تاريخ البشرية لديه أكثر من ألفسنة. طوال فترة وجود عرقنا بالكامل ، كان هناك تقدم تقني مستقر ، دور مهم لعبت فيه قدرة الشخص على التعامل مع المعدن وإنشائه واستخراجه. لذلك ، من المنطقي تمامًا أن علم المعادن شيء لا يمكننا بدونه تخيل حياتنا والأداء الطبيعي لواجبات العمل وغير ذلك الكثير.
تعريف
بادئ ذي بدء ، يجدر بنا أن نفهم كيف يُطلق علميًا ، من وجهة نظر تقنية ، على مجال الإنتاج الحديث.
لذلك ، علم المعادن هو قسم من العلوم والتكنولوجيا ،التي تغطي عملية الحصول على معادن مختلفة من الركاز أو المواد الأخرى ، وكذلك جميع العمليات المرتبطة بتحويل التركيب الكيميائي للسبائك وخصائصها وهيكلها.
هيكل
تعد صناعة المعادن اليوم أقوى صناعة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو مفهوم واسع يشمل:
- الإنتاج المباشر للمعادن.
- معالجة المنتجات المعدنية الساخنة والباردة.
- اللحام.
- تطبيق الطلاءات المعدنية المختلفة.
- قسم العلوم - علم المواد. يركز هذا الاتجاه في الدراسة النظرية للعمليات الفيزيائية والكيميائية على معرفة سلوك المعادن والسبائك والمركبات بين المعادن.
نوع
يوجد في جميع أنحاء العالم فرعان رئيسيان لعلم المعادن - المعادن الحديدية وغير الحديدية. لقد تطور هذا التدرج تاريخيًا.
علم المعادن الحديدية هو معالجة الحديدوجميع السبائك التي يوجد فيها. تتضمن هذه الصناعة أيضًا الاستخراج من أحشاء الأرض والتخصيب اللاحق لخامات المعادن الحديدية ، ومسبك الحديد والصلب ، ودرفلة البليت ، وإنتاج السبائك الحديدية.
يشمل علم المعادن غير الحديدية العمل باستخدام خام أي معدن ما عدا الحديد. بالمناسبة ، تنقسم المعادن غير الحديدية تقليديًا إلى مجموعتين كبيرتين:
- ثقيل (نيكل ، قصدير ، رصاص ، نحاس).
- خفيف الوزن (تيتانيوم ، مغنيسيوم ، ألمنيوم).
الحلول العلمية
ليس هناك شك في أن علم المعادن هو نشاطتتطلب إدخال تقنيات مبتكرة. في هذا الصدد ، تجري العديد من دول كوكبنا بنشاط أعمال بحثية ، والغرض منها دراسة وتطبيق مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة في الممارسة العملية ، والتي من شأنها أن تساعد في حل ، على سبيل المثال ، قضية ملحة مثل معالجة مياه الصرف الصحي ، والتي تعد عنصرًا إلزاميًا لإنتاج المعادن. بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت عمليات مثل الأكسدة البيولوجية والترسيب والامتصاص وغيرها حقيقة واقعة.
الفصل حسب العملية
يمكن تصنيف مصانع التعدين بشكل مشروط إلى مجموعتين رئيسيتين:
- التعدين الحراري ، حيث تتم العمليات في درجات حرارة عالية جدًا (ذوبان ، تحميص) ؛
- المعالجة بالمياه المعدنية ، والتي تتكون من استخلاص المعادن من الخامات باستخدام الماء والمحاليل المائية الأخرى باستخدام الكواشف الكيميائية.
مبدأ اختيار موقع لبناء مصنع تعدين
من أجل الفهم على أساس الاستنتاجات التي يتم اتخاذ قرار بشأنها لبناء مؤسسة في مكان أو آخر ، يجدر النظر في العوامل الرئيسية لموقع علم المعادن.
على وجه الخصوص ، إذا كان السؤال يتعلق بموقع معمل المعادن غير الحديدية ، فإن معايير مثل:
- توافر موارد الطاقة. يتطلب الإنتاج المرتبط بمعالجة المعادن غير الحديدية الخفيفة كمية هائلة من الطاقة الكهربائية. لذلك ، يتم إنشاء مثل هذه المؤسسات في أقرب مكان ممكن من محطات الطاقة الكهرومائية.
- الكمية المطلوبة من المواد الخام. بالطبع ، كلما اقتربت رواسب الخام ، كان ذلك أفضل على التوالي.
