Sikring

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 26. juni 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Smeltning ( smeltning , smeltning ) er varmebehandlingen af ​​malm for at udvinde metal fra den . Det er en form for minedrift metallurgi. Smelteprocessen bruges til at udvinde mange metaller fra deres malme, herunder sølv , jern , kobber og andre uædle metaller . Smeltning bruger varme og et kemisk reduktionsmiddel til at nedbryde malmen, fjerne andre elementer som gasser eller slagger og efterlade en metallisk base. Reduktionsmidlet er normalt en kulstofkilde , såsom koks , eller i tidligere tider trækul .

Kulstof (eller kulilte afledt af det ) fjerner ilt fra malmen og efterlader metalliske elementer. Kulstof oxideres således i to trin, hvorved der først dannes kulilte og derefter kuldioxid . Fordi de fleste malme indeholder urenheder, er det ofte nødvendigt at bruge et flusmiddel , såsom kalksten , til at fjerne den medfølgende sten i form af slagger.

Den elektrolytiske reduktion af aluminium skiller sig ud .

Det er ikke ualmindeligt, at arbejdere i metalsmeltning lider af luftvejssygdomme , der hæmmer deres evne til at udføre de fysiske opgaver, som deres job kræver. [en]

Behandle

Historie

Af de syv metaller, man kendte i oldtiden, fandtes kun guld regelmæssigt i ren form i det naturlige miljø. Resten - kobber, bly, sølv, tin , jern og kviksølv  - forekommer primært som mineraler , selvom kobber nogle gange findes i sin oprindelige tilstand i kommercielt betydelige mængder. Disse mineraler er primært carbonater , sulfider eller metaloxider blandet med andre bestanddele såsom silica og aluminiumoxid . Ristning af carbonat- og sulfidmineraler i luft omdanner dem til oxider. Oxider giver til gengæld metal ved at smelte. Kulilte var (og er stadig) et reduktionsmiddel til smeltning. Det dannes under opvarmning og reagerer med malmen.

I den gamle verden lærte folk at smelte metaller i forhistorisk tid, for over 8.000 år siden. Opdagelsen og brugen af ​​"nyttige" metaller - først kobber og bronze, og flere årtusinder senere, jern - havde en enorm indflydelse på det menneskelige samfund. Indvirkningen var så vigtig, at forskere traditionelt deler oldtidens historie i stenalder , bronzealder og jernalder .

På det amerikanske kontinent blev smeltningen af ​​kobber og sølv mestret af civilisationer, der eksisterede i de centrale Andesbjerge og Peru før inkaerne og mindst seks århundreder før de første europæere ankom i det 16. århundrede , mens smeltningen af ​​metaller som jern, der så og er ikke blevet mestret. [2]

Tin og bly

I den gamle verden var de de første til at lære at smelte tin og bly . De tidligste støbte blyperler kendt af moderne historikere blev opdaget på stedet for den gamle bosættelse Çatal Huyuk i Anatolien ( Tyrkiet ) og dateret til omkring 6500 f.Kr., men metallet kan have været kendt tidligere. Da opdagelsen fandt sted flere årtusinder før skriftens opfindelse, er der ingen skriftlig dokumentation for, hvordan dette blev gjort. Tin og bly er imidlertid lavtsmeltende metaller, [3] de kan smeltes blot ved at placere malmen i et brændebål, så måske har folk lært, hvordan man får dem ved et uheld.

Bly er et almindeligt metal, men dets opdagelse havde relativt lille indflydelse på den antikke verdens historie. Den er for blød til at blive brugt i byggeri eller til at lave våben, selvom dens høje tæthed sammenlignet med andre metaller gør den ideel som slyngeprojektiler . Men fordi bly er let at støbe og forme, blev det meget brugt i det antikke Grækenland og det antikke Rom til at lave rør og vandtanke. Bly blev også brugt som mørtel ved opførelse af stenbygninger. Tin var meget mindre almindeligt end bly.

Kobber og bronze

Efter tin og bly var det næste metal, som folk lærte at smelte, tilsyneladende kobber . Hvordan denne opdagelse skete, vides ikke nøjagtigt. Almindelige brændeovne kunne ikke give den nødvendige temperatur til at smelte kobber, så nogle forskere antyder, at den første kobbersmeltning kunne have fundet sted i keramiske ovne. Udviklingen af ​​kobbersmeltning i Andesbjergene, der menes at være sket uafhængigt af den gamle verden, kan være sket på samme måde. [2] De tidligste beviser for kobbersmeltning, dateret mellem 5500 og 5000 f.Kr., blev fundet i Pločnik og Belovodie ( Serbien ). [4] [5]

Legering af kobber med tin og/eller arsen i de korrekte forhold giver bronze , en legering, der er betydeligt hårdere end kobber. De første bronzeprodukter fremstillet af en legering af kobber og arsen dateres tilbage til 4200 f.Kr. og er fundet i Lilleasien . Også bronzelegeringer, uanset europæerne, var i stand til at lave inkaerne. Arsen er ofte en urenhed i kobbermalme, så opdagelsen kan have været tilfældig. Arsenmineraler blev til sidst bevidst tilsat under smeltning.

Kobber-tin-bronzer, hårdere og mere holdbare, blev udviklet omkring 3200 f.Kr., også i Lilleasien. Hvordan smede lærte at fremstille bronze fra en legering af kobber og tin er ukendt. Men i 2000 f.Kr. udvindede folk tin specifikt til fremstilling af bronze, hvilket er overraskende, da tin er et semi-resonant metal, og selv den rige cassiteritmalm har kun 5% tin. Også tin kræver særlige færdigheder (eller specialværktøj) for at finde det. Imidlertid lærte de tidlige folk om tin og fandt ud af, hvordan de skulle bruge det til at lave bronze så tidligt som i 2000 f.Kr.

Begyndelsen af ​​produktionen af ​​kobber og bronze, såvel som produkter fra dem, havde en betydelig indvirkning på historien om den gamle verden. Disse metaller var hårde nok til at lave våben, der viste sig at være mere modstandsdygtige over for stød end deres træ-, ben- eller stenækvivalenter. I flere årtusinder har bronze været hovedmaterialet til fremstilling af våben som sværd, dolke, stridsøkser, spyd og pilespidser samt beskyttelsesudstyr som skjolde, hjelme, rustninger med mere. Bronze fortrængte også sten, træ og organiske materialer i produktionen af ​​værktøj og husholdningsredskaber såsom mejsler, save, adzes , søm, sakse, knive, synåle og nåle, kander, gryder og kedler, spejle og hestesele. Tin og kobber bidrog også til skabelsen af ​​handelsnetværk, der spændte over store områder af Europa og Asien og havde stor indflydelse på fordelingen af ​​rigdom mellem individer og lande.

Jern

Det tidligste bevis på jernfremstilling er et lille antal jernfragmenter med en tilsvarende mængde kulstofurenhed fundet i de proto -hitttiske lag ved Kaman Kalehuyuk (Tyrkiet) og dateret til 2200-2000 f.Kr. [6] Souckova-Siegolová (2001) viser, at jernværktøj blev fremstillet i det centrale Anatolien i meget begrænsede mængder omkring 1800 f.Kr. og blev mest brugt af eliten under de sene hettitiske kongeriger (~1400-1200 f.Kr.). [7]

Arkæologer har fundet beviser for jernarbejde i det gamle Egypten engang mellem den tredje mellemperiode og det XXIII dynasti (ca. 1100-750 f.Kr.). Især fandt de dog ingen tegn på jernmalmssmeltning i nogen (førmoderne) periode. Muligvis i 1200 f.Kr. i Vestafrika vidste de, hvordan man smelter og behandler jern. [8] Derudover blev meget tidlige eksempler på kulstofstål skabt for omkring 2.000 år siden i det nordvestlige Tanzania baseret på komplekse forvarmningsprincipper. Disse opdagelser er vigtige for metallurgiens historie. [9]

De tidligste processer i Europa og Afrika involverede smeltning af jernmalm i en rå højovn , hvor temperaturen holdes lav nok til, at jernet ikke smelter. Dette producerer en svampet masse af jern kaldet en "blomst", som derefter skal hamres for at lave smedejern. Det tidligste vidnesbyrd om jernsmeltning til dato kommer fra Tell Hamm ( Jordan ) og dateres tilbage til 930 f.Kr. ( C14-dating ). [ti]

I middelalderen ændrede processen med jernsmeltning sig betydeligt. Folk begyndte at bruge højovne til at fremstille råjern , som derefter blev videreforarbejdet til støbejern . Processerne i anden fase omfattede raffinering af metal i en smedje og, efter starten af ​​den industrielle revolution , vandpyt . Begge processer er nu forældede, og smedejern produceres nu sjældent. I stedet fremstilles blødt stål ved Bessemer-processen eller på anden måde, herunder jernforreducerede processer såsom Corex .

Uædle metaller

Uædle metalmalme (alias base eller industrielle) er ofte sulfider . I de seneste århundreder er efterklangsovne blevet brugt til at smelte dem , som holder brændstoffet og smeltningen adskilt. Traditionelt blev de brugt til at udføre den første fase: dannelsen af ​​en oxidslagge indeholdende de fleste urenhedselementer og en sulfidmat indeholdende metalsulfid med nogle urenheder. Sådanne "efterklangs"-ovne er i dag omkring 40 m lange, 3 m høje og 10 m brede. Brændsel afbrændes i den ene ende og varmen smelter tørre sulfidkoncentrater (normalt efter delvis ristning), som føres gennem huller i ovntaget. Slaggen flyder oven på den tungere matte og fjernes, kasseres eller genbruges. Sulfidstenen sendes derefter til en konverter . De nøjagtige detaljer i processen varierer fra en ovn til en anden afhængigt af malmlegemets mineralogi.

Mens efterklangsovne var meget gode til at producere slagger, der indeholdt meget lidt kobber, viste de sig at være for energikrævende og producerede lave koncentrationer af svovldioxid i deres røggasser, hvilket gjorde det vanskeligt at fjerne, og blev afløst af en ny generation af kobbersmelteteknologier . [12] moderne ovne er blevet designet omkring smeltebade ved hjælp af støbedyser, lynsmelteteknologi og højovne . Nogle eksempler på smeltebade omfatter Noranda-ovnen, ISASMELT -ovn, Teniente-reaktor, Vanyukov-ovn og SKS-teknologi. Flash-smeltning bruges i mere end 50 % af verdens kobbersmeltere. Der er mange flere varianter af smelteprocesser, herunder Kivset, Ausmelt, Tamano, EAF og BF.

Miljøpåvirkninger

Afsmeltning af metaller har en alvorlig indvirkning på miljøet på grund af frigivelse af giftige metaller til atmosfæren og produktion af overskydende affaldsprodukter såsom spildevand og slagger. Samt frigivelse af metaller i gasform, såsom kobber, sølv, jern, kobolt og selen . [13] Svovldioxid er en anden vigtig gasformig forbindelse, der frigives under smelteprocessen og bidrager til miljøforringelse, da det kan føre til sur regn og igen forsure jorde og vandmiljøer. [fjorten]

Se også

Noter

  1. ↑ Sjostrand, Torgny. Ændringer i åndedrætsorganerne hos arbejdere på et malmsmelteværk1  //  Acta Medica Scandinavica : journal. - 1947. - 12. januar ( bd. 128 , nr. S196 ). - S. 687-699 . — ISSN 0954-6820 . - doi : 10.1111/j.0954-6820.1947.tb14704.x .
  2. ↑ 12 udgivelser/2007/04/ 070423100437 . sciencedaily.com. Hentet 26. august 2015. Arkiveret fra originalen 9. september 2015.
  3. ↑ Pikunov M. V. , Desipri A. I. § 34. Lavtsmeltende metaller og deres legeringer. Tin, bly og deres legeringer // Metal Science . - M . : "Metallurgi", 1980. - 256 s. — 30.000 eksemplarer.
  4. ↑ Stone Pages Archaeo News: Gammelt metalværksted fundet i  Serbien . stonepages.com. Hentet 26. august 2015. Arkiveret fra originalen 24. september 2015.
  5. ↑ 201006274431 | Belovode-stedet i Serbien har muligvis været vært for de første  kobberproducenter . archaeologydaily.com. Hentet 26. august 2015. Arkiveret fra originalen 29. februar 2012.
  6. ↑ Akanuma, Hideo. Betydningen af ​​jerngenstande fra tidlig bronzealder fra Kaman-Kalehöyük, Tyrkiet  (engelsk)  // Anatolian Archaeological Studies : journal. - 2008. - Bd. 17 . - S. 313-320 .
  7. ↑ Souckova-Siegolová, J. Behandling og brug af jern i det hittitiske imperium i det 2. årtusinde f.Kr.  //  Mediterranean Archaeology: tidsskrift. - 2001. - Bd. 14 . - S. 189-193 . .
  8. ↑ Hvor gammel er jernalderen i Afrika syd for Sahara? Arkiveret fra originalen den 13. oktober 2007. - af Roderick J. McIntosh, Archaeological Institute of America (1999)
  9. ↑ Peter Schmidt, Donald H. Avery. Arkiveret fra originalen den 9. april 2010, Complex Iron Smelting and Prehistoric Culture in Tanzania . , Science 22. september 1978: Vol. 201 nr. 4361, s. 1085-1089
  10. ↑ Xander Veldhuijzen, Thilo Rehren. Slagger og byen: tidlig jernproduktion ved Tell Hammeh // Metals and Mines: Studies in archaeometallurgy / Redigeret af Susan La Niece, Duncan Hook og Paul Craddock. - London : Archetype Publications & British Museum , 2007. - S. 189-201. — 256 s. — ISBN 978-1904982197 .  (Engelsk)
  11. ↑ Minet, Adolphe. Produktionen af ​​aluminium og dets industrielle  anvendelse . - New York, London: John Wiley and Sons, Chapman & Hall, via Google Books-scanning fra University of Wisconsin - Madison-kopi, 1905. - S. 244 (Minet-taler) +116 (Héroult-taler).
  12. ↑ W.G. Davenport, "Kobberudvinding fra 60'erne ind i det 21. århundrede," i: Proceedings of the Copper 99–Cobre 99 International Conference. Bind I—Plenary Lectures/Movement of Copper and Industry Outlook/Copper Applications and Fabrication, Eds GA Eltringham, NL Piret og M Sahoo (The Minerals, Metals and Materials Society: Warrendale, Pennsylvania, 1999), 55-79.
  13. ↑ Hutchinson, T.C.; Whitby, LM Tungmetalforurening i Sudbury Mining and Smelting Region of Canada, I. Jord- og vegetationsforurening med nikkel, kobber og andre metaller  //  Environmental Conservation : journal. - 1974. - Bd. 1 , nr. 2 . - S. 123-132 . — ISSN 1469-4387 . - doi : 10.1017/S0376892900004240 .
  14. ↑ Likens, Gene E.; Wright, Richard F.; Galloway, James N.; Butler, Thomas J. Acid Rain  // Scientific American  . - Springer Nature , 1979. - Vol. 241 , nr. 4 . - S. 43-51 .

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger