство металлов находится в виде химических соединений, входящих в состав минералов, образующих горные породы. Промышленной рудой называют горную породу, из которой целесообразно извлекать металлы или их соединения.

Существуют четыре группы способов производства металлов:

Физические способы. Простейшим из них является прямое извлечение из природных источников (так добывают самородное золото). Некоторые металлы (платину) получают разложением природных соединений при нагревании.
Восстановление неметаллами. Реакции восстановления идут, как правило, при высоких температурах. В качестве восстановителей применяют такие вещества, как углерод или оксид углерода (для железа, олова и др.), сернистый газ или сульфиды (для меди, ниобия и др.) или водород (для вольфрама, молибдена и др.)
Электролиз в водных растворах (меди, хрома и др.) или расплавах солей (алюминия, магния и др.) применяется для получения химически активных металлов.
Восстановление металлами. Этот способ требует предварительного получения химически чистых металлов – восстановителей. Металл восстанавливают из оксидов (ванадий, барий и др.) или галогенных соединений (титан, цинк, бериллий и др.). Это самый дорогой способ.

Выплавка чугуна

Выплавка чугуна это процесс восстановление железа из окислов железной руды; науглероживание восстановленного железа углеродом кокса до величин, соответствующих содержанию углерода в чугуне; окислы пустой породы и зола топлива при этом связываются флюсом и переводятся в шлак – легкоплавкое соединение, не смешивающееся с чугуном.

Чугун выплавляют в доменных печах. Сущность процесса заключается в восстановлении окислов железа, входящих в состав руды.

Побочными продуктами доменной плавки является шлак и колошниковый газ. Из шлака производят стекловату, шлакоблоки, цемент, а колошниковый газ используется как топливо.

Производство стали

Производство стали это процесс снижение содержания углерода и примесей в жидком чугуне до значений, определяемых маркой стали, окисление их газообразным кислородом с последующим переводом в газы и шлак; связывание примесей - серы и фосфора в соединения, способные переходить в шлак.

Чугун переделывают в сталь в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах. Выплавка стали в конвертерах наиболее производительна. Возможность быстро и точно регулировать температуру, создавать нужную атмосферу или вакуум делают плавку в электропечах наилучшим (а иногда и единственным) способом получения сталей со специальными свойствами.

Для улучшения качества стали разработаны новые технологические процессы: плавка в вакуумных печах, электрошлаковый переплав, ваккуумно-дуговой переплав и т.п.

Получение алюминия

Алюминий получают путем электролиза раствора окиси алюминия (глинозема) в расплавленном криолите, который проводят в специальной ванне, оборудованной катодным и анодным устройствами

Алюминий-сырец, образующийся в результате электролиза, собирается на дне ванны под слоем электролита. Извлекают алюминий из ванны через 2-4 суток, используя вакуум-ковш.

Свойства и классификация металлов, их значение как важнейших материалов современной техники. Металлические руды как сырье в производстве металлов. Металлургические процессы, технологические процессы извлечения металлов из руд и отходов производства.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	02.02.2020
Размер файла	25,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Свойства и классификация металлов

Значение металлов как важнейших материалов современной техники и, как следствие, возрастающая роль их в народном хозяйстве, несмотря на внедрение полимерных материалов и композитов, обусловлены рядом их специфических качеств. К ним относятся:

- способность к взаимному растворению и образование многочисленных сплавов разнообразного состава, что позволяет в широких пределах изменять в заданном направлении физико-механические и физико-химические свойства металлических материалов;

- комплекс ценных механических, физических и химических свойств, в том числе тепловых (высокие теплопроводность и коэффициент термического расширения, низкая теплоемкость), электрических и магнитных (низкое удельное сопротивление, способность к термоэлектронной эмиссии, ферро- и парамагнетизм), механических (упругость, пластичность, прочность), химических (окисляемость);

- возможность фазовых превращений при изменении температуры и существование в нескольких полиморфных модификациях с различными структурой и свойствами;

- способность деформироваться в холодном и горячем состояниях без нарушения сплошности материала.

Существенную роль имеет также широкое распространение металлов в литосфере и гидросфере Земли. Металлы составляют 86 % известных химических элементов. К металлам относятся: s-элементы, кроме водорода и гелия, все d-элементы, все f-элементы, часть p-элементов (алюминий, галлий, индий, таллий).

Значение того или иного металла в народном хозяйстве страны принято оценивать долей его производства в общем производстве металлов или в производстве железа и его сплавов. Удельный вес различных металлов существенно меняется со временем.

Появление новых отраслей техники (ракетостроение, атомная энергетика, электроника и др.) вызывает потребность в материалах с новыми свойствами и стимулирует развитие новых направлений в металлургии. Так, уже после 1945 г. промышленное значение приобрели такие металлы, как титан, молибден, цирконий, ниобий.

В настоящее время в цветной металлургии производятся более 30 металлов, являющихся редкими элементами, и сотни их сплавов. Поэтому доля производства различных металлов со временем меняется.

Например, за последние годы существенно возросла доля производства алюминия, но практически не изменилась доля производства меди. Научно обоснованной классификации металлов не существует.

В основу классификации положен промышленный принцип, учитывающий сложившуюся структуру металлургической промышленности, распространение в природе и свойства металлов.

Цветные металлы делятся на 4 группы:

тяжелые: медь, свинец, олово, цинк и никель;

легкие: алюминий, магний, кальций, калий и натрий; часто к этой группе относят также барий, бериллий, литий и другие щелочные и щелочноземельные металлы;

драгоценные, или благородные: платина, иридий, осмий, палладий, рутений, родий, золото и серебро;

редкие - все металлы, не включенные в предыдущие группы. К ним относятся:

- тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден, ванадий, тантал, титан, цирконий и ниобий, к ним же иногда относят кобальт;

- легкие металлы - бериллий, литий, рубидий и др.;

- рассеянные металлы - германий, галлий, таллий, индий и рений, к ним причисляют также селен и теллур, которые являются более металлоидами, чем металлами;

- редкоземельные металлы - лантан, иттрий, гафний, церий, скандий

- подгруппа радиоактивных металлов - торий, радий, актиний, протактиний, полоний, уран и заурановые элементы.

Из группы редких металлов часто выделяют в качестве отдельной группы так называемые малые металлы - сурьму, ртуть, висмут.

Металлы в твердом состоянии представляют собой кристаллические вещества, атомы которых расположены в строго определенном порядке, образуя пространственную решетку.

Металлы способны образовывать сплавы, имеющие большое значение в технике. Сплавами называются твердые вещества, получаемые сплавлением простых веществ (элементов) и разнообразных соединений.

Сырье в производстве металлов - металлические руды. За исключением небольшого числа (платина, золото, серебро, иногда ртуть и медь), металлы находятся в природе в виде химических соединений, входящих в состав металлических руд.

Металлической рудой называется горная порода, содержащая в своем составе один или несколько металлов в таких соединениях, количествах и концентрациях, при которых возможно и целесообразно их извлечение при современном уровне обогатительной и металлургической техники.

1. По качеству и количеству металла руды делят напромышленные и непромышленные. К промышленным относят те руды, в которых содержание металла превышает его рентабельный минимум,то есть то минимальное содержание основного металла, которое определяет возможность и целесообразность металлургической переработки данной руды. По мере развития производства рентабельный минимум снижается. В конце XIX столетия к промышленным рудам относили горные породы с содержанием меди выше 1,5 %. В настоящее время эта величина снижена до 0,4 %. Снижению рентабельного минимума способствуют совершенствование обогатительной и металлургической техники и повышение комплексности использования металлических руд.

2. По числу содержащихся в руде металлов их делят намонометаллические (простые) и полиметаллические (комплексные). К полиметаллическим относится большинство руд цветных металлов (медные, медно-никелевые и свинцово-медно-цинковые руды), содержащие до 10-15 различных металлов. Полиметалличность большинства руд делает экономически необходимым их комплексное использование, то есть организацию безотходных или малоотходных производств.

3. По содержанию металла руды подразделяют на богатые, средние и бедные. Руды цветных металлов, как правило, относятся к очень бедным, однако сопутствующие основному металлу в них другие элементы по ценности могут значительно превосходить основной компонент руды (табл. 1.1).

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.

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.

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.

Что такое металлургия, какую роль она играет в жизни человечества? Эта отрасль является фундаментом и основой всей промышленности. Большая часть всех сфер производства пользуются результатами металлургического производства. Каково значение металлургии?

Понятие металлургии

Металлургия играет большую роль во всех отраслях.

Под этим термином принято понимать отрасль в науке и технике, которая занимается получением, добычей металлов и руд. Без металлургии технический прогресс представить невозможно. Это мощнейшая промышленная отрасль, которая совершенствует каждый год способы добычи, изучает состав и свойства металлов, развивает границы их применения.

Что включает в себя металлургия:

производство металла;
обработка изделий из металла в горячем и холодном виде;
сварка;
нанесение металлических покрытий.

Кроме того, металлургия включает в себя некоторые аспекты:

науку, теоретическое изучение;
познание химических процессов;
исследование свойств металла.

Металлургический комплекс объединяет все предприятия, который занимаются добычей, переработкой металлов. Это предприятия, которые занимаются обогащением руды, прокатным производством, переработкой вторичного сырья.

Какая бывает металлургия? Отрасль разделяется на два основных вида. Виды металлургии:

От того, как в стране развивается металлургический комплекс, зависит уровень экономики и благосостояние населения.

Металлы и сплавы обладают рядом полезных свойств. К ним относится:

упругость;
способность к деформации;
высокая прочность;
теплопроводность.

За счет своих свойств металлы и сплавы относятся к важнейшим материалам, которые применяются в создании современных машин, техники. Центральное место занимает железо, его доля в металлургической продукции составляет более 90%.

Но железо в чистом виде применяется в небольших количествах. Основная масса используется в виде сплавов.

Чаще всего используется сталь и чугун, которые относятся к черным металлам. Сталь является основным видом металла в черной металлургии, она обладает высокой прочностью и износостойкостью. А сталь хорошо поддается сварке.

Черная металлургия

К черной металлургии относят отрасль тяжелой промышленности, включающая в свою технологию саму добычу материала, обработка сырья, наполнение производства вспомогательными материалами и топливом.

Кроме того, к черной металлургии относится окончательный выпуск продукции и его переработка. К этому виду отрасли относят:

получение основного сырья;
обогащение первичного материала (марганцевой и железной руды);
выплавка чугуна, а также высококачественной стали;
выполнение огнеупорных материалов;
наполнение производства вспомогательными материалами (известняк);
производство изделий из металла для собственного пользования.

Черная металлургия – это основа всей промышленности машиностроения. Черные металлы широко применяются в строительстве и для нужд человека.

По концентрации черного металла Россия занимает лидирующую позицию в мире по сравнению с другими промышленно развитыми странами.

В структуре черной металлургии важное место занимает этап производства чугуна и стали до момента проката. Кроме этого, производство основывается на подготовке самой руды к переплавке, а также проведению обогащения.

Для производства чугуна, кроме руды, требуется подготовка топлива, огнеупорных материалов, которые помогают добиться у металла его высокопрочных качеств. К технологическому топливу чаще всего относят кокс, для его производства используется коксующий уголь высокого качества.

Тонкости производства

Расположение предприятий, связанных с добычей и переработкой черных металлов, напрямую зависит от фактора сырья. Именно на него приходится 90% затратных средств при переплавке чугуна.

В состав металлургического комплекса России входят три основные базы:

центральная;
сибирская;
уральская.

В последние годы Центральная база наращивает темпы производства и перегоняет Уральскую. Она полностью обеспечивает коксующим углем и рудами всю Центральную часть России. Основную часть металла производят в Череповце и Липецке.

Центром сибирской базы является город Новокузнецк. Эта база имеет перспективное значение, так как полностью основана на своих ресурсах.

Уральская база располагается в непосредственно близости с богатыми топливом Сибирью и Казахстаном. Такое местонахождение обеспечивает низкую себестоимость продукции. Кроме того, большим преимуществом является расположение вблизи к Уральским горам. Они очень старые, и в настоящее время многие из них разрушаются. Поэтому добыча ведется практически на поверхности.

Большинство металлов и руды могут добываться открытым способом.

Но в этом месторасположении есть минус. Здесь отсутствует коксующий уголь, его приходится завозить из соседних регионов.

Большую значимость имеют в стране металлургические заводы с небольшой мощностью. Именно они могут обеспечить быструю выплавку металла в небольшом количестве. Небольшие заводы быстрее крупных предприятий реагируют на изменение рынка, способны быстро подстроиться под запросы потребителей.

Новым направлением в отрасли сегодня является бездоменная или бескоксовая металлургия. Такое предприятие построено в России, а, точнее, в г. Старый Оскол – Оскольский электрометаллургический комбинат.

Традиционный процесс, при котором руда плавится при температуре 1,6 тыс. градусов вместе с коксом, служащим химическим восстановителем, отличается от этой технологии.

Новый метод существенно экономит кокс, получается металл экологически чистый высокого качества. Процессы, связанные с коксующим углем, становятся с каждым годом все нерентабельнее.

Уголь дорожает, процесс коксования очень сложный, он требует дополнительных затрат, строительство дополнительных очистных сооружений.

Новые установки практически безвредны для окружающей среды. Кроме того, сталь, произведенная по новой технологии, служит в пять раз дольше.

Цветная металлургия

Под цветной металлургией понимается добыча и обогащение металлов, а также их переработка, прокат и сплавы. Эта отрасль носит такую же важную роль в экономике страны, как и черная металлургия. Россия находится на первом месте по количеству месторождений цветных металлов.

Цветная металлургия подразделяется на две группы:

основная тяжелая – основана на добыче первичного сырья, переработка меди, качественного цинка, а также олова;
легкая – к ней относится алюминий, магний, титан.

Металлургию цветной отрасли подразделяют на несколько видов:

оловянную;
титано-магниевую;
золотодобывающую;
алюминиевую;
медную;
серебродобывающую.

А также в отрасль цветной металлургии входят предприятия, занимающиеся добычей алмазов.

Расположение предприятий, занимающихся переработкой и добычей цветных металлов, зависит от ряда природных и экономических факторов. Основными из них считаются:

Сырьевой показатель – от этого фактора больше всего зависит отрасль тяжелой группы. Добыча цветных металлов напрямую связана с геологоразведочными работами.
Топливно-энергетический фактор влияет на расположение как тяжелой, так и легкой отрасли.

В регионах государства сосредоточенны различные группы цветной промышленности.

Цветная металлургия

Медная промышленность

Предприятия по добыче и переработке меди расположены на Урале, в Свердловской области, в Гае Оренбургской области. Продукция металлургии из меди обладает высокой электропроводностью, сам металл хорошо поддается ковке.

Широкое применение продукция находит в машиностроении, при установке линий электропередач. Используется в сплавах с другими металлами.

Предприятия медной промышленности сконцентрированы в регионах, отвечающих сырьевому фактору. Крупные предприятия по добыче и переработке находятся в Норильске и Мончегорске. На Урале функционируют предприятия по производству черной меди.

Никель-кобальтовая промышленность

Эта группа очень зависит от источника сырья. Основные металлургические заводы расположены:

Кольский полуостров – заложение сульфидно-никелевых руд.
Низовье Енисея – громоздится крупный завод, в Норильске. На нем занимаются производством платины, никеля, меди, кобальта.
Предприятия, расположенные на хребте Урала, занимаются прежде всего переработкой окисленных руд.

Алюминиевая промышленность

Крупной отраслью в цветной металлургии считается алюминиевая промышленность. В России все центры производства алюминия расположены на небольшом расстоянии от гидроэлектростанций.

Алюминий обладает высокими конструктивными свойствами, он легкий и прочный. Благодаря этому он широко используется в машиностроении, строительстве. Сплавы из алюминия по своей прочности не уступают стали.

Алмазодобывающая и золотодобывающая промышленность

Добыча алмаза – это одна из важных статей доходов государства. Ежегодно Россия получает до 1,5 миллиардов долларов от продажи алмазов. Основные места добычи расположены в Якутии. Алмазы были найдены и в районах Восточной Сибири.

К одной из значительных отраслей металлургии для бюджета страны относится добыча золота.

Россия занимает пятое место в мире по добыче этого металла. По разведанным запасам государство находится на второй позиции.

Акцент при поиске местонахождения делается на разработку коренных залежей. Основные места концентрации золота находятся в Сибири, на Дальнем Востоке и на Урале.

Основными приисками считаются:

Соловьевский – старый, но значительный прииск в Амурской области;
Невьяновский – был открыт еще в 1813 году;
Градской – здесь был найден первый в России алмаз;
самый молодой прииск Кондор был открыт в 60-х годах, здесь ведется добыча как золота, так и платины;
Алтайский.

Государственный итог

В настоящее время Россия занимает лидирующие позиции по запасам железной руды и никеля. В стране производится более 70 разнообразных металлов и элементов. Металлургическое производство имеет большое хозяйственное значение.

Отрасли металлургии – это одни из самых динамично развивающихся отраслей. Несмотря на высокую конкуренцию со стороны крупных развивающихся стран, России удается сохранить лидерство за счет низкой себестоимости производства.

Чтобы сохранить позиции разрабатываются стратегические, антикризисные планы. Металлургия служит источником валютных поступлений в страну. Она обеспечивает стабильное нахождение России на мировом рынке.

В металлургическом комплексе есть и свои проблемы. Рост производства на большинстве предприятиях происходит только при создании новых производственных мощностей. Большинство из них созданы больше 50 лет назад, но они уже исчерпали свой резерв.

Читайте также: