Metalurji;
Daha Fazla Bilgi
Kimyasal Yönü;
Fiziksel Yönü;
Konsantrasyon
Metal içeren minerallerin gang minerallerinden mümkün olduğu oranda ayrılması ve yüksek tenörlü ayrı bir ürün olarak toplanmasıdır.
Metal Ekstraksiyonu (Metal Üretimi)
Konsantrasyon işlemini takip eden bu adımda; sıcaklığın hakim olduğu piro yöntemler ile ya da sulu ortamların hakim olduğu hidro yöntemler ile yapılır.
Pirometalurjik Rafinasyon
Safsızlıkların oksidasyonu ve ardından istenen metalin çok dikkatli bir şekilde de oksidasyonu temin edilerek yapılır.
Metalurjinin Tarihi Gelişimi
İnsanlığın metaller ile ilk teması en eski çağlara kadar gider. Metallerin insanlık tarihinde oynadıkları rol ve istifade imkanları , metaller hakkındaki bilgilenme ile doğrudan ilgilidir.
Daha Fazla Bilgi
Gevrek taş aletler yerine bunların dövülerek şekillendirilebilir olduğunu görmüştür. İlk defa dövülmüş bakırın kullanılmasının MÖ 4500 yıllarına rastladığı ve ancak bundan 2000 yıl sonra cevherlerden bakırın üretilebildiği sanılmaktadır. Altın, gümüş ve bakırın arkasından demirin kullanıldığı, ancak diğerlerine kıyasla keşfedildiği yerde sır olarak tutulduğu dikkati çekmektedir. Çünkü demir, daha önce bakırlı kalay cevherlerinin birlikte ergitilmesi ile elde edilen bronzdan (tunç) daha serttir ve silah yapımı için üstün özelliklere sahiptir.
Ayrıca demirin redüklenmesi bakıra göre daha zor olduğu için ilk keşfedildiğinde, önceleri ancak sünger demir şeklinde kısmen redüklenmiş olan ve beraberinde redüklenmemiş oksit ve silikatlı empüriteleri ihtiva eden bir bileşik elde edilebilmekte idi. Bu madde belli bir sıcaklıkta dövüldüğünde yalnızca bu empüriteler ergiyor ve geriye ham demir kalıyordu. Bugün ki dökme demirlerin değişik yöntemler ile çok önceleri üretilmiş olmasına rağmen, yüksek karbonlu alaşımlarının yapılması ve sonra da bunların karbonundan temizlenmesi, yani bugün ki ÇELİK özelliğinin elde edilmesi ancak son 200 yılda başarılabilmiştir; Bunda 18.yy’ın sonlarında odun yerine kömürün kullanılmaya başlanması ve 19.yy’ın ortalarında BESSEMER PROSESİ ile ilk defa sıvı ham demirden çelik üretilmesinin payı büyüktür. Bundan sonra demir-çelik konusundaki gelişmeler baş döndürücü bir hızla ilerlemiştir. Metallerin keşif ve üretimi bakır, tunç, pirinç ve demir sırasına göre olsa da, bu sıra dünyanın her yerinde aynı değildir. Bazı yerlerde demir devrinin başa geçtiği görülür.
Bu konuda gerçek olan bölge halkının söz konusu metaller ile olan ilk temasının tamamen tesadüfi olması ve bölge özelliğine bağlı bulunmasıdır. Civanın keşfi bakır kadar eskilere dayanmakta ve Romalılar bunu altının ‘amalgamasyon’ tekniği ile kazanılmasında kullanmaktaydılar. Saf çinkonun son yüzyıla kadar keşfedilmemiş olmasına rağmen yine Romalılar tarafından bakır cevherleri ile birlikte karışık olarak izabe edilmesi sonucunda pirinç alaşımı şeklinde kullanıldığı bilinmektedir. Alüminyum üretimi ancak 1886 yılından itibaren, magnezyum ise 20.yyın ortalarından itibaren mümkün hale gelmiştir. II. Dünya harbi yılları ise uranyum, berilyum, niobyum, titanyum ve zirkonyum gibi stratejik metallerin keşfedildiği devredir.Anadolu’da metal üretimi çok eski tarihlere dayanmaktadır. Bakırın MÖ 7000 yıllarında üretildiği (Çin ve Avrupa’da bakırın en eski tarihi MÖ 4000) ve mevcut eski curuf yığınlarından Anadolu’nun bakırın eski dünyaya yayılışının çıkış noktası olarak kabul edilebileceği anlaşılmaktadır.
Yine Anadolu’da MÖ 3000 yıllarında simli-kurşun cevherlerinden gümüş ve kurşunun ilk önce Trabzon civarında üretildiği, hatta o tarihlerde üretilen gümüşün bir kısmının Mısır altınları ile değiştirildiği bilinmektedir. Halen işletilmekte olan Ergani bakır yatakları MÖ 2000 yıllarında Asurlular, Küre bakır madeninin eski Yunanlılar ve Romalılar, Bolkar dağı kurşun-gümüş madeninin ise MÖ 2500-3000 yıllarında Hititler tarafından işletildiği de ayrıca bilinmektedir. Yukarıda da işaret edildiği gibi, Mezopotamyalılar, Mısırlılar, Yunanlılar ve Romalılar Cu, Au, Fe, Pb, Hg, Ag ve Snı ilk defa kullanan kavimlerdir. Bu yedi metalin ilk tarihi metaller olmasına önemli nedenler vardır. Bu metallerin bazısına bit durumda bulunabilmektedir (Au, Ag, Cu, Fe (Meteorit) ve Hg gibi) .Özellikle Cu, Fe, Sn ve Pb 800 °C veya daha düşük sıcaklıkta kolaylıkla redüklenebilmektedir. (Tablo 1.1). Bu sıcaklıklar ise karbon cinsi yakıtlar ile kolaylıkla sağlanabilmektedir. Bu metallerin bazılarının ergime sıcaklıkları düşüktür (Örneğin, Pb ve Sn gibi); Civa ise oda sıcaklığında bile sıvıdır ve bu durum kolay üretimin bir nedenidir.
Altın
Bu konuda eski haritalar MÖ 1350 yıllarında Mısır’da bir altın madeni olduğunu göstermektedir.
Daha Fazla Bilgi
Altının kuvars esaslı kayaçlar içerisinde bulunması durumunda ise kayaç parçaları önce çekiçler ile kırılmakta, öğütülmekte ve öğütülmüş kısımlar eğik bir tabla üzerinde yıkanmaktadır. Bu konuda bazı madenlerde çok eski zamanlardan kalma taş malzemeden öğütücüler ve taş tablalara rastlanmıştır. Yine bu tarihlerde civanın bulunduğu ve amalgamasyon tekniğini ile altının kazanılmasında kullanıldığı bilinmektedir.
Kurşun
Galen (PbS) metalik görünüşü nedeniyle hemen dikkati çekmiştir.
Daha Fazla Bilgi
PbS+3/2O2 PbO+SO2
PbO+C Pb+CO2
ve teşekkül eden metalik kurşun, yığının tabanından, sızıntı şeklinde alınmakta idi.
Civa
Civanın eski Çinliler ve Hintliler tarafından bilindiği ve Mısır mezarlarındaki kanıtlardan bunun tarihinin MÖ 1500-1600 olduğu zannedilmektedir.
Daha Fazla Bilgi
Demir
Eski devirlerden kalan demir parçalarının araştırılması ile demirlerin meteorit esaslı olup olmadığı kolayca anlaşılabilen numuneler üzerinde incelemeler yapılmıştır.
Daha Fazla Bilgi
Gümüş
Eski tarihlerde işlenen gümüşün en büyük kaynağının Arjantin demir-kurşun cevherleri olduğuna inanılmaktadır.
Daha Fazla Bilgi
Kalay
Tek başına veya bronz (Cu-Sn) şeklinde kalayın eskiden beri kullanıldığı bilinmektedir.
Daha Fazla Bilgi
Elektrometalurjinin Başlaması
Daha Fazla Bilgi
Metalik sodyumun kazanılması için demir katot ve nikel anotlu bir hücrede eriyik NaOHun elektrolizi (1866 Castner Prosesi). Daha ucuz olan sodyumun, klorürlerinden alüminyum redüklenmesinde kullanılması (St.Claire-Deville Prosesi) ile alüminyum fiyatları o tarihlerde 20 kat düşmüştür.1886 yılında Fransada Heroult ve Amerikada Hall, kryolit içinde Al2O3 çözündürülmüş bir ergiyik banyodan elektroliz yolu ile alüminyumun öretilmesi konusunda patent almışlardır. Bu proses 1887 yılında endüstriyel boyutlarda uygulamaya sokulmuştur. Alüminyumun ticari seviyede ve ucuz olarak üretimini takiben, yukarıda da işaret edildiği gibi, aşağıdaki reaksiyon gereği diğer metal oksitlerin redüklenmesinde de kullanılabildiği bilinmektedir;
3MeO+2Al Al2O3+3Me
1894 yılında Goldschmidt yukarıdaki prosesi Cr ve Mnın üretiminde kullanmıştır. Elektriğin ucuz üretilmesi halinde metalurjik fırınların ısıtılmasında ve elektrolitik rafinasyon işlemlerinde geniş bir kullanım ve avantaja sahip olduğu da ayrıca bilinmektedir.
1.Üretim Metalurjisi
Daha Fazla Bilgi
Üretilebilmeleri için gerek yan kayaçlarından ve gerekse bu elementlerden ayrılmaları gerekir. İşte; cevherlerden metallerin üretilebilmeleri için geliştirilen fiziksel ve kimyasal temelli işlemler, üretim metalurjisinin konularını oluştururlar. Üretim yönteminde rol oynayan faktörler ise; Cevherin Mineral Yapısı, Tenörü, Üretilmesi Planlanan Metalin Saflık Derecesidir.
Bu faktörlerin ışığı altında üretim metalurjisi;
Pirometalurji,
hidrometalurji,
elektrometalurji olarak üçe ayrılır.
1.1.Pirometalurji
Pirometalurjik işlemlerin bir kısmı asıl ekstraksiyon kademesine uygun bir kimyasal bileşiğe dönüştürmek için de yapılmaktadır. Metalurjik ön hazırlama başlığı içerisinde yer alan bu işlemlerin bir kısmı (kavurma, sinterleme ve kalsinasyon gibi) kuru kimyasal yöntemler olarak da anılmaktadır. (Isıya dayanıklı fırınlar gerekir.)
1.2.Hidrometalurji
Sulu çözücü ortamda malzeme içerisindeki metalik mineral bozunarak metal iyon halinde sulu çözeltiye geçmekte, metal içermeyen kısım ise ya kısmen çözünerek çözeltiye geçmekte veya tamamen katı artık içerisinde kalmaktadır. Bu kısım metal kazanma kademesinden önce katı-sıvı ayrımı ile ayırt edilir. Metallerin bu şekilde uygun çözücüler vasıtasıyla çözeltiye alınması işlemine Liç denir. Tüm bu işlemler için sulu ortam korozyonuna dayanıklı ekipman gerekir.
1.3.Elektrometalurji
Pirometalurjik uygulamalar daha çok yüksek sıcaklıklara dayanıklı fırınları, hidro uygulamalar ise sulu ortam korozyonuna dayanıklı ekipmanı gerektirir. Elektrometalurjik donanımlarda aranan özellikler ise bu uygulamanın piro veya hidro sahada uygulanmasına göre değişir.
METALURJİNİN SINIFLANDIRILMASI
– Metalurji, konuları itibariyle iki ana grupta incelenebilir.
– ÜRETİM METALURJİSİ(Ekstraktif-Üretim-Kimyasal Metalurji)
– FİZİKSEL METALURJİ (Malzeme veya Kullanma Metalurjisi)
2.Fiziksel Metalurji
Daha Fazla Bilgi
Döküm, ısıl işlem, şekil verme, korozyon ve kaplama gibi fiziksel metalurji tatbikatlarını takiben malzemenin kazandığı yüzey ve iç yapı özelliklerinin tespiti ve incelenmesi için çok çeşitli yöntemler geliştirilmiştir.
Daha Fazla Bilgi
Döküm; ergimiş metal veya alaşımların arzu edilen şekil ve büyüklükteki kalıplar içine dökülüp soğutulmasıdır. Isıl işlem; döküm ve şekil değiştirmeler sonunda iç yapıda meydana gelen gerilmelerin yok edilmesi, mukavemet, sertlik, elastisite gibi kalıcı özelliklerin kazandırılması için katı metal ve alaşımların belirli sıcaklıklarda (ergime sıcaklığının altında) ıstılıp özel ortamlarda soğutulmalarını kapsar. Şekil verme; daha çok haddeleme, dövme, tel çekme, presleme gibi mekanik şekillendirmeler için kullanılan terimdir.
Özellikle plastik şekil verme diye de isimlendirilebilen bu tür işlemler sonunda malzeme özellikleri, döküm yoluyla elde edilenden daha üstündür. Ekstrüzyon yani haddeleme yolu ile çubuk ve alüminyum tüp imali, delme ve çekme yolu ile dikişsiz boru imali işlemleri yapılmaktadır. Bu bilim alanında kendi içinde gruplama yapmak gerekirse fiziksel metalurjinin daha çok metallerin fiziksel özellikleri, kristal yapıları, empürite etkileri, alaşımlar, ısıl işlem ve metalografik incelemeleri içine aldığı; toz metalurjisinin son ürüne varana kadar metal tozlarının hazırlanması ve işlenmesi; mühendislik metalurjisinin ergimiş durumdaki metallere ait işlemler (döküm, kaynak vb.); mekanik metalurjinin ise daha çok katı durumdaki metal işlemleri (çekme, dövme ve haddeleme vb.) gibi konular ile uğraştığı söylenebilir. Korozyon ile ilgili bilim dalı ise iyonize olmuş sıvının (elektrolit) metalik malzeme ile reaksiyon yapması gibi konularla uğraşır. Doğada duraylı olan metal bileşiklerden oksitler, hidroksitler, karbonatlar, sülfatlar vs. bu tarzda meydana gelirler.
Belli başlı aşındırıcı maddeler ise; asitler, alkaliler, rutubetli hava, tatlı veya tuzlu su, endüstriyel su ve atıklardır. Endüstriyel olarak malzemeyi korozyondan korumak iki şekilde mümkündür; Söz konusu şartlarda korozyona daha dayanıklı metaller kullanmak (platin, altın, gümüş, krom, bakır, nikel, kurşun) Kolaylıkla korozyona uğrayacak metali yüzeyini elektrogalvaniz yöntemlerinden faydalanarak korozyona daha dayanıklı malzeme ile kaplamak.