Доклад про металлургию по окружающему миру 3 класс

Обновлено: 05.07.2024

Металлургия (от греческого metallon — рудник, металл и ergon — работа) в первоначальном, узком значении — искусство выплавлять металлы из руд. В современном значении — это область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие все процессы получения металлов, сплавов и прокатных профилей из них.

Исторически сложилось разделение металлургии на черную и цветную. Черная металлургия производит сплавы на основе железа — чугун, сталь, ферросплавы (на долю черных металлов приходится около 90% всей производимой в мире металлопродукции). Цветная металлургия включает производство большинства остальных металлов. Кроме того, металлургические процессы применяются и для получения неметаллов и полупроводников (кремний, германий, селен, теллур, мышьяк, фосфор, сера и др.). А в целом современная металлургия охватывает процессы получения почти всех элементов периодической системы, за исключением галоидов и газов.

Развивается наука о металлах — металловедение, основы которой заложили русские ученые П. П. Аносов и Д. К. Чернов. Металловеды познают структуру металлов, находя пути для улучшения их свойств, создают новые сплавы — особо легкие, особо прочные и т. д., позволяющие конструкторам разрабатывать принципиально новые машины.

Основу современной черной металлургии составляют заводы, каждый из которых по территории и количеству работающих равняется небольшому городу. Сложный путь проходит здесь металл. Сначала на горно-обогатительных комбинатах обогащают руду, затем на заводах черной металлургии ее обжигают, превращая в агломерат или окатыши (см. Доменная печь). Из них в доменных печах выплавляют чугун. Затем чугун попадает в сталеплавильный цех, где его переплавляют в сталь в мартеновских печах, кислородных конвертерах или электропечах (см. Электрометаллургия). Стальные слитки транспортируют в прокатные цехи, где из них делают металлические изделия: рельсы, листы, трубы, проволоку (см. Прокатка, прокатный стан). Между цехами проложены рельсы, по которым ходят железнодорожные составы, развозя руду и жидкий чугун, стальные слитки и готовый прокат.

Сначала из руды при обжиге удаляют серу, замещая ее кислородом. Теперь перед металлургами новое соединение — оксид: соединение металла с кислородом. Иногда серу вытесняют не кислородом, а хлором. Тогда концентрат не обжигают, а хлорируют. Затем необходимо освободить металл от кислорода или хлора. При высоких температурах в расплав вводят углерод, водород или кремний. Кислород соединяется с этими элементами. От хлора, например, титан или цирконий освобождают с помощью магния.

Сложность получения цветных металлов хорошо видна на примере меди. Ее плавят в печах, напоминающих мартеновские (см. Мартеновская печь). Но выходит из печей не чистая медь, а так называемый штейн — сплав меди с железом, серой, серебром, золотом, цинком и другими элементами. Этих примесей в штейне 70—80%. Затем штейн заливают в конвертер и продувают через него воздух, в результате чего выжигаются остатки серы и удаляется железо. Занимает этот процесс часы, а не минуты, как в конвертере для переработки чугуна. Штейн превращается в черновую медь, которая содержит всего 1—2% примесей. Но и это слишком много.

Поскольку электротехнике нужна очень чистая медь, в дело вступает электролиз (см. Электрохимические методы обработки). Пластину очищаемой меди — анод — помещают в электролитическую ванну с раствором серной кислоты и медного купороса. Катодом служит лист чистой меди. Электрический ток переносит на катод только медь. Золото, платина и серебро опускаются на дно ванны, а другие примеси остаются в растворе. С помощью электролиза получают и многие другие цветные металлы. В первую очередь алюминий.

Получать алюминий тоже очень сложно. Глинозем (оксид алюминия) — исходный продукт для его получения — плавится при 2050° С (это почти в 2 раза выше температуры плавления меди), да еще не отдает кислород углероду. Поэтому, чтобы снизить температуру плавки, приходится растворять глинозем в расплавленном криолите — минерале, в состав которого входят алюминий, натрий и фтор. Точка плавления этого раствора ниже 1000° С, а такую температуру легче получить.

В электролитической ванне молекулы глинозема распадаются на составные части — ионы алюминия и кислорода. Электрический ток разносит их в разные стороны. Алюминий осаждается на катод, которым является угольное дно самой ванны. Отсюда его потом и собирают.

