Размещение комплекса черной металлургии

Топливно-сырьевая база черной металлургии

Сырье характеризуется относительно большим содержанием полезного компонента - от 17% в сидериновых до 53-55% в магнетитовых железняках.

На долю богатых руд приходится почти пятая часть промышленных запасов, которые используются для обогащения; разнообразие сырья в видовом отношении (магнетитовые, сульфидное, окисленное и др.), что дает возможность использовать разнообразную технологию и получать металл с самыми различными свойствами; различные условия добычи (как шахтная, так и открытая, на долю которой приходится до 80% всего добываемого в черной металлургии сырья); использование руд, сложных по своему составу (фосфористые, ванадиевые, титаномагнетитовые, хромистые и др.).

При этом более 3/5 составляют магнетитовые, что облегчает возможность обогащения.

Произошли структурные сдвиги в производстве стали. В настоящее время основной способ выплавки стали - мартеновский. На долю кислородно-конвертерного и электросталеплавильного способов приходится только около 1/2 общего объема производства.

Изменения в черной металлургии обусловлены ростом производства металлических порошков, использование которых дает возможность улучшить качественных характеристики выпускаемой продукции, снизить её трудоемкость и металлоемкость.

Исключительно важно освоение в промышленных масштабах технологии получения железа из руд методом прямого восстановления, которое к тому же является значительно менее энергоемким, чем доменное производство. На территории Курской магнитной аномалии (КМА) в настоящее время действует

Типы металлургических предприятий и факторы размещения

Комбинаты - основной тип предприятий черной металлургии большинства индустриально развитых стран. Предприятия с полным циклом дают свыше 9/10 чугуна, около 9/10 стали и проката. Кроме того, есть заводы, выпускающие чугун и сталь, сталь и прокат (включая трубные и метизные заводы), а также раздельно чугун, сталь и прокат. Предприятия без выплавки чугуна относят к так называемой передельной металлургии. Особую группу по технико-экономическим параметрам составляют предприятия с электротермическим производством стали и ферросплавов.

Черная металлургия с полным технологическим циклом служит важным районообразующим фактором. Кроме многочисленных производств, возникающих на основе утилизации разного рода отходов при выплавке чугуна и коксовании угля - тяжелого органического синтеза (бензол, антрацен, нафталин, аммиак и их производные), производства строительных материалов (цемент, блочные изделия), томасовской муки (при переделе железных руд с повышенным содержанием фосфора), черная металлургия притягивает к себе сопутствующие отрасли. Наиболее типичные её спутники: тепловая электроэнергетика, прежде всего установки, которые входя в состав металлургических комбинатов и могут работать на побочном топливе (излишки доменного газа, коксит, коксовая мелочь); металлоемкое машиностроение (металлургическое и горное оборудование, тяжелые станки). Черная металлургия формирует вокруг себя такие мощные и разносторонне развитые промышленные комплексы, которые возникли на Урале и в Кузбассе.

Металлургия полного цикла, передельная и "малая" отличаются друг от друга по условиям размещения. Для размещения первой особенно большое значение имеют сырье и топливо, на них приходится 85-90% всех затрат по выплавке чугуна, в том числе примерно 50% на кокс и 35-40% на железную руду. На 1т чугуна требуется 1,2-1,5т угля (с учетом потерь при обогащении и коксовании), 1,5т железной руды, свыше 0,5т флюсовых известняков и до 30м3 оборотной воды. Это подчеркивает важность взаимного транспортно-географического положения сырьевых и топливных баз, источников водоснабжения и вспомогательных материалов.

Балансовые запасы железных руд составляют 107,1 млрд.т, в том числе разведанные - 63,7 млрд.т, или свыше 2/5 мировых ресурсов (1975г). Из них примерно 15% - богатые руды (с содержанием железа свыше 55%), используемые без обогащения. В пределах КМА (16,7 млрд.т) и Криворожского бассейна (15,5 млрд.т) сосредоточено более 1/2 общих разведанных запасов. Выделяются также Качканарская группа месторождений (6,1 млрд.т) на Урале.

Положительный фактор в отношении эффективности размещения предприятий - территориальные сочетания коксующихся углей и железных руд: Донбасс - КМА, Южно-Якутский бассейн - Алданский бассейн и др. Взаимное расположение ресурсов железной руды и коксующегося угля, их количество, качество, условия эксплуатации, близость к промышленным центрам и транспортным магистралям определяют значение каждой сырьевой и топливной базы металлургического производства в территориальном разделении труда. Европейская часть стоит далеко впереди восточных районов по разведанным запасам железных руд, а по разведанным запасам коксующегося угля заметно им уступает. В восточных районах, наоборот, топливных ресурсов значительно больше по сравнению с сырьевыми.

Особыми чертами размещения отличается производство ферросплавов и электросталей. В первом случае - на металлургических предприятиях полного цикла, а также с двумя (чугун - сталь) или одним (чугун) переделом, во втором - на специализированных заводах. Электротермическое производство ферросплавов из-за высоких расходов электроэнергии (до 9 тыс.кВт*ч на 1т продукции) оптимально в районах, где дешевая энергия сочетается с ресурсами легирующих металлов. Производство электросталей развито близ источников энергии и металлического лома.

Исторически отечественная черная металлургия впервые возникла в центральных районах европейской части страны. Начиная с XVIII века производство черных металлов переместилось на Урал, который в течение длительного времени являлся основным металлургическим районом.

Проблема окружающей среды в районах черной металлургии

На нынешнем этапе развития народного хозяйства резко обострилась экологическая обстановка во многих районах России, что не может не учитываться в процессе размещения металлургических предприятий. Большое влияние на состояние окружающей среды оказывает металлургический комплекс. Металлургические предприятия являются крупными загрязнителями атмосферы, водоемов, лесных массивов, земель. Чем выше уровень загрязнения окружающей среды, тем больше затрат на предотвращение загрязнения. Рост этих затрат может привести к убыточности любого производства.

На долю предприятий черной металлургии приходится 20-25% выбросов пыли, 25-30% окиси углерода, более половины окислов серы от их общего объема в стране. Эти выбросы содержат сероводород, фториды, углеводороды, соединения марганца, ванадия, хром и др.. Предприятия черной металлургии забирают до 20% воды общего ее потребления в промышленности и сильно загрязняют поверхностные воды.

В черной металлургии России при полном освоении мощностей суммарное количество ежегодно теряемого железа составляло 44 млн.т, половина его потерь приходится на горнорудную промышленность, где оно в основном содержится в отходах, представляющих слабомагнитные окисленные руды, хвосты обогащения и вскрышные породы. На металлургических предприятиях ежегодно образуется около 17млн.т железосодержащих отходов (отсевы агломерата, окатышей, извести, шламы, пыли, окалина, сварочный шлак и др.), которые утилизируются не полностью. Наиболее трудноутилизируемыми являются шламы, которые используются всего наполовину.

Помимо железосодержащих отходов, в народном хозяйстве России на всех стадиях использования минерального сырья и топлива ежегодно образуется около 8млрд.т отходов, что требует отвода 14тыс.га земли. В отвалах накоплено около 34млрд.т отходов, которые могут быть источниками сырья для культивации поверхности литосферы и

стройиндустрии. Например, отходы обогащения руд могут успешно использоваться в качестве строительного сырья и для получения различных изделий для стройиндустрии.

На металлургических предприятиях России заскладировано более 106млн.т. железосодержащих шламов, из которых только 39млн.т не разубожены отходами других производств и могут быть после соответствующей подготовки утилизированы в агломерационном производстве взамен первичного природного железорудного сырья.

Из-за нерешаемости вопроса утилизации трудноподготавливаемых шламов и хвостов обогащения сложилась катастрофическая проблема дальнейшего их складирования в дорогостоящих сложных гидротехнических сооружениях. Вблизи предприятий свободных отрицательных форм рельефа местности для организации хвостохранилищ и шлаконакопителей практически нет. Продолжающееся складирование шламов и хвостов обогащения удорожает себестоимость основной продукции и требует отвода новых земельных угодий. Это в конечном итоге усугубляет и до того сложное состояние окружающей природной среды в промышленно-развитых регионах и в Украине в целом.

Проведенный анализ качества заскладированных отходов показал, что в техногенных месторождениях содержатся не только минеральные составляющие, применяемые в стройиндустрии, но и ценные металлы, пригодные для чёрной и цветной металлургии. В этих месторождениях в некоторых случаях содержатся промышленные концентрации чёрных, легирующих, цветных, редких, редкоземельных и даже драгоценных металлов. Себестоимость извлечения и переработки этих металлов из указанных месторождений будет ниже, чем извлечение их из природного сырья, запасы которых в Украине ограничены или вообще отсутствуют. Например, красные шламы являются отходами глинозёмного производства, сырьё для которого украинские предприятия импортируют из Африки.

В сталеплавильных шламах содержатся промышленные концентрации цинка и свинца. Эти шламы заскладированы в шламонакопителях, в которых содержится до 63тыс.т цинка и свинца в виде оксидов. Масса этих компонентов ежегодно возрастала на 23тыс.т/год при полной производительности сталеплавильных цехов. В тоже время потребность чёрной металлургии в этих металлах с каждым годом увеличивается.

Комплексный подход глубокой переработки вторичного сырья позволит создать экологически чистые технологии. Произвести структурную перестройку ряда отраслей промышленности из сырьевых добывающих в наукоемкие перерабатывающие с получением черных, цветных, редких, и других металлов, а также создание композиционных строительных материалов различного назначения при использовании силикатных остатков.

Отвальные сталеплавильные шлаки содержат больше металла (10-15%). Кроме этого, минеральная часть шлаков зачастую пригодна для металлургических процессов (агломерация, доменное и литейное производство). Если сталеплавильные шлаки используются в качестве оборотного продукта, то нет необходимости дополнительного извлечения металла, а если минеральная часть используется для стройиндустрии, то организуются специальные участки для извлечения металла.

Особой проблемой утилизации металлургических шлаков является повышенное содержание в них цинка и свинца. При агломерации железорудных материалов цинк и свинец практически не удаляются и переходят в агломерат. Трудности возникают в доменном процессе, из-за чего в большинстве случаев сталеплавильные шламы не утилизируются, а складируются в долголетних шламонакопителях.

Для переработки этих шлаков с извлечением цинка и свинца необходимо их подготовить до транспортабельного состояния, смешать с восстановителем и организовать пирометаллургический восстановительный процесс при температуре 1000-1100° C. Указанных процессов в черной металлургии существует большое количество, выбор которых зависит от конкретных условий организации соответствующего участка. При степени металлизации 30% цинк и свинец возгоняются и улавливаются в специальных фильтрах, из которых затем выгружаются, затариваются и отправляются на заводы цветной металлургии. Возгоны обычно содержат порядка 50% цинка и свинца в виде их оксидов. Железорудный металлизованный продукт используется в доменном или сталеплавильном процессах. Такой процесс переработки цинксодержащих шлаков целесообразно организовывать для текущих шлаков, что упростит работу завода по их складированию.

Проблемы размещения

Проблемы размещения данной отрасли особо сложны в связи с тем, что высокий уровень развития производительных сил и новейшие достижения науки и техники делают экономически целесообразным строительство крупнейших предприятий с многогранными тыловыми связями (рудники, известковые карьеры, коксохимические заводы и др.). Каждая из этих особенностей так или иначе влияет на эффективность данной отрасли, но наибольшее значение, как правило, принадлежит сырьевому и топливному факторам, так как черная металлургия весьма материалоемкая.

Большая черная металлургия вообще может эффективно развиваться лишь в районах, имеющих для этого природные предпосылки. Несоблюдение данного требования приводит к дефицитности подготовленных руд и качественных коксующихся углей на отдельных предприятиях. На эффективности размещения черной металлургии оказывает воздействие также металлопотребление. Именно близость к крупнейшим металлопотребляющим центрам России служила одним из основных факторов создания в центральных и северо-западных районах металлургии в XVII веке и первой половине XVIII века.

На размещение металлургических заводов влияет и наличие водных источников. В отдельных случаях, особенно там, где напряженный водохозяйственный баланс, их роль может стать определяющей.

Несмотря на происходящие в настоящее время структурные изменения в промышленности, вызванные химизацией производства и все более широким применением легких и цветных металлов, пластических масс и других продуктов химического синтеза, черные металлы не утратили своей роли основного конструкционного материала в промышленности и на транспорте. Они широко применяются в строительстве и других отраслях народного хозяйства. Их производство остается одним из важнейших показателей индустриального развития той или иной страны, отражающим её технический уровень.