Большая Советская Энциклопедия (МЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать онлайн полную книгу TXT) 📗
Кроме железа, в древнем мире добывали и применяли золото, серебро, медь, олово, свинец, ртуть. Многие др. металлы (в т. ч. неизвестные древним) использовались в сплавах, минералах или соединениях.
Золото в виде песка и самородков добывали в доисторические времена из россыпей путём промывки. Для получения изделий золотой песок подвергали горячей ковке (кузнечной сварке) или переплавляли в тиглях. При этом обычно получали сплавы золота с серебром и др. элементами, что обусловливало разнообразные вариации цвета, а также литейных и механических свойств металла. Рафинирование золота и отделение его от серебра началось во 2-й половине 2-го тыс. до н. э., но до 6 в. до н. э. распространялось довольно медленно. Удаление примесей (вместе со свинцом, добавляемым для улучшения процесса) производили путём окисления их воздухом. Отделение серебра осуществляли путём хлорирования сплава при нагреве в присутствии поваренной соли, с последующей отгонкой летучих хлоридов или их растворением. Др. способ отделения серебра заключался в переводе его в сульфиды при нагревании сплава с сернистыми материалами и древесным углём. Применение азотной кислоты для отделения серебра от золота относится уже к 13—14 вв. Процесс амальгамации также был известен в древнем мире, но уверенности в том, что он применялся для извлечения золота из руд и песков, нет. После открытия русским учёным П. Р. Багратионом в 1843 основ цианирования золотых руд и особенно после работ английских металлургов Дж. С. Мак-Артура и бр. Р. и У. Форрестов (1887—88) этот процесс занял ведущее место в М. золота; иногда он используется в соединении с амальгамацией. Успешно применяется для извлечения золота флотационное (см. флотация ) и гравитационное обогащение .
Серебро в древности получали главным образом попутно со свинцом из галенита. Начало их совместной выплавки можно отнести к 3-му тыс. до н. э. (Малая Азия); широкое распространение процесс получил только через 1500—2000 лет. Можно полагать, что технологическая схема включала в себя обжиг руды, горновую плавку, разделительную плавку (ликвационное рафинирование, зейгерование ) и купеляцию . Во 2-й половине 20 в. свинец получают преимущественно из полиметаллических руд в результате флотационного обогащения, агломерирующего обжига, восстановительной плавки в шахтных печах и рафинирования продукта этой плавки — чернового свинца (веркблея ). При рафинировании извлекается также серебро (и золото, если оно есть).
Массовое производство меди началось после изобретения В. А. Семенниковым в 1866 конвертирования штейна. Большую роль в развитии конвертерной переработки штейна сыграла предложенная в 1880 продувка расплава сбоку (а не снизу, как в бессемеровском способе получения стали из чугуна). При боковой продувке воздух поступает непосредственно в рафинируемый расплав, минуя легко затвердевающую медь, которая собирается на дне конвертера. Огромное значение для массового производства меди имело изобретённое на рубеже 20 в. флотационное обогащение, позволившее успешно перерабатывать руды с содержанием меди менее 1%. Нефлотирующиеся бедные окисленные руды (менее 0,7% Cu) обрабатывают гидрометаллургическим способом (путём выщелачивания ). Сульфидные руды можно выщелачивать в самом месторождении (без добычи руды), используя способ интенсификации выщелачивания с применением бактерий (см. Бактериальное выщелачивание ).
Олово в древности выплавляли в простейших шахтных печах, а затем очищали от посторонних примесей посредством ликвационных и окислительных процессов. Коренные оловянные руды перед плавкой подвергали дроблению и простейшему обогащению; из россыпей руду добывали промывкой. В современной М. в связи с необходимостью использования бедных оловянных руд со значительным содержанием примесей (сера, мышьяк, сурьма, висмут, серебро и др.) олово получают по сложным схемам комплексной переработки руд, которые включают в себя обогащение, обжиг, выщелачивание примесей из рудных концентратов, магнитную сепарацию их, восстановительную плавку в отражательных, шахтных или электрических (лучший способ) печах с получением чернового олова и рафинирование его главным образом пирометаллургическим (иногда электролитическим) методом.
Первые способы производства ртути сводились, по-видимому, к обжигу руды в кучах; ртуть конденсировалась при этом на холодных предметах. Позднее появилась керамического реторта. Методы получения ртути, описанные немецким учёным Г. Агриколой (16 в.), сводятся к обжигу руды в керамических сосудах с различными конденсаторами. Железные реторты появились в 17 в. (1641). Затем по мере роста спроса на ртуть получили применение более производительных шахтные печи (периодического, а позднее и непрерывного действия), отражательные печи (с 1842), трубчатые вращающиеся печи (с начала 20 в.), которые служат основным агрегатом для переработки ртутных руд. Перспективный способ получения ртути — переработка руд в кипящего слоя печах , успешно освоенная в СССР.
Технологические схемы процессов получения остальных металлов, производство которых достигло значительного уровня только в течение последних столетий (а иногда и лет), освещаются в соответствующих статьях (см. Алюминий , Цинк , Марганец , Хром , Никель , Магний и др.).
Современная М. как совокупность основных технологических операций производства металлов и сплавов включает в себя: 1) подготовку руд к извлечению металлов (в т. ч. обогащение); 2) процессы извлечения и рафинирования металлов: пирометаллургические, гидрометаллургические, электролитические; 3) процессы получения изделий из металлических порошков путём спекания; 4) кристаллофизические методы рафинирования металлов и сплавов; 5) процессы разливки металлов и сплавов (с получением слитков или отливок); 6) обработку металлов давлением; 7) термическую, термомеханическую, химико-термическую и др. виды обработки металлов для придания им соответствующих свойств; 8) процессы нанесения защитных покрытий.
С М. тесно связаны коксохимическая промышленность , производство огнеупоров и ряд др. отраслей промышленности.
Подготовка руд к извлечению металлов начинается с дробления , измельчения , грохочения и классификации (см. Классификатор ). Следующая стадия обработки — обогащение (см. Обогащение полезных ископаемых ). В процессе обогащения или после него материалы подвергают обычно обжигу или сушке. Весьма перспективен обжиг в кипящем слое. Наибольшее применение в обогатительной технике имеют флотационные, гравитационные, магнитные и электрические методы. Флотационными процессами перерабатывают более 90% всех обогащаемых руд цветных и редких металлов. Из гравитационных процессов распространены обогащение в тяжёлых средах, отсадка, концентрация на столах и др. методы.
Большое значение обогатительных процессов в современной М. обусловлено стремлением к повышению эффективности металлургического производства, а также тем, что по мере роста выплавки металлов приходится использовать всё более бедные руды. Непосредственная металлургическая переработка таких руд (без обогащения), как правило, неэкономична, а в некоторых случаях даже невозможна.
Заключительными операциями подготовки руд являются обычно их усреднение, смешение, а также окускование посредством агломерации , окатывания (окомкования) или брикетирования . Необходимость окускования обусловлена тем, что в процессе обогащения руды подвергаются измельчению, а применение в плавке мелко измельченных материалов в некоторых металлургических производствах нежелательно или недопустимо.
Пирометаллургические (высокотемпературные) методы извлечения и рафинирования металлов весьма многообразны (см. Пирометаллургия ). Они осуществляются в шахтных, отражательных или электрических печах, конвертерах и др. агрегатах. В пирометаллургических процессах происходит концентрирование металлов и удаляемых примесей в различных фазах системы, образующейся при нагреве или расплавлении перерабатываемых материалов. Такими фазами могут служить газ, жидкие металлы, шлак, штейн и твёрдые вещества. После разделения одна или несколько из этих фаз направляются на дальнейшую переработку. Для осуществления необходимых операций в пирометаллургии применяют окислительные, восстановительные и др. процессы. С целью интенсификации окисления успешно используют газообразный кислород, а также хлор и селитру. В качестве восстановителей применяют углерод, окись углерода, водород или некоторые металлы (см. Металлотермия ). Примерами восстановительных процессов могут служить доменная плавка, выплавка вторичной меди, олова и свинца в шахтных печах, получение ферросплавов и титанового шлака в рудовосстановительных электропечах. Магнийтермическим восстановлением получают, например, титан. Окислительное рафинирование является необходимым элементом в мартеновском и конвертерном производстве стали, при получении анодной меди, а также свинца.
