Металлургия сплавов цветных металлов

Цветная металлургия занимается добычей руд цветных металлов, а также обогащением и выплавкой чистых металлов и их сплавов. Цветные металлы имеют множество ценных свойств: малую плотность (магний, алюминий), высокую теплопроводность (медь), устойчивость к коррозии (титан) и др. Условно они делятся на тяжелые, легкие, благородные и редкие.

Группы металлов

К тяжелым металлам относятся вещества, которые отличаются высокой плотностью. Это кобальт, хром, медь, свинец и др. Некоторые из них (свинец, цинк, медь) применяют в чистом меде, но обычно используют в качестве легирующих элементов.

Плотность легких металлов — менее 5 г/см3. В этой группе относятся алюминий, натрий, калий, литий и др. Их используют как раскислители при изготовлении чистых металлов и сплавов, а также применяют в пиротехнике, медицине, фототехнике и других областях.

Благородные металлы отличаются высокой устойчивостью к коррозии. В данную группу входят платина, золото, серебро, осмий, палладий, родий, иридий и рутений. Они применяются в медицине, электротехнике, приборостроении, ювелирном деле.

Редкие металлы объединены в отдельную группу, так как имеют особые свойства, не характерные для других металлов. Это уран, вольфрам, селен, молибден и др.

Также выделяется группа широко применяемых металлов. В нее входят титан, алюминий, медь, олово, магний и свинец.

Сплавы на основе цветных металлов бывают литейные и деформируемые.

Они различаются технологией создания заготовок: из литейных производят детали с помощью литья в металлические или песчаные формы, а из деформируемых делают листы, фасонные профили, проволоку и другие элементы.

В этом случае используются методы прессования, ковки и штамповки. Литейные сплавы относятся к металлургии тяжелых металлов, деформируемые — к металлургии легких металлов.

Алюминий и его сплавы

Металлургия сплавов цветных металлов

Алюминий — цветной металл, который имеет серебристо-белый оттенок и плавится при температуре 650°С. В периодической системе ему соответствует символ Al. Этот элемент занимает третье место по распространенности среди всех пород в земной коре (на первом месте — кислород, на втором — кремний). В атмосферных условиях на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, препятствующая появлению коррозии.

Важные свойства алюминия:

  • Низкая плотность — всего 2,7г/см3 (например, у меди — 8,94г/см3).
  • Высокая электрическая проводимость (37*106 См/м) и теплопроводность (203,5 Вт/(м·К)).
  • Низкая прочность в чистом виде — 50 МПа.
  • Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.

Металл легко обрабатывается давлением. Находит широкое применение в электропромышленности: из алюминия изготавливают проводники электрического тока. При производстве стали его используют для раскисления.

Из алюминия также делают посуду, однако она не подходит для приготовления солений и хранения кисломолочных продуктов — элемент неустойчив в щелочной и кислой среде. Некоторые стальные детали покрывают алюминием (процесс алитирования), чтобы повысить их жаростойкость.

Из-за невысокой прочности алюминий практически не применяется в чистом виде.

При маркировке алюминия используется буква А в сочетании с числом, которое указывает на содержание металла. Например, марка A99 содержит 99,95% алюминия, а марка А99 — 99,99%. Существует также марка особой чистоты — А999, в которой 99,999% алюминия.

Деформируемые сплавы алюминия

Металлургия сплавов цветных металлов

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы алюминия — это дуралюмины (система А-Сu-Mg) и высокопрочные сплавы (Аl-Сu-Mg-Zn). Высокие механические свойства и небольшой удельный вес позволяют широко применять эти сплавы в области машиностроения, особенно — в изготовлении деталей для самолетов.

Основными легирующими элементами для дуралюминов служат магний и медь. Эти сплавы маркируются буквой Д с числом. Из Д1 делают лопасти винтов, Д16 используется для лонжеронов, шпангоутов, обшивки самолетов, а Д 17 — для крепежных заклепок.

Высокопрочные сплавы, помимо алюминия, меди и магния, содержат цинк. Обозначаются буквой В и числом, применяются для изготовления деталей сложной конфигурации, лопастей вертолетов, высоконагруженных конструкций.

Неупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы — это сплавы алюминия с марганцем (маркировка — АМц1) и с магнием (AМг2 и АМг3).

Они хорошо обрабатываются сваркой, вытяжкой, прокаткой, горячей и холодной штамповкой. Отличаются высокой пластичностью, но при этом не очень прочные.

Они выпускаются преимущественно в виде листов, которые применяются для изготовления изделий сложной формы (заклепки, рамы и др.).

Литейные сплавы на основе алюминия

Наиболее широкое применение получили литейные сплавы алюминия и кремния, которые называются силуминами. Они содержат более 4,5% кремния и обозначаются буквами АК с номером марки.

Силумины сочетают малый удельный вес с высокими механическими и литейными свойствами.

Они применяются для сложного литья авто-, мото- и авиадеталей, а также для производства некоторых видов бытовой техники — мясорубок, теплообменников, санитарно-технических арматур и др.

Сплавы на основе меди

Металлургия сплавов цветных металлов

Медь — цветной металл, который на поверхности имеет красный оттенок, а в изломе — розовый. В периодической системе Д.И. Менделеева обозначается символом Cu. В чистом виде металл имеет высокую степень пластичности, электро- и теплопроводности, а также характеризуется устойчивостью к коррозии. Это позволяет использовать медь и ее сплавы для кровель ответственных зданий.

