Verhüttung ist eine Form der Ex-Zugmetallurgie; sein Hauptgebrauch soll ein Metall von seinem Erz erzeugen. Das schließt Produktion von Silber, Eisen, Kupfer und anderen Grundmetallen von ihren Erzen ein. Verhüttung verwendet Hitze und einen chemischen abnehmenden Agenten, um das Erz zu zersetzen, andere Elemente als gasses oder Schlacke vertreibend und gerade das Metall hinten verlassend. Der abnehmende Agent ist allgemein eine Quelle von Kohlenstoff wie Cola, oder in früherer Zeitholzkohle. Der Kohlenstoff (oder Kohlenmonoxid ist darauf zurückzuführen gewesen), entfernt Sauerstoff vom Erz, elementares Metall zurücklassend. Der Kohlenstoff wird so in zwei Stufen oxidiert, das erste Kohlenmonoxid und dann Kohlendioxyd erzeugend. So sind die meisten Erze unrein, es ist häufig notwendig, Fluss zu verwenden wie Kalkstein, den Begleitfelsen gangue als Schlacke zu entfernen.

Werke für die elektrolytische Verminderung von Aluminium werden auch allgemein Schmelzer genannt. Diese schmelzen Aluminiumoxyd nicht, aber lösen es stattdessen im Aluminiumfluorid auf. Sie verwenden normalerweise Kohlenstoff-Elektroden, aber neuartige Schmelzer-Designs verwenden Elektroden, die im Prozess nicht verbraucht werden. Das Endprodukt ist geschmolzenes Aluminium.

Prozess

Verhüttung schließt mehr ein als gerade das Schmelzen vom Metall aus seinem Erz. Die meisten Erze sind eine chemische Zusammensetzung des Metalls mit anderen Elementen, wie Sauerstoff (als ein Oxyd), Schwefel (als ein Sulfid) oder Kohlenstoff und Sauerstoff zusammen (als ein Karbonat). Um das Metall zu erzeugen, müssen diese Zusammensetzungen eine chemische Reaktion erleben. Verhüttung besteht deshalb daraus, passende abnehmende Substanzen zu verwenden, die sich mit denjenigen verbinden werden, die Elemente oxidieren, um das Metall zu befreien.

Das Rösten

Im Fall von Karbonaten und Sulfiden hat ein Prozess gerufen "das Rösten" vertreibt den unerwünschten Kohlenstoff oder Schwefel, ein Oxyd verlassend, das direkt reduziert werden kann. Das Rösten wird gewöhnlich in einer Oxidieren-Umgebung ausgeführt. Einige praktische Beispiele:

• Malachit, ein allgemeines Erz von Kupfer, ist in erster Linie Kupferkarbonat (CuCO). Dieses Mineral erlebt Thermalzergliederung zu CuO and CO in mehreren Stufen zwischen 250°C und 350°C. Das Kohlendioxyd wird in die Atmosphäre vertrieben, Kupferoxid verlassend, das auf Kupfer, wie gezeigt, unten direkt reduziert werden kann.
• Galenit, das allgemeinste Mineral der Leitung, ist in erster Linie Leitungssulfid (PbS). Das Sulfid wird zu einem Sulfit (PbSO) oxidiert, der sich thermisch in Leitungsoxyd und Schwefel-Dioxyd-Benzin zersetzt. (PbO und SO) Das Schwefel-Dioxyd (wie das Kohlendioxyd im Beispiel oben) wird vertrieben, und das Leitungsoxyd wird als unten reduziert.

Die Verminderung

Die Verminderung ist der End-, Hoch-Temperaturschritt in der Verhüttung. Es ist hier, dass das Oxyd das elementare Metall wird. Eine abnehmende Umgebung, (häufig zur Verfügung gestellt durch das Kohlenmonoxid in einem luftverhungerten Brennofen) zieht die Endsauerstoff-Atome vom rohen Metall. Die erforderliche Temperatur ändert sich über eine sehr große Reihe, sowohl in absoluten Ausdrücken, als auch in Bezug auf den Schmelzpunkt von Grundmetall. Einige Beispiele:

• Eisenoxid wird metallisches Eisen an grob 1250°C, fast 300 Grade unter dem Schmelzpunkt von Eisen 1538°C
• Mercuric-Oxyd wird dunstiges Quecksilber nahe 550°C, fast 600 Grade über dem Schmelzpunkt von Quecksilber von-38°c

Fluss und Schlacke können einen sekundären Dienst zur Verfügung stellen, nachdem der Verminderungsschritt abgeschlossen ist: Sie stellen einen geschmolzenen Deckel auf dem gereinigten Metall zur Verfügung, es davon abhaltend, in Kontakt mit Sauerstoff einzutreten, während es noch heiß genug ist, um sogleich zu oxidieren.

Flüsse

Flüsse werden in der Verhüttung zu mehreren Zwecken, Chef unter ihnen verwendet, die gewünschten Reaktionen katalysierend und chemisch zu unerwünschten Unreinheiten oder Reaktionsprodukten bindend. Kalzium-Oxyd, in der Form von Limone, wurde häufig für diesen Zweck verwendet, seitdem es mit dem Kohlendioxyd und Schwefel-Dioxyd reagieren konnte, das während des Röstens und der Verhüttung erzeugt ist, um sie ausser dem Arbeitsumfeld zu behalten.

Geschichte

Der sieben Metalle, die in der Altertümlichkeit bekannt sind, ist nur Gold regelmäßig in der heimischen Form in der natürlichen Umgebung vorgekommen. Andere: Kupfer, Leitung, Silber, Dose, Eisen und Quecksilber, kommt in erster Linie als Minerale vor. Diese Minerale sind in erster Linie Karbonate, Sulfide oder Oxyde des Metalls, das mit anderen Bestandteilen wie Kieselerde und Tonerde gemischt ist. Das Rösten des Karbonats und der Sulfid-Minerale in Luft wandelt sie zu Oxyden um. Die Oxyde sind abwechselnd smelted ins Metall. Kohlenmonoxid war (und ist) der abnehmende Agent der Wahl für die Verhüttung. Es wird während des Heizungsprozesses leicht erzeugt, und weil ein Benzin in vertrauten Kontakt mit dem Erz eintritt.

In der Alten Welt haben Menschen zu gerochenen Metallen in der Vorgeschichte vor mehr als 8000 Jahren erfahren. Die Entdeckung und der Gebrauch der "nützlichen" Metalle — Kupfer und Bronze zuerst, dann Eisens ein paar Millennien später — hatten einen enormen Einfluss auf menschliche Gesellschaft. Der Einfluss war so durchdringend, dass Gelehrte traditionell alte Geschichte in die Steinzeit, Bronzezeit und Eisenzeit teilen.

In den Amerikas, pre-Inca Zivilisationen der zentralen Anden in Peru hatte die Verhüttung von Kupfer und Silber mindestens sechs Jahrhunderte gemeistert, bevor die ersten Europäer im 16. Jahrhundert angekommen sind.

Dose und Leitung

In der Alten Welt waren die ersten Metalle smelted Dose und Leitung. Die frühsten bekannten Wurf-Leitungsperlen wurden in der Seite von Çatal Höyük in Anatolia (die Türkei) gefunden, und haben von ungefähr 6500 v. Chr. datiert, aber das Metall kann früher bekannt gewesen sein.

Seitdem die Entdeckung mehrere Millennien vor der Erfindung des Schreibens zufällig hat, haben wir keine schriftliche Aufzeichnung darüber, wie es gemacht wurde. Jedoch können Dose und Leitung smelted durch das Stellen von den Erzen in ein Holzfeuer, das Verlassen der Möglichkeit sein, dass die Entdeckung zufällig vorgekommen sein kann.

Obwohl Leitung ein allgemeines Metall ist, hatte seine Entdeckung relativ wenig Einfluss in der alten Welt. Es ist zu weich, um für Waffen (außer vielleicht als Schleuder-Kugeln) oder für Strukturelemente verwendet zu werden. Jedoch, leicht seiend, sich zu werfen und sich zu formen, ist es gekommen, um in der klassischen Welt des Alten Griechenlands und des Alten Roms für die Rohrleitung und Lagerung von Wasser umfassend verwendet zu werden. Es wurde auch als ein Mörser in Steingebäuden, und als ein Schreiben-Material verwendet.

Dose war viel weniger üblich als Leitung und ist nur geringfügig härter, und hatte noch weniger Einfluss allein.

Kupfer und Bronze

Nach Dose und Leitung scheint das folgende Metall, um smelted zu sein, Kupfer gewesen zu sein. Wie die Entdeckung geschehen ist, ist eine Sache von viel Debatte. Lagerfeuer sind ungefähr 200 °C knapp an der dafür erforderlichen Temperatur, so ist sie vermutet worden, dass die erste Verhüttung von Kupfer in Töpferwaren-Brennofen erreicht worden sein kann. Die Entwicklung der Kupferverhüttung in den Anden, die, wie man glaubt, unabhängig davon in der Alten Welt vorgekommen ist, kann ebenso vorgekommen sein. Die frühsten aktuellen Beweise der Kupferverhüttung, zwischen 5500 v. Chr. und 5000 v. Chr. datierend, sind in Pločnik und Belovode, Serbien gefunden worden. Ein Muskatblüte-Kopf, der in der Dose gefunden ist, auf die Hasan, die Türkei und zu 5000 v. Chr., einmal vorgehabt datiert hat, die ältesten Beweise, zu sein, scheint jetzt, heimisches Kupfer gehämmert zu werden.

Die Entdeckung der Kupfer- und Bronzefertigung hatte einen bedeutenden Einfluss auf die Geschichte der Alten Welt. Metalle waren hart genug, Waffen zu machen, die schwerer, stärker, und gegen den Einfluss-zusammenhängenden Schaden widerstandsfähiger waren als ihr Holz, Knochen oder Steinentsprechungen. Seit mehreren Millennien war Bronze das Material der Wahl für Waffen wie Schwerter, Dolche, Streitäxte, und Speer- und Pfeil-Punkte, sowie Schutzzahnrad wie Schilder, Helme, Schienbein-Wächter und andere Körperrüstung. Bronze hat auch Stein, Holz verdrängt, und organische Materialien in allen Sorten von Werkzeugen und Haushaltswerkzeugen, wie Meißel, sägen Breitbeile, Nägel, Klinge, mäht Messer, Nähnadeln und Nadeln, bauchige Weinflaschen, Kochtöpfe und große Kessel, Spiegel, Pferd-Geschirre, und viel mehr. Dose und Kupfer haben auch zur Errichtung von Handelsnetzen beigetragen, die große Gebiete Europas und Asiens abmessen, und hatten eine Hauptwirkung auf die Vermögensverteilung unter Personen und Nationen.

man Kupfer mit Dose und/oder Arsen in den richtigen Verhältnissen verbindet, erhält man Bronze, eine Legierung, die bedeutsam härter ist als Kupfer. Das erste kupferne/arsenhaltige Bronzedatum 4200 v. Chr. von Kleinasien. Die Inca Bronzelegierung war auch dieses Typs. Arsen ist häufig eine Unreinheit in Kupfererzen, so könnte die Entdeckung zufällig gemacht worden sein; aber schließlich Arsen tragende Minerale wurden während der Verhüttung absichtlich hinzugefügt.

Bronzen des Kupfer/Dose, härter und haltbarer, wurden 1500 v. Chr. oder 3200 v. Chr. auch in Kleinasien entwickelt.

Der Prozess, durch den die Schmiede gelernt haben, Bronzen des Kupfer/Dose zu erzeugen, ist wieder ein Mysterium. Die ersten derartigen Bronzen waren wahrscheinlich ein glücklicher Unfall von der Zinnverunreinigung von Kupfererzen, aber vor 2000 v. Chr. wissen wir, dass Dose absichtlich für die Produktion von Bronze abgebaut wurde. Das ist in Anbetracht dessen erstaunlich, dass Dose ein halbseltenes Metall ist, und sogar ein reiches cassiterite Erz nur 5-%-Dose hat. Außerdem nimmt es spezielle Sachkenntnisse (oder spezielle Instrumente), um es zu finden und die reicheren Gänge ausfindig zu machen. Aber was auch immer Schritte gemacht wurden, um über Dose zu erfahren, wurden diese vor 2000 v. Chr. völlig verstanden.

Frühe Eisenverhüttung

Wo und wie Eisenverhüttung entdeckt wurde, wird weit diskutiert, und bleibt unsicher wegen des bedeutenden Mangels an der Produktion findet. Dennoch gibt es etwas Einigkeit, die Eisentechnologie im Nahen Osten vielleicht in Östlichem Anatolia hervorgebracht hat. Die frühsten Beweise bis heute für die bloomery Verhüttung von Eisen werden daran gefunden Erzählen Hammeh, der Jordan (sieh auch Außenverbindung), und Daten zu 930 v. Chr. (C14, der datiert).

Im Alten Ägypten, irgendwo zwischen der Dritten Zwischenperiode und 23. Dynastie (ca. 1100-750 v. Chr.) gibt es Anzeigen des Eisenarbeitens. Bedeutsam, obwohl keine Beweise für die Verhüttung von Eisen von Erz nach Ägypten in jeder Periode beglaubigt worden sind. Es gibt eine weitere Möglichkeit der Eisenverhüttung und im Westlichen Afrika vor 1200 v. Chr. arbeitend. Außerdem, wie man fand, wurden sehr frühe Beispiele von Flussstahl ungefähr 2000 Jahre vor der Gegenwart im nordwestlichen Tansania serienmäßig hergestellt, das auf komplizierten Vorwärmen-Grundsätzen gestützt ist. Diese Entdeckungen sind für die Geschichte der Metallurgie bedeutend.

Frühste Prozesse in Europa und Afrika sind mit Verhüttungseisenerz in einen bloomery verbunden gewesen, wo die Temperatur niedrig genug behalten wird, so dass das Eisen nicht schmilzt. Das erzeugt eine schwammige Masse von Eisen genannt eine Blüte, die dann mit einem Hammer konsolidiert werden muss.

Spätere Eisenverhüttung

Von der mittelalterlichen Periode hat der Prozess der direkten Verminderung von bloomeries begonnen, durch einen indirekten Prozess ersetzt zu werden. Darin wurde ein Hochofen verwendet, um Roheisen zu machen, das dann einen weiteren Prozess erleben musste, um schmiedbares Bar-Eisen zu machen. Prozesse für die zweite Bühne schließen Bestrafung in eine Schmuck-Schmiede und, von der Industriellen Revolution, puddling ein. Jedoch sind beide Prozesse jetzt veraltet, und Schmiedeeisen wird jetzt kaum gemacht. Statt dessen wird Flussstahl von einem bessemer Konverter oder durch andere Mittel erzeugt.

Grundmetalle

Die Erze von Grundmetallen sind häufig Sulfide. In letzten Jahrhunderten, reverberatory Schmelzer (manchmal zweideutig genannt Kuppeln) sind verwendet worden. Diese halten den Brennstoff und die Anklage, die smelted getrennt ist. Traditionell wurden diese verwendet, für den ersten Schritt auszuführen: Bildung von zwei Flüssigkeiten, eine eine Oxydschlacke, die die meisten Unreinheitselemente und den anderen ein Sulfid matte enthält, das wertvolle Metallsulfid und einige Unreinheiten enthaltend. Solche "Hall"-Brennöfen sind heute ungefähr 40 M lang, 3 M hoch und 10 M breit. Brennstoff wird an einem Ende verbrannt, und die Hitze schmilzt das trockene Sulfid konzentriert sich (gewöhnlich nach dem teilweisen Rösten), die durch die Öffnungen im Dach des Brennofens gefüttert werden. Die Schlacke schwimmt oben auf dem schwereren matte, und wird entfernt und verworfen oder wiederverwandt. Das Sulfid matte wird dann an den Konverter gesandt. Die genauen Details des Prozesses werden sich von einem Brennofen bis einen anderen abhängig von der Mineralogie des orebody ändern, aus dem das Konzentrat entsteht.

Neuere Brennöfen sind gestützt auf Badeverhüttung, hervorschießender Spitzenlanze-Verhüttung, Blitz-Verhüttung und Hochöfen entworfen worden. Einige Beispiele von Badeschmelzern, schließen der noranda Brennofen, der teniente Reaktor, der vunyukov Schmelzer und die SKS Technologie ein, um einige zu nennen. Hervorschießende Spitzenlanze-Schmelzer schließen den mitsubishi Verhüttungsreaktor ein. Die Blitz-Schmelzer bestehen aus mehr als 50 % der Weltkupferschmelzer. Es gibt noch viele ändert Schmelzer ebenso, einschließlich des kievset, Ausmelt, Isasmelt, Tamano, EAF und BF.

Siehe auch

• Aluminiumverhüttung
• Gusseisen
• Schlacke
• Metallurgie
• Pyrometallurgy
• Schmiedeeisen
• Zinkverhüttung

Bibliografie

• Pleiner, R. (2000) Eisen in der Archäologie. Die europäischen Bloomery Schmelzer, Praha, Archeologický Ústav Av Cr.
• Veldhuijzen, H.A. (2005) Technische Keramik in der Frühen Eisenverhüttung. Die Rolle der Keramik im Frühen Ersten Millennium Bc Eisenproduktion daran Erzählt Hammeh (Az-Zarqa), der Jordan. In: Prudêncio, I.Dias, I. und Waerenborgh, J.C. (Hrsg.). Das Verstehen von Leuten durch Ihre Töpferwaren; Verhandlungen der 7. europäischen Sitzung auf der Alten Keramik (Emac '03). Lisboa, Instituto Português de Arqueologia (IPA).
• Veldhuijzen, H.A. und Rehren, Th. (2006) Eisenverhüttungsschlacke-Bildung daran Erzählen Hammeh (Az-Zarqa), der Jordan. In: Pérez-Arantegui, J. (Hrsg.). Verhandlungen des 34. Internationalen Symposiums auf Archaeometry, Zaragoza, am 3-7 Mai 2004. Zaragoza, Institución "Fernando el Católico" (C.S.I.C). Excma. Diputación de Zaragoza.

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