Цветная металлургия — это отрасль тяжелой промышленности, включающая добычу и обогащение руд, производство и обработку цветных металлов и сплавов. Производственный комплекс цветной металлургии состоит из горнодобывающих предприятий, обогати тельных фабрик, металлургических и металлообрабатывающих заводов.
Промышленное значение цветных металлов возрастает с развитием отраслей новой техники. В настоящее время из минерального сырья, перерабатываемого на предприятиях цветной металлургии, извлекаются цветные металлы более 70 наименований.
Цветная металлургия поставляет народному хозяйству не только металлы и сплавы и металлоизделия из них, но и другую важную продукцию: серную кислоту и элементарную серу, соду, минеральные удобрения, стройматериалы и др.
Содержание цветных и редких металлов в рудах крайне низко. Для получения 1 т цветного металла добывается и перерабатывается от сотен до десятков тысяч тонн сырья. В связи с этим в цветной металлургии особое значение имеет подготовка руд, которая включает процессы дробления, измельчения, усреднения, а также обогащения и окускования. В результате такой подготовки исходное сырье для последующего металлургического передела получают в виде концентратов с высоким содержанием металла и по возможности свободных от примесей. Извлекаемый металл в концентратах содержится в виде оксидов, сульфидов или солей.
В рудном сырье вместе с «основными» элементами — алюминием, медью, свинцом, никелем и др. содержатся попутные — золото, серебро, металлы платиновой группы, кобальт, рений, кадмий и ряд других, ценность которых иногда превосходит ценность «основных» металлов. Это требует комплексной переработки руд/для извлечения из них всех ценных компонентов. При комплексной переработке руд цветных металлов рационально используются природные ресурсы и предотвращается загрязнение окружающей среды, так как сточные воды, отходящие газы и другие отходы производства подвергаются глубокой очистке для извлечения из них ценных компонентов. В результате комплексной переработки сырья в цветной металлургии дополнительно к основным металлам получают свинец, цинк, медь, молибден, все металлы платиновой группы, редкоземельные и редкие рассеянные элементы, а также большое количество золота и серебра. Металлургическое производство цветной металлургии характеризуется большим разнообразием технологических процессов получения металлов. Это обусловлено самыми различными физико-химическими свойствами извлекаемых элементов. В зависимости от особенностей перерабатываемого сырья и свойств металлов возможны различные варианты технологических схем и их аппаратурное оформление. Основными способами получения цветных металлов являются пирометаллургические, гидрометаллургические и электрометаллургические процессы.
Ппрометаллургические процессы проводят при высоких темпера турах. По технологическим признакам выделяют следующие виды пирометаллургических процессов: обжиг, плавка, конвертирование, рафинирование и дистилляция. При обжиге, который проводят в печах кипящего слоя, многоподовых, трубчатых печах, материал сохраняет твердое состояние при изменении состава и некотором укрупнении частиц. Процесс плавки характеризуется расплавлением шихты и разделением расплава обычно на два слоя: штейн и шлак. Штейн представляет собой расплав сульфидов железа и цветных металлов; это основной продукт, в который переходят медь, никель и кобальт при плавке медного и никелевого сульфидного сырья и при некоторых технологических схемах переработки окисленных руд. Плавку проводят в отражательных плавильных печах, трубчатых, в печах для плавки в жидкой ванне (наиболее перспективных). Конвертирование можно рассматривать как разновидность плавки. Оно заключается в продувке кислородом или воздухом расплав ленного штейна с присадками флюсов и небольшого количества сырья (лом, богатые концентраты). Процесс основан на использовании тепла экзотермических реакций. При продувке штейна происходит окисление серы, а железо переводится из сульфидной в оксидную форму и образует с кварцем конвертерный шлак; сульфиды меди и никеля после удаления железа подвергаются дальнейшей обработке.
Рафинирование заключается в обработке расплавленных черновых металлов с помощью присадок (солей, щелочей, металлов), наведением специальных шлаков, окислением примесей, вакуумированием расплава и т. д. Агрегатами для рафинирования могут служить отражательные печи. Ряд металлов, которые относят к легкоиспаряющимся, получают методом дистилляции, а последующую их очистку от примесей осуществляют методом многократной перегонки. Дистилляция заключается в переводе восстанавливаемого металла в парообразное состояние с последующей конденсацией. Дистилляцию проводят в ретортных печах (производство цинка), шахтных печах (производство свинца, цинка, олова), в печах кипящего слоя (производство титана). Пирометаллургическим способом получают многие тяжелые цветные металлы: медь, никель, свинец, олово и др.
Гидрометаллургические процессы заключаются в извлечении металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при температурах 20—200° С и обычном или повышенном давлении с помощью водных растворов химических реагентов (кислот, щелочей или солей). В процессе извлечения металлов из сырья, помещенного в раствор, происходит химическое взаимодействие металлов с реагентом и растворение образующихся при этом продуктов реакции (обычно солей) в воде. При химическом взаимодействии металла с растворителем нейтральный атом металла переходит в ионное состояние, образуя растворимое соединение. Растворение происходит легко в случае выщелачивания руд и концентратов, в которых металл присутствует в окисленной (ионной) форме, например медных и урановых руд, цинковых концентратов и др.
Гидрометаллургические процессы включают ряд технологических операций, выполняемых в определенной последовательности: механическую обработку руды — дробление и измельчение для полного или частичного раскрытия зерен минералов, содержащих извлекаемый металл; изменение химического состава руды или концентратов в целях разложения химических соединений извлекаемого металла и перевод их в растворимую форму; выщелачивание — перевод извлекаемого металла в водный раствор; отделение металлосодержащего раствора от измельченного материала обезвоживанием и промывкой в сгустителях, на фильтрах; подготовку растворов к выделению из них соединений или металлов; осаждение метал лов или их соединений из растворов электролизом; восстановление другими металлами или сорбцией ионообменными смолами или углем и т. п.; переработку осадка с целью получения чернового металла или готового товарного металла перекристаллизацией, воз гонкой, переплавкой, электролизом из водных или расплавленных сред. Гидрометаллургические процессы широко применяются при производстве цинка, меди, никеля и других металлов. Большое развитие получают автоклавные процессы — гидрометаллургические процессы, происходящие в герметической аппаратуре при повышенных температурах и давлениях.
Электрометаллургические процессы основаны на использовании электрического тока для проведения окислительных или восстанови тельных реакций. Они подразделяются на электротермические и электрохимические. Электротермические процессы используются для извлечения цветных металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования металлов и сплавов на их основе. В этих процессах электрическая энергия является источником технологического тепла. Электротермические процессы получили широкое применение при плавке и возгонке металлов в никелевой промышленности, при переработке цинковых концентратов, при производстве свинца, олова, редких металлов и др. Электрохимические процессы используются для производства цветных металлов на основе электролиза водных растворов (при обычных температурах) и расплавленных солей (при повышенных температурах). Здесь при прохождении электрического тока через электролит протекают окислительно-восстановительные реакции. Электрохимические процессы широко используются в производстве алюминия, магния и др. Обычно электрометаллургическим процессам предшествуют гидрометаллургические, реже пирометаллургические процессы. Металлообрабатывающие заводы цветной металлургии производят прокатно-тянутую продукцию для всех отраслей народного хозяйства. Заводы по обработке цветных металлов выпускают различные полуфабрикаты: от плит массой до 5 т до фольги толщиной 5 мкм; от медных труб диаметром 500 мм до никелевых с толщиной стенки 0,05 мм.
Всего на заводах этой подотрасли изготавливается более 200 тыс. типоразмеров листов, лент, труб, прутков, проволоки, профилей и фольги, полуфабрикатов, отличающихся точностью размеров, однородностью свойств, заданными физико-механическими характеристиками. Цветная металлургия — отрасль с высокой степенью автоматизации производства и управления. Основным направлением ее совершенствования является переход от автоматического управления отдельными технологическими процессами и агрегатами к созданию автоматизированных систем управления объектами на основе широкого применения современной вычислительной техники.
[в начало]