الصناعات الثقيلة المعادن
أعمال معدنية.
كل
معدن له طريقته الخاصة في التصنيع. ومع ذلك، قبل أن تعرف كيف يتم إجراؤها، من
المهم معرفة من أين تأتي. دعونا نذهب من خلال مراحل مختلفة معا، من التعدين خام
لتشكيل المعادن. وبهذه الطريقة، يمكننا أن نفهم بشكل أفضل كيف يتم إعادة تدويرها.
المعادن
في كل مكان حولنا، ولها العديد من الاستخدامات مثل العناصر أو السبائك أو المركبات
(الكالسيوم والنحاس والحديد، وما إلى ذلك)، ولكن هل نعرف من أين تأتي؟
من
الناحية الاشتقاقية، المعدن هو مادة مستخرجة من منجم. في الواقع،
معظم المعادن النقية، مثل الألومنيوم والفضة والنحاس، تأتي من قشرة
الأرض. هذه المعادن يمكن أن تكون متنوعة كيميائيا في الطبيعة.
هذه هي في كثير من الأحيان أكاسيدمثلالبوكسيت (خام الألومنيوم)، ilmenite (خام التيتانيوم)، أو الهيمانتين والمغناطيسية (خامات
الحديد).
نادرا ما تستخدم المعادن في شكل نقي (باستثناء الذهب)
لسببين.
·
أنها
تحتوي على شوائب من الركاز الأولية أو إدخالها في عملية الإنتاج؛
·
السبائك
(خلط مع المعادن الأخرى) غالبا ما يكون خصائص أكثر إثارة للاهتمام.
تصنع
المعادن التي نراها كل يوم عن طريق تحويل الركاز المعدنية إلى منتجات منتهية. وفي
معظم الحالات، يتطلب ذلك استخدام المواد الكيميائية والتكنولوجيات الخاصة. دعونا
نلقي نظرة على ما تبدو عليه عملية التصنيع معا.
من الضروري التمييز بين 4 مراحل رئيسية في العملية المعدنية،
من الخام إلى المنتجات النهائية.
تشكيل
يعطي
المنتج شبه النهائي: ورقة معدنية، قضيب، أنبوب، ملف التعريف، مصبوب جزء. هذا هو
مجال إنتاج المرجل.
تجهيز
وهذا
يسمح عن طريق إزالة المواد، لإعطاء الجزء شكل دقيق.
المعادن
الأولية
يعطي
المنتج الأول الذي يمكن وصفه بأنه "معدني".
المعادن
الثانوية
أنه
ينقي المعدن، وينقيه ويعطيه التركيب الكيميائي متوافق مع الخصائص المتوقعة.
المعادن
الأولية
كما
قلنا سابقا، معظم المعادن موجودة بشكل طبيعي في حالة المؤاتة، وهذا هو، في شكل
ركاز (الصخور). تتكون المعادن الأولية في فصل المكونات المختلفة للصخرة بعد
استخراج الخام الذي تم استخراجه في المحجر، ومن ثم تقليل الخام (فك شفرة المعدن).
هناك طرق مختلفة للفصل اعتمادا على المعدن الذي يجري
تجهيزه.
·
استخدام
الاختلافات في الكثافة والطفو (الترسيب والطرد المركزي والترشيح والتعويم)
·
حل
واحدة من المراحل في محلول مائي، فإنه يرشح (للنحاس وشفويات الألومنيوم)
·
عن
طريق خلق رد فعل مع منتج صلب يحتوي على السيليكا (لخام
النيكل)
·
عن
طريق تغويزها، أي عن طريق تفاعل أكسيد المعدن مع تحوله إلى غاز (لخام التيتانيوم
مع ثنائي الكلورو)، ومن ثم الانفصال عن طريق التقطير.
بعد
الانفصال عن أجزاء أخرى من الصخور، يمكن الآن استرداد أكسيد المعدن
·
أول
أكسيد الكربون تشكلت أثناء احتراق الفحم (الحديد والنحاس)
·
بواسطة
دي هيدروجين (نيكل)
·
التحليل
الكهربائي – مرور تيار كهربائي من خلال السائل – (الألومنيوم)
المعادن الثانوية
يتعلق
المعادن الثانوية بعمليات تنظيف المعدن الناتج: إزالة الغاز، وإزالة الشوائب. فيما
يلي بعض الأساليب المستخدمة:
·
كنس
المعدن المنصهر لإزالة الغازات.
·
إضافة
منتجات لالتقاط الشوائب في مرحلة من الكثافات المختلفة التي يمكن إزالتها بسهولة.
·
فقاعة
الهواء أو الأكسجين النقي (بودلا) لأكسدة بعض الشوائب والقبض عليها.
تشكيل
خمس
عمليات صب الرئيسية: صب العفن، المتداول، البثق، ختم ومسحوق المعادن.
·
صب
في قوالب، والمسابك، يسمح أجزاء لتكون مصنوعة مع شكلها النهائي تقريبا. وهذا يجعل
من الممكن استخدام الحد الأدنى من المواد عندما قوالب معقدة. لسلسلة كبيرة، يمكن
استخدام قوالب معدنية دائمة. لسلسلة صغيرة، وتستخدم قوالب المتاح، التي أدلى بها
طبع النموذج في مادة مرنة (صب الرمل، فقدت صب الشمع).
·
المتداول (عادة
للحديد) يتكون من سحق المعدن بين بكرات من أجل إطالة ذلك، مما يعطيها إما شكل مسطح
(ورقة معدنية) أو شكل ممدود (شعاع، السكك الحديدية، الملف الشخصي).
·
ختم
يتكون من ضرب (تزوير) المعادن بحيث يأخذ شكل. مثل الصب، وهذه التقنية يجعل من
الممكن لجعل الأشكال المعقدة مع الحد الأدنى من المواد.
·
مسحوق
المعادن ينطوي على الضغط على مسحوق معدني في قالب ومن ثم تسخينه لحام الحبوب
(التلبد).
هل تعلم؟
المتداول، البثق وختم يمكن أن يؤديها بطريقة ساخنة أو
باردة، اعتمادا على سمك الجزء الناتج وخصائص المعدن. أنها تنتج تصلب عن طريق تصلب
العمل.
تجهيز
الآلات
ينطوي على إزالة المواد بواسطة أداة القطع. يتم استخدام طريقتين رئيسيتين:
·
دوران
لأجزاء دوران (اسطوانات، المخاريط، المجالات): الكائن يدور والأداة يتحرك على طول
المحور (النقل) أو نصف قطرها (ضمادة).
·
الطحن:
يتم تأمين الجزء وتدوير الأداة وتقدم في المادة.
تعقيد
الآلات يكمن في العديد من المعلمات التي تسمح لك لتحديد سرعة دوران الجزء (تحول)
أو أداة (الطحن)، وسرعة حركة الأداة والحاجة أو غير مشحم.
تصنيف أنواع مختلفة من المعادن
تشير
كلمة "معدن" إلى عنصر كيميائي ومادة على حد سواء. تنوعها الكبير.
بالإضافة
إلى ذلك، قبل أن ننتقل إلى الفصل المتعلق بإعادة تدوير المعادن، دعونا ننشئ تصنيفا
عاما للمعادن وخصائصها واستخداماتها.
المعادن
الحديدية (أو الخردة المعدنية)
المعادن
الحديدية مصنوعة من أكثر من 90٪ من الحديد النقي أو مخدرة بشكل ضعيف مع
المعادن الأخرى.
حديد
سحب
من الطابق السفلي، والحديد هو المعدن الأكثر وفرة على وجه الأرض. كما أنها واحدة
من أهم المعادن، التي أعطت اسمها لعصر البشرية. لديها تكلفة منخفضة، وفرة وخصائص
رائعة تجعلها واحدة من العناصر الأكثر استخداما في هذه الصناعة. من ناحية أخرى،
الحديد بسهولة "الصدأ": أكسدته في اتصال مع الأكسجين من الهواء يحدث
بسرعة ويؤدي إلى تدميره الكامل. يتم استخدامه فقط لحام، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ،
وإلا فإنه يرتبط مع عناصر أخرى معظم الوقت.
العناصر
الرئيسية للمعادن الحديدية: الحديد + الكربون + عناصر إضافية (النيكل
والكروم، وما إلى ذلك).
فولاذ
الحديد
هو العنصر الرئيسي لجميع الصلب. بمجرد أن يتم سبائك مع الكربون، فإنه يصبح الصلب.
