Biztosíték

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. június 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Az olvasztás ( olvasztás , olvasztás ) az érc hőkezelése a fém kinyerésére . Ez a bányászati ​​kohászat egyik formája. Az olvasztási eljárást számos fém kinyerésére használják érceikből, beleértve az ezüstöt , a vasat , a rezet és más nem nemesfémeket . Az olvasztás hőt és kémiai redukálószert használ az érc lebontására, eltávolítva a többi elemet, mint a gázokat vagy salakot , így fémes alapot hagy maga után. A redukálószer általában szénforrás , például koksz , vagy régebben faszén .

A szén (vagy a belőle származó szén-monoxid ) eltávolítja az oxigént az ércből , fémes elemeket hagyva maga után. Így a szén két lépésben oxidálódik, először szén-monoxid, majd szén-dioxid keletkezik . Mivel a legtöbb érc szennyeződéseket tartalmaz, gyakran szükség van folyasztószerre , például mészkőre , hogy eltávolítsák a kísérő kőzetet salak formájában.

Az alumínium elektrolitikus redukciója különbözik egymástól .

Nem ritka, hogy a fémkohászatban dolgozók légúti betegségekben szenvednek, amelyek akadályozzák a munkájukhoz szükséges fizikai feladatok elvégzését. [egy]

Folyamat

Történelem

Az ókorban ismert hét fém közül csak az aranyat találták rendszeresen tiszta formában a természetben. A többi – réz, ólom, ezüst, ón , vas és higany  – elsősorban ásványi anyagokként fordul elő , bár a réz natív állapotában olykor kereskedelmileg jelentős mennyiségben is megtalálható. Ezek az ásványok elsősorban karbonátok , szulfidok vagy fém - oxidok más összetevőkkel , például szilícium - dioxiddal és alumínium - oxiddal keverve . A karbonát és szulfid ásványok levegőben történő pörkölése oxidokká alakítja azokat. Az oxidok pedig olvadással fémet adnak. A szén-monoxid az olvasztáshoz használt redukálószer volt (és továbbra is az). Melegítés közben képződik és reakcióba lép az érccel.

Az óvilágban az emberek a történelem előtti időkben, több mint 8000 évvel ezelőtt tanulták meg a fémek olvasztását. A „hasznos” fémek – eleinte a réz és a bronz, majd több évezreddel később a vas – felfedezése és felhasználása óriási hatással volt az emberi társadalomra. A hatás annyira fontos volt, hogy a tudósok az ókori történelmet hagyományosan a kőkorszakra , a bronzkorra és a vaskorra osztják fel .

Az amerikai kontinensen a réz és ezüst olvasztását azok a civilizációk sajátították el, amelyek az Andok középső részén és Peruban léteztek az inkák előtt és legalább hat évszázaddal az első európaiak 16. századi megérkezése előtt , míg a fémek, például a vas olvasztását, ott így és nem sikerült elsajátítani. [2]

Ón és ólom

Az óvilágban ők tanulták meg először az ón- és ólomolvasztást . A modern történészek által ismert legkorábbi öntött ólomgyöngyöket az anatóliai ( Törökország ) Çatal Huyuk ősi település helyén fedezték fel, és i.e. 6500 körüli időkre datálták, de a fém már korábban is ismert lehetett. Mivel a felfedezés több évezreddel az írás feltalálása előtt történt, ennek mikéntjére nincs írásos bizonyíték. Az ón és az ólom azonban alacsony olvadáspontú fémek, [3] egyszerűen úgy olvaszthatók meg, hogy az ércet fatűzbe helyezik, így talán véletlenül tanulták meg az emberek, hogyan lehet hozzájutni.

Az ólom közönséges fém, de felfedezésének viszonylag csekély hatása volt az ókori világ történetére. Túl puha az építőiparban vagy fegyvergyártáshoz, bár a többi fémhez képest nagy sűrűsége miatt ideális hevederlövedékként . Mivel azonban az ólmot könnyű önteni és formálni, az ókori Görögországban és az ókori Rómában széles körben használták csövek és víztároló tartályok készítésére. Az ólmot habarcsként is használták kőépületek építésénél. Az ón sokkal ritkább volt, mint az ólom.

Réz és bronz

Az ón és az ólom után a következő fém, amelyet az emberek megtanultak olvasztani, úgy tűnik, a réz volt . Hogy ez a felfedezés hogyan történt, azt nem tudni pontosan. A közönséges fatüzelésű tüzek nem tudták biztosítani a réz olvasztásához szükséges hőmérsékletet, ezért egyes kutatók szerint az első rézolvasztás kerámia kemencékben történhetett meg. Ugyanígy történhetett az Andokban a rézolvasztás kialakulása, amelyről úgy gondolják, hogy az Óvilágtól függetlenül történt. [2] A réz olvasztásának legkorábbi, ie 5500 és 5000 közötti bizonyítékát Pločnik és Belovodie ( Szerbia ) területén találták. [4] [5]

A réz ónnal és/vagy arzénnel megfelelő arányban történő ötvözése bronzot eredményez , amely a réznél lényegesen keményebb ötvözet. Az első, réz és arzén ötvözetéből készült bronztermékek Kr.e. 4200-ból származnak. és Kis- Ázsiában találták őket . Az európaiaktól függetlenül bronzötvözetek is képesek voltak az inkák előállítására. Az arzén gyakran a rézércek szennyeződése, így a felfedezés véletlen lehetett. Az arzén ásványokat végül az olvasztás során szándékosan adták hozzá.

A keményebb és tartósabb réz-ón bronzokat ie 3200 körül fejlesztették ki, szintén Kis-Ázsiában. Nem ismert, hogy a kovácsok hogyan tanultak meg bronzot előállítani réz és ón ötvözetéből. Kr.e. 2000-re azonban az emberek ónt bányásztak kifejezetten bronz előállítására, ami meglepő, mivel az ón félig rezonáns fém, és még a gazdag kasziterércben is csak 5% ón található. Az ónhoz is speciális készségekre (vagy speciális szerszámokra) van szükség a megtalálásához. A korai népek azonban már Kr.e. 2000-ben megismerték az ónt, és rájöttek, hogyan lehet belőle bronzot készíteni.

A réz és bronz, valamint az ezekből készült termékek gyártásának kezdete jelentős hatással volt az óvilág történetére. Ezek a fémek elég kemények voltak ahhoz, hogy olyan fegyvereket készítsenek, amelyek ellenállóbbnak bizonyultak az ütésekkel szemben, mint a fa, csont vagy kő megfelelőik. Több évezred óta a bronz a fegyverek, például kardok, tőrök, harci fejszék, lándzsa és nyílhegyek, valamint védőfelszerelések, például pajzsok, sisakok, páncélok és egyebek gyártásának fő anyaga. A bronz a követ, a fát és a szerves anyagokat is kiszorította a szerszámok és háztartási eszközök, például vésők, fűrészek, adzsék , szögek, ollók, kések, varrótűk és -csapok, kancsók, főzőedények és üstök, tükrök és lóhámok gyártása során. Az ón és a réz hozzájárult olyan kereskedelmi hálózatok létrejöttéhez is, amelyek Európa és Ázsia nagy területeire terjedtek ki, és nagy hatással voltak az egyének és országok közötti vagyonelosztásra.

Vas

A vasgyártás legkorábbi bizonyítéka egy kis számú vastöredék, megfelelő mennyiségű szénszennyeződéssel, amelyet a Kaman Kalehuyuk (Törökország) proto -hettita rétegeiben találtak, és i.e. 2200-2000-re datálhatók. [6] Souckova-Siegolová (2001) kimutatja, hogy Közép-Anatóliában igen korlátozott mennyiségben készítettek vasszerszámokat ie 1800 körül. és többnyire az elit használta a késő hettita királyságok idején (Kr. e. ~1400-1200). [7]

A régészek vasmunkákra találtak bizonyítékot az ókori Egyiptomban valamikor a harmadik középkor és a XXIII. dinasztia (Kr. e. 1100-750 körül) között. Figyelemre méltó azonban, hogy semmilyen (premodern) időszakban nem találtak bizonyítékot a vasérc olvasztására. Valószínűleg ie 1200-ban. Nyugat-Afrikában tudták a vas olvasztását és feldolgozását . [8] Ezenkívül a szénacél nagyon korai példáit körülbelül 2000 évvel ezelőtt hozták létre Tanzánia északnyugati részén , összetett előmelegítési elvek alapján. Ezek a felfedezések fontosak a kohászat története szempontjából. [9]

A legkorábbi folyamatok Európában és Afrikában a vasérc olvasztására vonatkoztak egy nyers kohóban , ahol a hőmérsékletet elég alacsonyan tartják ahhoz, hogy a vas ne olvadjon meg. Ez egy szivacsos vastömeget eredményez, amelyet "virágnak" neveznek, és amelyet azután kalapálni kell a kovácsoltvas előállításához. A vaskohászat legkorábbi bizonyítéka Tell Hamm -ből ( Jordánia ) származik, és Kr.e. 930-ból származik. ( C14-randevú ). [tíz]

A középkorban a vaskohászat folyamata jelentősen megváltozott. Az emberek nagyolvasztó kemencéket kezdtek használni nyersvas előállítására , amelyet azután tempervasvá dolgoztak fel . A második szakasz folyamatai közé tartozott a fém kovácsműves finomítása, majd az ipari forradalom kitörése után a tócsázás . Mindkét eljárás elavult, és kovácsoltvasat ritkán állítanak elő. Ehelyett a lágyacélt a Bessemer-eljárással vagy más módon állítják elő, beleértve a vas előredukált eljárásait, például a Corex -et .

Nem nemesfémek

Az alapfémércek (más néven bázis vagy ipari) gyakran szulfidok . Az utóbbi évszázadokban reverberációs kemencéket használtak olvasztására, amelyek elválasztják a tüzelőanyagot és az olvasztást. Hagyományosan ezeket használták az első lépés végrehajtására: a legtöbb szennyező elemet tartalmazó oxid salak és egy szennyeződésekkel járó fém-szulfidot tartalmazó szulfidmatt kialakítására . Az ilyen „visszhangos” kemencék manapság körülbelül 40 m hosszúak, 3 m magasak és 10 m szélesek. Az egyik végén tüzelőanyagot égetnek el, és a hő hatására (általában részleges pörkölés után) megolvasztják a száraz szulfidkoncentrátumokat, amelyeket a kemence tetején lévő lyukakon keresztül táplálnak be. A salak a nehezebb matt felületén úszik, és eltávolítják, eldobják vagy újrahasznosítják. A szulfidmatt ezután egy konverterbe kerül . A folyamat pontos részletei kemencéről a másikra az érctest ásványi összetételétől függően változnak.

Míg a reverberációs kemencék nagyon jók voltak a nagyon kevés rezet tartalmazó salak előállításában, túlságosan energiaigényesnek bizonyultak, és alacsony koncentrációjú kén -dioxidot termeltek füstgázaikban, ami megnehezítette az eltávolítását, és a rézolvasztási technológiák új generációja váltotta fel őket. . [12] olvasztófürdők köré korszerűbb kemencéket terveztek öntőfúvókák, gyorsolvasztási technológia és nagyolvasztó kemencék felhasználásával . Az olvasztófürdő néhány példája a Noranda kemence, az ISASMELT kemence, a Teniente reaktor, a Vanyukov kemence és az SKS technológia. A villámolvasztást a világ rézkohóinak több mint 50%-a alkalmazza. Az olvasztási eljárásoknak sokkal több fajtája létezik, köztük a Kivset, az Ausmelt, a Tamano, az EAF és a BF.

Környezeti hatások

A fémek olvadása komoly környezeti hatást gyakorol a mérgező fémek légkörbe kerülése és a felesleges salakanyagok, például szennyvíz és salak képződése miatt. Valamint a fémek gázhalmazállapotú felszabadulása, mint a réz, ezüst, vas, kobalt és szelén . [13] A kén-dioxid egy másik fontos gáz-halmazállapotú vegyület, amely az olvasztási folyamat során szabadul fel, és hozzájárul a környezet leromlásához, mivel savas esőt okozhat, és viszont savasítja a talajt és a vízi környezetet. [tizennégy]

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Sjostrand, Torgny. Változások a munkások légzőszerveiben egy érckohó üzemben1  //  Acta Medica Scandinavica : folyóirat. - 1947. - január 12. ( 128. köt. , S196. sz. ). - 687-699 . o . — ISSN 0954-6820 . - doi : 10.1111/j.0954-6820.1947.tb14704.x .
  2. ↑ 12 kiadás/2007/04/ 070423100437 . sciencedaily.com. Letöltve: 2015. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 9..
  3. ↑ Pikunov M. V. , Desipri A. I. 34. § Alacsony olvadáspontú fémek és ötvözeteik. Ón, ólom és ötvözeteik // Metal Science . - M . : "Kohászat", 1980. - 256 p. — 30.000 példány.
  4. ↑ Stone Pages Archaeo News: Ősi fémműhelyt találtak  Szerbiában . stonepages.com. Letöltve: 2015. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2015. szeptember 24..
  5. ↑ 201006274431 | A szerbiai belovodei telephely adott otthont az első  rézgyártóknak . archaeologydaily.com. Letöltve: 2015. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2012. február 29.
  6. ↑ Akanuma, Hideo. The Significance of Early Bronze Age Iron Objects from Kaman-Kalehöyük, Turkey  (angol)  // Anatolian Archaeological Studies : Journal. - 2008. - Vol. 17 . - P. 313-320 .
  7. ↑ Souckova-Siegolová, J. A vas kezelése és felhasználása a hettita birodalomban az ie 2. évezredben  //  Mediterranean Archaeology : Journal. - 2001. - 20. évf. 14 . - P. 189-193 . .
  8. ↑ Hány éves a vaskorszak a Szaharától délre fekvő Afrikában? Archiválva az eredetiből 2007. október 13-án. - írta: Roderick J. McIntosh, Archaeological Institute of America (1999)
  9. ↑ Peter Schmidt, Donald H. Avery. Archiválva az eredetiből 2010. április 9-én, Complex Iron Smelting and Prehistoric Culture in Tanzánia . , Science, 1978. szeptember 22.: 1. évf. 201 sz. 4361, pp. 1085–1089
  10. ↑ Xander Veldhuijzen, Thilo Rehren. Salakok és a város: korai vastermelés Tell Hammeh-ban // Fémek és bányák: archeometallurgia tanulmányok / Szerkesztette: Susan La Unoka, Duncan Hook és Paul Craddock. - London : Archetype Publications & British Museum , 2007. - P. 189-201. — 256 p. — ISBN 978-1904982197 .  (Angol)
  11. ↑ Minet, Adolphe. Az alumínium előállítása és ipari  felhasználása . - New York, London: John Wiley and Sons, Chapman & Hall, a Wisconsini Egyetem Google Books szkennelésével - Madison másolat, 1905. - 244. o. (Minet beszél) +116 (Héroult beszél).
  12. ↑ W.G. Davenport, "Rézkitermelés a 60-as évektől a 21. századig", in: Proceedings of the Copper 99–Cobre 99 International Conference. I. kötet – Plenáris előadások/Movement of Copper and Industry Outlook/Copper Applications and Fabrication, Eds GA Eltringham, NL Piret és M Sahoo (The Minerals, Metals and Materials Society: Warrendale, Pennsylvania, 1999), 55–79.
  13. ↑ Hutchinson, T.C.; Whitby, LM Heavy-metal Pollution in the Sudbury Mining and Smelting Region of Canada, I. Talaj- és növényzetszennyezés nikkellel, rézzel és más fémekkel  //  Environmental Conservation : Journal. - 1974. - 1. évf. 1 , sz. 2 . - 123-132 . o . — ISSN 1469-4387 . - doi : 10.1017/S0376892900004240 .
  14. ↑ Likens, Gene E.; Wright, Richard F.; Galloway, James N.; Butler, Thomas J. Savas eső  // Scientific American  . - Springer Nature , 1979. - Vol. 241 , sz. 4 . - P. 43-51 .

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban