Цветная металлургия

Цветная металлургия включает в себя производство цветных, благородных, редких металлов и их сплавов.

По объему производства выделяется выплавка алюминия (более 45% годовой выплавки цветных металлов мира), меди (25%), цинка (16%) и свинца (11%). Значительным является производство никеля, олова, магния, кобальта, вольфрама, молибдена.

Цветную металлургию отличают некоторые особенности, сказывающиеся на размещении.

1.  Высокая материалоемкость производства, делающая невыгодным отрыв переработки от мест добычи исходного сырья.

Процентное содержание большинства  цветных металлов в рудах невелико (обычно от долей процента до нескольких процентов), что предопределяет «привязку» рудообогатительных предприятий к местам добычи сырья.

2.  Высокая энергоемкость производства, делающая эффективным развитие отрасли у источников дешевого топлива и электроэнергии

Ведущей отраслью цветной  металлургии (по объему производства и  использованию изделий) в современном  мировом хозяйстве является алюминиевая  промышленность. Среди других отраслей цветной металлургии эта отрасль отличается наибольшей сложностью производства. Первая стадия производства алюминия — добыча сырья (бокситы, нефелины, алуниты) — ориентируется на богатые месторождения. Вторая стадия — производство окиси алюминия (глинозема), — будучи материалоемкой и теплоемкой, тяготеет, как правило, к источникам сырья и топлива. И, наконец, третья стадия — электролиз окиси алюминия — ориентируется на источники дешевой электроэнергии (крупные ГЭС и ТЭС).

Основным сырьем для выработки  глинозема являются бокситы, мировая добыча которых составляет примерно 150 млн т в год. Подавляющая часть добычи и экспорта бокситов приходится на Австралию (почти треть мировой добычи), Гвинею, Ямайку, Бразилию, Китай, Индию, Россию, Суринам, Грецию, Венесуэлу, Казахстан.

Большая часть сырья (примерно 2/3) перерабатывается в глинозем на месте — в Австралии, Бразилии, России, Казахстане и др. Часть сырья (примерно 1/3) экспортируется в страны, где для производства окиси алюминия присутствует главный фактор — наличие минерального топлива (местного или поставляемого со стороны), — США, Канада, Украина, Ирландия, Сардиния (Италия) и др.

Производство металлического алюминия получило преимущественное развитие в странах, располагающих крупными источниками дешевой энергии — большими гидроресурсами и мощными ГЭС (США, Россия, Канада, Бразилия, Норвегия и др.), богатых природным газом (Ирак, Бахрейн, ОАЭ, Нидерланды, Великобритания и др.) или каменным углем (Австралия, Индия, Китай и др.). В некоторых старых, традиционных центрах выплавки алюминия (Франция, Австрия, Венгрия и др.), где энергия дорогая, его производство сильно сократилось и постепенно сходит на нет.

Крупнейшие производители  алюминия в мире — Россия, США, Япония, ФРГ, Италия.

Медная промышленность в  своем размещении в основном ориентируется на ресурсы меди (природное и вторичное сырье). Невысокое содержание металла в медных концентратах (от 8 до 35%), относительно небольшая энергоемкость их переработки (в сравнении с выплавкой алюминия) делают выгодным размещение производства (выплавки) меди в местах добычи и обогащения, медных руд. Поэтому места добычи и выплавки меди оказываются часто территориально совмещенными. Главные районы добычи меди находятся в Северной и Латинской Америке (Чили, США, Канада, Перу, Мексика), Африке (Замбия, Заир), СНГ (Россия, Казахстан), Азии (Япония, Индонезия, Филиппины), Австралии и Океании (Австралия, Папуа — Новая Гвинея).

Главные медедобывающие страны выделяются и по выплавке меди, ведущее  место принадлежит США, Чили, Японии, КНР, Канаде, России. Часть добываемой руды в виде концентратов и черновой меди вывозится в другие страны (из Папуа и Филиппин в Японию, из стран Латинской Америки в США, из стран Африки в Европу, из России и Казахстана в Европу и Китай). Почти 1/5 мировой выплавки меди базируется на ресурсах металлолома. Медеплавильная промышленность Великобритании, Франции, ФРГ, Бельгии и других стран выпускает только вторичный металл.

Цинковая и свинцовая  промышленность обычно имеет общую  сырьевую базу — полиметаллические  руды. Страны, располагающие наиболее крупными месторождениями полиметаллов (США, Канада, Мексика, Перу в Северной и Латинской Америке, Ирландия и ФРГ в Европе, Россия и Казахстан в СНГ, Китай, Япония, Австралия), выделяются и по их добыче. По размерам выплавки свинца и цинка ведущие позиции в мире занимают экономически развитые страны мира — США, Япония, Канада, Австралия, ФРГ, Франция, Италия. Очень крупным производителем свинца и цинка является Китай. Россия в мировом производстве цинка и свинца не входит в десятку ведущих стран.

Для современной географии  отрасли характерна территориальная разобщенность мест добычи и обогащения свинцовых и цинковых руд и металлургических их переделов. Например, Ирландия, добывающая цинковые и свинцовые руды, мощностей по их выплавке не имеет, в то время как в Японии, ФРГ, Франции размеры выплавки металла значительно превосходят размеры добычи цинка и свинца этих стран. Наряду с влиянием других факторов, это объясняется возможностью использования дальнепривозного сырья, так как транспортабельность цинковых и свинцовых концентратов в силу высокого содержания в них металла (от 30 до 70%) исключительно велика.

Размещение оловянной  промышленности. Большую часть (около 2/3) добычи и выплавки олова дают страны Юго-Восточной Азии и, прежде всего Малайзия. Крупные размеры добычи и выплавки олова имеют также Боливия, Россия, Китай.

В мировом производстве цинка, свинца и олова так же, как и  в медной промышленности, велика доля вторичного сырья (металлолома). Особенно это характерно для цветной металлургии развитых стран, где вторичное сырье обеспечивает 50% выплавки свинца, 25% цинка и олова.

Технология  добычи цветных металлов

Открытые добычи ведут в карьерах с помощью  экскаваторов. Эксплуатация карьера  начинается с вскрышных работ, обеспечивающих открытый доступ к рудному пласту. Непосредственная разработка рудного  пласта включает буровзрывные работы, экскавацию отбитой массы и ее транспортировку на поверхность. Транспортные пути располагаются на уступах пути и имеют конфигурацию восходящей спирали. На открытых разработках применяют рельсовый или автомобильный транспорт. В первом случае используют вагоны с опрокидным кузовом с электровозной тягой, во втором большегрузные самосвалы.

Открытый способ является основным при разработке золотых, платиновых, оловянных, вольфрамовых и  других месторождений. Россыпи добывают драгами и гидравлическим способом. Дражный способ наиболее эффективный. Драга представляет собой плавучий землечерпательный снаряд, предназначенный  для добычи песков из россыпей и  промывки их для отделения металлов от минералов. Для осуществления  добычи драгами необходимы следующие  условия: соответствие глубины черпания драга глубине залегания россыпи, возможность устройства или использования  водного бассейна, обеспеченность запасами песков на срок работы не менее 10 лет, отсутствие большого количества крупных валунов.

При гидравлическом способе разработке россыпей горную породу отделяют от общего массива  сильной струей воды и перемещают потоком воды до места переработки  или складирования. Воду подводят к  специальному аппарату - водобою, который  направляет струю воды под большим  давлением на рудную массу, размывая ее.

Глубоко залегающие руды добывают подземным способом. Небольшие месторождения добывают одной шахтой. Большие месторождения  разделяют на отдельные поля, которые  разрабатывают самостоятельно. Методы добычи таким способом разнообразны и сложны. Число применимых систем добычи превышает 150.

Устройство шахт так же может быть различным. Оно  зависит от пространственной формы  руды, свойств рудной массы и вмещающих  пород, рельефа местности и других факторов. Основные технологические  операции при добыче руды подземным  способом:

1. Отбойка руды (отделение ее от рудного тела);

2. Перемещение отбитой  руды от забоя до закаточного  горизонта;

3. Транспортировка  руды на поверхность;

4. Поддержание выработанного  пространства.

Для предотвращения обрушения выработанных участков подземных  разработок их заполняют отвальными шлаками металлургических заводов. Горно-обогатительные и металлургические предприятия зачастую очень тесно  связаны, поэтому являются чаще всего  единым комплексом.

Цветные металлы  получают из рудного концентрата: предварительно обогащенной руды. Обогащение - это  искусственное повышение содержания металлов в сырье. Обогащение позволяет  повысить содержание металла в десятки  и сотни раз по сравнению с  добытыми рудами. Перед обогащением, как правило, руду приводят в такое  состояние, при котором содержащиеся в ней минералы будут как можно полнее освобождены друг от друга. Это достигается при дроблении и измельчении и дальнейшей сортировкой по крупности. Полученный концентрат необходимо подготовить к металлургической переработке путем его обезвоживания. Большинство операций обогащения производят в водной среде. Механическая смесь твердых материалов с жидкостью называется пульпой. Отношение жидкости к твердому телу 3:1.

Конечным продуктом  обогащения являются концентраты и  отходы. Концентраты называют по преобладающему в нем металлу. Отходы называют отвальными хвостами. Они состоят из пустой породы или имеют немного минералов, которые по качеству не могут быть ни концентратами ни хвостами.

Горные породы поступаю на фабрики кусками различной  крупности, в которых минералы срослись друг с другом. Для отделения минералов  руду необходимо раздробить и размельчить. Дробление и измельчение ведут  при помощи дробилок и мельниц  различных типов. Мельницы обеспечивают измельчение до 60-70 мкм.

Получение материала  определенной крупности требует  проведения обязательной сортировки поступающего на измельчение материала или  уже измельченного продукта. Сортировка производится грохочением или гидравлической классификацией. Грохочение - это процесс разделения сыпучих материалов на классы крупности просеиванием через сито. Грохочение применяют при крупности частиц выше 1-2 мм. Грохочение осуществляется с помощью подвижных и неподвижных грохотов.

Методы гидравлической классификации применяют при крупности материла более 3-4 мм. Это разделение минеральных зерен по крупности на основе различия в скоростях и их осаждениях в воде. Разделение происходит в гидравлических классификаторах в горизонтальном потоке жидкости.

Продуктами гидравлической классификации являются слив, содержащий мелкую фракцию исходного материала, и пески, в которых собираются осажденные более крупные частицы.

В последнее время  все большее распространение  получило бактериальное выщелачивание. Некоторые виды бактерий растворяют в воде определенные металлы или  их соединения, а также вредные  примеси (например, мышьяк).

Так называемые тионовые бактерии растворяют медь, уран, цинк, кобальт, марганец и др. Для растворения и извлечения золота применяют гетеротрофные бактерии, выделенные из рудниковых вод золотоносных приисков.

Аппаратура для  бактериального выщелачивания очень  проста. Это дает возможность резко  снизить себестоимость полезных ископаемых и значительно увеличить  их добычу за счет использования бедных руд и отвалов из отходов обогащения руды, шлаков и др.