Введение
Металлу́ргия — (от др.-греч. μεταλλουργέω — добываю руду, обрабатываю металлы) — область науки и техники, охватывающая процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, связанные с изменением химического состава, структуры и свойств металлических сплавов. В первоначальном, узком значении — искусство извлечения металлов из руд. В настоящее время металлургия является также отраслью промышленности.
К металлургии относятся:
- производство металлов из природного сырья и других металлосодержащих продуктов;
-получение сплавов;
-обработка металлов в горячем и холодном состоянии;
-сварка;
-нанесение покрытий из металлов;
-область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов, интерметаллидов и сплавов.
К металлургии примыкает разработка, производство и эксплуатация машин, аппаратов, агрегатов, используемых в металлургической промышленности.С металлургией тесно связаны коксохимия, производство огнеупорных материалов.Обобщённое название лиц, занятых в металлургии — металлург.
Разновидности металлургии
В мировой практике исторически сложилось деление металлов на чёрные (железо и сплавы на его основе) и все остальные - нечерные (англ. Non-ferrous metals) или цветные металлы. Соответственно, металлургия часто подразделяется на чёрную и цветную.
Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов, производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов.
К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).
По основному технологическому процессу подразделяется на пирометаллургию и гидрометаллургию.
Пирометаллургия (от др.-греч. πῦρ — огонь) — металлургические процессы, протекающие при высоких температурах (обжиг, плавка и т.п.). Разновидностью пирометаллургии является плазменная металлургия.
Гидрометаллургия (от др.-греч. ὕδωρ — вода) — процесс извлечения металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и различных водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, цементацией, электролизом).
Во многих странах мира идет интенсивный научный поиск по применению различных микроорганизмов в металлургии, то есть применение биотехнологии (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов). К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь, золото, цинк, уран, никель из сульфидного сырья. Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств.
Археологические исследования свидетельствуют о том, что человечество добывало металл с давних пор. В частности, обнаруженные в 50—60-х годах XX века в юго-западной части Малой Азии следы выплавки меди датируются VII-VI тысячелетием до н. э. Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией в V-VI тысячелетии до н. э. были найдены в Майданпеке, Плочнике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н. э., относящийся к культуре Винча)[7], Болгарии (5000 лет до н. э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определён.В культуре ранних времён присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» — египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н. э. Но, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, названный бронзой, люди в 3500 годы до н. э. вступили в Бронзовый век.
В бронзовом веке (III—I тысячелетие до н.э.) применение получили изделия и орудия труда из сплавов меди с оловом (оловянная бронза). Этот сплав — древнейший сплав, выплавленный человеком. Считается, что первые изделия из бронзы получены за 3 тыс. лет до н.э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позже бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов (алюминиевые, бериллиевые, кремненикелевые и др. бронзы, сплавы меди с цинком, называемые латунью, и др.). Бронзы применялись вначале для производства оружия и орудий труда, затем для отливки колоколов, пушек и т.д. В настоящее время наиболее распространены алюминиевые бронзы, содержащие 5—12 % алюминия с добавками железа, марганца и никеля.
Вслед за медью человек стал использовать железо.Общее представление о трёх «веках»— каменном, бронзовом и железном — возникло ещё в античном мире (Тит Лукреций Кар). Термин «железный век» был введён в науку в середине XIX века датским археологом К. Томсеном[5].
Получение железа из руды и выплавка металла на основе железа было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н. э., что стало началом Железного века. В расшифрованных хеттских текстах XIX века до н.э. упоминается о железе как о металле, «упавшем с неба». Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян.
Принято считать, что человек впервые познакомился с метеоритным железом. Косвенным подтверждением этому является названия железа на языках древних народов: «небесное тело» (древнеегипетский, древнегреческий), «звезда» (древнегреческий). Шумеры называли железо «небесной медью». Возможно, поэтому всё, что было связано в древности с железом, было окружено ореолом таинственности. Люди, добывающие и перерабатывающие железо, были окружены почётом и уважением, к которым примешивалось и чувство страха (их часто изображали колдунами).
Ранний железный век Европы охватывает период X—V веков до н.э.. Этот период получил название гальштатская культура по названию города Гальштат в Австрии, возле которого были найдены железные предметы того времени. Поздний или «второй железный век» охватывает период V—II веков до н.э.— начало н.э. и получил название латенская культура — по одноименному месту в Швейцарии, от которого осталось много железных предметов. Латенская культура связывается с кельтами, считавшимися мастерами изготовления различных орудий из железа. Большое переселение кельтов, начавшееся в V веке до н.э., способствовало распространению этого опыта на территории Западной Европы. От кельтского названия железа «изарнон» произошли немецкое «айзен» и английское «айрон».
В конце II тысячелетия до н.э. железо появилось в Закавказье. В степях Северного Причерноморья в VII—I веках до н.э. обитали племена скифов, создавших наиболее развитую культуру раннего железного века на территории России и Украины.
Вначале железо ценилось очень дорого, использовалось для изготовления монет, хранилось в царских сокровищницах. Затем оно стало всё активнее использоваться как орудие труда, и как оружие. Об использовании железа в качестве орудий труда упоминается в «Илиаде» Гомера. Там же упоминается о том, что Ахилл наградил победителя дискобола диском из железа. Греческие мастера уже в древние времена использовали железо. В построенном греками храме Артемиды барабаны мраморных колонн храма были скреплены мощными железными штырями длиной 130, шириной 90 и толщиной 15 мм.
Пришедшие в Европу народы с Востока внесли свой вклад в распространение металлургии. По преданию, колыбелью монголов и туркменов были богатые рудами Алтайские горы. Своими богами эти народы считали тех, кто ведал кузнечным ремеслом. Доспехи и оружие воинственных кочевников из Средней Азии было сделано из железа, что подтверждает их знакомство с металлургией.
Богатые традиции производства изделий из железа имеются в Китае. Здесь, возможно ранее, чем у других народов, научились получать жидкий чугун и делать из него отливки. До наших дней сохранились некоторые уникальные отливки из чугуна, изготовленные в первом тысячелетии н.э., например, колокол высотой 4 и диаметром З метра, массой 60 тонн.
Известны уникальные изделия металлургов древней Индии. Классическим примером является знаменитая вертикально стоящая Кутубская колонна в Дели массой 6 тонн, высотой 7,5 метров и диаметром 40 см. Надпись на колонне гласит, что она сооружена примерно в 380—330 годах до н.э. Анализ показывает, она сооружена из отдельных криц, сваренных в кузнечном горне. На колонне нет ржавчины. В захоронениях древней Индии найдено стальное оружие, изготовленное в середине первого тысячелетия до н.э.Таким образом, следы развития чёрной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т. д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т. п.). Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.
Добывающая металлургия заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлечённого сырья в чистый металл. Для того, чтобы превратить оксид или сульфид металла в чистый металл, руда должна быть отделена физическим, химическим или электролитическим способом.
Масштабы переработки руд в мире огромны. Только на территории СССР в конце 1980-х, начале 1990-х годов ежегодно добывалось и подвергалось обогащению более 1 млрд тонн руды.
Металлурги работают с тремя основными составляющими: сырьём, концентратом (ценный оксид или сульфид металла) и отходами. После добычи большие куски руды измельчаются до такой степени, когда каждая частица является либо ценным концентратом либо отходом.
Металлургические предприятия в Казахстане
Строительство Казахского металлургического завода началось во время Великой Отечественной войны. Место для будущего завода было выбрано в январе 1942 рядом с Карагандинской ГРЭС-1, первой районной электростанцией Казахстана. Базой служили угли Карагандинского бассейна, в качестве источника технической воды — Самаркандское водохранилище. В 1970 на территории завода было организовано сортопрокатное производство комбината (СПП), ныне недействующее.
В 1950-х к востоку и юго-востоку от города началось сооружение новых цехов, объявленное Всесоюзной молодёжной стройкой. В строительстве также участвовали бывшие заключённые Карлага и болгарская молодёжь, что позже косвенно послужило началу темиртауского восстания в 1959 году. Первая продукция Карагандинского металлургического завода выдана в 1960 году. В 1970 году образован металлургический комбинат, с включением в его состав металлургического завода, Атасуского и Южно-Топарского рудоуправлений и Алексеевского доломитового карьера (ныне АДР ССГПО). Железную руду поставляли с Соколовско-Сарбайского и Лисаковского горно-обогатительных комбинатов.
Соколо́вско-Сарба́йское горно-обогатительное производственное объединение (АО ССГПО) — крупнейшее казахстанское предприятие по добыче и обогащению железных руд, входящее в состав Евразийской корпорации природных ресурсов (ENRC).
30 июня 1954 года Советом министров СССР было принято решение о начале строительства Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного производственного объединения на базе Соколовского и Сарбайского месторождений магнетитовых руд. В августе 1957 года предприятие отправило первый эшелон товарной руды челябинским металлургам.
В 1995 году предприятие получило приз «Золотой глобус» от международного «Фонда развития Востока» за выпуск конкурентоспособной продукции, участие в развитии экономики Казахстана и интеграцию в мировую экономику, а также приз коммерческого престижа и лучшей торговой марки от Национального маркетингового института.
Лисако́вский горно-обогатительный комбинат (каз.Лисаковсккенбайыту комбинаты) — казахстанский производитель железорудного сырья, градообразующее предприятие города ЛисаковскКостанайской области.Сырьевая база предприятия включает Лисаковское месторождение железа. Контролируется металлургической компанией АО «АрселорМиттал Темиртау», через дочернее ТОО «Оркен», за которым законтрактовано 20 % запасов железа Республики Казахстан и одного из двух крупнейших игроков на этом сегменте рынка (наряду с ССГПО холдинга ENRC).
Лисаковское месторождение бурожелезняковых оолитовых железных руд открыто в 1949 году Уральским геологическим управлением. Разведано в 1950-х годах, а в 1970-м на его базе был образован горно-обогатительный комбинат в составе карьера, обогатительной фабрики и двух опытно-промышленных фабрик по обогащению и окомкованию руды. Технический проект ГОКа был спроектирован институтом «Гипроруда». В 1967 году рядом с комбинатом возник Лисаковск, получивший в 1971-м статус города.
Жайре́мский горно-обогатительный комбинат (каз.Жәйремкенбайыту
комбинаты, англ. Zhairem GOK) — казахстанская компания-производитель полиметаллического и марганцевого сырья, градообразующее предприятие посёлка Жайрем[2] города Каражал Карагандинской области. Один из основных производителей марганцевого концентрата Казахстана, входит в тройку крупнейших компаний горно-добывающей сферы области[3]. Офис компании расположен в городе Караганде. Принадлежит горнометаллургической компании «Казцинк», подконтрольной транснациональной группе Glencore. До декабря 2014 года входил в состав холдинга ENRC.
Первая очередь Жайремского горно-обогатительного комбината сдана в эксплуатацию 30 декабря 1976 года. Строительство ГОКа на базе Жайремскогобарито-полиметаллического месторождения, открытого в 1959 году, было объявлено Всесоюзной ударной комсомольской стройкой.
Донской горно-обогатительный комбинат создан в 1938 году. На предприятии работают около 6 тысяч человек.
В состав комбината входят две шахты и две обогатительные фабрики, являющиеся самыми крупными в мире по добыче и переработке хромового сырья в годовом исчислении.
Донской ГОК производит свыше 2,6 млн. тонн товарной хромовой руды в год, что составляет около 20% от уровня общемирового производства. В 1992 году комбинат стал членом Международной ассоциации развития хромовой промышленности (ICDA).
За успешную деятельность и честную конкуренцию в 1997 году комбинат был награжден международным знаком «Золотой орел». По итогам 2000 года Министерством государственных доходов Республики Казахстан Донскому ГОКу присвоено звание «Лучший налогоплательщик года».
Комбинат планомерно осуществляет ввод новых мощностей и до 2002 года планирует инвестировать в производство 24 млн. долларов. Запущен первый пусковой комплекс шахты имени «10-летия независимости Казахстана» мощностью в 600 тысяч тонн руды в год.
Комбинат оказывает материальную помощь участникам войны, пенсионерам, многодетным семьям и малоимущим. Как градообразующее предприятие Хромтау, Донской ГОК поддерживает городскую инфраструктуру. Предприятие имеет собственную телестудию.
Ферросплавные заводы Казахстана
Транснациональная компания «Казхром» образована в 1995 году. В компанию входят Актюбинский и Аксуский заводы ферросплавов, а также Донской горно-обогатительный комбинат. Еще в 1997 году Казахстан благодаря «Казхрому» вышел на 2-е место в мире по объему производства хромистых сплавов. Ферросплавы компании продаются на всех основных мировых рынках ферросплавов, в том числе в США, Европе, странах Юго-Восточной Азии (Японии, Корее, Тайване).
В номенклатуру выпускаемых сплавов помимо феррохрома всех марок, включая металлический хром, входят высококремнистый ферросилиций (65-75% Si, 1,0-2,0% Al), ферросиликохром, низкофосфористый силикомарганец.
С 1995 по 2000 годы объем капитальных вложений компании составил 167 млн. долларов США. Рост объема реализованной продукции (в денежном выражении) за тот же период достиг 208%. Объем производства товарной продукции за последние четыре года по ферросплавам вырос на 51%, а по хромовой руде - на 45%.
Аксуский завод ферросплавов, первоначально ориентированный на производство ферросилиция, стал одним из крупнейших и уникальнейших заводов в мире. Здесь осуществляется крупномасштабное производство хромистых, кремнистых и марганцевых сплавов. Проектная мощность завода - 1 млн. тонн ферросплавов в год. На предприятии работают более 6 тысяч человек. В единый производственный комплекс входят 4 ферросплавных цеха, 26 электропечей, 2 цеха подготовки шихты, автотранспортный, железнодорожный и ремонтные цеха, то есть в общей сложности всего 42 подразделения.
АЗФ является одним из первых казахстанских предприятий, на котором был проведен экологический аудит. За последние четыре года завод вложил в реализацию экологических программ почти 1 млрд. тенге. Однако не только на экологию АЗФ инвестирует свою прибыль - завод осуществляет перспективную инвестиционную программу до 2005 года, которая предусматривает освоение денежных средств в размере 14,5 млрд. тенге.
В соответствии с требованиями международных стандартов, в 2001 году на АЗФ с помощью немецкой фирмы TUV завершен процесс сертификации системы качества серии ИСО 9002. На заводе в этом году выход высококачественной продукции достиг уровня 90%.
Социальная политика предприятия направлена на создание благоприятных и безопасных условий труда и социальную защищенность своих работников. Ежегодно предприятие расходует на эти цели более 1,5 млрд. тенге.
Актюбинский ферросплавный завод (ОАО «Феррохром») - первенец черной металлургии Казахстана пущен в строй в 1943 году. В последствии производственные мощности завода были расширены, налажен выпуск всех видов хромистых сплавов. Однако к моменту образования ТНК «Казхром» производство было ограничено лишь выплавкой высокоуглеродистого феррохрома.
Возобновление с 1996 года производства рафинированных марок феррохрома стало возможным лишь благодаря целенаправленной работе нового менеджмента, инвестициям и поиску новых рынков сбыта. Сегодня на предприятии работают более 3 тысяч человек. За последние годы кроме основной продукции здесь освоен выпуск жидкого стекла, хроморудных брикетов, силикатного кирпича, огнеупорных изделий из шлака феррохрома. С целью стабилизации энергоснабжения в 2000 году была приобретена газотурбинная электростанция, которая обеспечивает завод собственной дешевой электроэнергией.
С 1999 года начато производство нового вида продукции - металлического хрома.
В последнее время завод усиленно занимается отработкой технологии получения высокопроцентного (70%) ферротитана из ильменитового концентрата Шокашского месторождения в Актюбинской области. Получены положительные результаты по обогащению коллективного концентрата и получению богатого (до 80% двуокиси титана) безжелезистого (3-5% Fe) рутилового концентрата.
Актюбинский завод ферросплавов
Актюбинский завод ферросплавов — предприятие-первенец черной металлургии Казахстана. Выпускает сплавы железа с хромом, титаном и др. металлами. АЗФ ныне реорганизованное предприятие в составе ТНК «Казхром».
Строительство завода началось в 1940 году близ месторождений хромитовых руд (г. Хромтау). В 1943 году 20 января была запущена первая печь «Комсомолка» и получены первые тонны важнейшего для страны металла. (В 1943 году произведена первая плавка феррохрома.) В 1951 году налажены производство ферротитана, в 1958 — феррохрома. В последующие годы внедрена технология получения феррохрома вакуумтермическим способом. Продукция выпускается по отечественным и европейским стандартам, экспортируется в страны Европы, Японию и США.
Актюбинский завод ферросплавов получил сертификат системы управления охраной окружающей среды ИСО-14001.Сертификат подтверждает, что предприятие улучшило работу по реализации экологических и природосберегающих технологий. Стоить отметить, что крупнейший производитель феррохрома АЗФ входит в чисо промышленных предприятий, деятельность которых заметно влияет на загрязнение окружающей среды, Актюбинской области.Как сообщил заместитель гендиректора транснациональной компаний «Казхром» Олег Приватов, завод добился не только снижения выбросов, но и улучшил защиту своих рабочих от вредного воздействия производства. В Казахстане и в целом в странах СНГ лишь единицы предприятий смогли получить сертификат ИСО-14001.
Основные цеха АЗФ
АЗФ в своем составе имеет 4 основных электроплавильных цеха и восемь вспомогательных, обеспечи-вающих работоспособность основных. Предприятие АЗФ ТНК «Казхром» располагается на 3-х площадках:
· площадка № 1 – Завод феррославов 20 январь 1943 года
· площадка № 2 – Карьер «Шолоксай-Южный» апрель-май 1944 год
· площадка №3 – Резиденция АО «ТНК Казхром»1945-1950 года
· Площадка №4 – Плавильный цех
На предприятии имеются полигоны для размещения отходов производства и потребления: шлакоотвал площадью 47 га и площадка строительных отходов (ПСО) площадью 1,78 га. На шлакоотвале размещаются от-вальные шлаки, на ПСО – производственно-строительные отходы.
Строительство и ввод в эксплуатацию цеха увеличат извлечение хрома, снизят расход восстановителей за счет подогрева шихты отходящими газами, расход электроэнергии и количество образующейся пыли, а также полностью утилизируют образующиеся при производстве феррохрома текущие шлаки.
Кроме того, установка современной плавильной печи приведет к существенному улучшению состояния окружающей среды и повышению безопасности на производстве.