Важные свойства металла:

  • Температура плавления — 1083°С.
  • Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
  • Плотность — 8,94 г/см3.

Благодаря пластичности медь легко поддается обработке давлением, но плохо режется. Из-за большой усадки металл обладает низкими литейными свойствами. Любые примеси, за исключением серебра, оказывают большое влияние на вещество и снижают его электрическую проводимость.

При маркировке меди используется буква М с числом, которое обозначает марку. Чем меньше номер марки, тем больше в ней чистого вещества. Например, М00 содержит 99,99 % меди, а М4 — 99 %.

Наиболее широкое применение в технике находят две группы медных сплавов — бронзы и латуни.

Бронзы

Металлургия сплавов цветных металлов

Бронзы — сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является любой металл, кроме цинка. Наиболее часто применяются сплавы меди со свинцом, оловом, алюминием, кремнием и сурьмой.

Все бронзы по химическому составу делятся на оловянные и специальные, или безоловянные, то есть не содержащие в своем составе олова.

Оловянные бронзы отличаются наиболее высокими литейными, механическими и антифрикционными свойствами, а также имеют повышенную устойчивость к коррозии. Из-за высокой стоимости олова эти сплавы применяют ограниченно.

Специальные бронзы часто используют в качестве заменителей оловянных, и некоторые имеют лучшие технологические свойства. Выделяются следующие виды специальных бронз:

  • Алюминиевые. Они содержат от 5% до 11% алюминия, а также марганец, никель, железо и другие металлы. Эти сплавы обладают более высокими механическими свойствами, чем оловянные бронзы, однако их литейные свойства ниже. Алюминиевые бронзы служат для изготовления мелких ответственных деталей.
  • Свинцовистые. В их состав входит около 30% свинца. Эти сплавы имеют высокие антифрикционные свойства, поэтому широко применяются в производстве подшипников.
  • Кремнистые. Эти бронзы содержат примерно 4% кремния, легируются никелем и марганцем. По своим механическим свойствам почти соответствуют сталям. Применяются, в основном, для изготовления пружинистых элементов в судостроении и авиации.
  • Бериллиевые. Содержат до 2,3% бериллия, характеризуются высокой упругостью, твердостью и износостойкостью. Эти бронзы используются для пружин, которые работают в условиях агрессивной среды.

Все бронзы имеют хорошие антифрикционные показатели, коррозионную стойкость, высокие литейные свойства, которые позволяют использовать сплавы для изготовления памятников, отливки колоколов и др.

При маркировке бронз используются начальные буквы Бр, после которых идут первые буквы названий основных металлов с указанием их содержания в процентах. Например, сплав БрОФ8-0,3 включает 8% олова и 0,3% фосфора.

Латуни

Металлургия сплавов цветных металлов

Латунями называют сплавы меди и цинка с добавлением других металлов — алюминия, свинца, никеля, марганца, кремния и др. В простых латунях содержится только медь и цинк, а многокомпонентные сплавы включают от 1% до 8% различных легирующих элементов, которые добавляют для улучшения различных свойств.

  • Марганец, никель и алюминий повышают устойчивость сплава к коррозии и его механические свойства.
  • Благодаря добавкам кремния сплав становится более текучим в жидком состоянии и легче поддается сварке.
  • Свинец упрощает обработку резанием.

Процентное содержание цинка в любой латуни не превышает 50 %. Эти сплавы стоят дешевле, чем чистая медь, а благодаря добавлению цинка и легирующих элементов, они обладает большей устойчивостью к коррозии, прочностью и вязкостью, а также характеризуются высокими литейными свойствами. Латуни используют для изготовления деталей методами прокатки, вытяжки, штамповки и др.

При маркировке простой латуни используется буква Л и число, обозначающее содержание меди. Например, марка Л96 содержит 96% меди.

Для многокомпонентных латуней используется сложная формула: буква Л, затем первые буквы основных металлов, цифра, обозначающая содержание меди, а затем состав других элементов по порядку.

Например, латунь ЛАМш77-2–0,05 содержит 77% меди, 2% алюминия, 0,05% мышьяка, остальное — цинк.

Читайте также:  Универсальный круглошлифовальный станок, предназначение станков

Магний и его сплавы

Металлургия сплавов цветных металлов

Магний — цветной металл, который имеет серебристый оттенок и обозначается символом Mg в периодической системе.

Важные свойства магния:

  • Температура плавления — 650°С.
  • Плотность — 1,74 г/см3.
  • Твердость — 30-40 НВ.
  • Относительное удлинение — 6-17%.
  • Временное сопротивление — 100-190 МПа.

Металл обладает высокой химической активностью, в атмосферных условиях неустойчив к образованию коррозии. Он хорошо режется, воспринимает ударные нагрузки и гасит вибрации.

Так как магний имеет низкие механические свойства, он практически не применяется в конструкционных целях, зато используется в пиротехнике, химической промышленности и металлургии.

Он часто выступает в качестве восстановителя, легирующего элемента и раскислителя при изготовлении сплавов.

При маркировке используются буквы Мг с цифрами, которые обозначают процентное содержание магния. Например, в марке Мг96 содержится 99,96% магния, а в Мг90 — 99,9 %.

Сплавы на основе магния характеризуются высокой удельной прочность (предел прочности — до 400 МПа). Они хорошо режутся, шлифуются, полируются, куются, прессуются, прокатываются. Из недостатков магниевых сплавов — низкая устойчивость к коррозии, плохие литейные свойства, склонность воспламеняться при изготовлении.

