Природопользование_в_области_металлургии

Металлургия
область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других видов сырья, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры и свойств металлических сплавов и производством разнообразных металлических изделий из них.
В первоначальном, узком значении — искусство извлечения металлов из руд.
В настоящее время металлургия является также отраслью промышленности.

К металлургии относятся:
производство металлов из природного сырья и других металлосодержащих продуктов;
получение сплавов;
обработка металлов в горячем и холодном состоянии;
сварка;
нанесение покрытий из металлов;
область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.

Разновидности металлургии
Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов.
К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

По технологическому процессу металлургия подразделяется
Пирометаллургия — металлургические процессы, протекающие при высоких температурах (обжиг, плавка и т. п.). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.
Гидрометаллургия — процесс извлечения металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и различных водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, цементацией, электролизом).

Биотехнические процессы
Идёт интенсивный поиск по применению различных микроорганизмов в металлургии, то есть применение биотехнологии (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов).
К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь, золото, цинк, уран, никель из сульфидного сырья.
Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств.

Добывающая металлургия
Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и подготовке извлечённого сырья для дальнейшего передела. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть обогащена физическим, химическим, оптическим или электролитическим способом.

Черная металлургия
Железо в природе находится в руде в виде оксидов Fe3O4, Fe2O3, гидроксида Fe2O3×H2O, карбонатов FeCO3 и других.
Бурый железняк
Красный железняк
Магнитный железняк
Лимонит
Гематит
Магнетит

Запасы железа в мире, млрд т

Запасы железной руды в России

Добыча железной руды

Способы добычи железной руды
Карьерный
Шахтный

Дальнейшая обработка
Существует четыре основных вида железорудной продукции, использующиеся в чёрной металлургии:
сепарированная железная руда (обогащённая методом сепарации рассыпчатая руда),
агломерат,
окатыши,
железорудные брикеты.

Сепарация руды

Агломерация руды
Агломера́ция — метод термического окускования пылеватых мелких руд, концентратов и металлосодержащих отходов путём их спекания. Наиболее широко агломерация применяется для подготовки железорудного сырья для металлургического производства чугуна

Получение окатышей
Окатыши формируются при окатывании тонкодисперсного железорудного материала, увлажненного до определенной степени.
Для усиления прочности в шихту окатышей вводят связующие добавки (главным образом, бентонит, а также его смесь с водой, известь, хлористый кальций, железный купорос, гуминовые вещества).
На современных фабриках окомкования
сырые окатыши получают в окомкователях
барабанных и тарельчатых типов.

Выплавление руды

Цветная металлургия
Тяжёлые металлы
Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.
По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также по выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район.
Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерчинское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток).
Центром никель-кобальтовой промышленности являются города Норильск (Восточная Сибирь) и Мончегорск (Северный экономический район), а также поселок Никель (Мурманская область)
Лёгкие металлы
Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии — важнейший принцип их размещения.
Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (город Североуральск), нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Получение металлического алюминия требует больших затрат электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской Иркутской и др.)
Титано-магниевая промышленность размещается преимущественно на Урале, как в районах добычи сырья (Березниковский титано-магниевый завод), так и в районах дешёвой энергии (Усть-Каменогорский титано-магниевый завод).

Добыча меди
Одной из проблем получения этого дефицитного металла является низкий процент содержания меди в добываемой руде. Он не превышает пять процентов от общего числа добываемой породы.
В настоящее время разработано несколько способов получения меди. Основными являются:
- пирометаллургия;
- гидрометаллургия;
- электролиз.
Халькопирит и малахит

Добыча меди
Карьерный
Шахтный
Сростки самородной меди – только в Казахстане

Месторождения меди

Медь на хребте Удокан

Добыча свинца
Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца.
Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов
Галенит

Добыча свинца
Максимальное содержание металла в руде составляет 8-9%. Данный показатель свидетельствует об экономически невыгодной добыче продукта.
В связи с этим, руда перед извлечением из нее свинца, обогащается различными способами, после чего из нее получают свинец.

Месторождения свинца

Сильная токсичность отходов

Отравление свинцом - сатурнизм

Добыча никеля
Обычно разрабатываются месторождения сульфидных руд, содержащие 1—2 % Ni, и силикатные руды, содержащие 1—1,5 % Ni.
Никелин (никелевый колчедан)

Добыча никеля

Запасы и ресурсы никеля