§ 21 Металургійне виробництво

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ

Чи змогло б людство досягти сучасного рівня розвитку без металів? Звідки вони беруться і як звичайна руда перетворюється на сталь або алюміній?

Людство не змогло б досягти сучасного рівня розвитку без металів, оскільки вони становлять основу конструкційних матеріалів для транспорту, промислового устаткування, будівництва, енергетики та електронних приладів. Метали видобувають із земної кори у формі металевих руд. Перетворення залізної руди на сталь передбачає її збагачення з отриманням концентрату, виплавляння чавуну в доменних печах із додаванням коксу та флюсів, а потім переробку рідкого чавуну на сталь у кисневих конвертерах або електропечах. Виробництво алюмінію здійснюється шляхом виділення глинозему з бокситової руди з його подальшим електролізом у розплаві.

Пригадайте, коли та за яких умов люди вперше навчилися виплавляти та обробляти метали.

Люди вперше навчилися виплавляти метали наприкінці кам’яного віку, під час переходу до енеоліту (мідно-кам’яного віку), приблизно в V–IV тисячолітті до н. е. Це стало можливим завдяки розвитку гончарства, коли високі температури в печах дозволили випадково отримати першу мідь із руди, що використовувалася для оздоблення виробів.

Які технології добування металів ви вже знаєте?

Основними технологіями добування металів є пірометалургія (виплавлення за високих температур), гідрометалургія (хімічне вилучення за допомогою водних розчинів) та електрометалургія (використання електричного струму для отримання металу з розчинів або розплавів).

Які форми організації металургійного виробництва, на вашу думку, можуть забезпечити ефективну переробку сировини та виготовлення металів?

Ефективну переробку сировини забезпечує комбінування, зокрема створення комбінатів повного циклу, які поєднують усі етапи від підготовки руди до випуску готового прокату. Також важливу роль відіграють спеціалізація, кооперування та впровадження матеріалозберігаючих технологій на підприємствах вторинної металургії, що працюють на металобрухті.

МАЛ. 1. СХЕМА МЕТАЛУРГІЙНОГО КЛАСТЕРА

З’ясуйте, які чинники можуть впливати на ефективність роботи металургійного кластера.

На ефективність роботи металургійного кластера впливають такі чинники:

1. Надійне забезпечення сировиною та паливно-енергетичними ресурсами за оптимальними цінами.
2. Тісна співпраця з науково-дослідними інститутами для впровадження інновацій та енергоощадних технологій.
3. Якісна підготовка фахівців у профільних закладах технічної освіти.
4. Розвинена мережа залізничних магістралей та морських портів для швидкої доставки руди й вивезення металу.
5. Наявність супутніх підприємств із переробки промислових відходів і використання металобрухту.
6. Стабільні зв’язки з основними внутрішніми та зовнішніми споживачами (машинобудування, будівельна галузь).

Які можливі екологічні проблеми пов’язані з його діяльністю?

Діяльність металургійного кластера призводить до забруднення атмосфери викидами вуглекислого газу, сполук сірки та твердих часток пилу. Також виникають проблеми забруднення водних ресурсів стічними водами та накопичення значних обсягів твердих промислових відходів (шлаків), що потребують відчуження земель під відвали.

Запропонуйте ідеї, як модернізувати металургійний кластер для зниження негативного впливу на довкілля.

Для зниження негативного впливу необхідно впроваджувати технології замкнутого циклу водопостачання та встановлювати сучасні системи сухого очищення газів. Ефективними заходами є перехід на електросталеплавильне виробництво, збільшення частки використання металобрухту як вторинної сировини та переробка шлаків для потреб будівельної галузі.

МАЛ. 3. ЕЛЕКТРОЛІЗ АЛЮМІНІЮ

Пригадайте, що таке електроліз.

Електроліз — це процес розкладу речовин на складові частини під дією постійного електричного струму, який пропускають через розчин або розплав електроліту.

Поясніть, чому цей процес потребує великої кількості електроенергії.

Електроліз алюмінію є енергоємним, оскільки потребує великих витрат потужності для розриву міцних хімічних зв’язків в оксиді алюмінію (глиноземі). Крім того, значна частина енергії витрачається на підтримку електроліту у розплавленому стані за високих температур протягом усього процесу.

Поміркуйте, які переваги й недоліки має такий метод добування металу.

Перевагами електролізу є можливість отримання металу надзвичайно високої чистоти та добування активних металів, які неможливо вилучити за допомогою вуглецю чи інших відновників. Недоліками методу є його висока собівартість через величезні витрати електроенергії, залежність виробництва від потужних джерел енергії (ГЕС, АЕС) та викиди шкідливих сполук фтору в атмосферу.

ДІЛИМОСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Який метал ви обрали б як символ сучасної цивілізації? Поясніть чому.

Символом сучасної цивілізації є алюміній, оскільки він поєднує легкість, міцність та стійкість до корозії, що критично важливо для розвитку авіації, космонавтики та електроніки. Також цей метал підлягає багаторазовій вторинній переробці без втрати властивостей, що відповідає сучасним вимогам екологічності та сталого розвитку.

ПЕРЕВІРЯЄМО СЕБЕ

1. Що таке металургійне виробництво? Які його основні функції в економіці?

Металургійне виробництво (металургія) — це комплекс технологічних процесів і промислових об’єктів, що передбачає видобування металевих руд, їх збагачення, переробку та виготовлення металів і сплавів із заданими властивостями. Основна функція металургії полягає у створенні конструкційної бази для розвитку машинобудування, будівництва, транспорту, енергетики та оборонної промисловості.

2. Чим різняться повний і неповний металургійні цикли?

Металургійні комбінати повного циклу охоплюють усі стадії виробництва: підготовку сировини, виплавку чавуну, сталі та виготовлення готового прокату. Підприємства неповного циклу здійснюють лише окремі етапи процесу, наприклад, виплавку сталі виключно з металобрухту (переробна металургія) або виробництво лише прокату.

3. Які чинники впливають на розміщення підприємств чорної та кольорової металургії?

Розміщення підприємств чорної металургії залежить від сировинного (родовища залізних і марганцевих руд), паливно-енергетичного (наявність коксівного вугілля), транспортного (близькість залізничних вузлів або портів) та споживчого чинників. Для підприємств кольорової металургії вирішальними є сировинний чинник (через низький вміст металу в рудах) та енергетичний чинник (доступ до потужних джерел дешевої електроенергії, наприклад ГЕС, для виплавки алюмінію), а також екологічні вимоги та наявність водних ресурсів.

4. Охарактеризуйте основні технології виробництва чорних і кольорових металів.

Виробництво чорних металів базується на доменній плавці руди для отримання чавуну, який потім переробляють на сталь киснево-конвертерним способом або в електродугових печах, завершуючи цикл прокаткою заготовок. У виробництві кольорових металів використовують три основні методи: пірометалургію (плавка при високих температурах), гідрометалургію (вилучення металів хімічними реагентами з розчинів) та електрометалургію (електроліз для отримання чистих металів, зокрема алюмінію з глинозему).

5. Назвіть країни-лідери з виробництва чорних і кольорових металів.

Беззаперечним світовим лідером у виробництві чорних металів є Китай, на який припадає понад половина світового виплавляння сталі; провідними експортерами залізної руди є Австралія, Бразилія, Індія, Південна Африка та Канада. У виплавці кольорових металів лідерство також утримує Китай (алюміній, рафінована мідь). На видобутку окремих видів сировини спеціалізуються: Чилі та Перу (мідь), Австралія й Гвінея (боксити), Індонезія та Філіппіни (нікель), Демократична Республіка Конго (кобальт), ПАР (платина й золото), Казахстан (уран, свинець, цинк), Канада (нікель, уран).

6. Які чинники визначають розміщення металургійних підприємств в Україні?

Розміщення підприємств чорної металургії в Україні визначається сировинним чинником (близькість до родовищ залізних та марганцевих руд), паливним чинником (наявність коксівного вугілля), а також транспортним чинником (розвинена мережа залізниць та доступ до морських портів). Для підприємств кольорової металургії, зокрема виробництва алюмінію та титану, визначальними є енергетичний чинник (наявність потужних електростанцій) та екологічні вимоги.

ДОСЛІДЖУЄМО СВІТ НАВКОЛО НАС

1. Оберіть один з електронних пристроїв (смартфон, ноутбук, планшет) або видів побутової техніки. Визначте два-три метали, які в ньому використані. Дізнайтеся, які країни та ТНК є найбільшими виробниками цих металів, простежте вірогідні ланцюги постачання металів від видобутку руди до підприємства, що виготовляє цей пристрій.

Для дослідження обрано смартфон. У його виробництві ключовими металами є кобальт (для літій-іонних акумуляторів) та мідь (для електричних схем). Основним виробником кобальту є ДР Конго (провідна ТНК — «Glencore»), а міді — Чилі (провідна ТНК — «BHP Group»). Ланцюжок постачання починається з видобутку руди в ДР Конго або Чилі, після чого сировина транспортується до Китаю для рафінування та виготовлення компонентів (акумуляторів та плат), які згодом надходять на складальні заводи (наприклад, ТНК «Foxconn» або «Samsung») для створення кінцевого пристрою.

2. Дослідіть переваги використання вторинної сировини (перероблених металів) у металургійній промисловості.

Використання металобрухту як вторинної сировини суттєво знижує собівартість продукції, оскільки переробка металів потребує значно менше енергії порівняно з їх виплавкою з руди. Цей підхід дозволяє заощаджувати природні ресурси, зменшує обсяги гірничих розробок і мінімізує негативний вплив на довкілля через скорочення викидів вуглекислого газу та накопичення промислових відходів.

ПРАЦЮЄМО З ІНФОРМАЦІЄЮ

1. Знайдіть на карті металургії світу в атласі найбільші металургійні кластери. Поясніть, які переваги дає кластерна форма організації виробництва.

До найбільших світових металургійних кластерів належать Аньшань-Беньсійський у Китаї, Рурський у Німеччині, Приозерний у США та Верхньосілезький у Польщі. Кластерна форма організації виробництва дозволяє об’єднати в межах однієї території видобувні підприємства, заводи повного циклу, науково-дослідні інститути та логістичні центри, що забезпечує зниження транспортних витрат, прискорює обмін інноваціями та сприяє ефективній підготовці спеціалізованих кадрів.

2. Зберіть дані про обсяги виробництва сталі в Україні у 2021—2024 рр. Порівняйте показники до і після 2022 р. Проаналізуйте, як вплинула агресія Росії на обсяги виробництва в Україні. Чи є ознаки відновлення?

Обсяги виплавки сталі в Україні за даними об’єднання «Укрметалургпром»:

Порівняння показників демонструє катастрофічне падіння галузі у 2022 році — обсяг виплавки скоротився у 3,4 раза порівняно з довоєнним 2021 роком. Російська агресія призвела до фізичного знищення та окупації двох металургійних гігантів Маріуполя («Азовсталь» та ММК імені Ілліча), які забезпечували понад 40% загальноукраїнського виробництва. Додатковими факторами спаду стали блокада чорноморських портів, руйнування залізничної логістики та ракетні удари по об’єктах енергетики.

Ознаки відновлення чітко проявилися у 2024 році: виробництво сталі зросло на 21,6% (до 7,58 млн тонн) порівняно з 2023 роком завдяки налагодженню роботи українського морського експортного коридору та стабілізації енергопостачання підприємств Дніпропетровської та Запорізької областей.

3. Працюємо в групі. Організуйте дискусію за темою «Що ефективніше: металургійний комбінат чи мінізавод із виробництва металу?».

Ефективність кожного типу підприємства залежить від економічних умов, доступності сировини та потреб ринку:

Металургійний комбінат є ефективнішим для великомасштабного базового виробництва дешевого металу з первинної рудної сировини. Мінізавод переважає за гнучкістю, енергоефективністю, здатністю швидко забезпечувати місцевий будівельний ринок і меншим навантаженням на довкілля завдяки вторинній переробці брухту.