МЕТАЛЛУ́РГИ́Я

МЕТАЛЛУ́РГИ́Я (от греч. μεταλλουργέω – до­бы­вать ру­ду, об­ра­ба­ты­вать ме­тал­лы, от μέταλλον – руд­ник, ме­талл и ἔργον – ра­бо­та), в пер­во­на­чаль­ном зна­че­нии – ис­кус­ст­во из­вле­че­ния ме­тал­лов из руд; бо­лее ши­ро­ко – об­ласть нау­ки и тех­ни­ки и от­расль пром-сти, ох­ва­ты­ваю­щие про­цес­сы по­лу­че­ния ме­тал­лов и спла­вов из руд или др. сы­рья, а так­же про­цес­сы, свя­зан­ные с из­ме­не­ни­ем их свойств (струк­ту­ры, хи­мич. со­ста­ва) и из­го­тов­ле­ни­ем раз­но­об­раз­ных ме­тал­лич. из­де­лий. Строе­ние и свой­ст­ва ме­тал­лич. ма­те­риа­лов в за­ви­си­мо­сти от их со­ста­ва и об­ра­бот­ки изу­ча­ет ме­тал­ло­ве­де­ние.

Возникновение и развитие металлургии

Пре­ж­де чем на­учить­ся до­бы­вать и пла­вить ру­ду, лю­ди не по­зд­нее 9-го тыс. до н. э. по­зна­ко­ми­лись со свой­ст­ва­ми ме­тал­лов, на­хо­дя и об­ра­ба­ты­вая са­мо­род­ки ме­тал­лов (зо­ло­та, ме­ди и др.) и ме­тео­рит­ное же­ле­зо. Сна­ча­ла ме­тал­лич. из­де­лия из­го­тов­ля­ли пу­тём об­ра­бот­ки ме­тал­лов в хо­лод­ном со­стоя­нии – ков­кой при по­мо­щи ка­мен­но­го мо­ло­та (медь и же­ле­зо с тру­дом под­вер­га­ют­ся та­кой об­ра­бот­ке). Наи­бо­лее ши­ро­ко из са­мо­род­ных ме­тал­лов ста­ло ис­поль­зо­вать­ся зо­ло­то; по срав­не­нию с др. ме­тал­ла­ми его бы­ло лег­че об­на­ружить (из-за яр­кой ок­ра­ски) и об­ра­бо­тать (ков­кость зна­чи­тель­но вы­ше, чем у др. ме­тал­лов), но из-за мяг­ко­сти (твёр­дость по шка­ле Мо­оса 2–3) оно ока­за­лось не­под­хо­дя­щим для из­го­тов­ле­ния ору­жия и ору­дий. Са­мо­род­ная медь (обыч­но поч­ти не со­дер­жит при­ме­сей) в ре­зуль­та­те уда­ров ка­мен­ным ору­ди­ем ста­но­вит­ся бо­лее твёр­дой. По­сле изо­бре­те­ния го­ря­чей куз­неч­ной об­ра­бот­ки про­цесс из­го­тов­ле­ния мед­ных из­де­лий стал бо­лее рас­про­стра­нён­ным (эпо­ха эне­о­ли­та).

