Химическая энциклопедия - металлургия

(от греч. metallurgeo-добываю руду, обрабатываю металлы), область науки, техники и отрасль пром-сти, включающие произ-во металлов из прир. сырья (в частности, руд) и др. металлсодержащих продуктов (в т. ч. из отходов произ-в металлич. материалов, сплавов и изделий), получение сплавов, обработку металлов в горячем и холодном состоянии, сварку, а также нанесение покрытий из металлов. К М. примыкает разработка, произ-во, эксплуатация машин, аппаратуры, агрегатов, используемых в метал-лургич. пром-сти.

Для изучения закономерностей процессов концентриро-вания, извлечения, получения, рафинирования и легирования металлов, а также процессов, связанных с изменением состава, структуры и св-в сплавов и материалов, полуфабрикатов и изделий из них в М. используют физ., хим., физ.-хим. и мат. методы исследования.

М. подразделяют на черную и цветную. Черная М. охватывает произ-во чугуна, стали и ферросплавов (см. Железа сплавы).С М. тесно связаны коксохимия, произ-во огнеупорных материалов. К черной М. относят также произ-во проката, стальных, чугунных и др. изделий (на долю черных металлов приходится ~ 95% всей производимой в мире металлопродукции). В 70-е гг. определилась тенденция замены черных металлов сплавами алюминия и титана, а также композиционными, полимерными, керамич. материалами, что вместе с высоким качеством выпускаемых металлов и низкой металлоемкостью продукции в промыш-ленно развитых капиталистич. странах привело к снижению объема произ-ва черных металлов в этих странах (табл. 1).

Табл.1.-ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ И ЧУГУНА В РЯДЕ СТРАН, МЛН. Т

* Данные за 1985. ** Данные за 1982.

Напр., в СССР в 1988 потребление стали и стеклопластиков составило соотв. 160 и 6 млн. т, в то время как в США-100 и 28 млн. т.

Ц в е т н а я М. включает произ-во и обработку цветных и редких металлов и их сплавов. Попутно пром-сть цветной М. производит разл. хим. соед., материалы, минер. удобрения и др. Металлургии, процессы применяют также для произ-ва полупроводниковых материалов (Si, Ge, Se, Те, As, Р и др.), радиоактивных металлов. Современная М. охватывает процессы получения мн. элементов периодич. системы (кроме газообразных). Объемы произ-ва (1987) нек-рых цветных металлов (тыс. т): США-Аl 3200, Сu 1560, Zn 260, Pb 330 (металл в добытой руде); Япония-Аl 41, Сu 980, Zn 666, Pb 268; ФРГ-Аl 737,7, Сu 421,2 (1986), Zn 370,9 (1986), Pb 366,6 (1986).

Совр. металлургич. произ-во включает след. технол. операции: подготовку и обогащение руд; гидрометаллургич. (см. Гидрометаллургия), пирометаллургич. (см. Пирометаллургия, Металлотермия), электротермич. и электролитич. процессы извлечения и рафинирования металлов; получение изделий спеканием порошков (см. Порошковая металлургия, Спекание); хим. и физ. методы рафинирования металлов; плавку и разливку металлов и сплавов; обработку металлов давлением (прокат, штамповка и т. д.); термич., термомех., химико-термич. и др. виды обработки металлов для придания им требуемых св-в и др.; процессы нанесения защитных и упрочняющих покрытий (на металлы и металлов на изделия).

В обогатит. технологии наиб. распространение получили флотац., гравитац., магн. и электростатич. методы обогащения (см. Обогащение полезных ископаемых, Флотация). Флотац. процессы применяют для обогащения более чем 90% руд цветных и редких металлов. Полученные после обогащения концентраты подвергают сушке, усреднению состава, смешению и окускованию (агломерация, окатывание, брикетирование), для того чтобы повысить их реакц. способность и производительность их послед. передела.

