Қара металдар: кен орындары, қоймалар. Қара металдар металлургиясы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Металдар – ешқашан өзектілігін жоғалтпайтын материалдар. Олар күнделікті өмірде және өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Әрине, бүгінде олар көптеген әртүрлі балама заттарды ойлап тапты, олардың негізінде сапасы жағынан металдардан кем түспейтін материалдар алынады. Дегенмен, оларды толығымен ауыстыру мүмкін емес. Басқа нәрседен қоршаулар мен қақпаларды, барларды, люк қақпақтарын, құралдарды және т.б. нәрселерді елестету қиын.

Пластик, шыны, силикон, полиэтилен және полипропилен адамның заманауи өміріне мықтап енгенімен, конструкциялардың іргелі бөліктерін, автомобильдердің және басқа да көліктердің көптеген бөліктерін металдарға кез келген баламамен ауыстыру қиын. Ол жоқ.

Периодтық жүйедегі металдар

Химиялық элементтердің периодтық жүйесінде металдар жетекші орын алады. Бүгінгі күні белгілі 117 позицияның 90-нан астамы металдарға жатады. Бұл элементтердің барлығында металдар тобына жатқызуға мүмкіндік беретін бірқатар сипатты белгілер бар:

1. Электр тогын өткізуге қабілетті.
2. Жылуөткізгіштігі бар.
3. Иілгіш, иілгіш, парақтар мен сымдарға оралуға болады (барлығы емес).
4. Күміс жылтырлығы бар (мыс пен алтыннан басқа).

Жалпы сипаттардан басқа, әрбір ұқсас элементтің бірнеше нақтылары бар, сондықтан оны танымал етеді.

Типология

Барлық металдарды жай заттар ретінде үш класқа бөлуге болады:

1. Қара.
2. Түсті.
3. Қымбатты.

Түсті металдарға асыл мен темірден басқаның бәрі жатады. Яғни, бұл мыс, сынап, палладий, хром, никель, мырыш, магний, кальций, алюминий, қорғасын, қалайы және т.б.

Бағалы металдарға мыналар жатады:

• күміс;
• алтын;
• платина.

Қара металдар - бұл не?

Бұл сыныпқа мыналар кіреді:

• темір және оның барлық қорытпалары;
• марганец;
• chrome;
• ванадий;
• титан;
• актинидтер және уран (торий, плутоний, нептуний және т.б.);
• волфрам;
• сілтілік металдар.

Яғни, осы заттардың әртүрлілігінің ішінде қара металдар азырақ бөлігін құрайды. Көбінесе (темірді қоспағанда) жер қыртысы мен ішек-қарынында көп таралған емес.

Бірақ қара металдар осындай аз элементтермен ұсынылғанына қарамастан, олар өндірісте және өңдеуде өте кең таралған және көлемді. Өнімдердің, бөлшектердің, аксессуарлардың массасы темірден және оның қорытпаларынан жасалған.

Қара металдар металлургиясы өте ауқымды және бүкіл әлемде сұранысқа ие. Темірді өндіру және өңдеу – көптің алдыңғы қатарлы техникалық-экономикалық міндеттерінің біріәлем елдері, соның ішінде Ресей.

Планетадағы қара металдардың кен орындары

Темір өндіру бойынша барлық металдар арасында бірінші орында. Оның табиғаттағы, оның ішінде жер қыртысындағы массалық мөлшері миллиардтаған. Сонымен бірге, сарапшылардың пікірінше, бүгінде адам бар болғаны жүз миллиард тонна ғана.

Қара металдардың, ең алдымен темірдің әлемдік кен орындары туралы айтатын болсақ, олар Қиыр Солтүстік нүктелерін қоспағанда, барлық континенттерде, әлемнің барлық бөліктерінде екенін атап өткен жөн. Бұл ретте ел бойынша бөлу шамамен келесідей (кему ретімен):

• Ресей (барлық әлемдік қордың шамамен қырық пайызы);
• Бразилия;
• Австралия;
• Канада;
• АҚШ;
• Қытай;
• Үндістан;
• Швеция.

Ресейдегі депозиттер

Ресейде қара металдар барлық дерлік ірі федералды округтерде бар.

1. Орталық федералды округ (Курск магниттік аномалиясы) - 59% жоғары.
2. Орал федералды округі - 14%.
3. Сібір ауданы - 13%.
4. Қиыр Шығыс - 8%.
5. Солтүстік-Батыс федералды округі - 4%.
6. Приволжский - 0,5%.

Жоғарыда аталған аудандардың әрқайсысында қара металлургия жүргізілетін кәсіпорын бар. Ресей бұл көрсеткіш бойынша әлемде айқын көшбасшы болып табылады және резервтерге қарағанда, бұл өте ұзақ уақытқа жалғасады.

