Виробництво сталі

 Основним видом виробляємої  в кольоровій металургії є  метали. Розрізняють чорнові та  рафіновані метали. Чорновими називають метали, що містять у своєму складі шкідливі домішки, які погіршують споживчі якості певного металу, а також домішки цінних елементів – супутників. Чорнові метали підлягають очищенню від домішок – рафінуванню.     

 Шлаки є вторинним продуктом металургійних процесів. Вони утворюються внаслідок ошлакування оксидів пустої породи і флюсів. В їх складі може також знаходитись деяка кількість корисних металів. Тому шлаки попередніх років утворення, які розміщені у відвалах, можуть бути сировиною в послідуючі роки при наявності відповідної технології їх переробки. Крім того, з шлаків можна вилучати залізо, виготовляти цемент, ситали та інші матеріали для різних галузей народного господарства. Вихід шлаків при плавці руд або концентратів кольорових металів дуже великий і складає понад 60 % від маси рудної частини шихти.    

 Штейни є проміжним продуктом  поліметалургійної переробки мідних, нікелевих і частково свинцевих  руд і концентратів. Вони являють  собою сплав сульфідів важких  кольорових металів із сульфідами заліза, в якому розчинені домішки. Штейни утворюються у рідкому стані і практично не змішуються з рідкими шлаками, що дозволяє розділити їх простим відстоюванням    

 Газ і пил, що утворюються  у металургійному процесі, цілком  визначаються типом перероблюваної сировини і особливостями самого процесу. Вихідні гази поділяються на топкові, які є продуктом спалювання палива, та технологічні, що утворюються завдяки хімічним реакціям між компонентами перероблюваної сировини. Основними компонентами газів кольорової металургії є: сірчаний ангідрид, діоксид і оксид вуглецю та пари води. Крім того в газах обов’язково присутній азот, вільний кисень, хлор, сполуки миш’яку та інші. Температура вихідних газів дорівнює 800 … 1300оС.     

 Пил, який утворюється внаслідок технологічного процесу, умовно ділять на грубий (3.. 3000 мкм) і тонкий з розмірами часток менше 0,1 мкм. Грубий пил за хімічним складом ідентичний складу вихідного матеріалу, з якого він утворився. Звичайно, грубий пил повертають в обіг або об’єднують із продуктами даного процесу. Тонкий пил утворюється переважно завдяки сублімації легко летких компонентів. Тонкий пил в кольоровій металургії називають «перегоном».За своїм хімічним складом тонкий пил різко відрізняється від вихідного матеріалу – він збагачений леткими компонентами, такими як свинець, кадмій, цинк, індій, германій. Перегони є цінною сировиною для вилучення з них вищеназваних елементів, а тому вони обов’язково повинні піддаватися паралельній переробці за своєю технологією.     

 Розчини. Розчинами називають продукти процесу вилуджування (розчинення), в яких розчинена речовина знаходиться в стані молекулярного роздрібнення. Це робить їх досить стійкими, які не розділяються при тривалому стоянні. Найважливішою характеристикою розчинів є їхня концентрація, тобто відносна кількість даної речовини в розчині.      

 Кеки являють собою порошкоподібні  матеріали. За природою утворення  розрізняють два вида кеків:  – нерозчинені залишки вилуженого  матеріалу; – продукти (осади)  цементаційного, коагуляційного або гравітаційного осадження розчинених металів у вільному стані або у формі нерозчинених хімічних сполук. Іншими дуже численними різновидами продуктів металургійного процесу є окатиші, агломерати, спіки і сплави.     

 Географія галузі. Кольорова металургія України не дуже поширена через обмеженість різновидів руд та їх запасів. Сировинна база кольорової металургії України подана запасами алюмінієвої сировини (бокситів, нефелінів, алунітів), значними ресурсами титану, цирконію, магнієвої сировини. Розвідані також родовища інших рідкісних кольорових металів.       

 Виробничий комплекс галузі  складається з гірничодобувних  підприємств, збагачувальних фабрик, металургійних і металообробних  заводів. В Україні діють Іршанський  державний гірничо-збагачувальний комбінат (Житомирська область), де видобувають титанові руди, Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат по видобутку титанових і цирконієвих руд, Побузький нікелевий завод, Артемівський завод по обробці кольорових металів, Торезький завод наплавочних твердих сплавів, Дніпропетровський алюмінієвий завод, Свердловський завод алюмінієвих сплавів (Луганська область), завод повторного свинцю «Укрцинк», Дніпропетровський завод твердих сплавів, напівпровідникових матеріалів та полікристалічного кремнію, Миколаївський глиноземний завод, Никитовський ртутний комбінат, Запорізький титаномагнієвий комбінат та інші підприємства. Технологічні процеси  
     При виробництві кольорових металів процеси поділяються на дві групи: пірометалургійні і гідрометалургійні.    

 Пірометалургійні процеси проводять  при високих температурах частіше  з повним і рідше з частковим  розплавленням металу, а гідрометалургійні  – у водних середовищах при  температурі не вище 300оС з  частковим розплавленням металу.   

 В окрему групу виділені електрометалургійні процеси, які можуть бути як піро-, так гідрометалургійними. Відмінною рисою цих процесів є використання електроенергії як рушійної енергетичної сили для їх перебігу.   

 Пірометалургіні процеси за  характером протікаючих перетворень, поведінки компонентів, що беруть участь у процесі, і кінцевими результатами поділяють на три групи: випал, плавка і дистиляція.       

Випал – металургійний процес, проведений при високих температурах (500-1200°С) в межах зміни мінералогічного  і хімічного складів перероблюваної сировини.    

 Плавка – це пірометалургійний  процес, проведений при температурах, що забезпечують у більшості  випадків повне розплавлення  перероблювального металу. Розрізняють  плавки рудні і рафінувальні. Є різні технології рудних плавок – все залежить від виду кольорових металів і їх руд. При цих плавках одержують метали з різними домішками. Рафінувальні плавки проводять з метою очищення металів від домішок. В основі їх лежать розбіжності в деяких фізико-хімічних властивостях основного металу і його домішок.     

 Дистиляція – процес випаровування  речовин при температурі дещо  вищій точки її кипіння, що  робить можливим сублімацією  розділити компоненти оброблюваного  матеріалу залежно від їхньої  леткості. Дистиляцією користуються як для переробки рудної сировини, так і для видалення легколетких домішок при рафінуванні або розподілі металевих сплавів. Дистиляцією з метою рафінування називають ректифікацією.   

 Гідрометалургійні процеси.  Гідрометалургійні процеси протікають  при низьких температурах на межі поділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Будь-який металургійний процес складається з трьох основних стадій: вилужування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.   

 Вилужування – процес перетворення  вилучених металів у розчин (розчинення) при впливі розчинника на перероблювальний матеріал часто при газовому реагенті – кисні, водні та інших. Внаслідок вилужування одержують два продукти: розчин вилуженого металу забруднений домішками, і нерозчинений залишок, що складається з пустої породи. В якості розчинників використовують воду, розчин кислот, лугів або солей.     

 Очищення розчинів від домішок  проводять з метою запобігання  їх потрапляння у вилучений  метал при наступному його  осадженні. Для очищення розчинів вилужування від домішок використовують методи хімічного осадження неорганічними або органічними реагентами, гідроліз, кристалізацію або цементацію.    

 Осадження металів з очисних  розчинів від вилужування проводять  електролізом водяних розчинів, цементацією або відновленням газопереробними відновлювачами під тиском.    

 Іонообмінний процес ґрунтується  на спроможності деяких речовин  (іонітів) поглинати іони з  розчину в обмін на іони  того ж знаку, що входять  до складу іоніту.   

 В гідрометалургії кольорових металів, особливо при виробництві рідкісних і благородних металів все більше застосування набувають сорбційні (особливо хемосорбція) і екстракційні процеси.  

 Застосування цих процесів  спрямоване на вирішення таких  задач: 1) переведення цінного металу  після вилужування з одного розчину в інший більш зручний за сольовим складом для наступної переробки; 2) концентрування металів із розведених розчинників і пульп; 3) селективний розподіл металів і очищення розчинів від домішок.

Вплив кольорової металургії на довкілля  
    Ступінь впливу кольорової металургії на навколишнє середовище аналогічний впливу підприємств чорної металургії.    

Щорічно підприємствами кольорової металургії України викидається в атмосферу  до 3000 тис.т шкідливих речовин. Забруднення  атмосфери підприємствами кольорової металургії характеризується переважно викидами діоксиду сірки (75% від сумарного викиду в атмосферу), оксидів вуглецю (10,5%) та пилу (10,4%).   

 Слід зазначити, що при  пірометалургійній переробці руд  та концентратів утворюється значна кількість відхідних сірковмісних газів, для утилізації яких відсутні необхідні технології. Внаслідок цього ступніь вловлювання діоксиду сірки на підприємствах кольорової металургії не перевищує 22,6%.     

 Актуальнішим завданням для  підприємств кольорової металургії є розробка і реалізація заходів боротьби з шкідливим впливом на довкілля та використання відходів.      

 Охорона атмосферного повітря  на підприємствах по виробництву  кольорових металів полягає в  очищенні та уловленні шкідливих газів. Для цього застосовують батарейні циклони, – чотирипільні сухі електрофільтри, димососи, що встановлюють в кінці системи або перед електрофільтрами. Звичайно є батарейні фільтри над печами і вловлений в них пил самопливом повертається в піч.     

 Щорічно в кольоровій металургії використовується до 1200 млн.м3 свіжої води. Стічні води підприємств кольорової металургії забруднені мінеральними речовинами, флотореагентами, які в більшості своїй токсичні, солями важких металів, сполуками арсену, фторидами, меркурієм, сульфатами, хлоридами тощо.     

Потужні комбінати кольорової металургії є домінантними джерелами забруднення  грунтових шарів як за інтенсивністю, так і за різноманітністю забруднюючих речовин. Це є наслідком того, що на гірничодобувних підприємствах галузі переважає відкритий спосіб добування мінеральної сировини. Утилізація та використання відходів виробництва залишається однією з головних проблем на підприємствах кольорової металургії.