Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.

Металлы в земле

Потребление металлов в мире растет: по разным оценкам, оно составляет до 1 миллиарда тонн в год. Соответственно, увеличивается и производство металлов, другими словами, добыча. При этом природные ресурсы металлов, особенно редких и благородных, не так богаты. Поэтому все большее значение получает развитие технологий для их получения из земли.

Потребление и ресурсы

Некоторые металлы содержатся в земной коре в довольно больших объемах, к примеру, порядка 9% — это алюминий, немного менее 5% — железо, около 2% — магний. Но таких металлов немного, в основном доли важных элементов — сотые, а то и тысячные доли процентов. Особенно скудны природные ресурсы благородных (золото, серебро, платина) и редких металлов (молибден, вольфрам, литий, галлий и др.).

Между тем, все эти материалы нужны обществу в больших количествах. Металлы сегодня — это ключевые конструкционные материалы, которые применяются во всех сферах потребления и экономических отраслях. Порядка 90% всех потребляемых металлов составляет сталь, около 3% — алюминий, также довольно много приходится на медь, цинк, свинец. В связи с этим производство названных металлов исчисляется миллионами тонн в год, а вот более редкие цветные металлы производят в тысячах тонн (магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам), в тоннах (селен, теллур, золото, платина) и даже килограммах (иридий, осмий).

Применение тех или иных металлов в различных сферах определяется их физико-химическими свойствами. Например, железо и сталь — твердые и прочные, это важные материалы для строительства. Алюминий, напротив, довольно мягкий и ковкий, хорошо проводит тепло, обладает прочностью при сверхнизких температурах, поэтому его используют, в частности, при сооружении самолетов. Пластичная и электропроводящая медь нашла применение в производстве электрических кабелей, энергетическом машиностроении. Про драгметаллы и вовсе понятно: золото и серебро преимущественно используются в ювелирном деле.

По оценкам экспертов, потребление металлов неуклонно растет. Металлургическая продукция всего мира составляет порядка 3/4 валового национального продукта (около 75%). При этом основные производители и потребители металлов — это США, Япония, Китай, Россия, Германия, Украина, Франция, Италия, Великобритания и другие страны.

Добывают металлы извлекая из руды ценные компоненты и переплавляя извлеченное сырье в чистый материал. Переработка руд происходит во всем мире в огромных масштабах. При этом металлургические предприятия работают с тремя составляющими: сырьем, концентрированными материалами (оксид или сульфид металла) и, собственно, отходами. Чтобы из концентрата получить чистый металл, руду нужно отделить физическим, химическим или электролитическим способом. Иногда руда содержит сразу несколько металлов, в этом случае отходы одного промышленного процесса могут стать сырьем для другого.

Добыча руды в горах сегодня не является обязательным процессом, потому что в некоторых случаях металл можно получить выщелачиванием. Таким методом можно растворить минерал и получить обогащенный минералом раствор.

Черная металлургия

Для получения железа из руды и сплавов на его основе применяются доменные печи. Температура в таких печах — более 1000 градусов по Цельсию, что позволяет «высвободить» железо из руды и выплавить чугун. В зависимости от хода процесса можно получить передельный чугун, из которого дальше выплавится сталь, и литейный чугун.

Сталь прочнее чугуна и более эффективна как строительно-конструктивный материал. Плавят сталь в специальных сталеплавильных печах, где металл находится в жидком состоянии. При этом выделяют несколько методов получения стали: кислородно-конвертерный, мартеновский и электроплавильный, в котором применяются индукционные и дуговые печи.

Суть первого метода заключается в выдувании чугуна из конвертера. Кислород окисляет примеси чугуна, и он превращается в сталь. Мартеновский процесс — это плавка в отражательной печи по принципу регенерации тепла. К слову, именно эти технологии получили широкое применение не только во всем мире, но и в России в XIX веке, и сыграли важную роль в ходе Великой Отечественной войны. Сегодня мартеновские печи применяются всё меньше, тем не менее они по-прежнему позволяют переплавлять чугун любого состава и получать качественную сталь. Третий метод — электросталеплавильное производство — наиболее распространенная технология в наши дни.

В рамках этого способа применяются дуговые печи переменного и постоянного тока и индукционные печи. В них выплавляют высококачественные стали. Они позволяют выводить из металлов безокислительные шлаки, расчищать металл, получать сталь с более низким содержанием серы и др.

Цветная металлургия

В цветной металлургии применяются пирометаллургические методы с проведением восстановительной или окислительной плавки, а также гидрометаллургические способы с переводом металлов в растворимые соединения и последующим выщелачиванием. Иногда также применяются металлотермические процессы, использующие в качестве восстановителей производимых металлов другие металлы с большим сродством к кислороду, а также химико-термический метод, цианирование и хлорид-возгонка.

К примеру, медь, как правило, производится пирометаллургическим способом (около 90% всей добычи меди) из сульфидных руд. При этом из руд попутно извлекаются и другие ценные металлы. Основные стадии производства меди такие: подготовка руд с помощью обогащения и обжига, плавка, конвертирование с получением черновой меди, рафинирование (очистка) огнем и электролитическим методом. Электролитическим способом получают из рудного сырья и алюминий. Производство ценных металлов типа вольфрама или молибдена может быть более сложным, для этого могут использоваться специальные агрегаты и оборудование, при этом в основе добычи этих элементов также лежат пирометаллургические и гидрометаллургические процессы.

Белая металлургия

Белая металлургия — это отнюдь не новый вид металлургии, а новый стандарт работы металлургических предприятий. 

Белая металлургия была презентована в России в 2010 году на Челябинском трубопрокатном заводе (ЧТПЗ) при запуске нового цеха по выпуску труб большого диаметра «Высота 239». Традиционно считалось, что производство труб относится к черной металлургии, однако ЧТПЗ разрушил все сложившиеся стереотипы. На новейшем высокотехнологичном производстве компании впервые в стране был сформирован и применен новый подход к организации и оформлению производственного пространства, построению рабочей среды и главное — к созданию уникальной корпоративной культуры, в центре которой лежит человеческая личность. Принципы белой металлургии реализуются не только на новых предприятиях группы ЧТПЗ, но и в цехах с 70-и даже 80-летней историей: действует система постоянных улучшений, модернизируется оборудование, применяются новейшие технологии, которые позволяют работать в спецодежде любого цвета, в том числе и белой, здесь трудятся высококвалифицированные сотрудники. Завод вообще поощряет стремление работников к получению образования, новых навыков и специальностей и создает для этого все условия.

Сегодня считается, что продукция и технологии, а также квалификация сотрудников предприятий, поддерживающих стандарты белой металлургии, соответствуют самым высоким требованиям качества.