Экономические основы технологии производства и добычи цветных металлов

 

Расчетно-графическое  задание

по дисциплине «Экономические основы  технологического развития»

на тему: «Экономические основы технологии производства и добычи

цветных металлов»

 

Оглавление

 

Задание №1

Анализ и экономическая  оценка базовых технологий цветных металлов……..с.3

1. Введение…………………………………………………………………………с.3

2. Классификация цветных металлов……………………………………………..с.5

3. Анализ и экономическая оценка легкого цветного металла – алюминия…...с.7

3.1. Введение……………………………………………………………………с.7

3.2. Основное сырье и способ изготовления алюминия……………………..с.7

3.3. Свойства алюминия……………………………………………………….с.7

3.4. Применение алюминия……………………………………………………с.8

3.5. Новейшие технологии  в производстве алюминия……………………….с.8

3.6. Заключение………………………………………………………………....с.8

4. Анализ и экономическая оценка тяжелого цветного металла – меди……….с.9

4.1. Введение……………………………………………………………………с.9

4.2. Основное сырье  и способ изготовления меди…………………………...с.9

4.3. Свойства меди……………………………………………………………...с.9

4.4. Применение меди………………………………………………………...с.10

4.5. Новейшие технологии  в производстве меди…………………………...с.11

4.6. Заключение………………………………………………………………..с.11

5. Анализ и экономическая оценка благородного цветного металла – золота.с.12

5.1. Введение…………………………………………………………………..с.12

5.2. Добыча золота…………………………………………………………….с.12

5.3. Свойства золота…………………………………………………………..с.12

5.4. Применение золота……………………………………………………….с.13

5.5. Новейшие технологии  добычи золота…………………………………..с.13

5.6. Заключение………………………………………………………………..с.13

6. Анализ и экономическая оценка редкого цветного металла – циркония…..с.14

6.1. Введение…………………………………………………………………..с.14

6.2. Добыча циркония…………………………………………………………с.14

6.3. Свойства циркония……………………………………………………….с.14

6.4. Применение циркония……………………………………………………с.14

6.5. Заключение………………………………………………………………..с.14

Задание №2

Экономические особенности  развития технологических систем на уровне предприятия……………………………………………………………………….с.15

Задание №3

Построение технологической  блок-схемы производства цветных  металлов...с.26

Используемая литература………………………………………………………..с.27

Задание №1

Анализ и  экономическая оценка базовых технологий цветных металлов

 

1. Введение

Металлы относятся к  числу наиболее распространённых материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы существенной роли.

На протяжении многих веков человек  с самого раннего возраста привыкал к окружающим его металлическим предметам домашнего обихода, хозяйственным орудиям и машинам, оружию и украшениям. Многие специфические свойства металлов так же известны людям. Развитие металлургии по праву следует считать весьма существенным аспектом истории человеческого общества.

По мере развития человеческого  общества – вплоть до наших дней – использование металлов непрерывно расширялось. В первобытную эпоху, которая составляет самый продолжительный  период истории человечества, металлы  долгое время вообще не имели ни какого значения и лишь где-то в конце эпохи начали играть очень незаметную роль. Однако в последующих общественно-экономических формациях они постепенно становились все более важными и нужными для людей. Современную технику невозможно представить без металлических материалов.

Цветная металлургия - одна из ведущих отраслей промышленности, в значительной мере определяющая технический прогресс всего народного хозяйства. История добычи руд и получения из них цветных металлов в районах Урала, Алтая и Сибири насчитывает много столетий. Современная цветная металлургия зародилась одновременно с разработкой плана ГОЭЛРО. Восстановление разрушенных Гражданской войной и интервенцией предприятий цветной металлургии, в первую очередь по производству меди, свинца, цинка, сопровождалось их реконструкцией на основе достижений науки и техники, с использованием научных трудов А. А. Байкова, В. Я. Мостовича, Г. Г. Уразова.  Плавка медных концентратов, шахтная плавка свинцовых руд, электролиз металлов были основными направлениями развития технологии производства в цветной металлургии.

В годы довоенных пятилеток в СССР были созданы алюминиевая, никель-кобальтовая, вольфрамомолибденовая, твердосплавная, магниевая подотрасли цветной металлургии. Ведущую роль в проектировании и строительстве новых предприятий по производству цветных металлов на основе прогрессивных технологических схем выполнили организованные в 20-30-е гг. проектные институты Механобр, Гинцветмет и Гипроцветмет. В дальнейшем было создано около 40 специализированных институтов цветной металлургии.

