Цветная металлургия

Цветные металлы можно разделить на несколько групп тяжелые – медь, свинец, цинк, никель, олово; легкие – алюминий, магний, титан; малые или младшие – сурьма, ртуть, кадмий; легирующие – вольфрам, молибден, ванадий, кобальт; драгоценные или благородные – золото, серебро, платина; редкие и рассеянные – цирконий, ниобий, тантал, литий, бериллий, селен, теллур.

Особенности руд цветных металлов 1. они содержат относительно небольшую долю основного металла. Содержание меди в рудах очень редко превышает 5%, свинца до 5%, цинка до 6%, а молибдена всего 0,004-0,005%. Исключением являются руды для производства алюминия, с содержанием до 30% основного металла. Для получения 1 т металла необходимо переработать т руды

2. В рудах цветных металлов наряду с основным металлом содержатся многие рассеянные и редкие элементы. Имеется большое количество токсичных веществ, среди которых выделяются сера, мышьяк, сурьма, селен, теллур и др. В ряде случаев токсичными являются и остаточные цветные металлы (свинец, цинк, медь, кадмий, ртуть и др.). Использовать руды цветных металлов нужно комплексно, извлекая из них все полезные компоненты для получения многих продуктов

Существует несколько способов получения цветных металлов из руд или концентратов – пирометаллургический, электрометаллургический гидрометаллургический. Наиболее распространенными и в то же время неблагоприятными с точки зрения загрязнения являются первые два.

Алюминиевая промышленность

Руды Бокситы 30-60% Al(OH)3 Al2O3*3H2O*SiO2 Нефелины 30% (Na K)2O*Al2O3*2SiO2 Алуниты 20% K2SO4*Al2(SO4)3*4Al(OH)3

Плавиковый шпат обогащение концентрат Пр-во криолита Na3AlF6 Al(OH)3*SiO2 выщелачивание Глинозем Al2O3 Углеродисты е материалы Связующие вещества Дозировка и смешение Углеродистая масса Прессован ие и обжиг формовка Электролитическое получение алюминия Черновой алюминий Алюминий товарный рафинирование 2 блок1 блок3 блок электроэнергия электродыАнодная масса

Производство глинозема 1. размол бокситов 2. глинозем выщелачивают раствором едкого натра. Al(OH)3 + NaOH = Na AlO2 +2H2O, 3. Алюминат натрия разлагают в аппаратах, получая кристаллическую гидроокись Al. NaAlO2 + 2H2O = NaOH + Al(OH)3. 4. При фильтрации гидроокись Al отделяется от воды, обезвоживается и превращается в глинозем в виде белого порошка. на 1 т глинозема требуется 2-2,5 т боксита, т щелочи, более 8 т пара.

Выплавка

Вакуумный ковш

Загрязнение 1. твердые (красный шлам, анодная пена) 2. воздух - фтористые - смолистые - бенз(а)пирен 3. вода

Продукция завода точных сплавов Литейный сплав алюминиево-кремниевой группы

Братский алюминиевый завод

Братская ГЭС

Кремний В начале декабря 2006 г. химическая группа НИТОЛ объявила детали проекта по созданию на своей площадке в Усолье- Сибирском производства поликремния материала, из которого изготавливаются солнечные батареи. Для финансирования первого этапа проекта компания разместила облигации на сумму 2,2 млрд рублей. На его реализацию уйдет около двух лет, вложения должны окупиться еще через три года

Путь от кремния к солнечной батарее довольно длинный. Металлургический кремний выплавляется из кремнезема (кварца) примерно так же, как алюминий из глинозема, поэтому в России его выпускают алюминиевые заводы в Шелехове и Каменске-Уральском. После обработки хлороводородом кремний превращается в трихлорсилан, который затем подвергается еще одной реакции, результатом чего является чистый поликристаллический кремний

Кристаллы кремния разрезаются на тончайшие пластины (веферы), из которых и собирают модули солнечных батарей

Солнечная энергетика интересная отрасль Хотя суммарные мощности солнечных электростанций ничтожны (пиковая мощность СЭС всего мира не превышает 6 ГВт мощности одной Красноярской ГЭС), все больше бизнесменов в западных странах, принимая во внимание дорожающие углеводороды и марши ненавидящих АЭС «зеленых», обращаются к солнцу.

главная проблема в том, что сами батареи слишком дорогие. Один киловатт мощности СЭС пока обходится впятеро дороже, чем, скажем, один киловатт мощности газовой ТЭС Однако дороговизна кремниевых пластин не сдерживает строителей СЭС в Японии, Западной Европе, США и Австралии. Только за прошлый год мощность солнечных электростанций по всему миру выросла на 70%. При этом если в Австралии и США на СЭС смотрят больше как на средство энергоснабжения изолированных потребителей, то в Европе они подключены в общую сеть, и «зеленые» добиваются правительственных субсидий для энергии солнца. В Японии, где находится треть мировых мощностей солнечной энергетики, такая проблема, по слухам, уже не стоит стоимость энергии СЭС сравнялась со средней в стране

За счет наличия своего сырья и дешевой электроэнергии НИТОЛ рассчитывает выйти на рынок с продуктом, себестоимость которого будет заметно ниже, чем, например, в США. При нынешних ценах на поликремнии рентабельность этого бизнеса достигает 50%. 1. стремительно расти, а приток в отрасль новых игроков тормозится большими капитальными затратами.

Сооружение завода полного цикла «с нуля» обойдется в полмиллиарда долларов, в западных странах производители токсичного трихлорсилана находятся под жестким прессингом экологов. Проект НИТОЛа предполагает увеличение производства трихлорсилана в полтора раза и запуск к 2008 году производства поликремния мощностью 800 тонн, которое затем должно вырасти до трех тысяч тонн. Дальше, по словам гендиректора компании Дмитрия Котенко, НИТОЛ может заняться и выпуском кремниевых пластин, выйдя на рынок продукции с еще большей добавленной стоимостью. Группа может работать по процессинговой схеме в Китае или создать собственное производство. Пока же НИТОЛу нужно на все про все 330 млн долларов, из которых треть он уже привлек, разместив облигации. На реализацию кремниевого проекта уйдет около двух лет, окупиться он должен еще через три года. К этому времени вы­ ручка и рентабельность группы должны вырасти вдвое (см. график 2). Если, освоив выпуск пол и кремния, НИТОЛ займется производством пластин-веферов, то выручка группы увеличится к 2015 еще в 1,5раза

Медь Руды: 1. самородная медь 2. сульфидные СuFeS3 Cu2S 3. окисленные 2 способа переработки: 1 пирометаллургический 2. гидрометаллургический

технология 1. обогащение сульфидные - флотация окисленные – отсадка 2. обжиг концентрата – удаление серы 3. плавка на штейн 4. конвертер 5. рафинирование

Отражательная печь

4. конвертер

Загрязнение 1. твердые (шлаки) 2. воздух - сернистые газы - SO2 - бенз(а)пирен 3. вода - cоли

Нижний Тагил Вид с Выи где находился Выйский медеплавильный завод на Лисью гору

Русская металлургическая компания и ее стратегия 1. РУДЫ: модернизация предприятия «Ормет» позволила РМК увеличить производство руды в два раза, до 750 тыс. тонн в год. Приобретение холдингом Александринского месторождения увеличило объемы добычи медной руды до 1,2 млн тонн в год. На второй квартал 2006 года запланирован ввод в промышленную эксплуатацию месторождения «Имени 50-летия Октября» на территории Казахстана, которое даст холдингу дополнительно более 2,5 млн тонн медной руды в год.

2. Черновая медь Предприятия металлургического комплекса также реализуют комплексную программу модернизации, первые результаты которой увеличение объемов выпуска катодной меди и медной катанки, а также улучшение экологической ситуации видны уже сейчас.

3. Кыштымский медеэлектролитный завод увеличил выпуск катодной меди на 50% с 80 до 120 тыс. тонн продукции в год за счет запуска второго цеха электролиза в декабре 2005 г.

Так, предприятие «Карабашмедь», находящееся в соседней Челябинской области, достигло выбросов на уровне предельно допустимых норм впервые за все время своей работы

В Свердловской обл. Русская медная компания реализовала несколько крупных инновационных проектов, которые изменили лицо современной российской цветной металлургии В конце прошлого года входящее в РМК предприятие – «Уралгидромедь» запустило принципиально новый комплекс по добыче меди гидрометаллургическим способом. Сегодня «Уралгидромедь» символ инновационного развития технологий в цветной металлургии. Это единственный в своем роде промышленный комплекс извлечения меди, где нет ни традиционной добычи, ни обогащения, ни плавки металла. Уникальность технологий «Уралгидромеди» в том, что впервые в мире в одном производственном процессе объединены: 1. подземное выщелачивание руды, 2. экстракция меди из раствора 3. электровининг особый вид электролиза.

