В
настоящее время промышленное значение
имеют в основном сульфидные полиметаллические
руды, залегающие в карбонатных или силикатных
породах.
Содержание
металлов в рудах недостаточно высоко
для их прямой переработки на металлургическом
заводе, поэтому более 95% добываемых руд
подвергают обогащению. В результате обогащения
полиметаллических руд сокращаются затраты
на металлургические операции и снижается
стоимость конечного продукта металлургического
производства – чаще всего очищенного
(рафинированного) свинца. Совершенствование
процессов обогащения полиметаллических
руд способствует вовлечению в переработку
все более бедных руд [23].
- Основные
месторождения мира, России, Сибири и их
характеристика
Мировые
запасы свинца на начало XXI в. составили
около 90 млн. т, цинка – около 220 млн. т.
Наиболее крупными запасами свинца и цинка
обладают США, Австралия, Казахстан, Канада,
Китай. Россия занимает четвертое место
в мире по запасам свинца и пятое по запасам
цинка. Суммарные запасы свинца и цинка
в уникальных месторождениях превышают
10 млн. т, в крупных – колеблются от 10 до
5 млн. т, в средних – от 5 до 2,5 млн. т, в мелких
– менее 2,5 млн. т. По масштабам использования
в промышленности свинец и цинк, каждый
в отдельности, уступают меди, а в сумме
превосходят ее. Ежегодное производство
в концентратах составляет (в млн. т): свинца
– 2,8-3,0; цинка – 6,2-7,3; рафинированного
свинца – 4,9-5,4 (при этом 40-45% его получают
из вторичного сырья); металлического
цинка – 6,3-6,9 [10].
В России
месторождения свинца и цинка сосредоточены
на Урале, Северном Кавказе, Рудном Алтае,
Енисейском кряже, в Забайкалье, Приморье[16].
В России
общие запасы цинка составляют 22,7 млн.
т., подтвержденные 17,2 млн. т. (2007 г.). Примерно
82% запасов находится в месторождениях
Восточно-Сибирского и Уральского регионов,
других 18% – в пределах Западно-Сибирского,
Дальневосточного и Северо-Кавказского
регионов. Наиболее крупные месторождения
цинка в России: Холоднинское, Озерное,
Корбалихинское, Гайское, Узельгинское,
Учалинское и Николаевское (рис.1) [3].
Рис.
1 Основные месторождения свинца и цинка
России
Свинцово-цинковые руды России сосредоточены
главным образом в месторождениях колчеданно-
и стратиформного типов, значительно меньше
– в зернистых, скарновых и жильных. Многочисленные
палеозойские полиметаллические месторождения
Рудного Алтая принадлежат к колчеданному
типу (Корбалихинское, Степное, Среднее,
Золотушинское и др.). Свинцово-цинково-медное
оруденение этих месторождений приурочено
в основном к средне-девонским метаморфическим
вулканогенно-осадочным породам. Руды
содержат цинка больше, чем свинца, а свинца
больше, чем меди. Палеозойские колчеданные
полиметаллические месторождения есть
в Северном Забайкалье (Озерное, Холоднинское).
Небольшие колчеданные месторождения
есть в Алтай-Саянской складчатой области
(Салаирская и Урская группы месторождений,
Кызыл-Таштигское). К стратиформным залежам
относят Горевские метасоматические (Енисейский
кряж, Pb: Zn = 1:0,2). К этому же типу относится
месторождения Сардана на р. Алдан, залегающее
в доломитах верхнего венда (Pb: Zn = 1:4). К
зернистым относят месторождения нижнего
кембрия в карбонатных породах Восточного
Забайкалья (Благодатские и др.). Месторождения
скарнового типа известны в Сихотэ-Алиньской
складчатой области и в Южном Приморье.
Мезозойскими являются жильные полиметаллические
месторождения на Северном Кавказе (Садонское,
Згидское, Архонское, Эльбрусское и др.),
в Восточном Забайкалье (Нерчинская группа).
Жильные месторождения послемезозойского
возраста обнаружены близ Верхоянска,
в Яно-Чукотском районе и на полуострове
Камчатка. Большинство свинцово-цинковых
месторождений характеризуются комплексным
составом руд: наряду со свинцом и цинком
содержат медь, олово, благородные металлы,
редкие металлы и элементы, а также серный
колчедан, иногда барит и флюорит. По содержанию
цинка и свинца руды Россия уступают зарубежным
(кроме Горевского месторождения, где
содержание цинка 6%). Содержание свинца
и цинка в рудах России соответственно
1-1,3 и 3,9-4,7%, тогда как в рудах Австралии,
США, Бразилии содержание свинца в рудах
5-7,8%, Канады – 3,6 – 4,5%, а содержание цинка
от 3,6 до 15,3% [24].
- Технология
добычи свинцово-цинковых руд
Добыча свинцово-цинковых
руд ведётся открытым и подземным способами.
На долю открытого способа приходится
около 1/4 общей добычи руды [53].
Добытая
руда дробится, измельчается и подвергается
флотационному обогащению. В зависимости
от состава и технологических свойств
руды из неё получают чаще всего свинцовые
и цинковые концентраты, реже – только
свинцовый. Из части руд, содержащих медь,
олово или барит, производятся также медный,
оловянный или баритовый концентраты.
Наиболее высокие показатели извлечения
металлов в концентрат достигнуты при
переработке сульфидной садонозгидской,
горевской руды, руд Нерчинского комбината
и объединения «Дальполиметалл» (свинца
80-93%, цинка 80-92%) [15].
Металлургические
предприятия извлекают относительно большое
количество основных и сопутствующих
компонентов полиметаллического сырья,
в т. ч. элементов, сырьевые источники которых
очень ограничены или совсем отсутствуют.
Производство цинка осуществляется преимущественно
гидрометаллургическим способом по технологии,
включающей обжиг сульфидных цинковых
концентратов, сернокислотное выщелачивание
огарка и других окисленных промпродуктов,
высокотемпературное выщелачивание цинковых
кеков, очистку сульфатных цинковых растворов
от примесей и электроэкстракцию цинка.
В состав цинковых заводов входят также
установки по производству серной кислоты
из газов обжиговых печей, оксида цинка
из цинковых кеков, шлаков свинцового
производства и других бедных полупродуктов
(вельцпроцесс), кадмия из медно-кадмиевых
кеков и пылей свинцовых заводов, редких
металлов, цинкового купороса. Извлечение
цинка из цинковых концентратов в металл
и другие виды продукции 95-97%, кадмия 90-91%.
Свинец, поступающий в цинковое производство,
переводят в сульфатные кеки от переработки
возгонов и направляют в свинцовое производство;
медь извлекают в виде товарных продуктов
(медного порошка, закиси меди, медно-хлорного
кека, богатого по меди клинкера). Попутно
с цветными металлами из возгонов извлекают
индий, таллий, из шламов сернокислотного
производства – ртуть и селен [9].
Производство
свинца из сульфидного сырья осуществляется
пирометаллургическим способом, преимущественно
по стандартной технологии: агломерирующий
обжиг сырья, шахтная плавка агломерата
и рафинирование чернового свинца. В состав
свинцовых заводов входят установки по
утилизации сернистого ангидрида из агломерационных
газов, переработке шлаков, пылей и оборотных
продуктов (штейнов и шликеров). Извлечение
свинца из свинцовых концентратов в металл
и другие виды продукции 96,5-97,5%. Цинк, поступающий
в свинцовое производство, переходит преимущественно
в шлаки, из которых он извлекается в возгоны
при фьюминговании и вельцевании. Кадмий
практически полностью переходит в пыли
и извлекается при их переработке. Из пылей
извлекают также индий, таллий, рений,
селен, ртуть, хлор, в виде арсената кальция
выводят мышьяк. Из продуктов рафинирования
чернового свинца извлекают медь, сурьму,
висмут, благородные металлы, теллур, выводят
в арсенат кальция мышьяк [5].
- Производство
и области применения свинца и цинка
Производство и области применения свинца. Металлургия
свинца имеет древнюю историю. Известно,
что свинцово-серебряное месторождение
Рио-Тинто (Испания) финикийцы разрабатывали
еще в третьем тысячелетии до н. э. Изделия
из свинца, монеты и медальоны, найденные
в египетских захоронениях, изготовлены
в пятом – седьмом тысячелетии до н. э..
В древние времена наибольшее искусство
в получении свинца было достигнуто в
Греции и Риме. Свинцовые водопроводные
трубы, хорошо сохранившиеся, найдены
при раскопках Древнего Рима, а орнаментальное
свинцовое литье двухтысячелетней давности
встречается до настоящего времени в различных
частях земного шара.
Для исторического
развития народов свинец не имел такого
значения, как медь и ее сплавы с оловом
– бронзы. Мягкий и непрочный, он не годился
для изготовления оружия и орудий производства.
Первоначальная добыча свинца была связана
лишь с получением серебра, ассоциированного
в рудах со свинцовыми минералами. Однако
позднее ценные свойства самого свинца
(пластичность, высокая стойкость против
коррозии и др.) определили на него широкий
спрос. Потребность в свинце возросла
после изобретения пороха и огнестрельного
оружия: свинец стали применять в большом
количестве для изготовления пуль и дроби
[37].
На Алтае
и Урале, в Казахстане и Узбекистане, Восточном
Забайкалье и на Дальнем Востоке свинец
добывали еще первобытные племена. В XVII-XIX
вв. в местах горных выработок этих племен
был открыт ряд месторождений свинцовых
руд. Так, в Восточном Забайкалье было
открыто в 1704 г. Нерчинское месторождение,
на базе которого в 1705 г. был построен Нерчинский
завод. На Алтае был открыт ряд месторождений: Змеиногорское
(1736 г.), Риддерское (1784 г.), Зыряновское
(1790 г.). На базе этих месторождений построили свинцовые заводы: Барнаульский (1739 г.), Павловский (1763 г.), Алейский (1774 г.), Локтевский
(1784 г.), Гавриловский (1794 г.) и Змеевский
(1804 г.).
В 1898 г. началась постройка свинцово-цинкового завода во Владикавказе. С 1909 г. в Приморском крае стали разрабатывать
Тетюхинское свинцово-цинковое месторождение.
В начале XX в. царское правительство сдало
в концессию наиболее богатые свинцово-цинковые
месторождения: Тетюхинское – Германии
(1902 г.), на Алтае – Англии (1905 г.), на Кавказе
– Бельгии (1914 г.).
Хищническая эксплуатация недр привела
производство свинца к полному упадку.
Так, в 1913 г. производство свинца в России
составляло только 1,5 тыс. т. Потребность
страны в свинце собственного производства
удовлетворялась всего на 3%. Свинец ввозили
из Германии, Англии, Бельгии, Франции
и других стран.
Великая Октябрьская социалистическая
революция положила начало быстрому развитию
отечественной свинцовой промышленности.
За годы первых пятилеток в Советском
Союзе были восстановлены и расширены
действующие заводы: Лениногорский (Восточный
Казахстан), Сихотэ-Алиньский (Дальний
Восток), «Электроцинк» (г. Орджоникидзе).
В 1934 г. был построен новый свинцовый завод
в Чимкенте. В 1952 г. пустили в эксплуатацию свинцовый завод в Усть-Каменогорске.
За годы Советской власти была создана
мощная свинцовая промышленность, которая
не только полностью обеспечила потребности
народного хозяйства в свинце, но позволила экспортировать
его в другие страны.
Отечественным и зарубежным металлургам
хорошо известен свинец с маркой «УКСЦК»
(Усть-Каменогорский свинцово-цинковый
комбинат им. В. И. Ленина), который зарегистрирован
на Лондонской бирже цветных металлов
как коммерческий эталон качества.
В настоящее время мировое производство
рафинированного свинца достигло 6,0 –
6,4 млн. т. (включая вторичный) в год и по
своим масштабам уступает только производству
железа, алюминия, меди и цинка. Значительная
доля производимого свинца приходится
на вторичный (30-50%) [53].
Практически весь свинец получают
из сульфидных руд, содержащих от 0,5 до 10% Pb. Так, в США добывают руду с 1,5% Pb, в Канаде – с 3-4% Рb в Австралии – с 5-10% Pb [36].
Крупнейшими производителями свинца являются
США (25%), ФРГ (10%), Великобритания (9%), Япония (8%), Австралия (7,5%), Мексика (7,0%), Франция (6,4%), Канада (5,5 %) (Рис.2). В этих
странах сосредоточено 70-80% мирового производства свинца. Канада,
Мексика и Австралия основную часть производимого
свинца экспортируют (рис.2).
Рис.
2 Крупнейшие производители свинца
Основные
потребители свинца – США (31%), Великобритания (9,6%), ФРГ (9,3%), Япония
(8%), Франция (7%), Италия (6,2%), Испания (4%) (Рис.3). Эти страны
потребляют около 75% производимого капиталистическими и
развивающимися странами свинца (рис.
3) [26].
Наиболее
крупной областью применения свинца является
производство аккумуляторов (30-45% производимого свинца). Потребность в свинцовых аккумуляторах непрерывно
возрастает в связи с расширением автомобиле- и тракторостроения.
Значительное
количество свинца (4-23%) потребляет кабельное производство,
где свинец используют для защиты медных
проводников от коррозии [1].
В виде
сплавов с другими металлами потребляется от 6 до 16% Pb. Широкое
распространение получили сплавы свинца с оловом и кальцием, содержащие в различных
пропорциях сурьму, медь, мышьяк, кадмий.
Бронзы, баббиты, латуни, припои, в состав которых входит свинец, применяют в машиностроении и электротехнике. Свинец
входит в состав типографского сплава.
Рис.
3 Основные потребители свинца
Много
свинца используют для производства труб
и листов, применяемых в химической промышленности
и ядерной технике (10-15%). На химических
заводах и предприятиях цветной металлургии распространено освинцевание
внутренней поверхности камер и башен
для производства серной кислоты, труб,
травильных и электролитных ванн.
Широко
используют соединения свинца для производства красителей и химикалий (~10%) [12].
Производство
и области применения цинка. Переработка
цинковых руд началась в глубокой древности
при выплавке латуни (сплав цинка с медью).
Еще в V в. до н. э. в Индии окисленную руду переплавляли
в небольших горнах с углем и медью. Позднее
латунь стали выплавлять в Китае и других
странах Востока.
Приготовление
латуни восстановлением особого камня
– кадмея – углем в присутствии меди описано
у Гомера (XII-VIII в. до н.
э.), Аристотеля (IV в. до н. э.), Плиния Старшего (I в.).
Древнегреческий
историк Страбон (60-20-е годы до н. э.) описал
получение металлического цинка (под названием
туллии или фальшивого серебра). Однако
в Европе металлический цинк был большой
редкостью и ввозился из стран Востока.
До середины XVIII в. цинк в Европе не производили, хотя еще в конце XIII в. Марко Поло описал, как получают цинк
в Персии. Крупнейшие ученые XVI в. Парацельс и Агрикола в своих трудах
уделяли место выплавке цинка. Однако
заводское получение цинка организовать
не удалось [41].
Цинк пытались
получить точно так же, как и другие металлы:
обжигали руду, превращая соединения цинка
в оксид, и восстанавливали оксид цинка
углем, предполагая выплавить металл.
Цинк при этом восстанавливался до металлического,
но не выплавлялся, так как при температуре
процесса он весь испарялся и, окисляясь
в газовой фазе печи кислородом воздуха,
снова превращался в оксид цинка. Наладить
цинковое производство в странах Европы
удалось лишь после того, как руду стали
восстанавливать в закрытых ретортах
без доступа воздуха.
В 1743 г.
в Бристоле (Англия) заработал первый в
Европе цинковый завод. На американском
континенте первый цинковый завод был
построен в 1850 г. [2].
В настоящее время производство цинка
по масштабам уступает только производству
железа, алюминия и меди.
Отечественная цинковая промышленность
была создана после Великой Октябрьской социалистической
революции. До революции в России работал
один цинковый завод в г. Владикавказе,
который удовлетворял потребности страны
в цинке не более чем на 5%. В 1929 г. был построен цинкдистилляционный
завод в г. Константиновке («Укрцинк»), в 1931 г. начал работать такой же завод в г. Белово (Кузбасс), в 1933 г. пустили первый в стране завод
«Электроцинк» (г. Орджоникидзе), а в 1935 г. Челябинский цинкэлектролитный
завод. В 1947 г. вошел в строй действующих
Усть-Каменогорский цинковый завод, значительно
расширенный в последующие годы. С пуском
Лениногорского и Алмалыкского цинкэлектролитных
заводов цинковая промышленность Советского
Союза по своим масштабам и технической
оснащенности заняла одно из ведущих мест в мире [47].
В числе капиталистических стран, крупнейших
производителей цинка, следует назвать
Японию, США, Канаду, ФРГ, Австралию, Бельгию
и Францию. В этих странах сосредоточено 75-80% мирового производства цинка.