Đến cuối bài học này, bạn sẽ có thể:
Quá trình khai thác kim loại ở dạng tự nhiên được gọi là luyện kim. Các hợp chất của kim loại được tìm thấy lẫn với đất, cát, đá vôi và đá được gọi là khoáng chất. Việc khai thác kim loại từ khoáng sản cho mục đích thương mại là rẻ và đòi hỏi nỗ lực tối thiểu. Những khoáng chất này được gọi là quặng. Một chất được thêm vào điện tích trong lò với mục đích loại bỏ tạp chất. Chất này được gọi là từ thông. Luyện kim liên quan đến quá trình tinh chế kim loại cũng như sự hình thành các hợp kim.
Luyện kim cũng nghiên cứu hành vi hóa học và vật lý của các nguyên tố kim loại, hợp chất liên kim loại, cũng như hỗn hợp của chúng được gọi là hợp kim . Luyện kim khác với luyện kim. Gia công kim loại phụ thuộc vào luyện kim. Một người thực hành luyện kim được gọi là nhà luyện kim .
Luyện kim có thể được nhóm lại thành luyện kim vật lý và luyện kim hóa học. Luyện kim vật lý liên quan đến các tính chất vật lý, hiệu suất vật lý và tính chất cơ học của kim loại. Luyện kim hóa học tập trung vào quá trình oxy hóa và khử kim loại, và hiệu suất hóa học của chúng.
Trong lịch sử, luyện kim chủ yếu tập trung vào sản xuất kim loại. Việc sản xuất kim loại bắt đầu bằng quá trình xử lý quặng để chiết xuất kim loại. Điều này bao gồm việc trộn các kim loại để tạo ra hợp kim. Hợp kim kim loại chủ yếu được tạo thành từ sự pha trộn của hai hoặc nhiều nguyên tố kim loại. Nghiên cứu sản xuất kim loại được phân thành luyện kim màu và luyện kim màu.
Luyện kim màu bao gồm các hợp kim và quy trình dựa trên sắt. Luyện kim loại màu bao gồm các hợp kim và quy trình dựa trên các kim loại khác ngoài sắt.
Các quy trình luyện kim truyền thống bao gồm sản xuất kim loại, phân tích lỗi, xử lý nhiệt và nối các kim loại như hàn, hàn đồng và hàn. Các lĩnh vực mới nổi trong lĩnh vực luyện kim bao gồm công nghệ nano, vật liệu y sinh, vật liệu điện tử như chất bán dẫn, cũng như kỹ thuật bề mặt.
Quá trình chiết xuất kim loại từ quặng của chúng và tinh chế chúng để sử dụng là luyện kim. Sau đây là các bước khác nhau trong quy trình luyện kim hoặc khai thác kim loại.
Nghiền và nghiền . Đây là quá trình đầu tiên trong luyện kim. Nó liên quan đến việc nghiền quặng thành bột mịn trong máy nghiền thanh hoặc máy nghiền. Quá trình này được gọi là nghiền thành bột.
Nồng độ quặng . Đây là quá trình loại bỏ tạp chất khỏi quặng. Nó còn được gọi là đầm quặng. Dưới đây là các phương pháp cô đặc quặng.
Dưới đây là hình ảnh minh họa quá trình khai thác đồng.
Khai thác kim loại . Luyện kim khai thác liên quan đến việc loại bỏ các kim loại có giá trị từ quặng và sau đó tinh chế chúng thành dạng tinh khiết hơn. Để chuyển đổi một sunfua kim loại hoặc oxit kim loại thành kim loại nguyên chất, bạn phải khử quặng về mặt hóa học, vật lý hoặc điện phân.
Tinh chế và tinh chế các kim loại không tinh khiết . Các kim loại như nhôm, đồng và sắt xảy ra trong tự nhiên ở trạng thái kết hợp. Chúng có thể ở dạng cacbonat, sunfua hoặc oxit. Kim loại khai thác từ quặng của chúng không phải lúc nào cũng ở dạng nguyên chất. Chúng chứa tạp chất phải được loại bỏ. Mục đích của quá trình này là để đảm bảo rằng kim loại được sản xuất ở dạng tinh khiết nhất. Quá trình tinh chế kim loại được chiết xuất được gọi là tinh chế. Có nhiều phương pháp tinh chế kim loại khác nhau. Phương pháp được sử dụng phụ thuộc vào các tạp chất có mặt và sự khác biệt về tính chất của chúng với kim loại được tinh chế.
Các lĩnh vực khác liên quan đến luyện kim bao gồm:
Các kim loại phổ biến được sử dụng trong kỹ thuật bao gồm sắt, đồng, magiê, kẽm, niken, titan, silicon và nhôm. Những kim loại này chủ yếu được sử dụng làm hợp kim ngoại trừ silicon. Hệ thống hợp kim sắt-cacbon ngày nay rất phổ biến. Nó bao gồm gang và thép. Thép carbon trơn có carbon là nguyên tố hợp kim duy nhất. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng có độ bền cao, chi phí thấp, nơi mà sự ăn mòn cũng như trọng lượng không phải là mối quan tâm chính.
Thép không gỉ như hợp kim niken, thép mạ kẽm, hợp kim titan hoặc đôi khi là hợp kim đồng được sử dụng khi cần chống ăn mòn.
Hợp kim magiê và hợp kim nhôm chủ yếu được sử dụng ở những nơi yêu cầu các bộ phận mạnh và nhẹ như trong kỹ thuật hàng không vũ trụ và ô tô.
Các hợp kim đồng-niken như Monel được ứng dụng trong môi trường ăn mòn cao cũng như cho các ứng dụng không có từ tính.
Các siêu hợp kim dựa trên niken như Inconel được ứng dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao như bộ tăng áp, bình chịu áp lực, bộ trao đổi nhiệt và tua-bin khí.
Kim loại được định hình thông qua các quá trình như:
Quy trình gia công nguội đề cập đến việc thay đổi hình dạng của sản phẩm bằng cách chế tạo, cán hoặc các quy trình khác mà sản phẩm vẫn còn lạnh. Điều này giúp tăng sức mạnh của nó, một quá trình được gọi là làm cứng .
Kim loại có thể được xử lý nhiệt để thay đổi các tính chất của độ dẻo, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và độ cứng. Các quy trình xử lý nhiệt phổ biến nhất bao gồm ủ, làm nguội và ủ.
Chúng tôi đã học được điều đó;
