Металлургия, раздел «Химик»
Металлургия — наука о промышленном получении металлов. Так же называется важнейшая отрасль тяжелой промышленности, занимающаяся получением металлов из руд.
Еще в XVI в. ученый и врач Г. Агрикола, заложивший основы металлургии, автор сочинения «12 книг о металлах», призывал стремиться к тому, «чтобы добытую руду плавить с пользой для дела и получать из нее путем отделения шлаков чистые металлы». Это главная задача металлургии и в наши дни.
В трудах Агриколы записано: «Подвергая руду нагреванию, обжигу и прокаливанию, удаляют этим часть веществ, примешанных к металлу. Много отнимается примесей при дроблении руды в ступах, еще более при промывке, грохочении и сортировке. Однако этим путем нельзя еще отделить все, что скрывает металл от глаза. Плавка необходима, так как только посредством ее горные породы и затвердевшие соки (рассолы) отделяются от металлов, которые приобретают свойственный им цвет, очищаются и становятся во многих отношениях полезны человеку».
То, о чем говорится в этом отрывке,— и подготовка руды механическими и физико-химическими способами, и сама плавка как сложный физико-химический процесс высвобождения металла из соединений и смесей — и сейчас остается предметом металлургии. Лишь одно утверждение при всей его кажущейся бесспорности устарело: «Плавка необходима...».
Действительно, большинство металлов получают при плавке. Пирометаллургические процессы (от греческого слова «пир» — «огонь») — обжиг и плавка — очень широко применяются и в современной металлургии. На этих процессах основано получение самых крупных по объему производства металлургических продуктов — чугуна и стали. Многие другие ценные металлы и сплавы тоже выплавляются. Но на рубеже XIX и XX вв. наряду с пирометаллургией появилась гидрометаллургия.
Пирометаллургические процессы основаны на химических реакциях. Так, обжиг бывает окислительным (см. Сталь), восстановительным, хлорирующим, сульфатизирующим... Сульфиды (соединения серы с металлами) меди, свинца, цинка подвергают окислительному обжигу, чтобы превратить сульфиды металлов в оксиды, а вредную для металла серу удалить в виде газообразного SO2:
2МеS + 302 = 2МеО + 2SO2
Доменный процесс — типичный пример восстановительной плавки (см. Чугун; Кокс и коксование).
Главные процессы в гидрометаллургии — выщелачивание и осаждение металлов (или определенных их соединений) из растворов, экстракция, сорбция металлов ионообменными смолами (см. Сорбционные процессы). С помощью серной кислоты из концентратов выщелачивают медь, цинк и уран, с помощью соды — молибден и вольфрам. Гидрометаллургические способы применяются для извлечения главным образом редких, рассеянных, особо ценных металлов, но некоторые гидрометаллургические производства, например получение меди из окисленных руд, приобрели крупные промышленные масштабы.
В последние десятилетия стала развиваться еще одна весьма специфическая область гидрометаллургии. Как оказалось, некоторые микроорганизмы — их называют тиобактериями — в процессе жизнедеятельности окисляют сульфиды в сульфаты (соли серной кислоты), растворимость которых, как правило, выше растворимости исходных соединений. На опытных производствах такие бактерии уже стали помощниками гидрометаллургов, прежде всего при добыче меди.
Часто гидрометаллургические процессы предшествуют или сопутствуют пирометаллургическим — такое взаимодополнение экономически оправдано. Роль гидрометаллургии растет с каждым десятилетием, и получение металлов без огнедышащих печей уже стало реальностью.
Металлы, полученные пирометаллургическим или гидрометаллургическим путем, проходят стадии очистки (рафинирования), термическую обработку с целью улучшения их физико-химических, чаще всего прочностных, свойств.
Особые виды металлургических процессов — электрометаллургия, порошковая металлургия и металлотермия.