Материалды алу

Қара металды өндіру бірнеше күрделі кезеңді процестерді қамтиды. Біріншіден, қара металдар табиғи түрде болмайды, бірақ сәйкес кендердің (марганец, темір және т.б.) құрамына кіреді. Сондықтан металды алмас бұрын жерден тау жынысын – кенді алу керек.

Бұл процесті тау-кен өнеркәсібі жүзеге асырады. Сонымен бірге құрамында темірі бар кендер металға бай және қанық немесе кедей болуы мүмкін. Сондықтан кен қабатын шығарғаннан кейін оның кесіндісін химиялық талдауға алады. Металдың сандық мөлшері 57-60%-дан жоғары болса, онда жұмыс жалғасады. Егер ол төменірек болса, онда олар тоқтайды немесе бай кенді іздеу үшін басқа аумаққа көшеді. Әйтпесе, бұл процесс экономикалық тұрғыдан тиімді емес.

Қара металл өндіруді қамтитын келесі кезең – өндірілген кенді арнайы зауытта өңдеу. Бұл процесс металлургия деп аталады. Оның бірнеше түрі болуы мүмкін:

1. Гидрометаллургия – кенді өндіру және өңдеу технологиясы суды пайдалануға негізделген. Бұл кезде сілтісіздендіру процесінде кен құрамындағы металдар ерітіндіге өтіп, одан таза күйінде электролиз арқылы алынады. Энергетикалық және материалдық жағынан бұл әдіс қымбатырақ, сондықтан ол тек арнайы металдар үшін қолданылады.
2. Пирометаллургия отты қолдану техникасының негізі болып табылады. Кокстелген көмірді пайдаланатын домна пештеріндегі кенді термиялық өңдеу процестері. Кенді өңдеудің кең тараған тәсілі жәнеметалдарды алу. Қара металлургияда қолданылады.
3. Биометаллургия. Тірі ағзалардың әрекетіне сүйене отырып, ол енді ғана тәжірибеге енгізіле бастады, оны биотехнологтар жасауда. Түпнұсқа – кейбір микроорганизмдердің тіршілік ету кезеңінде кендердің құрамынан металдарды алу қабілеті.

Өңдеу

Өңдеу зауытында құрамында қара металдары бар өндірілген кендер мұқият өңделеді. Барлық осы процестер төмендегі кестеде көрсетілген.

Технологиялық процесс	Процестің мәні	Нәтиже
1. Кенді байыту	Құрамында металы бар кеннің бір бөлігін бос жыныстардан бөлу. Үш жолдың бірімен болуы мүмкін: магниттік (темірдің ферромагнетизміне негізделген); гравитация (негіз – қалдық пен бай жыныстың әртүрлі тығыздығы); флотация (көбік түзетін суды қолдануға негізделген).	Таза, қара металға бай субстратты алыңыз, ол әрі қарай өңдеуге жіберіледі.
2. Агломерация	Кенді агломерациялау процесі. Ол газдар мен шаң қоспалары жоқ және т.б. таза зат алу үшін жүзеге асырылады.	Өңделген кеннің үш түрін алыңыз: агломерациялық кен (ауасыз жоғары температурада пісірілген); бөлінген (бөлу арқылы тазартылған); түйіршік (құрамында темір ағындары бар масса).
3. Домен процесі	Кенді домна пешінде кокстаукөмір оксидтерінен темірді тотықсыздандырғыш және отын ретінде пайдаланыңыз.	Болат жасау үшін көміртегімен легирленген таза темірді алыңыз.

Темір мен оның қорытпалары осылайша алынады. Бұл жағдайда ең көп материалдық шығындар коксты (көмірді) дайындауға және пайдалануға жұмсалады. Ол темірдің тотықсыздандырғышы, отын, жылу көзі, көміртегі жеткізушісі. Сондықтан, сипатталған процесте оның айтарлықтай көп мөлшері пайдаланылады, демек, жоғары ақша шығындары.

Сақтау шарттары

Қара металдарға ең алдымен темір және оның қорытпалары жатады. Бұл өте коррозияға төзімді материал екенін түсіну керек. Сондықтан, қара металды сақтау белгілі бір ережелерді сақтауды талап етеді, әсіресе конструкциялар мен бұйымдарға емес, қара металдардың сынықтары (қалдықтар, сынған бұйымдар, парақтар, штангалар, арматуралар және т.б.) туралы болғанда:

1. Материал орналасқан бөлме ылғалдан (жаңбыр, қар) толығымен жабылуы керек. Ылғал неғұрлым аз болса, сақтау мерзімі соғұрлым ұзағырақ болады.
2. Қойма аумағы үлкен болуы керек, қара металдардың қаңылтыр құрылымдарын бір-біріне жақын сақтауға болмайды, өйткені бұл ерте коррозияға әкеледі.
3. Барлық қолжетімді материал бренді мен өлшемі бойынша сұрыпталуы керек.

Егер осы қарапайым ережелер сақталса, металдардың құрылымының бұзылу процестерін мүмкіндігінше ұзақ уақытқа тежеуге болады.