Так же с помощью электролиза получают титан, магний, кальций, бериллий и другие металлы, разлагая их соединения с хлором. Хлористые соли этих металлов нагревают до 500—700° С и заливают в ванну с электролитом.

Однако цветные металлы можно получать и без нагрева — с помощью жидкости. Есть целая отрасль — гидрометаллургия. Металл переводят в раствор с помощью химического растворителя — воды или растворов кислот, щелочей и солей.

Из раствора чистый металл извлекают разными способами. В одних случаях с помощью электролиза (см. Электрический ток), в других прибегают к обменным химическим реакциям, но тоже в электролизной ванне. Суть их в том, что анодом служит какой-либо другой металл, который отдает в раствор свои ионы. А из раствора извлекают ионы нужного металла. Так получают, например, цинк.

В рудных концентратах цветных металлов присутствует ряд элементов. Поэтому и у нас есть комбинаты, получающие из концентрата (его называют комплексным или полиметаллическим) около 20 химических элементов. Их последовательно извлекают из раствора каждый раз особым реактивом. Для этого применяют иониты — особые синтетические смолы. Они обладают избирательной способностью: погруженные в соответствующий раствор, забирают из него только один элемент, скажем ионы золота. Иониты значительно ускоряют и удешевляют получение металлов. С их помощью можно даже извлекать драгоценные металлы из морской воды.

В последнее время все большее распространение получает бактериальное выщелачивание. Некоторые виды бактерий растворяют в воде определенные металлы или их соединения, а также вредные примеси (например, мышьяк). Одни бактерии растворяют медь, уран, цинк, кобальт, марганец и другие элементы. Для растворения и извлечения золота применяют бактерии, выделенные из рудниковых вод золотоносных приисков. Аппаратура для бактериального выщелачивания очень проста. Это дает возможность резко снизить себестоимость полезных ископаемых и значительно увеличить их добычу за счет использования бедных руд и отвалов из отходов обогащения руды, шлаков и др.

А что же ждет металлургию в будущем? Неужели человечеству, чтобы удовлетворить свои потребности в металле, придется постоянно строить гигантские заводы? Ведь не следует забывать, что металлургия в основном имеет дело с огнем: чтобы расплавить руду или сталь, их нужно нагреть до высокой температуры. А пирометаллургия, использующая высокотемпературные методы получения металлов, сжигает кислород воздуха, засоряет атмосферу продуктами сгорания, тратит много пресной воды на охлаждение агрегатов. Короче говоря, наносит вред природе. Поэтому ученые разработали новые пути развития металлургии. Это, прежде всего, прямое получение железа из руды, минуя доменный процесс (см. Железо, сталь, чугун). Установки прямого получения, которые полностью автоматизированы и надежно герметизированы, будут выплавлять из руды металлические слитки или чистый железный порошок. А потом слитки или порошок, упакованный в контейнеры, доставят на машиностроительные заводы, где из них изготовят изделия либо обычным методом, либо методом порошковой металлургии. Эти заводы вовсе не обязательно делать такими огромными, как существующие. Наоборот, и они будут маленькими и, как предполагают ученые, в некоторых случаях мобильными, т. е. подвижными. На баржах или с помощью вертолетов их будут доставлять к небольшим месторождениям руды, разработка которых сейчас считается невыгодной. Мини-заводы, полностью автоматизированные, сделают разработку этих месторождений экономически целесообразной.

Быстрыми темпами развивается электрометаллургия, все более широкое применение находит электричество на всех последующих стадиях обработки металлов. На очереди — создание полностью автоматизированного металлургического производства, управляемого электронными вычислительными машинами.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

В нашей стране много полезных ископаемых, которые используют в производстве, ЖКХ, медицине и других сферах. Многие из них находятся на большой глубине, поэтому их добыча требует немалых усилий.

План описания полезного ископаемого

Описание полезного ископаемого
Область применения
Места добычи

Нефть

Описание

Самым известным полезным ископаемым в России является нефть. Она представляет собой вязкую жидкость, которая способна воспламеняться. Ее отличает черный цвет. Она может быть с примесями бурого или коричневого оттенков. У нефти имеется специфический неприятный запах.

