> Техника, страница 1 > Металлургия (получение металлов)
Металлургия (получение металлов)
Металлами мы называем вещества химически неразложимые, большей частью твердые в обыкновенных условиях, непрозрачные (не в слишком тонких пластинках), имеющие блеск, проводящие тепло и электричество.
Первым металлом, с которым познакомились первобытные люди, было, вероятно, золото, так как оно чаще всех других металлов встречается в самородном виде. Золото привлекало внимание человека своим блеском со дна прозрачных ручейков, освещенных солнцем, и служило в качестве украшений и для изготовления дорогой домашней утвари. Известны также случаи, когда из золота выделывали оружие: в одном из музеев Германии хранится, например, золотой топор. Следующим металлом, с которым познакомились люди, считают медь, встречающуюся также в самородном состоянии. Однако, имеются указания на то, что в некоторых местах железо употреблялось раньше меди, поэтому надо полагать, что люди знакомились с тем или другим металлом сообразно местным условиям. Из меди люди приготовляли орудия и утварь. Железо шло на приготовление ножей, наконечников стрел и тому подобное. Первое железо, с которым познакомилось человечество, было, вероятно, метеорное 1);
1) Метеоритами называются каменные или железные массы, которые падают на землю из небесного пространства, причем обыкновенно наблюдаются особые световые и звуковые явления.
это железо не переплавлялось, а употреблялось в виде кусков, которым ударами молота придавалась определенная форма. Наряду с указанными металлами, человек познакомился и со сплавами, то есть с соединениями нескольких металлов. Древнейший сплав, известный первобытным людям, это — бронза, соединение меди и олова.
Бронза употреблялась для приготовления оружия, домашней утвари и украшений.
Постепенно увеличение народонаселения и другие причины заставили человечество прибегнуть к искусственному возделыванию полей, постройке жилищ, понадобились средства передвижения и так далее. Вначале землю ковыряли суком, а затем стали применять деревянные сохи. Но на этом человек не остановился и дальше начал пользоваться металлом. Сошники стали делать металлические, что позволило глубже разрыхлять почву и тем достичь лучших результатов в смысле урожая. Совершенствуя дальше орудия обработки земли, пришли к плугу, который уже почти исключительно сделан из металла. Теперь же мы видим на полях металлических коней, тянущих за собой многолемешные плуги, разрыхляющие почву на большом пространстве. Один такой металлический конь (трактор) заменяет нескольких живых коней и управляется одним человеком. Культурное развитие нашей деревни в большой степени зависит от металла. Если ввести образцовую обработку полей с помощью металлических машин и орудий, то не надо будет вставать с петухами; железные кони заменят сотни людей, и первобытное разбрасывание семян рукой изчезнет: эту работу выполнит металлическая сеялка; луга, усеянные в сенокос занятыми тяжелой работой людьми, — все это отойдет со временем в область преданий. Перестанут пучки зерновых растений бить о скамью или выбивать те же зерна цепами: это сделают молотилки. Очистку зерен от пыли и примесей не нужно будет производить лопатами на ветру: это выполнит веялка. Помол зерна не будет зависеть от ветряной мельницы, и, следовательно, от ветра, или от водяной, которых бывает одна на несколько деревень, да к тому же часто случается, что она стоит из-за недостатка воды. Эта зависимость отпадет с проведением в жизнь плана электрификации. В настоящее время экономическое строительство СССР крепнет, а вместе с тем быстро растет употребление и распространение сельскохозяйственных машин и орудий.
Но для того чтобы все эти машины и орудия могли быть распространяемы с достаточной планомерностью и быстротой, необходимы в нашей обширной стране надлежащие пути сообщения и транспортные средства. Что способствовало развитию путей сообщения, как не металлы? Назовем, например, железные дороги (само название которых уже включает понятие металла), прорезавшие равнины и горы, обслуживаемые мощными паровыми двигателями. В конце прошлого столетия металл одержал еще одну колоссальную победу в транспорте в связи с изобретением двигателей внутреннего сгорания и появлением автомобилей. Наземные металлические машины передвигают нас на огромные расстояния; корабли и подводные лодки дают возможность сообщаться с заокеанскими странами; наконец, аэропланы открыли нам доступ в необъятные пространства воздушной стихии.
Сказать, какой металл играет во всем этом главную роль, нельзя. Правда, до сравнительно недавнего времени самую важную роль выполняло и выполняет железо. Но современная техника шагнула столь далеко вперёд, что некоторые металлы, не имевшие широкого практического значения раньше, выступают теперь на первый план, например алюминий.
Не останавливаясь дальше на применении и значении металлов, в заключение надо сказать, что металлы играют огромную роль в жизни человечества. Физика и химия в изучении металлов сыграли самую важную роль, и благодаря этим наукам мы имеем современный расцвет металлопромышленности. Изучение механических и химических свойств металлов, а также методов, при помощи которых на заводах получаются металлы, составляет предмет металлургии. Металлургия относится к обрабатывающей промышленности. Сырыми материалами для получения металлов служат руды. Горная промышленность, которая занимается разработкой руд, относится к промышленности добывающей.
Природные материалы, или минералы, из которых извлекаются металлы, называются рудами. Не всякие минералы, содержащие металл, являются рудами. В металлургии называют рудами минералы, содержащие столько металла, что добывание его может быть экономически выгодным. Поэтому чем дороже металл, тем менее может быть содержание его в руде. Руда встречается либо в виде сплошного скопления, либо же она находится в виде вкраплений мелкими частицами в какой-нибудь горной породе.
Породами называются минералы, сопровождающие руду. По способу залегания различают три типа рудных месторождений: пласты, штоки и жилы.
Пласты представляют собой слои первоначально горизонтальные, но могущие вследствие различных изменений земной коры принять и другое направление. Пласты простираются на большую поверхность и могут иметь различную толщину. Штоки представляют скопления неправильной формы, не пластообразные; шток малого размера называется гнездом. Жилы, подобно пластам, имеют большое протяжение в длину, но ширина их большею частью незначительна и обыкновенно меньше, чем у пластов. Жилы проходят на значительную глубину, пересекают различные пласты и часто сами пересекаются другими жилами. При разработке металлоносных жил подземные галлереи следуют по направлению этих жил.
Самое добывание руд производится следующими способами:
- Открытыми работами, когда руда лежит на незначительной глубине; при этом снимается постепенно верхний пласт, пока не дойдут до руды;
- Дудками или колодцами;
- Рудничною, или подземною работою, когда руда лежит на значительной глубине.
В последнем случае, смотря по расположению рудоносных слоев вырывают в земле вертикальное отверстие и по нему идут до металлоносного слоя, а затем проводят галлереи, то есть отдельные ходы в сторону от главного углубления; такая разработка руды называется шахтной, а вся система называется шахтой. Если разработку руд производят в горных местностях, то углубление делают в горе посредством горизонтальной или наклонной галлереи, называемой штольней. Добытая описанными способами руда не сразу поступает в переплавку для получения из нее различных металлов. В начале разработки еще в самом руднике ее сортируют, то есть отбирают пустую породу (породу, не содержащую добываемой руды), чтобы не тратить непроизводительно работу при поднятии руды наверх. Сортированную руду, смотря по ее назначению, подвергают выветриванию, если требуется, чтобы руда для удобной переработки была разрыхлена. Выветривание продолжается 2—3 года, причем руда претерпевает внутренние изменения, которые дают возможность удалить из нее вымыванием ненужные примеси. Предварительному обжиганию подвергают руды с целью удалить из них летучие вредные вещества, а также для приведения руд в такое состояние, при котором они могут быть с пользою употреблены для извлечения металлов. Очень большое значение при переработке руд имеет их измельчение. Измельчают руду только до нужных размеров, так как более сильное измельчение может оказаться вредным: чрезмерное дробление влечет за собой потери металла при промывании для отделения породы. Сильное измельчение, кроме того, может повлечь неприятные последствия при переплавке руды в шахтных печах. При продувании воздуха пыль и мелочь вырываются из общей массы и уносятся в вытяжную трубу, в которой пыль оседает и может накопиться в таком количестве, что тяга перестанет работать. Из подготовленных описанными способами руд получают металлы. Промышленное значение в настоящее время имеют следующие металлы: железо (чугун, железо и сталь), свинец, медь, цинк, олово, алюминий, ртуть и другие. Сведения о добываемом количестве этих металлов дает таблица ниже.
Из этой таблицы видно, что железо (в форме железа, чугуна и стали) стоит на первом месте. Оно является самым распространенным металлом и в среднем составляет 5 % твердой оболочки земли. Понятно, что для получения железа интересны руды с богатым содержанием металла и притом находящиеся в благоприятных условиях для разработки. Такие руды встречаются сравнительно редко. В СССР месторождений промышленного значения довольно много.
