ВСТУП

ВСТУП

З того часу, як у наших предків метали замінили дерево і камінь, потреба в них постійно зростає. Метали стали незамінними у багатьох галузях промисловості і техніки – машинобудуванні і моторобудуванні, будівництві і транспорті, електротехніці і електроніці. Виробництво і споживання металів з кожним роком неухильно зростає.

Способи отримання металів можуть бути простіші або складніші залежно від якості збагачення руд. Деякі методи збагачення використовуються у процесі отримання металів з руд разом з чисто металургійними переділами. Тому знання основ збагачення необхідні металургові і їх часто висловлюють у підручниках з металургії, хоча процеси збагачення зовсім не схожі з металургійними.

Металургія розвивалася на основі успіхів хімії. Початком хімії як науки вважають сорокові роки XVIII століття, коли М.В.Ломоносовим були розвинені молекулярно-атомістичні уявлення і вперше сформульований закон збереження маси.

У кінці XVIII ст. Лавуазьє показав, що метали, що були за колишніми уявленнями складними речовинами, насправді – прості тіла, а оксиди, навпаки, - складні речовини. Незабаром Пруст встановив другий основний закон хімії – закон постійності складу. Особливо швидкому розвитку хімії, а за нею і металургії сприяло відкриття Д.І.Менделєєвим періодичного закону (1869 р.).

До початку XIX ст. хіміки знали тільки 30 хімічних елементів, а металурги уміли отримувати тільки 10 з них, відомих з давніх часів. Відкриття періодичного закону полегшило пошуки і вивчення нових елементів, і на початок нашого сторіччя загальне число їх досягло 61.

Тепер ми уміємо отримувати у вільному стані всі хімічні елементи, що входять до складу земної кори. Близько 80 з них – метали. Проте серед них є деякі елементи, які за хімічною природою належать до неметалів,  а технологія виробництва і застосування їх схожа з виробництвом і застосуванням металів. Наприклад, германій і кремній. З погляду хіміка – це неметали, але вони добуваються металургійними способами і споживаються в техніці, подібно до металів.

Поки що не всі метали знайшли широке застосування, проте вже більше 65 з них виробляються металургійними заводами.

Сучасна металургія – велика галузь промисловості, що переробляє великі кількості сировини і використовує для цього багато палива і енергію. Тому вона неможлива без достатньо розвиненої енергетичної бази і могутніх транспортних засобів.

Малий  вихід  продукту  часто не свідчить про мале виробництво. Багато руд бідні, і для отримання, наприклад, 1 г міді доводиться переробляти більше 100 т руди (при вмісті міді в руді 1%).

Ціна металу залежить від витрат на його отримання: вона тим вище, чим бідніше руда і складніше її переробка.

Сучасна техніка, а особливо атомна енергетика і електроніка, вимагає металів високої чистоти, що містять тільки тисячні, а іноді й мільйонні частки відсотка домішок. Виконання цієї вимоги утруднене необхідністю дбайливо витрачати мінеральну сировину і витягувати з неї метали найповніше, комплексно використовуючи всі цінні складові. Тому сучасна металургія складна, а для ретельного контролю її переділів потрібні точні методи вимірювань.

Сировинна база кольорової металургії України подана запа­сами алюмінієвої сировини (бокситів, нефелінів, алунітів), значни­ми ресурсами титану, цирконію, магнієвої сировини. Розвідано та­кож родовища інших рідкісних кольорових металів. Виробничий ком­плекс галузі становитьться з гірничодобувних підприємств, збагачу­вальних фабрик, металургійних і металообробних заводів. Кольо­рова металургія - матеріало- та енергоємна галузь, тому її підприє­мства споруджуються у місцях видобутку сировини і виробництва електроенергії.

