Каренов Р.С.

Повышение роли технологического развития в современных условиях

Глава государства Н. А. Назарбаев в своем Послании народу Казахстана «Новое десятилетие - новый экономический подъем - новые возможности Казахстана» отметил, что «...к 2015 году должна полноценно функционировать Национальная инновационная система, а к 2020 году она уже должна давать результаты в виде разработок, патентов и готовых технологий, внедряемых в стране. Доля инновационно-активных предприятий должна возрасти с 4 до 20 %. Только инновации дадут резкий рост производительности труда» [1].

Инновационное развитие, которое является основой экономического роста, основано на систематическом внедрении современных достижений науки и научно-технической деятельности, использовании передовых организационно-управленческих и производственных решений для создания и реализации на национальных и мировых рынках условий, определяющих конкурентные преимущества.

Определение приоритетов инновационной активности как части социально-экономического состояния организации является определяющим инструментом в конкурентной борьбе, так как он создает условия для стабильного и долгосрочного развития отечественных предприятий и компаний. В этой связи особенностью современного развития технологий является переход к целостным технолого-экономическим системам высокой эффективности, охватывающим производственный процесс от первой до последней операции и оснащенным прогрессивными техническими средствами. Уровень технологии любого производства оказывает решающее влияние на его экономические показатели, поэтому необходимо достаточное знание современных технологических процессов.

Для того чтобы управлять производством, анализировать его хозяйственную деятельность, обеспечивать функционирование его подразделений, определять экономическую эффективность научно-технических разработок и их практического освоения, решать задачи количественного и качественного развития материально-технической базы производства за счет реализации последних достижений науки и техники, необходимо иметь конкретное представление о самом производстве, его структуре, передовых технологических процессах.

Изучение закономерностей развития технологических процессов производства, формирования и развития технологических систем, способов оценки их качественного состояния позволяет принимать экономические решения с учетом научно-технического развития как отдельных производств и отраслей, так и народного хозяйства Казахстана в целом.

Горнодобывающая промышленность цветной

металлургии

Прежде чем дать оценку новым прогрессивным технологиям, показать их особенности и преимущества перед традиционными, необходимо проанализировать технологические системы базовых отраслей промышленности.

Металлургия – отрасль промышленности – система технологических процессов, направленных на производство металлов из их природных соединений (руд) и дальнейшую обработку этих металлов для придания им определенного вида и свойств. В связи с делением металлов на черные и цветные металлургия также делится на металлургию черных металлов и металлургию цветных металлов.

Одной из отличительных черт горнодобывающей промышленности цветной металлургии является неоднородность продукции, добыча разнообразных полезных ископаемых – меди, свинца, никеля, алюминия, золота и многих других.

Горно-геологические условия разработки месторождений руд цветных металлов и величина их запасов весьма разнообразны. Это приводит к большой дифференциации горных предприятий по производственной мощности. Наряду с крупными рудниками и карьерами эксплуатируются предприятия средней и небольшой производственной мощности.

Основной системой разработки при открытом способе добычи является транспортная. Большая часть перевозок горной массы осуществляется автомобильным транспортом.

На подземных рудниках цветной металлургии в широких масштабах применяется отечественное и импортное самоходное оборудование. Так, на ряде крупных подземных рудниках отрасли (например, на трех подземных рудниках ТОО «Корпорация «Казахмыс» - Восточно-Жезказганский рудник, Западно-Жезказганский рудник, Южно-Жезказганский рудник) удельный вес добычи руды с применением самоходного оборудования составляет порядка 90%. Применение самоходного оборудования на отечественных подземных рудниках позволило повысить производительность труда рабочих забойной группы в 1,5 – 2 раза и снизить себестоимость добычи на 25 – 30% по сравнению с себестоимостью при обычной технологии.

Сегодня экспорт продукции горно-металлургического комплекса (ГМК) составляет уже 19% всего экспорта страны. Однако несмотря на достижения и успехи в горнодобывающем комплексе Казахстана, накопился ряд проблем, препятствующих его эффективному и более устойчивому развитию, и поэтому требующих безотлагательного и качественного решения.

