Металлургия история развития: История развития металлургии

Содержание

История развития металлургии

Ранние этапы развития металлургии

Несмотря на названия периодов эволюции первобытного общества, металлургия начинает свое развитие еще в каменном веке. Самые древние потуги человека в металлообработке датируются историками шестым столетием до нашей эры. Соответствующие археологические находки, свидетельствующие об этом, были обнаружены на Пиренейском полуострове, на Балканах (в Сербии и Болгарии), в британском Стоунхендже. Правда, возраст всех этих находок установить бывает не всегда легко.

Разумеется, свои первые опыты в металлургии древний человек проводил с легкоплавкими металлами: серебром, оловом, а также железом метеоритного происхождения. Обработка металлов с более высокой температурой плавки была просто невозможной в те далекие времена. Так, в III тысячелетии до н.э. египтяне научились изготавливать довольно неплохое оружие из метеоритного железа, которое ценилось далеко за пределами Древнего Египта.

Эти прочные клинки очень скоро нарекли «небесными кинжалами».

Около 5500 лет назад человечество вступает в новую эпоху своего развития – Бронзовый век. Этот переход ознаменовался несколькими важными достижениями. Во-первых, человек научился извлекать олово и медь из горных пород. Во-вторых, ему удалось получить абсолютно новый сплав – бронзу. Однако дальнейшее развитие металлургии нуждалось в более технологичных и более сложных процессах, а потому – затормозилось на более чем два тысячелетия.

Принято считать, что технология получения железа из рудного тела впервые открылась хеттам – народу, обитавшему в Малой Азии и неоднократно упомянутому в Библии. Случилось это примерно в 1200 году до нашей эры. Именно с этой даты и начинается Железный век в развитии общества.

Следы развития черной металлургии можно увидеть в различных исторических культурах: в Древней Греции и Риме, Египте и Анатолии, Карфагене, Древнем Китае и Индии. Не лишним будет отметить, что многие из техник и методов обработки металла были изобретены китайцами, а уж затем все они были освоены европейцами.

Речь идет, в частности, о выплавке чугуна, изобретении доменной печи или гидромолота. А вот лидерами в сфере ковки металлов и горнорудной добычи, как выяснили недавно исследователи, были древние римляне.

История развития металлургии в Африке, Юго-Восточной Азии и Австралии

Как развивалась металлургия в других регионах Земли? Известно, что во второй половине I тысячелетия до нашей эры на территории Юго-Восточной Азии уже активно применяли орудия труда из кричного железа. Вначале это были биметаллические изделия, а немного позже они изготавливались целиком из железа.

Население Древнего Китая тоже было знакомо с биметаллическими вещами. Для их производства применялось железо метеоритного происхождения. Первые сведения о подобных изделиях в Китае датируются VIII веком до н.э. А вот к середине первого тысячелетия до нашей эры в этой части света начинается производство настоящего железа. Именно китайцы первыми освоили технику получения чугуна, и сделали они это намного раньше, чем европейцы.

Африканский регион тоже внес свою значимую лепту в общемировой процесс развития металлургии. Именно в Африке изобрели цилиндрический горн для производства стали, который не был известен другим народам мира. Многие историки уверены, что африканцы научились производить железо абсолютно самостоятельно, без каких-либо влияний извне. Около 2600 лет назад железо уже появилось в ряде стран и территорий «черного континента»: в Судане, Ливии и Нубии. Отдельные африканские племена, как предполагают исследователи, и вовсе «перескочили» из каменного века – сразу в железный.

В общем и целом, производство железа в Африке было полностью освоено в пределах второй половины I тысячелетия до н.э. Любопытно, что производство меди здесь освоили даже немного позже. И если из меди на этом материке делали украшения, то из железа изготавливали исключительно орудия труда.

Что касается «южной земли» – материка Австралии, то здесь черная металлургия начала развиваться только в период Великих географических открытий (в XVI-XVII веках).

Особенности развития металлургии в Америке

Для Нового Света было характерным существование сразу нескольких центров ранней металлургии. Один из таких очагов находился в Андских горах, которые славятся богатыми рудными полезными ископаемыми. Первым металлом здесь стало золото. Кроме того, в Андах производили изделия из серебра. На территории современного государства Перу во второй половине II тысячелетия до н.э. был получен сплав серебра с медью – тумбага, который стал необычайно популярен в Южной Америке.

В Центральной Америке люди познакомились с металлом лишь в первом тысячелетии до нашей эры. Причем, его сюда привезли. Племена майя освоили ремесло получения металла только к VII столетию нашей эры. Однако к этому времени их цивилизация уже подходила к своему закату.

Первым металлом Северной Америки стала медь. Затем здесь научились делать железо (вначале метеоритное, а немного позже – кричное). Это случилось в первом тыс. до н.э., причем, западные районы континента в этой сфере развивались намного быстрее.

Изобретение сыродутного процесса

Один из самых древних способов получения железа называется сыродутным (от слов «дуть» и «сырой»). Печи рыли прямо в земле, как правило, на склонах рельефа. В небольшие горна с железорудной породой поступал (задувался) сырой (холодный) воздух. На ранних этапах освоения данного способа воздушная тяга была естественной, но позже ее заменили искусственной – воздух в печи стали нагнетать.

Дно печей засыпали углем, сверху слоями клали руду и уголь. Последний во время своего горения выделял окись углерода – газ, который выполнял функцию восстановления окислов железа. Стоит отметить, что при сыродутном способе железо не столько плавилось, сколько «варилось», так как этот процесс создавал температуру, недостаточную для плавки железа (около 1200 градусов по Цельсию). Исходя из этого, «вареное» железо в виде губчатой массы, напоминающей тесто, располагалось на дне печи. Эта масса, как правило, включала в себя многочисленные примеси и остатки угля (правда, в отдельных случаях шлаки отводили из печи по специальному желобу).

Чтобы производить из такого субстрата какие-либо изделия, приходилось вначале извлекать из крицы посторонние примеси. Делалось это при помощи ковки – холодной и горячей. В конечном итоге, можно было получить кричное железо для последующего использования.

«Изобретение» сыродутного метода железного производства, как предполагают историки, произошло при непосредственной выплавке свинца или меди. Как известно, этот процесс сопровождался добавлением в плавильные печи не только угля и соответствующей руды, но и гематитов. И именно по такому сценарию, скорее всего, и были получены человеком первые крицы железа. Вполне возможно, что печи по выплавке меди просто напросто плавно превратились в сыродутные печи.

Так сложилось, что получить медь или олово намного проще, нежели железо. Даже не смотря на то, что медные и оловянные руды в природе встречаются гораздо реже, чем железные. Именно поэтому сыродутный процесс оказался очень важным этапом в развитии черной металлургии. Эта технология постоянно улучшалась: с помощью усовершенствования дутья или увеличения размеров печей.

Однако все эти улучшения не решали главную проблему: кричное железо практически не содержало в себе углерода, а значит, оно не могло конкурировать с бронзой. Вещи из него были недостаточно твердыми, в сравнении с изделиями из бронзы. Именно по этой причине железо в те времена использовалось в большей мере для изготовления украшений. В производстве железа просто необходимо было что-то менять.

Освоение технологии цементации и закалки железа

Следующий виток прогресса в развитии металлургического дела заключался в возникновении технологии так называемой «цементации», а также закалки и термического отпуска железа. С освоением этих трех процессов связано начало полноценного Железного века.

Под цементацией подразумевается процесс искусственного насыщения крицы углеродами. Эта технология была освоена человеком в первую очередь. Для цементации кричного железа использовались различные вещества. Вначале кричную массу прокаливали в костном угле, позже – в других веществах с большим содержанием углеродов.

Освоение технологии цементации подарило человеку возможность получать первые, хоть и весьма примитивные, образцы стали.

«Цементированное» железо уже выигрывало в сравнении с бронзой по своей твердости. При этом степень насыщения крицы углеродами зависела от температуры нагревания железа.

Вслед за открытием техники цементации был обнаружен эффект закалки. Человек с удивлением для себя обнаружил, что насыщенное углеродами и охлажденное железо становится еще крепче. Для такого охлаждения использовалась вода, снег, либо железо просто оставляли на открытом холодном воздухе. Эффект был даже в последнем случае.

Оба вышеописанных процесса, вероятнее всего, были открыты человеком случайно. Вряд ли древние кузнецы могли объяснить истинную природу этих процессов. Об этом свидетельствуют и найденные письменные источники тех времен. В частности, в них можно отыскать весьма любопытные моменты. Так, факт усиления крепости железа при закалке часто объяснялось фантастическими или мистическими теориями.

Например, в летописи из Малой Азии, датированной девятым веком до нашей эры можно найти колоритный способ закалки железа посредством «погружения кинжала» в тело «мускулистого раба». Именно сила раба, по мнению автора данного текста, делало металл более твердым. Не менее интересен и отдельный фрагмент, взятый из «Одиссеи» Гомера, где выжигание глаза циклопа сравнивается с погружением раскаленного железного тесака в ледяную воду. Причем, последнюю процедуру Гомер именует как «лечение топора». Исходя из этого, древние греки, вероятно, не понимали природу процесса закалки металла, но придавали ему особый, магический смысл.

Закаленная сталь имеет один существенный недостаток – это излишняя хрупкость. Существенно снизить ее позволило открытие технологии термического отпуска железа. Данная технология заключается в нагревании изделий до 727 градусов по Цельсию (это граничная температура деформации структуры железа).

Не стоит думать, что освоение технологий цементации, отпуска и закалки железа было одномоментным. На самом деле эти процессы длились около тысячи лет! Но именно открытие и совершенствование этих трех технологий раз и навсегда поставило жирную точку в непримиримой конкурентной борьбе между бронзой и железом.

Развитие металлургии в Средние Века

В эпоху Средневековья плавильные печи уже существенно преобразились. Во-первых, в высоту они достигали двух-трех метров. А во-вторых, они работали при помощи энергии воды: воздуходувы приводили в движение специальные трубы или большие водяные колеса.

В средневековой Европе были распространены так называемые «штукофены» – огромные и высокие печи, которые вывели черную металлургию на новый этап в ее развитии. Эти печи были оснащены 4-х метровой трубой для усиления тяги и водяными двигателями. Иногда мехи приводили в движении несколько рабочих. Железистую крицу извлекали из такой печи раз в сутки.
Любопытна история изобретения и проникновения штукофенов в Европу. Изобрели их в Индии еще в первом тысячелетии до н. э. Затем новое изобретение попало в соседний Китай, а оттуда, в VII веке уже нашей эры – в арабский мир. В XIII столетии арабы привезли эти чудо-печи на юг Пиренейского полуострова, откуда они быстро распространились по всей Европе.

По производительности и техническим параметрам штукофен был на голову выше своих предшественников – сыродутных печей. Температура плавки в нем достигалась более высокая, что давало возможность получать полноценный чугун. В сутки штукофен мог выдавать более двух центнеров железа. Правда, чугун из такой установки был, как правило, непригоден. Дело в том, что он оказывался на дне печи, смешиваясь со шлаками. Чтобы очистить его, требовалась ковка, которой чугун не поддавался. Других способов его очистки на то время еще не знали.

Все же, некоторые народы все-таки умудрялись находить применение даже такому, «грязному» чугуну. Индусы, например, изготавливали из него гробы для усопших. А вот в Османской империи из штукофенного чугуна делали ядра для пушечных орудий.