- العامل البيئي. لسوء الحظ ، لا يمكن تصنيف بلدان منطقة ما بعد الاتحاد السوفيتي في الفئة التي تكون فيها الشركات المعدنية صديقة للبيئة.
وبالتالي ، يعد موقع علم المعادن مشكلة معقدة ، يجب إعطاء حلها أقصى قدر من الاهتمام ، مع مراعاة جميع أنواع المتطلبات والفروق الدقيقة.
لتشكيل الصورة الأكثر تفصيلاً في وصف معالجة المعادن ، من المهم الإشارة إلى المجالات الرئيسية لهذا الإنتاج.
شركات المعادن الحديدية تتضمن العديد من عمليات إعادة التوزيع المزعومة. من بينها: فرن التلبيد ، صناعة الصلب ، الدرفلة. دعونا نفكر في كل منهم بمزيد من التفصيل.
إنتاج الأفران
يتم تنفيذ الإصدار في هذه المرحلةالحديد مباشرة من الخام. يحدث هذا في فرن صهر وفي درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية. هذه هي الطريقة التي يتم بها صهر الحديد الزهر. سوف تعتمد خصائصه بشكل مباشر على مسار عملية الذوبان. من خلال تنظيم ذوبان الخام ، يمكن الحصول في النهاية على نوع من نوعين من الحديد الخام: تحويل الحديد (يستخدم لاحقًا لإنتاج الصلب) والمسبك (يتم صب قضبان الحديد الزهر منه).
إنتاج الصلب
الجمع بين الحديد والكربون ، وإذا لزم الأمر ،مع عناصر صناعة السبائك المختلفة ، ونتيجة لذلك ، يتم الحصول على الفولاذ. هناك طرق كافية لصهره. نود أن نشير بشكل خاص إلى محول الأكسجين والصهر الكهربائي ، وهما الأكثر حداثة وعالية الإنتاجية.
ذوبان المحول يتميزالزوال وينتج عنه فولاذ بالتركيب الكيميائي المطلوب. تعتمد العملية على نفخ المعدن السائل بالأكسجين من خلال رمح ، ونتيجة لذلك يتأكسد الحديد الزهر ويتحول إلى صلب.
طريقة صناعة الفولاذ الكهربائي هي الأكثر فعالية. بفضل استخدام أفران القوس ، يمكن صهر أعلى درجات فولاذ السبائك عالية الجودة. في مثل هذه الوحدات ، يتم تسخين المعدن المحمّل فيها بسرعة كبيرة ، في حين أنه من الممكن إضافة الكمية المطلوبة من عناصر السبائك. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي الفولاذ الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة على محتوى منخفض من الشوائب غير المعدنية والكبريت والفوسفور.
صناعة السبائك
تتكون هذه العملية من تغيير التكوينالصلب عن طريق إدخال تركيزات محسوبة من العناصر المساعدة فيه لإضفاء خصائص معينة عليه لاحقًا. من بين مكونات السبائك الأكثر استخدامًا: المنغنيز ، والتيتانيوم ، والكوبالت ، والتنغستن ، والألمنيوم.
تأجير
العديد من مصانع التعدين تشمل مجموعة متجددة من المحلات التجارية. إنهم ينتجون منتجات نصف منتهية ومنتجات منتهية بالكامل بالفعل. يكمن جوهر العملية في مرور المعدن في الفجوة بين الأسطوانات التي تدور في اتجاهين متعاكسين لمطحنة الدرفلة. علاوة على ذلك ، فإن النقطة الأساسية هي أن المسافة بين الأسطوانات يجب أن تكون أقل من سمك القضيب المار. نتيجة لهذا ، يتم سحب المعدن في التجويف ، ويتحرك ويتشوه في النهاية إلى المعلمات المحددة.
بعد كل تمريرة ، يتم عمل الفجوة بين القوائمالأصغر. نقطة مهمة - غالبًا ما يكون المعدن غير مطيل بدرجة كافية في حالة البرد. وبالتالي ، للمعالجة ، يتم تسخينه مسبقًا إلى درجة الحرارة المطلوبة.