Запасы железных руд в Европейской части СССР можно выразить следующими цифрами (в тоннах):
| Урал | 281 930 000 |
| Центр, район | 789 000 000 |
| Юг | 5 360 000 |
| Кавказ | 1 400 000 |
Мировое производство важнейших металлов.
| Название металла | Годы | Тысячи тонн |
| Чугун | 1904 | 46 094 |
| » | 1913 | 78 092 |
| Железо и сталь | 1904 | 37 262 |
| » | 1913 | 74 590 |
| Свинец | 1910 | 1 129 |
| » | 1913 | 1 177 |
| » | 1918 | 1 141 |
| » | 1920 | 841 |
| Медь | 1911 | 893 |
| » | 1913 | 993 |
| » | 1918 | 1 408 |
| » | 1920 | 9084 |
| Цинк | 1910 | 817 |
| » | 1911 | 902 |
| » | 1912 | 978 |
| » | 1913 | 998 |
| Алюминий | 1910 | 44 |
| » | 1911 | 45 |
| » | 1912 | 61 |
| » | 1914 | 86 |
| » | 1920 | 193 |
| Олово | 1909 | 114 |
| » | 1911 | 119 |
| » | 1914 | 126 |
Общий запас железа в Азиатской части СССР выражается цифрой в 27 000 000 тонн.
Важнейшие железные руды следующие:
1. Магнитный железняк — тугоплавкая, черного цвета, обладающая магнитными свойствами руда, дающая на матовой фарфоровой пластинке черную черту. В чистом виде магнитный железняк содержит около железа и относится к рудам богатым, дающим железо хорошего качества; встречается довольно часто, а иногда образует целые горы. Природный железняк сопровождают различные примеси (известняк, глина, кварц, колчеданы и прочие), так что содержание железа в руде колеблется от 40 до 60%. Главные месторождения в СССР горы: Благодать, Качко-нар, Магнитная и Высокая на Урале и Корсар-Могила около Бердянска. Богатые залежи магнитного железняка имеются в Швеции, Норвегии, Испании, Алжире и в Северо-Американских Соединенных Штатах.
2. Железный блеск и красный железняк. Первый из них железно-черного цвета, с явно выраженным кристаллическим строением, часто с сильным металлическим блеском; второй — красного цвета. Обе разновидности дают на фарфоровой пластинке красную черту. Содержат чистого железа 70 %. В самой руде содержание железа колеблется от 42 до 65 %. Месторождения в СССР известны на Юге (Кривой Рог), менее мощные залежи имеются на Урале; кроме СССР, встречаются в Германии, Франции, Англии, Испании и Северо-Американских Соединенных Штатах.
3. Бурый железняк—более распространенная руда, содержит в чистом виде 60% железа. Присутствие примесей понижает содержание железа, которое обычно колеблется между 45—53%. Большие залежи этой руды встречаются во Франции, Бельгии, Эльзас-Лотарингии, Северной Америке, Испании, в центральной части СССР (Тамбовская губерния), на Урале, в УССР (керченская руда).
4. Железный шпат — руда желто-серого или бурого цвета со стеклянным блеском, плотного сложения. В чистом виде содержит 48,2% железа. Обычно содержание железа в этой руде колеблется от 30 до 42%. Богатые месторождения этой руды встречаются в Германии (Зиген) и Австрии (Штирия), они доставляют железо высокого качества. Встречается эта руда также в Испании и других местах. У нас в СССР эта руда встречается на Урале (бакальская руда).
5. Глинистый железняк — встречается в виде шарообразных кусков, образующих целые пласты. Содержание железа в этой руде колеблется от 25 до 35 %. Это очень распространенная руда, большие месторождения которой известны в Англии. На этой руде создалась большая железная промышленность Англии. В СССР эта руда переплавляется в Пермской и Вятской губерниях. Глинистый железняк, содержащий значительные количества угля, называется углистым железняком. Последний встречается в Шотландии и Вестфалии.
Кроме описанных руд, для получения железа перерабатывают побочные продукты других производств, как то: колчеданные огарки, получающиеся при производстве серной кислоты, шлаки кричных горнов, пудлинговых и сварочных печей, железный лом и некоторые другие материалы, которые, конечно, являются только подсобными при производстве железа.