Современные технологии добычи и обогащения руд черных и цветных металлов.

Металл - основа народного хозяйства. Он и сегодня является фундаментом созидания, основным материалом, которым пользуется человек. Если проследить весь ход истории, то легко заметить, что с ростом цивилизации, повышением благосостояния общества увеличивается потребность в металле На территории России его находят в уральских степях и в Киргизии в виде мельчайших вкраплений в базальтах, кристаллах таких минералов, как пирит и марказит. Поэтому в природе железо встречается в виде различных сложных и простых соединений, главным образом с кислородом, которые входят в состав минералов, называемых железными рудами. Руды эти располагаются в земной коре различным образом. Некоторые из них находятся так близко к поверхности, что не нужно строить шахты и прокладывать сложные коммуникации или возводить какие-то подземные сооружения для их извлечения. Такие руды добывают открытым способом. Но иногда руда залегает очень глубоко и для того, чтобы извлечь ее на поверхность, приходится предварительно затратить немало труда. На месте крупных залежей железных руд строят огромные предприятия, так называемые ГОКи - горно-обогатительные комбинаты, где руду не только добывают, но и подготавливают к плавке.Желательно, чтобы куски руды, поступающие в печь, были определенного размера (от 30 до 100 миллиметров в поперечнике). Если они очень большие, то для их расплавления требуется много времени, из крупных кусков труднее извлечь (восстановить) железо. Кроме того, в доменной печи между большими кусками руды остаются пустоты, в результате чего полезный объем печи используется не полностью. Поэтому руду, добываемую в виде больших кусков, направляют на дробление.

Дробят руду на конусных или щековых дробилках (Дополнение 1). В этих дробилках руда попадает в пространство между двумя металлическими очень прочными конусами или щеками. Один конус или щека подвижны, вторые закреплены неподвижно.

Все процессы производства металла - его выплавка и очистка от примесей - протекают при высоких температурах, для создания которых затрачивают большие количества твердого, жидкого и газообразного топлива. Кроме того, обработка уже готового металла (прокатка, ковка, термическая обработка и другие операции), как правило, связана с предварительным нагревом металла (Дополнение 4). К металлургическому, как и вообще к любому топливу, используемому в конкретном технологическом процессе, предъявляют особые требования - ведь оно не только источник тепла, но и непосредственный участник химических реакций.

Ценность металлургического топлива, как и всякого другого, определяется количеством тепловой энергии, заключенной в единице его объема, - теплотой сгорания. Поэтому, выбирая вид топлива, учитывают и его экономичность, и величину топливных запасов, и удобство транспортировки, и влияние на окружающую среду, и многое другое. Так, топливо, загружаемое в доменную печь, должно быть прочным (выдерживать большие нагрузки при транспортировании и не истираться в самой печи), пористым (не препятствовать проходу газов, движущихся в домне), достаточно чистым (содержать как можно меньше золы и серы).

Много столетий подряд топливом для выплавки металла был древесный уголь. Валили лес, складывали в кучи, прикрывали дерном и обжигали его, а затем в корзинах доставляли к доменным печам. Уничтожали огромные лесные массивы, а получали немного, правда, чистого (содержащего мало золы и вредных примесей), но очень непрочного, не пригодного для высоких доменных печей, дорогого топлива. Поэтому, как только чугун начали выплавлять в печах большого объема, металлургам пришлось срочно искать, чем же заменить древесный уголь. Таким топливом стал кокс: чтобы получить его, специальные коксующиеся сорта каменного угля нагревают до высокой температуры без доступа воздуха (подвергают сухой перегонке).

В отличие от угля, из которого производят кокс, он прочен, порист, в нем меньше золы и летучих соединений. Коксование осуществляют на коксохимических заводах. Оно, как правило, входит в полный металлургический цикл. Так же как и руду, уголь перед коксованием обогащают - избавляются от большей части минеральных примесей (золы). Спекают уголь в специальных вертикальных печах, соединенных в целые батареи, которые представляют собой ряд одинаковых камер, примыкающих одна к другой. Выглядят они снаружи как стоящие на книжной полке книги-великаны высотой до 7 метров, шириной до 450 миллиметров, в "переплетах" которых сжигают газ. В каждой батарее от 60 до 77 камер. Предварительно измельченный уголь в загрузочном вагоне подают в коксовальную камеру, где его нагревают без доступа воздуха до температуры 1000-1100°С.

Коксование протекает в несколько стадий. Вначале при температуре 200-350°С входящие в состав угля вещества начинают разлагаться, затем уголь размягчается, становится пластичным, и при температуре 450-500°С происходит более глубокое разложение - образуется полукокс (густая и вязкая масса), а при 1000 - 1100°С эта масса спекается в твердый и прочный кокс. Процесс спекания продолжается 12-14 часов. Все рассчитано и предусмотрено: и время спекания, и ширина, и высота камер. Как у хорошей хозяйки, все заботы технологов направлены на то, чтобы коксовый пирог пропекся. Открывается дверь печи, специальный выталкиватель помогает выгрузить пирог в тушильный вагон. Затем кокс охлаждают, сортируют и направляют в доменный цех. Но чего только не получают, кроме кокса, на коксохимических заводах - около 80 различных продуктов! А они в свою очередь являются исходным материалом для изготовления самых разнообразных веществ, в которых нуждаются различные отрасли промышленности, сельское хозяйство, транспорт! Например, коксовый газ. Для него характерна высокая теплота сгорания (при сгорании одного кубического метра этого газа выделяется до 4500 килокалорий тепла), что позволяет использовать его в качестве топлива тут же на металлургическом заводе. Но горит коксовый газ сильно коптящим пламенем. Поэтому его смешивают с доменным газом (тем, который получают при производстве чугуна - газом с довольно низкой теплотой сгорания) и используют для отопления мартеновских печей и нагревательных печей прокатных станов - так называемых нагревательных колодцев, применяют для нужд коммунального хозяйства и бытовых нужд - нагрева воды и приготовления пищи - в тех районах, где нет природного газа и поблизости расположен коксохимический завод. Основным потребителем продукции коксования каменных углей является та самая черная металлургия, с которой мы знакомимся на страницах нашей книги, - около 90 процентов выпускаемого кокса и 60 процентов коксового газа забирает она. Коксохимические продукты требуются и для химической промышленности; например, из бензола, фенола, нафталина, антрацена и других веществ получают до двух тысяч различных красителей. Химико-фармацевтическая промышленность вырабатывает из продуктов коксования множество лекарств и дезинфекционных препаратов. Знакомые всем нам аспирин, нашатырный спирт, карболка, нафталин - ведь они тоже из угля! Различные продукты коксования используют в промышленности пластических масс - при производстве синтетического каучука, кожи, искусственного волокна.