177

12. Металлургическая промышленность. Производство чугуна

12.1. Металлургия - наука о промышленных способах получе­ния металлов и сплавов.

История материальной культуры человечества неразрывно свя­зана с использованием металлов. Переход от каменных орудий труда (каменный век) к орудиям металлическим явился величайшим дос­тижением человечества, вызвавшим бурный рост производительных сил.

Около 7-6 тысяч лет до н.э. человек впервые начал использо­вать самородные металлы: золото, серебро, медь. В 5-4 тысячелети­ях до н.э. началась выплавка из руд меди, олова, свинца. Наступил медный век - медные орудия труда и оружие постепенно вытеснили каменные изделия. В 3-ем тысячелетии до н.э. появление и примене­ние бронзы - сплава меди с оловом, значительно более прочного и твердого, чем другие известные в то время металлы, ознаменовало начало бронзового века. Все более широкое применение железа, а за­тем и стали в конце II-го тысячелетия до н.э. открывает железный век - эпоха железного меча, плуга и топора.

До н.э. были известны золото, серебро, медь, железо, олово, свинец, ртуть. В 18-ом столетии были открыты цинк, висмут, сурьма, платина, мышьяк. В настоящее время известно 80 металлов.

Все металлы и сплавы условно подразделяют на черные (железные) и цветные (нежелезные).

Черные металлы и сплавы: к ним относят железо и его сплавы с углеродом: сталь (до 1,5 %С), чугун (2,5-4,5 %С), а также ферроспла­вы.

Сталь - обобщенное название большой группы железоуглеродистых сплавов - основа современной техники. Ее производство при­мерно в 20 раз превышает общее производство всех остальных метал­лов и сплавов.

Чугун. Серый чугун является наиболее распространенным ли­тейным сплавом для изготовления труб, котлов и пр.

Передельный чугун служит основным исходным материалом для выплавки стали.

Цветные металлы и сплавы. Медь, алюминий, титан, никель, олово, цинк и др., их сплавы используют для получения конструкци­онных материалов и

авиации, автомобилестроении и т.д. Медь - в электротехнике, латунь и бронза в машиностроении. Все большее применение находят тугоплавкие и редкие металлы: молибден, тантал, бериллий, палладий.

Примерный уровень мирового производства металлов (т/год) следующий:

Сталь - (600-700)* 10 ⁶

Чугун - (500-550)* 10 ^б

Алюминий, медь - (6-10)* 10 ⁶

Никель, олово - (0,2-0,6)* 10⁶

Молибден, вольфрам, титан (0,01-0,07)* 10 ^б

Серебро, золото - (1,0-10)*10³

Подчеркивая значение металлов, следует отметить, что совре­менная техника немыслима без использования неметаллических мате­риалов: алмаз, бор, германий, кремний, селен, теллур и их сплавы, со­ли, пластмассы, стекла, древесины, композиционные материалы.

12.2. Металлургические процессы

Рудой называется природное минеральное сырье (горные породы), содержащее химический элемент, извлечь который можно экономически выгодным промышленным способом. Почти все метал­лы (и неметаллы) из-за их большой химической активности находятся в природе в виде химических соединений: оксидных (кислородных), сернистых, углекислых, кремнистых и пр., входящих в состав различ­ных черных (минеральных) пород. Пустая порода не содержит нужно­го металла. Железные руды содержат до 40-50 % железа, а цветные до 2 % металла.

Металлургические процессы. Задачей металлургии является получение металлов и сплавов из руд или других исходных материа­лов.

Для этого применяют следующие основные способы: пирометаллургический, электрометаллургический, гидрометаллургический, химико-металлургический.

Пирометаллургический способ основан на том, что тепло, не­обходимое для выплавки металла или сплава, обеспечивается сжига­нием топлива. К пирометаллургии относят доменный процесс вы­плавки чугуна из железной руды, мартеновский способ передела чугу­на в сталь, выплавка меди и др.

Электрометаллургический способ заключается в выплавке ме­таллов и сплавов в дуговых, индукционных и других электрических печах. Сюда же относят электролитический способ получения металла из химических соединений.

Гидрометаллургический способ основан на выщелачивании металлов из руд при помощи растворителей и последующем выделе­нии металла из раствора.

Химико-металлургический способ заключается в получении металла при помощи химических и металлургических процессов.