Металлургический комплекс России - это обширная отрасль, включающая в себя предприятия, выплавляющие черные и цветные металлы. Последняя занимает очень важное место в экономике нашей страны. На сегодняшний день у нас насчитывается несколько центров цветной металлургии, которые осуществляют добычу, обогащение цветных руд, редких, а также благородных металлов.
Цветная металлургия занимается несколькими видами металлов - это основные или, так называемые, тяжелые. К ним и относится медь, легкие, малые, легирующие, благородные, редкие и рассеянные.
Более подробно остановимся на производстве меди. Центры производства меди сосредоточены в разных регионах нашей страны. Место размещения таких предприятий определяется рядом факторов, среди которых следует отметить:
- сырье;
- энергетический и топливный фактор;
- потребители.
Главные медные центры России.
Медная руда в нашей стране добывается в разных регионах. Самые богатые месторождения руды расположены в Казахстане, хотя медь добывается и в других районах, например, богатые месторождения есть и на Урале. Стоит отметить, что Россия по добыче медной руды сегодня занимает первое место в мире.
Главные центры производства меди находятся на Урале. Этот регион занимает первое место по производству меди.
Медные предприятия чаще всего размещают рядом с рудниками. Сырьевой фактор является ключевым из-за низкого содержания концентратов в сырье. Сегодня производители меди широко используют в качестве сырья медные колчеданы, добываемые на месторождениях, расположенных в разных районах Урала. Поэтому и предприятия по производству меди также сконцентрированы в этом регионе, хотя в своей деятельности они используют и завезенные казахстанские руды. Имеет эта отрасль и свой сырьевой резерв в виде медистых песчаников, которые находятся в Восточной Сибири.
Чернову медь на Урале изготавливают такие предприятии, как Среднеуральский, Кировоградский, Красноуральский («Святогор»), Медногорский и Карабашский заводы. Рафинированием меди занимаются Верхнепыменский и Кыштымский заводы.
Всего на Урале работает 11 медных предприятий, которые производят 43 процента всей меди в России.
Предприятия Урала характеризуются и утилизацией отходов. Так, заводы в таких городах как Ревда, Кировоград и Красноуральск используют образующиеся в ходе производства сернистые газы для изготовления серной кислоты, которая в дальнейшем служит для производства удобрений.
Крупные центры медного производства находятся, не только на Урале, но и в других районах страны. В таблице показано, где расположены сырьевые и отраслевые центры.
Среднеуральский завод: характеристика.
Как упоминалось выше, Среднеуральский медный завод (СУМЗ) - один из главных центров выплавки меди в нашей стране. Располагается этот завод в городе Ревда, что в Свердловской области. СУМЗ относится к Уральской горно-металлургической компании, а также является членом промышленной палаты области.
На СУМЗ медь выплавляют из первичного сырья, которое берется с Дегтярского месторождения.
Среднеуральский медеплавильный завод имеет большой цех по выплавке меди, фабрику по обогащению, а также цехи ксантогенатов и серной кислоты. Также завод имеет ряд вспомогательных предприятий, которые занимаются обслуживанием нужд медеплавильного предприятия.
СУМЗ вырабатывает порядка ста тонн черновой меди ежегодно. Медные концентраты на этом заводе обрабатываются путем обжигания в печах «кипящего слоя», также применяется метод конвертирования и отражательной плавки огарка.
Продукция Серднеуральского завода поставляется на все крупные российские предприятия, работающие в металлургической, горно-обогатительной, химической отраслях и расположенные в разных регионах страны, а также за рубежом.
Кировоградский комбинат по выплавке меди: характеристика.
Еще одно крупное медеплавильное предприятие Урала - это Кировоградский комбинат. Он занимается переработкой медных и медно-цинковых руд, а также их добычей.
Комбинат начал свою деятельность в 1957 году, его создали на базе завода по выплавке меди и ряда других небольших предприятий. Сегодня комбинат является членом ТОО «Тяжцветмет».
Комбинат в Кировограде осуществляет свою деятельность в нескольких направлениях - это добыча, переработка, обогащение руд, содержащих медь, выплавка меди из сырья как первичного, так и вторичного. Также комбинат занимается переработкой металлургической пыли, золотосодержащих концентратов, лома и отходов, которые имеют в своем составе медь и другие металлы.
В 2008 году комбинат в Кировограде произвел почти семьдесят тысяч тонн черновой меди, которая была направлена на разные предприятия нашей страны.
Красноуральское предприятие «Святогор»: характеристика.
Третье крупное предприятие Урала по производству черновой меди. В своем составе «Святогор» имеет Волковский рудник, поставляющий предприятию сырье, фабрику по обогащению металла, способную перерабатывать почти два миллиона тонн руды за год, цех серной кислоты (производящий до 240 тысяч тонн кислоты). Ежегодно предприятие выпускает около 60 тысяч тонн черновой меди.
1.1 Производство меди
2. Разработка технологического процесса получения отливки методом литья в разовые литейные формы
2.1 Для детали необходимо получить заготовку методом литья в разовую песчано-глинистую форму
2.2 Разработка чертежа модельно литейных указаний
2.3 Разработка чертежа модели, стержня и стержневого ящика
3. Разработать технологический процесс получения поковки
3.1 Исходные данные
3.2 Определение припусков и разработка чертежа поковки
3.3 Определение массы, размеров и вида исходной заготовки
3.4 Определение технико-экономических показателей разработанной поковки
3.5 Определить температурный режим ковки и тип нагревательного устройства
3.6. Выбор оборудования для формообразования поковки
3.7. Разработка технологической схемы формообразования поковки
3.8. Устройство камерной печи
3.9. Основные операции ковки и применяемые инструменты
3.10. борудование для ковки
4. Исходные данные
4.1 Технологические методы обработки поверхностей 1, 2, 3, применяемое оборудование, режущий инструмент и приспособления для закрепления заготовки
4.2 Схема обработки поверхности 1
4.3 Расчёт режимов резания для обработки поверхности 2
4.4 Эскиз режущего инструмента, применяемого при обработке поверхности
1. Металлургическое производство
1.1 Производство меди
Медь в промышленной классификации металлов образует совместно со свинцом, цинком и оловом группу основных тяжелых цветных металлов. К этой же группе под названием младшие (малые) относятся также висмут, сурьма, ртуть, кадмий, кобальт и мышьяк.
История развития металлургии меди. Медь относится к числу восьми (Cu, Au, Ag, Sn, Pb, Hg, Fe, и Sb) известных с древнейших времен металлов. Использованию меди способствовало то, что медь встречается в свободном состоянии в виде самородков. Масса наиболее крупного из известных самородков меди составляла около 800 т. Поскольку кислородные соединения меди легко восстанавливаются, а металлическая медь имеет сравнительно невысокую температуру плавления (1083 °С), древние мастера научились плавить медь. Вероятнее всего это произошло в процессе добычи самородной меди на рудниках.
Научились также выплавлять медь из богатых, отобранных вручную окисленных руд. Вначале плавку проводили, загружая на раскаленные угли куски руды. Затем стали делать кучи, складывая послойно дрова и руду. Позднее слон дров и руды начали помещать в ямы, подавая воздух для горения топлива по деревянным трубкам, заложенным в борта ямы. Полученный в яме слиток (крицу) меди по окончании плавки вынимали и проковывали.
По мере роста потребности в металле возникла необходимость увеличить выплавку меди за счет увеличения производительности плавильных устройств. Для этого начали увеличивать объем ям, выкладывая их борта из камня, а затем и из огнеупорного кирпича. Высоту стен постепенно увеличивали, что привело к появлению первых металлургических печей с вертикальным рабочим пространством. Такие печи являлись прототипом шахтных печей; они получили название домниц. Домницы в отличие от ям выдавали медь и получающийся шлак в жидком виде.
Роль меди в становлении человеческого общества и развитии его материальной культуры исключительно велика, недаром целые исторические эпохи развития человечества получили название "медный век" и "бронзовый век".
Изделия меди и бронзы были найдены при археологических раскопках в Египте, Малой Азии, Палестине, Мессопотамии и в Центральной Европе.
