Чорні метали: родовища, зберігання. Металургія чорних металів

Метали - це ніколи не втрачають своєї актуальності матеріали. Вони широко застосовуються в побуті і в промисловості. Звичайно, сьогодні придумали масу різних альтернативних речовин, на основі яких отримують матеріали, які не поступаються за якістю металам. Однак повністю замінити їх неможливо. Складно уявити собі паркани і ворота, решітки, кришки люків, інструменти та багато іншого з чогось іншого.

Хоча пластик, скло, силікон, поліетилен і поліпропілен міцно увійшли в сучасне життя людини, складно замінити фундаментальні частини конструкцій, численні деталі автомобілів та інших транспортних засобів на будь-яку альтернативу металам. Її просто немає.

Метали в Періодичній системі

У Періодичній системі хімічних елементів метали займають лідируюче положення. З відомих на сьогодні 117 позицій до металів відноситься більше 90. Всі ці елементи мають ряд характерних особливостей, які дозволяють відносити їх до групи металів:

1. Здатні проводити електричний струм.
2. Мають теплопровідністю.
3. Ковкі, пластичні, піддаються прокатці в листи і дріт (не всі).
4. Мають сріблястим блиском (крім міді та золота).

Крім загальних властивостей кожен подібний елемент має і низкою специфічних, що і робить його таким затребуваним.

Типологія

Всі метали як прості речовини можна також розділити на три класи:

1. Чорні.
2. Кольорові.
3. Дорогоцінні.

До кольоровим металам відносяться всі, крім дорогоцінних і заліза. Тобто це мідь, ртуть, паладій, хром, нікель, цинк, магній, кальцій, алюміній, свинець, олово і так далі.

До дорогоцінним металам відносять такі:

• срібло;
• золото;
• платину.

Чорні метали - які до них ставляться?

В даний клас входять:

• залізо і всі його сплави;
• Марганець
• хром;
• ванадій;
• титан;
• Актиноїди і уран (торій, плутоній, нептуний та інші) ;
• вольфрам;
• лужні метали.

Тобто з усього різноманіття даних речовин на частку чорних металів припадає менша частина. Причому в основному не найпоширеніші (за винятком заліза) знаходяться в земній корі і надра.

Але незважаючи на те що чорні метали представлені таким нечисленним кількістю елементів, вони дуже поширені і об'ємні у виробництві та переробці. Маса виробів, деталей, приладдя виготовлена саме з заліза і його сплавів.

Металургія чорних металів досить обширна і затребувана в усьому світі. Видобуток і обробка заліза - одна передових технічних і економічних завдань багатьох країн світу, в тому числі і Росії.

Родовища чорних металів на планеті

Залізо за масштабами видобутку стоїть на першому місці серед всіх металів. Його масове вміст у природі, в тому числі і в земній корі, обчислюється мільярду. При цьому, за даними фахівців, людина на сьогоднішній день розвідав тільки сто мільярдів тонн.

Якщо говорити про світові родовищах чорних металів, в першу чергу заліза, то слід зауважити, що вони є на всіх континентах, у всіх частинах світу, крім точок крайньої Півночі. При цьому розподіл по країнах приблизно таке (у порядку убування):

• Росія (близько сорока відсотків всіх світових запасів) ;
• Бразилія;
• Австралія;
• Канада;
• США;
• Китай;
• Індія;
• Швеція.

Родовища в Росії

У Росії чорні метали містяться практично у всіх масштабних федеральних округах.

1. Центральний федеральний округ (Курська магнітна аномалія) - понад 59%.
2. Уральський федеральний округ - 14%.
3. Сибірський округ - 13%.
4. Далекосхідний - 8%.
5. Північно-Західний федеральний округ - 4%.
6. Приволзький - 0,5%.

У кожному з перерахованих округів знаходиться підприємство, на якому здійснюється металургія чорних металів. Росія займає явну лідируюче положення у світі за цим показником, і, судячи по запасах, так триватиме ще дуже тривалий час.

Видобуток матеріалу

Виробництво чорного металу пов'язане з декількома складними стадійні процесами. По-перше, чорні метали не зустрічаються в самородному вигляді, а входять до складу відповідних руд (марганцевих, залізних і так далі). Тому перш ніж отримати метал, необхідно витягти із землі гірську породу - руду.

Цей процес здійснюється гірничодобувною промисловістю. При цьому руди, що містять залізо, можуть бути багатими і насиченими або ж мізерними на метал. Тому після вилучення пласта руди її шматок береться на хімічний аналіз. Якщо кількісний вміст металу становить понад 57-60%, то роботи тривають. Якщо ж нижче, то припиняються або переміщуються на іншу територію для пошуку більш багатої руди. Інакше цей процес просто економічно нерентабельний.

Наступний етап, який включає в себе виробництво чорного металу, - це обробка витягнутої руди на спеціальному заводі. Такий процес носить назву металургії. Він може бути декількох видів:

1. Гідрометалургія - в основі техніки витягання і обробки руди лежить використання води. При цьому в процесі вилуговування метали зі складу руди переходять в розчин, а звідти методом елетроліза витягуються в чистому вигляді. Енергетично і матеріально даний спосіб більш дорогий, тому застосовується тільки для особливих металів.
2. Пірометалургія - в основі техніка використання вогню. Процеси термічної обробки руди в доменних печах з використанням коксованого вугілля. Найпоширеніший спосіб обробки руди і вилучення металів. Використовується в чорній металургії.
3. Біометаллургія. Заснована на дії живих організмів, тільки починає вводитися в практику, розробляється біотехнологами. Суть полягає в здатності деяких мікроорганізмів витягувати в процесі життєдіяльності метали зі складу руд.

Обробка

На переробному підприємстві здобуті руди, що містять чорні метали, піддаються ретельній обробці. Всі ці процеси відображені в представленій нижче таблиці.

Ось таким чином відбувається отримання заліза і його сплавів. При цьому максимум матеріальних витрат йде на підготовку і використання коксу (вугілля). Саме він є для заліза відновником, паливом, джерелом тепла, постачальником вуглецю. Тому в описаному процесі використовується досить велика його кількість, звідси й високі грошові витрати.

Умови зберігання

До чорних металів, перш за все, відноситься залізо і його сплави. Слід розуміти, що це дуже корозійно нестійкий матеріал. Тому зберігання чорного металу вимагає дотримання певних правил, особливо якщо мова йде не про конструкціях і виробах, а про так званий брухті чорних металів (відходи, поламані вироби, листи, прути, арматури і так далі):

1. Приміщення, в якому знаходиться матеріал, має бути повністю закрите від доступу вологи (дощу, снігу). Чим менше вологи, тим довше термін зберігання.
2. Територія складу повинна бути великою, не можна зберігати листові структури чорних металів упритул один до одного, оскільки це спровокує ранню корозію.
3. Весь наявний матеріал слід розсортувати по марками та розмірами.

При дотриманні цих нехитрих правил можна буде максимально довго стримувати процеси руйнування структури металів.

Сплави чорного металу

До таких прийнято відносити сплави заліза, які поділяються на кілька типів:

1. Сталь. Чорний метал, сплавлений з вуглецем, дає такий результат.
2. Чавун. Початковий чавун, який виходить в доменних печах при обробці руди, зовсім непридатний в якості матеріалу для виробництва приладів і предметів господарського призначення. Він занадто крихкий. Його потрібно піддати подальшій обробці у вигляді насичення залізом і вуглецем, щоб вийшов відмінний міцний матеріал. Також додають інші елементи з метою підвищення корозійної стійкості та покращення технічних характеристик.
3. Феросплави (Силікокальцій, ферохром, феросиліцій, силікомарганець). Основне призначення даних сплавів - поліпшення технічних характеристик кінцевого матеріалу.

Сталь

Головне місце серед усіх сплавів чорних металів відводиться сталі. Сьогодні навчилися домагатися дуже значущих результатів у виробництві цього матеріалу з наперед заданими важливими властивостями. Такого роду сплав - найважливіше для промисловості, що дали чорні метали. Які стали виділяють?

1. Низьковуглецевих - використовуються для виробництва різних інструментів.
2. Нержавіючі (з них роблять труби, тугоплавкі деталі, ріжучі інструменти, зварна апаратура і так далі).
3. Феррито-хромові.
4. Мартенситно-хромові.
5. Леговані.
6. Нікелеві.
7. Хромові.
8. Хром-ванадієві.
9. Вольфрамові.
10. Молібденові.
11. Марганцеві.

За назвами очевидно, що саме ці компоненти додаються в суміш заліза і вуглецю в певному співвідношенні. Це впливає на істотну зміну властивостей одержуваних матеріалів.

Вторинні метали

На жаль, як би нам не хотілося, речі не можуть служити вічно. З часом все приходить в непридатність - ламається, б'ється, старіє і виходить з моди. Так відбувається і з конструкціями з чорних металів. Сталеві, чавунні та інші вироби, запчастини просто перестають бути потрібними.

Тоді їх здають на спеціальні підприємства, що займаються обробкою прийшов в непридатність сировини. Тепер це метали чорні вторинні. Саме так називаються вийшли з ладу і непотрібні в побуті металеві вироби з чорних металів.

Ті підприємства, які здійснюють збір брухту, повинні дотримуватися певних правил з його зберігання, вивезення та продажу. Законодавством нашої країни з цього питання встановлений ГОСТ. Чорні метали, так само, як і кольорові, знаходяться під строгим контролем закону.

Вторинні метали можна переробити і знову пускати у виробництво. Саме для продажу в таких цілях і скуповують чорний лом металів посередники-підприємці.

Сьогодні до чорних металів ставляться з належною повагою, вони займають лідируючі позиції на ринку відповідних виробів.

Використання в машинобудуванні

Сталеві і чавунні предмети, деталі, різні пристосування знаходять саме широке застосування в машинобудуванні. Вони затребувані не тільки на автомобільному, але й на хімічному, авіаційному виробництві, а також в кораблебудуванні. Все це завдяки особливій міцності даних матеріалів, їх термостійкості і корозійної стійкості. Чорні метали стають базовим матеріалом для випуску багатьох типів виробів. Серед найбільш поширених наступні:

• бічні кришки редукторов;
• подшіпнікі;
• клапани;
• фітінгі;
• втулкі;
• труби;
• циліндри автомобілів та інших транспортних засобів;
• зубчасті колеса;
• ланки ланцюгів на тракторах;
• гальмівні барабани;
• кареткі;
• кожухи і так далі.

Цей список можна продовжувати нескінченно, тому що виробів з чорних металів та їх сплавів дійсно багато.

Застосування в інших галузях промисловості

Можна назвати кілька основних сфер, в яких знаходять застосування чорні метали:

1. Хімічна промисловість.
2. Машинобудування.
3. Виробництво меблів спеціального призначення.
4. Випуск посуду.
5. Виробництво конструкційних деталей.

Це, звичайно, далеко не повний список, а лише найпоширеніші області, на частку яких припадає переважна більшість продуктів чорної металургії.