В результате пирометаллургич. процессов (включают окисление, восстановление и др.) происходит концентриро-вание металла и удаление примесей в образующиеся фазы (парогазовая фаза, металлич. и шлаковые расплавы, штейн и твердые в-ва). После разделения фазы направляются на переработку для дальнейшего извлечения ценных составляющих. Для интенсификации металлургич. процессов (в конвертерах и автоклавах) вводят газообразные О 2, Сl2 и др. окислители. В качестве восстановителей применяют С, СО, Н 2 и активные металлы. Распространенные восстановит. процессы-доменная плавка, выплавка вторичной Сu, Sn и Pb в шахтных печах, произ-во ферросплавов и титанового шлака в рудовосстановит. электропечах, магнийтер-мич. восстановление TiCl4 с получением металлич. Ti. Окислит. рафинирование получило развитие в мартеновском и конвертерном произ-вах стали, при получении анодной Сu и в технологии Pb. Для извлечения и рафинирования металлов нашли применение технол. процессы с использованием хлоридов, иодидов и карбонилов металлов, а также дистилляция, ректификация, вакуумная сепарация и сублимация и др. Получили развитие внепечные методы рафинирования стали, процессы в вакууме и среде Аr в технологии высокореакционноспособных металлов (Ti, Zr, Nb и др.).

В гидрометаллургии используют окислит., восстановит. и др. процессы, кислотное и др. выщелачивание, вытеснение элементов из р-ров ( цементация), дробную кристаллизацию, осаждение и гидролиз. Заметное распространение получили сорбционные и экстракционные процессы извлечения элементов орг. сорбентами и экстрагентами из р-ров, пульп, что позволяет исключить операции отстаивания, промывки и фильтрации, а также автоклавные процессы для переработки сульфидных пирротиновых и вольфрамсодержащих концентратов при повыш. т-рах и давлениях.

Произ-во изделий с особыми св-вами и высоким качеством осуществляют методами порошковой М., что позволяет достигать более высоких технико-экономич. показателей по сравнению с традиц. способами. Для получения высокочистых металлов и полупроводниковых материалов применяют зонную плавку, выращивание монокристаллов вытягиванием из расплавов и др. способы. Осн. направление техн. прогресса в области получения отливок из расплавл. металлов и сплавов-это переход к непрерывной разливке стали и сплавов и к совмещению процессов литья и обработки металлов давлением (бесслитковая прокатка Аl, Сu, Zn и др.).

Обработка металлов давлением, кузнечно-штамповочное произ-во и прессование важнейшие технол. процессы на металлургич. и машиностроит. предприятиях. Прокатка-осн. способ обработки металлов и сплавов. Она осуществляется на прокатных станах мощных высокоавтоматизир. агрегатах производительностью неск. млн. т проката в год. Прокаткой производят листовой и сортовой металл, биметаллы, трубы, гнутые и периодич. профили и др. виды изделий. Проволоку получают волочением.

Термич. обработка включает закалку, отжиг и отпуск металлов. Кроме обработки готовых деталей на машиностроит. предприятиях, термообработке подвергают мн. виды продукции на металлургич. заводах стальные рельсы (объемная закалка или закалка головки), толстые листы и арматурные стали, тонкие листы из трансформаторной стали и др. Большое значение в М. имеют процессы химико-термической обработки и нанесение на металл разл. защитных покрытий, напр. оцинкование, лужение (см. Гальванотехника), нанесение пластмасс и др.

Современная М. характеризуется значит. выбросами в окружающую среду (табл. 2,3), в СССР-также незначит. применением непрерывной разливки стали, низким возвратом металлов на повторное использование, низким комплексным использованием сырья и абс. преобладанием в балансе металлов сталей (95%).

Табл. 2.-ВЫБРОСЫ (Т/СУТ НА 1 МЛН. ВЫПЛАВЛЯЕМОЙ СТАЛИ В ГОД) В АТМОСФЕРУ ОСНОВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ В СССР

В СССР в 50-е гг. впервые в мире был разработан метод непрерывной разливки стали, резко снижающий потери металла в процессе произ-ва. В 1986 этим способом разливали в СССР 14% выплавляемой стали, в Японии-92,7, ФРГ-84,6, Юж. Корее-71,19, США-53,4%. Мн. страны, в т. ч. Япония, ФРГ и др., полностью отказались от экологически вредного мартеновского произ-ва стали; осн. методы получения стали в капиталистич. странах кислородно-конвертерный и электросталеплавильный. В СССР значит. кол-ва стали производят мартеновским способом.