В при­ро­де поч­ти вся са­мо­род­ная медь встре­ча­ет­ся вме­сте с окис­лен­ны­ми мед­ны­ми ру­да­ми, ко­то­рые так­же во­вле­ка­лись в пе­ре­ра­бот­ку. Ов­ла­де­ние ис­кус­ст­вом плав­ки и по­лу­че­ния не­об­хо­ди­мой фор­мы лить­ём при­ве­ло к рос­ту про­из-ва ме­ди и рас­ши­ре­нию её при­ме­не­ния (см. Мед­ный век). Ог­ра­ни­чен­ное ко­ли­че­ст­во ме­сто­ро­ж­де­ний окис­лен­ных мед­ных руд обу­сло­ви­ло не­об­хо­ди­мость ос­вое­ния го­раз­до бо­лее слож­но­го про­цес­са пе­ре­ра­бот­ки суль­фид­ных руд с при­ме­не­ни­ем пред­ва­рит. об­жи­га ру­ды и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­ди пу­тём по­втор­но­го плав­ле­ния. Ком­плекс­ность суль­фид­ных мед­ных руд (со­вме­ст­ное при­сут­ст­вие в них суль­фи­дов $\ce{Fe, Sn, Zn, Pb, As}$ и др.) при­во­ди­ла к по­лу­че­нию не чис­той ме­ди, а спла­вов, пре­им. брон­зы. Для пе­ре­ра­бот­ки суль­фи­дов ис­поль­зо­ва­ли пе­чи об­жи­га ке­рами­ки, в ко­то­рых ме­талл по­лу­ча­ли в рас­плав­лен­ном со­стоя­нии, что по­зво­ли­ло ус­ко­рить про­цесс мас­со­во­го про­из-ва ору­дий и ору­жия (ли­тых мо­тыг, то­по­ров и ме­чей). Брон­зо­вые из­де­лия от­ли­ча­лись боль­шей ус­той­чи­во­стью про­тив кор­ро­зии, уп­ру­го­стью, твёр­до­стью, ост­ро­той лез­вия. Кро­ме то­го, из брон­зы лег­че бы­ло от­ли­вать все­воз­мож­ные из­де­лия, т. к. она име­ет бо­лее низ­кую темп-ру плав­ле­ния, чем медь, и луч­ше за­пол­ня­ет ли­тей­ную фор­му. Бо­лее ши­ро­кое при­ме­не­ние брон­зы (вза­мен ме­ди) оз­на­ча­ло пе­ре­ход от мед­но­го к брон­зо­во­му ве­ку. При­ня­то счи­тать, что к это­му пе­рио­ду от­но­сит­ся ос­вое­ние пол­но­го ме­тал­лур­гич. цик­ла про­из-ва ме­тал­лов, вклю­чав­ше­го до­бы­чу ру­ды, вы­плав­ку ме­тал­ла и его очи­ст­ку, ков­ку, ли­тьё, во­ло­че­ние и др. ви­ды об­ра­бот­ки, а так­же пе­ре­ра­бот­ку вы­шед­ших из упот­реб­ле­ния ме­тал­лич. из­де­лий. В брон­зо­вом ве­ке уже бы­ли из­вест­ны т. н. семь ме­тал­лов древ­но­сти – медь, зо­ло­то, сви­нец, се­реб­ро, же­ле­зо, ртуть и оло­во, ко­то­рые встре­ча­ют­ся в при­ро­де пре­им. в ви­де са­мо­род­ков или суль­фи­дов. Боль­шин­ст­во ме­тал­лов в то вре­мя по­лу­ча­ли в ви­де рас­пла­ва, то­гда как же­ле­зо – в ви­де кри­цы.