Изобретение печей нового типа – блауофенов

Средневековые металлурги установили важную закономерность: чем выше температура плавления руды в печи – чем больше продукта (железа) можно получить на выходе. После этого открытия они начали пытаться модернизировать свои штукофены: увеличивать высоту труб и налаживать систему предварительного нагрева воздуха. Так в XV веке в Европе появились печи нового вида – блауофены.

Однако модернизированные печи почти сразу же неприятно удивили металлургов. Выход конечного продукта действительно вырос, но вместе с этим, на 20 % повысилось и количество отходов – малопригодного чугуна. Грязное, или, как его еще называли – «свиное» железо так само застывало на дне новых печей. Смешанный со шлаками чугун, как и прежде, был абсолютно не пригоден для литья. Как правило, его пускали на производство кувалд, наковален и прочего грубого инвентаря. Правда, пушечные ядра из блауофенного чугуна выходили более качественными.

Еще один позитивный момент блауофенов – количество стали по краям железной крицы в этих печах существенно увеличилось. Разумеется, это порадовали металлургов. Однако, с другой стороны, отделить такую сталь от кричного железа было очень и очень сложно. И в этой ситуации разные народы пошли по разным путям, решая эту сложную проблему.

Так, в Индии все силы бросили на усовершенствование техники ковки, чтобы добиться более равномерного распределения углеродов в продукте. И эти усилия дали свои плоды – индусы получили булат – очень прочную и упругую сталь, из которой производилось первоклассное на то время холодное оружие. Булат также производился в Иране и Центральной Азии.
Китайцев и европейцев, в отличие от индусов, интересовало вовсе не качество, а количество конечного продукта. Поэтому именно они вскоре открыли так называемый передельный процесс, который невероятно сильно повлиял на развитие металлургии в целом.

Возникновение доменных печей

До 1500 тонн качественного чугуна в день – такое средневековым металлургам даже не снилось. Но это стало обыденной суточной нормой при появлении доменных печей. Благодаря большим размерам, предварительному нагреву воздуха и системе механического дутья, такая печь способна была извлекать железо из рудной массы и превращать его в чугун. Последний при этом выходил наружу в расплавленном виде. Правда, ковка все равно была необходима. Но теперь шлаков было уже намного меньше в массе, а железа – больше. Еще одно достоинство доменной печи заключалось в непрерывности ее работы. Установка функционировала круглые сутки, не останавливаясь и не охлаждаясь.

В XVIII веке в европейской металлургии был открыт еще один процесс – пудлинговый. Он предполагал очищение чугуна в печи с помощью газа, получаемого при сгорании угля или другого минерального топлива. К слову, в Древнем Китае этим способом даже производили сталь еще в Х столетии. При такой технике очистки железистые частицы собирались в комочки. Затем они сваривались в кузнечной или в специальной прокатной машине, и из них получали различные железные заготовки. Пудлинговый метод позволил увеличить производительность железа до 140 кг в час.

Развитие металлургии в XIX и XX веках

Очередной скачок в процессе развития металлургического дела произошел в конце XIX века. В этот период, практически одновременно, в производство металла внедряются три абсолютно новых способа: мартеновский, томасовский и бессемеровский. Все эти методы увеличили объемы производства стали колоссально – до шести тонн в час.
Спустя полвека в металлургию внедряют еще более новые процессы. Это, в частности, непрерывная разливка стали и кислородное дутье. Продувание кислородом расплавленного металла в конверторных печах существенно ускорило скорость химических реакций.

История, как известно, движется по спирали. Это касается и истории промышленного производства. Тысячи лет назад человек строил в земле сыродутные печи и получал, с помощью одностадийного метода, качественное и устойчивое к коррозии железо с малым количеством примесей. И сегодня ученые вновь вернулись к технологии одностадийных процессов, развивая метод обогащения руды и производства стали в электропечах.

Что такое металлургия, история, области, технологии, специальности

Металлургия — широкое понятие, относящееся к технике и науке. Это мощная промышленная отрасль, главная задача которой заключается в производстве и обработке металлов. Металлы выделяют из различных руд, после чего изучают их физикохимические свойства и производят современные высокотехнологичные сплавы.

