Виробництво кольорових металів

Виробництво міді. Мідь та її сплави (латунь – із цинком, бронза – із оловом, кремнієм, алюмінієм тощо) широко використовуються у господарстві.

Для виробництва міді використовують два види руд: сульфідні – з’єднання міді із сіркою (мідний колчедан, халькозин), окислені – з’єднання із киснем (куприт, малахіт, тенорит).

Після збагачення мідні концентрати містять 15 – 40% міді, до 35% сірки і до 30% різних домішок (у тому числі заліза, цинку, свинцю, золота, срібла тощо).

Металургійна переробка концентратів здійснюється пірометалургійним та гідрометалургійним способами. Пірометалургійна переробка включає три стадії – отримання штейну, чорнової міді і рафінування чорної міді.

Отримання штейну проходить у шахтних печах, що називаються ватержакетами. Температура в печах підтримується за рахунок окислення сірки і заліза та горіння коксу (витрати коксу складають 10% від ваги сировини). Використовують також відображувальні печі. У них при температурі 1500 – 1600 градусів виплавляються попередньо обпалені флотаційні концентрати. Штейн і шлак опускаються на дно печі і зливаються через певні отвори. Зараз застосовують також електровиплавку.

Штейн є сплавом сульфідів міді і заліза, складає 20 – 50% міді, 20 – 40% заліза і до 25% сірки. Він є напівпродуктом для отримання чистої міді. Рідкий штейн заливається в конвертери де із нього випалюється залізо і сірка та формується чорнова мідь (до 4% домішок).

Для ліквідації домішок із чорнової міді проводять рафінування. Вогневе рафінування проводиться у відображувальних печах, спеціальних конвертерах (паливо – газ, мазут). Більшість домішок у міді є активнішими за останню в окислені, тому під час виплавки вони окисляються і формують шлак. Отримана вогневим способом мідь містить до 0,5% домішок благородних металів, які можуть бути видалені за допомогою електролізу міді.

Електролітичне рафінування формує найчистішу мідь і базується на застосуванні постійного електричного струму певної напруги і сили. Рафінування проводиться у ваннах внутрішня частина яких викладена свинцем чи пластмасою. Електроліт – мідний купорос і сірчана кислота, анод – пластини із чорнової міді, чи міді, що пройшла вогневе рафінування, катод – тонкі пластини із чистої міді. Під час пропускання постійного струму на катоді осідає чиста мідь, а анод (чорнова мідь) поступово переходить в електроліт. На дно ванн випадають домішки, які не тільки окупляють затрачену електроенергію, але й часто перевищують вартість виробленої міді.

Гідрометалургійний спосіб отримання міді. На окислену мідну руду діють сірчаною кислотою, яка розчиняє мідь і формує сірчанокислу мідь. Із сірчанокислої міді металічна мідь може бути отримана двома способами – шляхом впливу на розчин залізом (цементація міді) чи електролізом водного розчину сірчанокислої міді.

Первинна обробка сировини і отримання чорнової міді здійснюється в районах видобутку. Лише виробництво вторинної міді (із металолому) здійснюється в районах споживання.

Виробництво цинку. Цинк – синювато-білий метал, що має середню щільність і високу антикорозійність. При звичайні температурі він крихкий, але при температурі 100 – 150 градусів він пластичний та гарно кується. Цинк та його сплави (із міддю, залізом, сріблом тощо) широко використовується у промисловості (антикорозійне покривання труб, ванн, посуди, виготовлення електродів у електротехніці, кліше у поліграфії, машинобудування, фармацевтика тощо). У сплавах усувається крихкість цинку. Біля 40% цинк використовується для виробництва сплавів.

Сировиною для виробництва цинку є цинкова обманка – сірчаний цинк, який зустрічається у складі поліметалічних руд. Вміст цинку в руді 2 – 7%. За допомогою депресорної флотації цинкова обманка відокремлюється від руд інших кольорових металів. Отриманий цинковий концентрат обпалюється до повного вигорання сірки і утворення окису цинку, що містить 60% металу. Металічний цинк отримують за піро- чи гідрометалургійним способом.

За пірометалургійним способом цинк отримують шляхом відновлення окису цинку вуглеводнем (коксом). Обпалений концентрат цинку змішується із коксом і прожарюється у закритих ретортах, що поміщаються у спеціальні печі із температурою 1200 – 1300 градусів. Цинк закипає при 907 градусах, переходить у газоподібний стан і по спеціальних трубах відводиться із реторт та конденсується. Цей процес називається дистиляцією і триває 24 години. Дистильований цинк називають чорновим бо він містить багато домішок інших металів. Проводять повторну гонку при температурі 1000°С., після чого цинк має високий ступінь чистоти. При такому виробництві на 1 тону цинку витрачається до 4 тон коксу і 1 тис.кВт.год. електроенергії. Тому часто підприємства із виробництва цинку розміщені у районах видобутку вугілля.