Инновационный способ добычи меди путем подземного выщелачивания окисленных руд на Гумешевском месторождении

Новый способ добычи отличается не только технологической оригинальностью, но высокой экономичностью и низкой себестоимостью производства металла. Кардинальные новации случаются в металлургии не часто, и открытие промышленного комплекса «Уралгидромеди» с полным правом можно назвать знаковым событием в отечественной цветной металлургии

Преимущества новой технологии состоят в том, что основные процессы перенесены под землю и происходят без участия человека, что резко повышает эффективность производства. Помимо этого, технология выщелачивания такова, что позволяет получать высококачественную медь на месторождениях, отработанных и признанных бесперспективными при добыче традиционным способом. Созданное в Свердловской области производство меди состоит из двух участков: 1. геотехнологического поля, где идет подземный процесс насыщения водного раствора меди, и 2. комплекса экстракции и электровининга, где из полученного раствора получают высококачественные медные катоды марки МООК, которые соответствуют требованиям Лондонской биржи металлов (1МЕ). Производственный цикл замкнут: после экстракции меди водный раствор снова обогащается кислотой и вновь закачивается в гидротехнологическое поле. При этом на предприятии не образуются жидкие или твердые отходы все технологические растворы постоянно находятся в обороте.

В создании экспериментального производства участвовали специалисты «Уралгидромеди» и компании (Великобритания). Общий объем инвестиций в проект промышленного освоения уникальной технологии превысил $15 млн. Проектировщиком и подрядчиком Эдуард Россель заявил, что «только в отвалах и брошенных шахтах области сегодня сосредоточено около миллиона тонн меди, опыт «Уралгидромеди» восстребован во многих районах страны и области в частности, благодаря гидрометаллургии, брошенные и затопленные медные месторождения могут получить вторую жизнь».

Рядом с «Уралгидромедью» в городе Полевской в 1998 г. по последнему слову техники было построено еще одно современное предприятие холдинга РМК Завод точных сплавов. Благодаря уникальной системе контроля качества на предприятии освоен выпуск более двадцати видов точных сплавов на алюминиевой и медной основах по российским, американским и японским стандартам. Получив все необходимые сертификаты по европейским стандартам «Завод точных сплавов» успешно осваивает западный рынок: литейные сплавы для отливки блоков цилиндров из Полевского отправляются в Европу, США и Японию для фирм. Сегодня объем производства превышает 26 тыс. тонн алюминиевых и медных сплавов в год.

Еще одно предприятие холдинга РМК, расположенное в Свердловской области, «Ревдинский завод по обработке цветных металлов» замыкает производственную цепочку холдинга и совершенствует процессы производства продуктов высоких переделов меди. Предприятие является ведущим в России по выпуску труб и прутков из меди, никеля и сплавов на их основе. Ревдинский завод ОЦМ освоил новую технологию выпуска сварочных электродов из дисперсно-упрочненных композиционных материалов на основе порошковой меди. Стойкость таких электродов, которые применяются при контактной точечной сварке, в 4-8 раз выше стойкости традиционных электродов из литой тянутой бронзы, Также среди последних инновационных разработок освоение выпуска прямоугольных толстостенных труб летом 2005 г. Благодаря совершенствованию технологии производства удалось избежать эффекта незаполнения в углах профиля, тем самым добиться высокого качества и прочности трубы.

Быстринское. Лугокан с кое. Култуминское и Солонеченекое месторождения в Читинской области сосредоточены 21% разведанных в России запасов меди, 29% молибдена и 18% титана. Кроме того, руды содержат вольфрам, свинец, олово, цинк, литий, серебро и золото.

Свинец Руды: 1. сернистые PbS 2. углекислые Pb CO3 3. сернокислые PbSO4 способ переработки: 1 пирометаллургический

технология 1. обогащение - флотация 2. обжиг концентрата – удаление серы и спекают в куски 3. восстановительная плавка на штейн - флюсы убирают серу – водяное охлаждение 4. рафинирование Ряд последовательных переделов

Загрязнение 1. твердые (свинцовый кек) 2. воздух - сернистые газы - SO2 - медь, олово, мышьяк, золото 3. вода - cоли

Свинцовое загрязнение

Стоки свинцового завода в реку Бадам

Цинк Руды: 1. сернистые ZnS сфалерит 2. углекислые Zn CO3 3. сернокислые PbSO4 2 способа переработки: 1 пирометаллургический 2. гидрометаллургический

технология 1. обогащение - флотация 2. обжиг концентрата – удаление серы и спекают в куски 3. восстановительная плавка на штейн - флюсы убирают серу – водяное охлаждение 4. рафинирование

Загрязнение 1. твердые (цинковый кек) 2. воздух - сернистые газы - SO2 - оксид мышьяка - пыль 3. вода – cоли, охлаждение, очистка дымовых газов, При гидролизе - растворы

Челябинский электролитно- цинковый завод

Никель Руды: 1. сернистые Ni2S 2. окисленные NiSO2 2 способа переработки: 1 пирометаллургический 2. гидрометаллургический

Территория Норильского промышленного района ГОФ Талнах Огонер Каеркан Надеждинский Металлургический завод Норильск Медный завод Никелевый завод ГОФ

Производственные территории занимают более 70% площади Норильска

«Норильский Никель» - это: Геологическое предприятие; Четыре закрытых рудника и один рудник открытых работ; Три металлургических завода; Вспомогательные производства и социальная сфера В российском производстве цветных металлов доля компании составляет: 90% по никелю; 97% по кобальту; 52% по меди; 94% по металлам платиновой группы

«Норильский никель» для города – это: 97% объема промышленного производства; 57,6% занятого населения города; Самые высокие размеры зарплат (34,2 тыс руб при средней 25,9 тыс руб )

Норильск - самый грязный город России 1. Сумгаит (Азербайджан) 2. Линфань (Китай) 3. Тянжинь (Китай) 4. Сукинда (Индия) 5. Вапи (Индия) 6. Ла-Оройя (Перу) 7. Норильск (Россия) 8. Дзержинск (Россия) 9. Чернобыль (Украина) 10.Кабве (Замбия). Рейтинг «самых грязных» по версии журнала «Таймс»:

Загрязнение почвенного покрова Естественные ландшафты техногенные (вырублены леса, загрязнены почвы) Почва Cu > ПДК в 200 раз Ni S (Надеждинский МЗ - 25 лет) В Норильске практически не проводятся работы по консервации и санированию городских и загородных земель, интенсивно загрязненных тяжелыми металлами

технология 1. плавка в отражательных печах Штейн – расплав сульфида Cu, Ni, Fe + шлак 2. расплав продувается кислородом, окисляются Fe и S Получаем ФАЙНШТЕЙН - Cu S, Ni S 3. ОХЛАЖДЕНИЕ 4. ДРОБЯТ, РАЗМАЛЫВАЮТ, обогащение – флотация РАЗДЕЛЯЮТ Cu S, Ni S 5. обжиг концентрата – удаление серы и спекают в куски 5. восстановительная плавка - флюсы убирают серу 6. рафинирование ЭЛЕКТРО

Загрязнение 1. ТОПЛИВОЕМКОСТЬ НА 1 Т Ni- 50 тут, 3000 кВт*ч твердые (цинковый кек) 2. воздух - сернистые газы - SO2 - оксид мышьяка - пыль 3. вода – cоли, охлаждение, очистка дымовых газов, При гидролизе – растворы хлор-ионы, сульфат-ионы, натрий, гидрооксид натрия

Площадка никелевого завода Норильский горно-металлургический комбинат

МЕДЬ СВИНЕЦ ЦИНК НИКЕЛЬ ) Обогащение (флотация – S отсадка – О Обогащение (флотация – S отсадка – О Обогащение (флотация – S отсадка – О обжиг (удаление S) обжиг (удаление S) обжиг (удаление S) Плавка на штейн (CuS/FeS) Плавка на штейн Восстановитель ная плавка Конвертор (сера выгорает) Электро- огневое рафинирование Рафинирование Послед. переделы Рафинирование Восстановление ернового Ni в электропечах Флотируют (разделяют Cu и Ni) Конвертор 2Fe+O2= 2FeO S+O2= SO2 ФАЙНШТЕЙН Ni+Cu 78% Плавка на штейн (Ni2S+ CuS+FeS) Обогащение Рафинирование

общие черты для отрасли 1. ВОЗДУХ: - канцерогенные вещества: тяжелые металлы. - пыль - газообразные вредные вещества (HF, Cl2, мышьяка и др.) - диоксид серы - цветная металлургия дает около 20% всех загрязнений атмосферы этими элементом. переработка их на серную кислоту. 2. Шлаки цветной металлургии отличаются чрезвычайным - разнообразием. - на единицу выплавляемого металла их образуется больше, чем при выплавке чугуна и стали (на 1 т чугуна от 0,2 до 1 т шлаков, при выплавке никеля до 150 т, меди т). - В состав шлаков кроме оксидов кремния, алюминия, кальция, магния, железа, марганца входят такие ценные компоненты, как медь, никель, кобальт, цинк, свинец, кадмий, редкие металлы. 3. Стоки: - очистка дымовых газов - гидрометаллургия

4. при производстве 1 т ВОДЫ расходуется м3 воды : алюминия м3, свинца и цинка - 360, олова – 750, меди – 775, титана – 960, никеля – 2420, вольфрама – 2470, молибдена – 2480.