Metallurgie
Metallurgie (Oudgrieks: μέταλλον métallon: (mijn) metaal, erts en ἔργον érgon: werk) is een deel van de metaalkunde en is de technische praktijk en achterliggende wetenschap van het vinden/delven van ertsen en van hun bewerking tot bruikbaar metaal.
De metallurgische wetenschap bestudeert de natuur- en scheikundige gedragingen van metalen en legeringen.
Het deelgebied extractieve metallurgie, ook kortweg metallurgie genoemd, houdt zich bezig met het winnen van metalen uit ertsen of afvalstromen.
Een metallurgisch ingenieur (metallurg) probeert de structuur van een gegeven metaal zodanig te wijzigen, dat het betreffende metaal de specifieke eigenschappen krijgt die de mechanisch, elektrisch, of bouwkundig ingenieur voor zijn werk nodig heeft. Men wil uiteindelijk de volgende eigenschappen bereiken:
- Mechanische eigenschappen (zoals treksterkte)
- Corrosiebestendigheid (zoals bij roestvast staal)
- Elektrische eigenschappen (zoals de geleidbaarheid van aluminium en koper).
Vanaf de winning van het erts tot aan de productie van een bruikbaar voorwerp behelst de metallurgie verschillende technologische stappen.
MijnbouwBewerken
De eerste stap in de bereiding van metaal is het vinden van de delfstoffen waarin het gezochte metaal zich, meestal in chemisch gebonden toestand, bevindt: het metaalerts. Chemisch ongebonden, zuiver metaal, komt in de natuur weinig voor.
Extractieve metallurgieBewerken
De volgende stap is de extractieve metallurgie, waarmee het chemisch gebonden metaal langs chemische weg wordt vrijgemaakt uit het metaalerts. Daarbij zijn de volgende chemische bewerkingen mogelijk:
- pyrometallurgie: de benodigde reactie: reductie van oxide (m.n. ijzererts) of van sulfide (onder andere kopererts) tot metaal wordt gestimuleerd door warmte waardoor het smelt. Enkele veelgebruikte installaties zijn de hoogoven, het wervelbed en de elektrische boogoven.
- hydrometallurgie: de reacties verlopen in een waterig milieu. Voorbeelden van gebruikte technieken zijn logen en precipitatie.
- elektro-winning: elektrische stroom zorgt voor de reductie van het metaalion naar het gewilde metaal. Dit kan door elektrolyse in waterig milieu gebeuren (bijvoorbeeld bij de bereiding van zink), maar ook in gesmolten zouten, zoals bij de aluminiumproductie.
MetaalbereidingBewerken
Na de chemische extractie volgt de fysische bereiding van het benodigde eindmateriaal. Voor het verkrijgen van bruikbaar materiaal worden er in de smeltkroes, door middel van verhitting, mengsels bereid van een metaal waaraan andere metalen of niet-metalen worden toegevoegd. Bij de vorming van dergelijke mengsels (legeringen) is de nauwkeurigheid (de verhouding tussen de verschillende ingrediënten) van groot belang. Hoogwaardig staal bestaat uit een mengsel van ijzer met een groot aantal toevoegingen die zijn eigenschappen, bijvoorbeeld de treksterkte, beïnvloeden.
WarmtebehandelingenBewerken
Voordat het materiaal gegoten is zijn er verscheidene warmtebehandelingen om de gewenste eigenschappen te bereiken:
Door bijvoorbeeld een werkstuk snel af te koelen, of juist heel geleidelijk, wordt de microstructuur beïnvloed. Een voorbeeld is het harden van staal door het af te schrikken, waarbij martensiet wordt gevormd.
VormgevingBewerken
Ook de vorm kan worden aangepast met een vormgevingsstap:
en ook hierbij verandert de microstructuur en de eigenschappen. Staaldraad wordt bijvoorbeeld vele malen sterker door hem te trekken, omdat de perlietstructuur meer volgens de trekas georiënteerd wordt.
Zie ookBewerken