У період тимчасової окупації України німецько-фашистськи­ми загарбниками під час Великої Вітчизняної війни 1941-45 рр. усі підприємства кольорової металургії були зруйновані. У повоєнний період ці підприємства, по суті, були побудовані наново. На базі нових розвіданих родовищ кольорових і рідкісних металів споруд­жені Іршинський гірничо-збагачувальний комбінат, Верхньодніп­ровський гірничо-металургійний комбінат, Побузький нікелевий завод. Також були побудовані Артемівський завод з обробки ко­льорових металів, Торезький завод наплавочних твердих сплавів та інші. Введено також потужності щодо виробництва кристалічного кремнію на Дніпровському алюмінієвому заводі, повторного алюм­інію на Свердловському заводі алюмінієвих сплавів (Луганська область), повторного свинцю на заводі "Укрцинк", непереточуваних твердосплавних пластин на Дніпровському заводі твердих сплавів, напівпровідникових матеріалів, полікристалічного крем­нію і багатьох інших видів продукції кольорової металургії. У Ми­колаєві успішно функціонує глиноземний завод.

За останні роки у деякій мірі підвищилися техніко-економічні показники галузі. Збільшено відсоток вилучення з руди ільменіту, рутилу, цирконію, ртуті, цинку, свинцю, титану, магнію та інших металів. На підприємствах кольорової металургії країни впроваджено нове устаткування та багато прогресивних технологічних про­цесів. Уперше у світовій практиці на Никитовському ртутному ком­бінаті був запроваджений випал ртутної руди у промислових пе­чах "киплячого шару" з повною автоматизацією технологічного процесу, утилізацією тепла недогарків і використанням їх як щебе­ню для будівельних потреб.

На Запорізькому титаномагнієвому комбінаті застосовано рідкий відновлювач титану. Це дало змогу підвищити продук­тивність апаратів і поліпшити якість металу. На Дніпровському алю­мінієвому заводі вперше в Україні введено в експлуатацію стан щодо виробництва алюмінієвої катанки безпосередньо з рідкого металу, освоєно виробництво електротермічного силуміну з використанням нових видів сировини - каолінів і дистен-силіманіту.

На Іршинському гірничо-збагачувальному комбінаті був освоєний найбільш продуктивний дражний метод видобутку і збагачення гірської маси; впроваджені в промисловому масштабі гвин­тові сепаратори.

Потреба в кольорових металах із року в рік зростає. Цьому сприяє не тільки невпинно зростаючий попит на них традиційних споживачів металів, але і бурхливий розвиток таких галузей науки і техніки, як радіоелектроніка, обчислювальна  техніка, ракетобуду­вання  і  космічна техніка, ядерна  енергетика та ін. Загальне   спожи­вання   всіх кольорових  металів  у  даний  час  знаходиться  на  рівні 30-40 млн. т на рік.

Основною сировиною для одержання кольорових металів до цього часу є руди.

Крім рудних джерел, для виробництва багатьох кольорових металів (алюмінію, міді, цинку, свинцю, благородних і ряду інших) використовують вторинну сировину. До неї відносять відходи ме­талообробної промисловості, браковані і металеві деталі, що відслу­жили свій термін, різноманітний металевий брухт, побутовий утиль та інші матеріали, що містять метал. У перспективі вторинна сиро­вина повинна стати основним джерелом одержання деяких кольо­рових металів, а за рахунок переробки руд буде покриватися лише дефіцит балансу між споживанням і виробництвом даного металу.

Крім руд, концентратів і вторинної сировини, у кольоровій ме­талургії широко застосовуються інші корисні копалини, найважли­вішими з яких є паливо і флюси. Паливо використовують як джерело теплоти, одержуваної при його спалюванні. При виробництві кольорових металів застосовують газоподібне (природний газ), тверде (ву­гілля, вугільний пил, кокс) і рідке (дизельне паливо, мазут) паливо.

Природне паливо в основному має органічне походження. До його складу входять вуглець, водень і сірка, що становлять гарячу масу. Крім того, паливо може містити воду і попіл (негорюча частина палива, що складається з оксидів кремнію, алюмінію, кальцію й ін.).

Основною теплотехнічною характеристикою палива є тепло­та його згоряння, що виражається в кілоджоулях на кілограм, куб­ічний метр або моль. Для порівняльної оцінки різноманітних видів палива введене поняття умовного палива з теплотою, згоряння, що дорівнює 29300 кДж/кг. Для перерахунку витрати будь-якого палива або теплоти в умовне потрібно розділити кількість теплоти його згоряння на 29300 і знайти еквівалент даного палива в одиницях умовного палива. Так, 1 м3 природного газу з теплотою згоряння 36500 кДж/кг буде екві­валентний 36500:29300 = 1,25 кг умовного палива, а кам'яне вугіл­ля з теплотою згоряння 25000 кДж/кг - 25000:29300 = 0,85 кг умов­ного палива.

У ряді металургійних процесів вуглецеві матеріали одночасно з функціями палива виконують роль відновлювачів.

Останніми роками в кольоровій металургії при переробці деяких сульфідних руд і концентратів почали широко використовувати теп­лоту згоряння самих сульфідів. Теплоти, що виділяється при окис­нюванні сульфідів, у багатьох випадках цілком достатньо для са­мостійного (без витрат сторонніх джерел теплової енергії) перебігу металургійних процесів. Такі процеси називаються автогенними. Використання автогенних процесів у кольоровій металургії має ве­личезне народногосподарське значення, тому що дозволяє заощадити велику кількість вуглецевого палива або електроенергії.

Флюсами називають мінеральні добавки, що вводяться в шихту багатьох плавок із метою коригування складу утворених металургійних шлаків. Як флюсуючі добавки найчастіше застосовують кварцити і вапняк. У шихту деяких металургійних плавок вводять залізну руду, соду, фториди і т.п.

Одержання металевої продукції з руд, концентратів або інших видів сировини, що містять метал, - задача досить важка. Вона істотно ускладнюється ще і тим, що в кольо­ровій металургії переробляють, як правило, порівняно бід­ну і складну за складом поліметалічну сировину. При її пе­реробці металургійними засобами необхідно одночасно з одержанням основного металу забезпечити комплексне виділення всіх інших цінних компонентів у самостійні то­варні продукти при високому ступені їхнього витягу.

Для одержання металів досить високої чистоти зі скла­дної поліметалічної сировини з високим ступенем компле­ксності його використання недостатньо застосовувати один металургійний процес або один металургійний агре­гат. Ця задача може бути реалізована на практиці лише при використанні декількох послідовно проведених процесів, що забезпечують поступовий поділ компонентів перероб­люваної сировини.

Весь комплекс застосовуваних металургійних проце­сів, підготовчих і допоміжних операцій формується в тех­нологічну схему дільниці, відділення, цеху або підприємс­тва в цілому. Для всіх підприємств кольорової металургії характерні багатоступеневі технологічні схеми. 

В основі будь-якого металургійного процесу лежить принцип переведення оброблюваної сировини в гетероген­ну систему, що становитьться з двох, трьох, а іноді і більше фаз, що повинні відрізнятися складом і фізичними власти­востями. При цьому одна з фаз повинна збагачуватися ви­лученим металом (металами) і збіднюватися домішками, а інші фази, навпаки, повинні збіднюватися основним ком­понентом. Розбіжність деяких фізичних властивостей утворених фаз (агрегатного стану, щільності, взаємної змочуваності, звітрюваності і т.п.) повинно забезпечувати добрий їх поділ найпростішими прийомами.

У практиці металургійного виробництва найбільш поширеними комбінаціями фаз є: г + р; г + т; р + р; р + т; г + р + р; г + р + + т, де буквами г, р і т відповідно позна­чають газову, рідку і тверду фази.

Поділ фаз г + р і г + т внаслідок дуже великої розбіжності їхніх щільностей легко здійснюється простим від­стоюванням. Для випадку тонкого диспергування твердих фаз у газі, коли відстоювання відбувається дуже повільно, вдаються до особливих способів поділу – пилоуловлення. Фази сис­тем р + р можуть розділятися відстоюванням або центри­фугуванням. Для систем р + т можливими прийомами є відстоювання, центрифугування або фільтрування при по­рівняно низьких температурах (до 300-400°С) і тільки від­стоювання при більш високих температурах. Двофазні сис­теми типу г + г розділяють хімічними способами, а систе­ми т + т - методами збагачення.