Primer lesson: madini

Malengo ya kujifunza

Kufikia mwisho wa somo hili, unapaswa kuwa na uwezo wa:

Fafanua madini.
Eleza michakato ya madini.
Eleza metali na aloi zao.
Eleza michakato mbalimbali ya kuchagiza chuma.

Mchakato wa uchimbaji wa metali katika fomu yao ya asili huitwa madini. Michanganyiko ya metali inayopatikana ikichanganywa na udongo, mchanga, chokaa, na mawe huitwa madini. Uchimbaji wa metali kutoka kwa madini kwa madhumuni ya kibiashara ni nafuu na unahitaji juhudi ndogo. Madini haya huitwa ores. Dutu hii huongezwa kwenye chaji kwenye tanuru kwa madhumuni ya kuondoa uchafu. Dutu hii inaitwa flux. Metallurgy inahusisha mchakato wa utakaso wa metali pamoja na uundaji wa aloi.

Metallurgy pia husoma tabia ya kemikali na kimwili ya vipengele vya metali, misombo ya metali, pamoja na mchanganyiko wao unaoitwa aloi . Uchimbaji wa madini ni tofauti na ufundi wa chuma. Uchimbaji chuma unategemea madini. Mtu anayefanya mazoezi ya madini anaitwa metallurgist .

Metallurgy inaweza kugawanywa kwa upana katika madini halisi na madini ya kemikali. Madini ya kimwili inahusika na sifa za kimwili, utendaji wa kimwili, na sifa za mitambo ya metali. Madini ya kemikali huzingatia uoksidishaji na upunguzaji wa metali, na utendaji wao wa kemikali.

Kihistoria, madini yamezingatia zaidi uzalishaji wa chuma. Uzalishaji wa metali huanza na usindikaji wa madini ili kuchimba chuma. Hii ni pamoja na kuchanganya metali ili kuzalisha aloi. Aloi za chuma zinaundwa hasa na mchanganyiko wa vipengele viwili au zaidi vya metali. Utafiti wa utengenezaji wa metali umeainishwa katika madini ya feri na madini yasiyo na feri.

Madini ya feri huhusisha aloi na michakato ambayo ni msingi wa chuma. Metali zisizo na feri huhusisha aloi na michakato ambayo ni msingi wa metali nyingine mbali na chuma.

Michakato ya jadi ya metallurgiska hujumuisha uzalishaji wa chuma, uchanganuzi wa kushindwa, matibabu ya joto, na kuunganisha kwa metali kama vile soldering, brazing na welding. Maeneo yanayoibukia katika uwanja wa madini ni pamoja na nanoteknolojia, vifaa vya matibabu, vifaa vya elektroniki kama vile semiconductors, na vile vile uhandisi wa uso.

Hatua katika mchakato wa metallurgiska

Mchakato wa kuchimba metali kutoka kwa ore zao na kuzisafisha kwa matumizi ni madini. Zifuatazo ni hatua tofauti katika michakato ya metallurgiska au uchimbaji wa chuma.

Kusagwa na kusaga ore.
Mkusanyiko wa madini.
Uchimbaji wa metali kutoka kwa ore iliyojilimbikizia.
Usafishaji na utakaso wa metali chafu.

Kusaga na kusaga . Huu ni mchakato wa kwanza katika madini. Inahusisha kusagwa ores kuwa unga laini katika kinu bar au crusher. Utaratibu huu unaitwa pulverization.

Mkusanyiko wa madini . Huu ni mchakato wa kuondoa uchafu kutoka kwa madini. Pia inaitwa ore dressing. Chini ni mbinu mbalimbali za mkusanyiko wa ores.

Njia ya Hydrolytic. Njia hii inahusisha kumwaga ore juu ya meza ya bati inayoteleza na kutetemeka na grooves. Ndege ya maji hupitishwa juu ya uso. Chembe za madini mnene hukusanywa kwenye grooves huku uchafu unavyosombwa na maji.

Mgawanyiko wa sumaku. Hii inahusisha kuweka madini yaliyopondwa kwenye ukanda wa kusafirisha. Ukanda huzunguka magurudumu mawili na gurudumu moja likiwa na sumaku. Chembe za sumaku huvutiwa na kujitenga na chembe zisizo za sumaku.

Kuelea kwa povu. Utaratibu huu unahusisha kusagwa ore katika tank kubwa yenye maji na mafuta. Hii inafuatwa na kupitisha mkondo wa hewa iliyoshinikizwa kupitia mchanganyiko. Mafuta hulowesha ore na hutenganishwa kwa njia ya povu kutoka kwa uchafu. Kwa kuwa ore ni nyepesi, huelea juu ya uso na uchafu huachwa chini.
Kuchoma na calcination. Kuchoma kunarejelea mchakato wa kupokanzwa madini yaliyokolea na oksijeni iliyopo. Utaratibu huu hutumiwa hasa katika ores ya sulfidi. Kwa ores ambazo zina oksidi za hidrati au kaboni, inapokanzwa hufanywa bila hewa ili kuyeyusha ores. Utaratibu huu unaitwa calcination .

Chini ni kielelezo cha mchakato wa uchimbaji wa shaba.

Uchimbaji wa metali . Uchimbaji wa madini unahusisha uondoaji wa madini ya thamani kutoka kwa madini na kisha kusafishwa kuwa fomu safi. Ili kubadilisha salfidi ya chuma au oksidi ya chuma kuwa chuma safi, ni lazima upunguze madini hayo kwa kemikali, kimwili, au kielektroniki.

Kusafisha na kusafisha metali chafu . Vyuma kama vile alumini, shaba, na chuma hutokea kwa asili katika hali zilizounganishwa. Wanaweza kuwa katika mfumo wa carbonates, sulfidi, au oksidi. Vyuma vilivyotolewa kutoka kwa ores zao sio daima katika fomu yao safi. Zina uchafu ambao lazima uondolewe. Madhumuni ya mchakato huu ni kuhakikisha kwamba chuma kinachozalishwa ni katika fomu yake safi. Mchakato wa kusafisha metali zilizotolewa huitwa kusafisha. Kuna njia tofauti za kusafisha chuma. Njia inayotumiwa inategemea uchafu uliopo na tofauti zao katika mali na chuma kilichosafishwa.

Sehemu zingine zinazohusiana na madini ni pamoja na:

Metal na aloi zake

Metali za kawaida zinazotumiwa katika uhandisi ni pamoja na chuma, shaba, magnesiamu, zinki, nikeli, titanium, silicon, na alumini. Metali hizi hutumiwa hasa kama aloi, isipokuwa silicon. Mfumo wa aloi ya chuma-kaboni ni ya kawaida sana leo. Inajumuisha chuma cha kutupwa na chuma. Vyuma vya kawaida vya kaboni vina kaboni kama kipengele pekee cha aloi. Zinatumika kwa nguvu ya juu, maombi ya gharama nafuu ambapo hakuna kutu wala uzito ni wasiwasi mkubwa.

Chuma cha pua kama vile aloi za nikeli, mabati, aloi za titani, au wakati mwingine aloi za shaba hutumiwa ambapo upinzani dhidi ya kutu unahitajika.

Aloi za magnesiamu na aloi za Alumini hutumiwa hasa ambapo sehemu kali na nyepesi zinahitajika kama vile angani na uhandisi wa magari.

Aloi za nikeli za shaba kama vile Monel hutumika katika mazingira yenye ulikaji sana na vile vile kwa matumizi yasiyo ya sumaku.

Aloi kuu za nikeli kama vile Inconel hutumika katika matumizi ya halijoto ya juu kama vile turbocharja, vyombo vya shinikizo, vibadilisha joto na mitambo ya gesi.

Michakato ya kazi ya chuma

Metali huundwa kupitia michakato kama vile:

Inatuma. Hii inahusisha kumwaga chuma kilichoyeyuka kwenye mold yenye umbo.
Kughushi. Hii inahusisha kupiga billet nyekundu kwenye umbo.
Kuviringika. Hii inahusisha kupitisha billet kupitia rollers nyembamba mfululizo ili kuunda laha.
Uchimbaji. Inahusisha kulazimisha chuma cha moto na kinachoweza kutengenezwa chini ya shinikizo kwa njia ya kufa. Kisha chuma hutengenezwa kabla ya kupoa.
Uchimbaji. Inahusisha kukata ili kuunda chuma baridi kwa kutumia visima, lathes, na mashine za kusaga.
Kuimba. Inajumuisha kupokanzwa chuma cha unga katika mazingira yasiyo ya vioksidishaji baada ya kuikandamiza kwenye kufa.
Ubunifu. Hii inahusisha kukata karatasi za chuma na vikataji vya gesi au guillotines, na kupiga na kulehemu katika maumbo ya kimuundo.
Kufunika kwa laser. Hii inahusisha kupiga poda ya metali katika boriti ya laser inayohamishika. Metali iliyoyeyuka inayozalishwa hufikia substrate na kuunda bwawa la kuyeyuka. Inawezekana kujenga kipande cha tatu-dimensional kwa kusonga kichwa cha laser.
Uchapishaji wa 3D. Mchakato huu unahusisha kuyeyusha au kupenyeza kwa unga wa amofasi katika nafasi ya pande tatu ili kutengeneza kitu katika umbo lolote.

Michakato ya kufanya kazi kwa baridi inarejelea kubadilisha umbo la bidhaa kwa kutengeneza, kuviringisha, au michakato mingine, huku bidhaa ikiwa bado baridi. Hii husaidia kuongeza nguvu zake, mchakato unaoitwa ugumu wa kazi .

Matibabu ya joto ya metali

Vyuma vinaweza kutibiwa joto ili kubadilisha tabia ya ductility, nguvu, ushupavu, upinzani dhidi ya kutu, na ugumu. Michakato ya kawaida ya matibabu ya joto ni pamoja na kuwasha, kuzima, na annealing.

Kukasirisha. Utaratibu huu huondoa mkazo katika metali unaosababishwa na michakato ya ugumu. Utaratibu huu hufanya chuma kuwa ngumu zaidi na inaboresha uwezo wake wa kudumisha shinikizo bila kuvunja.
Kuzima. Huu ni mchakato wa baridi ya metali haraka baada ya joto. Hii inafungia molekuli za metali kuwa fomu ngumu. Hii inalenga kufanya metali ngumu zaidi.
Annealing. Utaratibu huu hulainisha metali kwa njia ya kukanza na kisha kuziruhusu zipoe polepole. Hii inafanya iwe rahisi kwa metali kuinama bila kuvunjika.

Muhtasari

Tumejifunza kuwa;

Metallurgy ni mchakato wa uchimbaji wa metali katika fomu yao ya asili.
Mtu anayefanya kazi ya madini anaitwa metallurgist.
Metallurgy inaweza kugawanywa kwa mapana katika madini halisi na madini ya kemikali.
Mchanganyiko wa metali huunda aloi.