К таким проблемам относятся:

– напряженное состояние минерально-сырьевой базы цветной металлургии
и ее неразвитость в редкометалльной отрасли;

– несовершенство законодательной и нормативно-правовой базы;

– устаревшая технико-технологическая база;

– отсутствие должной взаимной увязки научной, производственной и образовательной составляющих деятельности комплекса;

– отставание в уровне профессиональной подготовки персонала;

– низкая эффективность администрирования комплекса;

– низкий уровень внутреннего потребления продукции комплекса;

– ухудшение качества добываемых руд и низкая степень комплексности использования минерального сырья;

– неразвитость транспортной сети республики.

Анализ этих проблем позволяет сформулировать следующие концептуальные направления устойчивого развития ГМК:

– развитие и укрепление минерально-сырьевой базы комплекса;

– реализация индустриально-инновационной политики, основанной на росте казахстанского содержания в материально-техническом снабжении производства;

– регулирование законодательной и нормативно-правовой базы для обеспечения паритетных взаимоотношений народа, государства и бизнеса;

– развитие научно-технического потенциала для обеспечения комплексного освоения недр с применением высокопроизводительных ресурсо- и природосберегающих технологий;

– разработка и реализация механизмов стимулирования внутреннего спроса на всех этапах производства.

Важнейшим потенциалом экономики Казахстана является экспорт, 90 % которого составляет продукция минерально-сырьевого комплекса. Дальнейшее развитие металлургических отраслей и переход на более высокие технологические переделы, помимо существенного роста рабочих мест, могло бы обеспечить рост доходов от экспорта на порядок и более.

Вторым важным условием реализации существующего потенциала минерально-сырьевого комплекса является поддержание его минерально-сырьевой базы в состоянии, адекватном уровню добычи.

В настоящее время эту миссию государство практически переложило на плечи недропользователей. Так, из 1,5 млрд. долларов США, которые ежегодно тратятся на геологоразведку в последнее время, на долю государства приходится менее 1%.

С согласия государственных органов направления, геометрия и глубина геологоразведки определяются самими недропользователями. Силами их специалистов и (или) привлеченных фирм формируются рудные тела, выполняется горно-геометрический анализ, разрабатываются проекты освоения месторождений. В этих условиях государство не может должным образом контролировать процессы геологоразведки, полноту и качество извлечения руд из недр, порядок освоения месторождений. До последнего времени даже утверждение (по идее должно быть согласование) планов горных работ выполняли специалисты Комитета геологии и недропользования, которые к горному делу не имеют прямого отношения. Очевидно, что неадекватный учет реальных горно-геологических и технологических характеристик извлекаемых полезных ископаемых приводит к соответствующему снижению контролируемых государством доходов и налоговых поступлений в госбюджет от недропользователей [3; 21].

Модернизация технологического уклада комплекса и бесперебойное удовлетворение потребностей внешнего и внутреннего рынков требуют соответствующего научно-технического обеспечения, более совершенной законодательной базы и эффективной системы государственного управления.

Видное место Казахстана в мировом

выпуске меди и цинка

Медные руды, как правило, являются комплексными и кроме меди содержат цинк, серу, кадмий, золото, серебро, свинец, теллур и др.; другой тип руд содержит молибден и редкие металлы и третий тип руд включает никель, кобальт и платиноиды.

Сейчас добыча меди осуществляется в 17 странах мира. Спрос на данный металл на мировом рынке растет. Поэтому специалисты прогнозируют дальнейший рост объемов мировой добычи меди. Крупными запасами медных руд располагают месторождения Республики Казахстан. Рафинированные медь, цинк являются эталонами на Лондонской бирже металлов (ЛБМ).

Таблица 1

Динамика добычи меди в отдельных

странах мира (тыс. т, по содержанию металла)

На сегодняшний день Казахстан занимает 9-е место в мире по запасам (балансовые запасы по всем категориям оцениваются в 30 – 34,5 млн. т и учтены более чем по 80 месторождениям), 11-е – по добыче, 7-е – по производству рафинированной меди, 4-е – по экспорту. Практически весь объем рафинированной меди экспортируется. Основные покупатели казахстанской продукции – Китай и Великобритания (табл. 2).

Таблица 2

Экспорт рафинированной меди Казахстаном (тыс. т)

Медь – тяжелый цветной металл, плотность Сu 8,94 кг/мтемпература плавления 1083 °С. В чистом виде медь применяют для электротехнических целей (провода, шины, кабель). Более 50% чистой меди потребляет электротехническая промышленность и энергетика.

Сплавы на основе меди – это бронзы и латуни, которые широко применяются в технике в качестве конструкционных материалов.

Бронзы – сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянистыми и безоловянистыми – кремниевыми, алюминиевыми и т.д. Бронзы обладают высокими механическими и антифрикционными свойствами. Оловянистые бронзы, содержащие до 6% Sn, хорошо обрабатываются давлением; бронзы, содержащие до 15% Sn, обладают хорошими литейными свойствами. Дефицитность и высокая стоимость олова – основной недостаток оловянистых бронз.

Бронзы маркируют следующим образом: буквы Бр означают бронзу, следующие буквы означают легирующий элемент (О - олово, Ц - цинк, Ф – фосфор, Б - бериллий, Н - никель, А - алюминий, Ж - железо, К – кремний, Мg - марганец, С - свинец), цифры показывают содержание элементов в сплаве. Например, БрОФ 10-1 (10% Sn, 1% P, остальное – медь).

Латуни – это сплавы меди с цинком. Применяют латуни с содержанием Zn до 45%. Сплавы, содержащие до 10% Zn, называют томпаксами.

В последние годы мировая добыча цинка растет. В частности, за 2000 – 2010 гг. она выросла с 8,7 до 12 млн. т (табл.3).

Таблица 3

Динамика добычи цинка в отдельных странах мира

(тыс. т, по содержанию цинка в руде)

В условиях высокого спроса на рафинированный цинк практически все крупнейшие цинковые компании Казахстана сохраняют, а некоторые укрепляют свои позиции на мировом рынке. Так, АО «Казцинк» прочно удерживает 7-е место в мировом рейтинге и 1-е – в Казахстане. Сейчас данная компания занята как в производстве цинка, так и добычей сопутствующих цветных металлов – меди, свинца, драгоценных и редких металлов. Продукция отправляется на экспорт.

Свинцовые, цинковые, золотодобывающие и аффинажные производства, обогатительные фабрики расположены вблизи соответствующих месторождений в Зыряновске, Риддере, Усть-Каменогорске, Лисаковске. В Акмолинской области компании принадлежит рудник Алтынтау (Васильковский ГОК). В группу также входят непрофильные компании – «Казцинкмаш», выпускающая запчасти и оборудование для отрасли, «Казцинк-РЕМСЕРВИС», «Казцинк-ШАХТОСТРОЙ», «Казцинк-ТРАНС», «Казцинк-ЭНЕРГО», другие предприятия [5; 20].

Если латунь, кроме цинка, не содержит легирующих элементов, то такая латунь называется простой. Латуни, содержащие алюминий, свинец, никель, марганец, олово и другие элементы, называются сложными. Добавки этих элементов повышают прочность латуни, а также придают им специальные свойства. Алюминий и никель повышают прочность и твердость латуни; олово, никель и марганец увеличивают прочность и коррозионную стойкость; свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость латуни резанием.

Латуни маркируются следующим образом: Л – обозначает латунь, последующие две буквы обозначают легирующие элементы, цифры показывают содержание меди и легирующих элементов, например, ЛАЖМц 66-6-3-2 (66% Сu, 6% А1, 3% Мn, остальное – Zn).

Оценка эффективности основных технологий извлечения

из руд цветных металлов

Около 90% извлекаемой из руд меди получают пирометаллургическим способом. Этот традиционный способ выплавки меди состоит из следующих операций: 1) флотация – обогащение руды, так как все медные руды очень бедны медью; 2) обжиг рудного концентрата для уменьшения содержания серы и примесей в нем (образующийся при обжиге  поступает в химическую промышленность для производства серной кислоты); 3) плавка на штейн при температуре 1600 °С (штейн – расплав, состоящий из сульфидов меди около 80%); 4) передел штейна на черновую медь путем продувки воздухом в конвертере; 5) огневое рафинирование меди в отражательных печах; 6) электролитическое рафинирование меди в целях получения меди высокой степени чистоты и выделения драгоценных металлов.

Пирометаллургические процессы служат основой получения не только меди, но и свинца, никеля и других цветных металлов.

Традиционные пирометаллургические процессы сопровождаются образованием большого количества шлаков, в которых содержатся окислы кремния, алюминия, кальция, магния, железа, марганца, меди, никеля, кобальта, цинка, свинца, кадмия, редких металлов. Вот почему переработка этих шлаков играет очень важную роль.

Новая технология извлечения цветных металлов из шлаков называется "карбидотермическое обогащение" шлаков. Процесс идет в электропечах. Шлаковые расплавы, содержащие оксиды металлов, восстанавливаются смесью кокса и извести до металла. В качестве побочного продукта получают силикат кальция – прекрасное сырье для производства строительных материалов.

Наиболее прогрессивными процессами, применяемыми в металлургии, являются автогенные процессы. Автогенный процесс – это процесс, протекающий без подвода внешнего тепла, источник тепла кроется в самой руде. Процесс идет с помощью экзотермических химических реакций. Автогенный процесс кардинально меняет технологию и многократно улучшает технико-экономические показатели. Особенно эффективно его использование в цветной металлургии. Так, например, при выплавке свинца производительность труда по сравнению с традиционным методом увеличивается в два раза, на столько же снижается расход кокса, себестоимость свинца уменьшается на 20%. Кроме того, этот способ получения свинца позволяет полностью извлечь из руды серу, которая поступает в химическую промышленность для производства . Такая технология является практически безотходной. Автогенный процесс мало инерционен, что дает возможность мгновенно запускать и останавливать агрегат, который прост в обслуживании, герметичен, работает без шума. В результате применения этой технологии происходит сокращение капитальных и эксплуатационных затрат на 30 – 35%.

Одной из разновидностей автогенных процессов является плавка в жидкой ванне (ПЖВ). Применение ПЖВ для выплавки меди позволяет без использования какого-либо топлива резко повысить производительность плавки, уменьшить размеры плавильных агрегатов. Кроме того, сокращается технологический цикл, так как ПЖВ позволяет отказаться от конвертерного производства и получать черновую медь уже на первом переделе, т.е. исключить из технологического процесса целый передел.

Суть технологического процесса ПЖВ состоит в следующем: шихту загружают прямо в расплавленный шлак. Идет экзотермическая реакция с выделением такого количества тепла, при котором расплав остается жидким, пока в него поступает шихта. Этим же способом можно получать цинк и никель.

Широкое применение сплавов на основе алюминия

в качестве конструкционных материалов в промышленности

В последние годы заметно вырос мировой спрос на алюминий. Причем в следующие четыре года он, по информации агентства Bloomberg со ссылкой на прогноз компании Novelis Inc., американского подразделения крупнейшего в Индии производителя алюминия Hindalco Industries, будет расти на 25 % ежегодно.

По словам главы европейского подразделения Novelis Тадеу Нардокио, спрос на металл значительно увеличится за счет автопроизводителей, которые уже используют больше алюминия при выпуске автомобилей из-за совокупности факторов нового законодательства в Европе и США и роста уровня благосостояния в мире. Мировое производство алюминия может превысить cпрос на 528 тыс. т в 2012 г.

Темпы роста спроса на алюминий окажутся самыми высокими среди всех промышленных металлов до конца 2015 года, - сообщает Bloomberg со ссылкой на прогноз исследовательской компании CRU. В ближайшие четыре года спрос на алюминий будет расти примерно на 7,6 % в год, при этом в 2015 году переизбыток предложения сменится дефицитом.[6; 12].

Алюминий – легкий легкоплавкий металл с температурой плавления 659 ˚С, плотностью 2,7 кг/м. Чистый алюминий обладает высокой пластичностью, высокой тепло– и электропроводностью и коррозионной стойкостью на воздухе. Алюминий подразделяется на особо чистый А999 (99, 999% А1), высокой чистоты А99, А995, А97, А95 и технически чистый А85, А8, А7, А6, А5 и т.д. Примеси значительно снижают электропроводность, теплопроводность и пластические свойства алюминия. Чистый алюминий применяют в электротехнике в качестве заменителя дорогой меди.

Рост мирового спроса на алюминий обусловил повышенное внимание укреплению его сырьевой базы -добыче бокситов и производству глинозема. Мировые ресурсы бокситов оцениваются в 55 – 75 млрд. т. Наиболее крупные ресурсы бокситов имеются в Гвинее, Австралии, Ямайке, Бразилии, Китае, Индии, Гайане.

В Казахстане имеется ряд богатых месторождений бокситов: Краснооктябрьское – 125 млн. т, Восточно-Аятское – 50 млн. т. В целом, по данным Комитета геологии и недропользования, в недрах республики находится более 1 млрд. т этих ископаемых. По их величине республика занимает 9-е место в мире [4; 21].

За 2000 – 2010 гг. мировая добыча бокситов выросла со 135 до 211 млн. т (табл. 4).

С расширением мировой сырьевой базы растет и первичная переработка. Примерно 95% бокситов используется в производстве глинозема.

Крупнейшими производителями глинозема являются Китай, Австралия, Бразилия, а также США, Ямайка, Россия, Индия. Значительны объемы выпуска этой продукции у Суринама, Венесуэлы, Казахстана, Ирландии, Украины. Казахстан в 2010 г. произвел 1867,3 тыс.т продукции и вышел на 9-е место в мире по выпуску глинозема [4; 21].

В 2010 г. открыт первый Казахстанский электролизный завод (КЭЗ) по производству алюминия. Проектная мощность завода – 250 тыс. т в год; объем инвестиций – порядка одного миллиарда долларов США; рабочие места в период эксплуатации (в среднем за год) – 2500 человек.

Таблица 4

Динамика добычи бокситов в мире

(млн. т, по сухому весу)

Благодаря вводу в действие КЭЗ (мощного, современного, высокотехнологичного, соответствующего Европейским стандартам экологически чистого производства) Казахстан впервые вышел на международный рынок с продукцией третьей стадии передела – металлозаготовками и слитками из алюминия. Тут созданы все предпосылки для организации кластера «Металлургия - Алюминий» по производству различных видов продукции еще более высокой добавленной стоимости и развития вокруг него предприятий малого и среднего бизнеса.

В настоящее время в рамках данного кластера признано целесообразным объединение различных предприятий, входящих в технологические цепочки по добыче, транспортировке и обогащению бокситов, производству глинозема и первичного алюминия с последующим выпуском готовой продукции с высокой добавленной стоимостью в том числе: алюминиевые прутки, листы, фольга, упаковки и т. д. Принимаемые решения должны быть увязаны со смежными и поддерживающими отраслями, научно-образовательными структурами, предприятиями, выпускающими различные детали, комплектующие, оборудование и технику для выпуска продукции с наибольшей добавленной стоимостью и обеспечения ее конкурентоспособности на мировых товарных рынках. Аналогичные задачи будут решаться и в других кластерах, отраслях, подотраслях и предприятиях ГМК Казахстана.

Между прочим, на базе КЭЗ уже ведется строительство единственного в республике цеха по выпуску обожженных анодов (136 тыс. т в год), необходимых при производстве алюминия. Это позволит снизить его себестоимость, зависимость от импортеров и существенно повысит казахстанское содержание (ранее аноды закупались в Китае) [7; 4].

Как известно, в качестве конструкционных материалов в промышленности широко применяют сплавы на основе алюминия. Сплавы на основе алюминия подразделяют на две группы деформируемые и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой, широко применяются в строительстве и мостостроении, для малонагруженных и ненагруженных элементов конструкций зданий, для несущих сварных конструкций (фермы, арки, балки и т.д.). Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обработкой, приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии после термической обработки - это авиали (АВ, АД31, АДЗЗ), дуралюмины (Д1, Д16, Ак6, Ак8), сплавы высокой прочности (В95, В96), жаропрочные сплавы (АК4, ВД17 и др). Термическая обработка – закалка и старение – эти сплавы применяются в авиации и судостроении.

Литейные алюминиевые сплавы находят в промышленности широкое применение. Это – сплавы на основе:1) А1-Si; (силумины) АЛ2, АЛ5, АЛ9 и др.; 2) Al-Mg; 3) А1-Сu; 4) А1-Zn. Все эти сплавы обладают хорошими литейными и механическими свойствами, хорошо обрабатываются резанием. Широко применяются в авиации, судостроении, строительстве и в быту.

Технология получения чистого алюминия

из его руд

В природе в чистом виде алюминий не встречается, но он широко распространен в виде окисла, называемого глиноземом А1О. Технология получения чистого алюминия из его руд включает две основные стадии: выделение из руд чистого глинозема и получение из глинозема металлического алюминия. В настоящее время в промышленности применяется в основном один технологический процесс получения алюминия из глинозема, основанный на электролизе расплава окиси алюминия. Глинозем А1Оявляется тугоплавким соединением (˚C), которое расплавить в чистом виде весьма сложно. В связи с этим выделение металлического алюминия осуществляют не из расплава чистого глинозема, а из расплава смеси, состоящей из 8 - 10% глинозема и 90 - 92% криолита . Смесь такого состава плавится при температуре 935 °С.

Процесс электролиза осуществляют в ваннах - электролизерах, выложенных изнутри графитовыми плитами. Такая футеровка, кроме защитного действия, играет роль катода. В качестве анода используют графитовые или угольные пластины, которые подвешивают внутри ванны. При прохождении через расплав постоянного тока глинозем разлагается на ионы и у катода (на дне ванны) собирается расплавленный металлический алюминий, который периодически выпускают в специальные ковши.

В связи с тем, что производство меди и алюминия включает процесс электролиза, одним из основных технико-экономических показателей является удельный расход электроэнергии (кВт×ч). Кроме того, технико-экономические показатели определяются на всех переделах. К ним относятся такие, как выход металла на 1 кВт×ч затраченной энергии; продолжительность операции (ч), расход воздуха на 1т металла и др.

Список литературы

1. Новое десятилетие – новый экономический подъем – новые возможности Казахстана: Послание Президента Республики Казахстан Нурсултана Назарбаева народу Казахстана // Мысль. – 2010. - №3. – С. 2 – 14.

2. Каренов Р.С., Каренов А.Р. Менеджмент технологий: Учебное пособие. – Астана: Издательство КазУЭФМТ, 2009. – 363 с.

3. Жарменов А., Галиев С., Лисенков А., Жумабекова С. Индустриально-инновационное развитие горно-металлургического комплекса Казахстана // Промышленность Казахстана. – 2010. - №5 (62). – С. 20 – 25.

4. Алшанов Р. Экономика Казахстана за 20 лет: горно-металлургический комплекс // «Казахстанская правда», 21 октября 2011 года, С. 20 – 21.

5. Бекали Д. Инстинкт металлосохранения // «Казахстанская правда», 13 мая 2011 года, С. 20 – 21.

6. Валентинова Л. Новые задачи на 20-летие Независимости Казахстана // Промышленность Казахстана. – 2011. - №5 (68). – С. 10 – 15.

7. Радостовец Н. Горно-металлургический комплекс – наиболее эффективная отрасль экономики Казахстана // «Казахстанская правда», 18 мая 2011 года, С.4.