Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων του «Μεταλλουργία»

μ
Διόρθωση συντακτικού κώδικα με τη χρήση AWB (10458)
μ (Διόρθωση συντακτικού κώδικα με τη χρήση AWB (10458))
Η ιστορία της μεταλλουργίας είναι άμεσα συνδεδεμένη με την εξέλιξη του ανθρώπου και την μετάβασή του από την προϊστορία στην ιστορία.
 
Τα πρώτα μεταλλικά αντικείμενα κατασκευάστηκαν από αυτοφυή μέταλλα, όπως [[χρυσός|χρυσό]] ([[Αίγυπτος]], [[Μεσοποταμία]]), [[χαλκός|χαλκό]] ([[Περσία]], [[Μεσοποταμία]], [[Αίγυπτος]]) και [[λευκόχρυσος|λευκόχρυσο]] ([[Αίγυπτος]], [[Ίνκας]]), ή από [[σίδηρος|σίδηρο]] που οι άνθρωποι έβρισκαν μόνον σε [[μετεωρίτης|μετεωρίτες]] ([[Εσκιμώοι]] της [[Γροιλανδία|Γροιλανδίας]]ς). Έτσι, περίπου 5.000 χρόνια π.Χ, ο άνθρωπος πέρασε από την [[Εποχή του Λίθου]] στην [[Εποχή του Χαλκού]]. Η μετάβαση αυτή δεν έγινε παντού την ίδια εποχή. Στην συνέχεια ο άνθρωπος έμαθε να κατεργάζεται μίγματα από ορυκτά διαφόρων μετάλλων με αποτέλεσμα να ανακαλύψει τα [[κράμα|κράματα]]τα του [[χαλκός|χαλκού]] ([[κρατέρωμα]] ή [[μπρούντζος]]: [[κράμα]] [[χαλκός|χαλκού]]–[[κασσίτερος|κασσίτερου]]). Οι κάτοικοι της [[Μεσόγειος θάλασσα|Μεσογείου]] και της [[Κεντρική Ευρώπη|Κεντρικής Ευρώπης]] ανακάλυψαν πώς να ανάγουν σιδηρομετάλλευμα σε μικρές φρεατώδεις καμίνους για να παράγουν σπογγώδη [[σίδηρος|σίδηρο]] σε στερεή κατάσταση, από τον οποίο παρήγαγαν στην συνέχεια [[χάλυβας|χάλυβα]]. Οι [[Ινδία|Ινδοί]], οι [[Κίνα|Κινέζοι]] και οι [[Ιαπωνία|Ιάπωνες]] γνώριζαν επίσης από τα αρχαία χρόνια πώς να παράγουν αντικείμενα από [[σίδηρος|σίδηρο]]. Οι [[Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία|Ρωμαίοι]] γνώριζαν πώς να παράγουν [[ορείχαλκος|ορείχαλκο]] ([[κράμα]] [[χαλκός|χαλκού]]–[[ψευδάργυρος|ψευδαργύρου]]), αλλά πρώτοι οι [[Ινδία|Ινδοί]] παρήγαγαν [[ψευδάργυρος|ψευδάργυρο]] σε καθαρή μορφή τον 14ο αι. μ.Χ.
 
Η γνώση της μεταλλουργίας επέτρεψε σε ορισμένους λαούς να επεκτείνουν την ισχύ τους και να επιβληθούν σε άλλους λαούς. Για παράδειγμα, τον 9ο αι. π.Χ. οι [[Δωριείς]], που γνώριζαν πώς να φτιάχνουν όπλα και άλλα αντικείμενα από [[σίδηρος|σίδηρο]], κατάφεραν να επιβληθούν στους [[Αχαιοί|Αχαιούς]] και τις άλλες [[Ελλάδα|ελληνικές φυλές]], οι οποίες είχαν όπλα λιγότερο ανθεκτικά φτιαγμένα από [[χαλκός|χαλκό]], και έτσι η [[Ελλάδα|ελληνική]] χερσόνησος πέρασε στην [[Εποχή του Σιδήρου]].
 
Η γνώση της μεταλλουργίας έδωσε επίσης την δυνατότητα στον άνθρωπο να δημιουργήσει το [[χρήμα]], δηλαδή μεταλλικά αντικείμενα τα οποία αντιπροσώπευαν μια συγκεκριμένη αξία. Οι [[Αθήνα|Αθηναίοι]], με τον [[άργυρος|άργυρο]] που παρήγαγαν από τα μεταλλεία του [[Λαύριο|Λαυρίου]], μπόρεσαν να χρηματοδοτήσουν την ναυπήγηση τριηρών και να δημιουργήσουν την [[Αθήνα|Αθηναϊκή Κοινοπολιτεία]] τον 5ο αι. π.Χ. Παρομοίως, οι [[Μακεδονία|Μακεδόνες]] στηρίχθηκαν στον [[χρυσός|χρυσό]] του [[Παγγαίο όρος|Παγγαίου]] για να χρηματοδοτήσουν την ανάπτυξη της αυτοκρατορίας του [[Μέγας Αλέξανδρος|Μέγα
Αλεξάνδρου]], ενώ οι [[Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία|Ρωμαίοι]] στηρίχθηκαν εν μέρει στον [[άργυρος|άργυρο]] των μεταλλείων της [[Ισπανία|Ισπανίας]]ς για να κοσμήσουν την [[Ρώμη]].
 
[[Αρχείο:Agricola01.jpg|right|thumb|200px|Κυπέλλωση αργύρου από τήγμα αργυρούχου μολύβδου. Από το βιβλίο του γερμανού Georg Agricola ''De re metallica'' (''Περί μεταλλικών πραγμάτων''), 1556.]]
Η εκτεταμένη γνώση της μεταλλουργίας επέτρεψε στους [[Ευρώπη|Ευρωπαίους]] να καταλάβουν και να αποικήσουν τις χώρες που ανακάλυψαν τον 15ο και 16ο αι. μ.Χ. Η ανακάλυψη του μεταλλουργικού οπτάνθρακα (κωκ) και της ατμομηχανής έδωσε νέα ώθηση στην μεταλλουργία του [[σίδηρος|σιδήρου]] κατά τον 18ο αι. Προς τα τέλη του 18ου αι., εμφανίστηκαν στην [[Αγγλία]] και οι πρώτες ατμοκίνητες μονάδες έλασης [[χάλυβας|χάλυβα]]<ref>[http://myweb.tiscali.co.uk/clydebridge/History%20of%20Steel%20Plant.htm C. Findlay, "History of steelworks' plant and equipment"], περ. 2000.</ref>.
 
Οι παλαιές μέθοδοι άμεσης αναγωγής σιδηρομεταλλευμάτων αντικαταστάθηκαν κατά τον 19ο αι. από την πολύ πιο παραγωγική υψικάμινο, τους μεταλλάκτες (μεγάλους κάδους όπου ο τηγμένος [[χυτοσίδηρος]] μεταβάλλεται σε [[χάλυβας|χάλυβα]] με την εμφύσηση αέρα ή [[οξυγόνο|οξυγόνου]]υ) και τις καμίνους ανοικτής εστίας (κάμινος Siemens-Martin).
 
Στα τέλη του 19ου αι. έκαναν την εμφάνισή τους και υδρομεταλλουργικές μέθοδοι παραγωγής μη σιδηρούχων μετάλλων. Η εκχύλιση (διαλυτοποίηση) σε κυανιούχα υδατικά διαλύματα επέτρεψε την εκμετάλλευση πτωχών μεταλλευμάτων [[χρυσός|χρυσού]]. Η εκχύλιση βωξίτη σε διαλύματα καυστικού νατρίου επέτρεψε την φθηνή παραγωγή αλουμίνας (Αl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), και με την ηλεκτρόλυση τήγματος αλουμίνας και κρυόλιθου (Na<sub>3</sub>AlF<sub>6</sub>) έγινε δυνατή η παραγωγή φθηνού μεταλλικού [[αργίλιο|αλουμινίου]], το οποίο μέχρι τότε θεωρούνταν πολύτιμο μέταλλο. Η μέθοδος της οξειδωτικής φρύξης σφαλερίτη (ZnS) και η εκχύλιση του φρύγματος (ZnO) σε [[θειικό οξύ]] επέτρεψε την φθηνή παραγωγή [[ψευδάργυρος|ψευδαργύρου]].
 
