1.2. Мировое производство материалов

Источником почти всех материалов, используемых человеком, является верхний слой земной коры толщиной до 10 км. Самым распространенным элементом является кислород (47%), второе место занимает кремний (29%), затем следуют алюминий (8%), железо (4,6%), кальций, натрий, калий, магний и водород. Эти девять элементов составляют более 98% массы земной коры, так что на долю всех остальных приходится менее 2%. В эти 2% входят и такие широко применяемые в народном хозяйстве элементы, как медь, цинк, свинец, никель, сера, фосфор и др. Самым редким металлом в земной коре является рений.

В 2011 г. примерный объем производства основных материалов в мире составил (млн т):

1. Цемент (3400), лидеры – Китай (2000), Индия (210), США (68,4);

2. Чугун и сталь (1490), лидеры – Китай (683), Япония (108), США (86);

3. Полимеры и пластмассы (233), лидеры – Китай (53,6), WE+CEE¹ (51,3), NAFTA² (46,6);

4. Алюминий (41,1), лидеры – Китай (18,0), Россия (4,0), Канада (3,0).

В годы устойчивого развития до 1990 г. структура потребления различных материалов и сырья в СССР в стоимостном выражении была примерно следующая:

• металлические материалы – 27%,

• материалы химического производства – 20%,

• материалы лесной и деревообрабатывающей промышленности – 17%,

• строительные материалы (цемент, асбест и др.) – 13%,

• нефтепродукты – 11%,

• уголь – 9%,

• газ, торф, сланцы – 3%.

Наиболее распространенными конструкционными материалами во всем развитом мире являются сталь и чугун, представляющие собой сплавы на основе железа и углерода. Цены на различные материалы непрерывно меняются в зависимости от конъюнктуры. В первом квартале 2012 г. на Лондонской бирже металлов (LME) официальная стоимость наличной стальной заготовки (Steel Billet) составляла около $500 за тонну. Если за единицу стоимости принять такую сталь, то по биржевым ценам первой половины 2012 г. алюминий, свинец и цинк дороже примерно в 4 раза; медь – в 16 раз; никель – в 34 раза; олово – в 41 раз; титан – в 70 раз; вольфрам – в 80 раз; серебро – в 1800 раз; палладий – в 40000 раз; золото и платина – примерно в 100000 раз. Цены на металлические сплавы существенно зависят от их состава и конфигурации выпускаемых изделий.

1.2.1. Черные и цветные металлы

Добываемые и используемые в промышленности металлы принято делить на черные и цветные. К черным металлам относятся сплавы на основе железа: чугун, сталь и ферросплавы (последние используются при выплавке легированных чугунов и сталей). Производство черных металлов примерно в 15 раз превосходит производство всех остальных металлов вместе взятых, так как стали и чугуны являются самыми распространенными конструкционными материалами – из них изготавливают различные морские и речные суда, мосты, строительные конструкции, трубопроводы, буровые платформы, станки, машины, механизмы и т. д.

Все остальные металлы относятся к цветным и их принято подразделять на легкие, тяжелые и драгоценные.

К легким металлам, плотность которых меньше плотности железа (7,88 г/см³), относятся бериллий, магний, алюминий, титан и др. Сплавы на основе легких металлов эффективны при изготовлении транспортных средств и особенно летательных аппаратов, так как позволяют снизить массу машин и затраты на топливо.

К тяжелым металлам (с плотностью больше железа) относятся кобальт, никель, медь, молибден, уран, вольфрам и др. Тяжелые цветные металлы широко используются для легирования сталей и чугунов, изготовления сплавов с особыми физическими свойствами; медь незаменима в электротехнике и радиоэлектронике; уран используется в качестве ядерного топлива и т. д.

К драгоценным металлам относятся серебро, золото и металлы платиновой группы: рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина. Эти металлы используются в радиоэлектронике, измерительной технике, химической, автомобильной и ювелирной промышленности.