استهلاك المواد الخام الثانوية
في الظروف الحديثة ، سوق الاستهلاكتتطور المواد القابلة لإعادة التدوير من كل من المعادن الحديدية وغير الحديدية بشكل مطرد. هذا يرجع إلى حد كبير إلى حقيقة أن موارد الخام ، للأسف ، ليست متجددة. كل عام من إنتاجهم يقلل بشكل كبير من الاحتياطيات. بالنظر إلى حقيقة أن الطلب على المنتجات المعدنية في الهندسة الميكانيكية ، والبناء ، وبناء الطائرات ، وبناء السفن وغيرها من قطاعات الاقتصاد الوطني يتزايد باطراد ، يبدو من المعقول تمامًا تطوير معالجة الأجزاء والمنتجات التي عملت بالفعل على استغلال مواردها.
من الآمن أن نقول هذا التطوريتم تفسير علم المعادن إلى حد ما من خلال الديناميكيات الإيجابية لقطاع الصناعة - استخدام المواد الخام الثانوية. في الوقت نفسه ، تعمل الشركات الكبيرة والصغيرة على حد سواء في معالجة الخردة المعدنية.
الاتجاهات العالمية في تطوير علم المعادن
في السنوات الأخيرة ، كانت هناك زيادة واضحة فيأحجام إنتاج المعدن المدلفن والصلب والحديد الزهر. هذا يرجع إلى حد كبير إلى التوسع الحقيقي للصين ، التي أصبحت واحدة من الشركات الكوكبية الرائدة في سوق إنتاج المعادن.
في الوقت نفسه ، سمحت عوامل مختلفة من علم المعادنالإمبراطورية السماوية تستعيد ما يقرب من 60٪ من السوق العالمية بأكملها. أما الشركات العشر الكبرى المتبقية فكانت: اليابان (8٪) ، الهند والولايات المتحدة الأمريكية (6٪) ، روسيا وكوريا الجنوبية (5٪) ، ألمانيا (3٪) ، تركيا ، تايوان ، البرازيل (2٪).
إذا نظرنا إلى 2015 بشكل منفصل ، إذنهناك اتجاه نزولي في نشاط منتجي المعادن. علاوة على ذلك ، لوحظ أكبر انخفاض في أوكرانيا ، حيث تم تسجيل النتيجة ، وهي أقل بنسبة 29.8٪ عن العام الماضي.
تقنيات جديدة في علم المعادن
مثل أي صناعة أخرى ، فإن علم المعادن ببساطة لا يمكن تصوره بدون التطوير والتنفيذ العملي للتطورات المبتكرة.
لذا ، موظفو ولاية نيجني نوفغورودطورت الجامعات وبدأت في تطبيق سبائك صلبة جديدة مقاومة للاهتراء ذات بنية نانوية تعتمد على كربيد التنجستن. الاتجاه الرئيسي لتطبيق الابتكار هو إنتاج أدوات تشغيل المعادن الحديثة.
بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديث روسياصر الأسطوانة بفوهة كروية خاصة لإنشاء تقنية جديدة لمعالجة الخبث السائل. تم تنفيذ هذا الحدث على أساس أمر الدولة الصادر عن وزارة التعليم والعلوم. هذه الخطوة بررت نفسها تمامًا ، حيث تجاوزت نتائجها في النهاية كل التوقعات.
أكبر شركات التعدين في العالم
تدعي التصنيفات الدولية أن منتجي المعادن الرائدين في العالم هم:
- أرسيلور ميتال هي شركة مقرها في لوكسمبورغ. تبلغ حصتها 10٪ من إجمالي إنتاج الصلب في العالم. في روسيا ، تمتلك الشركة مناجم Berezovskaya و Pervomayskaya و Anzherskaya ومجموعة Severstal.
- خبى للحديد والصلب عملاق من الصين. إنه ينتمي بالكامل إلى الدولة. بالإضافة إلى الإنتاج ، تعمل الشركة في استخراج المواد الخام ونقلها وأبحاثها وتطويرها. تستخدم مصانع الشركة التطورات الجديدة حصريًا وأحدث الخطوط التكنولوجية ، والتي سمحت للصينيين بتعلم كيفية إنتاج ألواح فولاذية فائقة الرقة وألواح رقيقة للغاية ملفوفة على البارد.
- نيبون ستيل - ممثل اليابان. وتسعى إدارة الشركة التي بدأت عملها عام 1957 للاندماج مع مؤسسة أخرى تسمى سوميتومو للصناعات المعدنية. وفقًا للخبراء ، سيسمح هذا الاندماج لليابانيين بالوصول سريعًا إلى المركز الأول في العالم ، متجاوزين جميع منافسيهم.
