7.7. Цветная металлургия

Цветная металлургия включает в себя добычу и обогащение руд, производство и обработку цветных металлов и сплавов. Как и в черной металлургии, производственный комплекс состоит из горнодобывающих предприятий (рудников, карьеров), обогатительных фабрик, металлургических и металлообрабатывающих заводов.

Цветные металлы и сплавы получили широкое применение в современном машиностроении. Особенно возросла их роль в связи с развитием реактивной техники и атомной энергии, освоением космического пространства и развитием радиоэлектроники. Это обусловлено их особыми свойствами: высокой электро- и токопроводностью, коррозийной стойкостью, жаропрочностью, малой удельной массой и др.

В настоящее время цветная металлургия извлекает из руд цветные металлы более 70 наименований. Цветные металлы делят на 4 группы: тяжелые – медь, никель, свинец, цинк, олово; легкие – алюминий, магний, титан, кальций и др.; благородные – золото, серебро, платина; редкие – молибден, вольфрам, ванадий, уран и др. Наибольшее применение в промышленности находят медь, алюминий, цинк, свинец, олово, никель, титан, магний.

Содержание цветных и редких металлов в рудах крайне низко. Для получения одной тонны 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, обогащения и окускования.

В результате такой подготовки исходное сырье получают в виде концентратов с высоким содержанием металла и его оксидов.

В рудном сырье вместе с «основными» элементами (алюминием, медью, свинцом, никелем и др.) содержатся попутные – золото, серебро, платина, кобальт, кадмий и др., причем их ценность иногда превосходит ценность «основных» металлов. Это требует комплексной переработки руд для извлечения из них всех ценных компонентов. При промышленной переработке руд рациональнее используются природные ресурсы, и предотвращается загрязнение окружающей среды.

В результате этого металлургическое производство цветной металлургии характеризуется большим разнообразием технологических процессов получения металлов. Основными способами получения цветных металлов являются пирометаллургические, гидрометаллургические и электрометаллургические процессы.

Пирометаллургические процессы проводят при высоких температурах. Основные процессы: обжиг, плавка, конвертирование, рафинирование и дистилляция. Эти процессы применяются при производстве меди, никеля, кобальта, свинца, олова и др. Рафинирование заключается в обработке расплавленных черновых металлов с помощью присадок (солей, щелочей), окислением примесей, вакуумированием расплава и т.д. Ряд металлов, которые относятся к легкоиспаряющимся, получают методом дистилляции и последующую их очистку от примесей осуществляют методом многократной перегонки. Дистилляцию проводят в ретортных печах (производство цинка), шахтных печах (производство свинца, цинка, олова), в печах кипящего слоя (производство титана).

Гидрометаллургические процессы заключаются в извлечении металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при температуре 20-200°С и обычном или повышенном давлении с помощью водных растворов химических реактивов (кислот, щелочей или солей). В процессе извлечения металла из сырья, помещенного в раствор, происходит химическое взаимодействие металлов с реагентом и растворение образующихся при этом продуктов реакции (обычно солей) в воде. Эти процессы широко применяются при производстве цинка, меди, никеля и др.

Электрометаллургические процессы основаны на использовании электрического тока для проведения окислительных или восстановительных реакций. Они подразделяются на электротермические и электромеханические.

Электротермические процессы используются для извлечения цветных металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования металлов и сплавов на их основе. В этих процессах электроэнергия является источником технологического тепла. Электротермические процессы получили широкое применение при плавке и возгонке металлов в никелевой промышленности, при переработке цинковых концентратов, в производстве свинца, олова, редких металлов.

Электрохимические процессы используются для производства цветных металлов на основе электролиза водных растворов (при обычных температурах) и расплавленных солей (при повышенных температурах). Эти 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: различные полуфабрикаты – от плит массой 5 т до фольги толщиной 5 мкм; от медных труб диаметром до 500 мм до никелевых с толщиной стенки 0,05 мм.

Всего на заводах цветной металлургии изготавливается более 200 тыс. типоразмеров листов, лент, труб, прутков, проволоки, профилей и фольги, полуфабрикатов, отличающихся точностью размеров, однородностью свойств, заданными физико-механическими характеристиками.