بنهاية هذا الدرس ، يجب أن تكون قادرًا على:
تسمى عملية استخراج المعادن في شكلها الطبيعي علم المعادن. تسمى مركبات المعادن الموجودة ممزوجة بالتربة والرمل والحجر الجيري والصخور بالمعادن. يعتبر استخراج المعادن من المعادن للأغراض التجارية رخيصًا ويتطلب الحد الأدنى من الجهد. هذه المعادن تسمى الخامات. يتم إضافة مادة إلى الشحنة في الفرن بغرض إزالة الشوائب. هذه المادة تسمى التدفق. يشمل علم المعادن عملية تنقية المعادن وكذلك تكوين السبائك.
تدرس علم المعادن أيضًا السلوك الكيميائي والفيزيائي للعناصر المعدنية والمركبات بين المعادن ، بالإضافة إلى خلائطها التي تسمى السبائك . علم المعادن يختلف عن تشغيل المعادن. تعتمد صناعة المعادن على علم المعادن. الشخص الذي يمارس علم المعادن يسمى عالم المعادن .
يمكن تصنيف علم المعادن على نطاق واسع في علم المعادن الفيزيائي والتعدين الكيميائي. علم المعادن الفيزيائية يهتم بالخصائص الفيزيائية والأداء الفيزيائي والخصائص الميكانيكية للمعادن. يركز علم المعادن الكيميائي على أكسدة وتقليل المعادن وأدائها الكيميائي.
تاريخيا ، ركزت علم المعادن بشكل أساسي على إنتاج المعادن. يبدأ إنتاج المعادن بمعالجة الخامات لاستخراج المعدن. ويشمل ذلك خلط المعادن لإنتاج السبائك. تتكون السبائك المعدنية بشكل أساسي من مزيج من عنصرين أو أكثر من العناصر المعدنية. تصنف دراسة إنتاج المعادن إلى معادن حديدية ومعادن غير حديدية.
يشمل علم المعادن الحديدية السبائك والعمليات التي تعتمد على الحديد. يشمل علم المعادن غير الحديدية السبائك والعمليات التي تعتمد على معادن أخرى بخلاف الحديد.
تشمل العمليات المعدنية التقليدية إنتاج المعادن وتحليل الأعطال والمعالجة الحرارية وربط المعادن مثل اللحام والنحاس واللحام. تشمل المجالات الناشئة في مجال علم المعادن تكنولوجيا النانو والمواد الطبية الحيوية والمواد الإلكترونية مثل أشباه الموصلات وكذلك هندسة الأسطح.
عملية استخراج المعادن من خاماتها وتكريرها لاستخدامها هي علم المعادن. فيما يلي الخطوات المختلفة في العمليات المعدنية أو استخراج المعادن.
التكسير والطحن . هذه هي العملية الأولى في علم المعادن. إنها تنطوي على تكسير الخامات إلى مسحوق ناعم في مطحنة أو كسارة. هذه العملية تسمى السحق.
تركيز الخامات . هذه هي عملية إزالة الشوائب من الركاز. ويسمى أيضا خلع الملابس. فيما يلي طرق مختلفة لتركيز الخامات.
يوجد أدناه رسم توضيحي لعملية استخراج النحاس.
استخراج المعادن . يشمل علم التعدين الاستخراجي إزالة المعادن الثمينة من الخامات ثم تنقيتها إلى شكل أنقى. لكي تقوم بتحويل كبريتيد معدني أو أكسيد فلز إلى معدن نقي ، يجب عليك تقليل الخام كيميائيًا أو فيزيائيًا أو كهربائيًا.
تكرير وتنقية المعادن غير النقية . توجد معادن مثل الألومنيوم والنحاس والحديد في الطبيعة في حالات مشتركة. يمكن أن تكون على شكل كربونات أو كبريتيدات أو أكاسيد. المعادن المستخرجة من خاماتها ليست دائمًا في شكلها النقي. تحتوي على شوائب يجب إزالتها. الغرض من هذه العملية هو التأكد من أن المعدن المنتج في أنقى صوره. تسمى عملية تنقية المعادن المستخرجة بالتكرير. هناك طرق مختلفة لتكرير المعادن. تعتمد الطريقة المستخدمة على الشوائب الموجودة واختلافها في الخصائص مع تكرير المعدن.
تشمل المجالات الأخرى المتعلقة بعلم المعادن ما يلي:
تشمل المعادن الشائعة المستخدمة في الهندسة الحديد والنحاس والمغنيسيوم والزنك والنيكل والتيتانيوم والسيليكون والألمنيوم. تستخدم هذه المعادن بشكل أساسي كسبائك باستثناء السيليكون. نظام سبائك الحديد والكربون شائع جدًا اليوم. ويشمل الحديد الزهر والصلب. يحتوي الفولاذ الكربوني العادي على الكربون كعنصر صناعة السبائك الوحيد. يتم استخدامها في التطبيقات عالية القوة ومنخفضة التكلفة حيث لا يمثل التآكل أو الوزن مصدر قلق كبير.
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ مثل سبائك النيكل ، والفولاذ المجلفن ، وسبائك التيتانيوم ، أو في بعض الأحيان سبائك النحاس حيث تكون مقاومة التآكل مطلوبة.
تُستخدم سبائك المغنيسيوم وسبائك الألومنيوم بشكل أساسي حيث تكون الأجزاء القوية وخفيفة الوزن مطلوبة كما هو الحال في هندسة الطيران والسيارات.
يتم تطبيق سبائك النحاس والنيكل مثل Monel في بيئات شديدة التآكل وكذلك للتطبيقات غير المغناطيسية.
يتم استخدام السبائك الفائقة القائمة على النيكل مثل Inconel في تطبيقات درجات الحرارة العالية مثل الشاحن التوربيني وأوعية الضغط والمبادلات الحرارية والتوربينات الغازية.
تتشكل المعادن من خلال عمليات مثل:
تشير عمليات التشغيل البارد إلى تغيير شكل المنتج عن طريق التصنيع أو الدرفلة أو العمليات الأخرى ، مع بقاء المنتج باردًا. هذا يساعد على زيادة قوتها ، وهي عملية تسمى تصلب العمل .
يمكن معالجة المعادن بالحرارة لتغيير خصائص اللدونة والقوة والمتانة ومقاومة التآكل والصلابة. تشمل العمليات الأكثر شيوعًا للمعالجة الحرارية التقسية والتبريد والتليين.
لقد تعلمنا ذلك ؛
