Большая Советская Энциклопедия (МЕ)

Технологические схемы процессов получения остальных металлов, производство которых достигло значительного уровня только в течение последних столетий (а иногда и лет), освещаются в соответствующих статьях (см. Алюминий , Цинк , Марганец , Хром , Никель , Магний и др.).

Современная М. как совокупность основных технологических операций производства металлов и сплавов включает в себя: 1) подготовку руд к извлечению металлов (в т. ч. обогащение); 2) процессы извлечения и рафинирования металлов: пирометаллургические, гидрометаллургические, электролитические; 3) процессы получения изделий из металлических порошков путём спекания; 4) кристаллофизические методы рафинирования металлов и сплавов; 5) процессы разливки металлов и сплавов (с получением слитков или отливок); 6) обработку металлов давлением; 7) термическую, термомеханическую, химико-термическую и др. виды обработки металлов для придания им соответствующих свойств; 8) процессы нанесения защитных покрытий.

С М. тесно связаны коксохимическая промышленность , производство огнеупоров и ряд др. отраслей промышленности.

Подготовка руд к извлечению металлов начинается с дробления , измельчения , грохочения и классификации (см. Классификатор ). Следующая стадия обработки — обогащение (см. Обогащение полезных ископаемых ). В процессе обогащения или после него материалы подвергают обычно обжигу или сушке. Весьма перспективен обжиг в кипящем слое. Наибольшее применение в обогатительной технике имеют флотационные, гравитационные, магнитные и электрические методы. Флотационными процессами перерабатывают более 90% всех обогащаемых руд цветных и редких металлов. Из гравитационных процессов распространены обогащение в тяжёлых средах, отсадка, концентрация на столах и др. методы.

Большое значение обогатительных процессов в современной М. обусловлено стремлением к повышению эффективности металлургического производства, а также тем, что по мере роста выплавки металлов приходится использовать всё более бедные руды. Непосредственная металлургическая переработка таких руд (без обогащения), как правило, неэкономична, а в некоторых случаях даже невозможна.

Заключительными операциями подготовки руд являются обычно их усреднение, смешение, а также окускование посредством агломерации , окатывания (окомкования) или брикетирования . Необходимость окускования обусловлена тем, что в процессе обогащения руды подвергаются измельчению, а применение в плавке мелко измельченных материалов в некоторых металлургических производствах нежелательно или недопустимо.

Пирометаллургические (высокотемпературные) методы извлечения и рафинирования металлов весьма многообразны (см. Пирометаллургия ). Они осуществляются в шахтных, отражательных или электрических печах, конвертерах и др. агрегатах. В пирометаллургических процессах происходит концентрирование металлов и удаляемых примесей в различных фазах системы, образующейся при нагреве или расплавлении перерабатываемых материалов. Такими фазами могут служить газ, жидкие металлы, шлак, штейн и твёрдые вещества. После разделения одна или несколько из этих фаз направляются на дальнейшую переработку. Для осуществления необходимых операций в пирометаллургии применяют окислительные, восстановительные и др. процессы. С целью интенсификации окисления успешно используют газообразный кислород, а также хлор и селитру. В качестве восстановителей применяют углерод, окись углерода, водород или некоторые металлы (см. Металлотермия ). Примерами восстановительных процессов могут служить доменная плавка, выплавка вторичной меди, олова и свинца в шахтных печах, получение ферросплавов и титанового шлака в рудовосстановительных электропечах. Магнийтермическим восстановлением получают, например, титан. Окислительное рафинирование является необходимым элементом в мартеновском и конвертерном производстве стали, при получении анодной меди, а также свинца.

Весьма широко используются методы извлечения и рафинирования металлов, основанные на образовании сульфидов, хлоридов, иодидов (см. Иодидный метод ), карбонилов. Большое значение имеют процессы, базирующиеся на явлениях испарения и конденсации (дистилляция , ректификация , вакуумная сепарация, сублимация ). Получили развитие внепечные методы рафинирования стали, а также вакуумная плавка и плавка в аргоне, находящие применение при производстве химически активных металлов (титана, циркония, молибдена и др.) и стали.

Гидрометаллургические методы извлечения и рафинирования металлов, не требующие высоких температур, базируются на использовании водных растворов (см. Гидрометаллургия ). Чтобы перевести металлы в раствор, применяют выщелачивание с помощью водных растворов кислот, оснований или солей. Для выделения элементов из раствора используют цементацию , кристаллизацию , адсорбцию , осаждение (см. Осадительная плавка ) или гидролиз . Широкое распространение получили сорбция металлов ионообменными веществами (в основном синтетическими смолами) и экстракция (с помощью органических жидкостей). Современные сорбционные и экстракционные процессы характеризуются высокой эффективностью. Они позволяют извлекать металлы не только из растворов, но и из пульпы, минуя операции отстаивания, промывки и фильтрации. Из др. гидрометаллургических процессов следует отметить автоклавную переработку материалов при повышенных температурах и давлениях (см. Автоклав ), а также очистку растворов от примесей в кипящем слое. В некоторых производствах применяют извлечение металлов (например, золота) из руд с помощью ртути — амальгамацию.

Большое значение в М. имеет получение или рафинирование цветных металлов электролитическим осаждением (см. Электролиз ) как из водных растворов (медь, никель, кобальт, цинк), так и из расплавов (алюминий, магний). Алюминий, например, получают электролизом криолитглинозёмного расплава.

Находит применение также производство изделий из металлических порошков, или порошковая металлургия . В ряде случаев этот процесс обеспечивает более высокое качество изделий и лучшие технико-экономические показатели производства, чем традиционные способы.

Для получения особо чистых металлов и полупроводников применяются кристаллофизические методы рафинирования (зонная плавка , вытягивание монокристаллов из расплава), основанные на различии составов твёрдой и жидкой фаз при кристаллизации металла из расплава.

Процессы получения отливок из расплавленных металлов и сплавов (см. Литейное производство ) и слитков, предназначенных для последующей обработки давлением (см. Разливка металла ), известны человечеству на протяжении многих веков. Основные направления технического прогресса в этой области связаны с переходом к непрерывной разливке стали и сплавов и к совмещенным процессам литья и обработки заготовок давлением (например, бесслитковое получение проволоки или листа из расплавленного алюминия, меди, цинка).

Обработка металлов давлением также известна людям очень давно (ковка железа была, например, необходимым элементом процесса переработки крицы). Кузнечно-штамповочное производство и прессование являются важнейшими составными частями машиностроения. Прокатка — основной способ обработки металлов и сплавов давлением на современныхы металлургических заводах (см. Прокатное производство ). Прокатный стан, впервые предложенный, по-видимому, ещё Леонардо да Винчи (1495), превратился в мощный высокоавтоматизированный агрегат, производительность которого достигает несколько млн. т металла в год. Наряду с листовым и сортовым металлом с помощью прокатных станов получают трубы, гнутые и периодические профили (см. Прокатный профиль ), биметалл и др. виды изделий. Для изготовления проволоки в современной М. широко применяют волочение .

Термическая обработка, обеспечивающая получение наиболее благоприятной структуры металлов и сплавов, также имеет весьма древнее происхождение. Такие процессы, как цементация , закалка , отжиг и отпуск металлов , были известны и хорошо освоены на практике уже в глубокой древности. Научные основы термической обработки металлов и сплавов были разработаны Д. К. Черновым (см. Металловедение ). В современной технике термическая обработка металлов и сплавов, а также др. виды обработки (см. Термомеханическая обработка , Химико-механическая обработка , Химико-термическая обработка ) имеют очень широкое применение. Кроме готовых деталей, которые подвергаются обработке на машиностроительных предприятиях, её проходят многие виды продукции и на металлургических заводах. Это относится, например, к стальным рельсам (объёмная закалка или закалка головки), к толстым листам и арматурной стали (упрочняющая обработка), к тонкому листу из трансформаторной стали (отжиг для улучшения магнитных свойств) и т.д.

Большое значение в современной М. приобретают процессы нанесения на металл различных защитных покрытий. К таким процессам относятся лужение , цинкование , нанесение пластмассовых и др. покрытий, значительно повышающих качество и срок службы металла.

Значение М. в создании современной цивилизации исключительно велико. Материальная культура человеческого общества немыслима без металлов; она базируется на них в производстве средств производства, средств транспорта и связи, в строительстве, в военном деле. Большую роль играют металлы в сельском хозяйстве и в производстве предметов потребления. Данные об объёме и динамике производства стали, чугуна, важнейших цветных металлов и др. сведения о М. как отрасли промышленности приведены в статьях Чёрная металлургия , Цветная металлургия .