Экономические основы добычи цветных металлов (стр. 2 из 4)

При открытом способе производительность труда рабочих в 4-5 раз выше, чем производительность труда при подземной разработке, а себестоимость добытой руды в 2-3 раза ниже. Подземный способ используют при глубоком залегании руды на глубине до 1700 м.

Открытые добычи ведут в карьерах с помощью экскаваторов. Эксплуатация карьера начинается с вскрышных работ, обеспечивающих открытый доступ к рудному пласту. Непосредственная разработка рудного пласта включает буровзрывные работы, экскавацию отбитой массы и ее транспортировку на поверхность. Транспортные пути располагаются на уступах пути и имеют конфигурацию восходящей спирали. На открытых разработках применяют рельсовый или автомобильный транспорт. В первом случае используют вагоны с опрокидным кузовом с электровозной тягой, во втором большегрузные самосвалы.

Открытый способ является основным при разработке золотых, платиновых, оловянных, вольфрамовых и других месторождений. Россыпи добывают драгами и гидравлическим способом. Дражный способ наиболее эффективный. Драга представляет собой плавучий землечерпательный снаряд, предназначенный для добычи песков из россыпей и промывки их для отделения металлов от минералов. Для осуществления добычи драгами необходимы следующие условия: соответствие глубины черпания драга глубине залегания россыпи, возможность устройства или использования водного бассейна, обеспеченность запасами песков на срок работы не менее 10 лет, отсутствие большого количества крупных валунов.

При гидравлическом способе разработке россыпей горную породу отделяют от общего массива сильной струей воды и перемещают потоком воды до места переработки или складирования. Воду подводят к специальному аппарату – водобою, который направляет струю воды под большим давлением на рудную массу, размывая ее.

Глубоко залегающие руды добывают подземным способом. Небольшие месторождения добывают одной шахтой. Большие месторождения разделяют на отдельные поля, которые разрабатывают самостоятельно. Методы добычи таким способом разнообразны и сложны. Число применимых систем добычи превышает 150.

Устройство шахт так же может быть различным. Оно зависит от пространственной формы руды, свойств рудной массы и вмещающих пород, рельефа местности и других факторов. Основные технологические операции при добыче руды подземным способом:

1. Отбойка руды (отделение ее от рудного тела);

2. Перемещение отбитой руды от забоя до закаточного горизонта;

3. Транспортировка руды на поверхность;

4. Поддержание выработанного пространства.

Для предотвращения обрушения выработанных участков подземных разработок их заполняют отвальными шлаками металлургических заводов. Горно-обогатительные и металлургические предприятия зачастую очень тесно связаны, поэтому являются чаще всего единым комплексом.

Цветные металлы получают из рудного концентрата: предварительно обогащенной руды. Обогащение – это искусственное повышение содержания металлов в сырье. Обогащение позволяет повысить содержание металла в десятки и сотни раз по сравнению с добытыми рудами. Перед обогащением, как правило, руду приводят в такое состояние, при котором содержащиеся в ней минералы будут как можно полнее освобождены друг от друга. Это достигается при дроблении и измельчении и дальнейшей сортировкой по крупности. Полученный концентрат необходимо подготовить к металлургической переработке путем его обезвоживания. Большинство операций обогащения производят в водной среде. Механическая смесь твердых материалов с жидкостью называется пульпой. Отношение жидкости к твердому телу 3:1.

Конечным продуктом обогащения являются концентраты и отходы. Концентраты называют по преобладающему в нем металлу. Отходы называют отвальными хвостами. Они состоят из пустой породы или имеют немного минералов, которые по качеству не могут быть ни концентратами ни хвостами.

Горные породы поступаю на фабрики кусками различной крупности, в которых минералы срослись друг с другом. Для отделения минералов руду необходимо раздробить и размельчить. Дробление и измельчение ведут при помощи дробилок и мельниц различных типов. Мельницы обеспечивают измельчение до 60-70 мкм.

Получение материала определенной крупности требует проведения обязательной сортировки поступающего на измельчение материала или уже измельченного продукта. Сортировка производится грохочением или гидравлической классификацией. Грохочение – это процесс разделения сыпучих материалов на классы крупности просеиванием через сито. Грохочение применяют при крупности частиц выше 1-2 мм. Грохочение осуществляется с помощью подвижных и неподвижных грохотов.

Методы гидравлической классификации применяют при крупности материла более 3-4 мм. Это разделение минеральных зерен по крупности на основе различия в скоростях и их осаждениях в воде. Разделение происходит в гидравлических классификаторах в горизонтальном потоке жидкости.

Продуктами гидравлической классификации являются слив, содержащий мелкую фракцию исходного материала, и пески, в которых собираются осажденные более крупные частицы.

В последнее время все большее распространение получило бактериальное выщелачивание. Некоторые виды бактерий растворяют в воде определенные металлы или их соединения, а также вредные примеси (например, мышьяк).

Так называемые тионовые бактерии растворяют медь, уран, цинк, кобальт, марганец и др. Для растворения и извлечения золота применяют гетеротрофные бактерии, выделенные из рудниковых вод золотоносных приисков.

Аппаратура для бактериального выщелачивания очень проста. Это дает возможность резко снизить себестоимость полезных ископаемых и значительно увеличить их добычу за счет использования бедных руд и отвалов из отходов обогащения руды, шлаков и др.

4. Продукция цветной металлургии и готовые изделия из цветных металлов и сплавов

Полупроводные материалы

Легирующие металлы

Твердые сплавы

Благородные металлы

Углеродные материалы

Редкие металлы

Непрофильные виды продукции

Рис. 2. Классификация продукции цветной металлургии

К легким металлам относят: алюминий, титан, магний. Из всех легких металлов наиболее важным в технике является алюминий. Тонкая, но крайне плотная и твердая пленка окислов надежно защищает его поверхность от коррозии. Чистый или слаболегированный алюминий обладает очень высокой электропроводимостью и, в связи с этим, нашел широчайшее применение в качестве материала для проводников в электротехнике. Из-за низкого предела прочности (около 70-100 МПа) чистый алюминий неприменим как конструкционный материал. Однако, если к нему при плавке добавить некоторые элементы, то после определенных операций и последующей термообработки можно получить до 500 МПа. В качестве конструкционных материалов применяются сплавы алюминия с медью, с кремнием и с магнием, которые незаменимы при сооружении легких высотных конструкций. Из алюминия делают фюзеляжи и крылья самолетов. Из сплавов алюминия была изготовлена оболочка нашего первого в мире искусственного спутника Земли. Многие детали самых разных машин, перекрытия, наружная облицовка и оконные рамы высотных зданий, аппаратура для производства кислот и многих органических веществ, резервуары для хранения жидкого кислорода, моторные и весельные лодки, посуда — все это делается из алюминия.

Ввиду своей малой плотности магний является основой для производства легчайших конструкционных материалов. Важнейшими компонентами его сплавов часто бывают алюминий, цинк, кремний и цирконий. По механическим свойствам материалы из магния близки к сплавам алюминия. Материалы из магния сильно подвержены коррозии, поэтому при их переработке необходимы особые технологические условия и меры, повышающие коррозионную защиту. Если магний сильно нагреть, он ослепительно вспыхивает, давая яркое белое пламя. Однако сплавы магния не только не загораются с повышением температуры, но остаются твердыми даже при таком нагреве, когда сталь плавится и течет. Поэтому из сплавов магния делают детали самолетов и двигателей, которые работают при очень высокой температуре. Применяются магниевые сплавы и в космических ракетах.

Еще большую роль играет в технике титан. Он почти вдвое тяжелее алюминия, зато в 6 раз прочнее его. Поэтому титановые детали можно делать очень тонкими, и они будут легче и прочнее алюминиевых. Кроме того, титан — чрезвычайно тугоплавкий металл. Его температура плавления 1668°С — выше, чем у стали. Поэтому самолеты из титановых сплавов достигли скоростей, в 2 и 3 раза превышающих скорость звука: их обшивка не плавится при больших температурах, образующихся при трении об атмосферу. Уникальна химическая стойкость титана. Химическое оборудование из титановых сплавов служит во много раз дольше, чем из нержавеющей стали.

К тяжелым металлам относят: медь, свинец, цинк, олово, никель. Медь имеет самую высокую (после серебра) электрическую проводимость. Из нее делают обмотки трансформаторов и генераторов, линии электропередачи (ЛЭП), электрические провода внутри машин и зданий и многие другие электротехнические изделия, а также коррозионностойкую химическую аппаратуру. Медь предпочитают применять в качестве проводников в электротехнике. Предел прочности чистой меди (200-250 МПа) недостаточен для ее использования в машиностроении. Сплавы меди с цинком (латунь), оловом (бронза), никелем, алюминием, марганцем и другими элементами обладают более высокой прочностью. Первое место в мире по добыче и производству меди занимает Чили. Второй в мире нетто-экспортер металла - Россия. За пределы страны поставляется свыше 80 % производимой меди. Ее запасы увеличиваются в периоды спада в мировой экономике и снижаются во время экономического подъема. Использование меди тесно связано с расширением промышленных мощностей в целом. Сокращение строительства новых производств в электротехнической, автомобильной, авиационной и других отраслях ведет к снижению потребления меди и, как следствие, к падению цены на данный металл.