Деформируемые сплавы магния

Наиболее распространены три группы сплавов на основе магния.

Сплавы магния, легированные марганцем

Содержат до 2,5% марганца, не упрочняются термической обработкой. У них хорошая коррозионная стойкость. Так как эти сплавы легко свариваются, они применяются для сварных деталей несложной конфигурации, а также для деталей арматуры, масляных и бензиновых систем, которые не испытывают больших нагрузок. Среди данной группы — сплавы МА1 и МА8.

Сплавы системы Mg-Al-Zn-Mn

В состав этих сплавов, помимо магния и марганца, входят алюминий и цинк. Они заметно повышают прочность и пластичность, благодаря чему сплавы подходят для изготовления штампованных и кованых деталей сложных форм. К этой группе относятся марки МА2-1 и МА5.

Сплавы системы Mg-Zn

Сплавы на основе магния и цинка дополнительно легируются кадмием, цирконием и редкоземельными металлами. Это высокопрочные магниевые сплавы, которые применяются для деталей, испытывающих высокие нагрузки (в самолетах, автомобилях, станках и др.). К данной группе относятся сплавы марок МА14, МА15, МА19.

Литейные сплавы магния

Самая распространенная группа литейных магниевых сплавов относится к системе Mg-Al-Zn. Эти сплавы практически не поглощают тепловые нейтроны, поэтому широко применяются в атомной технике.

Из них также делают детали самолетов, ракет, автомобилей (двери кабин, корпуса приборов, топливные баки и др.). Сплавы магния, цинка и алюминия используют в приборостроении и в изготовлении кожухов для электронной аппаратуры.

К данной группе относятся марки МЛ5 и МЛ6.

Высокопрочные литейные магниевые сплавы отличаются лучшими механическими и технологическими свойствами. Они применяются в авиации для изготовления нагруженных деталей. К данной группе относятся сплавы МЛ12 (магний, цинк и цирконий), МЛ8 (магний, цинк, цирконий и кадмий), МЛ9 (магний, цирконий, неодим), МЛ10 (магний, цинк, цирконий, неодим).

Цинк и его сплавы

Металлургия сплавов цветных металлов

Цинк — цветной металл серо-голубоватого оттенка. В системе Д. И. Менделеева обозначается символом Zn. Он обладает высокой вязкостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Важные свойства металла:

  • Небольшая температура плавления — 419 °С.
  • Высокая плотность — 7,1 г/см3.
  • Низкая прочность — 150 МПа.

В чистом виде цинк используется для оцинкования стали с целью защиты от коррозии. Применяется в полиграфии, типографии и гальванике. Его часто добавляют в сплавы, преимущественно в медные.

Существуют следующие марки цинка: ЦВ00, ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2 и Ц3. ЦВ00 — самая чистая марка с содержанием цинка в 99,997%. Самый низкий процент чистого вещества в марке Ц3 — 97,5%.

Деформируемые цинковые сплавы

Деформируемые сплавы цинка используются для производства деталей методами вытяжки, прессования и прокатки. Они обрабатываются в горячем состоянии при температуре от 200 до 300 ?С. В качестве легирующих элементов выступают медь (до 5%), алюминий (до 15%) и магний (до 0,05%).

Деформируемые цинковые сплавы характеризуются высокими механическими свойствами, благодаря которым часто используются в качестве заменителей латуней. Они обладают высокой прочностью при хорошей пластичности. Сплавы цинка, алюминия и меди наиболее распространены, так как они имеют самые высокие механические свойства.

Литейные цинковые сплавы

В литейных цинковых сплавах легирующими элементами также выступают медь, алюминий и магний. Сплавы делятся на 4 группы:

  • Для литья под давлением.
  • Антифрикционные.
  • Для центробежного литья.
  • Для литья в кокиль.

Слитки легко полируются и принимают гальванические покрытия. Литейные цинковые сплавы имеют высокую текучесть в жидком состоянии и образуют плотные отливки в застывшем виде.

Литейные сплавы получили широкое применение в автомобильной промышленности: из них делают корпуса насосов, карбюраторов, спидометров, радиаторных решеток. Сплавы также используются для производства некоторых видов бытовой техники, арматуры, деталей приборов.

В России цветная металлургия — одна из самых конкурентоспособных отраслей промышленности. Многие отечественные компании являются мировыми лидерами в никелевой, титановой, алюминиевой подотраслях. Эти достижения стали возможными благодаря крупным инвестициям в цветную металлургию и применению инновационных технологий.

Цветная металлургия

Цветная металлургия – это не только комплекс мероприятий по получению цветных металлов (добыча, обогащение, металлургический передел, получение отливок чистых металов и сплавов на их основе), но и переработка лома цветных металлов.

Научно-технический прогресс не стоит на месте, и цветные металлы на сегодняшний день широко используются для разработки инновационных конструкционных материалов. Только отечественная металлургическая промышленность выпускает порядка 70 видов сплавов, используя разнообразное сырье.

В связи с низким содержанием необходимого компонента в руде и примесей других элементов, цветная металлургия является энергозатратным производством и имеет сложную структуру. Так, меди в руде содержится не более 5%, а цинка и свинца не более 5,5%. Колчеданы, добываемые на Урале, многокомпонентные, и в их составе находится порядка 30 химических элементов.