Области металлургии
Технологии металлургии
История металлургии
Газы в металлургии
Специальность «Металлургия»

В данном материалы мы рассмотрим основные области деятельности металлургии, ее особенности и технологии, а также пути овладения специальность. «Металлургия».

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.

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.

Раньше в металлургической промышленности использовали чистые металлы, но со временем высокотехнологичные сплавы уверенно вытеснили их из производственной сферы. Сплавы обладают особыми качествами, которых нет у чистых металлов. Наиболее популярными из них являются «нержавейка», углеродистая сталь, сплавы из никеля и меди.

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.

Специальность «Металлургия»

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.

Стоит отметить, что выучиться на одно из направлений металлургической отрасли возможно не только в университетах и средних профессиональных образовательных учреждениях, но и в рамках дополнительного профессионального образования. Так, Современная научно-технологическая академия реализует курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации по профилю «Металлургия».

Курсы повышения квалификации «Металлургия» направлены на специалистов, которые уже работают в отрасли и хотят повысить уровень своих знаний и компетенций. А вот профессиональная переподготовка ориентирована на тех, кто ставит перед собой цель овладеть новой профессией. Обучение на базе СНТА позволяет овладеть актуальные навыками и компетенциями, которые станут отличным толчком для дальнейшего профессионального роста и развития специалиста.

Популярные статьи в категории:

27.08.2019

720070

Как избавиться от мозолей на ногах?

05.06.2019

237900

Польза или вред фиников для организма

08.08.2019

201708

Неприятный запах ног: причины возникновения и способы лечения

29.11.2017

175815

Дешёвые образовательные курсы: Как распознать мошенников?

Металлургия, вероятно, имеет более одного места рождения — ScienceDaily

Новости науки

от исследовательских организаций

Дата:: 1 сентября 2017 г.
Источник:: Гейдельберг, Университет
Резюме:: Когда и где люди изобрели плавку металлов? Ученые нашли ответ на этот давно обсуждаемый вопрос в истории техники. Металлургия не имеет единого происхождения, а, вероятно, возникла в разных местах примерно в одно и то же время. Эксперты пришли к такому выводу после повторного изучения 8500-летнего медного шлака и анализа химического состава других медных артефактов из поселения каменного века Чаталхойюк на Ближнем Востоке.
Поделиться:

ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ

Когда и где люди изобрели плавку металлов? Ученые из Гейдельбергского университета, Лондона и Кембриджа (Великобритания) нашли ответ на этот давно обсуждаемый вопрос в истории техники. Металлургия не имеет единого происхождения, а, вероятно, возникла в разных местах примерно в одно и то же время. Эксперты пришли к такому выводу после повторного изучения 8500-летнего медного шлака и анализа химического состава других медных артефактов из поселения каменного века Чаталхойюк на Ближнем Востоке.

Эта история цивилизации делится на каменный, бронзовый и железный века. Однако мало что известно, так это то, что металлическая медь уже обрабатывалась в начале эпохи неолита примерно 10 000 лет назад в Плодородном полумесяце от Леванта через Восточную Анатолию до гор Загрос в Иране. «Но поскольку все это чистая самородная медь, мы не можем назвать это настоящей металлургией», — объясняет профессор доктор Эрнст Перника, научный руководитель Центра археометрии Курта Энгельхорна Гейдельбергского университета, расположенного в Мангейме. Медь встречается в природе в виде металла и, по мнению исследователей, вероятно, считалась особым типом камня. Но поскольку производство металла из руды открывает новую эру в истории человечества, важно знать, когда и где оно впервые появилось и действительно ли выплавка металла зародилась в одном месте.

Долгое время считалось, что небольшое количество медного шлака из неолитического городища Чатал-Хююк является самым ранним свидетельством пирометаллургического извлечения меди из руды. Это поселение существовало примерно с 7 100 до 6 000 лет до н.э. и считается наиболее значительным местом на Ближнем Востоке, которое дает представление о развитии среды обитания человека. Медный шлак располагался в слоях, датируемых 6500 лет до нашей эры, и, следовательно, был на 1500 лет старше, чем самые ранние в мире свидетельства выплавки меди. «Находка, казалось, указывала на место рождения металлургии, а технология медленно распространялась оттуда во всех направлениях», — говорит профессор Перницка, который также возглавляет исследовательскую группу по археометрии и археометаллургии в Институте наук о Земле Гейдельбергского университета.

Однако новые исследования, в том числе в Центре археометрии Курта Энгельхорна, показали, что шлак был непреднамеренным побочным продуктом домашнего пожара. Сильный жар огня превратил в шлак зеленую медную руду, которая использовалась в качестве пигмента. Шлак отличается по химическому составу от другого артефакта поселения каменного века — валика из сложенных листов из чистой меди. Это пролило новый свет на научную значимость медного шлака Чатал-Хююка, а теперь указывает на самые ранние известные примеры извлечения меди из руды около 5000 г. до н.э. в Юго-Восточной Европе и Иране. Текущие результаты показывают, что это революционное развитие человечества, вероятно, произошло примерно в одно и то же время, но в разных местах. «Таким образом, мы решили спорную проблему в истории техники», — подчеркивает профессор Перницка.

Результаты исследования были опубликованы в Journal of Archaeological Science.

изменить мир к лучшему: спонсируемая возможность

Источник истории:

Материалы предоставлены Heidelberg, Universität . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Справочник журнала :

М. Радивоевич, Т. Рехрен, С. Фарид, Э. Перницка, Д. Чамуркуоглу. Отказ от добывающей металлургии Чатал-Хююка: зелень, огонь и «шлак» . Journal of Archaeological Science , август 2017 г. DOI: 10.1016/j.jas2017.07.001

Цитировать эту страницу :

MLA
АПА
Чикаго

Гейдельберг, Университет. «Металлургия, вероятно, имеет более одного места рождения». ScienceDaily. ScienceDaily, 1 сентября 2017 г. 3607.htm>.

Гейдельберг, Университет. (2017, 1 сентября). Металлургия, вероятно, имеет более одного места рождения. ScienceDaily . Получено 13 декабря 2022 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2017/09/1703607.htm

Heidelberg, Universität. «Металлургия, вероятно, имеет более одного места рождения». ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2017/09/1703607.htm (по состоянию на 13 декабря 2022 г.).

реклама
Древняя металлургия | Металлургия для чайников
Металлургия — это процесс переработки металла в артефакты (инструменты и игрушки). Хотя небольшое количество металлов находится в относительно чистой форме, большинство из них должно быть извлечено из более сложных руд путем удаления «примесей» (неметалла или другого металла) из смешанной руды.
Металлургия — область материаловедения, изучающая физические и химические свойства металлических элементов, их интерметаллических соединений и их смесей, называемых сплавами. Это также технология металлов: то, как наука применяется к их практическому использованию. Металлургия отличается от ремесла металлообработки.
Первые свидетельства человеческой металлургии датируются 5-м и 6-м тысячелетием до нашей эры и были найдены в археологических раскопках Майданпек, Ярмовац и Плочник, все три в Сербии. На сегодняшний день самая ранняя выплавка меди обнаружена на стоянке Беловодье, к таким примерам относится медный топор 5500 г. до н.э., принадлежащий культуре Винча. Другие признаки человеческой металлургии обнаружены в третьем тысячелетии до нашей эры в таких местах, как Палмела (Португалия), Кортес-де-Наварра (Испания) и Стоунхендж (Великобритания). Однако, как это часто бывает при изучении доисторических времен, окончательное начало не может быть четко определено, и новые открытия продолжаются и продолжаются.
Горнодобывающие районы древнего Ближнего Востока. Цвета коробок: мышьяк — коричневый, медь — красный, олово — серый, железо — красновато-коричневый, золото — желтый, серебро — белый, свинец — черный. Желтая область обозначает мышьяковистую бронзу, а серая область — оловянную бронзу. Серебро, медь, олово и метеоритное железо также можно найти в самородном виде, что допускает ограниченную обработку металлов в ранних культурах. Египетское оружие, изготовленное из метеоритного железа около 3000 г. до н.э., высоко ценилось как «Кинжалы с небес». Однако, научившись получать медь и олово путем нагревания горных пород и объединения этих двух металлов для получения сплава, называемого бронзой, технология металлургии началась около 3500 г. до н.э., в эпоху бронзы.
Извлечение железа из руды в пригодный для обработки металл гораздо сложнее. Похоже, что он был изобретен хеттами примерно в 1200 году до нашей эры, в начале железного века. Секрет добычи и обработки железа был ключевым фактором успеха филистимлян.
Исторические разработки в черной металлургии можно найти в самых разных культурах и цивилизациях прошлого. Сюда входят древние и средневековые царства и империи Ближнего и Среднего Востока, древний Иран, древний Египет, древняя Нубия и Анатолия (Турция), Древний Нок, Карфаген, греки и римляне древней Европы, средневековая Европа, древняя и средневековый Китай, древняя и средневековая Индия, древняя и средневековая Япония и другие. Многие приложения, методы и устройства, связанные с металлургией или связанные с ней, были созданы в Древнем Китае, например, изобретение доменной печи, чугуна, отбойных молотков с гидравлическим приводом и поршневых сильфонов двойного действия. Книга 16-го века Георга Агриколы под названием De re metallica описывает высокоразвитые и сложные процессы добычи металлических руд, извлечения металлов и металлургии того времени. Агриколу называют «отцом металлургии».
Медь
Медь (сокращенно Cu) представляет собой относительно мягкий розовато-красноватый металлический элемент. Технически это скорее «переходный элемент», чем металл, хотя в историческом контексте его удобно рассматривать как металл. Одним из наиболее распространенных карбонатов меди является малахит, который использовался в древности как поделочный камень.
Медь, как правило, устойчива к коррозии, но когда она подвергается воздействию воздуха, открытая поверхность окисляется, изменяя красно-розовый цвет, или взаимодействует с окружающей серой с образованием тонкой «патины» сине-зеленого сульфата меди.
Медь иногда находят в самородках, и, как и другие металлы, она иногда появляется в контексте палеолита, но она не использовалась как металл до 6000-5000 лет до н.э. Первое использование было для бус и других украшений, так как медь сама по себе слишком мягкая для изготовления многих полезных инструментов.
Бронза
В древности предпочтительным медным сплавом была бронза. Бронза представляет собой комбинацию меди и олова, обычно примерно восемь или девять частей меди на одну часть олова. В некоторых случаях были добавлены дополнительные элементы. Как уже отмечалось, медь сама по себе является довольно мягким металлом и лишь незначительно пригодна для изготовления инструментов. Итак, если на то пошло, это жесть. Но введение олова в медь обеспечивает большую твердость, чем у любого из металлов по отдельности, а также облегчает литье.
Из-за высокого содержания меди бронза, обычно красноватого цвета, постепенно покрывается сине-зеленой патиной по мере взаимодействия поверхности с кислородом и другими элементами в воздухе. Нестабильная патина может часто стираться и, следовательно, может быть неравномерной, если некоторые области чаще стираются или защищены от истирания или от элементов, как показано на этой китайской бронзовой фигуре ХХ века
Железо и сталь
Железо — один из самых распространенных (и самых дешевых) металлических элементов на планете. Фактически по массе он составляет около 5 % земной коры, где встречается в виде ряда малопримесных «железных руд»: гематита, лимонита, магнетита и т. д.
Лишь около 1200 г. до н.э. железо стало использоваться в производстве инструментов, потому что температура, необходимая для обработки руды, превышала температуру, которую могли достигать самые древние печи для обжига. Чистое железо имеет температуру плавления 1535°C. Предел древней печи был около 1150°C. (Точка плавления меди, напротив, составляет 1083 °C, и в древних гончарных печах иногда также достигалась температура в этом диапазоне, но далеко за ее пределы поднимались редко.)
В конце концов было обнаружено, что введение процент углерода в смеси мог иногда понизить температуру плавления (в конечном счете до примерно 1150°, т. е. как раз на пределе печи). К сожалению, углерод также имеет тенденцию способствовать хрупкости получаемых продуктов. Поэтому контролируемое введение углерода в железную руду остается критически важным аспектом производства чугуна и стали. (Углерод не используется в производстве бронзы.)
Свинец
Свинец редко встречается сам по себе, а обычно является побочным продуктом переработки других руд. Это также конечная стадия радиоактивного распада некоторых нестабильных металлов, таких как уран или радий.
Тускло-серого цвета, свинец довольно мягкий. Например, в отчете об охоте своего отца в середине 1800-х годов Вахини, женщина из хидатса, отмечает, что «в качестве выстрела он использовал пули, кусочки свинца, которые он вырезал из бруска и жевал, чтобы сделать их круглыми, как пули. В те дни порох и дробь было трудно достать». (Вахини 1927:18) Свинец также имеет низкую температуру плавления, что делает его готовым сплавом с другими металлами, а также хорошим металлом для отливки артефактов при сравнительно низких температурах. Кроме того, свинец достаточно тяжелый, так что его хорошо использовать в гирях. Таким образом, археологически мы находим свинцовые артефакты довольно ранних времен.
Олово
Олово традиционно представлял собой сплав олова с другими мягкими, пригодными для обработки металлами с низкой температурой плавления, такими как медь, сурьма или иногда свинец. Мягкость металлов в сплаве объясняет легкость появления вмятин на оловянной посуде.
Хотя у многих из нас свинец ассоциируется с оловом, и хотя в большинстве словарей олово описывается как сплав олова и свинца, современные производители олова стараются уверить покупателей, что их олово не содержит свинца. На самом деле, некоторое количество олова всегда не содержало свинца. Посетитель этого веб-сайта предоставил следующую дополнительную информацию:
Мелкие оловянные изделия 16, 17 и 18 веков в основном представляли собой сплавы легкоплавких металлов с оловом в качестве основного металла и добавками меди, сурьмы, а иногда и висмут.
Золото
Эта знаменитая золотая маска из Микен является примером использования тонких золотых листов, предназначенных для получения максимального блеска поверхности при минимальном количестве материала. Золото встречается само по себе или в смеси с другими рудами. Он мягкий, с ним легко работать, и в большинстве случаев он не вступает в химическую реакцию. Он в значительной степени невосприимчив к потускнению или другим повреждениям поверхности.
Таким образом, с древнейших времен золото считалось «нетленным» и ценилось как за это (и связанный с ним символизм), так и за его сравнительную редкость и поверхностный блеск.
Однако золото довольно мягкое, и золотые предметы соответственно слабоваты. Поэтому его обычно либо сплавляют с другими металлами (такими как медь), либо используют в качестве поверхностного покрытия на предметах из более прочного (и дешевого) материала.
Серебро
В отличие от золота, серебро редко встречается в чистом виде в достаточном количестве, чтобы его можно было использовать. Обычно его добывали путем плавки других руд, из которых его можно считать почти побочным продуктом. В древности обычной рудой, используемой для производства серебра, был галенит или сульфид свинца, хотя, по-видимому, также использовался карбонат свинца (церуссит).
Как и в случае с золотом, серебро всегда было достаточно редким, поэтому почти все, что было сделано из него, было украшением или предметом престижа, а не инструментом как таковым.