Большая Советская Энциклопедия (МЕ) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" (читать онлайн полную книгу TXT) 📗
Весьма широко используются методы извлечения и рафинирования металлов, основанные на образовании сульфидов, хлоридов, иодидов (см. Иодидный метод ), карбонилов. Большое значение имеют процессы, базирующиеся на явлениях испарения и конденсации (дистилляция , ректификация , вакуумная сепарация, сублимация ). Получили развитие внепечные методы рафинирования стали, а также вакуумная плавка и плавка в аргоне, находящие применение при производстве химически активных металлов (титана, циркония, молибдена и др.) и стали.
Гидрометаллургические методы извлечения и рафинирования металлов, не требующие высоких температур, базируются на использовании водных растворов (см. Гидрометаллургия ). Чтобы перевести металлы в раствор, применяют выщелачивание с помощью водных растворов кислот, оснований или солей. Для выделения элементов из раствора используют цементацию , кристаллизацию , адсорбцию , осаждение (см. Осадительная плавка ) или гидролиз . Широкое распространение получили сорбция металлов ионообменными веществами (в основном синтетическими смолами) и экстракция (с помощью органических жидкостей). Современные сорбционные и экстракционные процессы характеризуются высокой эффективностью. Они позволяют извлекать металлы не только из растворов, но и из пульпы, минуя операции отстаивания, промывки и фильтрации. Из др. гидрометаллургических процессов следует отметить автоклавную переработку материалов при повышенных температурах и давлениях (см. Автоклав ), а также очистку растворов от примесей в кипящем слое. В некоторых производствах применяют извлечение металлов (например, золота) из руд с помощью ртути — амальгамацию.
Большое значение в М. имеет получение или рафинирование цветных металлов электролитическим осаждением (см. Электролиз ) как из водных растворов (медь, никель, кобальт, цинк), так и из расплавов (алюминий, магний). Алюминий, например, получают электролизом криолитглинозёмного расплава.
Находит применение также производство изделий из металлических порошков, или порошковая металлургия . В ряде случаев этот процесс обеспечивает более высокое качество изделий и лучшие технико-экономические показатели производства, чем традиционные способы.
Для получения особо чистых металлов и полупроводников применяются кристаллофизические методы рафинирования (зонная плавка , вытягивание монокристаллов из расплава), основанные на различии составов твёрдой и жидкой фаз при кристаллизации металла из расплава.
Процессы получения отливок из расплавленных металлов и сплавов (см. Литейное производство ) и слитков, предназначенных для последующей обработки давлением (см. Разливка металла ), известны человечеству на протяжении многих веков. Основные направления технического прогресса в этой области связаны с переходом к непрерывной разливке стали и сплавов и к совмещенным процессам литья и обработки заготовок давлением (например, бесслитковое получение проволоки или листа из расплавленного алюминия, меди, цинка).
Обработка металлов давлением также известна людям очень давно (ковка железа была, например, необходимым элементом процесса переработки крицы). Кузнечно-штамповочное производство и прессование являются важнейшими составными частями машиностроения. Прокатка — основной способ обработки металлов и сплавов давлением на современныхы металлургических заводах (см. Прокатное производство ). Прокатный стан, впервые предложенный, по-видимому, ещё Леонардо да Винчи (1495), превратился в мощный высокоавтоматизированный агрегат, производительность которого достигает несколько млн. т металла в год. Наряду с листовым и сортовым металлом с помощью прокатных станов получают трубы, гнутые и периодические профили (см. Прокатный профиль ), биметалл и др. виды изделий. Для изготовления проволоки в современной М. широко применяют волочение .
Термическая обработка, обеспечивающая получение наиболее благоприятной структуры металлов и сплавов, также имеет весьма древнее происхождение. Такие процессы, как цементация , закалка , отжиг и отпуск металлов , были известны и хорошо освоены на практике уже в глубокой древности. Научные основы термической обработки металлов и сплавов были разработаны Д. К. Черновым (см. Металловедение ). В современной технике термическая обработка металлов и сплавов, а также др. виды обработки (см. Термомеханическая обработка , Химико-механическая обработка , Химико-термическая обработка ) имеют очень широкое применение. Кроме готовых деталей, которые подвергаются обработке на машиностроительных предприятиях, её проходят многие виды продукции и на металлургических заводах. Это относится, например, к стальным рельсам (объёмная закалка или закалка головки), к толстым листам и арматурной стали (упрочняющая обработка), к тонкому листу из трансформаторной стали (отжиг для улучшения магнитных свойств) и т.д.
Большое значение в современной М. приобретают процессы нанесения на металл различных защитных покрытий. К таким процессам относятся лужение , цинкование , нанесение пластмассовых и др. покрытий, значительно повышающих качество и срок службы металла.
Значение М. в создании современной цивилизации исключительно велико. Материальная культура человеческого общества немыслима без металлов; она базируется на них в производстве средств производства, средств транспорта и связи, в строительстве, в военном деле. Большую роль играют металлы в сельском хозяйстве и в производстве предметов потребления. Данные об объёме и динамике производства стали, чугуна, важнейших цветных металлов и др. сведения о М. как отрасли промышленности приведены в статьях Чёрная металлургия , Цветная металлургия .
Лит.: Основы металлургии, т. 1—6, М., 1961—73; Металловедение и термическая обработка стали. Справочник, 2 изд., М., 1961—62; Прокатное производство. Справочник, т. 1—2, М., 1962; Доменное производство. Справочник, т. 1—2, М., 1963; Сталеплавильное производство. Справочник, т. 1—2, М., 1964; Aitchison L., A history of metals, v. 1—2, L., 1960.
А. Я. Стомахин.
Рис. 1. Плавка металла в Древнем Египте (дутьё подаётся мехами, сшитыми из шкур животных).
Рис. 3. Каталонский горн с водяной воздуходувной трубой: 1 — клапан; 2 — отверстия для воздуха; 3 — труба; 4 — слив воды; 5 — дутьё; 6 — фурма; 7 — руда и древесный уголь; 8 — крица; 9 — шлак; 10 — выпуск шлака.
Рис. 2. Домница (штюкофен) в Германии 15—16 вв.
Металлы
Мета'ллы, простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность), пластичностью. М. в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. В парообразном состоянии М. одноатомны.
Перечисленные выше характерные свойства М. обусловлены их электронным строением. Атомы М. легко отдают внешние (валентные) электроны. В кристаллической решётке М. не все электроны связаны со своими атомами. Некоторая их часть (~ 1 на атом) подвижна. Эти электроны могут более или менее свободно перемещаться по М. Существование свободных электронов (электронов проводимости) в М. объясняется зонной теорией (см. Твёрдое тело ). М. можно представить себе в виде остова из положительных ионов, погруженного в «электронный газ». Последний компенсирует силы электростатического отталкивания между положительными ионами и тем самым связывает их в твёрдое тело (металлическая связь).