Металлургия сплавов цветных металлов

Цветная металлургия

Цветные металлы подразделяются на шесть категорий, согласно своим физическим свойствам и предназначению:

  1. Тяжелые. Имеют высокую плотность, соответственно, и вес. К ним относятся Cu, Ni, Pb, Zn, Sn.
  2. Легкие. Имеют малый вес из-за незначительной удельной плотности. К ним относятся: Al, Mg, Ti, Na, Ka, Li.
  3. Малые: Hg, Co, Bi, Cd, As, Sb.
  4. Легирующие. В основном используются для получения сталей и сплавов с необходимыми качествами. Это W, Mo, Ta, Nb, V.
  5. Благородные. Широко известны и используются для изготовления ювелирных украшений. Среди них Au, Ag, Pt.
  6. Редкоземельные, рассеянные: Se, Zr, Ga, In, Tl, Ge.

Специфика отрасли

Руды цветных металлов, как было выше сказано, содержат малое количество добываемого элемента. Поэтому на тонну той же меди необходимо до 100 т руды. Из-за большой потребности в сырье цветная металлургия, по большей части, располагается вблизи своей сырьевой базы.

Цветные руды для своей переработки требуют большого количества топлива или электроэнергии. Энергетические затраты достигают половины общих затрат, связанных с выплавкой 1 т металла. В связи с этим металлургические предприятия располагаются в непосредственной близости от производителей электроэнергии.

Производство редких металлов в основном основано на восстановлении из соединений. Сырье поступает с промежуточных этапов обогащения руд. Из-за небольших объемов и трудности производства получением редких металлов занимаются лаборатории.

Состав отрасли

Виды цветной металлургии включают в себя отрасли, связанные с получением определенных видов металлов. Так, укрупнено можно выделить следующие отрасли:

  • производство меди;
  • производство алюминия;
  • производство никеля и кобальта;
  • производство олова;
  • производство свинца и цинка;
  • добыча золота.

Получение никеля тесно связано с местом добычи никелевых руд, которые расположены на Кольском полуострове и в Норильском районе Сибири. Многие отрасли цветной металлургии отличаются многоступенчатым металлургическим переделом промежуточных продуктов.

Металлургия сплавов цветных металлов

Цветные металлы

На этом основании эффективен комплексный подход. Это сырье для получения других сопутствующих металлов. Утилизация отходов сопровождается получением материалов, использующихся не только в других отраслях тяжелого машиностроения, но и в химической и строительной отраслях.

Металлургия тяжелых металлов

Получение меди

Основными этапами получения чистой меди являются выплавка черновой меди и ее дальнейшее рафинирование. Черновая медь добывается из руд, а низкая концентрация меди в уральских медных колчеданах и большие ее объемы не позволяют перенести производственные мощности с Урала. В качестве резерва выступают: медистые песчаники, медь-молибденовые, медь-никелевые руды.

Рафинирование меди и переплавка вторичного сырья производится на предприятиях, которые удалены от источников добычи и первичной плавки. Благоприятствует им низкая стоимость электричества, так как для получения тонны меди расходуется до 5 кВт энергии в час.

Металлургия сплавов цветных металлов

Металлургический завод

Утилизация сернистых газов с последующей переработкой послужила стартом для получения серной кислоты в химической промышленности. Из остатков апатитов производит фосфатные минеральные удобрения.

Читайте также:  Как гнуть арматуру для ленточного фундамента своими руками

Получение свинца и цинка

Металлургия цветных металлов, таких как свинец и цинк, имеет сложную территориальную разобщенность. Добычу руды ведут на Северном Кавказе, в Забайкалье, Кузбассе и на Дальнем Востоке. А обогащение и металлургический передел проводится не только возле мест выемки руды, но и на других территориях с развитой металлургией.

Свинцовые и цинковые концентраты богаты на химическую элементную базу. Однако сырье имеет разное процентное содержание элементов, из-за чего не всегда цинк и свинец можно получить в чистом виде. Поэтому технологические процессы в районах различны:

  1. В Забайкалье получают только концентраты.
  2. На Дальнем Востоке получают свинец и цинковый концентрат.
  3. На Кузбассе получают цинк и свинцовый концентрат.
  4. На Северном Кавказе ведут передел.
  5. На Урале производят цинк.

Металлургия легких металлов

Наиболее распространенным легким металлом является алюминий. Сплавы на его основе обладают свойствами, присущими конструкционным и специальным сталям.

Для получения алюминия сырьем являются бокситы, алуниты, нефелины. Производство разделено на две стадии:

  1. На первой стадии получают глинозем и необходим большой объем сырья.
  2. На второй стадии электролитическим методом производят алюминий, на что требуется недорогая энергия. Поэтому этапы производства находятся на разных территориях.

Получение алюминия и сплавов сосредоточено в промышленных центрах. Сюда же поставляется лом на вторичную переработку, что в итоге снижает себестоимость готовой продукции.

Цветная металлургия

Цветная металлургия – это отрасль, которая включает в себя добычу, обогащение и создание сплавов из цветных металлов. Ее состояние является определяющим для развития и функционирования всего промышленного комплекса в целом.

Под цветными металлами следует подразумевать такие вещества и сплавы, в которых отсутствует железо. Это является главным отличием рассматриваемой отрасли от черной металлургии, основа которой – добыча железной руды и выработка чугуна и стали.

