Embedded Files
Кольорова металургія: технології виробництва
З розвитком наукомісткого виробництва кольорові метали набувають особливого значення. Нині у господарстві найбільше використовують мідь та алюміній. Часто кольорові метали застосовують у сплавах. Найбільш вживані сплави міді: бронза (спав міді з оловом), латунь (міді з цинком), мельхіор (міді з нікелем), дюралюміній (міді з алюмінієм). Видобутком та збагаченням руд кольорових металів, а також їх переплавленням у метали та сплави займається кольорова металургія.
Виробничий цикл кольорових металів у цілому подібний до чорної металургії. Металургійна переробка включає такі послідовні стадії: збагачення руди - плавлення чорнового металу - рафінування (очищення) - прокат.
Оскільки концентрація кольорових металів у гірських породах незначна, їх виробництво є матеріаломістким. Рафінування металу потребує значних витрат електроенергії. Тому поєднання чинників сировини та енергії особливо сприятливе для розміщення підприємств кольорової металургії.
Чинники розміщення кольорової металургії
За фізичними властивостями та технологією добування виокремлюють металургію важких (мідь, нікель, свинець, цинк, олово, ртуть) та легких (алюміній, титан, магній) металів.
Виробництво важких металів потребує великої кількості сировини та відносно незначних витрат електроенергії. Через низький вміст корисної речовини у рудах цих металів перевозити велику кількість руди на значні відстані від родовищ нерентабельно. Наприклад, на 1 т олова потрібно 300 т руди, міді – 20–150 т, цинку – 20–50 т. Тому центри виплавлення важких металів поєднуються з родовищами видобутку сировини. Такі метали часто виплавляють у країнах, що розвиваються.
Для добування легких металів потрібно занадто багато електроенергії під час рафінування. Зокрема, для виплавлення 1 т титану витрача ється 30–60 тис. кВт · год електроенергії, магнію – 18–22 тис. кВт · год. Тому руди легких металів видобувають в одних місцях, а підприємства з їх переплавлення споруджені в інших – біля електростанцій. Легкі метали плавлять переважно високорозвинуті країни, де генерується велика кількість електроенергії.
Виробництво важких кольорових металів має суттєві відмінності. Для руд важких кольорових металів характерний низький вміст корисного компонента. Це визначає виражену сировинну орієнтацію початкових етапів металургійного процесу (видобутку руд та їх збагачення, виробництва концентратів). У США, Канаді, Австралії, Китаї, Казахстані, Іспанії, Польщі головні райони і центри виплавлення важких металів (міді, свинцю, цинку) сформувалися у місцях видобутку руди. Так само й у країнах Латинської Америки, Африки й Азії, в яких виплавлення міді (Чилі, Перу, Демократична Республіка Конго, Замбія) й олова (Малайзія, Індонезія) є одними з провідних виробництв національної економіки.
Водночас більшість економічно розвинених країн є бідними на руди кольорових металів і виступають головними споживачами міді, свинцю, цинку тощо. Це змушує їх розміщувати на своїй території завершальні стадії виробництва — рафінування (очищення від домішок) та переробку брухту металів. Наприклад, Німеччина та Японія практично не видобувають відповідних корисних копалин, але входять до групи провідних світових виробників міді, свинцю і цинку.
Україна достатньо забезпечена сировиною для виробництва кольорових металів. Найбільше руд кольорових металів в Україні видобувають на Причорноморській та Закарпатській низовинах.
У розміщенні підприємств кольорової металургії в Україні виділяються два основних райони: Донецький і Придніпровський. На території Донецького району знаходиться Микитівський ртутний комбінат, який включає завод, рудники і збагачувальну фабрику. Це підприємство дає понад 90 % продукції СНД. В цьому районі знаходяться Костянтинівський цинковий завод «Укрцинк», який працює на імпортній сировині з Північної Осетії та Західного Сибіру. Розміщено цей завод з орієнтацією на енергетичну базу Донбасу. В Бахмуті працює завод по обробці кольорових металів, який випускає латунь, латунний і мідний прокат.
В м. Довжанськ знаходиться завод алюмінієвого прокату. Придніпровський район кольорової металургії спирається на потужну енергетичну базу, яку утворюють Дніпрогес, теплові і атомні електростанції. В Запоріжжі зосереджені титано-магнієвий і алюмінієвий заводи. Титано-магнієвий завод одержує магнієву сировину з Калуша, Стебника і Сиваша, а титанову - з Іршанського і Самотканського родовищ. Алюмінієвий завод працює на імпортних бокситах з Уралу та інших територій зарубіжних країн. Для виробництва глинозему, яким забезпечується Запорізький алюмінієвий завод, біля Миколаєва побудовано великий глиноземний завод. У Вільногірську поблизу Середньодніпровської ГЕС знаходиться Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат, який працює на титано-цирконієвих рудах Самотканського родовища, а в місті Світловодську, біля Кременчуцької ГЕС діють завод чистих металів і завод твердих сплавів.
В Кіровоградській області на базі недавно відкритого родовища нікелевої руди діє Побузький нікелевий завод. Для забезпечення заводу паливом використовується донецьке коксівне вугілля і електроенергія Південноукраїнської атомної електростанції. Виробництво магнію здійснюється також Калуським ВО «Хлорвініл».
Базовими підприємствами металообробної промисловості у виробництві міді в Україні є:
Артемівський завод по обробці кольорових металів (Донецька обл.). Потужність підприємства - 140 тис. т. на рік. Більш 80 % сировини завод отримує від постачальників з Росії та Казахстану. У зв'язку з недопостачанням сировини, вагомим (до 70%) зношенням більшої частини основного устаткування об'єми виробництва у 2005 р. складали лише 20% від виробництва 1990 р. (на сьогоднішній день завод працює на 7-10% потужності);
Основні виробники міді: Австралія, Замбія, Казахстан, Канада, Перу, Чилі.
Властивості міді, її отримання та застосування
Властивості міді, яка в природі зустрічається і у вигляді досить великих самородків, люди вивчили ще в стародавні часи, коли з цього металу та його сплавів робили посуд, зброю, прикраси, різні вироби побутового призначення. Активне використання даного металу протягом багатьох років обумовлено не тільки його особливими властивостями, але і простотою обробки. Мідь, яка присутня в руді у вигляді карбонатів та оксидів, досить легко відновлюється, що і навчилися робити наші давні предки.
Цікаве про мідь
Цікаве про мідь
Спочатку процес відновлення цього металу виглядав дуже примітивно: мідну руду просто нагрівали на вогнищах, а потім піддавали різкому охолодженню, що призводило до розтріскування шматків руди, з яких уже можна було видобувати мідь. Подальший розвиток технології призвело до того, що в багаття почали вдувати повітря: це підвищувало температуру нагрівання руди. Потім нагрів руди стали виконувати в спеціальних конструкціях, які і стали першими прототипами шахтних печей.
Про те, що мідь використовується людством з давніх часів, свідчать археологічні знахідки, в результаті яких були знайдені вироби з цього металу. Істориками встановлено, що перші вироби з міді з’явилися вже у 10 тисячолітті до н. е., а найбільш активно вона стала добуватися, перероблятися і використовуватися через 8-10 тисяч років. Природно, передумовами до такого активного використання даного металу стали не тільки відносна простота його отримання з руди, але і його унікальні властивості: питома вага, щільність, магнітні властивості, електрична, а також питома провідність та ін.
У наш час вже складно знайти мідь у природі у вигляді самородків, зазвичай її видобувають з руди, яка підрозділяється на наступні види.
Мідь також можна витягати з безлічі інших мінералів (малахіт, куприт та ін). У них вона міститься в різних кількостях.
Фізичні властивості
Мідь у чистому вигляді являє собою метал, колір якого може варіюватися від рожевого до червоного відтінку.
Радіус іонів міді, що мають позитивний заряд, може приймати наступні значення:
· якщо координаційний показник відповідає 6-ти - до 0,091 нм;
· якщо даний показник відповідає 2 - до 0,06 нм.
Радіус атома міді становить 0,128 нм, також він характеризується спорідненістю до електрону, що дорівнює 1,8 ев. При іонізації атома дана величина може приймати значення від 7,726 до 82,7 ев.
Мідь - це перехідний метал, показник електронегативності якого становить 1,9 одиниць по шкалі Полінга. Крім цього, його ступінь окислення може приймати різні значення. При температурах, що знаходяться в інтервалі 20-100 градусів, його теплопровідність становить 394 Вт/м*К.
Електропровідність міді, яку перевершує лише срібло, знаходиться в інтервалі 55,5–58 МСм/м
Так як мідь в потенційному ряду стоїть правіше водню, вона не може витісняти цей елемент з води і різних кислот. Її кристалічна решітка має кубічний гранецентрированный тип, величина її становить 0,36150 нм. Мідь плавиться при температурі 1083 градусів, а температура її кипіння — 26570. Фізичні властивості міді визначає і її щільність, яка становить 8,92 г/см3.
Самородна мідь
З її механічних властивостей і фізичних показників варто також відзначити наступні:
· лінійне термічне розширення — 0,00000017 одиниць;
· межа міцності, якому мідні вироби відповідають при розтягуванні, становить 22 кгс/мм2;
· твердість міді за шкалою Брінелля відповідає значенню 35 кгс/мм2;
· питома вага 8,94 г/см3;
· модуль пружності становить 132000 Мн/м2;
· значення відносного видовження дорівнює 60%.
Абсолютно унікальними можна вважати магнітні властивості цього металу, який є повністю діамагнітним. Саме ці властивості, поряд з фізичними параметрами: питомою вагою, питомою провідністю та іншими, в повній мірі пояснюють широку затребуваність даного металу при виробництві виробів електротехнічного призначення. Схожими властивостями володіє алюміній, який також успішно використовується при виробництві різної електротехнічної продукції: проводів, кабелів і ін
Основну частину характеристик, якими володіє мідь, практично неможливо змінити, за винятком межі міцності. Цю властивість можна поліпшити практично в два рази (до 420-450 МН/м2), якщо здійснити таку технологічну операцію, як наклеп.
Хімічні властивості
Хімічні властивості міді визначаються тим, яке становище вона займає в таблиці Менделєєва, де вона має порядковий номер 29 і розташовується в четвертому періоді. Що примітно, вона знаходиться в одній групі з благородними металами. Це зайвий раз підтверджує унікальність її хімічних властивостей, про які варто розповісти більш докладно.
В умовах невисокої вологості мідь практично не проявляє хімічну активність. Все змінюється, якщо виріб помістити в умови, що характеризуються високою вологістю і підвищеним вмістом вуглекислого газу. В таких умовах починається активне окислення міді: на її поверхні формується зеленувата плівка, що складається з Cuco 3, Cu(OH)2 і різних сірчистих сполук. Така плівка, яка називається патиною, виконує важливу функцію захисту металу від подальшого руйнування.
Окислення починає активно відбуватися й тоді, коли виріб піддається нагріванню. Якщо метал нагріти до температури 375 градусів, то на його поверхні формується оксид міді, якщо вище (375-1100 градусів) — то двошарова окалина.
Мідь досить легко реагує з елементами, які входять в групу галогенів. Якщо метал помістити в пари сірки, то він запалиться. Високу ступінь споріднення він проявляє і селену. Мідь не вступає в реакцію з азотом, вуглецем і воднем навіть в умовах високих температур.
Увагу заслуговує взаємодія оксиду міді з різними речовинами. Так, при його взаємодії з сірчаною кислотою утворюється сульфат і чиста мідь, з бромоводородной і иодоводородной кислотою — бромід і йодид міді.
Інакше виглядають реакції оксиду міді з лугами, в результаті яких утворюється купрат. Отримання міді, при якому метал відновлюється до вільного стану, здійснюють за допомогою оксиду вуглецю, аміаку, метану та інших матеріалів.
Мідь при взаємодії з розчином солей заліза переходить у розчин, при цьому залізо відновлюється. Така реакція використовується для того, щоб зняти напилений мідний шар з різних виробів.
Одне — і двухвалентная мідь здатна створювати комплексні сполуки, що відрізняються високою стійкістю. Такими сполуками є подвійні солі міді і аміачні суміші. І ті і інші знайшли широке застосування в різних галузях промисловості.
Області застосування міді
Області застосування міді
Застосування міді, як і найбільш схожого з нею по своїм властивостям алюмінію, добре відомо - це виробництво кабельної продукції. Мідні дроти і кабелі, характеризуються невисоким електричним опором і особливими магнітними властивостями. Для виробництва кабельної продукції застосовуються види міді, характеризуються високою чистотою. Якщо в її склад додати навіть незначну кількість сторонніх металевих домішок, наприклад, всього 0,02% алюмінію, то електрична провідність вихідного металу зменшиться на 8-10%.
Невисокий вага міді і її висока міцність, а також здатність піддаватися різним видам механічної обробки — це ті властивості міді, які дозволяють виробляти з неї труби, успішно використовуються для транспортування газу, гарячої та холодної води, пара. Зовсім не випадково саме подібні труби застосовуються у складі інженерних комунікацій житлових і адміністративних будівель в більшості європейських країн.
Мідь, крім виключно високої електропровідності, відрізняється здатністю добре проводити тепло. Завдяки цій властивості міді вона успішно використовується в складі наступних систем:
· теплові трубки;
· кулери, що використовуються для охолодження елементів персональних комп’ютерів;
· системи опалення і охолодження повітря;
· системи, що забезпечують перерозподіл тепла в різних пристроях (теплообмінники).
Металеві конструкції, в яких використані мідні елементи, що відрізняються не тільки невеликою вагою, а й винятковою декоративністю. Саме це послужило причиною їх активного використання в архітектурі, а також для створення різних інтер’єрних елементів.
Маркування міді
Маркування міді
Мідь часто не маркується, але якщо ви виявили маркування, керуйтеся наступними правилами:
Залежно від масової частки домішок випускається наступних марок: М00А, М00БК, М0А, М0, МБ, М1, М2, М2Р, М3, М3Р, М4, АМФ.
У маркуванні первинної технічної міді прийняті такі позначення:
М – мідь; цифри від 00 до 4 – масова частка природніх домішок від 0,01 до 1,00%;
Б – безкиснева, Р – розкислена, А – анодна, К – катодна.
Відповідно до системи UNS, прийнятої в Північній Америці, для маркування міді використовуються позначення з C10100 по C15999, а також C80000-C81399. Останні дві цифри часто опускаються.
В Європі маркування та латуні, і міді починається з букви С. Позначення латуні закінчується буквами L, M, N, P або R, в той час як маркування міді завершується літерами A, B, C або D.
Більш старі маркування можуть не підкорятися цим правилам. Згідно з деякими старими європейським стандартам (використовувалися ще відносно недавно), маркування складалася з позначень елементів, за якими слідували їх частки у відсотках.
Сплави на основі міді Латунь і бронза
З найстарших сплавів міді найбільш відомі латунь і бронза.
Латунь - це сплав міді й цинку, а бронза - міді й олова. Для одержання особливих якостей можуть застосовуватися добавки інших металів
Латуні діляться на дві групи: альфа-латуні, у яких не більш 35% цинку, і бета-латуні, зміст цинку в яких перевищує 35%. Кожна латунь має свої механічні характеристики й зовнішній вигляд. Найпоширеніші латуні й бронзи й способи їх використання дані нижче.
Латунь під позолоть (Gilding Metal): має золотавий колір, з неї виготовляють прикраси, які згодом покривають золотом. Nu-Gold/Jewelers Brass (ювелірна латунь):.
Червона латунь (Red Brass): модифікація сплаву "Pinchbeck" з більш теплим кольором.
Патронна латунь (Cartridge Brass): використовується для виготовлення патронних гільз.
Мунтцевская латунь (Muntz Brass): застосовується для виготовлення прутків припою й заготовок для штампування
Морська латунь (Naval Brass): прутки припою й архітектурні прикраси, у морській справі застосовується для виготовлення фітингів.
Римська латунь (Roman Brass): античний сплав, дуже схожий на сучасну "морську латунь".
Свинцева латунь (Leaded Brass): латунь для машинобудування, додавання свинцю збільшує схильність до сколювання й зменшує зношування інструмента
Латунь для ванн (Bath Brass): метал під товсті шари срібла для виробництва столового посуду (наприклад, для ресторанів).
Бронза - склад і його вплив на властивості сплаву
Багатьом подобається, як виглядає бронза, склад ж її цікавить когось рідко. А адже завдяки його варіаціям існує велика кількість видів цього сплаву з різними якостями, через що застосування бронзи практично не має меж.
Бронза, самий старий сплав в історії людини, часто використовують, якщо потрібно застосовувати лиття. Сучасні бронзи містять невелика кількість фосфору, що додається при очищенні. Фосфор надає сплаву підвищену міцність і пружність, від нього й відбулася комерційна назва продукту - "фосфориста бронза". Фосфориста бронза А: поставляється в прокаті -аркуші, пруток, дріт і трубка. Має рейтинг "чудова" для холодної обробки й "погана" для гарячої
Фосфориста бронза З: застосовується в тих же випадках, що й попередня, але більш тверда й міцна
Фосфориста бронза D: Перевершує вже згадані по твердості й міцності. Має рейтинг "гарна" для холодної обробки й "погана" для гарячої
Фосфориста бронза Е: має електричну провідність у з - 4 рази вище вже згаданих бронз, застосовується для вироблення проводів і електричних контактів. Має рейтинг "чудова" для холодної обробки й “гарна" для гарячої
Дзвонова бронза: тверда й стійка до розтріскування навіть у тонкі шарах
Римська бронза: розповсюджений сплав, використовуваний при виливку скульптур у Прадавньому Римі.
Марганцева бронза: сплав 95% міді 5% марганцю. У торгівлю надходить за назвою "Ливарна ювелірна бронза" (Jewelers Casting Bronze) або "Ливарна латунь" (Casting Brass). Добре відливається.
Бронза легко піддається зварці, а додатки різних металів надають їй властивості, необхідні в тій чи іншій області. Приміром, берилій і кремній дають можливість використовувати бронзові деталі при значному підвищенні температури, свинець і цинк знижують коефіцієнт тертя і дозволяють використовувати вироби з цього матеріалу там, де труться механізмів ведуть до сильному зносу самого агрегату.
Page updated
Google Sites
Report abuse