Επίσης, προς τα τέλη του 19ο αι., νέες μέθοδοι κατεργασίας των μετάλλων, όπως η διέλαση σωλήνων από [[χάλυβας|χάλυβα]] χωρίς ραφή (αδελφοί Rienhard και Max Mannessman, [[Γερμανία]], [[1886]]), έφεραν επανάσταση στην μεταλλοτεχνία. Η [[μεταλλογνωσία]] καθιερώθηκε ως ιδιαίτερος επιστημονικός κλάδος (ο όρος «φυσική μεταλλουργία» εμφανίστηκε το [[1914]]<ref>R. W. Cahn, "Trends in Physical Metallurgy". In ''Advances in Physical Metallurgy'' (edited by S. Banerjee and R. V. Ramanujan), pp. 1–5. Gordon &amp; Breach Publishers, Amsterdam (1994).</ref>). [[Κράμα|Κράματα]]τα ήδη υπάρχοντα εκείνον τον καιρό, όπως ο [[χάλυβας]] ([[κράμα]] [[σίδηρος|σιδήρου]]–[[άνθρακας|άνθρακα]]), μελετήθηκαν και ταξινομήθηκαν συστηματικά με την βοήθεια του μικροσκοπίου και την περιθλασιμετρία ακτίνων Χ ([[1912]]). Νέα [[κράμα|κράματα]]τα, όπως το [[ντουραλουμίνιο]] ([[1906]]), ο [[ανοξείδωτος χάλυβας]] ([[1909]]–[[1912]]), κ.ά., δημιουργήθηκαν για να καλύψουν νέες καταναλωτικές ή τεχνολογικές ανάγκες.
 
Μετά τον [[Β' Παγκόσμιος Πόλεμος|Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο]], η ζήτηση μεταλλουργικών προϊόντων παρουσίασε έντονη αύξηση. Ταυτοχρόνως αυξήθηκαν οι απαιτήσεις του καταναλωτικού κοινού για προϊόντα ποιότητας παρασκευασμένα με μεθόδους που να καταναλώνουν μικρή ποσότητα ενέργειας και να είναι «φιλικές προς το περιβάλλον». Για παράδειγμα, στις χαλυβουργίες, οι κάμινοι Siemens-Martin αντικαταστάθηκαν από τους μεταλλάκτες εμφύσησης καθαρού [[οξυγόνο|οξυγόνου]]υ (μεταλλάκτες LD, BOP, AOD), ενώ στις μονάδες κατεργασίας θειούχων μεταλλευμάτων [[ψευδάργυρος|ψευδαργύρου]], οι περιστροφικοί κάμινοι φρύξης αντικαταστάθηκαν από κάμινους ρευστοστερεής κλίνης. Οι κάμινοι ακαριαίας τήξης αντικατέστησαν τους μεταλλάκτες Pierce-Smith στην παραγωγή αργού [[νικέλιο|νικελίου]] και αργού [[χαλκός|χαλκού]].
 
Και ο τομέας της [[μεταλλογνωσία|μεταλλογνωσίας]]ς παρουσίασε σημαντικές προόδους κατά τον 20ο αι., κυρίως εξαιτίας της προόδου στον τομέα της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Νέες θεωρίες, όπως αυτή των κρυσταλλικών ατελειών ή ελαττωμάτων, επέτρεψαν στους μεταλλογνώστες να εξηγήσουν πολλές ιδιότητες των μετάλλων και των [[κράμα|κραμάτων]], αλλά και να σχεδιάσουν νέα [[κράμα|κράματα]]τα βελτιωμένων ιδιοτήτων.
 
== Βασικές αρχές ==
<p align="center">
C(s) + CO<sub>2</sub>(g) → 2CO (g)
</p>
εξαρτάται από την θερμοκρασία· όσο αυξάνει η θερμοκρασία, τόσο η αντίδραση προχωρεί προς τα δεξιά. Η συγκεκριμένη αντίδραση έχει τεράστια σημασία για την πυρομεταλλουργία, καθώς οι περισσότερες πυρομεταλλουργικές διεργασίες απαιτούν θερμοκρασίες άνω των 1000&nbsp;°C, όπου ο άνθρακας οξειδώνεται σχεδόν 100% προς την δημιουργία μονοξειδίου του άνθρακα (αντίδραση Boudouard).
 
εξαρτάται από την θερμοκρασία· όσο αυξάνει η θερμοκρασία, τόσο η αντίδραση προχωρεί προς τα δεξιά. Η συγκεκριμένη αντίδραση έχει τεράστια σημασία για την πυρομεταλλουργία, καθώς οι περισσότερες πυρομεταλλουργικές διεργασίες απαιτούν θερμοκρασίες άνω των 1000&nbsp;°C, όπου ο άνθρακας οξειδώνεται σχεδόν 100% προς την δημιουργία μονοξειδίου του άνθρακα (αντίδραση Boudouard).
Η θερμοδυναμική επιτρέπει επίσης την δημιουργία διαγραμμάτων φάσεων για κράματα μετάλλων, αλλά και για τήγματα μη μεταλλικών ενώσεων όπως διάφορα [[οξείδια]], [[σουλφίδια]] κ.λπ. Με τα διαγράμματα φάσεων, ο μεταλλουργός μπορεί να ξέρει ποιες φάσεις (υγρές ή στερεές) προκύπτουν όταν δύο ή περισσότερα μέταλλα βρεθούν μαζί σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και σε μια συγκεκριμένη αναλογία. Τα διαγράμματα φάσεων και το μικροσκόπιο αποτελούν τα κύρια εργαλεία για τον σχεδιασμό [[κράμα|κραμάτων]], πυρίμαχων και κεραμικών.
 
Η θερμοδυναμική επιτρέπει επίσης την δημιουργία διαγραμμάτων φάσεων για κράματα μετάλλων, αλλά και για τήγματα μη μεταλλικών ενώσεων όπως διάφορα [[οξείδια]], [[σουλφίδια]] κ.λπ. Με τα διαγράμματα φάσεων, ο μεταλλουργός μπορεί να ξέρει ποιες φάσεις (υγρές ή στερεές) προκύπτουν όταν δύο ή περισσότερα μέταλλα βρεθούν μαζί σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και σε μια συγκεκριμένη αναλογία. Τα διαγράμματα φάσεων και το μικροσκόπιο αποτελούν τα κύρια εργαλεία για τον σχεδιασμό [[κράμα|κραμάτων]], πυρίμαχων και κεραμικών.
 
Σε πολλές υδρομεταλλουργικές διεργασίες, η κινητική είναι εξαιρετικής σημασίας. Π.χ., η ανάκτηση [[ψευδάργυρος|ψευδαργύρου]] από όξινα διαλύματα θειικού ψευδαργύρου είναι δυνατή, επειδή η κινητική της αναγωγής υδρογονοϊόντων προς αέριο [[υδρογόνο]] επί καθόδου [[αργίλιο|αλουμινίου]] είναι εξαιρετικά αργή. Με άλλα λόγια, η κινητική επιτρέπει την αντίδραση:
<p align="center">
Zn<sup>2+</sup>(aq) + 2e<sup>–</sup> → Zn<sup>0</sup>(s)
 
</p>
και εμποδίζει την αντίδραση
<p align="center">
2Η<sup>+</sup>(aq) + 2e<sup>–</sup> → Η<sub>2</sub><sup>0</sup>(g).
 
</p>
ενώ η χημική θερμοδυναμική λέει πως προηγείται η δεύτερη αντίδραση.
 
Ο μεταλλουργός πρέπει επίσης να έχει καλή γνώση [[ορυκτολογία|ορυκτολογίας]]ς, κρυσταλλογραφίας, τεχνικής μηχανικής (στατική, αντοχή των υλικών), συστημάτων αυτομάτου ελέγχου, κ.λπ.
 
== Κλάδοι της μεταλλουργίας ==
Η ανακάλυψη και η εκτεταμένη χρήση των μετάλλων έδωσε στον άνθρωπο την δυνατότητα να ξεφύγει από την προϊστορική κατάσταση και να δημιουργήσει τον σύγχρονο πολιτισμό. Χωρίς την μεταλλουργία, η ανθρώπινη κοινωνία δεν θα ήταν αυτή που είναι σήμερα. Η γραφή, οι καλές τέχνες, η τυπογραφία, ο ηλεκτρισμός, οι ημιαγωγοί και η σύγχρονη υψηλή τεχνολογία στον τομέα των τηλεπικοινωνιών συνδέονται κατά τον έναν ή τον άλλο τρόπο με ανακαλύψεις και εξελίξεις στον τομέα της μεταλλουργίας.
 
Όπως όλες οι τεχνολογικές ανακαλύψεις, έτσι και η μεταλλουργία συνδέεται και με ορισμένες εξελίξεις που υπήρξαν ενίοτε οδυνηρές για το ανθρώπινο γένος. Η πρώτη χρήση των μετάλλων ήταν για την κατασκευή όπλων, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την υποταγή ή και την ολοκληρωτική καταστροφή λαών. Η αναζήτηση πολύτιμων μετάλλων ήταν μία από τις κύριες αιτίες του [[Ευρώπη|ευρωπαϊκού]] επεκτατισμού μετά τον 15ο αι. μ.Χ. και της αποικιοκρατίας. Ακόμα και σήμερα, πολλές σημαντικές εξελίξεις στην επιστήμη της μεταλλουργίας προέρχονται από την πολεμική βιομηχανία. [[Κράμα|Κράματα]]τα απεμπλουτισμένου [[ουράνιο|ουρανίου]] (χαμηλής ραδιενέργειας) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή οβίδων μεγάλης διατρητικής ικανότητας.
 
Στην [[Ελλάδα]], η μεταλλουργία [[μόλυβδος|μολύβδου]] και [[άργυρος|αργύρου]] του [[Λαύριο|Λαυρίου]], η οποία λειτούργησε από το β΄ μισό του 19ου αι. έως το [[1989]], υπήρξε το πρώτο βιομηχανικό κέντρο της χώρας. Η μεταλλουργία του [[Λαύριο|Λαυρίου]] συνδέθηκε με πολλές σημαντικές κοινωνικές εξελίξεις στην χώρα. Η Χαλυβουργική ήταν η πρώτη καθετοποιημένη βιομηχανία [[χυτοσίδηρος|χυτοσιδήρου]]–[[χάλυβας|χάλυβα]] της χώρας με υψικαμίνους (που δεν λειτουργούν πλέον) και πλήρες χαλυβουργείο στην [[Ελευσίνα]]. Σήμερα η [[Ελλάδα]] παράγει περί τα 2,5 εκατομμύρια τόνους [[χάλυβας|χάλυβα]] τον χρόνο (στοιχεία [[2006]]) σε πέντε εργοστάσια με ηλεκτρικές καμίνους που χρησιμοποιούν παλαιοσίδηρο (σκραπ) ως πρώτη ύλη ([[Αθήνα]] (2), [[Αλμυρός Μαγνησίας]], [[Βόλος]], [[Θεσσαλονίκη]]). Η [[Ελλάδα]] παράγει περίπου 20.000 τόνους το χρόνο νικέλιο υπό την μορφή σιδηρονικελίου (ΛΑΡΚΟ, [[Λάρυμνα Φθιώτιδας]]). Κατά την περίοδο [[1983]]–[[1991]], η [[Ελλάδα]] παρήγαγε και 45.000 τόνους ανά έτος σιδηροχρώμιο (Ελληνικά Σιδηροκράματα ΑΕ, [[Αλμυρός Μαγνησίας]]). Η [[Ελλάδα]] επίσης παράγει περίπου 160.000 τόνους τον χρόνο [[αργίλιο|αλουμίνιο]] στο εργοστάσιο της «[[Αλουμίνιον της Ελλάδος]]» ([[Άγιος Νικόλαος Διστόμου|Άγιος Νικόλαος Βοιωτίας]]). Τέλος, στην [[Ελλάδα]], υπάρχουν πολλές βιομηχανίες δευτερογενούς κατεργασίας μετάλλων (π.χ. έλαση και διέλαση [[αργίλιο|αλουμινίου]], κ.λπ.). Σημαντικό μεταλλουργικό κέντρο λειτούργησε για πολλές δεκαετίες στο Πυριτιδοποιείο–Καλυκοποιείο του Μποδοσάκη (ΠΥΡΚΑΛ).
* [[χρυσός]]: 2.593 τόνοι<ref>[http://www.bullion.org.za Chamber of Mines of South Africa]</ref>.
 
Δεδομένου ότι η ζήτηση σε μέταλλα δεν μπορεί να καλυφθεί από την παραγωγή των μεταλλείων, ένα μεγάλο ποσοστό από αυτά παράγονται από την ανακύκλωση παλαιομετάλλων (σκραπ). Για παράδειγμα, το 55% του [[μόλυβδος|μολύβδου]] παράγεται από ανακύκλωση (κυρίως παλιές μπαταρίες αυτοκινήτων). Παρομοίως, από ανακύκλωση παράγονται το 40% του [[χαλκός|χαλκού]], το 32% του [[χάλυβας|χάλυβα]], το 30% του [[αργίλιο|αλουμινίου]], το 25% του [[νικέλιο|νικελίου]] και μόλις το 1% του [[ψευδάργυρος|ψευδαργύρου]].
 
Η παραγωγή των μετάλλων με πυρομεταλλουργικές και άλλες μεθόδους απαιτεί την κατανάλωση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας. Επιπλέον οι μεταλλουργικές βιομηχανίες εκλύουν μεγάλες ποσότητες [[διοξείδιο του άνθρακα|διοξειδίου του άνθρακα]] και άλλων αερίων (NO<sub>''x''</sub>, SO<sub>2</sub>, κ.ά.), τα οποία προκαλούν το [[φαινόμενο του θερμοκηπίου]], την [[όξινη βροχή]] και άλλα περιβαλλοντικά προβλήματα. Αν και οι σύγχρονες μεταλλουργικές μονάδες καταναλώνουν πολύ λιγότερη ενέργεια και εκλύουν λιγότερα τοξικά αέρια σε σύγκριση με παλαιότερες παρόμοιες μονάδες, εντούτοις η κατά πολύ αυξημένη παραγωγή μετάλλων σημαίνει ότι η μόλυνση του περιβάλλοντος δεν έχει μειωθεί.
 
Προς το τέλος του 20ού αι., η μεταλλουργία, ως τεχνολογική επιστήμη και ως βιομηχανία, θεωρήθηκε ώριμος έως ξεπερασμένος τομέας<ref>D. J. Fray, "Aspects of technology trasnfer", ''Metallurgical and Materials Transactions B'', vol. 31B, pp. 1153–1162 (2000).</ref>. Το αποτέλεσμα ήταν πολλές πανεπιστημιακές σχολές μεταλλουργίας να κλείσουν ή να αλλάξουν το πρόγραμμά τους και να μετονομαστούν σε σχολές Επιστήμης των Υλικών. Μία νέα άνοδος της τιμής των μετάλλων, και των πρώτων υλών γενικότερα, ίσως ανατρέψει αυτή την τάση.
 
== Αναφορές ==
* [http://www.tms.org The Minerals, Metals and Materials Society], USA {{en}}.
* [http://hist-met.org/ The Historical Metallurgy Society], UK {{en}}.
 
 
<!--κατηγορίες -->
 
{{Link FA|de}}
 
[[jv:Pandhé]]
16.024

επεξεργασίες