Классификация цветных металлов

В современной промышленности выделяют несколько групп цветных металлов, которые различаются между собой по их эксплуатационным свойствам и качествам. Рассмотрим некоторые из них:

  • Тяжелые. Относят никель, цинк, свинец, медь. Они имеют высокую плотность и вес.
  • Легкие. В первую очередь это алюминий, который имеет низкую плотность и, как следствие, небольшой вес. Кроме этого, к данной группе относятся магний, титан, литий.
  • Малые. Входят кобальт, ртуть, сурьма, мышьяк, висмут. Используются в различных отраслях. Из-за того, что месторождения соседствуют с залежами тяжелых металлов, их добывают попутно.
  • Легирующие (или тугоплавкие). Это ванадий, вольфрам, хром, молибден. Они обладают высокой степенью износостойкости. Их промышленное применение заключается в выплавке сплавов для улучшения эксплуатационных свойств готовых изделий.
  • Благородные. К этой группе относятся золото, платина, серебро. Встречаются крайне редко, обладают высокой степенью устойчивости к окислению, благодаря чему их использование не ограничивается только лишь ювелирным делом. Также к данному виду причисляют осмий, иридий, рутений, палладий.
  • Редкоземельные. Это скандий, тулий, лютеций, европий и т. д. Применение ограничено, поскольку месторождения небольшие и находятся на разных континентах, что в значительной мере усложняет добычу.

Подотрасли

Цветная металлургия включает в себя подотрасли, в рамках которых осуществляется выпуск различных металлов:

На его долю приходится более 45% объема выплавки всех цветных металлов. Сырьем являются бокситы, которые перерабатываются в глинозем. Основные месторождения находятся в Австралии, Бразилии, экваториальной Африке, Китае и России.

Ведущими производителями алюминия в мире признаны Россия, США, Италия, Китай, Германия.

Более четверти от всего объема выплавки приходится на медь. Она добывается из медной руды, где концентрация металла может достигать порядка 30-35%. Кроме этого, значительную роль играет переработка вторичного сырья.

Основные месторождения медных руд находятся в России, Казахстане, Чили, США, Канаде, экваториальной Африке, Китае.

Ведущими производителями являются Россия, Китай, США, страны Европы.

  • Производство свинца и цинка.

Эти металлы выпускаются из полиметаллических руд. Основные залежи находятся в США, Мексике, Канаде, Китае, Австралии. Производство сконцентрировано в Китае, США, Японии, Австралии, странах ЕС. На долю выплавки цинка и свинца приходится более 22% от всего объема.

Крупнейшие месторождения находятся в России, она же и является главным мировым производителем. На долю производства данного металла приходится менее 7% от мировой выплавки. Основным сырьем выступают никелевые руды. 

Данный металл получают из оловянных руд. Большая часть мировых запасов приходится на Боливию и Юго-Восточную Азию. Ведущими центрами выплавки являются Боливия, Малайзия, Китай, Россия.

Металлургия сплавов цветных металлов

Производство остальных цветных металлов менее развито и имеет локальные масштабы.

Этапы производственного процесса

  • В цветной металлургии задействован ряд производственных процессов, включающий в себя как добычу сырья, так и выплавку.
  • Схемы изготовления цветных металлов хоть в целом и схожи, однако в силу особенностей того или иного ресурса имеют некоторые отличия.
  • В этой связи для примера следует упомянуть цикл получения алюминия, выпуск которого имеет наибольшие масштабы и значимость.
  • Он состоит из следующих этапов:
  • добыча бокситов;
  • обогащение алюминиевой руды (промывка, грохочение);
  • производство глинозема;
  • выплавка металлического материала;
  • выпуск алюминиевых заготовок и полуфабрикатов.

Также из глинозема производят фтористые соли и электроды.

Общий обзор состояния цветной металлургии в России

Данная отрасль промышленного производства является одной из наиболее развитых в России. Это объясняется большими запасами сырья и природных ископаемых, а также развитой производственной базой, оставшейся после распада СССР.

История развития отрасли

Человечество начало выплавлять металл и использовать сплавы достаточно давно, что подтверждается археологическими находками.

В России производство цветных металлов и развитие горного дела в целом во многом связано с именем Петра I. Именно по его указам на Урале строятся первые плавильные заводы.

К началу XX века страна становится одним из мировых лидеров металлургического производства, но события 1917 года надолго остановили его развитие. Однако в 30-е годы, во времена первых пятилеток, страна смогла восстановить и преумножить свою индустриальную мощь.

После ВОВ в СССР возводятся крупнейшие ГОКи и металлургические заводы, многие из которых продолжают работать и сейчас. Кризис 90-х годов негативно отразился на состоянии данной отрасли, однако уже в 2000 г. производство цветных металлов в стране значительно выросло.

Размещение промышленных производств

В силу экономической целесообразности большинство предприятий цветной металлургии расположено в районе мест добычи соответствующих руд. По этой причине в России выделяется несколько основных производственных баз. Стоит отметить, что для выплавки легких металлов требуется большое количество энергии, в этой связи заводы построены вблизи ее источников (преимущественно ГЭС).

  1. Размещение основных производственных центров:
  2. Крупные комплексы находятся в районах с развитой энергетикой (Иркутская область, Красноярский край).
  3. Преимущественно Урал, где находится большая часть разведанных месторождений.

Запасы полиметаллических руд в стране не очень высоки. Производственные центры есть в Сибири и на Дальнем Востоке.

Предприятия размещены возле месторождений. Наиболее крупные из них – на Кольском полуострове, а также севере Сибири.

Крупнейшие игроки отрасли

Предприятия-лидеры цветной металлургии в России:

Другие компании, работающие в данной отрасли, представлены в разделе Заводы цветных металлов.

Проблемы и перспективы развития 

Значительной трудностью цветной металлургии в стране является зависимость от источников электрической и тепловой энергии.

К примеру, выработка более 75% энергии на Братской ГЭС направлена на обслуживание алюминиевого комбината. Это удорожает производство и в ряде случаев (при неблагоприятной мировой конъюнктуре) может лишить его рентабельности. Выходом из ситуации является внедрение более энергоемких технологий.

Кроме этого, предприятия цветной металлургии являются одними из основных причин экологического загрязнения. Модернизация производств требует многомиллиардных вложений, однако, несмотря на расходы, проводимые меры снижают нагрузку на окружающую среду.

ЦВЕТНА́Я МЕТАЛЛУ́РГИ́Я

Авторы: В. П. Тарасов

ЦВЕТНА́Я МЕТАЛЛУ́РГИ́Я, вклю­ча­ет пред­при­ятия по до­бы­че, обо­га­ще­нию, ме­тал­лур­гич. пе­ре­ра­бот­ке руд цвет­ных ме­тал­лов и ме­тал­ло­об­ра­бот­ке. Осн. ви­ды про­дук­ции Ц. м. – ру­ды, кон­цен­тра­ты, цвет­ные ме­тал­лы и их спла­вы (в т. ч. из­де­лия из них).

На не­ко­то­рых пред­при­яти­ях Ц. м. так­же осу­ще­ст­в­ля­ет­ся про­из-во по­лу­про­вод­ни­ков и не­ме­тал­лов (Si, Ge, Se, Те, As, P, S и др.); от­дель­ные из них по­лу­ча­ют по­пут­но с из­вле­че­ни­ем цвет­ных ме­тал­лов. На пред­при­яти­ях Ц. м. про­из­во­дят каль­ци­нир.

со­ду, по­таш, сер­ную ки­сло­ту, ми­нер. удоб­ре­ния, стро­ит. ма­те­риа­лы и др. Без про­дук­ции Ц. м. не­воз­мож­ны су­ще­ст­во­ва­ние и тех­нич. про­гресс ма­ши­но­строе­ния, хи­мии, атом­ной энер­ге­ти­ки, обо­рон­но­го ком­плек­са, строи­тель­ст­ва и сфер спец.

по­треб­ле­ния.

В со­став Ц. м. вхо­дят мед­ная, свин­цо­во-цин­ко­вая, ни­кель-ко­баль­то­вая, алю­ми­ние­вая, ти­та­но-маг­ние­вая, вольф­ра­мо-мо­либ­де­но­вая, сурь­мя­но-ртут­ная пром-сть, про­из-во бла­го­род­ных ме­тал­лов, ред­ких ме­тал­лов и ПП ма­те­риа­лов, твёр­дых спла­вов и др.

от­рас­ли, обо­соб­лен­ные в за­ви­си­мо­сти от ви­да вы­пус­кае­мой про­дук­ции, а так­же до­бы­ча ал­ма­зов. Про­из­водств. ком­плекс Ц. м. со­сто­ит из гор­но­до­бы­ваю­щих пред­при­ятий, обо­га­тит. фаб­рик, ме­тал­лур­гич. и ме­тал­ло­об­ра­ба­ты­ваю­щих за­во­дов.

Ру­ды цвет­ных ме­тал­лов в по­дав­ляю­щем боль­шин­ст­ве ком­плекс­ные, пе­ре­ра­бот­ка ко­то­рых по­зво­ля­ет из­вле­кать мн. по­пут­ные эле­мен­ты. Боль­шин­ст­во ред­ких и дра­го­цен­ных ме­тал­лов и ок. 30% про­из­во­ди­мой в РФ сер­ной ки­сло­ты по­лу­ча­ют в ре­зуль­та­те ком­плекс­ной пе­ре­ра­бот­ки сы­рья. В Ц. м.

Читайте также:  Металл который плавится при температуре 660 градусов

для по­лу­че­ния 1 т ме­тал­ла пе­ре­ра­ба­ты­ва­ет­ся от со­тен до де­сят­ков ты­сяч тонн ру­ды. До­бы­ча ру­ды осу­ще­ст­в­ля­ет­ся от­кры­тым и под­зем­ным спо­со­ба­ми. Ком­плекс про­цес­сов пе­ре­ра­бот­ки руд вклю­ча­ет ме­то­ды ру­до­под­го­тов­ки (дроб­ле­ние, гро­хо­че­ние, из­мель­че­ние, клас­си­фи­ка­ция и др.

), обо­га­ще­ние по­лез­ных ис­ко­пае­мых и гид­ро­ме­тал­лур­гию; пе­ре­ра­бот­ка ве­дёт­ся по ком­би­ни­ров., мно­го­ста­ди­аль­ным тех­но­ло­гич. схе­мам. Осн. спо­соб обо­га­ще­ния ко­рен­ных руд – фло­та­ция, по­сред­ст­вом ко­то­рой пе­ре­ра­ба­ты­ва­ет­ся до 90% руд­но­го сы­рья; ру­ды рос­сып­ных ме­сто­ро­ж­де­ний обо­га­ща­ют­ся гра­ви­тац. спо­со­ба­ми (см.

