Металлургия это отрасль промышленности, производящая из руд и отходов металлы и стандартные сортовые сплавы.
Также называют науку о способах получения и очистки металлов, возникшую на основах физики, химии и ряда технических дисциплин.
Существуют в некоторых странах производства стали или других металлов по схеме:
Карьер (где добывают руду) → металлургический завод → рынок сбыта.
Что такое металлургия
Несмотря на современные успехи химической технологии, постоянно поставляющей новые синтетические материалы, комплекс свойств, отличающий металлы от дерева, камня, пластмасс и иных твердых тел, остается непревзойденным.
Масштабы металлургического производства все стремительнее увеличиваются и уже реальны опасения по поводу дефицита некоторых руд к концу нашего столетия
Ежегодное мировое производство железа теперь достигает 600 млн. т, а по меди и алюминию оно близко к 10 млн. т.
Некоторые металлы получают в количествах, измеряемых всего сотнями килограммов, но они жизненно необходимы некоторым отраслям новой техники.
Современная металлургия
Современная металлургия — крупная сложная отрасль промышленности, требующая всесторонней механизации и автоматизации производства, больших затрат топлива, электроэнергии и химических реагентов.
Постоянный рост выплавки металлов истощает запасы сырья в недрах нашей планеты и одной из главных задач теперь стало экономное, комплексное использование руд — извлечение из них всех ценных составляющих.
Необходимые для этого попутные и вспомогательные переделы усложняют технологию получения металлов, вследствие чего могут возникнуть новые потери при их переработке.
Отходы металлургического производства часто велики, особенно при бедном сырье. Их необходимо отбрасывать в состоянии, не загрязняющем среду — атмосферу, окружающую местность и водные бассейны, нередко для этого требуется особая дополнительная обработка, заметно усложняющая и удорожающая производство.
Современные требования к чистоте металлов стали весьма высокими, часто они не ограничиваются допуском содержания примесей порядка сотых и тысячных долей процента.
Необходимые свойства некоторых сплавов достигаются в присутствии лишь 10-4—10-6% посторонних элементов.
Тонкая очистка всегда сопряжена с потерями очищаемого вещества и снижает его выход. Устранение этого противоречия требует выбора решений, обоснованных технико-экономическими расчетами.
Научный технико-экономический анализ — необходимое условие современного производства металлов.
Разновидности металлургии
Черная металлургия — заниматься переработкой и получением металлов на основе железа, производство чугуна, стали и ферросплавов.
К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов.
Цветная металлургия — занимается переработкой и получением цветных металлов из их руд, которая делиться на две группы тяжелая и легкая.
К тяжелой относят металлы (медь, свинец, цинк, олово, никель), а к легкой (алюминий, титан, магний).
Металлургия благородных металлов — обогащение и получение из руд благородных металлов и сплавов на их основе серебро, золото и металлов платиновой группы.
Металлургия редкоземельных металлов (лантан — лантаноиды) — одна из трудоемких производств, так как элементы редких земель очень рассеяны или находятся в очень малом процентном соотношении в руде, к примеру если в одной тонне руды находиться один грамм золота то это считается выгодным для производства месторождением.
Редкоземельные металлы могут находиться один грамм на десять и больше тонн.
История металлургии
До XVIII в. металлургия была искусством — мастерством, передававшимся от поколения к поколению. Научные основы ее заложил великий русский ученый-энциклопедист М. В. Ломоносов в своем труде «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.).
Он справедливо установил связь производства металлов с успехами физики и химии, немало для этого сделав. М. В. Ломоносов разъяснил и дополнил атомистические представления древних греков, а затем доказал опытами и сформулировал закон сохранения массы (1741 г.).
Как известно, следующий важный период развития химии был связан с именем Лавуазье, который в 1772—1777 гг. опроверг принятую ранее теорию флогистона, понял и описал истинную природу окисления и горения.
Металлы, считавшиеся до этого сложными телами из ртути и серы, были признаны элементами, а окислы и сульфиды — их соединениями с кислородом и серой.
Далее основы научной металлургии также укреплялись успехами естественных и технических наук, из которых первостепенное значение имело открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона и составление им же Периодической системы элементов (1869 г.).
История открытия некоторых металлов
Медь и железо известны с глубокой древности (рис. 1). До начала XVIII в. знали только одиннадцать металлов, семь и них, знакомые с давних времен, по повериям алхимиков связывали с планетами солнечной системы — золото с солнцем, серебро — с луной, железо, медь, свинец, олово и ртуть — соответственно с Землей, Венерой; Сатурном, Юпитером и Меркурием.
Для мышьяка, сурьмы, цинка и висмута планет не оставалось, может быть поэтому их считали «полуметаллами». М. В. Ломоносов, например, писал: «Должность металлургии тут кончится, когда она поставит металлы и полуметаллы в дело годные».
В XVIII в., подвергая химическому анализу множество горных пород и минералов, химики открыли хром, магний, марганец, молибден, никель, платину, вольфрам.
В XIX в. тем же путем, а с 1859 г. также благодаря разработке Бунзеном и Кирхгофом спектрального анализа, обнаружили остальные металлы встречаемые в недрах земли, кроме гафния, европия, лютеция, неодима, празеодима, протактиния, рения, самария и плутония; открытых в нашем столетии.
Поискам успешно способствовала Периодическая система Д. И. Менделеева, заранее определявшая ожидаемые свойства новых элементов.
Открытие металлов еще не означало возможности их получения в элементарном состоянии, и, тем более, промышленного использования.
В конце прошлого и начале текущего столетия с развитием машиностроения, автомобильного и железнодорожного транспорта, авиации и военной техники понадобились новые материалы.
Потребность в металлах и сплавах быстро увеличивалась.
История Российской металлургии
В XVIII в. Россия была одной из передовых стран по производству золота, серебра и меди. Уральский чугун экспортировали в Англию.
Однако к началу первой мировой войны русская металлургия удовлетворяла внутреннюю потребность только по чугуну, а по меди лишь на 85%, по цинку на 6%, по свинцу на 3%.
Никель, алюминий, магний, олово и «редкие металлы» в России вовсе не выплавляли.
«Редкими» тогда считали, а порой называют и теперь, элементы, присутствующие в земной коре в малых количествах, трудно извлекаемые и мало известные в производстве.
Как известно, с первых лет Советской власти производство металлов в нашей стране стало быстро расти. Уже в первой пятилетке были пущены новые доменные печи, алюминиевые и цинковые заводы, в последовавшие пять лет возникло отечественное производство никеля, олова, магния.
Теперь на наших заводах получают более 65 металлов и сопутствующих элементов, а по масштабам производства большинства из них СНГ вышел на второе место в мире.
В прошлом веке труд металлургов был малопроизводительным и порой опасным; это был преимущественно ручной труд.
Техника XX столетия преобразила производство. Металлургические заводы стали крупными механизированными и частично уже автоматизированными предприятиями.
Производство металлов в третьей четверти XX столетия
| Металл | Мировое производство, т/год |
| Железо | (6—7)•108 |
| Алюминий, медь | (0,8—1,5)•107 |
| Цинк, свинец | (4—5)•106 |
| Никель, олово, магний | (2—6) •105 |
| Молибден, сурьма, вольфрам, кобальт, кадмий, литий, уран, ванадий, ниобий, титан | (1—7)•104 |
| Серебро, ртуть, золото, висмут, бериллий | (1—10)•103 |
| Тантал, цирконий | (1—10)•102 |
| Галлий, рений, платина, палладий, индий | (1—10)•10 |
| Иридий, родий | (1—10)•10—1 |
Металлургия в настоящее время
Металлургия — крупная отрасль промышленности перерабатывающая большие количества сырья и потребляющая для этого много топлива и энергии. Поэтому она невозможна без достаточно развитой энергетической базы и мощных транспортных средств.
Небольшой выход продукта часто не свидетельствует о малом производстве. Многие руды бедны, и для получения, например, 1 т золота приходится перерабатывать более 200 000 т руды (при довольно высоком содержании его 5 г/т).
Перед переработкой руды дробят, измельчают и обогащают, удаляя из них часть пустой породы. Получаемые после этого концентраты иногда удобно окусковать — укрупнить спеканием, брикетированием или иным способом
Выплавка металлов требует подчас сложной подготовительной обработки руд, которая отличается от основной отсутствием необходимости в изменении химического состава и агрегатного состояния сырья.
Области производств металлургии
Разумеется, прежде чем как-то обрабатывать руду, ее надо обнаружить в недрах и доставить на поверхность. С другой стороны, готовые, очищенные от примесей — рафинированные металлы подвергают обработке давлением — ковке, штамповке, прокатке для изготовления листа, проволоки, профильных заготовок, либо сплавляют с другими элементами, получая сплавы в виде слитков или полуфабрикатов стандартной формы.
Иногда некоторые из предшествующих и последующих производств включают в область металлургии, руководствуясь административной структурой промышленности, совмещением разных по существу переделов на одном заводе, в одном цехе либо по другим еще менее логичным причинам.
Границы здесь зависят и от общего развития производства. Геология и горное дело теперь стали отдельными обособленными отраслями промышленности.
Ограничивая область металлургии как химической технологии, следует началом ее считать доставку сырья на металлургический завод, а итогом — выдачу рафинированного металла или сортового сплава в виде слитков, гранул, кусков либо порошка стандартного размера (крупности).
Наметивший пути дальнейшего развития народного хозяйства в нашей стране, указал на необходимость освоения новых научно-обоснованных, механизированных и автоматизированных переделов в цветной и черной металлургии, снижения потерь и повышения качества металлов и эффективности производства, а также на устранение промышленных источников загрязнения среды.
Этим важным требованиям должно быть подчинено развитие металлургического производства.
Статья на тему Металлургия