На технический прогресс в медной, свинцово-цинковой, вольфрамомолибденовой промышленности решающее влияние оказало развитие метода обогащения руд с получением медных, свинцовых, цинковых, вольфрамовых и молибденовых концентратов, а также развитие процессов агломерации концентратов и обжига их в кипящем слое перед металлургической переработкой. Разработка технологии и проектирование новых заводов по производству меди, свинца, цинка проводились институтами Гипроцветмет, Гинцветмет, Унипромедь, ВНИИцветмет, Казгипроцветмет. Большой вклад в развитие заводов по производству этих металлов внесли Ф. М. Лоскутов, В. А. Ванюков, А. Н. Вольский, В. И. Смирнов, Д. М. Чижиков.

Развитию производства платины и платиновых металлов способствовали работы И. И. Черняева. И. Н. Плаксин разработал основы амальгамационных процессов извлечения золота из руд и продуктов обогащения, создал современную теорию планирования золотых руд.

В 50-х гг. началось интенсивное развитие отечественной промышленности по производству редких и редкоземельных металлов, полупроводниковых материалов. В это время происходит освоение производства монокристаллов германия, создание методов переработки сурьмяных и висмутовых руд, производство титана, циркония и ниобия, применение в производстве редких металлов электроннолучевой и плазменной плавки. Рост производства и высокие требования к чистоте материалов обусловили создание новых специальных методов, таких, как хлорная технология, процессы сорбции и экстракции, водородное восстановление, электроннолучевые процессы, методы кристаллофизической очистки и выращивания монокристаллов.

Современный период развития цветной металлургии характеризуется широким внедрением технологических схем переработки руд и концентратов, обеспечивающих комплексное использование сырья. Исследованы и осваиваются автогенные процессы для переработки сложных медно-цинковых, свинцово-цинковых концентратов. Успешно развиваются электротермические процессы с применением электропечей большой мощности. Продолжается внедрение высокоэффективных методов хлорной металлургии и гидрометаллургических процессов. Для получения тонкодисперсных чистых металлов, их соединений и сплавов, в особенности тугоплавких, разрабатываются процессы с применением низкотемпературной плазмы.

Особое место при создании новых технологических процессов занимают вопросы рационального использования сырья и охраны окружающей среды, разработка и внедрение технологических схем и процессов, не имеющих промышленных стоков и выбросов в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Классификация  цветных металлов

 

Цветные металлы – техническое название всех металлов и их сплавов (кроме железа и его сплавов). Термин «цветные металлы» в русском языке соответствует термину «не железные металлы». В технике принята условная классификация цветных металлов, по которой они разделены по различным признакам, характерным для той или иной группы: легкие металлы, тяжелые металлы, благородные металлы, редкие металлы.

 Легкими металлами принято считать все металлы и сплавы, плотность которых не превышает 3,5г/см³. Это щелочные, щелочноземельные  и редкоземельные металлы (они располагаются в левой верхней части таблицы Менделеева). Из них широкое применение в качестве конструкционных материалов находят алюминий и магний. Легируя эти металлы с другими элементами, получают множество различных алюминиевых и магниевых сплавов. Бериллий немного тяжелее магния, но его отличают высокой прочностью и другими важными техническими свойствами. Правда, эти сплавы гораздо дороже и поэтому применяются только для специальных целей. Среди легких металлов есть такие, которые легче воды, например литий, натрий и калий. Это действительно были бы идеальные конструкционные материалы, если бы не их чрезвычайно высокая химическая активность. Они быстро вступают во взаимодействие с кислородом, причем реакция протекает очень бурно, соприкасаясь с водой, создают дым, огонь. Шипение. Для технических конструкций из всех легких металлов пригодны только алюминий, магний, а также сплавы на их основе.

К группе тяжелых металлов принадлежат более 40 элементов с высокой относительной  плотностью более 5 г/см³. В эту группу входят цветные металлы, такие как свинец, медь, цинк, никель. Кадмий, кобальт, олово, сурьма, ртуть.

В атмосферном воздухе  тяжелые металлы присутствуют в  форме органических и неорганических соединений в виде пыли, аэрозолей, и в газообразной элементной форме. В водных средах тяжелые металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии. В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Из тяжелых металлов в технике чаще всего используются медь, свинец, цинк, олово и никель. С каждым годом в мире производят все больше этих металлов: так, годовое производство меди с начала 20 века выросло в десять раз. Но потребности растут еще быстрее, и некоторых металлов уже явно не хватает. Суровая экономическая необходимость заставляет собирать и пускать в дело металлолом, непрерывно совершенствовать методы обогащения и металлургической переработки, что дает возможность рентабельно добывать металлы из более бедных руд. Приходится строго следить, чтобы тяжелые цветные металлы применялись только там, где их особые свойства необходимы, и где их нельзя заменить другими материалами.

К группе благородных металлов относят золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий и иридий. Они гораздо реже, чем остальные металлы, вступают в химические реакции и образуют соединения с  другими элементами. По этой причине они встречаются в природе почти исключительно в самородном, т.е. более или менее чистом виде. Однако это не означает, что благородные металлы в принципе неспособны к химическим реакциям и, следовательно, абсолютно не поддаются коррозии. Серебро корродирует в газах, содержащих серу, и поверхность серебряных предметов покрывается коричневым или черным слоем сульфата серебра даже при ничтожном содержании в воздухе сернистых соединений. Золото тоже не так устойчиво. Его сильно разъедают хлор и бром, а в смеси ( в пропорции 3:1 ) концентрированных соляной и азотной кислот ( так называемой царской водке) растворяются и золото, и платина. Наряду с великолепной коррозийной стойкостью эти металлы обладают и другими достоинствами, которые делают их незаменимыми для специальных технических целей; сюда, в частности, относятся непревзойденная электропроводность серебра, хорошие механические свойства платиновых сплавов, сохраняющиеся и при высоких температурах, а также специфические свойства платиновых сплавов, особенно ценные при изготовлении электрических контактов. Благородные металлы находят самые разнообразные применения в современной технике. Но по сравнению с другими техническими металлами их количественная доля очень не велика. Поскольку они слишком дороги. 

В группу редких металлов входят свыше 50 элементов. Это металлы, относительно новые в технике или еще мало используемые и освоенные. Масштабы производства и области применения еще не стабилизировались и продолжают быстро развиваться. Большинство редких металлов мало распространены, а часто и рассеяны в земной коре, их извлечение из сырья и получение в чистом виде связаны с большими техническими трудностями. В этом причина относительно позднего открытия, изучения  и технического освоения редких металлов. Редкие металлы необходимы для таких новых отраслей техники, как скоростная авиация, ракетостроение, электроника, атомная энергетика. На основании близости физико-химических свойств, сходства технологии производства и по некоторым другим признакам редкие металлы классифицируются на: легкие – рубидий, цезий; тугоплавкие – титан, цирконий, гафний; рассеянные – вольфрам, галлий, индий, таллий; радиоактивные – франций, уран, радий.

В рудном сырье редкие металлы обычно содержатся в небольших концентрациях, и сырье часто является сложным, комплексным. Поэтому большое значение в технологии извлечения редких металлов имеет большое значение обогащение руд и химические процессы выделения, разделения и очистки соединений редких металлов. В металлургии редкие металлы широко используют разные методы: восстановления окислов и солей газами, углеродом или металлами, термическую диссоциацию соединений. Электролиз в водных и расплавленных средах, вакуумную, дуговую, электроннолучевуюпарку.

 

3. Анализ и  экономическая оценка легкого цветного металла – алюминия

 

3.1. Введение

Алюминий сегодня входит в число важнейших технических материалов. По своему содержанию в земной коре (7,5%) он также является одним из самых распространенных металлов. По объему мирового производства алюминий занимает 2 место после железа.

3.2. Основное  сырье и способ изготовления  алюминия

Алюминий получают электролическим  методом. Основное исходное вещество для  производства. Основным сырьем для  производства алюминия служат бокситы. Содержащие 32 – 60 % глинозема Al2O3. Он не проводит электрический ток и имеет температуру плавления около 2050 ^oG. На глиноземном заводе из боксита сначала химическим путем выделяют примеси, а затем в больших печах для обжига удаляют воду. Необходимо снизить температуру плавления оксида алюминия хотя бы до 1000 ^oG, тогда глинозем растворяют в расплавленном криолите (минерале состава Na3AlF6). Этот расплав подвергается электролизу при температуре 950 ^oG на алюминиевых производствах. Электролизер для выплавки алюминия представляет собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Его дно, собранное из блоков спрессованного угля, служит катодом. Аноды располагаются сверху: это алюминиевые каркасы, заполненные угольными  брикетами. В результате электролиза на катоде выделяется алюминий, а на аноде – кислород. Первичный алюминий, получаемый в электролизерах, имеет чистоту 99,3 – 99,9%. Основными примесями в нем является кремний и железо, меньших количествах содержатся  также титан, медь и цинк. Путем повторного электролизера в расплаве получают алюминий высокой чистоты (99,99%).