Гра­ви­та­ци­он­ное обо­га­ще­ние), час­то в со­че­та­нии с маг­нит­ной се­па­ра­ци­ей и фло­та­ци­ей. От­хо­ды обо­га­ще­ния в боль­шин­ст­ве слу­ча­ев слу­жат сырь­ём для про­из-ва про­дук­тов в смеж­ных от­рас­лях пром-сти, в ча­ст­но­сти для про­из-ва стро­ит. ма­те­риа­лов, а так­же их ис­поль­зу­ют для за­клад­ки вы­ра­бо­тан­но­го про­стран­ст­ва.

На ме­тал­лур­гич. за­во­дах осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пе­ре­ра­бот­ка ис­ход­но­го про­дук­та (кон­цен­тра­та) с при­ме­не­ни­ем про­цес­сов плав­ки (в т. ч.

ав­то­ген­ной плав­ки), элек­тро­тер­мии, плаз­мен­ной тех­но­ло­гии, элек­тро­ли­за ме­тал­лов, гид­ро­ме­тал­лур­гии на ос­но­ве про­цес­сов сорб­ции и экс­трак­ции, ис­поль­зо­ва­ния по­дог­ре­то­го ду­тья и ду­тья, обо­га­щён­но­го ки­сло­ро­дом, и др. Боль­шое вни­ма­ние в Ц. м.

уде­ля­ет­ся раз­ра­бот­ке тех­но­ло­гий, обес­пе­чи­ваю­щих ра­цио­наль­ное при­ро­до­поль­зо­ва­ние и ох­ра­ну ок­ру­жаю­щей сре­ды от за­гряз­не­ний. Во­вле­ка­ют­ся в пе­ре­ра­бот­ку твёр­дые и пы­ле­га­зо­вые от­хо­ды до­бы­чи, обо­га­ще­ния и ме­тал­лур­гич. пе­ре­де­ла, очи­ща­ют­ся и ути­ли­зи­ру­ют­ся пром. сто­ки.

На тер­ри­то­рии РФ име­ют­ся зна­чит. за­па­сы алю­ми­ние­во­го сы­рья, ни­ке­ля, ме­ди, оло­ва, вольф­ра­ма, зо­ло­та, пла­ти­ны и др. В Ц. м. РФ ве­ду­щи­ми пред­при­ятия­ми яв­ля­ют­ся объ­е­ди­нён­ная ком­па­нии РУ­САЛ (в 2014 вы­пуск алю­ми­ния со­ста­вил ок.

6,8% ми­ро­во­го про­из-ва, гли­но­зёма – 7%), груп­па ком­па­ний «Но­риль­ский ни­кель» (ми­ро­вой ли­дер по про­из-ву ни­ке­ля и пал­ла­дия), АО «Ура­лэ­лек­тро­медь» (вы­пус­ка­ет ок. 40% ме­ди в стра­не). В РФ в 2014 объ­ём про­из-ва цветных ме­тал­лов со­ста­вил (тыс.

 т): 3600 Al, 892 Cu, 285 Ni, 221 Zn, 150 Pb (в 2012), 27,2 Ti, 0,6 Sn и 0,0249 Pt (в 2012). См. так­же Ме­тал­лур­гия.

Цветные металлы: сплавы, свойства, применение

Цветные металлы и их сплавы применяют в качестве конструкционных материалов, от которых требуются ценные эксплуатационные свойства – коррозионная стойкость, низкий коэффициент трения, жаропрочность и жаростойкость.

К этой группе не принадлежат железо и сплавы на его основе – стали и чугуны, которые называют черными металлами. К цветным металлам, широко востребованным в промышленности, относятся медь, алюминий и титан. В чистом виде они используются редко, в основном их применяют в виде сплавов.

Медь – обозначение, виды по чистоте, характеристики

Медь – цветной металл, имеет поверхность красноватого оттенка, излом – розового. Символ – Cu. В природе встречается в составе сернистых соединений, оксидов, реже – в чистом виде. Физические характеристики чистого Cu:

  • высокие – пластичность, электропроводность, теплопроводность;
  • хорошая устойчивость к коррозионному разрушению;
  • удельный вес – 8940 кг/м3;
  • температура плавления – +1083 °C.

Присутствие примесей может значительно снижать показатели электро- и теплопроводности.

Кратко перечислим важные технологические характеристики:

  • хорошая обрабатываемость давлением, что позволяет получать различные типы медного проката;
  • затрудненная обрабатываемость резанием из-за повышенной пластичности;
  • низкие литейные качества из-за протекания значительных усадочных процессов;
  • возможность соединять отдельные медные элементы сваркой или пайкой.

В маркировке медь обозначается буквой М, после которой стоят цифры, характеризующие чистоту металла. Самая чистая медь содержит 99,99 % Cu. После цифр могут стоять буквы: к – катодная, р – раскисленная, б – бескислородная. Марки и состав меди регламентирует ГОСТ 859-2014.

Основная область применения меди различных степеней чистоты – электротехника, изготовление электрических проводов и кабелей.

Сплавы на основе меди – виды, краткие сведения

Основные сплавы на основе меди, широко используемые в различных отраслях промышленности, – латуни и бронзы.

Латуни – виды, характеристики

К латуням относятся медные сплавы с цинком, процентное содержание которого составляет 5-45 %. При содержании Zn 5-10 % сплавы сохраняют красноватый цвет. Их часто используют в ювелирном деле для имитации золота. Эти разновидности латуни иначе называются: томпак, симилор, хризохалк, хризорин, ореид. При содержании цинка более 20 % латуни имеют желтый цвет.

