2.1. Сырье. Сырьем называют вещества природного и синтетического происхождения, используемые как исходный материал в производстве промышленной продукции и энергии. По агрегатному состоянию сырье делится на твердое (уголь, торф, руды, сланцы, древесина), жидкое (вода, соляные рассолы, нефть) и газообразное (воздух, природные и промышленные газы). По составу сырье подразделяется на органическое и минеральное. Органическое, в свою очередь, подразделяется по происхождению на растительное и животное. К минеральному сырью относятся полезные ископаемые, добываемые из недр земли. Их особенностью является невозобновляемость по мере добычи и использования. Неравномерность распределения сырьевых ресурсов по поверхности земли и ее недрам, концентрация полезных веществ и химический состав определяют стоимость добычи и переработки сырья. Минеральное сырье является важнейшим сырьем промышленности. Оно включает в себя около 2500 различных минералов, отличающихся друг от друга по химическому составу, физическим свойствам, кристаллической форме, по применению и прочим признакам. Минеральное сырье делят на рудное (Рудным сырьем называют полезные ископаемые, содержащие один или несколько металлов в количестве и форме, допускающими их экономически выгодное извлечение), нерудное (сырье, используемое в производстве неметаллов (серы, фосфора и др.), различных солей (калийных, соды, поваренной соли и др.), минеральных удобрений и строительных материалов. Важнейшими видами нерудного сырья являются: самородная сера, апатиты, фосфориты, природные соли, песок, глина и т.д.) и горючее (К горючему минеральному сырью относятся органические ископаемые: нефть, уголь, торф и сланцы, которые, в основном, используются как топливо или как сырье для химической промышленности). Топливо – горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии. Топлива делятся по агрегатному состоянию и по происхождению, По агрегатному состоянию все топлива подразделяются на твердые (ископаемые угли, торф, древесина, сланцы), жидкие (нефть, нефтепродукты), газообразные (природный и попутный газы). По происхождению топливо подразделяется на естественное и искусственное, т. е. полученное в результате переработки естественного топлива или в качестве отходов различных технологических процессов (например, доменный газ).

2.2. Сырьевая база России. Советский Союз обладал практически всеми видами полезных ископаемых, но после его распада мы почти полностью лишились запасов таких стратегически важных элементов, как хром, марганец, титан, цирконий, стронций и др. Резко сократился сырьевой потенциал по золоту, урану, алюминию. И хотя исследования подтверждают наличие этих ископаемых в недрах России, залегают они либо в труднодоступных регионах нашего Севера и Востока, либо в таких типах руд, для переработки которых мы не имеем сегодня промышленной технологии. В то же время Россия является одним из крупнейших в мире продуцентов минерального сырья и его запасов. Сырьевые отрасли в современной России играют ведущую роль в экономике и дают 1/3 ВВП. Минерально-сырьевая база России - одна из крупнейших в мире. Ее отличительной чертой, помимо значительного потенциала и запасов по многим важнейшим видам минерального сырья (газ, нефть, уголь, железные руды, золото, алмазы и т.д.), является широкий спектр полезных ископаемых, а также наличие в стране мощного научно-технического потенциала, развитой добывающей и перерабатывающей инфраструктуры. По этим показателям минерально-сырьевая база России является уникальной в мировом масштабе. Высокий минерально-сырьевой потенциал России даже в условиях экономического кризиса и спада производства обеспечивает значительную долю мировой добычи многих видов полезных ископаемых (газа, нефти, железных руд, никеля, меди, кобальта, платины, алмазов и др.). Благодаря этому обеспечиваются не только внутренние потребности, но и значительный объем экспортных поставок минерального сырья. Именно минерально-сырьевые ресурсы и продукты их первичной переработки являются основным источником поступлений в государственный бюджет и главным составляющим российского экспорта. Государство сохраняет за собой решение общегеологических задач, оценку сырьевого потенциала, подготовку объектов до уровня, достаточного для их передачи рыночным структурам с целью дальнейшего геологического изучения и последующего освоения. И не случайно, что сейчас доля государственного финансирования геологических исследований и геологоразведочных работ по стране в целом составляет всего 8% от общих затрат на эти работы. На развитие и освоение минерально-сырьевой базы решающим образом влияет спрос на минерально-сырьевую продукцию, как на мировом рынке, так и внутри страны. Производство ради производства в условиях рыночной экономики существовать не может. Следовательно, развитие сырьевой базы должно пойти по пути ее целевого наращивания. Совершенно очевидно, что российская экономика в начале 21 века сохранит сырьевую направленность. Доля России в общем минерально-сырьевом потенциале мира составит не менее 10-12%. Видовой состав и структура потребления сырьевых ресурсов в период до 2015-2020 гг. не претерпит принципиальных изменений. Но в ближайшие годы возрастет роль российского природного газа. 21 век может стать периодом тесной интеграции сырьевого потенциала большинства стран мира. По мере усиления интеграционных процессов уменьшится или отпадет необходимость замкнутого обеспечения потребностей отдельных стран в минеральном сырье. Это хотя и отдаленная перспектива, но она не может быть оставлена без внимания при выборе путей развития минерально-сырьевой базы России.

2.3. Обогащение. Обогащение имеет важнейшее значение. Не смотря на дополнительные затраты, оно обеспечивает возможность расширение сырьевой базы промышленности за счет комплексного использования сырья и вовлечения в эксплуатацию бедных по содержанию полезных ископаемых.

В промышленности применяют предварительную подготовку сырья и обогащение полезных ископаемых. В зависимости от требований технологического процесса предварительная подготовка сырья состоит в измельчении материалов либо, наоборот, в укреплении(брикетирование) частиц сырья и агломерации. Процессы брикетирования и агломерации применяются, например, в металлургии при производстве чугуна из измельченных руд. Целью обогащения является получения сырья с возможным содержанием полезных ископаемых. При обогащении получаются 2 или несколько фракций. Фракции, обогащенные одним из полезных компонентов называются концентратами, а фракции обогащенные пустыми породами называют хвостами.

Методы обогащения сырья зависят от агрегатного состояния компонентов.

Виды обогащения минерального сырья подразделяются на:

• Механические обогащения. (грохочение, гравитационное разделение). Грохочение основано на том, что минералы, входящие в состав сырья разделяются по фракции по крупности. Гравитационное обогащение основано на различие скорости осаждения частиц.

• Физико-химические обогащения. Основным способам обогащения сырья является флотационный метод, основанный на различной смачиваемости компонентов.

• Химические обогащения. Основываются на различной растворимости частей сырья. Особенно химические способы применяют в металлургии; таким образом разделяют серебро и золото.

2.4. Чёрные металлы. Чугун. Чёрные металлы — железо и его сплавы (стали, ферросплавы, чугуны), в отличие от остальных металлов, называемых цветными, чёрные металлы составляют более 90 % всего объёма, используемых в экономике металлов, из них основную часть составляют различные стали. Чугун – это сплав железа с углеродом (более 2,14%). Чугуны отличаются большой твердостью, хрупкостью, хорошо льются, плохо обрабатываются резаньем, не обрабатываются давлением. Основным исходным материалом являются железные руды – красные, бурые и магнитные железняки, в которых железо находится в виде оксидов. Основным топливом является каменноугольный кокс – это пористое вещество, которое остается после удаления из каменного угля летучих веществ, при его нагревании до 950-1200 градусов. Для интенсификации процессов в качестве топлива используют природный газ, мазут, угольную пыль. Кроме того в состав шихты входят флюсы для введения примесей, в качестве которого используют известняк. Сущность производства чугуна состоит в восстановлении железа из оксидов руды. Чугуны выплавляют в доменных печах, выложенных из огнеупорных кирпичей. Высота порядка 40 метров при внутреннем диаметре порядка 15 метров. В верхней части Домны находится загрузочный аппарат и трубы для отвода доменных газов, за колошником располагается шахта в виде расширяющегося к низу рассеченного конуса, это обеспечивает свободное опускание шихты по мере плавления. Нижняя часть – горн, где сгорает топливо, и скапливаются жидкий чугун и шлаки. Здесь же расположены летки – отверстия для слива чугуна и шлака. Температура чугуна при выпуске = 1300-1450 градусов. Процесс непрерывен и серьезной проблемой для доменного производства является остывание домны и вывод её из оборота. Продукцией доменного производства являются чугуны, доменные шлаки, используемые в строительстве и дорожном строительстве, доменные газы (химическая промышленность) и для теплофикации. Основной продукцией являются передельные чугуны (около 80% выпуска), которые идут на переплавку в сталь и литейные, используются для производства отливок.

По назначению:

1. Серый (с хорошими металлическими свойствами, для производства корпусов, зубчатых колес, маркируется С415 и числом, показывающим предел кратности на разрыв)

2. Ковкие (лучшие металлические свойства, широко применяется для изготовления различных деталей в транспортном машиностроении, маркировка К230-6 (последнее число относительное)

3. Высокопрочные чугуны (вводятся различные добавки, например, магний, маркировка ВЧ 60-2)

4. Специальные чугуны (легированные)

Продуктами специального доменного производства является ферросплавы – сплавы железа с кремнием, хромом, алюминием и другими металлами, которые используются для легирования стали.

2.5. Сталь. Это сплав железа с углеродом(Содержание углерода в стали не более 2,14 %, но не менее 0,022 %) Хорошо обрабатывается всеми видами обработки. Основной конструкционный материал. Исходными материалами являются передельный чугун, отходы. При этом приоритетным является использование металлома, что более экономично, более экологичное и позволяет обеспечить сталь заданного состава, в том числе легированную.

Задача передела чугуна состоит в понижение содержания углерода, при этом наиболее вредными являются сфера и фосфор, сера увеличивает жароломкость стали, а фосфор хладноломкость.

Технический процесс состоит из 3 этапов: 1. В расплавленной шихте под воздействием воздуха или его вдувания, всплывают примеси. 2. Углерод окисляется кислородом и удаляется с поверхности и сталь “как бы кипит ”. 3. По сколько часть кислорода соединяется с железом производиться расщепление стали путем ввода в состав ферросплавов.

Расщепленная сталь при разливе не кипит и при маркировки обозначается СП(спокойная). Не расщепленная, называется КП(кипящая). Промежуточная маркируется как ПЛ(полкспокойная).

Основными способами получения стали являются:

• Мартеновский

• Кислородно-конвертерный

• Электротермический

• Восстановление железа из руды

• Биотехнология

Производства стали в Мартеновских печах:

Это печь, в которой температура достигается за счёт сгорания газа, предварительно нагреваемого в генераторах теплообменниках. В мартенах сталь выплавляют из твердого или жидкого чугуна и лома + флюсы.

Преимущество: достаточно полное удаление примесей.

Недостатки: Большие капитальные и энергозатраты. Высокое загрязнение атмосферы. Невысокая производительность.

Поэтому в Англии, Германии и Японии Мартены, заменены на конвертеры, а в России 40% стали – мартеновская.

Углеродистая сталь: Называется сталь, не содержащая специально вверенных добавок. В различных марках содержание углерода от 0,1 до 1,35%. Содержание углерода определяет применения стали:

• Конструкционная < 0,85%

• Инструментальная 0,65 – 1,35%

Чем больше углерода, тем крепче сталь. Низкоуглеродистые более пластичны. По качеству углеродистые стали делятся на:

• Обыкновенные

• Качественные

Маркируется обыкновенная углеродистая сталь как:

А – которая поставляется по заданным свойствам

Б - по заданным химическим свойствам

В - по А и по Б

Маркируется Б и В + СТ + номер группы

От нуля до 6 – для А и Б

И от 0 до 5 для В

Качественная сталь обладает более высокими химическими свойствами за счёт меньшего содержания примесей. КС дороже на 10,15%. Хорошо обрабатываются. Маркируется качественная углеродистая сталь словами Сталь и цифрами показывающие содержание углерода в долях (СТАЛЬ 45). Выпускают 22 марки стали. Инструментальная сталь. Применяется для изготовления инструмента. Маркируется буквой У и цифрой содержание углерода в долях. Выпускают от У7 до У13. Легированные стали. Называются стали, в которые для получения заданных свойств водят 1 или несколько легирующих добавок. Никель повышает коррозийную стойкость и прочность. Часто применяют кремний, марганец, титан. Маркируется 1 или 2мя цифры о содержания углеродах в 10 или 100 долях. Потом буквы русского алфавита обозначающие легирующий элемент, потом цифра содержания этого элемента в процентах, если менее одного 1% то цифры не ставятся.(15Н2М).

2.6. Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра).

Медь получают пирометаллургическим способом.

Технический процесс:

1. Обогащение руды(Измельчение руды помещение в суспензию с пихтовым маслом. Сточенные маслом частички всплывают в виде пены. А пустая порода опускается на дно. Пена сушиваится, и получаемое содержит до 30% меди.).

2. Обжиг медного концентрата(в результате получается обожженный концентрат и сернистый газ. А обожженный концентрат переплавляется в отражательных печах с получением медного штейна( медь + сульфиды железа)).

3. Продувка медного штейна в кислородных конвертерах с получением черновой меди(при продувки сульфиды уходят в шлак).

4. Очистка или рафинирование черновой меди(Выполняется огневым или электролитическим методом, при огневом через расплав меди пропускают воздух который окисляет и вводит примеси, а при электролитическим, она проводиться с помощью тока, при пропускание тока получаются листы катодной меди, так за 10 дней получается лист от 60 до 90 кг. Побочным продуктам являются шлам содержит серебро и золото).

Как видно из схемы производства меди, оно связано с высокими энерго затратами и высокой экологической опасности.

Чистая медь используется для изготовления электрических проводов, но основная часть идет на легирование других металлов и приготовление медных сплавов.

Товарная медь выпускается 10 марок от М00 (содержание меди 99,99%) до М4(сод. Меди 99%).

Сплавами являются латуни, бронзы, медно-никелевые.

Латуни

Латунями называются сплавы меди с цинком, который повышает прочность и пластичность меди. Она хорошо обрабатывается и используется в виде проволок, труб и т.д. Марка (Л 55)

Бронзы

Бронзы – сплавы меди с любыми металлами кроме цинка(но он может примешиваться в виде легирующего элемента). Бывают оловянистые, и не оловянистые.

Бронза хорошо обрабатывается. А оловянистые широко применяются в художественном литье. Марка (Бр. А7)

Медно никелевые

Повышенная твердость и пластичность, применяется в приборостроение. Основные из них: Мельхиор и нейзильбер.