ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Металлургия из "Важнейшие химические производства Часть 2" Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Еще на заре развития человеческого общества (до и. э.) были известны и применялись железо, медь, серебро, золото, ртуть, олово, свинец. Прежде других металлов были получены олово и свинец как сравнительно легко восстанавливаемые из окислов. Но они не были пригодны для изготовления орудий труда и оружия. Освоение производства сплава меди, с оловом явилось началом новой эпохи в истории материальной культуры, называемой бронзовым веком. Совершенствование плавильных печей создало возможность выплавлять из руд железо, которое вытеснило бронзу, и в виде чугуна и различных сплавов железа стало основой развития промышленности, транспорта и сельского хозяйства До начала XVIII в. человечеству были известны лишь такие металлы, как золото, серебро, медь, ртуть, железо, свинец, олово, сурьма и висмут.. Алюминий, никель, магний, хром, марганец и ряд других стали получать только в конце XIX и в начале XX вв. [c.115] В развитии металлургии как науки, изучающей процессы извлечения металлов из руд и отходов, большая роль принадлежит русским ученым, показавшим новые пути производства металла. Важный вклад в металлургию сделал М. В. Ломоносов, впервые давший научное обобщение накопленного опыта и заложивший основы теории металлургического производства. Большой вклад в развитие металлургии внесли В. В. Петров (1803) , создавший основы электрометаллургии, Б. С. Якоби (1834), впервые применивший электролиз для осаждения металлов из растворов, Г. И. Гесс (1848), положивший начало современной термохимии, выдающийся русский металлург П. П. Аносов, в первой половине XIX в. заложивший основы учения о стали, Д. К. Чернов — основоположник металловедения, Н. Н. Бекетов (1865), сыгравший большую роль в развитии металлотермии. [c.115] К началу XX в. на основе работ Н. С. Курнакова, Д. П. Коновалова, А. А. Байкова, П. П. Федотьева и других ученых возникла новая отрасль науки — теория металлургических процессов. В инженерные основы металлургии большой вклад внесли В. Е. Грум-Гржимайло, создавший гидравлическую теорию металлургических печей, М. А. Павлов, И. П. Бардин, А. А. Байков, развившие теорию и практику металлургии чугуна. [c.115] Л1еталлы в твердом состоянии представляют собой кристаллические вещества, атомы которых расположены в строго определенном порядке и образуют так называемую пространственную решетку. Форма, величина и взаимное расположение кристаллов в твердом металле определяют его структуру. От структуры металлов в значительной степени зависят механическая прочность и другие технические свойства металла. Кристаллы важнейших металлов имеют форму центрированного куба (кристаллы а-Ре, Сг, V, Мо, XV, К, На и другие с координационным числом 8), куб с центрированными гранями (кристаллы т-Р - N1, Со, Си, А1, Ли, Са и другие с координационным числом 12), гексагональную форму с плотнейшей упаковкой (кристаллы 2п, М , Сс1, Т1 и другие с координационным числом 12). Металлы склонны к аллотропическим превращениям, т. е. обладают способностью существовать в нескольких кристаллических формах в зависимости от условий кристаллизации и охлаждения в твердом виде (полиморфизм). На способности металлов к полиморфным превращениям основаны процессы термической обработки металлов (отжиг, закалка). [c.116] Понятие о сплавах. Металлы способны образовывать сплавы, имеющие большое значение в технике. Сплавами называются твердые вещества получаемые сплавлением простых веществ — элементов, и разнообразных соединений. Практический интерес представляют главным образом сплавы кристаллических веществ. Поэтому понятие сплавы чаще всего относится к кристаллическим веществам и особенно к металлам. Химически устойчивые сплавы должны иметь однородную структуру, так как разнородные кристаллы, составляющие структуру, образуют под действием реагентов электрохимические пары, способствующие коррозии металлов. Однородность сплавов в сильной степени зависит от кристаллических решеток сплавляемых компонентов. В зависимости от числа входящих в сплав простых веществ (компонентов) различают сплавы двойные, тройные, четверные и т. д. Наиболее хорошо изучены двойные сплавы. [c.116] Для сплавов характерно наличие определенного взаимодействия.между сплавленными веществами. В жидком состоянии все компоненты полностью смешиваются и образуют однородную жидкость. В твердом состоянии образуются однородная кристаллическая смесь компонентов или твердые растворы, или химические соединения. Каждому из приведенных трех типов взаимодействия компонентов в твердом состоянии отвечают определенный характер кристаллизации и определенная структура. Наибольшее значение имеют сплавы железа. [c.116] Железо. Железо может существовать в нескольких аллотропических формах альфа-железо (а-Ре), гамма-железо (у-Ре) и дельта-железо (6-Ре). а-Ре обладает магнитными свойствами, устойчиво при температуре ниже 910° С, имеет кристаллическую решетку в форме центрированного куба. Оно растворяет углерод в незначительном количестве при 723° С —0,02%, при комнатной температуре — 0,006%. Твердый раствор углерода в а-Ре называется ферритом. При 910° С а-же-лезо превращается в 7-железо, имеющее кристаллическую решетку в форме куба с центрированными гранями. у-Ре способно растворять углерод в больших количествах, чем а-Ре при 723° С — 0,8%,. при 1130° С —2%. Твердый раствор углерода в у-Ре называется аустенитом. [c.116] При температуре 1401° С у-Ре превращается в б-Ре, кристаллизующееся снова в форме центрированного куба, которая сохраняется до температуры плавле 1ия железа 1539° С. Химическое соединение железа с углеродом (карбид железа) РедС называется цементитом. Химически чистое железо серебристо-белого цвета, пл. 7890 кг/м . Оно обладает высокой теплопроводностью, электропроводностью, магнитной проницаемостью, высокой пластичностью, хорошо куется, штампуется, прокатывается и сваривается. [c.116] Руды и способы их переработки. Полезное ископаемое (горная порода), содержащее ценные металлы в количествах, допускающих их извлечение при современных технико-экономических условиях, называется рудой. Чаще всего, руды представляют собой совокупность различных минералов, причем минерал, содержащий извлекаемый металл, называется рудным, а все остальные—пустой породой. По добываемому металлу руды называют железными, медными, свинцовыми, медноникелевыми, свинцовоцинковыми и т. п. Руды, из которых извлекают несколько металлов, часто называют полиметаллическими. Соответственно составу рудных минералов руды называют сульфидными, окисленными и самородными. К окисленным относятся руды, в которых извлекаемый металл находится в виде окислов или других кислородсодержащих минералов — силикатов, карбонатов и т. п. Медные, свинцовые и цинковые руды преимущественно являются сульфидными рудами, в которых металл связан с серой ( uFeSj халькопирит, PbS галенит, ZnS сфалерит и др.). Железные руды относятся к группе окисленных руд. [c.118] Самородными рудами называются руды, содержащие природные сплавы металла. К ним относятся, например, руды, содержащие золото. Пустая порода, входящая в состав руды, обычно содержит кварц, силикаты, глинозем, барит, пирит, окислы железа и т. п. Руды считаются кислыми, если пустая порода содержит преимущественно кремнезем Si02, основными, если пустая порода состоит, главным образом, из СаО, MgO, FeO, и средними, в которых соотношение основных соединений и кремнезема примерно соответствует содержанию их в шлаках, получаемых при переработке данной руды. [c.118] Целесообразность переработки той или иной горной породы, а следовательно, я возможность считать ее рудой зависят от ряда условий, однако решающее значение имеет обычно процентное содержание металла в руде. Так, например, на современном уровне техники приближенно можно считать, что руды должны содержать не менее 30% Fe для железных руд, 3% Zn для цинковых руд, 0,5% Си для медных руд. Исходя из состава руды и содержания в ней извлекаемого металла она может быть направлена в металлургический процесс или непосредственно, или после процесса ее обогащения. Для получения металла из руды необходимо удалить пустую породу и разложением рудного минерала отделить металл от химически связанных с ним элементов. Эти процессы переработки руды называются металлургическими процессами. Для ускорения необходимых химических реакций металлургические процессы проводятся или с применением высоких температур и называются пирометаллургическими, или обработка руды ведется водными растворами реагентов такие процессы называются гидрометаллургическими. К типовым разновидностям пирометаллургических процессов относятся обжиг, плавка и дистилляция, а гидрометаллургических — выщелачивание и осаждение из растворов, в частности электролиз растворов. [c.118] Восстановление металлов в пирометаллургических способах осуществляется, главным образом, при помощи кокса и окиси углерода, получаемой из кокса непосредственно в печи при неполном сгорании углерода. Часть кокса, при получении чугуна в домне, заменяют природным, коксовым газом,. мазутом или пылевидным топливом. Образующиеся примеси отделяются от основного металла путем их ошлаковывания в виде окислов и солей, главным образом, в виде легкоплавких силикатов. [c.118] Черные металлы — чугуны и стали различных марок — производят пиро-мсталлургическими способами. В производствах цветных металлов обычно применяют комбинации пиро- и гидрометаллургических процессов. Так, в производстве алюминия глинозем получают из руд, применяя пиро- и гидрометаллургические процессы, получение же алюминия из глинозема осуществляется пиро-металлургическим процессом электролиза расплава. Основные стадии производства меди из сульфидных руд состоят из пирометаллургических процессов, но заключительная операция очистки меди от примесей (рафинировка) обычно осуществляется электролизом водного раствора, т. е. гидрометаллургическим про-дессом. [c.118] В производстве тугоплавких металлов (вольфрам, титан и др.) применяется метод порошковой металлургии, заключающийся в восстановлении из окислов металлов в виде порошка. Тугоплавкие сплавы производятся прессованием металлических порошков с последующим спеканием в электрических печах. Температура спекания порошка обычно составляет 2/3 от температуры плавления металла. Температура плавления смесей порошков также бывает ниже плавления чистых металлов. Таким образом, применяя порошковую металлургию, удается понизить температуру, требуемую для получения тугоплавких сплавов, что и является крупным преимуществом порошкового метода. Порошковую металлургию можно применять и в производстве черных металлов. [c.119] Вернуться к основной статье