محتوى الكربون من الصلب هو دائما أقل من 1.7٪. لذلك، الصلب هو سبيكة من الحديد
وعادة ما يحتوي أيضا على بعض العناصر الأخرى. اعتمادا على العناصر التي يتم سبائك،
والصلب يكتسب خصائص كيميائية وميكانيكية مختلفة تماما. هنا سوف نسلط الضوء على
العديد من الصلب المصنفة وفقا لتطبيقاتها:
·
الفولاذ
للأغراض العامة: تمثل حوالي 85٪ من استهلاك الصلب. وهي تتكون من الشوائب والعناصر
المضافة مثل المنغنيز والسيليكون والكبريت والفوسفور.
·
المعالجة
الحرارية للصلب
·
أداة
الصلب هي الفولاذ الخاصة تكييفها لوظائفها أداة (القطع، صب، الخ).
·
الفولاذ
المقاوم للصدأ: الخاصية الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ هو مقاومته الشاملة للتآكل
بسبب الكروم، الذي يشكل طبقة واقية على السطح. كمية الكروم تتراوح بين 12٪ إلى
30٪، وهو ما يفسر لماذا الفولاذ المقاوم للصدأ هو مادة مكلفة.
الخطوط
الحديد
الزهر هو سبيكة من الحديد والسيليكون وأكثر من 1.7٪ من الكربون. انها رخيصة نسبيا
وكثيفة. يستخدم الحديد الزهر أساسا لإنتاج الصب. عند تسخينها ويلقي، لديها سيولة
أعلى بكثير في درجات حرارة أقل من الصلب، مما يعني أنه يمكن أن يلقي وملء أجزاء من
الأشكال المعقدة مع كفاءة أكبر. سوف نميز 4 أنواع من الخطوط:
·
رمادي الزهر الحديد
إنه النوع
الأكثر شيوعا من الحديد الزهر، الموجود في كل شيء من أغطية البوابات إلى فرامل
القرص على السيارات.
·
الحديد المتفرع
هذا
هو الحديد الزهر، الذي الكربون المضافة كروية (العقدية) الجرافيت. وغالبا ما
تستخدم لشقوق، التروس، وأجزاء تتعرض للتأثير.
·
الحديد
الزهر الأبيض: فمن الصعب جدا ومقاومة للتآكل، ولكن أيضا هشة جدا.
·
الحديد
الزهر مرن: يتم الحصول عليها من المعالجة الحرارية، هو مادة منافسة مع الحديد مرن.
يستخدم
النوعان الأخيران من الحديد الزهر عادة لإنتاج أجزاء ميكانيكية صغيرة.
المعادن غير الحديدية
عائلة
المعادن غير الحديدية هي أكثر تنوعا من عائلة المعادن الحديدية. ويشمل جميع
المعادن والسبائك التي تحتوي على القليل أو القليل جدا من الحديد. في الأساس،
فإنه يحتوي على الرصاص والزنك والقصدير والكروم وغيرها الكثير. كما توجد
المعادن الثمينة مثل الذهب والفضة والبلاتين، وكذلك المعادن شبه الثمينة
مثل التيتانيوم والنحاس والنيكل والألمنيوم، في هذه العائلة.
المعادن
غير الحديدية غالبا ما تكلف أكثر، فإنها تميل إلى أن يتم اختيارها لسمات فريدة من
نوعها بدلا من كيف يمكن أن تتصرف مثل الصلب. أقل وزنا، وأفضل الموصلية، وتحسين
مقاومة التآكل، والخصائص غير المغناطيسية، والتقاليد والقيمة الزخرفية هي بعض
الأسباب التي تبرر اختيار المعادن غير الحديدية.
هنا عرض لبعض منهم، والأكثر استخداما
الومينيوم
اليوم،
الألومنيوم هو نتيجة للاكتشافات الأخيرة نسبيا. وهو ثاني أكثر
المعادن استخداما في هذه الصناعة بعد الصلب، ولكن على الرغم من هذا الاستخدام
الشائع، فإنه لا يزال يمكن اعتباره مادة نبيلة.
لتحسين
خصائص الألومنيوم، فإنه غالبا ما يستخدم سبيكة، ونجس. في
صناعة الطيران والفضاء في قطاع السيارات أو فصناعة البناء.
كما
أنها واحدة من أخف وأكثر المعادن مرونة المستخدمة في الصناعة. في الواقع، كثافته
حوالي ثلث كثافة الصلب أو النحاس. هذه الخصائص تجعل الألومنيوم مادة عملية
جدا لتصميم وتركيب معدات دائمة وخفيفة الوزن ومخصصة.
نحاس
وقد
استخدم الإنسان هذا المعدن الذهبي الأحمر في وقت مبكر جدا من تاريخه، وبالفعل في
نهاية الألفية الخامسة. على الرغم من أنه يمكن العثور على النحاس في حالته الطبيعية،
إلا أن أهم مصادره هي معادن كوبرية، الأزورين، وخاصة المتلاشية (حوالي 90٪ من
النحاس الأولي يأتي من خامات الكبريتيد).
النحاس
أقوى من الذهب، وهو واحد من القلائل الموجودين كمعدن بالقرب من شكله المعدني، مما
يتطلب العديد من العلاجات المساعدة لاستخراجه. النحاس النقي لينة جدا، مرن ولهاو
وردي على أسطحها الطازجة. هذا هو اللدونة من المعدن مع الموصلية الكهربائية
والحرارية العالية بشكل خاص، مما يعطيها تطبيقات مختلفة. مرونة يجعل من السهل
تشويهه في الأنابيب، والعملات المعدنية، فضلا عن الأسلحة، فضلا عن الأسلاك
الكهربائية.
كما
أنها تستخدم كمادة بناء ويستخدم في العديد من السبائك البرونزية (النحاس /
القصدير)؛ النحاس (النحاس / الزنك). وهي تستخدم لجعل الحنفيات وغيرها من معدات
السباكة.
النقود
الفضة
هي الأكثر نشاطا كيميائيا من المعادن النبيلة، وأكثر صعوبة في التعامل معها من
الذهب، ولكن البلاستيك أكثر من النحاس. وعادة ما تكون مستقرة في الهواء النقي
والماء، ولكن يخفت عند التعرض للأوكسجين. وهو أفضل موصل للكهرباء، ولكن تكلفته
العالية لا تسمح باستخدامه على نطاق واسع. على الأقل ثلاث قطاعات من النشاط
استخدامه: تصوير الأفلام والمجوهرات / الفضيات، والالكترونيات. وباستثناء النفط،
الفضة المعدنية هي السلعة ذات التطبيق الصناعي الأكبر. ومن الضروري للأفلام
والأشعة السينية والتصوير الطبي.
وبما
أن هذا المعدن غير قابل للتدمير عمليا، فإنه يتم استخراجه جزئيا فقط. لذلك، يتم
استهلاك الفضة ولا يمكن إعادة استخدامها كما هو الحال في الذهب.
ل. أو
الذهب
هو على الأرجح أقدم معدن يعالجه الإنسان: تعود آثار استخدامه إلى ما يقرب من 6000
سنة قبل المسيح. ومن النادر، لذلك هو مكلف، مرن ومقاومة للأكسدة. الذهب هو موصل
ممتاز قادر على حمل أضعف التيارات الكهربائية، في درجات حرارة من -55 إلى +200
درجة مئوية. تكلفتها العالية، نظرا لندرتها، يحد من استخدامها في صناعة
الرفاهية (المجوهرات تستهلك 75٪ من الإنتاج) والالكترونيات المتقدمة.
قصدير
لا
يوجد القصدير في حالته الطبيعية، ولكن التجمعات في سلالات أخرى مثل الكاسيتيريت.
ويمكن تخفيض هذا إلى مادة رمادية وبيضاء، لامعة عندما يفرك، محمية ومرنة. ونادرا
ما يستخدم القصدير وحده، بسبب مرونته أكثر من اللازم، بل يتم استخراجه في شكل
سبيكة مع النحاس لإعطاء البرونزية.
رصاص
لا
يوجد الرصاص في شكله النقي في البرية، ولكن جالينا (وهو كبريتيد الرصاص). الرصاص
هو معدن رمادي مزرق يبيض ببطء أثناء الأكسدة ويأتي في شكل معدن ناعم في درجة
الحرارة العادية. وهي كثيفة جدا ولا تدير سوى القليل من الكهرباء. في الماضي، وسوف
تستخدم أساسا في تطوير الأسلحة النارية (خراطيش بندقية) والأنابيب. اليوم، يمكن
العثور على التطبيق الرئيسي للرصاص اليوم في بطاريات السيارات. وهي قادرة
على امتصاص الأشعة السينية وتعمل بمثابة حماية من الإشعاع في لوحات معدنية.
