Pojistka

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 26. června 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Tavení ( tavení , tavení ) je tepelné zpracování rudy za účelem získání kovu z ní . Jde o formu hornické hutnictví. Proces tavení se používá k extrakci mnoha kovů z jejich rud, včetně stříbra , železa , mědi a dalších obecných kovů . Tavení využívá teplo a chemické redukční činidlo k rozkladu rudy, odstranění dalších prvků jako plynů nebo strusky , přičemž zůstane kovový základ. Redukčním činidlem je obvykle zdroj uhlíku , jako je koks , nebo v dřívějších dobách dřevěné uhlí .

Uhlík (nebo z něj odvozený oxid uhelnatý ) odstraňuje kyslík z rudy a zanechává kovové prvky. Uhlík je tedy oxidován ve dvou krocích, přičemž nejprve vzniká oxid uhelnatý a poté oxid uhličitý . Protože většina rud obsahuje nečistoty, je často nutné použít tavidlo , jako je vápenec , k odstranění doprovodné horniny ve formě strusky.

Elektrolytická redukce hliníku stojí stranou .

Není neobvyklé, že pracovníci v hutnictví kovů trpí respiračními chorobami , které jim brání ve schopnosti vykonávat fyzické úkoly vyžadované jejich zaměstnáním. [jeden]

Proces

Historie

Ze sedmi kovů známých ve starověku se v přírodním prostředí pravidelně nacházelo pouze zlato v čisté formě. Zbytek – měď, olovo, stříbro, cín , železo a rtuť  – se vyskytují především jako nerosty , i když měď se někdy vyskytuje ve svém přirozeném stavu v komerčně významných množstvích. Tyto minerály jsou primárně uhličitany , sulfidy nebo oxidy kovů smíchané s jinými složkami, jako je oxid křemičitý a oxid hlinitý . Pražením uhličitanových a sulfidových minerálů na vzduchu se přeměňují na oxidy. Oxidy zase dávají kov tavením. Oxid uhelnatý byl (a stále je) redukčním činidlem pro tavení. Vzniká při zahřívání a reaguje s rudou.

Ve Starém světě se lidé naučili tavit kovy v prehistorických dobách, před více než 8 000 lety. Objev a využití „užitečných“ kovů – nejprve mědi a bronzu a o několik tisíciletí později železa – mělo obrovský dopad na lidskou společnost. Dopad byl tak důležitý, že učenci tradičně rozdělují starověkou historii na dobu kamennou , dobu bronzovou a dobu železnou .

Na americkém kontinentu ovládaly tavení mědi a stříbra civilizace, které existovaly ve středních Andách a Peru před Inky a nejméně šest století před příchodem prvních Evropanů v 16. století , zatímco tavení kovů, jako je železo, tam tak a nebyl zvládnutý. [2]

Cín a olovo

Ve Starém světě se jako první naučili tavit cín a olovo . Nejstarší lité olověné korálky známé moderním historikům byly objeveny na místě starověkého osídlení Çatal Huyuk v Anatolii ( Turecko ) a datovány do doby kolem roku 6500 př. n. l., ale kov mohl být znám již dříve. Protože k objevu došlo několik tisíciletí před vynálezem písma, neexistuje žádný písemný důkaz o tom, jak k tomu došlo. Cín a olovo jsou však kovy s nízkou teplotou tavení, [3] dají se tavit jednoduše vložením rudy do ohně dřeva, takže se možná lidé naučili, jak je získat náhodou.

Olovo je běžný kov, ale jeho objevení mělo relativně malý dopad na historii starověkého světa. Je příliš měkký na to, aby mohl být použit ve stavebnictví nebo při výrobě zbraní, ačkoli jeho vysoká hustota ve srovnání s jinými kovy jej předurčuje jako střely do praku . Protože se však olovo snadno odlévá a tvaruje, bylo ve starověkém Řecku a starověkém Římě široce používáno k výrobě potrubí a nádrží na vodu. Olovo se také používalo jako malta při stavbě kamenných budov. Cín byl mnohem méně běžný než olovo.

Měď a bronz

Po cínu a olovu byla dalším kovem, který se lidé naučili tavit, zřejmě měď . Jak k tomuto objevu došlo, není přesně známo. Obyčejné ohně spalující dřevo nemohly zajistit teplotu potřebnou pro tavení mědi, takže někteří badatelé předpokládají, že k prvnímu tavení mědi mohlo dojít v keramických pecích. K rozvoji tavení mědi v Andách, o kterém se předpokládá, že k němu došlo nezávisle na Starém světě, mohlo dojít stejným způsobem. [2] Nejstarší důkazy o tavení mědi, datované mezi 5500 a 5000 př.nl, byly nalezeny v Pločnik a Belovodie ( Srbsko ). [4] [5]

Legováním mědi s cínem a/nebo arsenem ve správných poměrech vzniká bronz , slitina, která je výrazně tvrdší než měď. První bronzové výrobky vyrobené ze slitiny mědi a arsenu pocházejí z roku 4200 před naším letopočtem. a byly nalezeny v Malé Asii . Také slitiny bronzu, bez ohledu na Evropany, dokázali vyrobit Inkové. Arsen je často nečistotou v měděných rudách, takže objev mohl být náhodný. Minerály arsenu byly nakonec záměrně přidávány během tavení.

Měděnocínové bronzy, tvrdší a odolnější, byly vyvinuty kolem roku 3200 př. n. l. také v Malé Asii. Jak se kováři naučili vyrábět bronz ze slitiny mědi a cínu, není známo. V roce 2000 př. n. l. však lidé těžili cín speciálně pro výrobu bronzu, což je překvapivé vzhledem k tomu, že cín je polorezonanční kov a dokonce i bohatá kassiteritová ruda má pouze 5 % cínu. Také cín vyžaduje speciální dovednosti (nebo speciální nástroje), aby jej bylo možné najít. Nicméně, rané národy se dozvěděly o cínu a přišli na to, jak jej použít k výrobě bronzu, již v roce 2000 před naším letopočtem.

Počátek výroby mědi a bronzu, stejně jako výrobků z nich, významně zasáhl do historie Starého světa. Tyto kovy byly dostatečně tvrdé na výrobu zbraní, které se ukázaly být odolnější vůči nárazu než jejich dřevěné, kostěné nebo kamenné ekvivalenty. Bronz je již několik tisíciletí hlavním materiálem pro výrobu zbraní, jako jsou meče, dýky, bojové sekery, kopí a hroty šípů, ale i ochranných prostředků, jako jsou štíty, přilby, brnění a další. Bronz také vytlačil kámen, dřevo a organické materiály při výrobě nástrojů a domácího náčiní, jako jsou dláta, pily, kleště , hřebíky, nůžky, nože, šicí jehly a špendlíky, džbány, hrnce a kotlíky, zrcadla a koňské postroje. Cín a měď také přispěly k vytvoření obchodních sítí, které pokrývaly rozsáhlé oblasti Evropy a Asie a měly velký vliv na rozdělení bohatství mezi jednotlivci a země.

Železo

Nejčasnějším důkazem výroby železa je malý počet úlomků železa s odpovídajícím množstvím uhlíkové nečistoty nalezené v proto -Hittitských vrstvách v Kaman Kalehuyuk (Turecko) a datované do let 2200-2000 př.nl. [6] Souckova-Siegolová (2001) ukazuje, že železné nástroje se vyráběly ve střední Anatolii ve velmi omezeném množství kolem roku 1800 před naším letopočtem. a byly většinou používány elitou během pozdních chetitských království (~ 1400-1200 př.nl). [7]

Archeologové našli důkazy o práci se železem ve starověkém Egyptě někdy mezi třetím přechodným obdobím a XXIII. dynastií (asi 1100-750 př.nl). Pozoruhodně však nenašli žádné důkazy o tavení železné rudy v žádném (předmoderním) období. Možná v roce 1200 př. v západní Africe věděli, jak tavit a zpracovávat železo. [8] Navíc velmi rané příklady uhlíkové oceli vznikly asi před 2000 lety v severozápadní Tanzanii na základě komplexních principů předehřívání. Tyto objevy jsou důležité pro dějiny metalurgie. [9]

Nejčasnější procesy v Evropě a Africe zahrnovaly tavení železné rudy v surové vysoké peci , kde je teplota udržována dostatečně nízká, aby se železo neroztavilo. Toto produkuje houbovitou hmotu železa nazývanou „květina“, která se pak musí tlouct, aby se vyrobilo kujné železo. Nejstarší dosavadní důkazy o tavení železa pocházejí z Tell Hamm ( Jordánsko ) a datují se do roku 930 př.nl. ( C14-datování ). [deset]

Ve středověku se proces tavení železa výrazně změnil. Lidé začali využívat vysoké pece k výrobě surového železa , které se pak dále zpracovávalo na kujné železo . Procesy druhé etapy zahrnovaly rafinaci kovu v kovárně a po začátku průmyslové revoluce puddlování . Oba procesy jsou nyní zastaralé a kujné železo se nyní vyrábí jen zřídka. Místo toho se měkká ocel vyrábí Bessemerovým procesem nebo jinými způsoby, včetně procesů s předredukcí železa, jako je Corex .

Obecné kovy

Rudy obecných kovů (aka základní nebo průmyslové) jsou často sulfidy . V posledních stoletích se k jejich tavení používaly dozvukové pece , které udržují palivo a tavbu oddělené. Tradičně se používaly k provedení první fáze: vytvoření oxidové strusky obsahující většinu prvků nečistot a sulfidového kamínku obsahujícího sulfid kovu s některými nečistotami. Takovéto "dozvukové" pece jsou dnes asi 40 m dlouhé, 3 m vysoké a 10 m široké. Palivo se spaluje na jednom konci a teplem se taví suché sulfidové koncentráty (obvykle po částečném pražení), které jsou přiváděny otvory ve střeše pece. Struska plave na těžším kamínku a je odstraněna, zlikvidována nebo recyklována. Sulfidový kamínek je poté odeslán do konvertoru . Přesné detaily procesu se liší od jedné pece k druhé v závislosti na mineralogii rudného tělesa.

Zatímco dozvukové pece byly velmi dobré při výrobě strusek obsahujících velmi málo mědi, ukázalo se, že jsou příliš energeticky náročné a produkovaly nízké koncentrace oxidu siřičitého ve svých spalinách, což ztěžovalo jeho odstranění, a byly nahrazeny novou generací technologií tavení mědi. . [12] pece byly navrženy kolem tavicích lázní s použitím licích trysek, technologie bleskového tavení a vysokých pecí . Některé příklady tavicích lázní zahrnují pec Noranda, pec ISASMELT , reaktor Teniente, Vanyukovovu pec a technologii SKS. Bleskové tavení se používá ve více než 50 % světových hutí mědi. Existuje mnoho dalších druhů tavicích procesů včetně Kivset, Ausmelt, Tamano, EAF a BF.

Environmentální dopady

Tavení kovů má vážný dopad na životní prostředí v důsledku uvolňování toxických kovů do atmosféry a produkování přebytečných odpadních produktů, jako jsou odpadní vody a struska. Stejně jako uvolňování kovů v plynné formě, jako je měď, stříbro, železo, kobalt a selen . [13] Oxid siřičitý je další důležitou plynnou sloučeninou, která se uvolňuje během procesu tavení a přispívá k degradaci životního prostředí, protože může vést ke kyselým dešťům a následně okyselovat půdy a vodní prostředí. [čtrnáct]

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Sjostrand, Torgny. Změny v dýchacích orgánech dělníků v hutích rud1  //  Acta Medica Scandinavica : deník. - 1947. - 12. ledna ( roč. 128 , č. S196 ). - str. 687-699 . — ISSN 0954-6820 . - doi : 10.1111/j.0954-6820.1947.tb14704.x .
  2. ↑ 12 vydání/2007/04/ 070423100437 . sciencedaily.com. Získáno 26. srpna 2015. Archivováno z originálu 9. září 2015.
  3. ↑ Pikunov M. V. , Desipri A. I. § 34. Nízkotavitelné kovy a jejich slitiny. Cín, olovo a jejich slitiny // Věda o kovech . - M .: "Hutnictví", 1980. - 256 s. — 30 ​​000 výtisků.
  4. ↑ Kamenné stránky Archaeo News: V Srbsku nalezena starověká kovodílna  . stonepages.com. Získáno 26. 8. 2015. Archivováno z originálu 24. 9. 2015.
  5. ↑ 201006274431 | Místo Belovode v Srbsku mohlo hostit první  výrobce mědi . archaeologydaily.com. Získáno 26. srpna 2015. Archivováno z originálu dne 29. února 2012.
  6. ↑ Akanuma, Hideo. Význam železných předmětů ze starší doby bronzové z Kaman-Kalehöyük, Turecko  (anglicky)  // Anatolian Archaeological Studies : journal. - 2008. - Sv. 17 . - S. 313-320 .
  7. ↑ Součková-Siegolová, J. Léčba a využití železa v říši Chetitů ve 2. tisíciletí př  . n. l. //  Mediterranean Archaeology : journal. - 2001. - Sv. 14 . - S. 189-193 . .
  8. ↑ Jak stará je doba železná v subsaharské Africe? Archivováno z originálu 13. října 2007. - Roderick J. McIntosh, Archaeological Institute of America (1999)
  9. ↑ Peter Schmidt, Donald H. Avery. Archivováno z originálu 9. dubna 2010, Komplexní tavení železa a prehistorická kultura v Tanzanii . , Science 22. září 1978: Sv. 201 č. 4361, str. 1085–1089
  10. ↑ Xander Veldhuijzen, Thilo Rehren. Strusky a město: raná výroba železa v Tell Hammeh // Kovy a doly: studie archeometalurgie / Editovali Susan La Niece, Duncan Hook a Paul Craddock. - London : Archetype Publications & British Museum , 2007. - S. 189-201. — 256 s. — ISBN 978-1904982197 .  (Angličtina)
  11. ↑ Minet, Adolf. Výroba hliníku a jeho průmyslové  využití . - New York, Londýn: John Wiley and Sons, Chapman & Hall, prostřednictvím skenu Google Books University of Wisconsin - kopie Madison, 1905. - S. 244 (mluví Minet) +116 (hovoří Héroult).
  12. ↑ W.G. Davenport, „Těžba mědi od 60. let do 21. století“, in: Proceedings of the Copper 99–Cobre 99 International Conference. Svazek I – Plenární přednášky/Pohyb mědi a průmyslu Outlook/Aplikace a výroba mědi, Eds GA Eltringham, NL Piret a M Sahoo (The Minerals, Metals and Materials Society: Warrendale, Pennsylvania, 1999), 55–79.
  13. ↑ Hutchinson, T.C.; Whitby, LM Znečištění těžkými kovy v oblasti těžby a tavení Sudbury v Kanadě, I. Kontaminace půdy a vegetace niklem, mědí a jinými kovy  //  Environmental Conservation: journal. - 1974. - Sv. 1 , ne. 2 . - str. 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. - Sv. 241 , č.p. 4 . - str. 43-51 .

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích