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Der Prozess zur Gewinnung von Metallen in ihrer natürlichen Form wird als Metallurgie bezeichnet. Die Verbindungen von Metallen, die gemischt mit Erde, Sand, Kalkstein und Gestein gefunden werden, werden Mineralien genannt. Die Gewinnung von Metallen aus Mineralien für kommerzielle Zwecke ist billig und erfordert minimalen Aufwand. Diese Mineralien werden Erze genannt. Der Beschickung im Ofen wird eine Substanz zugesetzt, um Verunreinigungen zu entfernen. Diese Substanz wird Flussmittel genannt. Die Metallurgie umfasst den Prozess der Reinigung von Metallen sowie die Bildung von Legierungen.
Die Metallurgie untersucht auch das chemische und physikalische Verhalten von metallischen Elementen, intermetallischen Verbindungen sowie deren Mischungen, die als Legierungen bezeichnet werden. Die Metallurgie unterscheidet sich von der Metallverarbeitung. Die Metallbearbeitung ist auf die Metallurgie angewiesen. Eine Person, die Metallurgie ausübt, wird Metallurge genannt.
Metallurgie kann grob in physikalische Metallurgie und chemische Metallurgie eingeteilt werden. Die physikalische Metallurgie befasst sich mit den physikalischen Eigenschaften, der physikalischen Leistung und den mechanischen Eigenschaften von Metallen. Die chemische Metallurgie konzentriert sich auf die Oxidation und Reduktion von Metallen und ihre chemische Leistung.
Historisch gesehen hat sich die Metallurgie hauptsächlich auf die Metallproduktion konzentriert. Die Herstellung von Metallen beginnt mit der Erzverarbeitung zur Gewinnung des Metalls. Dazu gehört das Mischen von Metallen zur Herstellung von Legierungen. Metalllegierungen bestehen hauptsächlich aus einer Mischung von zwei oder mehr metallischen Elementen. Das Studium der Metallerzeugung wird in Eisenmetallurgie und Nichteisenmetallurgie eingeteilt.
Die Eisenmetallurgie umfasst Legierungen und Prozesse, die auf Eisen basieren. Die Nichteisenmetallurgie umfasst Legierungen und Verfahren, die auf anderen Metallen als Eisen basieren.
Traditionelle metallurgische Prozesse umfassen die Metallherstellung, Fehleranalyse, Wärmebehandlung und das Verbinden von Metallen wie Löten, Hartlöten und Schweißen. Zu den aufstrebenden Bereichen der Metallurgie gehören Nanotechnologie, biomedizinische Materialien, elektronische Materialien wie Halbleiter sowie Oberflächentechnik.
Der Prozess der Gewinnung von Metallen aus ihren Erzen und deren Raffination für die Verwendung ist Metallurgie. Im Folgenden sind die verschiedenen Schritte in metallurgischen Prozessen oder der Metallgewinnung aufgeführt.
Zerkleinern und Mahlen . Dies ist das erste Verfahren in der Metallurgie. Dabei werden Erze in einer Stabmühle oder einem Brecher zu feinem Pulver zerkleinert. Dieser Vorgang wird Pulverisierung genannt.
Die Konzentration von Erzen . Dies ist der Prozess der Entfernung von Verunreinigungen aus einem Erz. Es wird auch Erzaufbereitung genannt. Nachfolgend sind verschiedene Methoden zur Konzentration von Erzen aufgeführt.
Unten ist eine Illustration des Prozesses der Gewinnung von Kupfer.
Gewinnung von Metallen . Die extraktive Metallurgie beinhaltet die Entfernung wertvoller Metalle aus Erzen und deren anschließende Raffination in eine reinere Form. Um ein Metallsulfid oder Metalloxid in ein reines Metall umzuwandeln, müssen Sie das Erz chemisch, physikalisch oder elektrolytisch reduzieren.
Raffination und Reinigung von unreinen Metallen . Metalle wie Aluminium, Kupfer und Eisen kommen in der Natur in kombinierten Zuständen vor. Sie können in Form von Carbonaten, Sulfiden oder Oxiden vorliegen. Aus ihren Erzen gewonnene Metalle liegen nicht immer in reiner Form vor. Sie enthalten Verunreinigungen, die entfernt werden müssen. Der Zweck dieses Prozesses besteht darin, sicherzustellen, dass das produzierte Metall in seiner reinsten Form vorliegt. Der Prozess der Reinigung extrahierter Metalle wird Raffination genannt. Es gibt verschiedene Verfahren zur Veredelung von Metallen. Das verwendete Verfahren hängt von den vorhandenen Verunreinigungen und ihren unterschiedlichen Eigenschaften mit dem zu raffinierten Metall ab.
Weitere mit der Metallurgie verwandte Bereiche sind:
Übliche Metalle, die in der Technik verwendet werden, umfassen Eisen, Kupfer, Magnesium, Zink, Nickel, Titan, Silizium und Aluminium. Diese Metalle werden mit Ausnahme von Silizium hauptsächlich als Legierungen verwendet. Das Eisen-Kohlenstoff-Legierungssystem ist heute weit verbreitet. Es umfasst Gusseisen und Stahl. Unlegierte Kohlenstoffstähle haben Kohlenstoff als einziges Legierungselement. Sie werden in hochfesten, kostengünstigen Anwendungen eingesetzt, bei denen weder Korrosion noch Gewicht ein Hauptanliegen sind.
Edelstahl wie Nickellegierungen, verzinkter Stahl, Titanlegierungen oder manchmal Kupferlegierungen werden dort eingesetzt, wo Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Magnesiumlegierungen und Aluminiumlegierungen werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo starke und leichte Teile benötigt werden, wie in der Luft- und Raumfahrt und im Automobilbau.
Kupfer-Nickel-Legierungen wie Monel werden in stark korrosiven Umgebungen sowie für nichtmagnetische Anwendungen eingesetzt.
Nickelbasierte Superlegierungen wie Inconel werden in Hochtemperaturanwendungen wie Turboladern, Druckbehältern, Wärmetauschern und Gasturbinen eingesetzt.
Metalle werden durch Prozesse geformt wie:
Kaltbearbeitungsverfahren beziehen sich auf die Veränderung der Form eines Produkts durch Herstellung, Walzen oder andere Prozesse, während das Produkt noch kalt ist. Dies hilft, seine Festigkeit zu erhöhen, ein Prozess, der als Kaltverfestigung bezeichnet wird.
Metalle können wärmebehandelt werden, um die Eigenschaften Duktilität, Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Härte zu verändern. Die gebräuchlichsten Prozesse der Wärmebehandlung sind Anlassen, Abschrecken und Glühen.
Das haben wir gelernt;
