Металлургия

Металлургия (грек. metallurgeo – руда өндіремін, металл өңдеймін; metallon - рудник, металл және ergon - жұмыс) — ғылымның, техниканың, өнеркәсіптің кеннен немесе басқа да материалдардан металл алу үдерістерін, сондай-ақ металл қорытпаларға олардың химиялық құрамы мен құрылымын өзгерту арқылы қажетті қасиеттер беру үдерістерін қамтитын саласы.

Металл балқыту

Металлургиялық үдерістер

Металлургиялық үдерістер:

• жер қойнауынан қазылып алынған руданы алдын ала өңдеу;
• кентастардан және басқа материалдардан металды алу процестері, металдарды қажетсіз қоспалардан тазарту;
• металдар мен қорытпалар өндіру;
• металдарды термомеханикалық өңдеу;
• металдарды қысыммен және құймалап өңдеу;
• металл бұйымдардың бетін әрлеу не қорғау мақсатында басқа металл қабатымен қаптау;
• металл бұйымдардың беттеріне басқа металдар мен бейметалдарды диффузиялық енгізу.

Тарихы мен даму жолдары

Шығыс Қазақстан облысы, Шемонаиха ауданы, Усть-Таловка селосының жанындағы Артемьев кеніші (жылына 1,5 млн.т мыс, мырыш және қорғасын кенін өндіреді).

• Металлургияның қарапайым салалары адамзатқа өте ерте заманнан белгілі болған. Кіші Азияны мекендеген халықтар б.э.б. 7-6 мыңыншы жылдардың өзінде мыс өндірген. Сол кезде-ақ адамзат таза алтын, күміс және метеориттік темірмен танысқан.
  
• Алғашқы кезде бұйымдар жасау үшін металдар салқын күйінде өңделген. Темір мен мыс салқындай өңдеуге икемсіз келген. Сондықтан кең таралмаған. Ұсталық өнердің дамуына байланысты металдарды ыстықтай өңдеу тәсілі ашылды. Бұл жаңа технологиялық тәсіл болды. Осыдан соң мыс бұйымдар жасау кең таралған. Тотықтанған рудалардан мыс қорыту және құю әдісі игерілген соң мыс өндіру және оны пайдалану (б.э.б. 5-4 мыңыншы жылдары) шапшаң дами бастаған. Таяу Шығыс пен Орта Еуропада б.э.б. 2000 жылдары сульфидтік рудалардан күйдіру және қайта қорыту тәсілдерімен мыс тазалау және қола өндіру игерілді. Бұл кезең қола дәуірінің басы болды. Осы кезеңдерде мыс өндіретін көріктер, зауыттар мен фабрикалар пайда бола бастады. Мыс өндірісіндегі елеулі бет бұрыс В.А.Семенников ұсынған (1866) штейнді конвертерлеу тәсілінен кейін өріс алған. 1880 жылы француз металлургы Мане балқыламаларға бір бүйірінен ауа үрлеу тәсілін ұсынады. Мыс металлургиясын әрі қарай дамытуға кен байыту процестерінің кемелдендірілуі, гидрометаллургиялық тәсілдің, бактериялар арқылы кен байыту әдісінің ашылуы әсерін тигізді.
  
• Темір - алғашқы кезде өте қарапайым әдіспен от шоғында балқыту, ал бертін келе үрлеу көрігі арқылы өндірілетін болған. Бұл әдістер бойынша алынған темірдің құрамында көміртек мардымсыз аз болатындықтан, одан жасалған бұйымдар жұмсақ болды. Көміртекті темір алу әдістері ашылған соң темір маталлургиясы жаңа даму алды. Б.э.б. 1000 жылдары адамзат пайдаланған материалдардың ішінде темірдің маңызы зор болды. Көріктің аумағын үлкейту және құрылысын кемелдендіру негізінде 14 ғасырда кішігірім домна пеші (домница) пайда болды. Орта ғасырларда шағын домна пештерімен темір, шойын және болат өндіру игерілді. 1740 жылы Англияда темірді тигель әдісі өндіріске енгізлді. Бұл әдіс бұған дейін шығыс халықтарына белгілі-тін. Тигельдік қорыту әдісі негізінде құйма болат алу игерілді.
• Шойын металлургиясының жоғары сатыға көтерілуіне дымқыл ауа үрлу әдісінің ашылуы. қыздыруға коксты пайдалану (1735), ауа үрлеуге бу машинасын пайдалану (1782) т.б. жайттар себепкер болады.
• Болат металлургиясының қарқынды дамуына бессемер процесінің ашылуы (1856), мартен (1864) және томас (1878) процестерінің өндіріске енгізілуі зор ықпал жасайды. 20 ғасырда болат өндірісі агрегат қауатын арттыру, таза оттек үрлеу, конвертерді пайдалану, болатты үздіксіз құю т.б. технологиялық жаңа тәсілдердің пайдаланылуына сәйкес жаңа сатыға көтеріледі.
• Алтын табиғатта таза күйінде кездесетіндіктен ол ерте кезден-ақ құмды шаю арқылы өндірілетін. Алтынды күмістің қоспасынан тазарту үшін ауамен тотықтандыру және күмісті қыздыру арқылы сульфидке түрлендіріп барып тазарту әдістері пайдаланылады. 13-14 ғасырларда алтыннан күмісті ажырату үшін азот қышқылын пайдалану әдісі ашылды. Орыс ғалымы П.Р.Багратион 1843 жылы алтын рудаларын циандау тәсілін ұсынды. Алтын металлургиясы флотациялық және гравитациялық кен байыту тәсілдері ашылған соң жедел қарқынмен дами бастады.
• Қорғасын алғашқы кезде күміс галонитінен ажыратылып алынатынды. Бұл процесс руданы күйдіруден көрікпен не ликвациялық балқытулардан тұрды. Қазіргі кезде қорғасын полиметалл рудаларын флотациялық байыту, агломерациялық күйдіру, шахталық пеште тотықсыздандыру және тазалу тәсілдері бойынша өндіріледі.
• Қалайы - адамзаттың көне заманда игерген алғашқы металдарының бірі. Ол қарапайым шахталық пештерде қорытылып, бөгде қоспалардан ликвациялық және тотықтандыру тәсілдері бойынша арылтылатын. Қалайының рудадағы мөлшері қорғасынға қарағанда өте аз әрі онда неше түрлі бөгде қоспалар (күкірт, мышьяк, сурьма, висмут, күміс, т.б.) болады. Сондықтан да қалайы күрделі технологиялық процестер (руданы байыту, күйдіру, концентраттағы үстеме қоспаларды қышқылдандыру, магниттік сеперациялау, электр не шахталық пештерде тотықсыздандыру негізінде тазартылмаған (қара) қалайы алу және мұны тазарту) арқылы өндіріледі.
• Сынап - алғашқы кезде руданы күйдіру (сынап салқын заттарға конденсацияланады) арқылы алынатын. Бертін келе сынап күйдіру тәсілімен керамикалық (16 ғасыр) және темір астауларда (17 ғасыр) бөлініп алынатын болды. 1812 жылдан бастап сынап бөліп алу үшін шарпыма пеш, ал соңғы кезде шахталық және айналмалы түтікті пештер пайдаланылуда. Сынапты қайнамалы қабатты пештерде өндіру ең алғаш рет біздің елде іске асырылды.
• Таза мырыш өндіру тәсілі 6 ғасырда Қытайда, 12 ғасырда Персияда белгілі болды. Ол әдіс Еуропаға 16 ғасырдың соңында келген. Қазіргі кезде мырыш полиметалдық сульфид рудаларын (құрамында қорғасын, мыс, асыл металдар бар) байыту арқылы және қорғасын концентраттарын күйдіру әрі гидрометаллургиялық тәсіл бойынша қайта өңдеу (қышқылсыздандыру және электролиз) арқылы өндіріледі. Таза мырыш өндіруде электролиз тәсілінің маңызы еркеше.

Металлургия салалары

Қара металлургия

Қара металлургия — металлургияның ғылымы мен техникасының қара металдар өндіруде кен шикізатын қазып алудан бастап, оны өңдеп шойын, ферроқорытпа, болат, илек, құбыр, рельс, т.б. өнімдерді алуға дейін қамтитын саласы.
Дүние жүзінде өндірілетін барлық металдардың 95% ға жуық үлесі қара металдардың еншісіне тиеді.
Қазақстан қара металлургиясының байлығы мен болашағы – темір кентастары. Оның негізгі қорлары Қостанай, Қарағанды және Жезқазған облыстарында шоғырланған. Қара металл шикізатының базасы Соколов-Сарыбай тау-кен байыту өндірістік бірлестігі мен Лисаковск комбинатында өндіріледі (жылына 36 миллион тонна).

Түсті металлургия

Түсті металлургия — кен шикізаттарын өндіру мен өңдеуден бастап, дайын өнім алуға дейінгі түсті металдар мен олардың қорытпалары өндірісін қамтиды. Республикада түсті металлургия шикізатынан сирек және шашыраңқы металдарды ажыратып алу мәселесінен маңызды нәтижелер алынды (Е.И. Пономарева, О.А. Сонгина). Түсті металдардың вакуумдық металлургия саласы жақсы жолға қойылды (Р.А. Исакова).

Галламды металлургия

Галламды металлургия — су ерітінділерінен галламдарды (галлийдің электрлік теріс зарядталған басқа металдармен сұйық қорытпасы) химиялық жолмен қалпына келтіру арқылы металдар мен олардың қосылыстарын алу процестерін зерттейді. Металлургияның бұл жаңа саласы дүние жүзінде алғаш рет Қазақстанда 1960 жылдары В.Д. Пономарев, А.И. Зазубиннің басшылығымен жасалды. Алюминий галламындағы сілтілі ерітінділерден алынған галлийдің цементтелуін зерттеу жөнінде үлкен ғылыми жұмыстар жүргізілді (Пономарев, Е.А. Шалабина, Т.Д. Остапенко). Металлургияның бұл әдісі көптеген шет елдерде (АҚШ, Канада, Жапония, т.б.) патенттелді. Плазма металл бетін тазалауда және әр түрлі беттерді металмен қаптау технологиясында, термоядролық зерттеулерде, плазма химиясында, т.б. қолданылады. Плазма металлургияда қиын балқитын металдар мен олардың қосылыстарын алуда аса қажет. Оның артықшылықтары – түсті және сирек кездесетін металдарды алу кезінде жоғары температура (10000 – 20000 К-ге дейін) алуға және газды ортаның құрамын басқаруға мүмкіндік береді; қыздыру мен балқыту плазмалық доға арқылы жүзеге асырылады. Қазақстанда металлургия саласы бойынша “Металлургия және кен байыту институты”, Химия-металлургия институты, ҚазақӨТУ нәтижелі табыстарға қол жеткізіп келеді. Металлургия ғылымының дамуына өз үлестерін қосқан қазақстандық ғалымдар: Х.К. Аветисян, Е.А. Букетов, А.Қонаев, В.В. Михайлов, И.Онаев, В.Д. Пономарев, М.А. Соколов, А.Л. Цефт, Б.Бейсембаев, А.И. Зазубин, С.Қожахметов, Р.А. Исакова, Е.И. Пономарева, Л.П. Ни, т.б.