Занимательно о железе

Советские экономисты и геологи, исходят из того, что человечеством еще далеко не использованы возможности наращивания минерально-сырьевых ресурсов. Разведанные запасы полезных ископаемых могут быть существенно увеличены за счет открытия новых месторождений на суше и морском дне, более рационального использования сырья, развития научно-технического прогресса в поисках, разведке, добыче и переработке полезных ископаемых.

Надо еще учесть, что запасы запасам рознь. Они могут быть разного качества, детально или плохо изучены, расположены в благоприятных экономико-географических условиях или в необжитых труднодоступных районах, залегать на большой глубине. И те ресурсы, которые сегодня использовать технически невозможно или экономически нецелесообразно, завтра могут пойти в дело.

Главным сырьем для черной металлургии является железная руда. Мировая потребность в железорудном сырье удваивается каждые 15 лет. В среднем, по общим цифрам мировых запасов железной руды, все благополучно.

Мировые запасы железных руд, не считая бедных, составляют около 500 миллиардов тонн. Даже при возможном росте производства стали в 2000 году до 1500–3000 миллионов тонн руды в целом хватит на несколько столетий. Но надо учесть, что запасы железных руд на земном шаре размещаются неравномерно. Все больше возрастает зависимость ряда стран от импорта руд. Особенно много руд импортируется из развивающихся стран. По мере роста их национальной промышленности в них возрастает собственное потребление руд. И тогда могут повториться события времен “энергетического кризиса” 1973 года, когда ведущие капиталистические страны подняли панику, увидев только призрак возможного энергетического голода. Это может повториться и в форме железорудного кризиса, но уже не как новая возможность для спекуляций монополий, а как суровая реальность. Ни одна из высокоразвитых капиталистических стран не обеспечивает себя полностью собственным минеральным сырьем.

Перспективы нашей Родины в сырьевом обеспечении, даже и с расчетом на дальние перспективы, более благоприятны.

В результате успешного проведения планомерных геологоразведочных работ запасы разведанных железных руд СССР содержат около 30% общих мировых запасов и 45% запасов промышленных категорий [8] .

Наша страна располагает всеми необходимыми полезными ископаемыми, обеспечивающими независимую сырьевую базу для дальнейшего развития черной металлургии. И тем не менее для нас все более актуальной становится проблема рационального и комплексного использования недр и их охрана. Это диктуется необходимостью повышения экономичности использования сырья.

8

Зусман Л.Л. Кругооборот металлов в народном хозяйстве СССР. М.: Металлургия, 1978, с. 35.

Сейчас говорят: дороги науки и прогресса ведут в космос, на дно океанов, в толщу земли. Да, НТР раздвигает границы деятельности человека. В далекой перспективе все названные направления можно реально считать надежными источниками сырья.

Разведка недр показывает, что железные руды в Кривбассе есть и на глубине более 2,5 километра. Там руда содержит до 68% железа и ее можно сразу подавать в агрегаты. На руднике “Первомайском” заложена первая из сверхглубинных шахт (1500 метров. Таких шахт еще в мире никто не строил).

Дно морей и океанов является потенциальным рудником нашей планеты на многие десятилетия. Понадобится сложная техника для извлечения всех элементов из этих кладовых. Здесь человек должен вложить не меньше выдумки, фантазии и труда, чем он вкладывает в освоение космоса. Но и выгода от освоения океанских богатств в длительной перспективе ожидается не менее значительной, чем освоение космического пространства.

Весь наш разговор о сырьевом обеспечении металлургии будущего исходит из наличия и возможных запасов рудных месторождении разных металлов. В таком случае все ценные, крупные и доступные залежи будут, выработаны когда-то в будущем. При подсчете устанавливают сроки исчерпания отдельных полезных ископаемых: от десятилетий до столетий. Есть ли выход из столь сложной ситуации, хотя бы в далеком будущем?

В трудах геохимика В.И. Вернадского есть на этот счет исключительно важное замечание: “Химическая работа человечества должна сделаться интенсивнее; оно будет вынуждено концентрировать руды, т.е. быстро производить природную геологическую работу, идущую медленно — веками и тысячелетиями” [9] .

У человека появляется выход: ускорять и направлять течение геохимических процессов, искусственно создавать в земной коре месторождения полезных ископаемых. Пока круг подобных искусственных месторождений еще очень узок и охватывает прежде всего соли: поваренную — минерал галит и сульфат натрия — мирабилит. Но уже появилась новая отрасль техники, использующая возможности регуляции процессов, идущих в земной коре и на земной поверхности — геотехнология.

9

Баландин Р. Вернадский: жизнь, смерть, бессмертие. М.: Знание, 1979, с. 158

Таким образом, в ходе развития НТР человечество всегда будет обеспечивать себя надежной сырьевой базой, используя для этого различные источники и способы в зависимости от достигнутого уровня науки и техники.

Атомная металлургия

Наряду с сырьевой проблемой немалую озабоченность вызывает энергетическое обеспечение металлургических процессов. Некоторые ученые считают, что “узким местом” в производстве металла является не природное сырье, а прежде всего энергетические мощности, поставленные на службу общества. По мере увеличения выработки энергии и совершенствования химической технологии меняется само понятие о природе сырья. Важнейшие материалы в любом количестве можно получать из самых обыкновенных горных пород. Например, известно предложение академика Д.И. Щербакова о базальтовой металлургии. Однако экономичность при этом обеспечивается лишь при наличии большого количества дешевой энергии.

Потребность в большом количестве энергии в век НТР резко возрастает: на Земле она удваивается каждые 8–9 лет. Надежда на атомную энергию, которая сможет удовлетворить требования, предъявляемые общим ростом производительных сил, предоставить неограниченные источники энергии.

На вопрос, каковы основные черты атомного века, связанные с атомной энергетикой, но выходящие за ее пределы, профессор Б.Г. Кузнецов отвечает, что для промышленной технологии и для связи “резонансный эффект” атомной энергетики состоит в широком использовании квантовой электроники и в особенности лазеров. Можно предположить, что в 2000 году, когда атомная энергетика станет основной составляющей баланса электроэнергии, квантовая электроника станет главным орудием технологического воздействия на материал, будет создавать сверхтвердые поверхности, преобразовывать структуру кристаллической решетки, а может быть обеспечивать также гораздо более экономичные методы преобразования и передачи энергии.

В своих прогнозах специалисты исходят из предположения, что стоимость тепла, полученного в высокотемпературных ядерных реакторах с газовым охлаждением, будет более низкая, чем стоимость тепла, получаемого при сжигании химического топлива, а стоимость электроэнергии ядерной энергетической установки (ЯЭУ) будет составлять все меньшую часть стоимости электроэнергии обычных электростанций, работающих на угле или мазуте.

Как показывают расчеты, преобразование тепловой энергии в электрическую, а затем снова в тепловую в металлургическом производстве приводит к потере 60–70% первичной энергии. Вот, чем оправдано стремление к непосредственному использованию выделяемой в атомном реакторе энергии в ее первичном виде. Препятствием служит то, что в реакторе с газовым охлаждением можно рассчитывать на температуру охладителя 500–750°С, что весьма ограничивает его применение в металлургии. Для восстановления железа температура газа должна быть не ниже 1000°С.

Последние достижения в области разработки высокотемпературных реакторов в СССР и за рубежом позволяют уже в настоящее время расширить диапазон температур, получаемых в результате применения ЯЭУ, до 1200–1600°С. Не исключается в дальнейшем возможность применения в реакторе такого типа в качестве размножителя ядерного топлива с временем удвоения около трех лет, что создает новые предпосылки для снижения стоимости тепла и электроэнергии, получаемых с ЯЭУ.

В ФРГ испытывался небольшой опытный реактор, в котором для охлаждения использовался гелий при давлении 3–4 МПа и достигалась температура охладителя до 850°С. Была даже достигнута кратковременная пиковая температура охладителя 1000°С и предполагают, что можно ее поднять до 1200°С и даже до температур, превосходящих температуру плавления чугуна и стали.

Наиболее удовлетворительные результаты возможны в случае, когда атомную энергию удастся применить в виде тепловой и одновременно электрической, получаемой от использования в тепловых процессах ресурсов энергии.

В металлургии тепло охлаждающего реактор газа может быть использовано для получения восстановительной газовой смеси газификацией твердого топлива или конвертированием (изменение состава) природного газа либо жидкого топлива, а также как источник тепла для производства губчатого железа, агломерации руд, производства окатышей, нагрева дутья. Электроэнергию, полученную в реакторе, можно использовать в электропечном производстве ферросплавов или для получения стали из губчатого железа, производства кислорода и восстановителей.