Металлургия

Жер бетінде металдарды пайдалану осыдан 10 мыңға жуық жыл бұрын басталған. Қазіргі кезде 80-ге жуық металл табылып зерттелді. Қазір металл тұрмыста да, шаруашылықта да кеңінен колданылады. Балалардың ойыншығы, оқушыларға қажет қүралдар сияқты ұсақ-түйек заттардан бастап, ғарыш кемелеріне дейін металдан жасалады. Металдар табиғатта көп кездесетіндіктен де адамдар оларды күнделікті тіршілігінде көп пайдаланған.

Металдар болмағанда автоматика, телемеханика, электронды жөне ядролық техника, лазерлік техника, радиолокация, реактивтік авиация, телевизия, т.б. алуан түрлі техникалардың дамуы қазіргі дәрежесіне жетпеген болар еді. Сонымен, қазіргі адам тіршілігі металдарды қолданумен тығыз байланысты.

Металдар табиғатта бос (таза, саф) күйінде де, косылыс түрінде де кездеседі. Бос күйінде болатын металдарға, әдетте химиялық белсенділіг төмен алтын, күміс, платина, мыс, сынап, қалайы сияқты металдар жатады. Металдардың жер койнауында кездесетін қосылыстарын минералдар деп атайды. Минералдарда металдар көбіне оксид (мысалы, гематит Ғе2О3 сульфид (мысалы, пирит ҒеS,,) және әр түрлі тұздар (мысалы, әктас СаСО3) түрінде болады.

Минералдар жеке кездеспейді, олар құм, саз, т.б. тау жыныстарымен араласып жүреді. Егер осындай минералдардың металы көп, экономикалық жағынан металл өндіруге тиімді болса, онда ондай минералдардың коспасын кен деп атайды. Кен кұрамындағы металл мөлшері әр металл үшін әр түрлі бағаланады. Мысалы, құрамында 1% мыс болса, ол мысқа бай кен болып саналады, сондай-ақ, 1 тонна кеннен 10 грамм алтын өндірілсе, ол да тиімді болып есептеледі. Ал өнеркәсіптік темір кендеріндегі темір мөлшері 60—70°/0-тен кем болмайды.

Кен кұрамында әр түрлі металдар минералдары аралас кездесуі де мүмкін, мысалы, корғасын және мырыш алдауыштары (галенит пен сфалерит ) бірге кездеседі. Осындай бірнеше металы бар кен орындары полиметалл (грекше “поли” — көп деген мағынаны білдіреді) кендері деп аталады. Кен кұрамынан металл өндірумен айна-лысатын өндіріс саласын металлургия деп атайды. Металлургия екіге бөлінеді: қара металлургияда темірдің кұймалары — шойын мен болат өндіру іске асырылады, ал түсті металлургияда темірден басқа барлык металдар мен олардың кұймалары өндіріледі.

Қазіргі заман металлургиясы периодтык кестедегі белгілі металдардың барлығын да өндіреді деуге болады. Сондықтан металдар қандай көп болса, оларды өндіретін әдістер де сан түрлі.

Металлургияда қазылып алынған кенді бос жынысынан айырып, әуелі минералды бөліп алады. Бұл процесс кенді байыту деп аталады. Ол тек физикалық әдістермен немесе химиялык әдістермен бірге жүргізілуі мүмкін. Кеннен бастап металға дейінгі механикалық, физикалык жөне химиялык процестер қажетіне қарай қолданылады. Мысалы, кенде алтын мөлшері өте аз болғанда оны химиялық әдіспен ерітіп, қосылысқа айналдырады. Содан сон косылыстан әр түрлі әдістерді пайдаланып, таза күйінде алтынды бөліп алады. Кендегі косылыстарынан металдарды бөліп алу өдістерін мынадай екі топка бөліп карастырған жөн:

Пирометаллургиялық (грекше “пир” — от, металлургия металдарды өндеу) әдістер тобы. Оған металдарды жоғары температурада тотықсыздандыру процестері жатады. Бұл әдістер процеске пайдаланылған тотықсыздандырғышқа байланысты әр түрлі аталады.

Қосылыстарқұрамынан металды басқаметалдар, кремний, көмі-тек және көміртек (II) оксиді арқылы тотықсыздандыруды металлотермия деп атайды. Бұл әдіспен темір, хром, марганец, т.б. металдар алынады:

Ғе2О3 + ЗСО = 2Ғе + ЗСО2

Көміртек С — кокс түрінде қолданылатын ең арзан тотықсыздандырғыш. Домна өндірісінде темір кокспен тотықсыздандырылады:

2Ғе2О3 + ЗС = 4Ғе + ЗСО2

Бүл реакциялар кағаз жүзінде өте қарапайым болып көрінгенімен, іс жүзінде өте күрделі және сатылап жүреді . Тотықсыздандыргыш ретінде алюминий қолданылса онда алюмин-термия деп аталады:

Тотықсыздандыргыш ретінде сутек цолданылса, онда сутектермия деп аталады:

Кендегі сульфид түріндегі металдар косылыстарын өуелі өртеп, содан соң тотықсыздандырады:

2СиS +302 = 2СиО + 2SО2

Түзілген күкіртті газ ауаны ластап, коршаған ортага зиян келтіреді. Оны болдырмас үшін қалдықсыз өндіріс принципімен газды ұстап қалып, әрі қарай өңдеп, күкірт қышқылына айналдырады.