Bút Nghiên
ButNghien.com
- Xu
- 552
ĐỊA LÍ NGÀNH CÔNG NGHIỆP LUYỆN KIM
Bản chất của công nghiệp luyện kim là tinh luyện ra các kim loại từ quặng của chúng. Ngành này được chia làm hai phân ngành: luyện kim đen (sản xuất ra gang và thép) và luyện kim màu (sản xuất ra các kim loại không có sắt).
1. Công nghiệp luyện kim đen
a) Vai trò
- Luyện kim đen là một trong những ngành quan trọng nhất của công nghiệp nặng. Sản phẩm chính của nó là gang và thép, nguyên liệu cơ bản cho ngành công nghiệp cơ khí và gia công kim loại để tạo ra tư liệu sản xuất, công cụ lao động, thiết bị toàn bộ và cả vật phẩm tiêu dùng. Ngành luyện kim đen còn cung cấp những cấu kiện bằng sắt- thép cho ngành xây dựng.
- Hầu như tất cả các ngành kinh tế đều sử dụng sản phẩm của công nghiệp luyện kim đen. Kim loại đen chiếm khoảng 90% tổng khối lượng kim loại sản xuất ra trên thế giới. Chính sự thông dụng của nó trong sản xuất và đời sống đã làm tăng thêm tầm quan trọng của ngành công nghiệp này.
b) Đặc điểm kinh tế- kỹ thuật
- Ngành luyện kim đen sử dụng một khối lượng rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu và động lực.
Muốn sản xuất ra được 1 tấn gang cần phải sử dụng:
+ 1,7- 1,8 tấn quặng sắt (tuỳ thuộc hàm lượng sắt trong quặng, nếu hàm lượng sắt thấp thì con số này sẽ lớn hơn).
+ 0,6- 0,7 tấn đá vôi làm chất trợ dung (giúp chảy) vì trong quặng tuy đã làm giàu nhưng vẫn còn đá không quặng. Nếu đá này thuộc loại axit (như silic ôxit) phải dùng đá bazơ (đá vôi) làm chất giúp chảy; còn nếu là đá bazơ (như ôxit canxy) lại phải dùng chất trợ dung là đá axit (cát thạch anh).
+ 0,6- 0,8 tấn than cốc dùng để làm nhiên liệu vì khả năng sinh nhiệt cao, chịu được sức nặng của phôi liệu, kích thích sự cháy.
Như vậy, để có được 1 tấn gang thành phẩm, trung bình cần từ 3,0 đến 3,5 tấn nguyên liệu. Chi phí vận chuyển các nguyên liệu và thành phẩm là rất lớn, thường chiếm 25- 30% giá thành sản phẩm. Vì vậy, sự phân bố cũng như trữ lượng và chất lượng của các mỏ than, sắt có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc lựa chọn địa điểm và qui mô các xí nghiệp luyện kim.
- Ngành luyện kim bao gồm nhiều giai đoạn sản xuất phức tạp, đòi hỏi một loại hình xí nghiệp có qui mô lớn, cơ cấu hoàn chỉnh, trên diện tích rộng lớn.
Trong một xí nghiệp luyện kim đen thường có nhiều phân xưởng: luyện cốc; nghiền- thiêu kết quặng; luyện gang, thép; đúc, cán, dát thép. Ngoài sản phẩm chính là gang (với hàm lượng cácbon từ 2 đến 6%) và thép (khử bớt các bon xuống dưới 2%), còn có thêm các phân xưởng khác nhằm tận dụng phế thải để sản xuất ra nhiều sản phẩm phụ như gạch, xi măng từ xỉ than cốc, dược phẩm, benzen, lưu huỳnh, amôniắc, hyđrô, mêtan, êtylen từ khí than cốc...
Chính từ đặc điểm trên mà các xí nghiệp luyện kim đen thường được xây dựng thành xí nghiệp liên hợp và có khả năng tạo vùng rất lớn. Ưu điểm chính của loại hình xí nghiệp này là có chu trình đầy đủ (từ sản xuất gang, thép, luyện cốc, sản xuất một số sản phẩm phụ thuộc hoá phẩm và vật liệu xây dựng...), đạt hiệu quả kinh tế cao, tận dụng được các phế thải. Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu là chỉ cần một khâu (công đoạn) bị ngưng trệ hay muốn nâng cấp thì toàn bộ xí nghiệp nhiều khi phải ngừng hoạt động.
c) Trữ lượng quặng sắt
- Trong tự nhiên, quặng sắt khá phổ biến và tồn tại dưới dạng ôxít sắt như FeO, Fe2O3, Fe3O4. Theo qui luật, sắt được hình thành ở những vùng bình nguyên hoặc cao nguyên đồ sộ, có chế độ kiến tạo yên tĩnh, quá trình hoạt động lâu dài, để lại các tàn tích, tạo ra mỏ quặng sắt.
Trữ lượng quặng sắt của thế giới ước tính vào khoảng 800 tỷ tấn, trong đó riêng LB Nga và Ucraina chiếm 1/3, còn các nước đang phát triển (Trung Quốc, ấn Độ, Braxin, CH Nam Phi...) khoảng 40%. Một số nước phát triển có trữ lượng lớn về quặng sắt là Ôxtrâylia (trên 10% trữ lượng), Canađa (gần 5%), Hoa Kỳ (gần 4%).
Hàng năm toàn thế giới khai thác trên dưới 1 tỷ tấn quặng sắt. Các nước khai thác nhiều nhất cũng là các nước có trữ lượng lớn như Trung Quốc, Braxin, Ôxtrâylia, LB Nga, ấn Độ, Ucraina, Hoa Kỳ, CH Nam Phi, Canađa, Thuỵ Điển. Năm 2002, mười nước trên đã khai thác tới 92% sản lượng quặng sắt toàn cầu.
d) Sản xuất gang, thép
- Công nghiệp luyện kim đen phát triển mạnh từ nửa sau thế kỉ XIX cùng với việc phát minh ra động cơ đốt trong, xây dựng đường sắt, chế tạo đầu máy xe lửa, toa xe, tàu thuỷ và sau này là máy công cụ, máy nông nghiệp, ô tô các loại...
Gang là sản phẩm đầu tiên của quá trình nấu luyện quặng sắt trong lò cao. Nó là hợp kim của sắt và cácbon. Ngoài ra còn có mangan, silic và cả những tạp chất có hại như lưu huỳnh và phốt pho. Thường có hai loại gang: gang trắng (cứng và giòn, khó gia công cơ học) và gang xám (mềm và dẻo hơn, dễ gia công). Hơn 80% sản lượng gang được dùng để luyện thép, phần còn lại dành cho đúc bệ máy, sản xuất một số chi tiết máy.
Thép được luyện từ gang (sau khi khử cácbon xuống dưới 2%) và từ thép vụn phế liệu. Để tăng chất lượng của thép, người ta còn sử dụng một số kim loại như mangan, crôm, titan, vanađi...
- Sản lượng gang và thép tăng khá nhanh từ sau Chiến tranh thế giới thứ hai đến nay, trong đó gang tăng 5,3 lần, thép 4,6 lần.
Việc sản xuất gang và thép tập trung chủ yếu ở các nước phát triển và các nước công nghiệp hoá. Một số nước tuy có rất ít trữ lượng quặng sắt (như Nhật Bản, Hàn Quốc), nhưng công nghiệp luyện kim đen vẫn đứng hàng đầu thế giới nhờ nguồn quặng sắt nhập từ các nước đang phát triển.
Trên thế giới đã hình thành các vùng luyện kim đen nổi tiếng như Uran (LB Nga), Đông Bắc (Trung Quốc), Hồ Thượng và Đông Bắc (Hoa Kỳ), Rua (CHLB Đức), Loren (Pháp), Hôcaiđô (Nhật Bản)...
e) Nước ta cũng có nhiều điều kiện để phát triển ngành luyện kim đen.
Tổng trữ lượng quặng sắt dự báo là 1,2 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đã tìm kiếm là 1 tỷ tấn. Mỏ sắt lớn nhất hiện nay đã được phát hiện ở Thạch Khê (Hà Tĩnh) có trữ lượng 550 triệu tấn, chiếm 55% trữ lượng quặng sắt của cả nước. Một số mỏ khác cũng có trữ lượng khá như Tòng Bá- Hà Giang (140 triệu tấn), Bắc Hà, Nga Mi ở Tây Bắc (120 triệu tấn)...
Sản lượng thép sau năm 1990 tăng lên khá nhanh, từ 61,6 nghìn tấn năm 1985 lên 101,4 nghìn tấn năm 1990, rồi 1.583 nghìn tấn năm 2000 và đạt 2.682 nghìn tấn năm 2003.
2. Công nghiệp luyện kim màu
a) Vai trò
Công nghiệp luyện kim màu gồm các xí nghiệp khai thác, làm giàu quặng, sản xuất kim loại màu, hợp kim và chế biến chúng thành sản phẩm. Đây là những kim loại không có chất sắt (như đồng, nhôm, thiếc, chì, kẽm, vàng...), trong đó nhiều kim loại có giá trị chiến lược. Các kim loại màu được phân thành 4 nhóm chính là kim loại màu cơ bản, kim loại màu hợp kim, kim loại màu quý và kim loại màu hiếm.
Các kim loại màu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy, đặc biệt là chế tạo ô tô, máy bay, kỹ thuật điện, điện tử, công nghiệp hoá chất và cả trong nhiều ngành kinh tế quốc dân khác như bưu chính viễn thông, thương mại...
b) Đặc điểm kinh tế- kỹ thuật
- Hàm lượng kim loại trong quặng kim loại màu nói chung rất thấp.
Nguyên liệu của ngành luyện kim màu là các loại khoáng vật có chứa một số kim loại màu (hay nhóm kim loại màu) có thể tinh luyện thành dạng kim loại. Trong vỏ Trái đất, các kim loại màu (trừ nhôm) ít hơn rất nhiều so với sắt. Quặng kim loại màu lại nằm phân tán hơn, ít có các mỏ trữ lượng lớn. Điều đó làm cho việc khai thác rất khó khăn và tốn kém.
Hàm lượng các kim loại màu ở trong quặng rất thấp, hiếm khi vượt quá 5%, trung bình khoảng 1- 3%. Trong nhiều trường hợp, hàm lượng chỉ ở mức vài phần nghìn... Hàm lượng cực kỳ thấp của kim loại màu trong quặng có ảnh hưởng lớn tới hiệu quả kinh tế của ngành, làm giảm năng suất và tăng giá thành sản phẩm. Trong ngành luyện kim màu, chi phí nguyên liệu rất lớn. Muốn có 1 tấn kim loại đòi hỏi ít nhất 20 tấn, trung bình là 50- 100 tấn quặng và trong nhiều trường hợp còn lớn hơn nữa.
Từ những đặc điểm nói trên, sau khi khai thác phải có quy trình làm giàu quặng (hay gọi là tuyển quặng), tức là loại bỏ đá không quặng và tách riêng các khoáng vật có chứa kim loại để gia công sau này. Việc làm giàu quặng về mặt địa lý cần phải gắn liền với nơi khai thác. Các xí nghiệp tuyển quặng bao giờ cũng được xây dựng ngay tại khu vực khai thác do việc vận chuyển quặng kim loại rất tốn kém về mặt kinh tế.
Trong quặng đã tuyển, thường gọi là tinh quặng, hàm lượng kim loại màu tuy đã được cải thiện nhưng vẫn còn thấp. Việc chuyên chở tinh quặng đi xa rõ ràng là không có lợi. Do vậy, về nguyên tắc, người ta thường đặt các xí nghiệp chế biến tinh quặng ở gần xí nghiệp tuyển quặng và gần nơi khai thác.
Việc tuyển quặng kim loại màu đòi hỏi lượng nước rất lớn. Vì thế, nguồn nước cũng là điều kiện quan trọng ảnh hưởng đến việc phân bố các xí nghiệp luyện kim màu.
- Nguyên liệu của ngành luyện kim màu là quặng kim loại ở dạng đa kim.
Quặng kim loại khai thác được thường ở dạng đa kim. Nó có thể dùng làm nguyên liệu để sản xuất không chỉ một, mà có thể hàng loạt kim loại màu.
Tính chất đa dạng, phong phú của nguyên liệu đòi hỏi phải sử dụng chúng một cách tổng hợp nhằm lấy ra tối đa các kim loại, kể cả kim loại hiếm và quý có trong quặng. Vì thế, người ta thường xây dựng xí nghiệp luyện kim màu dưới dạng xí nghiệp liên hợp, có các phân xưởng riêng sản xuất các kim loại màu khác nhau. Việc sử dụng tổng hợp nguyên liệu trong ngành luyện kim loại màu đã làm tăng khối lượng sản phẩm, hạ giá thành và đem lại cho nền kinh tế quốc dân thêm nhiều sản phẩm quý.
- Công nghiệp luyện kim màu bao gồm hai khâu: khai thác, làm giàu quặng và chế biến tinh quặng thành kim loại.
Các xí nghiệp khai thác và làm giàu quặng nhất thiết phải phân bố ở nơi có mỏ kim loại.
Các xí nghiệp tinh luyện kim loại màu, tuỳ theo từng loại có thể chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố khác nhau.
Xí nghiệp luyện đồng thường được phân bố gần nơi khai thác, làm giàu quặng vì quặng đồng sau khi khai thác, làm giàu tới mức tối đa, hàm lượng cũng không vượt quá 50%. Do khối lượng tinh quặng còn khá lớn nên việc vận chuyển đi xa là không kinh tế. Trường hợp luyện đồng bằng phương pháp điện phân thì có thể xây dựng xí nghiệp gần nguồn năng lượng dồi dào và rẻ tiền.
Xí nghiệp luyện nhôm, kẽm đòi hỏi nguồn điện năng rất lớn. Muốn có 1 tấn nhôm đòi hỏi tới 17.000- 18.000 kwh hay 1 tấn kẽm cũng cần 3000- 4000 kwh. Vì thế, các xí nghiệp này thường được phân bố gần các trung tâm điện lực lớn.
Xí nghiệp tinh luyện kim loại hiếm lại thường được phân bố gần nơi tiêu thụ vì việc tinh luyện đòi hỏi kỹ thuật cao. Một số kim loại hiếm như vonfram, giecmani, liti được tinh luyện bằng phương pháp điện phân thì các xí nghiệp được đặt gần nguồn điện năng. Một số kim loại hiếm lẫn trong quặng sắt như fero- vonfram, fero- titan, fero- crom thì nên xây dựng xí nghiệp tinh luyện bên cạnh khu liên hợp gang thép.
c) Tình hình sản xuất
Những nước sản xuất kim loại màu nhiều nhất thế giới đều là những nước công nghiệp phát triển vì việc tinh luyện yêu cầu công nghệ cao, vốn đầu tư lớn, nguồn năng lượng dồi dào... Tuy có trữ lượng quặng kim loại màu dồi dào, song các nước đang phát triển chủ yếu chỉ là nơi cung cấp quặng tinh. Đó là trường hợp quặng đồng ở Chi Lê, Mêhicô, Dămbia, Zaira, Philippin, Inđônêxia; bôxit ở Ghinê, Braxin, Jamaica, Vênêduêla, Xurinam, Guyan, ấn Độ...
- Luyện nhôm
+ Nhôm là kim loại màu quan trọng thuộc nhóm kim loại nhẹ. Nhờ có những thuộc tính quí mà ngày nay, kim loại này được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật, dịch vụ và trong sinh hoạt.
So với nhiều kim loại khác, nhôm nhẹ, dẻo và có thể gia công dễ dàng bằng áp lực, cắt hay hàn. Nhôm có khả năng nấu luyện tốt ở nhiệt độ 660°C. Khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện tuy kém đồng (bằng 2/3 độ dẫn điện của đồng), điện trở tương đương với đồng song dây nhôm nhẹ hơn và giá thành rẻ hơn. Nhôm nguyên chất ít khi được sử dụng vì độ bền cơ học thấp, nhưng khi kết hợp với các kim loại màu khác (như với đồng, manhê, mangan...) để tạo ra hợp kim thì độ bền cơ học tương đối lớn.
Hợp kim nhôm quan trọng nhất là đuyra, gồm chủ yếu là nhôm kết hợp với 3- 4% Cu, 0,5% Mg và 0,5% Mn. Hợp kim này nhẹ, độ bền lại gần với thép. Đuyra được dùng rộng rãi trong công nghiệp máy bay và ô tô, điện kỹ thuật (các bộ chỉnh lưu, tụ điện...) cũng như trong các ngành chế tạo máy móc khác. Dùng nhôm thay thế cho đồng và chì trong công nghiệp chế tạo dây cáp rất có hiệu quả. 2/3 sản phẩm của ngành này có sử dụng nhôm. Gần đây nhôm và các hợp kim của nhôm được sử dụng ngày một rộng rãi hơn trong ngành xây dựng.
Hợp kim giữa nhôm với silic cũng có công dụng khá lớn. Hợp kim này chứa dưới 13% silic có đặc điểm là bền, dai, chống ăn mòn và được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo máy, làm các hợp kim đúc. Khả năng ôxi hoá yếu, tính chất vô hại của nhôm đối với sức khoẻ con người đã mở ra những khả năng to lớn để sử dụng nó trong việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng cho công nghiệp thực phẩm. Để bao gói thực phẩm, ngoài giấy thiếc, người ta còn dùng giấy nhôm.
+ Trong vỏ Trái đất, nhôm chiếm 7,4%, đứng hàng thứ hai sau silic, hơn hẳn tất cả các kim loại khác cộng lại. Quặng nhôm tốt nhất là bôxit, nefelin, amilit phổ biến rộng rãi trong tự nhiên. Sản lượng hàng năm của thế giới dao động trong khoảng 25- 26 triệu tấn (năm 2000: 24,5 triệu tấn, 2001: 24,8 triệu tấn, 2002: 25,4 triệu tấn, 2003: 26 triệu tấn). Các nước có sản lượng nhôm lớn nhất là Trung Quốc, LB Nga, Hoa Kỳ, Canada, Ôxtrâylia, Braxin...
+ Việt Nam cũng có trữ lượng bôxít đáng kể, khoảng 6,6 tỷ tấn, trong đó trữ lượng thăm dò là 3,0 tỷ tấn. Bôxít phân bố chủ yếu ở Tây Nguyên (Lâm Đồng, Đăk Lăk), sau đó là ở Lạng Sơn.
- Luyện đồng
+ Đồng sạch là kim loại có màu đỏ hồng với đặc tính là mềm, dẻo, dai, dễ gia công và cán thành những lá mỏng, những sợi dây nhỏ, mảnh. Đồng nóng chảy ở nhiệt độ 1.085°C.
Đồng có khả năng dẫn điện cao (chỉ đứng sau bạc) và độ dẫn nhiệt cũng rất lớn. Nhờ những đặc tính trên mà nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành kỹ thuật điện để sản xuất dây điện, các chi tiết trong dụng cụ điện, máy phát điện... Đồng có thể kết hợp với các kim loại khác (như kẽm, nhôm, niken, thiếc...) để tạo ra các hợp kim đồng với những phẩm chất cơ học cao hơn so với đồng nguyên chất.
Hợp kim phổ biến nhất của đồng là đồng thau- hợp kim giữa đồng và kẽm. Đồng thau bền, cứng và ít bị ăn mòn hơn. Một số loại đồng thau có độ bền gần bằng thép. Từ hợp kim này, người ta đã sản xuất ra hàng loạt sản phẩm... Ngoài ra còn có đồng thanh. Đây là các hợp kim khác của đồng (Cu + Sn; Cu + Al; Cu + Ni...), trong đó phổ biến nhất là đồng thiếc, chứa từ 8- 23% thiếc.
+ Hàng năm thế giới tinh luyện được khoảng 15 triệu tấn đồng sạch (năm 2000: 14,8 triệu tấn, 2001: 15,2 triệu tấn, 2002: 15,2 triệu tấn và 2003: 15,5 triệu tấn). Luyện đồng không phức tạp lắm và thường sử dụng phương pháp nhiệt luyện để tách đồng sạch ra khỏi quặng. Xu hướng chung hiện nay là các nước giàu tài nguyên đồng không xuất khẩu quặng tinh mà tinh luyện tại chỗ rồi xuất đồng thành phẩm. Các nước có sản lượng đồng hàng đầu thế giới là Chi Lê, Hoa Kỳ, Inđônêxia, Ôxtrâylia, Pêru, LB Nga, Canađa, Trung Quốc...
Ngày nay, do sự bùng nổ của ngành bưu chính viễn thông và điện tử- tin học, nhu cầu tiêu thụ đồng trên thế giới ngày càng tăng nhanh.
- Khai thác vàng
+ Vàng thuộc nhóm kim loại màu quí, có màu vàng ánh kim, mềm, dễ gia công, dát mỏng, kéo thành sợi. Vàng có tỷ trọng nặng, nhiệt độ nóng chảy 1.064°C. Trong thiên nhiên, vàng hầu như ở thể tinh khiết: vàng tự sinh hoặc ở dạng hạt, vẩy nhỏ (vàng cốm hay vàng cám).
Từ hàng ngàn năm trước, vàng được sử dụng làm đồ trang sức. Vàng còn dùng để trang trí nội thất, cung điện, tháp chuông, mạ các vật dụng đắt tiền (khuy áo, bộ đồ ăn...), dụng cụ thí nghiệm. Vàng có giá trị tích luỹ của cải, để làm vật trao đổi, thanh toán các hợp đồng mua bán. Dự trữ vàng có ý nghĩa lớn đối với ngân khố của mỗi quốc gia.
+Hàng năm, thế giới khai thác được khoảng 2,5 tấn vàng. Đứng đầu về sản lượng là Hoa Kỳ, Ôxtrâylia, Udơbêkixtan, Canađa, Trung Quốc, Nam Phi, LB Nga, Braxin...
Nguồn: ĐHSP ĐT