В глубокую древность уходит начало производства меди и на территории нашей страны. Искусными металлургами были скифы. Получило развитие производство меди в государстве Урарту на территории современной Армении. Оно снабжало медью Ассирию, Вавилон и древнюю Персию.
Кустарное производство меди было широко распространено в Киевской Руси и Великом Новгороде (по реке Цильме).
Первый медеплавильный завод на территории княжеской Руси был построен в 1640 г. стольником Стрешневым у Пыскорского монастыря в районе г. Соликамска. Упоминается также о постройке в 1669 г. медного завода в Олонецкой губернии.
Большое развитие медная промышленность России получила в начале XVIII в. По инициативе Петра Первого, который всячески поощрял развитие горного дела, в те времена на Урале было построено 29 медеплавильных заводов. Частным предпринимателям (Демидовы, Строгановы) для постройки горнопромышленных предприятий выдавали денежные средства, выделяли огромные участки земли. Наряду с частными строились также и казенные заводы. Многие из них по тому времени имели передовую технику, в частности широко использовали водяной привод. Россия заняла в XVIII в. первое место в мире по производству меди. Поставляемая во многие страны медь отличалась высоким качеством.
В XIX в. и начале XX в. Россия постепенно утратила свое ведущее положение по производству меди. Многие рудники и предприятия были отданы в концессии иностранным фирмам. Даже мизерные потребности в меди отсталой царской России удовлетворялись примерно на 70%. Во время первой мировой, а затем гражданской войн медная промышленность пришла в полный упадок. Рудники были затоплены, заводы остановлены и частично разрушены.
Высокими темпами развивается в последние годы медная промышленность в ряде капиталистических и развивающихся стран. Добыча и переработка медных руд осуществляется фактически на всех континентах земного шара.
После окончания второй мировой войны стала очень бурно развиваться медная промышленность Японии и ФРГ, несмотря на то, что эти страны практически не имеют собственных запасов сырья. Япония, производившая до войны всего 80 тыс. т меди, увеличила выпуск рафинированной меди более чем до 1 млн. т и заняла второе место в капиталистическом мире. Необходимость увеличения собственного производства меди в этой стране диктуется общими задачами развития промышленности и является ярким подтверждением роли меди в современном техническом прогрессе.
Физико-химические свойства меди и области её применения. В Периодической системе элементов Д.И. Менделеева медь расположена в I группе. Как элемент I группы медь при высоких температурах преимущественно одновалентна, однако ее наиболее распространенным в природе и более устойчивым при низких температурах является двухвалентное состояние.
Ниже приведены важнейшие физико-химические свойства меди:
Порядковый номер 29
Атомная масса 63,546
Конфигурация электронной оболочки 3d№є4s№
Потенциал ионизации, эВ:
Первый 7,72
Второй 20,29
Третий 36,83
Ионный радиус, м 10ˉ№є 0,80
Температура плавления, єC 1083
Температура кипения, єC 2310
Плотность, кг/мі:
При 20 єC 8940
В жидком состоянии 7960
Скрытая теплота плавления, кДж/кг 213,7
Давление пара, Па (1080єC) 0,113
Удельная теплоёмкость при 20 єC, кДж/ (кг град) 0,3808
Теплопроводность при 20 єC, Дж/ (см · с · град) 3,846
Удельное электрическое сопротивление при 18 єC,
Ом · м · 10ˉ№є 1,78
Нормальный потенциал, В +0,34
Электрохимический эквивалент, г/ (А · ч) 1,186
Медь является мягким, вязким и ковким металлом красного цвета, легко прокатывающимся в тонкие листы. По электропроводности она уступает только серебру.
В химическом отношении медь - малоактивный металл, хотя и соединяется непосредственно с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими элементами.
При обычной температуре сухой воздух и влага в отдельности не действуют на медь, но во влажном воздухе, содержащем СО 2 , медь покрывается защитной зеленой пленкой основного карбоната , являющегося ядовитым веществом.