Темір қорытпалары

Қбірнеше түрге бөлінген темір қорытпаларына сілтеме жасау әдеттегідей:

1. Болат. Көміртекпен балқытылған қара металл осындай нәтиже береді.
2. Шойын. Кенді өңдеу кезінде домна пештерінде алынатын бастапқы шойын тұрмыстық техника мен тұрмыстық бұйымдарды өндіруге материал ретінде мүлдем жарамсыз. Ол тым нәзік. Тамаша берік материал алу үшін оны темірмен және көміртегімен қанықтыру түрінде одан әрі өңдеуге ұшырау керек. Коррозияға төзімділік пен өнімділікті жақсарту үшін басқа элементтер де қосылған.
3. Ферроқорытпалар (силикокальций, феррохром, ферросилиций, кремниймарганец). Бұл қорытпалардың негізгі мақсаты соңғы материалдың техникалық сипаттамаларын жақсарту болып табылады.

Болат

Барлық қара металл қорытпаларының ішінде негізгі орынды болат алады. Бүгін біз алдын ала анықталған маңызды қасиеттері бар осы материалды өндіруде өте маңызды нәтижелерге қалай қол жеткізуге болатынын білдік. Қорытпаның бұл түрі қара металдар берген өнеркәсіп үшін ең маңызды болып табылады. Қандай болаттар ерекшеленеді?

1. Төмен көміртекті - әртүрлі құралдар жасау үшін қолданылады.
2. Тот баспайтын (олар құбырларды, отқа төзімді бөлшектерді, кескіш құралдарды, дәнекерленген жабдықты және т.б. жасау үшін қолданылады).
3. Ferrito Chrome.
4. Мартенситті хром.
5. Қорытпаланған.
6. Никель.
7. Chrome.
8. Хром ванадийі.
9. Вольфрам.
10. Молибден.
11. Марганец.

Атауларынан-ақ көрініп тұрдәл осы компоненттер темір мен көміртегі қоспасына белгілі бір қатынаста қосылады. Бұл алынған материалдардың қасиеттерінің айтарлықтай өзгеруіне әсер етеді.

Қосымша металдар

Өкінішке орай, біз қанша қаласақ та, нәрселер мәңгілікке созыла алмайды. Уақыт өте келе бәрі жарамсыз болып қалады - ол бұзылады, соғады, қартаяды және сәннен шығады. Бұл қара металл конструкцияларына да қатысты. Болат, шойын және басқа да бұйымдар, қосалқы бөлшектер қажет болмай қалады.

Одан кейін олар жарамсыз болып қалған шикізатты өңдеумен айналысатын арнайы кәсіпорындарға тапсырылады. Енді бұл қара екінші металдар. Күнделікті өмірде жарамсыз және қажетсіз қара металдардан жасалған металл бұйымдар осылай аталады.

Сынықтарды жинайтын кәсіпорындар оны сақтау, шығару және сатудың белгілі бір ережелерін сақтауы керек. Бұл мәселе бойынша біздің еліміздің заңнамасын ГОСТ белгілейді. Түсті металдар сияқты қара металдар да заңның қатаң бақылауында.

Қайта өңделген металдарды қайта өңдеуге және өндіріске қайта жіберуге болады. Бұл делдал кәсіпкерлер қара металл сынықтарын сатып алу үшін сатылады.

Бүгінгі таңда қара металдарға құрметпен қарайды, олар өз өнімдері нарығында жетекші орын алады.

Механикалық қолдану

Машина жасауда болат және шойын бұйымдары, бөлшектері, әртүрлі құрылғылары кеңінен қолданылады. Олар тек қана сұранысқа ие емесавтомобиль, сонымен қатар химия, авиациялық өндірісте, сондай-ақ кеме жасауда. Мұның бәрі осы материалдардың ерекше беріктігіне, олардың ыстыққа төзімділігіне және коррозияға төзімділігіне байланысты. Қара металдар көптеген өнім түрлерін өндірудің негізгі материалына айналуда. Ең жиі кездесетіндері:

• тісті берілістің бүйірлік қақпақтары;
• мойынтіректер;
• клапандар;
• фитингтер;
• втулкалар;
• құбырлар;
• автомобильдер мен басқа көліктердің цилиндрлері;
• тісті дөңгелектер;
• тракторлардағы тізбектер;
• тежегіш барабандар;
• вагондар;
• қаптар және т.б.

Бұл тізім шексіз, өйткені қара металдан жасалған бұйымдар мен олардың қорытпалары өте көп.

Басқа салалардағы қолдану

Қара металдар қолданылатын бірнеше негізгі аймақтар бар:

1. Химия өнеркәсібі.
2. Инженерлік.
3. Арнайы мақсаттағы жиһаз өндірісі.
4. Ыдыстарды шығару.
5. Құрылымдық бөлшектерді өндіру.

Бұл, әрине, толық тізім емес, тек болат өнімдерінің басым көпшілігін құрайтын ең көп таралған аймақтар.