Область применения

Раньше нефть использовали только в качестве масла, которое долго горело. Но позже научились очищать ее, получая керосин. Сегодня сферы применения нефти обширны. Из нее делают:

бензин,
дизельное топливо,
пластмассу,
искусственные волокна для тканей,
пищевые продукты, например, жвачку.

Не обходится без этого вещества косметология и медицина. Частички нефти есть в вазелине и губной помаде.

Места добычи

Месторождений нефти на территории страны не так уж мало. Добыча ведётся в Красноярском крае, Ханты-Мансийске. Богаты нефтью Урал, Ямало-Ненецкий автономный округ и Сибирь. Залежи полезного ископаемого расположены на Дальнем Востоке и Северном Кавказе.

Справка: нефть похожа на черное масло с едким запахом. Она может гореть. Ее перерабатывают для изготовления бензина, искусственных материалов, а также пластмассы.

Железная руда

Описание

Россия всегда была в пятерке стран по запасам железной руды. Это природный минеральный элемент, богатый металлом. При обработке такого минерала получают железо.

Область применения

Сама по себе руда не так ценна, как материал, который получают при ее переработке. На заводах из руды плавят чугун, переплавляют его в сталь. Руды частично используют как краситель. Одним из образованных материалов также является само железо.

Места добычи

Есть необычное место, которое является крупной залежью полезного ископаемого, — Курская магнитная аномалия. Находится оно в пределах Белгородской, Курской и Орловской областей. Найти железную руду также можно в Карелии, Якутии и на Урале.

Справка: железная руда по своей природе является полезным ископаемым, богатым металлами. Из нее выплавляют железо, чугун или перерабатывают в сталь.

Каменный уголь

Описание

Уголь является полезным ископаемым, образующимся в течение долгого времени. Глубоко под землей происходят изменения в торфянниках, после которых получается твердое вещество. По цвету уголь серый или черный.

Область применения

Каменный уголь применяется в качестве топлива, так как он хорошо и долго горит. При переработке этого полезного ископаемого получают различные металлы. Например, цинк и свинец. Когда уголь прогорает, то от него остается зола. Ее используют для производства керамики, строительных материалов. Зола служит также хорошим удобрением для почвы.

Места добычи

Самый богатый углем регион — Кемеровская область. Добыча ведется в:

Красноярске,
Иркутской области,
Забайкалье,
Хакасии,
Иркутской области,
Якутии и других регионах.

Справка: каменный уголь — это твердое вещество, которое появляется в результате долгого разложения под землей. Он применяется в качестве топлива, а его продукты горения — для изготовления строительных материалов.

Калийная соль

Описание

Калийную соль можно найти в магазине в виде розовых, коричневых или сероватых гранул. Но на местах своего зарождения калийная соль выглядит как плотный осадок. Это минеральное вещество оседает пластами на дне калийных водоемов в результате испарения воды.

Область применения

Сферы использования калийной соли достаточно велики. Это сельское хозяйство, производство пиротехники, медицина, изготовление красок. Калийную соль в небольшом количестве добавляют в пищу.

Места добычи

Крупное месторождение данного ископаемого в России находится в Волгоградской области. Его называют Гремячинским. Добыча ведется в Пермском крае и Иркутской области. Незначительные запасы есть в Калининграде и Оренбурге.

Справка: калийная соль появляется после высыхания водоемов, богатых данным веществом. Калийную соль используют преимущественно для удобрения земли.

Золото

Описание

Золото можно найти повсюду. В небольшом количестве оно есть в море, горных породах и даже почве. Его добывают, промывая речной песок. Само по себе золото представляет желтый по цвету металл. Он очень мягкий. Иногда встречается золото с красноватым оттенком. Все потому, что оно бывает смешано с медью.

Область применения

Полезное ископаемое используется для изготовления ювелирных украшений. Раньше золото применяли для производства разменных монет, но теперь их чаще делают для коллекционирования. Золото можно найти в некоторых электрических приборах, потому что металл является хорошим проводником тока. В стоматологии золотом покрывают зубные коронки.

Справка: золото является драгоценным металлом, которое часто находят после промывки речного песка. Золото представляет высокую ценность и применяется для создания украшений.

Области металлургии

В металлургии различают несколько областей:

Чёрную. Она включает в себя производство таких металлов как чугун, сталь и железо. Это чёрные металлы, производство которых требует много материалов, в том числе и каменный уголь;
Цветную. Это добыча разных руд и процесс их дальнейшего обогащения. Цветные металлы обрабатывают разными способами, получая из них новые сплавы;
Плазменную. Из руд извлекают металлы, а затем подвергают их обработке. Для обработки применяют мощные плазменные реакторы и печи, а также технологию плазменного нагрева, чтобы придать процессу плавления максимальную интенсивность;
Порошковую. Задача порошковой металлургии — получение из металлов разных порошков, которые применяют для изготовления изделий. Также в этой отрасли используют композитные технологии, соединяя металлы и неметаллы.

Технологии металлургии

В металлургии используют специальные технологии добычи металлов:

пирометаллургию. Все процессы плавления, обжига и другие технологии протекают в условиях высоких температур;
гидрометаллургию. Металлы извлекают из руды, а потом выделяют из них растворы, применяя электролиз;
биотехнологии. Извлечь из руды металл можно, используя живые микроорганизмы для реакций биоокисления или биосорбции.

Ежегодно развитие экономики требует новых запасов металлов. Известно, что природные ресурсы не безграничны, поэтому одна из основных задач металлургов, кроме развития геологоразведочной отрасли — повторное применение того или иного металла.

Есть несколько металлов, которые уже давно нашли широкое применение в разных отраслях человеческой деятельности. Это сталь (её ежегодное потребление составляет больше 90%), свинец, а также медь и алюминий. Из редких металлов следует отметить добычу платины, теллура, осмия и золота.

Сферу строительства невозможно представить без использования железа и стали. Они обладают высокой износостойкостью и замену им найти практически невозможно. Что касается прочного алюминия, именно он, благодаря его низкой плотности, применяется при строительстве самолётов.

Одно из главных свойств меди — высокая степень теплопроводности, поэтому она широко применяется для изготовления электрических кабелей. Золото активно используют для производства ювелирных украшений. Также из него делают электрические соединения, не подверженные реакции окисления.

История металлургии

Металлургия начала развиваться ещё в эпоху каменного века. Есть несколько исторических вех её развития. Согласно археологическим раскопкам, наши древние предки уже в 6 в. до н.э. активно использовали железо, попавшее на Землю в составе метеоритов. Люди постепенно осваивали обработку серебра и олова.

В эпоху бронзового века (5500 лет назад) люди научились получать из горных пород олово и медь, из которых у них случайно вышла бронза. Во времена железного века (1200 лет назад) из руды стали извлекать железо. Его главными добытчиками считают древних римлян, преуспевших в искусстве ковки, а четь изобретений технологий металлообработки и добычи принадлежит китайцам.

Независимо от того, в каком уголке земного шара развивалась металлургия, все люди пользовались классическим сыродутным методом, с помощью которого осуществлялась выплавка меди и свинца.

Далее последовала эпоха, называемая этапом цементации. Железо стали закаливать, оно превратилось в металл гораздо прочнее бронзы. Однако процесс освоения людьми этой технологии занял около тысячи лет.

В период Средневековья высота плавильных печей уже составляла три метра, а работали они с применением энергии, получаемой через воду. Эти печи назывались штукофенами и стали стимулом для того, чтобы чёрная металлургия вышла на очередной виток развития. В эпоху Возрождения появились новые виды печей, которые назвали блауофенами. После них появились доменные печи громадных размеров. Они работали 24 часа в сутки, выпуская до полутора тысяч тонн чугуна отменного качества.

В конце XIX, начале XX века появились новые технологии производства металлов. Речь идёт о бессемеровском, томасовском и, наконец, мартеновском способах. Они помогли людям в разы увеличить производственные объёмы с выпуском металлов от шести тонн в час. Спустя 50 лет появились безостановочная разливка стали и метод кислородного дутья. На современном этапе учёные активно развивают разные технологии обогащения руд и производства стали в электрических печах.

Газы в металлургии

Пирометаллургия — отрасль, подразумевающая постоянное газообразование. Газы должны регулярно удаляться из печей вместе с пылью. Они бывают технологическими и топливными.

Образование технологических газов происходит во время протекания сложных процессов. Они состоят из углекислоты, водных паров, оксида углерода и сернистого ангидрида. Также при некоторых процессах в металлургии наблюдается выделение газообразного хлора и других хлоридов. Когда топливо сгорает, происходит выделение углекислоты и водного пара. Температура газов, выделяющихся во время реакций, составляет от 800 до 1300С, но иногда она бывает и больше.

Сейчас на любом металлургическом производстве используются комплексные технологии переработки газов:

с применением оксида серы;
высокие температуры;
процесс обезвоживания и т.д.

Профессия металлурга включает несколько специализаций. Есть рабочие-металлурги, а есть инженеры. Среди рабочих направлений выделяют:

сталеваров. Они владеют всеми известными технологиями производства стали;
плавильщики. Они занимаются плавлением металлов, знают, из чего они состоят и при каких температурах процесс плавления будет наиболее эффективным;
специалисты доменных печей. Их задача — убирать из печей отходы производства, чтобы качество металлов всегда оставалось на должном уровне;
разливщики. Они принимают жидкие металлы и разливают их в специальные формы;
нагревальщики. Они не только нагревают доменные печи, но и готовят их к работе;
машинисты кранов. Они перемещают с помощью металлургических кранов необходимые производственные элементы. Такой крановщик занимается организацией всего рабочего процесса в цехе.

Задача инженеров-металлургов — управление производственным процессом от и до. Они разрабатывают способы, применяемые при плавлении разных металлов и изготовлении разных изделий. Инженеры занимаются вопросами безопасности на производстве — с целью сохранения экологического фона. Также они контролируют качество производимой продукции и проводят ряд мероприятий в области маркетинга.

Таким образом, профессия металлурга объединяет несколько разных специальностей, а металлургия — это динамично развивающаяся сфера, без которой невозможно себе представить развитое и цивилизованное общество. И поскольку внутри отрасли есть большое число направлений, то каждый может выбрать наиболее интересную и подходящую ему профессию.

Слайд 1

Слайд 2

Слайд 3

Структура На сегодняшний день металлургия – это мощнейшая отрасль промышленности. Кроме того, она – обширное понятие, которое включает в себя: Непосредственное производство металлов. Обработку металлических изделий как в горячем, так и холодном виде. Сварку. Нанесение различных металлических покрытий. Раздел науки – материаловедение. Данное направление в теоретическом изучении физико-химических процессов ориентируется на познание поведения металлов, сплавов и интерметаллидов.

Слайд 4

Разновидности Во всем мире существует две основные отрасли металлургии – черная и цветная. Такая градация сложилась исторически. Черная металлургия заключается в обработке железа и всех сплавов, в котором оно присутствует. Также эта отрасль подразумевает извлечение из недр земли и последующее обогащение руд черных металлов, сталелитейное и чугунолитейное производство, прокат заготовок, производство ферросплавов. К цветной металлургии причисляют работу с рудой любого металла, кроме железа. Кстати, цветные металлы условно делят на две большие группы: - Тяжелые (никель, олово, свинец, медь). - Легкие (титан, магний, алюминий).

Слайд 5

Слайд 6

Легирование Этот процесс заключается в изменении состава стали посредством внедрения в нее рассчитанных концентраций вспомогательных элементов для последующего придания ей определенных свойств. В числе наиболее часто применяемых легирующих компонентов значатся: марганец, титан, кобальт, вольфрам, алюминий.

Слайд 7

Мировые тенденции развития металлургии В последние годы наблюдается чёткое повышение объемов выпуска металлопроката, стали и чугуна. Во многом это объясняется настоящей экспансией Китая, который стал одним из ведущих планетарных игроков на рынке металлургического производства. При этом различные факторы металлургии позволили Поднебесной отвоевать себе практически 60% всего мирового рынка. Остальную десятку основных производителей составили: Япония (8%), Индия и Соединенные Штаты Америки (6%), Россия и Южная Корея (5%), Германия (3%), Турция, Тайвань, Бразилия (2%). Если же рассматривать отдельно 2015 год, то наблюдается тенденция снижения активности производителей металлопродукции. Причем самый большой спад отмечен в Украине, где был зафиксирован результат, который на 29,8% ниже прошлогоднего.

Слайд 8

Слайд 9

Читайте также: