Для чего нужна металлургия

Природные соединения металлов

Металлы могут встречаться в природе или в виде простого вещества или в виде сложного вещества.

Металлы в природе встречаются в трёх формах:

1. Активные – в виде солей (сульфаты, нитраты, хлориды, карбонаты)

2. Средней активности – в виде оксидов, сульфидов ( Fe ₃ O ₄ , FeS ₂ )

3. Благородные – в свободном виде ( Au , Pt , Ag )

Чаще всего металлы в природе встречаются в виде солей неорганических кислот или оксидов:

• хлоридов – сильвинит КСl • NaCl, каменная соль NaCl;
• нитратов – чилийская селитра NaNO₃;
• сульфатов – глауберова соль Na₂SO₄ · 10 H₂O, гипс CaSO₄ • 2Н₂О;
• карбонатов – мел, мрамор, известняк СаСО₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃ • MgCO₃;
• сульфидов – серный колчедан FeS₂, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
• фосфатов – фосфориты, апатиты Ca ₃(PO₄)₂ ;
• оксидов – магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк Fe₂O₃ • Н₂О.

Ещё в середине II тысячелетия до н. э. в Египте было освоено получение железа из железных руд. Это положило начало железному веку в истории человечества, который пришёл на смену каменному и бронзовому векам. На территории нашей страны начало железного века относят к рубежу II и I тысячелетий до н. э.

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией. Так же называется и наука о промышленных способах получения металлов из руд.

Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов.

Большинство металлов встречаются в природе в составе соединений, в которых металлы находятся в положительной степени окисления, значит для того, чтобы их получить, в виде простого вещества, необходимо провести процесс восстановления.

Ме + n + ne — → Me 0

I . П ирометаллургический способ

Это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей неметаллических — кокс, оксид углерода (II), водород; металлических — алюминий, магний, кальций и другие металлы.

1. Получение меди из оксида с помощью водорода – Водородотермия :

2. Получение железа из оксида с помощью алюминия – Алюмотермия:

Для получения железа в промышленности железную руду подвергают магнитному обогащению:

3Fe₂ O₃ + H₂ = 2Fe₃ O₄ + H₂O или 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ , а затем в вертикальной печи проходит процесс восстановления:

II . Гидрометаллургический способ

Способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным.

Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте:

2 стадия – проводят реакцию замещения более активным металлом

III . Электрометаллургический способ

Это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза).

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

2NaCl эл.ток → 2Na + Cl₂

IV . Термическое разложение соединений

Например, получение железа:

Железо взаимодействует с оксидом углерода (II) при повышенном давлении и температуре 100-200 0 , образуя пентакарбонил:

Пентакарбонил железа-жидкость, которую можно легко отделить от примесей перегонкой. При температуре около 250 0 карбонил разлагается, образуя порошок железа:

Если полученный порошок подвергнуть спеканию в вакууме или в атмосфере водорода, то получится металл, содержащий 99,98– 99,999% железа.

Реакции, лежащие в основе получения металлов

1. Восстановление металлов из оксидов углем или угарным газом

2. Обжиг сульфидов с последующим восстановлением

3. Алюминотермия (восстановление более активным металлом)

Таким образом, мы познакомились с природными соединениями металлов и способами выделения из них металла, как простого вещества.

Металлургия (англ. Metallurgy ) — наука, техника и отрасль промышленности, связанные с получением металлов из руд или металлосодержащих веществ с предоставлением им необходимых свойств. В прикладном плане — совокупность связанных между собой отраслей и стадий производственного процесса от добычи сырья до выпуска готовой продукции — чёрных и цветных металлов и их сплавов (стопов).

К черным металлам относят металлы и сплавы на основе железа, марганца, хрома. Все остальные — цветные. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно делят на тяжелые (медь, свинец, цинк, олово, никель), легкие (алюминий, титан, магний), драгоценные (золото, серебро, платина), щелочные (калий, натрий, литий), щелочно-земельные (кальций, барий, стронций).

Свойства металлов и методы их модификации изучает металловедение.

Содержание

[править] История

Первые свидетельства о производстве людьми металла датируются шестым — пятым тысячелетием до Рождества Христова [1] . Они были найдены при раскопках в Майданпеке, Ярмоваце и Плочнике (Сербия). Найденный в Беловоде, медный топор культуры Винча свидетельствует о добыче меди [2] [3] . Другие свидетельства о существовании металлургии были найдены археологическими раскопками в разных странах Европы: в Пальмеле (Португалия), Кортес-де-Наварра (Испания), Стоунхендже (Англия). Однако, как часто бывает при изучении доисторических времен, место и время изобретения не может быть установлено точно, и археологи время от времени получают новые артефакты в разных уголках мира.

Серебро, медь, олово и метеоритное железо можно найти в виде самородков, благодаря чему уже ранние культуры могли в ограниченном объеме использовать обработку металлов. Египетское оружие из метеоритного железа, изготовленное примерно за 3 тыс. лет до н. э., высоко ценилось как «кинжалы с небес» [4] . Однако умение получать медь и олово из породы и совмещать эти два металла в сплав под названием бронза дало начало настоящей металлургии примерно три с половиной тысячи лет до н. э., и положило начало эпохе в истории человечества, которая получила название бронзового века.

Добыча железа из руды и его обработка наиболее сложные процессы. Производство железа, пожалуй, изобрели хетты примерно за 1200 лет до н. э., что положило начало эпохе железного века [4] [5] . В дальнейшем свидетельства развития черной металлургии археологи находят в разных культурах и цивилизациях. Среди них древние и средневековые государства Среднего и Ближнего Востока, древнего Ирана, Древнего Египта, Нубии, Анатолии, культуры Нок, Карфагена, а также Древняя Греция и Древний Рим, Древний Китай, древняя Япония. Древний Китай обогатил металлургию значительными нововедениями, такими как совершенствование доменной печи, чугуна, гидравлических молотов, кузнечных мехов [6] [7] .

В 16 веке Георгий Агрикола издал книгу De Re Metallica, в которой описал сложный процесс добычи руды, выплавки и обработки металла, отвечавший развитию металлургии того времени. Агриколу называют «отцом» металлургии [8] .

Особенно быстрыми темпами металлургия стала развиваться с началом промышленной революции. Вырос объем производства металлов, совершенствовались способы их получения, росло качество. В современную эпоху возрастает роль высокотехнологичных материалов, таких как сплавы, легированные и композитные материалы с металлическими матрицами.

[править] Металлургия как научно-техническая отрасль

Металлургия — это наука о получении металлов из руд или веществ, содержащих металлы, и о предоставлении металлическим сплавам необходимых свойств.

Металлургия основывается на достижениях физической химии, физики, металлургической теплотехники, электротехники, электроники, кибернетики, экономики, на теории металлургических процессов, автоматизации производства и управления им, а также на космических технологиях.

Металлургия изучает проблемы подготовки руд, которая заключается в их дроблении и измельчении, разделении (грохочение, классификация), обогащении, обжиге или сушке, окусковании, агломерации и брикетировании. Исследует гидрометаллургические, пирометаллургические, в том числе металлотермические, электротермические, а также электрохимические (электролиз) процессы получения металлов (сплавов) с последующим их рафинированием.

Кроме того, металлургия изучает проблемы изготовления металлических порошков и изделий из них (порошковая металлургия), термической обработки, обработки металлов давлением, литья, сварки, пайки, нанесения на поверхность металлов защитных покрытий. Важной отраслью металлургии является металловедение.

[править] Металлургия как отрасль промышленности

Металлургия как отрасль тяжелой промышленности делится на черную и цветную.

[править] Черная металлургия

Черная металлургия — отрасль тяжелой промышленности, предприятия которой производят чугун, сталь, прокат, стальные и чугунные трубы, ферросплавы, металлические изделия промышленного назначения. К черной металлургии относятся также подотрасли по добыче железной и марганцевой руд и по производству их концентратов, агломерата, окатышей, флюсовых известняков, огнеупорного сырья и огнеупоров, кокса и другой продукции, которую используют в основном как сырье для производства черных металлов

[править] Цветная металлургия

Цветная металлургия — отрасль тяжелой промышленности, занимающаяся добычей и обогащением руды, производством и обработкой цветных металлов, редких и драгоценных металлов и их сплавов, добычей природных алмазов и другого минерального сырья. К цветной металлургии относятся также заготовка и переработка вторичных цветных металлов. Производственный комплекс области состоит из горнодобывающих предприятий, обогатительных фабрик, металлургических и металлообрабатывающих заводов. Предприятия цветной металлургии, как материалоемкой и энергоемкой отрасли, строятся в местах добычи сырья и производства дешевой электроэнергии.

МЕТАЛЛУРГИЯ — греч., от metallon, металл, и ergon, труд. Наука о способах добывания и обработки металлов. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865. МЕТАЛЛУРГИЯ наука о способах… … Словарь иностранных слов русского языка

МЕТАЛЛУРГИЯ — (от греч. metallurgeo добываю руду обрабатываю металлы), область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов из руд или др. материалов, изменения химического состава, структуры и свойств металлических… … Большой Энциклопедический словарь

Металлургия — отрасль тяжелой промышленности, охватывающая процессы получения (выплавки) металлов из руд и других материалов, производства сплавов, придания нужной формы металлическим заготовкам путем обработки их давлением. Традиционно металлургия… … Финансовый словарь

металлургия — Наука о металлах и сплавах. Металлургия процессов имеет отношение к извлечению металлов из их руд и их очистке. Физическая металлургия работает с физическими и механическими свойствами металлов в соответствии с их соединением, обработкой и… … Справочник технического переводчика

МЕТАЛЛУРГИЯ — МЕТАЛЛУРГИЯ, область науки и техники, а также отрасль промышленности, занимающаяся МЕТАЛЛАМИ. Металлургия включает изучение методов выделения металлов из их РУД; физических и химических свойств металлов; производство СПЛАВОВ; закалку и упрочнение … Научно-технический энциклопедический словарь

МЕТАЛЛУРГИЯ — МЕТАЛЛУРГИЯ, и и МЕТАЛЛУРГИЯ, и, жен. 1. Наука о промышленных способах производства металлов и сплавов и их первичной обработке. 2. Промышленное производство металлов и сплавов, их механическая и химическая обработка. М. сплавов. Порошковая м.… … Толковый словарь Ожегова

МЕТАЛЛУРГИЯ — МЕТАЛЛУРГИЯ, и и МЕТАЛЛУРГИЯ, и, жен. 1. Наука о промышленных способах производства металлов и сплавов и их первичной обработке. 2. Промышленное производство металлов и сплавов, их механическая и химическая обработка. М. сплавов. Порошковая м.… … Толковый словарь Ожегова

металлургия — (горячий, огненный) цех Словарь русских синонимов. металлургия сущ., кол во синонимов: 5 • гидрометаллургия (1) • … Словарь синонимов

МЕТАЛЛУРГИЯ — МЕТАЛЛУРГИЯ, добыча металлов из их природных соединении руд, распадается на два отдела: черную и цветную. Черная М. охватывает добычу чугуна, железа и стали. Чугун добывается из железных руд, именуемых железняками: красного (Fe203), магнитного… … Большая медицинская энциклопедия

металлургия — и металлургия … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке

металлургия — комбинаты. Металл өндіретін және өңдейтін комбинат. Айталық, Қарағанды мен Теміртаудың м е т а л л у р г и я к о м б и н а т т а р ы н а н шыққан ақаба су Нұраға осы жолмен табысады (Қаз. әдеб., 18.03.1988, 3). Металлургия отаны. п е р и ф р.… … Қазақ тілінің түсіндірме сөздігі