В ряду напряжений медь располагается правее водорода - её нормальный потенциал равен +0,34 В. Поэтому в растворах таких кислот, как соляная и серная, в отсутствие окислителя медь не растворяется. Однако в присутствии окислителя и в кислотах, одновременно являющихся окислителями (например, азотная или горячая концентрированная серная), медь растворяется легко.
В присутствии кислорода и при нагревании медь хорошо растворяется в аммиаке, образуя устойчивые комплексные соединения
Cu (NH 3) C0 3 и Сu 2 (МН 3) 4 СОз.
При температурах красного каления медь окисляется с образованием оксида СuО, который при 1000-1100°С полностью диссоциирует по реакции: 4СuО= 2Cu2O + О 2 .
Оба оксида меди легко восстанавливаются при температуре около 450 °С и малой концентрации восстановителя.
С серой медь может образовывать два сульфида: сернистую (CuS) и полусернистую (Cu 2 S) медь. Сернистая медь устойчива лишь при температурах ниже 507 °С. При более высоких температурах она разлагается на полусернистую медь и элементарную серу:
4CuS=Cu2S + S 2 .
Таким образом, при температурах пирометаллургических процессов из оксидов и сульфидов фактически могут существовать только Си 2 О и Cu 2 S, в которых медь одновалентна.
Медь и ее сульфид являются хорошими коллекторами (растворителями) золота и серебра, что делает возможным высокое попутное извлечение благородных металлов при производстве меди.
Кроме благородных металлов, медь способна сплавляться со многими другими металлами, образуя многочисленные сплавы.
Ниже приводится приблизительный состав некоторых сплавовна основе меди,%*: бронза (обычная) - 90 Си, 10 Sn; латунь (обычная) - 70 Сu, 30 Zn; мельхиор - 68 Сu, 30 Ni, IMn, IFe; нейзильбер - 65 Сu,20 Zn, 15 Ni; константан - 59 Сu, 40 Ni, IMn. Для изготовления украшений пригоден золотистый сплав, содержащий,%: 85 Сu, 12 Zn, 2 Sn.
Перечисленные выше характерные свойства меди обусловливают многочисленные области ее применения. Основными потребителями меди и ее соединений являются:
1) электротехника и электроника (провода, кабели, обмотки электродвигателей, токопроводящие шины, детали радиоэлектронных приборов, печатные схемы и др.);
2) машиностроение (теплообменники, опреснительные установки и др.);
Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и её сплавы. В рудах содержится 1 – 6% меди. Руду, содержащую меньше 0,5% меди, не перерабатывают, так как при современном уровне техники извлечение из неё меди нерентабельно.
В рудах медь находится в виде сернистых соединений (CuFeS 2 – халько-пирит, Cu 2 S – халькозин, CuS – ковелин), оксидов (CuO, CuO) и гидрокарбонатов
Пустая порода руд состоит из пирита (FeS 2), кварца (SiO 2), различных соединений содержащих Al 2 O 3 , MgO, CaO, и оксидов железа.
В рудах иногда содержится значительные количества других металлов (цинк, золото, серебро и другие).
Известны два способа получения меди из руд:
- гидрометаллургический;
- пирометаллургический.
Гидрометаллургический не нашел своего широкого применения из-за невозможности извлекать попутно с медью драгоценные металлы.
Пирометаллургический способ пригоден для переработки всех руд и включает следующие операции:
- подготовка руд к плавке;
- плавка на штейн;
- конвертирование штейна;
- рафинирование меди.
Подготовка руд к плавке
Подготовка руд заключается в проведении обогащения и обжига. Обогащение медных руд проводят методом флотации. В результате получают медный концентрат, содержащий до 35% меди и до 50% серы. Концентраты обжигают обычно в печах кипящего слоя с целью снижения содержания серы до оптимальных значений. При обжиге происходит окисление серы при температуре 750 – 800 °С, часть серы удаляется с газами. В результате получают продукт, называемый огарком.
Плавку на штейн
Плавку на штейн ведут в отражательных или электрических печах при температуре 1250 – 1300 °С. В плавку поступают обожженные концентраты медных руд, в ходе нагревания которых протекают реакции восстановления оксида меди и высших оксидов железа
6CuO + FeS = 3Cu 2 O + FeO + SO 2
FeS + 3Fe 3 O 4 + 5SiO 2 = 5(2FeO·SiO 2) + SO 2
В результате взаимодействия Cu 2 O с FeS образуется Cu 2 S по реакции:
Cu 2 O + FeS = Cu 2 S + FeO
Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют штейн, а расплавленные силикаты железа, растворяя другие оксиды, образуют шлак. Штейн содержит 15 – 55% Cu; 15 – 50% Fe; 20 – 30% S. Шлак состоит в основном из SiO 2 , FeO, CaO, Al 2 O 3 .
Штейн и шлак выпускают по мере их накопления через специальные отверстия.
Конвертирование штейна
Конвертирование штейна осуществляется в медеплавильных конвертерах (рисунок 44) путем продувки его воздухом для окисления сернистого железа, перевода железа в шлак и выделения черновой меди.
Конвертеры имеют длину 6 – 10 м и наружный диаметр 3 – 4 м. Заливку расплавленного штейна, слив продуктов плавки и удаление газов осуществляют через горловину, расположенную в средней части корпуса конвертера. Для продувки штейна подается сжатый воздух через фурмы, расположенные по образующей конвертера. В одной из торцевых стенок конвертера расположено отверстие, через которое проводится пневматическая загрузка кварцевого флюса, необходимого для удаления железа в шлак.
Процесс продувки ведут в два периода. В первый период в конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс. В этом периоде протекают реакции окисления сульфидов
2FeS + 3O 2 = 2Fe + 2SO2,
2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2
Образующаяся закись железа взаимодействует с кварцевым флюсом и удаляется в шлак
2FeO + SiO 2 = (FeO) 2 ·SiO 2
По мере накопления шлака его частично сливают и заливают в конвертер новую порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень штейна в конвертере. Во втором периоде закись меди взаимодействует с сульфидом меди, образуя металлическую медь
2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2
Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащую 98,4 – 99,4% Cu. Полученную черновую медь разливают в плоские изложницы на ленточной разливочной машине.
Рафинирование меди.
Для получения меди необходимой чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию. При этом, помимо удаления примесей можно извлекать также благородные металлы.
При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенную печь и расплавляют в окислительной атмосфере. В этих условиях из меди удаляются в шлак те примеси, которые обладают большим сродством к кислороду, чем медь.
Для ускорения процесса рафинирования в ванну с расплавленной медью подают сжатый воздух. Большинство примесей в виде оксидов переходят в шлак (Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2), а некоторые примеси при рафинировании удаляются с газами. Благородные металлы при огневом рафинировании полностью остаются в меди. Кроме благородных металлов в меди в небольших количествах присутствуют примеси сурьмы, селена, теллура, мышьяка. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99 – 99,5%.
Для удаления этих примесей, а также для извлечения золота и серебра медь подвергают электролитическому рафинированию.
Электролиз ведут в специальных ваннах, футерованных внутри свинцом или другим защитным материалом. Аноды изготовляют из меди огневого рафинирования, а катоды – из тонких листов чистой меди. Электролитом служит раствор сернокислой меди. При пропускании постоянного тока анод растворяется и медь переходит в раствор. На катодах разряжаются ионы меди, осаждаясь на них прочным слоем чистой меди.
Находящиеся в меди примеси благородных металлов выпадают на дно ванны в виде остатка (шлама). После электролитического рафинирования получают медь чистотой 99,95 – 99,99%.
В природе медь не содержится в чистом виде, ее добывают из многокомпонентных руд. При этом порода считается пригодной для обогащения, когда содержание меди в ней 0,5 – 1%.
Промышленно-геологические типы медной руды:
- стратиформный тип – песчаники и медные сланцы;
- колчеданный – редкий тип самородной меди;
- гидротермальный – порфировые руды;
- магматический – медно-никелевые руды;
- карбонатовый – железомедный состав.
Природные соединения, в состав которых входит медь:
- борнит (медный пурпур, пестрый колчедан) – в составе преобладает железо, сера и медь;
- халькопирит (медный колчедан) – его химическая формула – CuFeS2, кроме того, в составе руд присутствуют сфалерит и галенит.
- халькозин (медный блеск) – химическая формула — CuS Руды с таким соединением достаточно редкие.
Вторичные минералы:
- куприт – в рудах встречается самородная медь и малахит;
- ковелин – сульфид серы, содержащий 66% купрума и 34% серы;
- малахит – дигидрококскарбонат меди, встречается в России (месторождения Нижнего Тагила).
Распространение медных руд в мире
Страны Латинской Америки имеют самые богатые месторождения меди во всем мире. В частности, Чили дает 40% мирового объема добычи красного металла.
Крупнейшие месторождения в Чили
Самое крупное месторождение Чили расположено вблизи города Ранкагуа. Здесь руду добывали еще индейцы, до прихода европейцев. Промышленная разработка ведется с конца XIX века. Характеристики месторождения Эль-Теньенте:
- площадь – 3 800 га;
- количество работающих человек – 6000;
- минимальная заработная плата – 700 долларов в месяц;
- максимальная глубина шахты – 800 м;
- протяженность горных тоннелей – 2400 км;
- самый большой лифт шахты способен доставить до 350 рабочих за один подъем/спуск;
- содержание меди в руде – от 1 до 4% (такой показатель относит породу к разряду богатых);
- из шахты породу транспортируют поездом, длина рельсовой дороги – 10 км, за день совершается 15 «ходок»;
- с самой глубокой шахты породу вывозят большие грузовые машины: высотой 7 метров, шириной – 8 м;
Другие месторождения в Чили:
- Эль-Абра – добывается 150,4 тыс. тонн в год;
- Серро-Колорадо – 89,5 тыс. т;
- Лос-Пеламбрес – 268,4 тыс. т;
- Эскондида – 1,34 млн т.
Примечательно, что в Чили добыча меди осуществляется национализированными компаниями, то есть государственными.
Как это делается: добыча меди
Медный пояс в Африке
Африканские страны богаты медьсодержащими рудами. В центральной части континента залегает так называемый медный пояс. Он проходит через территорию двух государств:
- Замбии;
- Заира.
Протяженность «пояса» – 160 км, при ширине до 50 км.
В Африке руды богатые – содержание меди от 3,3 до 4%, большинство металла в соединениях:
- пиритах;
- халькопиритах;
- борнитов;
- халькозинов.
Залегает медоносная порода в Африке на глубине до 60 м, что значительно упрощает ее добычу.
Крупнейшие месторождения меди:
В последние годы, из-за нестабильной политической ситуации, в Африке значительно сократились объемы добычи меди – на 3,5%. Это повлияло на мировые цены – они начали стремительно расти.
В страны-лидеры по добыче медной руды в Африке входит и Демократическая Республика Конго, а также ЮАР. Эти два государства не находятся на территории «медного пояса», но дают значительные объемы добываемого металла.
Поскольку медьсодержащая порода залегает неглубоко – добыча осуществляется преимущественно карьерным способом. В Африке основная часть руды извлекается из земных недр вручную, здесь довольно небольшой процент механизации. В карьерах работают несовершеннолетние дети, труд очень тяжелый, условий никаких нет.
Именно поэтому здесь повышенный уровень травматизма и смертности. Примечательно, что и в Чили с добывающей компании снимается вся ответственность за жизнь шахтеров. Они подписывают договор, о том, что в шахту спускаются по собственной воле и «на свой страх и риск». Государство на это закрывает глаза. Тревогу бьет лишь международная организация по правам человека.
Неосвоенное медное месторождение Айнак в Афганистане
По данным некоторых источников, в частности, неправительственной организации Transparency International, в Афганистане имеются крупнейшие запасы меди, которые по объемам занимают второе место в мире. Но большинство еще до конца не изучены и добыча промышленным способом не осуществляется.
Самым крупным, не только в Афганистане, но и в мире, считается Айнак. Основные проблемы его освоения возникли в результате спора добывающей компании и археологов. Дело в том, что на территории месторождения меди ученые нашли древний буддийский город Мес Айнак, который представляет большую историческую ценность. Поэтому разрабатывать одноименное месторождение было запрещено.
В планах у правительства организовать добычу руды в месторождении Айнак на уровне 300 тысяч тонн в год, и постепенно наращивать объемы.
Характеристики месторождения Айнак:
- площадь – 5 км 2 ;
- оценочные запасы меди:
- центральный Айнак – 9,8 млн т;
- западный Айнак – 9,9 млн т;
- объем планируемых инвестиций в разработку – 4,4 млрд долларов США;
- привлеченный инвестор – компания МСС (КНР).
Начиная с 2011 г, планировалось активизировать месторождение Айнак – выйти на уровень 200 тыс. тонн в 2015 году. Теперь сроки снова сдвинулись – до 2018 года. Остается только надеяться, что Айнак заработает полным ходом и в значительной степени поправит материальное положение государства, но при этом будет сохранена культурная и историческая ценность буддийского города.
Способы получения чистого металла из руды
На сегодняшний день производство меди осуществляется самым распространенным способом – пирометаллургическим. В мире его используют 90% перерабатывающих компаний.
Этапы обогащения:
- подготовительный – получение сырья с добывающих предприятий, его сортировка;
- плавка на штейн;
- продувание в конвертере – на выходе получается черновая медь;
- рафинирование.
Обогащение полученного сырья происходит с помощью флотации. Руду помещают в емкость с водой, затем туда же добавляют сжатый воздух. В результате образуется пена, к пузырькам которой прилипают медные частицы, а пустая порода оседает на дне.
Следующим этапом идет обжиг. В результате чего пытаются максимально снизить содержание серы в руде. Состав нагревается до 800 о С – сульфиды окисляются, и количество серы снижается в 2 раза.
Далее полученная масса отправляется в специальные печи – этап плавки на штейн. Здесь температура повышается до 1450 о С. Железо и оставшиеся сульфиды окончательно окисляются и выдуваются в конвертерах. В результате получается черновая медь, которую отливают в слитки, и шлак.
Производство меди завершается рафинированием. Оно предполагает окончательную очистку металла от примесей.
Способ заключается в следующем:
- слитки черновой меди помещают в ванну с электролитом (серной кислотой);
- в емкость помещают тонкие листы чистой меди – катод;
- подключают электрический ток;
- в результате все частицы меди собираются у катода, а примеси оседают на дне – они называются шлам.
Часто шлам содержит драгоценные металлы – золото, платину.
Страны лидеры по добыче и выплавке меди в мире
Лидеры по добыче медной руды – Чилийские компании, благодаря им государство занимает первое место в мировом рейтинге.
В стране было добыто 5 700 тыс. тонн металла, при том, что общий объем был на уровне 20245 тыс. тонн.
На втором месте – китайские добывающие компании – лидеры по приросту объемов добычи.
Ежегодно темпы выплавки медной руды увеличиваются в среднем на 1,5 %. При этом страна экспортирует значительную долю металла у Чили и Австралии.
Китайские добывающие компании распространены во многих странах мира, в том числе и в Афганистане.
- Перу – производит 1300 тыс. т – 9% мирового объема;
- США – 1220 тыс. т – 7%;
- Австралия – 990 тыс. т – 5%;
- Россия – 930 тыс. т – 5%;
- Конго – 900 тыс. т – 4,5%;
- Замбия -830 тыс. т – 4,1%;
- Канада – 630 тыс. т – 3,5%.
По прогнозам мировых аналитиков (компаний USGS и ICSG), в ближайшие годы страны лидеры будут оставаться на своих местах, поскольку большинство месторождений меди уже разведаны и активно осваиваются. Вот только возможно незначительное сокращение объемов и соответственно – повышение цены, которая и так неуклонно растет, начиная с 2011 года.
Экспортеры меди
Не всегда страна с самым большим объемом добычи металла возглавляет рейтинг по экспорту сырья. Картина на мировом рынке по продаже рафинированной меди несколько иная, чем по объемам добычи.
Страны лидеры по экспорту красного металла:
Турция.
Суммарный объем импорта составляет 5805,4 тыс. тон в год.
Китай закупает сырье, в основном, у Чили. Турция, США и Япония – в Африке, Корея – у Австралии.
Видео: Галилео. Медь
Медь является ценнейшим материалом во многих отраслях промышленности. Ее высокая электропроводность (электросопротивление меди составляет 1,7 КГ 6 Ом см, а, например, железа 9,8 КГ 6 Ом см) обусловливает ее широкое применение в электротехнике. Медь является основой таких сплавов, как латунь и бронза.
Медь отличается:
- высокой пластичностью;
- высокой электропроводностью;
- высокой теплопроводностью;
- малой окисляемостью.
По химическим свойствам медь близка к серебру и золоту, которые не окисляются на воздухе, поэтому относятся к благородным металлам. Медь окисляется слабо, поэтому ее называют полублагородным металлом.
Температура плавления меди 1083 °С, плотность при температуре 20 °С - 8900 кг/м 3 . В земной коре меди содержится всего 0,01 %, в то же время она не является рассеянным металлом и концентрируется в медных рудах (до 5 %).
Медные руды бывают двух видов: сульфидные (80 % всех мировых запасов) и окисленные. Содержание меди в промышленных рудах составляет в среднем от 1 до 3 %. Сначала руду подвергают обогащению, т. е. отделяют пустые породы: кварц, бо-рит, алюмосиликаты, кальцит. Обогащение выполняют методом флотации: к дробленой руде добавляют маслянистые вещества, которые покрывают крупинки сульфида меди пленкой, в результате они всплывают на поверхность воды во флотационной машине, а пустая порода осаждается на дно.
Из полученного сульфидно-медного концентрата выплавляют медь, используя пирометаллургический способ, при котором расплавляется вся масса материала. Медь концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейн отделяют от шлака путем отстаивания.
На современных заводах плавку выполняют в отражательных или электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь подачи 300 м 2 и более. Необходимую для плавления теплоту получают сжиганием углеродистого топлива (газа, мазута, угольной пыли) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах через расплавленный шлак пропускают электрический ток (напряжение подводится через погруженные в шлак графитовые электроды).
Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на использовании внешних источников теплоты, несовершенны. Сульфиды, составляющие основную массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому все чаще применяют такие методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскаленную до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Богатые кусковые сульфидные руды (2-3 % Си) с высоким содержанием серы (35-42 % 5) используются при плавке в шахтных печах (печи с вертикальным расположением рабочего пространства). При одном из видов шахтной плавки (медно-серная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних слоях печи Б0 2 до элементарной серы. При этом медь также концентрируется в штейне. Жидкий штейн (в основном Си 2 8 и Бе8) заливают в конвертер, который представляет собой цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом. Конвертер имеет боковой ряд фурм для вдувания воздуха и устройство для поворота вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов имеет две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической меди (черновой) и 80 2 . Черновую медь разливают в формы. Слитки (а иногда расплавленную черновую медь) с целью извлечения ценных металлов (Аи, А§, 8е, Бе, Ей и др.) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование.
Огневое рафинирование производят в отражательных печах для удаления железа, серы и прочих примесей. Для этого черновую медь расплавляют, окисляют имеющиеся примеси, удаляют растворенные газы и раскисляют медь.
Другой способ рафинирования меди - электролитический. Для этого слитки черновой меди подвешивают в ванне с раствором медного купороса, подкисленным серной кислотой, они служат анодом. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая медь откладывается на катодах - тонких медных листах, которые получают методом электролиза в специальных матричных ваннах. Полученную медь промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, селен, теллур и другие спутники меди концентрируются в анодном шламе. Оттуда их извлекают специальной переработкой.
Широко используются и гидрометаллургические способы получения меди, как правило из бедных окисленных и самородных руд. Они основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов в слабых растворах Н 2 80 4 или аммиака. Из раствора медь осаждают химическим способом либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами.