М. же­ле­за раз­ви­ва­лась мед­лен­но и сло­жи­лась по­зд­нее, не­смот­ря на то, что же­лез­ные ру­ды го­раз­до бо­лее рас­про­стра­не­ны, чем мед­ные. При­чи­на пер­во­оче­ред­но­го раз­ви­тия М. ме­ди за­клю­ча­лась в том, что по­лу­чае­мое же­ле­зо по ка­че­ст­ву зна­чи­тель­но ус­ту­па­ло ме­ди и брон­зе. Тех­но­ло­гия вы­плав­ки же­ле­за (из-за его бо­лее вы­со­кой темп-ры плав­ле­ния) прин­ци­пи­аль­но от­ли­ча­лась от про­цес­сов по­лу­че­ния др. ме­тал­лов. Древ­ней­ший спо­соб про­из-ва же­ле­за – сы­ро­дут­ный про­цесс, ко­то­рый обес­пе­чи­вал из­вле­че­ние из ру­ды 10–50% (по мас­се) со­дер­жа­ще­го­ся в ней же­ле­за. Сы­ро­дут­ное же­ле­зо бы­ло мяг­ким (из-за низ­ко­го со­дер­жа­ния уг­ле­ро­да); из­го­тов­лен­ные из не­го ору­жие и ору­дия тру­да бы­ст­ро за­ту­п­ля­лись, гну­лись, не под­вер­га­лись за­кал­ке. Для пе­ре­хо­да к бо­лее ши­ро­ко­му про­из-ву и при­ме­не­нию же­ле­за не­об­хо­ди­мо бы­ло ов­ла­деть про­цес­сом его на­уг­ле­ро­жи­ва­ния и по­сле­дую­щей за­кал­ки, т. е. по­лу­че­ния ста­ли. Разл. усо­вер­шен­ст­во­ва­ния сы­ро­дут­но­го про­цес­са (гор­ны строи­ли всё боль­шей вме­сти­мо­сти, бо­лее вы­со­ки­ми; по­да­чу ду­тья ин­тен­си­фи­ци­ро­ва­ли) при­во­ди­ли к по­вы­ше­нию темп-ры в гор­не и к бо­лее про­дол­жи­тель­но­му пре­бы­ва­нию ших­ты в зо­не вы­со­ких тем­пе­ра­тур. В ре­зуль­та­те про­ис­хо­ди­ло (в ря­де слу­ча­ев) за­мет­ное на­уг­ле­ро­жи­ва­ние же­ле­за, а про­дук­том про­цес­са ока­зы­ва­лось вы­со­ко­уг­ле­ро­ди­стое же­ле­зо – чу­гун. Чу­гун не об­ла­да­ет пла­стич. свой­ст­ва­ми (не ку­ёт­ся, не сги­ба­ет­ся и т. п.); час­то его счи­та­ли не­же­ла­тель­ным про­дук­том и вы­бра­сы­ва­ли. Од­на­ко бы­ло за­ме­че­но, что при за­груз­ке в горн чу­гу­на вме­сте с же­лез­ной ру­дой или в слу­чае про­дол­же­ния опе­ра­ции из ос­тав­ленной в гор­не вы­со­ко­уг­ле­ро­ди­стой кри­цы по­лу­ча­ет­ся низ­ко­уг­ле­ро­ди­стое же­ле­зо. Т. о., воз­ник двух­ста­дий­ный спо­соб, со­хра­нив­ший своё зна­че­ние и яв­ляю­щий­ся ос­но­вой совр. схем пе­ре­ра­бот­ки чу­гу­на в же­ле­зо и сталь. Уже в 1-м тыс. до н. э. же­ле­зо за­ня­ло гла­вен­ст­вую­щее по­ло­же­ние сре­ди ма­те­риа­лов, ис­поль­зуе­мых че­ло­ве­ком, и к нач. н. э. М. же­ле­за бы­ла поч­ти по­все­ме­ст­но рас­про­стра­не­на в Ев­ро­пе и Азии (см. Же­лез­ный век).

Процессы получения металлов

На про­тя­же­нии поч­ти 3 ты­ся­че­ле­тий М. же­ле­за не пре­тер­пе­ла прин­ци­пи­аль­ных из­ме­не­ний. Про­цесс по­сте­пен­но со­вер­шен­ст­во­вал­ся: уве­ли­чи­ва­лись раз­ме­ры сы­ро­дут­ных гор­нов, по­вы­ша­лась мощ­ность ду­тья. Гор­ны пре­вра­ти­лись в не­боль­шие пе­чи – дом­ни­цы. В сер. 14 в. даль­ней­шее уве­ли­че­ние раз­ме­ров дом­ниц при­ве­ло к по­яв­ле­нию до­мен­ных пе­чей (см. До­мен­ный про­цесс). М. же­ле­за спо­соб­ст­во­ва­ло вне­дре­ние во­дя­ных воз­ду­хо­дув­ных труб, ме­хов с при­во­дом от во­дя­но­го ко­ле­са (с 15 в.), па­ро­вых воз­ду­хо­дув­ных ма­шин (18 в.), а так­же исполь­зо­ва­ние ка­мен­но­уголь­но­го кок­са (1735) и при­ме­не­ние на­гре­то­го ду­тья (19 в.). Боль­шое зна­че­ние для раз­ви­тия М. ста­ли в 18 в. сыг­ра­ли ти­гель­ная плав­ка и пуд­лин­го­ва­ние, в 19 в. – бес­се­ме­ров­ский, мар­те­нов­ский и то­ма­сов­ский про­цес­сы; во 2-й пол. 20 в. вне­дрён в про­из-во ки­сло­род­но-кон­вер­тер­ный про­цесс, яв­ляю­щий­ся в на­стоя­щее вре­мя осн. спо­со­бом по­лу­че­ния ста­ли.