По количеству компонентов латунные сплавы разделяют на:

  • Двухкомпонентные – содержат медь, цинк и примеси в незначительных количествах. Обозначаются буквой Л и цифровой группой, характеризующей содержание Cu в процентах. Такие сплавы, благодаря хорошей обрабатываемости давлением, используют при производстве прокаткой или прессованием различных полуфабрикатов: листового латунного металлопроката, труб, прутков, профилей, проволоки. Химический состав деформируемых латуней (предназначенных для обработки давлением) приведен в таблицах ГОСТа 15527-2004.
  • Многокомпонентые – в качестве дополнительных элементов используются алюминий,марганец, никель, свинец, олово. В маркировке после буквы Л указывается наименование дополнительного компонента и цифровые группы, характеризующие количество в процентах меди и легирующих компонентов. Многокомпонентные латуни часто относятся к категории литейных, используемых при производстве отливок. Их марки определяет ГОСТ 17711-93.

Бронзы – определение, разновидности, характеристики

Бронзами называют сплавы на основе меди, в которых цинк не относится к основным компонентам. К этой категории также не принадлежат медно-никелевые сплавы (мельхиоры). В маркировке ставят буквы Бр, после которых указывают элементы, присутствующие в составе, и их содержание в процентах. Легирующие компоненты в бронзах: олово, бериллий, свинец, кремний, алюминий.

Большинство бронз отличается хорошими литейными качествами, что позволяет применять их при производстве фасонных отливок. Часто эти сплавы востребованы при производстве деталей, к которым предъявляются высокие требования по коррозионной стойкости и антифрикционным характеристикам. Это зубчатые и червячные колеса, седла клапанов, втулки.

Алюминий – обозначение, виды по чистоте, характеристики

Алюминий – пластичный металл серебристо-белого цвета. В чистом виде в природе не встречается. Его получают по технологии электролиза из алюминиевой руды – бокситов. Он легкий, инертный по отношению к окружающей среде, обладает хорошей электропроводностью, которая составляет 60 % от аналогичного показателя меди.

На поверхности этого металла появляется оксидная пленка, которая предотвращает коррозионное разрушение полуфабрикатов и изделий. Оксид алюминия безвреден. Этот металл легко подвергается деформации, хорошо сваривается, но из-за высокой пластичности плохо подвергается обработке режущим инструментом. Имеет высокий коэффициент линейной усадки.

Температура плавления: +660 °C.

Первичный алюминий обозначается буквой А и числом, которое характеризует степень чистоты: особую, высокую и техническую. В химическом составе металла самой высокой чистоты содержится 99,9996 % Al.

Требования к этому металлу, выпускаемому в виде чушек, слитков, ленты, катанки, определяет ГОСТ 11069-2019.

Требования к материалам, предназначенным для изготовления полуфабрикатов способами горячей и холодной деформации – листов, плит, полос, профилей, регламентирует ГОСТ 4784-2019.

Алюминий чаще всего используют при производстве электрических проводов, кабелей, испарителей.

Сплавы на основе алюминия – виды, их характеристики

На базе этого металла производят две основные группы сплавов – деформируемые и упрочняемые.

Деформируемые

Деформируемыми называют сплавы, используемые при производстве алюминиевого металлопроката и прессованных металлоизделий. Деформируемые материалы делят на упрочняемые и неупрочняемые. Упрочняемые разновидности разделяют на:

  • Дюралюмины, содержащие помимо Al, медь и магний. Обозначаются буквой Д и числом, характеризующим состав.
  • Высокопрочные – в их составе имеются медь, магний и цинк. Обозначаются буквой В и числом.

Характерная черта этих материалов – сочетание хороших механических характеристик и небольшой массы. Она делает их незаменимыми при производстве деталей в авиа- и машиностроении. Из высокопрочных разновидностей изготавливают изделия сложной формы, вертолетные лопасти, детали, запланированные для восприятия существенных нагрузок.

Неупрочняемые разновидности содержат в составе, помимо AL, марганец или магний. Выпускаются чаще всего в виде листового проката. Его выбирают для деталей сложной формы, которые в процессе изготовления подвергаются прокатке, вытяжке, штамповке при комнатных и повышенных температурах.

Литейные

Свойства литейных марок регламентирует ГОСТ 1583-93. Широкой популярностью пользуются литейные материалы на основе алюминия и кремния, называемые силуминами.

Они маркируются буквами АК, после которых указывается номер марки.

Силумины, сочетающие небольшую плотность с хорошими литейными и механическими характеристиками, часто востребованы при изготовлении бытовых приборов, авто- и мотодеталей, функционально-декоративных предметов интерьера.

Титан и сплавы на его основе

Из технически чистого титана и сплавов на его основе производят цветной металлопрокат и отливки с ценными техническими свойствами:

  • сочетание относительно невысокой удельной массы с прекрасными прочностными качествами;
  • устойчивость к различным видам коррозии, химическая инертность по отношению ко многим агрессивным средам;
  • способность к обработке давлением;
  • возможность эксплуатации титановых деталей и конструкций при повышенных температурах.

Основной недостаток титана и его производных – высокая стоимость, которая ограничивает их применение в бытовой технике. Основные области их использования – авиатехника, машино-, судостроение, при изготовлении газовых баллонов, эксплуатируемых под высоким давлением, в космической технике.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector