Metalurgie

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fabricarea fierului descrisă în „Enciclopedia populară” vol. VII, publicată în 1894

Metalurgia este disciplina tehnică care se referă în esență la studiul metalelor , comportamentul acestora și procedurile tehnice legate de obținerea și prelucrarea lor: s-a născut în timpurile preistorice , formal odată cu epoca cuprului , cu prelucrarea elementului nativ , dar tehnicile metalurgice pot fi pe deplin considerați cei folosiți în epoca bronzului .

fundal

Origini

Primele dovezi ale metalurgiei umane datează din mileniul al cincilea și al șaselea î.Hr. , în siturile arheologice Majdanpek , Yarmovac și Plocnik, toate trei din Serbia . Până în prezent, cea mai veche turnare din cupru se găsește pe site-ul Belovode ; printre exemple, există un topor de cupru din 5 500 î.Hr. aparținând culturii Vinča . Alte semne ale metalurgiei se găsesc din mileniul III î.Hr. în Palmela ( Portugalia ), Cortes de Navarra ( Spania ) și Stonehenge ( Regatul Unit ). Cu toate acestea, așa cum se întâmplă adesea cu studiul preistoriei , noi descoperiri sunt în curs de desfășurare și continuă.

În vechiul Orient Mijlociu , în zonele din apropierea semilunei fertile , s-au extras de mult timp minerale: arsenic , cupru, staniu, fier , aur , argint și plumb . Argintul, cuprul, staniu și fierul meteoric pot fi găsite și indigene, ceea ce a permis un număr limitat de prelucrări ale metalelor în culturile primitive. Armele egiptene de fier meteorice din jurul anului 3000 î.Hr. au fost denumite „pumni din cer”. Cu toate acestea, învățând să extragem cuprul și staniul din roci prin încălzirea și combinarea acestor două metale pentru a produce un aliaj numit bronz , tehnologia metalurgiei a început în jurul anului 3 500 î.Hr. odată cu epoca bronzului . Extragerea fierului din mineralele, oxizii sau sulfurile sale într-un metal prelucrabil este mult mai dificilă. Se pare că a fost elaborat de hititi în jurul anului 1200 î.Hr., la începutul epocii fierului . Secretul extracției și prelucrării fierului a fost un factor cheie în succesul filistenilor .

Evoluțiile istorice din industria siderurgică se găsesc într-o mare varietate de culturi și civilizații din trecut. Aceasta include regatele și imperiile antice și medievale din Orientul Mijlociu și Orientul Apropiat , Iranul antic, Egiptul antic , Nubia antică, Anatolia , Nokul antic, Cartagina , grecii și romanii din Europa , apoi Europa medievală, China antică și medievala, antică și India medievală, Japonia antică și medievală etc. Interesant este faptul că multe aplicații practice, astfel încât echipamentele conectate sau implicate în metalurgie erau răspândite în China antică înainte ca europenii să o stăpânească. O carte din Georg Agricola din secolul al XVI-lea numită De re metallica descrie procesele extrem de dezvoltate și complexe: mineritul, mineritul metalelor și metalurgia vremii. Agricola a fost descris ca tatăl mineralogiei și metalurgiei.

Metalurgia proceselor

Materiile prime din ciclul de fabricație a metalelor aparțin în principal a 2 tipuri: minerale metalice și resturi de metal. Operațiile care duc la producerea unui metal fac obiectul metalurgiei extractive sau primare. Mineralele exploatate industrial sunt în principal oxizi , sulfuri și silicați . Tratamentele de pregătire, care încep cu zdrobirea rocii, servesc la concentrarea mineralului. Suprafața de contact este mărită, particulele se fac echidimensionale și îmbogățirea se realizează:

  • pe cale magnetică, dacă mineralul este feromagnetic;
  • prin flotație: materialul pulverizat este scufundat într-o soluție apoasă conținând un agent de spumare, ale cărui bule învelesc mineralul și îl aduc la suprafață;
  • prin separare electrostatică (conductivitate electrică diferită între mineral și gangă );
  • prin metoda gravimetrică (viteză de sedimentare diferită a componentelor materialului excavat).

Uneori se efectuează tratamente preliminare de extracție, de natură chimico-fizică, pentru a transforma mineralele în compuși mai ușor de manipulat (câteva exemple: calcinare , prăjire ).

Procesele de extracție

Pe baza formei de energie utilizată pentru a separa metalul de impurități și gangue, se disting 3 procese metalurgice principale:

În procesele pirometalurgice cel mai frecvent caz este cel al oxizilor și sulfurilor. Reacțiile de disociere (endotermice, adică absorb căldura ) sunt:

  • 2MeO ↔ 2Me + O 2 - ΔH obs
  • 2MeS ↔ 2Me + S 2 - ΔH sol

Unde ΔH indică modificarea entalpiei .

Se consideră că disocierea are loc spontan numai cu scăderea energiei libere ΔG ° a compusului. Pe baza acestui principiu și a definiției energiei libere, se poate calcula T *, temperatura minimă de disociere.

Pentru un oxid, T * poate fi calculat cu relația semiempirică a lui Matignon-Le Chatelier :

Cel mai utilizat este carbonul , ca CO ( reducere indirectă) și ca cărbune (reducere directă):

  • MeO + CO ↔ Me + CO 2
  • MeO + C → Me + CO

În cazul sulfurilor, teoretic ar exista disociere:
MeS ↔ Me + 0,5 S 2

Cu toate acestea, nu există o corespondență univocă între presiune și temperatura de disociere, deoarece sulfurile formează soluții solide cu metalele lor și sistemul devine bivariant, adică depinde și de concentrație. În procesele hidrometalurgice, mineralul, solubil sau redat astfel, și gangua sunt scufundate într-o soluție apoasă. Ganga insolubilă este separată prin filtrare sau decantare , apoi metalul este extras prin introducerea unei sări sau a unui alt metal (mai puțin important și recuperabil), care precipită metalul principal și nu impuritățile. În procesele electrometalurgice, o sare metalică topită sau în soluție apoasă este supusă disocierii electrolitice, cu depunerea metalului la catod prin reducere.

Producția de fier și aliajele sale (oțeluri și fontă)

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: industria siderurgică .

Producția de aluminiu și aliajele sale

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Metalurgia aluminiului .

Producția de cupru și aliajele sale

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Metalurgia cuprului .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 27324 · LCCN (EN) sh85084158 · GND (DE) 4074756-6 · BNF (FR) cb11932350b (data) · NDL (EN, JA) 00.565.912