Чорна металургія. Комбінування у чорній металургії. Сполуки заліза залишаються важливими матеріалами, що використовують у сучасному господарстві. Чисте залізо м’яке і тому придатне лише для виготовлення прикрас. Те, що ми називаємо залізом, насправді - його сплави з різним вмістом вуглецю - чавун та сталь (мал. 93, 94). Чавун важкий, добре проводить тепло, тому з нього виготовлять батареї опалення, ванни, пательні, а також верстати, деталі для двигунів, сільгоспмашин тощо. Але через високий уміст вуглецю чавун крихкий і розтріскується від удару. Через те частину чавуну переплавляють на різні сорти сталі.

Чорна металургія - складний комплекс виробництв. Провідна роль у ньому належить послідовній металургійній переробці: збагачена залізна руда → чавун → сталь → прокат. Прокат - кінцева продукція металургії, яку одержують на прокатних станах шляхом обробки металу тиском. Так надають йому різної форми. Існує прокат листовий (листи та рулони), сортовий (наприклад, кола, квадрати, кути, балки, залізничні рейки), трубний (труби різного діаметра) та спеціальний або фасонний (колеса, кулі, сталеві канати тощо). Оскільки зазначені послідовні виробництва поєднано у межах одного підприємства, його називають металургійним комбінатом. Паралельно з металургійною переробкою розвивається ряд інших виробництв, які забезпечують основний технологічний процес: коксування вугілля (для одержання високоякісного вуглецевого палива - коксу), виробництво вогнетривких матеріалів (для обкладання печей та форм для розливу металу), флюсів (для очищення металу від шкідливих домішок), феросплавів тощо. Чорна металургія нині комбінується з підприємствами й іншого профілю, які використовують її кінцеву продукцію або відходи для власного виробництва. Так, типовими супутниками металургії стали теплова енергетика, металомістке машинобудування, хімічна та цементна промисловість.

Мал. 93. Залізорудні окотки

Мал. 94. Чавун

Для чорної металургії також є характерним високий рівень концентрації виробництва, який зумовлений застосуванням обладнання великої потужності. У ряді країн понад 3/4 чавуну та 2/3 сталі дають величезні металургійні комбінати (мал. 95).

Мал. 95. Сталь

Чинники розміщення чорної металургії. Чорна металургія - дуже матеріаломістке виробництво, яке потребує різної сировини. На виготовлення 1 т чавуну витрачається не менш ніж 1,5 т залізної руди, 1,2-1,5 т коксівного вугілля, понад 0,5 т флюсових вапняків, 150 кг вогнетривкої глини і до 30 м3 води. Для одержання високоякісної сталі з певними властивостями також потрібні легуючі метали: марганець, хром, молібден, нікель, кобальт, ванадій та інші. Оскільки у чорній металургії на сировину й паливо припадає приблизно 85-90 % витрат, у минулому єдиним чинником розміщення металургійних комбінатів був сировинний. Найвдалішим вважалося територіальне поєднання покладів залізної руди та коксівного вугілля. Протягом тривалого часу більшість центрів чорної металургії формувалась у межах вугільних басейнів Європи, США, Росії. В інших місцях складалися металургійні райони біля потужних родовищ залізних руд. Сировину, якої бракувало, довозили.

У наш час завдяки новим більш прогресивним технологіям плавлення сталі матеріаломісткість виробництва у ряді країн знижується. До того ж у високорозвинутих країнах виснажуються власні ресурси. Усе це привело до спорудження нових комбінатів з орієнтуванням на транспортний чинник, найчастіше - водний транспорт. «Припортова» чорна металургія склалася в тих країнах, які або забезпечені недостатньо власною сировиною, або зорієнтовані на експорт чавуну та сталі на світовий ринок.

Сучасні технології виробництва чавуну і сталі. На початку XXI ст. близько 80 % сталі виплавляється на підприємствах з повним металургійним циклом, що складається з послідовних стадій: виплавляння чавуну в доменній печі, сталеплавильного та прокатного виробництва (мал. 96). Існує також бездоменна металургія, яка дає змогу одержувати високоякісну сталь, обминаючи стадію доменного виробництва. При цьому зникає необхідність у ряді виробництв, що здешевлює кінцеву продукцію й сприяє зменшенню шкідливих викидів у атмосферу. Зростає роль переробної металургії, яка плавить вторинні метали з металобрухту. Такі підприємства наближені до споживача металу.

Мал. 96. Комбінат з повним металургійним циклом

Унаслідок науково-технічного прогресу удосконалилися технології виплавлення сталі. У попередні століття домінував старий мартенівський спосіб, який потребував багато коксового палива, а процес тривав 5-12 год. Нині за такою ж застарілою й неекологічною технологією виплавляють лише близько 7 % сталі у світі. Україна майже повністю відмовилася від подібної технології. Серед провідних країн світу в наш час домінує конвертерний тип виробництва, що дає понад половину сталі (мал. 97). Замість коксу конвертер продувають киснем, який підтримує високу температуру плавлення, що триває усього 35-60 хв. Найбільш прогресивним є електродуговий спосіб, за якого плавлення відбувається за рахунок електроенергії. Ця передова технологія, яка нині дає 41 % сталі, уможливлює без шкоди для довкілля швидке виплавляння високоякісної сталі. У 2012 р. у місті Дніпрі був уведений у експлуатацію сучасний електросталеплавильний завод, що належить компанії «Інтерпайп».

Мал. 97. Прокатний цех

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.

Мал. 98. Виробничий цикл кольорових металів

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 витрачається 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.

Металургія алюмінію має певні особливості у своєму розміщенні. У земній корі алюміній - найпоширеніший метал, проте промислова концентрація його у породі трапляється рідко. Тому спочатку із бокситів (найбільш якісної алюмінієвої руди) вилучають глинозем, на виробництво якого витрачається 4-8 т руди, 6 т вапняків та 0,5 т соди. Це виробництво наближене до сировини. Потім з глинозему плавлять металевий алюміній. Ця стадія вимагає значних витрат електроенергії - 17 тис. кВт • год. Тому найчастіше бувають територіально роз’єднані дві стадії алюмінієвої промисловості: виробництво глинозему тяжіє до сировини, а виплавлення металевого алюмінію - до електростанцій.

Екологічні проблеми металургії. Металургія належить до найбільш неекологічних виробництв. Кожна стадія переробки сировини негативно впливає на довкілля. Під час видобутку руд відкритим способом утворюються кар’єри, які знищують природні екосистеми. Часто вони призводять до зниження рівня підземних вод. Збагачення руд супроводжується нагромадженням на земній поверхні великої кількості пустої породи. Під час роботи металургійних підприємств у повітря потрапляє велика кількість отруйних речовин, зокрема сполуки Нітрогену (гази рудого кольору, так звані лисячі хвости) та Сульфуру. Внаслідок їх взаємодії з водяною парою випадають кислотні дощі. Відходи виробництв також забруднюють водойми та ґрунти.

Мал. 99. «Лисячі хвости» над металургійним комбінатом

Головним шляхом розв’язування екологічних проблем металургії є впровадження нових технологій плавлення металу, що дає змогу зменшити викиди шкідливих речовин у навколишнє середовище. Комплексне використання сировини уможливить використовування відходів металургії як сировини для інших виробництв. Наприклад, коксовий газ - для синтезу азотних добрив, шлаки доменного виробництва - для цементної промисловості, сполуки Сульфуру - для синтезу сульфатної кислоти.

ПЕРЕВІР СЕБЕ

1. Яке значення має металургійне виробництво в сучасному господарстві? Як змінюються з часом потреби у чорних та кольорових металах? 2. Назвіть основні складники металургійної промисловості. 3. Чому в чорній металургії використовують комбінування та концентрацію виробництва? Що таке повний металургійний цикл? 4. Поясніть, як змінилися з часом чинники розміщення комбінатів чорної металургії. 5. Порівняйте чинники розміщення підприємств металургії важких та легких металів. 6. Які виникли екологічні проблеми металургії? Які існують шляхи їх подолання? 7*. Назвіть у себе вдома предмети, у виробництві яких використано чорні та кольорові метали. 8*. Як люди задовольнятимуть потреби у металах, коли виснажаться поклади рудних ресурсів у земній корі? Поміркуйте, якими речовинами можна замінити метали.