Поширенішим є гідрометалургійний спосіб отримання металу. На цинковий концентрам діють слабкою сірчаною кислотою після чого метал переходить в розчин сірчанокислого цинку. Розчин піддається електролізу. У якості катоду застосовують алюмінієві листи, а аноду – свинцеві. При електролізі на катоді виділяється металічний цинк який згодом переплавляється в індукційних печах і відливається в злитки. чистота металу досягає 99,99%.

Для отримання 1 тони цинку витрачається 300 кВт.год. електроенергії, 0,5 тон палива. Первинна обробка руд здійснюється у місцях видобування. Отримані концентрати є транспортабельними і переробляються у залежності від технологічного процесу і у районах видобування сировини, і в районах, багатих на паливо.

Виробництво свинцю. Свинець – м’який і пластичний метал. Він легко піддається всім видам обробки – куванню, литтю, розкачуванню тощо. Є ерозійно стійким, антикорозійним. Використовується у кабельній промисловості, виробництві акумуляторів, для отримання підшипникових сплавів, для покриття чи виробництва кислотостійких ємностей, труб, приладів для хімічної промисловості, для виробництва медикаментів і білил. Властивість свинцю поглинати рентгенівські і радіоактивні промені визначила його застосування в рентгенотехніці і ядерній техніці.

Основною сировиною свинцю є галеніт (свинцевий блиск) – з’єднання свинцю із сіркою, а також церусит (вуглекислий свинець) і англезит (сірчанокислий свинець). Руди свинцю в природі зустрічаються у складі поліметалів.

Після флотації отриманий концентрат піддають обпаленню. Далі окислений концентрат відновлюють у шахтних печах із водяним охолодженням (ватержекетах). У отриманому чорновому свинці міститься до 8% інших металів. Його рафінують пірометалургійним чи електролітичним способом. Підприємства свинцевої промисловості розташовуються біля джерел сировини.

Виробництво алюмінію. В якості сировини для отримання алюмінію використовуються боксити, нефеліни, алуніти і сієніти.

Боксити містять ряд окисів – окис алюмінію (глинозем) до 70%, окис заліза, кальцію, титану, кремнезем і воду. В алюмінієвій промисловості використовуються ті боксити, в яких вміст глинозему перевищує 40%.

Нефеліни містять окиси алюмінію (до 30%), натрію, калію, кремнезем.

Алуніти – це з’єднання основних сульфатів алюмінію і калію.

Серед окисів, що входять до складу бокситів і нефелінів, глинозем є найбільш стійким, що унеможливлює пряме відновлення алюмінію з руди (утворюється сплав металів і кремнію). Спочатку із бокситів виділяють глинозем, який піддають електролізу.

Виробництво глинозему проходить лужним та кислотним способами. Лужний спосіб: розмелений і просушений боксит змішується із каустичною содою і подається в автоклав де підтримується тиск до 35 атмосфер та температура 100 – 240 градусів. Пульпа перемішується. Сода вступає у реакцію із глиноземом бокситів формуючи алюмінат натрію. Інші метали, що є у бокситах в реакцію із содою не вступають. В осадок випадають кремнезем, окиси заліза і титану. Алюмінат натрію фільтрується і завантажується у спеціальні чани, в які попадає вода. Алюмінат натрію охолоджується і розпадається з виділенням гідрату окису алюмінію і слабкого їдкого натру:

(1) NaAlO₂+2H₂O=Al(OH)₃+NaOH

Гідроокис алюмінію прожарюється в трубчастих обертових печах чи у печах із кип’ячим шаром. При цьому гідроокис алюмінію втрачає воду і утворює окис алюмінію (глинозем).

Боксити із високим вмістом кремнезему переробляються сухим лужним способом. Боксит змішується із кальцинованою содою і вапняком. Суміш прогрівають в обертових печах. Кремнезем вступає у з’єднання із вапняком і видаляється. Окиси металів (алюмінію, заліза) і залишки кремнезему вступають у з’єднання із содою і утворюють алюмінат натрію із якого за вказаним вище способом отримують глинозем.

Отримання алюмінію із глинозему. Глинозем є стійким окисом, що має температуру плавлення 2050⁰С. Тому отримання алюмінію здійснюється електролітичним шляхом в електролізерах, викладених із середини вогнетривким матеріалом. Для зменшення теплових втрат в електролізер завантажують кріоліт, який розчиняє глинозем і має у два рази меншу температуру плавлення (1000⁰С).

Анодом є вугільні пластини, а катодом – дно електролітичної ванни. При пропусканні постійного струму через електроліт на дні ванни (катоді) осідає розплавлений алюміній, який видаляється за допомогою вакуум-ковша.

Електроліз глинозему – електроємний процес. Витрати електроенергії складають 17 – 19 тис. кВт. год. на 1 т. алюмінію, тому його виробництво розташоване поблизу джерела дешевої електроенергії. Витрати сировини для виробництва 1 т. металу складають: глинозему – 2 т, кріоліту – 0,1 т, вугільних анодів – 0,6 т.

Тема Машинобудування

1. Машинобудівний комплекс – це сукупність галузей промисловості, що виробляють машини й устаткування для всіх ланок народного господарства.

Машинобудування – надзвичайно складна галузь. Вона поділяється на кілька десятків галузей і виробництв. Підприємства машинобудування поєднуються в одне ціле на основі спільної технології, сировини, а також призначення готової продукції. Великі галузі, наприклад сільськогосподарське, енергетичне, транспортне машинобудування поділяються на менші. Так транспортне машинобудування складається із авто-, судно-, вагоно-, тепловозо-, літакобудування. В свою чергу, наприклад, автомобілебудування – з виробництва легкових, вантажних автомобілів, автобусів.

Машинобудування є органічною складовою частиною майже кожного більш-менш значного промислового комплексу.

Розміщення окремих галузей машинобудування залежить від характеру виробництва, його трудомісткості, потреб у кваліфікованій робочій силі, показників витрат сировини, енергії, устаткування у розрахунку на випуск одиниці продукції. Залежно від дії цих чинників галузі машинобудування об’єднуються за територіальним тяжінням в такі групи:

· Радіотехніка, робототехніка, електроніка, конвейєро-, верстато-, приладобудування, інструментальна промисловість та ін. Підприємства цих галузей об’єктивно тяжіють до промислових центрів, деє кваліфіковані кадри, науково-дослідні інститути відповідного профілю, виробнича і невиробнича інфраструктури.

· Авто-, двигуно-, тракторо-, вагонобудування, виробництво устаткування для легкої і поліграфічної промисловості. Заводи цих галузей тяжіють до центрів загального машинобудування, кваліфікованих кадрів, а також виробництва металу і енергії.

· Виробництва сільськогосподарських машин, хімічного устаткування, промислової арматури, будівельних і шляхових машин розміщується ближче до районів споживання готової продукції.

· Виробництва гірничошахтного, металургійного, підйомно-транспортного устаткування, металевих виробів тяжіють до джерел метало постачання і районів споживання готової продукції.

· Підприємства галузі металообробки (ремонт машин та обладнання, виробництво окремих нескладних металевих виробів і конструкцій) орієнтуються в розміщенні на споживача і можуть знаходитися майже повсюдно.

Найважливішими галузями машинобудування є: важке, транспортне, енергетичне, електротехнічне, верстатобудування, приладобудування, сільськогосподарське, виробництво устаткування для різних галузей господарства (хімічна, легка, харчова промисловість тощо).

Важке машинобудування – це сукупність галузей машинобудування, які виробляють машини і устаткування для металургійної, вугільної і гірничорудної промисловості та залізничного транспорту, підйомно-транспортне устаткування, важкі гідравлічні преси, екскаватори, роторні комплекси, турбіни, інше металоємне устаткування.

Транспортне машинобудування – сукупність галузей машинобудування, підприємства яких виробляють локомотиви, вагони, судна, літаки, автомобілі та інші транспортні засоби.

Енергетичне машинобудування – галузь важкого машинобудування, до якої належать підприємства із виробництва парових, газових та гідравлічних турбін, устаткування гідроспоруд, парових котлів, енергетичних атомних реакторів, котельно-допоміжного устаткування.

Електротехнічне машинобудування – галузь, підприємства якої виробляють електричні машини, апарати, кабель та ін. продукцію призначену для виробництва, перетворення, передачі й споживання електроенергії.

Верстатобудування – галузь машинобудування, підприємства якої випускають металообробні й деревообробні верстати, автоматизовані й напівавтоматизовані лінії, комплексно-автоматизовані виробництва для виготовлення машин і виробів з металу, ковальсько-пресове та ливарне устаткування.

Приладобудування – галузь машинобудування, підприємства якої випускають засоби обчислювальної техніки, прилади контролю й регулювання технологічних процесів, електро- і радіовимірювання, оптичні й оптико-механічні, для вимірювання механічних величин і часу, технічні засоби для механізації і автоматизації інженерної та управлінської праці, прилади для фізичних, медичних, фізіологічних та біологічних досліджень.

Сільськогосподарське машинобудування - галузь машинобудування, підприємства якої випускають с.-г. машини, а також агрегати, вузли, деталі й запасні частини до цих машин.

Дата добавления: 2014-01-03