Металлургическое производство - одно из древнейших; оно возникло на ранних ступенях развития человеческого общества. Человек начал использовать металлы более 6000 лет тому назад. Первыми металлами, вошедшими в обиход человека, были самородные медь и золото, и метеоритное железо, встречающиеся в природе в свободном состоянии. О значении металлов в жизни первобытного человека говорят названия целых исторических эпох: бронзовый, медный и железный века.
В дальнейшем люди стали получать металлы из руд и соединений, используя в начале достаточно примитивные приемы, а в дальнейшем все более усложняя технологические процессы. Потребности в металлах, учитывая их особые свойства и во многих случаях большие преимущества по сравнению с деревянными изделиями, неуклонно и быстро возрастают. Расширяется и число используемых металлов.
В древности были известны восемь металлов: золото, серебро, медь, олово, свинец, железо, ртуть и сурьма. К концу XVIII в. их число увеличилось до 20, а к концу XIX в. - до 50. В настоящее время производится и потребляется около 80 металлов и потребности в них растут несмотря на резкий рост выпуска различных синтетических материалов в несколько последних десятилетий. В наибольших количествах из металлов в настоящее время производится железо (1,63 млрд тонн. стали – 2016 г.). Его выпуск почти в 40 раз превышает выпуск самого распространенного из цветных металлов - алюминия.
Опираясь на данные археологических исследований, можно считать, что первым металлом, которым стал пользоваться человек, была медь. Это связано с тем, что медь встречается в природе в «самородном», т. е. в свободном, не окисленном состоянии. Во-вторых, медь обладает «ковкостью» - пластичностью и может хорошо обрабатываться. В то же время медь имеет достаточно высокую прочность. Орудия труда, изготовленные из меди, обладали значительно лучшими потребительскими свойствами, чем каменные.
|
|
Масса наиболее крупного из известных самородков меди составляла около 800 т. Поскольку кислородные соединения меди легко восстанавливаются, а металлическая медь имеет сравнительно невысокую температуру плавления (1083 °С), древние мастера научились плавить медь. Вероятнее всего это произошло в процессе добычи самородной меди на рудниках.
Люди умели плавить медь ещё в 7-6-м тысячелетиях до н.э. Во втором тысячелетии до н.э. человек научился производить сплавы меди с оловом - бронзы, которые имели большую твёрдость, чем медь, а невысокие температуры плавления (<1000°С) позволяли изготовлять необходимые изделия литьём. Не случайно именно бронза определила значительный по продолжительности этап развития человечества - бронзовый век.
Первые попытки производства меди в России относятся к XIII веку (Архангельская обл.). Промышленное производство меди было освоено через три столетия. Первый медеплавильный завод на Урале был построен в 1640 г. Бурный рост выплавки меди в России начинается с 1900 гг.
Кардинально улучшились технико-экономические показатели переработки сульфидных медных руд (а также сульфидных руд других цветных металлов) в результате использования двух технических решений (в конце XIX века):
- флотационного метода обогащения сульфидных руд, благодаря чему стало возможным вовлечение в рентабельную переработку бедных руд (с содержанием металла менее 1%);
|
|
- продувки расплавленных штейнов воздухом, обеспечивающим эффективное отделение меди от железа и серы.
Золото в виде песка и самородков добывали в доисторические времена из россыпей путём промывки. По-видимому, более 2000 лет тому назад уже умели разделять золото и серебро воздействием кислот; извлекали золото из руд методом амальгамации (растворением в ртути). Основными центрами добычи золота в древности были Египет, Нубия, Китай, Америка.
Эпоха Возрождения (ХV-ХVI века) характеризуется некоторыми усовершенствованиями в обработке руд и заметным увеличением добычи золота и серебра. В последующий период «всплески» увеличения производства золота были связаны с открытием новых месторождений: богатейшие россыпи в Бразилии (конец ХVII - начало ХVIII вв.), Калифорнии и Австралии (середина XIX в.), крупнейшее в мире месторождение коренных золотых руд в Южной Африке (конец XIX в.), а также месторождения на Аляске и в Индии. В России месторождения золота были открыты в 1732 г. - в Олонецком крае, в 1744 г. - на Урале.
С середины XIX века для извлечения золота из руд используют метод цианирования.
Свинец начали использовать ещё в глубокой древности, поскольку он легко получался и обрабатывался: в Египте - за 7-5, в Финикии - за 2 тысячи лет до нашей эры. Умели добывать свинец из руд греки и римляне.
Цинк. Некоторые монеты, статуи, украшения очень древнего происхождения содержат значительное количество цинка. Но промышленное производство этого металла началось только в ХVIII в. В 1740 г. выдал продукцию первый дистилляционный завод в Англии, а к концу века цинковые заводы появляются в Бельгии, Германии, Испании, Голландии. В Америке предприятия, производящие цинк, возникли примерно на 100 лет позже. Бурное развитие металлургии цинка относится к концу XIX и началу XX столетий.
|
|
Никель – единственный «молодой» металл из тяжелых цветных металлов, получивший широкое применение только в конце XIX в. Впервые как химический элемент никель был открыт в 1751 г. и выделен в чистом виде в 1804 г. До 1875 г. он считался ювелирным металлом, стоил дорого и производили его в очень небольших количествах. Мировое производство никеля в 1875 г. составляло всего около 500 т, а затем начало быстро расти.
В России первое месторождение никелевых руд было открыто на Урале в 1854 г. На базе этих руд вначале удалось получить никелевый чугун (20 % Ni), а затем и металлический никель; в период с 1874 по 1878 г. было получено около 17 т никеля.
Широкое развитие никелевой промышленности за рубежом связано с открытием больших месторождений окисленных никелевых руд в Новой Каледонии и сульфидных медно-никелевых руд в Канаде.
Второй (после железа) металл по масштабам производства и применения – алюминий – имеет непростую историю. Долгое время ученые не могли получить его в чистом виде из-за высокой прочности оксида Al2O3, который не удавалось восстановить. И лишь в 1825 году датскому ученому Эрстеду удалось получить металлический алюминий. Производство алюминия химическими методами существовало до 1890 г., было получено всего около 200 т металла. В конце 80-х годов XIX века химические методы были вытеснены электролитическим способом, который был одновременно предложен в 1886 г. во Франции и США. И в 1888 г. началось промышленное производство алюминия методом электролиза глинозема в криолитовом расплаве. Этот метод применяется повсеместно до настоящего времени.
Большая часть остальных металлов (редких) была открыта в XIX веке. Однако из-за сложности их получения и отсутствия потребителей эти металлы не производились в промышленных масштабах до начала XX столетия.