Цветная металлургия
Цветнáя металлурги́я — это сфера промышленности, которая занимается извлечением, обогащением и переработкой руды цветных металлов, а также созданием сплавов на их основе.
История
Первым металлом, который освоил человек, была медь. Ковкость и распространённость в природе сделали её идеальным материалом для изготовления орудий труда, оружия и украшений. Древние цивилизации (египтяне, шумеры и индийцы) активно использовали медь и её сплавы. Открытие сплава меди с оловом — бронзы — стало настоящим прорывом. Бронза обладала большей прочностью и твёрдостью, что позволило создавать более совершенные орудия.
В Средние века совершенствовались методы добычи и обработки металлов. Появились новые способы извлечения металла из руды, такие как обжиг и плавка. В XVI—XVIII веках были открыты цинк, никель, кобальт и другие металлы. С XVIII века начался бурный рост промышленного производства, что привело к увеличению спроса на металлы. Отрасль цветной металлургии стала одной из ключевых в экономике.
В отличие от чёрной металлургии, которая занимается производством сплавов на основе железа, чугуна, стали, цветная металлургия производит сплавы из цветных металлов.
Сегодня развитие науки и техники привело к появлению новых методов обработки металлов, таких как электролиз, порошковая металлургия, обработка давлением и др. Уже никого не удивить сплавом бронзы. Люди научились создавать высокоэнтропийные сплавы (ВЭС). Это сплавы, состоящие из пяти и более элементов в примерно равных пропорциях. ВЭС обладают уникальным сочетанием свойств, таких как высокая прочность, твёрдость, жаропрочность и коррозионная стойкость. Или наноструктурированные материалы. Это материалы с зёрнами размером менее 100 нанометров. Они обладают улучшенными механическими, электрическими и магнитными свойствами.
Использование в отраслях промышленности
Состав цветной металлургии включает добычу и обогащение руды, плавку металлов, создание сплавов, а также прессование и литьё цветных металлов для изготовления готовых изделий. В области цветной металлургии свинцово-цинковая обработка играет ключевую роль в производстве сплавов, используемых в аккумуляторной промышленности, тогда как титаномагниевая технология открывает новые возможности для создания высокопрочных и лёгких материалов, применяемых в авиастроении и медицине. Развитие цветной металлургии занимает важное место в экономике Российской Федерации и многих стран. Масштаб отрасли огромен и обеспечивает производство необходимых материалов для различных сфер промышленности[1]. Например:
- Авиакосмическая промышленность
Высокоэнтропийные сплавы и металлические стёкла используются для создания лёгких и прочных деталей самолётов и космических аппаратов (обшивка, шасси и элементы двигателя).
- Аддитивное производство
Позволяет создавать детали сложной формы с высокой точностью, что особенно важно для авиакосмической техники.
- Энергетика
Жаропрочные сплавы используются для изготовления деталей газовых турбин и других высокотемпературных компонентов энергетических установок.
- Материалы для солнечной энергетики
Например, теллурид кадмия (CdTe) используется в тонкоплёночных солнечных батареях.
- Автомобилестроение
Лёгкие и прочные сплавы алюминия и магния используются для снижения веса автомобилей и повышения их топливной эффективности. Никель-кобальтовая промышленность активно развивается благодаря высокому спросу на эти металлы в производстве аккумуляторов и сплавов.
- Высокопрочные стали
Применяются для изготовления деталей кузова и шасси, обеспечивая безопасность пассажиров.
- Медицина
Титановые сплавы биосовместимы и используются для изготовления имплантатов и протезов.
Размещение предприятий отрасли
Цветная металлургия — отрасль, дарующая миру материалы с уникальными свойствами, — сама по себе требует особого подхода к выбору «места жительства». Размещение предприятий отрасли цветной металлургии — это сложная головоломка, где необходимо учесть множество факторов — от наличия сырья и энергии до экологических ограничений и логистических возможностей.
Вот основные факторы для размещения предприятий:
- Сырьевой фактор
Количество и качество руды — месторождения цветных металлов часто имеют небольшое содержание полезных элементов, что требует больших объёмов переработки.
Разнообразие руды — в отличие от железной руды цветных металлов разнообразнее по составу. Это влияет на технологию переработки и выбор местоположения предприятия.
- Энергетический фактор
На производство цветной металлургии тратится много энергии. Размещение предприятий часто ориентируется на доступность источников энергии, таких как гидроэлектростанции или тепловые электростанции.
- Водный фактор
Многие процессы в цветной металлургии требуют большого количества воды для охлаждения и технологических нужд.
- Природоохранный фактор
Цветная металлургия — один из самых больших источников загрязнения внешней среды. Расположение предприятий должно учитывать экологические нормы и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.
- Транспортный фактор
Доставка сырья и готовой продукции — важная составляющая себестоимости цветной металлургии. Размещение предприятий должно учитывать доступность транспортной инфраструктуры.
- Рабочие места
Развитие магниевой промышленности в районах добычи алюминиевого сырья способствует увеличению масштаба отрасли и созданию новых рабочих мест.
Тяжёлые и лёгкие металлы
В области цветной металлургии выделяют тяжёлые и лёгкие металлы. Эта классификация имеет практическое значение, так как плотность влияет на свойства металлов и области их применения:
- Плотность тяжёлых металлов — более 5 г/см³.
- Прочность: лёгкие металлы, несмотря на меньшую абсолютную прочность, обладают более высокой удельной прочностью (прочность на единицу веса), что делает их идеальными для конструкций, где важна лёгкость. Например, алюминий может быть более предпочтительным материалом для конструкций, где вес является критическим фактором (в авиастроении и автомобилестроении).
- Стоимость: лёгкие металлы, такие как титан и бериллий, как правило, дороже тяжёлых металлов.
- Обработка: лёгкие металлы сложнее в обработке, чем тяжёлые.
Тяжёлые металлы
- Медь
Медь производят в Уральском районе, где находятся Красноуральский, Среднеуральский, Кировоградский и Медногорский комбинаты[2].
- Цинк и свинец
Промышленное изготовление, связанное с этими металлами, в основном сосредоточено в областях, где имеются месторождения полиметаллических руд. Переходные металлы, такие как железо, медь и цинк, занимают центральное место в периодической системе химических элементов и имеют важное значение для промышленности.
- Кобальт и никель
Производство сосредоточено в Норильске и Мончегорске, а также посёлке городского типа Никель.
Добыча сырья для производства тяжёлых металлов требует больших затрат энергии, однако использование дешёвой энергии может существенно снизить производственные издержки.
Лёгкие металлы
- Алюминий
Чтобы произвести алюминий, используют бокситы из разных мест: Северо-Западный район, Урал, Кольский полуостров и юг Сибири. Алюминиевые заводы строятся ближе к крупным электростанциям, чтобы обеспечить доступ к дешёвой электроэнергии.
- Магний и титан
Производство, связанное с титаном и магнием, в основном сосредоточено на Урале. Это в том числе места, где происходит добыча сырья (например, Березниковский завод по производству титана и магния), а там, где имеется доступ к энергоресурсам (например, Усть-Каменогорский завод по производству титана и магния).
Примечания
- ↑ Роснедра. Сайт Федерального агентства по недропользованию. Дата обращения: 16.04.2024.
- ↑ Экономическая география России. Экономическая география России. Дата обращения: 14.04.2024.