Металлы применяются практически во всех сферах. Сейчас известно большое количество однородных материалов и сплавов, которые обладают разными техническими характеристиками. Получение металлов — особый процесс, от правильности проведения, которого зависит качество готового материала.
Что такое металл?
Металлы — группа элементов, которые являются простыми веществами и обладают рядом характерных металлических свойств:
- электро- и теплопроводностью;
- высокой прочностью;
- большой удельной массой;
- высоким температурным коэффициентом сопротивления;
- ковкостью;
- характерным металлическим блеском;
- высокой пластичностью.
Для изменения свойств материала при производстве к его составу добавляются сторонние компоненты, которые называют легирующими добавками. С помощью этого способа можно получить материал с нужными техническими характеристиками.
Виды
Серьезной разницы между металлами, сплавами нет. Абсолютно чистых материалов не существует. Каждый из них содержит несколько компонентов. Металлы с наименьшим содержанием сторонних включений редко применяются в промышленных масштабах, поскольку не имеют требуемых технических характеристик.
Виды:
- железо, титан, уран;
- золото, серебро, платина;
- медь, алюминий, цинк;
- вольфрам, кобальт, никель;
- магний, бериллий, палладий;
- свинец, олово.
Металлы можно разделить на благородные, цветные, черные.
Медное украшение
Способы получения и добычи
Добыча и обработка проводится на природных рудниках. Потом расходное сырье доставляется до литейного предприятия, где происходит его переработка в конечный материал. Способы получения:
- Порошковый. При изготовлении сплавов используются порошки — смесь основных компонентов сплава по ГОСТу. С помощью специального оборудования порошок спрессовывается, ему придают определенную форму. После этого расходный материал спекают в промышленной печи.
- Литейный способ. Все компоненты будущего сплава сначала расплавляются, а потом перемешиваются. Смесь должна застыть.
Природные источники
Самое большое количество металлов содержится в земной коре. Их соединения можно найти в разных продуктах питания, воде, воздухе, химических веществах.
Природные соединения
Природные соединения:
- сульфиды — киноварь, цинковая обманка, серный колчедан;
- хлориды — каменная соль, сильвинит;
- сульфаты — гипс, глауберова соль;
- карбонаты — магнезит, доломит, известняк, мрамор, мел;
- оксиды — красный, магнитный, бурый железняк;
- нитраты — чилийская селитра.
Основные природные соединения — руды, которые встречаются в разных областях земного шара.
Добыча руды
Способы добычи
Существует два способа добычи металлических руд:
- Открытый. Подразумевает разработку огромного карьера, который углубляется к центру. С его глубины на карьерных самосвалах руда вывозится наверх, где проходит дальнейшую переработку. Средняя глубина карьеров — 300 метров. Для разработки применяются крупные экскаваторы, земснаряды, карьерная техника. Карьерный метод добычи металлической руды применяется только, если после проверки почвы в ней было обнаружено более 57% руды. Главный недостаток карьера — малая глубина разработки.
- Закрытый. Подразумевает разработку шахт, которые могут уходить вниз на глубину нескольких сотен метров. Применяется, когда на поверхности после проверки было обнаружено менее 57% полезных руд. Внешне шахта напоминает колодец, который разветвляется в стороны на большой глубине. Главный недостаток — опасность для рабочих (частые обвалы, взрывы газов, большая вредность для здоровья).
Один из современных способов добычи металлической руды — СГД. Представляет собой гидромеханических метод добычи руды, который подразумевает создание глубокой шахты, снабженной трубопроводом с гидромонитором. Струя воды под большим напором подается в трубопровод. С ее помощью откалываются горные породы, которые всплывают наверх шахты. Эффективность данного способа небольшая, но он полностью безопасен для людей.
Шахта
Богатые рудники
Богатые железные рудники:
- Бакчарское железорудное месторождение.
- Абаканское железорудное месторождение.
- Абагасское железорудное месторождение.
- Курская магнитная аномалия.
Курская магнитная аномалия является самым большим месторождением железной руды в мире. По примерным расчетам здесь находится около 210 миллиардов тонн полезной руды, что составляет 50% от общего количества запасов на планете.
Самые богатые месторождения алюминиевых руд находятся в
- Венгрии;
- Франции;
- Индии;
- Южной Африке;
- Казахстане;
- России;
- Югославии;
- Кольском полуострове;
- Сибири.
Богатые месторождения медной руды расположены в США, Швеции, Канаде, России, Финляндии, ЮАР.
Гидрометаллургия
Методика, которая основана на проведении химических реакциях. Они протекают в различных растворах. Наиболее распространенные материалы, которые получаются подобным способом — никель, цинк, золото.
Пирометаллургия
Из расходного сырья металл извлекается под воздействием высоких температур. Для проведения данного способа применяются печи, плавильни. Этим методом получают чугун, свинец, сталь, никель, медь, хром. Для изготовления активных металлов важно использовать восстановители.
Электрометаллургия
Подразумевает обработку расходного сырья электрическим током. Сила тока изменяется зависимо от преобладающих в составе руды компонентов. С помощью электрометаллургии получаются разные металлы — щелочноземельные, щелочные. Основные из них — алюминий, магний.
Восстановление
Методы восстановления:
- С помощью металлов. Этот процесс называют металлотермией.
- С помощью водорода. С помощью этой методики можно получить материал с наименьшим количеством посторонних вкраплений.
- С помощью углерода или оксида углерода. Эта методика называется карботермией.
Оборудование
Для получения и обработки применяется разное оборудование:
- Для термической обработки — печи, плавильни, горны.
- Для изменения шероховатостей поверхностей — шлифовальные станки, пескоструи.
- Для создания углублений, обработки кромок, торцов — долбежные, сверлильные, фрезеровальные станки.
- Для придания простой или сложной цилиндрической формы — токарные станки.
- Для разрезания заготовок — пилы, лазерные или гидроабразивные резаки.
Современное оборудование оснащается автоматическими системами управления, что ускоряет производство, минимизирует физические затраты со стороны человека.
Самодельный горн
Коррозия
Коррозия — процесс самопроизвольного разрушения сплавов, металлов, который происходит под воздействием окружающей среды. Ржавчина начинает появляться при воздействии кислорода, воды, оксидов серы, углерода.
Виды коррозиии:
- атмосферная.
- электролитическая;
- газовая;
- подъемная;
- биологическая.
Для удаления ржавчины могут применяться абразивы, химические вещества. Для защиты от ее появления — покрытия, краски, добавки к составу сплава (например, хром).
Без металлов невозможно представить жизнь человека. Они применяются в разных сферах деятельности. Процесс добычи металлической руды для изготовления однородных материалов или сплавов практически не изменился с сотнями лет. Появилось новое оборудование, техника, но суть процесса осталась прежней.