Вплоть до 18 в. М. бы­ла пред­став­ле­на ис­клю­чи­тель­но пи­ро­ме­тал­лур­ги­ей, по­сколь­ку для из­вле­че­ния ме­тал­лов при­ме­ня­лись толь­ко вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ные про­цес­сы (700–2000 °C). В 16–19 вв. от­кры­тие ме­тал­лов, не имею­щих бо­га­тых при­род­ных ми­нер. ис­точ­ни­ков, спо­соб­ст­во­ва­ло по­яв­ле­нию са­мо­сто­ят. ме­тал­лур­гич. на­прав­ле­ния – гид­ро­ме­тал­лур­гии, от­ли­чит. чер­той ко­то­рой яв­ля­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние для вы­де­ле­ния ме­тал­лов низ­ко­тем­пе­ра­тур­ных (не бо­лее 250 °C) про­цес­сов, про­во­ди­мых в вод­ной сре­де. В кон. 20 в. при­ме­не­ние в ме­тал­лур­гич. про­цес­сах не­вод­ных сред (ор­га­ни­че­ские, не­ор­га­нич. без­вод­ные или сме­шан­ные рас­тво­ри­те­ли) при­ве­ло к по­яв­ле­нию но­во­го на­прав­ле­ния – соль­во­ме­тал­лур­гии. В 19 в. раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии для про­из-ва ме­тал­лов и спла­вов в ви­де по­рош­ков и из­го­тов­ле­ния из них по­лу­фаб­ри­ка­тов и го­то­вых из­де­лий. В ря­де слу­ча­ев про­цес­сы по­рош­ко­вой ме­тал­лур­гии обес­пе­чи­ва­ют бо­лее вы­со­кое ка­че­ст­во из­де­лий и луч­шие тех­ни­ко-эко­но­мич. по­ка­за­те­ли про­из-ва, чем тра­диц. спо­со­бы. Со 2-й пол. 20 в. ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли: элек­тро­ме­тал­лур­гия, ис­поль­зую­щая элек­тро­энер­гию для рас­плав­ле­ния ма­те­риа­лов (элек­тро­плав­ка) или для не­по­сред­ст­вен­но­го вос­ста­нов­ле­ния ме­тал­лов из рас­пла­вов ли­бо вод­ных рас­тво­ров (элек­тролиз­); ва­ку­ум­ная ме­тал­лур­гия, вклю­чаю­щая плав­ку и ра­фи­ни­ро­ва­ние ме­тал­лов и спла­вов в раз­ре­жен­ной ат­мо­сфе­ре (от­но­сит­ся к спец. элек­тро­ме­тал­лур­гии); плаз­мен­ная ме­тал­лур­гия, при­ме­няю­щая низ­ко­тем­пе­ра­тур­ную плаз­му, ге­не­ри­ру­е­мую в плаз­мо­тро­нах, для осу­ще­ст­в­ле­ния и ин­тен­си­фи­ка­ции тех­но­ло­гич. про­цес­сов (напр., из­вле­че­ние ме­тал­лов из руд, плав­ка и об­ра­бот­ка ме­тал­лов).

Ис­то­ри­че­ски сло­жи­лось раз­де­ле­ние М. на чёр­ную и цвет­ную. Чёр­ная ме­тал­лур­гия ох­ва­ты­ва­ет про­из-во спла­вов на ос­но­ве же­ле­за (чу­гу­на, ста­ли, фер­ро­спла­вов), а так­же мар­ган­ца, хро­ма и ва­на­дия. Воз­ник­но­ве­нию ме­то­да пря­мо­го по­лу­че­ния же­ле­за (т. е. без ста­дии вы­плав­ки чу­гу­на в до­мен­ной пе­чи, – т. н. бес­кок­со­вая ме­тал­лур­гия) спо­соб­ст­во­ва­ла ог­ра­ни­чен­ность за­па­сов кок­сую­щих­ся уг­лей. Цвет­ная ме­тал­лур­гия вклю­ча­ет про­из-во цвет­ных ме­тал­лов, а так­же по­лу­про­вод­ни­ков и не­ме­тал­лов – крем­ния, гер­ма­ния, се­ле­на, тел­лу­ра, мышь­я­ка, фос­фо­ра, се­ры и др. (не­ко­то­рые из них по­лу­ча­ют по­пут­но с из­вле­че­ни­ем ме­тал­лов). В це­лом М. ох­ва­ты­ва­ет про­цес­сы по­лу­че­ния б. ч. эле­мен­тов пе­рио­дич. сис­те­мы (за ис­клю­че­ни­ем га­ло­ге­нов и га­зов). С М. тес­но свя­за­ны про­из-во ог­не­упо­ров, кок­со­хи­ми­че­ская и ряд др. от­рас­лей пром-сти.

М. как со­во­куп­ность осн. тех­но­ло­гич. опе­ра­ций про­из-ва ме­тал­лов и спла­вов вклю­ча­ет в се­бя: под­го­тов­ку руд к из­вле­че­нию ме­тал­лов (в т. ч. обо­га­ще­ние и оку­ско­ва­ние); про­цес­сы из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов (пи­ро­ме­тал­лур­гич., гид­ро­ме­тал­лур­гич., элек­тро­ли­ти­че­ские и др.); про­цес­сы раз­лив­ки ме­тал­лов и спла­вов (с по­лу­че­ни­ем слит­ков или от­ли­вок); об­ра­бот­ку ме­тал­лов дав­ле­ни­ем; тер­мич., тер­мо­ме­ха­нич., хи­ми­ко-тер­мич. и др. ви­ды об­ра­бот­ки ме­тал­лов для при­да­ния им тре­буе­мых свойств; про­цес­сы на­не­се­ния за­щит­ных по­кры­тий. На­не­се­ние на ме­талл разл. за­щит­ных ме­тал­ли­че­ских (см. Ме­тал­ли­за­ция) и др. по­кры­тий зна­чи­тель­но по­вы­ша­ет ка­че­ст­во и срок служ­бы ме­тал­ла.

Под­го­тов­ка руд к из­вле­че­нию ме­тал­лов на­чи­на­ет­ся с дроб­ле­ния, из­мель­чения, гро­хо­че­ния и клас­си­фи­ка­ции. В про­цес­се обо­га­ще­ния по­лез­ных ис­ко­пае­мых или по­сле не­го ма­те­риа­лы под­вер­га­ют обыч­но об­жи­гу или суш­ке. Наи­боль­шее при­ме­не­ние в обо­га­тит. тех­ни­ке име­ют фло­та­ци­он­ные, маг­нит­ные и гра­ви­тац. ме­то­ды. Фло­та­ция при­ме­ня­ет­ся для пе­ре­ра­бот­ки бо­лее 90% всех обо­га­щае­мых руд цвет­ных, в т. ч. ред­ких ме­тал­лов. Из гра­ви­тац. ме­то­дов по­лу­чи­ли рас­про­стра­не­ние от­сад­ка, кон­цен­тра­ция на сто­лах, обо­га­ще­ние в тя­жё­лых сре­дах и др. За­клю­чит. опе­ра­ция­ми под­го­тов­ки руд яв­ля­ют­ся обыч­но их ус­ред­не­ние, сме­ше­ние, а так­же оку­ско­ва­ние по­сред­ст­вом аг­ло­ме­ра­ции, ока­ты­ва­ния (оком­ко­ва­ния) или бри­ке­ти­ро­ва­ния. Боль­шое зна­че­ние обо­га­тит. про­цес­сов в М. обу­слов­ле­но стрем­ле­ни­ем к по­вы­ше­нию эф­фек­тив­но­сти ме­тал­лур­гич. про­из-ва, а так­же тем, что при­хо­дит­ся ис­поль­зо­вать всё бо­лее бед­ные ру­ды. Не­по­сред­ст­вен­ная ме­тал­лур­гич. пе­ре­ра­бот­ка таких руд (без обо­га­ще­ния), как пра­ви­ло, не­эко­но­мич­на, а в не­ко­то­рых слу­ча­ях да­же не­воз­мож­на.

Ме­то­ды из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов весь­ма мно­го­об­раз­ны. В пи­роме­тал­лур­гич. (вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных) про­цес­сах, осу­ще­ст­в­ляе­мых в шахт­ных, от­ра­жа­тель­ных или элек­трич. пе­чах, кон­вер­те­рах и др. аг­ре­га­тах, про­ис­хо­дит кон­цен­три­ро­ва­ние ме­тал­лов и уда­ляе­мых при­ме­сей в разл. фа­зах при на­гре­ве или рас­плав­ле­нии пе­ре­ра­ба­ты­вае­мых ма­те­риа­лов. Та­ки­ми фа­за­ми мо­гут слу­жить газ, жид­кий ме­талл, шлак, штейн и твёр­дое ве­ще­ст­во. По­сле раз­де­ле­ния од­на или неск. из этих фаз на­прав­ля­ют­ся на даль­ней­шую пе­ре­ра­бот­ку. Для осу­ще­ст­в­ле­ния не­об­хо­ди­мых опе­ра­ций в пи­ро­ме­тал­лур­гии при­ме­ня­ют окис­ли­тель­ные, вос­ста­но­ви­тель­ные и др. про­цес­сы. Для окис­ле­ния ис­поль­зу­ют га­зо­об­раз­ный ки­сло­род, хлор и пр. В ка­че­ст­ве вос­ста­но­ви­те­лей при­ме­ня­ют уг­ле­род, ок­сид уг­ле­ро­да, во­до­род или не­ко­то­рые ме­тал­лы (см. Ме­тал­ло­тер­мия). При­ме­ра­ми вос­ста­но­вит. про­цес­сов мо­гут слу­жить до­мен­ная плав­ка, вы­плав­ка вто­рич­ной ме­ди, оло­ва и свин­ца в шахт­ных пе­чах, по­лу­че­ние фер­ро­спла­вов и ти­та­но­во­го шла­ка в ру­до­вос­ста­но­вит. элек­тро­пе­чах. Маг­ний­тер­мич. вос­ста­нов­ле­ни­ем по­лу­ча­ют в осн. ред­кие ме­тал­лы (напр., ти­тан). Окис­лит. ра­фи­ни­ро­ва­ние яв­ля­ет­ся не­об­хо­ди­мым эле­мен­том в мар­те­нов­ском и кон­вер­тер­ном про­из-ве ста­ли, а так­же при про­из-ве анод­ной ме­ди и свин­ца. При­ме­ня­ют­ся ме­то­ды из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов, ос­но­ван­ные на об­ра­зо­ва­нии суль­фи­дов, хло­ри­дов, ио­ди­дов, кар­бо­ни­лов. Боль­шое зна­че­ние име­ют про­цес­сы, ба­зи­рую­щие­ся на яв­ле­ни­ях ис­па­рения и кон­ден­са­ции (дис­тил­ля­ция, рек­ти­фи­ка­ция, ва­ку­ум­ная се­па­ра­ция, суб­ли­ма­ция). Ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся вне­печ­ные ме­то­ды ра­фи­ни­ро­ва­ния ста­ли, а так­же ва­ку­ум­ная плав­ка и плав­ка в ар­го­не, при­ме­ня­ю­щие­ся при про­из-ве ста­ли и хи­ми­че­ски ак­тив­ных ме­тал­лов (Ti, Zr, Mo и др.).

Гид­ро­ме­тал­лур­гич. ме­то­ды из­вле­че­ния и ра­фи­ни­ро­ва­ния ме­тал­лов, не тре­бую­щие вы­со­ких тем­пе­ра­тур, ба­зи­ру­ют­ся на ис­поль­зо­ва­нии вод­ных рас­тво­ров. Для пе­ре­во­да ме­тал­лов в рас­твор при­ме­ня­ют вы­ще­ла­чи­ва­ние с по­мо­щью вод­ных рас­тво­ров ки­слот, ос­но­ва­ний или со­лей. Для вы­де­ле­ния ме­тал­лов из рас­тво­ра ис­поль­зу­ют це­мен­та­цию, кри­стал­ли­за­цию, ад­сорб­цию, оса­ж­де­ние или гид­ро­лиз. Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли сорб­ция ме­тал­лов ио­но­об­мен­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми (в осн. син­те­тич. смо­ла­ми) и экс­трак­ция (с по­мо­щью ор­га­нич. жид­ко­стей). Сорб­ци­он­ные и экс­тракц. про­цес­сы ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­кой эф­фек­тив­но­стью. Они по­зво­ля­ют из­вле­кать ме­тал­лы не толь­ко из рас­тво­ров, но и из пуль­пы, ми­нуя опе­ра­ции от­стаи­ва­ния, про­мыв­ки и фильт­ро­ва­ния. К др. гид­ро­ме­тал­лур­гич. про­цес­сам от­но­сит­ся ав­то­клав­ная пе­ре­ра­бот­ка ма­те­риа­лов при по­вы­шен­ных тем­пе­ра­ту­рах и дав­ле­нии (см. Ав­то­клав­ное вы­ще­ла­чи­ва­ние). В не­ко­то­рых про­из-вах при­ме­ня­ют из­вле­че­ние ме­тал­лов (напр., $\ce{Au}$) из руд с по­мо­щью рту­ти – амаль­га­ма­цию. Боль­шое зна­че­ние в М. име­ет по­лу­че­ние или ра­фи­ни­ро­ва­ние цвет­ных ме­тал­лов элек­тро­ли­тич. оса­ж­де­ни­ем как из вод­ных рас­тво­ров ($\ce{Cu, Ni, Co, Zn}$), так и из рас­пла­вов ($\ce{Al, Mg}$). Напр., элек­тро­ли­зом крио­лит-гли­но­зём­но­го рас­пла­ва по­лу­ча­ют $\ce{Al}$.

Для по­лу­че­ния осо­бо чис­тых ме­тал­лов и по­лу­про­вод­ни­ков при­ме­ня­ют­ся кри­стал­ло­фи­зич. ме­то­ды ра­фи­ни­ро­ва­ния (зон­ная плав­ка, Чох­раль­ско­го ме­тод и др.), ос­но­ван­ные на раз­ли­чии со­ста­вов твёр­дой и жид­кой фаз при кри­стал­ли­за­ции ме­тал­ла из рас­пла­ва.

Способы обработки металлов

От­лив­ки и слит­ки, по­лу­чае­мые из рас­плав­лен­ных ме­тал­лов и спла­вов, пред­на­зна­че­ны для по­сле­дую­щей об­ра­бот­ки дав­ле­ни­ем. Со­вме­щён­ные про­цес­сы ли­тья и об­ра­бот­ки за­го­то­вок дав­ле­ни­ем (напр., бес­слит­ко­вое по­лу­че­ние про­во­ло­ки или лис­та из рас­плав­лен­но­го ме­тал­ла) обес­пе­чи­ва­ют эко­но­мию элек­тро­энер­гии (не­об­хо­ди­мую для по­дог­ре­ва за­го­то­вок пе­ред про­кат­кой) и улуч­ша­ют ка­че­ст­во за­го­то­вок. Об­ра­бот­ка ме­тал­лов дав­ле­ни­ем из­вест­на с дав­них вре­мён. Ме­тал­лич. из­де­лия про­из­во­дят гл. обр. на ма­ши­но­стро­ит. за­во­дах, при­ме­няя ков­ку, штам­пов­ку и прес­со­ва­ние. Про­кат­ка – осн. спо­соб об­ра­бот­ки ме­тал­лов и спла­вов дав­ле­ни­ем на ме­тал­лур­гич. за­во­дах. На­ря­ду с лис­то­вым и сор­то­вым ме­тал­лом, с по­мо­щью про­кат­ных ста­нов по­лу­ча­ют тру­бы, гну­тые и пе­рио­дич. про­фи­ли, би­ме­талл и др. ви­ды из­де­лий. Для из­го­тов­ле­ния про­во­ло­ки в М. при­ме­ня­ют во­ло­че­ние.

Роль металлургии в историко-культурном процессе

Влия­ние М. на ис­торию че­ло­ве­че­ст­ва не ис­чер­пы­ва­ет­ся эпохаль­ны­ми из­ме­не­ния­ми в тех­но­ло­гич. ба­зе древ­них и совр. об­ществ. На­зва­ние трёх эпох все­мир­но-ис­то­рич. раз­ви­тия (мед­ный, брон­зо­вый, же­лез­ный ве­ка) от­ра­жа­ет не толь­ко гос­под­ствую­щий ма­те­ри­ал для про­из-ва ору­дий, ору­жия и др. из­де­лий, но и кар­ди­наль­ные пе­ре­ме­ны в об­ществ. от­но­ше­ни­ях и идео­ло­гии че­ло­ве­че­ских со­об­ществ (см. так­же в стать­ях Брон­за, Зо­ло­то, Же­ле­зо).

По ха­рак­те­ру взаи­мо­от­но­ше­ния со­циаль­ных струк­тур и М. мож­но вы­де­лить неск. мо­де­лей куль­тур­но-тех­но­ло­гич. раз­ви­тия че­ло­ве­че­ст­ва.

Об­ще­ст­во, для ко­то­ро­го ха­рак­тер­но край­не ог­ра­ни­чен­ное ис­поль­зо­ва­ние ме­тал­лич. из­де­лий, из­го­тов­лен­ных на при­ми­тив­ном уров­не ме­тал­лур­гич. тех­но­ло­гий, при том, что в др. про­из­вод­ст­вах про­сле­жи­ва­ет­ся яв­ный про­гресс. Та­кая мо­дель, ко­то­рую во все­мир­но-ис­то­рич. пер­спек­ти­ве име­ну­ют пе­рио­дом «про­то­ме­тал­ла», сло­жи­лась в сре­де не­оли­тич. об­ществ, в осн. в Ана­то­лии и Сев. Ме­со­по­та­мии. Древ­ней­шие ме­тал­лич. из­де­лия (из са­мо­род­ной ме­ди) пред­став­ле­ны здесь не еди­нич­но к 9–8-му тыс. до н. э. (ка­либ­ро­ван­ные ре­зуль­та­ты ра­дио­уг­ле­род­ных ме­то­дов да­ти­ро­ва­ния), рань­ше начала про­из-ва ке­ра­мич. по­су­ды. Для 9–6-го тыс. из­вест­но бо­лее 300 из­де­лий с 30 ар­хео­ло­гич. па­мят­ни­ков в этом ре­гио­не. На­ход­ки из ме­тал­ла рас­пре­де­ле­ны на пло­ща­ди 0,7–0,9 млн. км² очень не­рав­но­мер­но и в осн. свя­за­ны с по­се­ле­ния­ми, ха­рак­те­ри­зую­щи­ми­ся слож­ной пла­ни­ров­кой по­стро­ек, мо­ну­мен­таль­ной ка­мен­ной и гли­ня­ной ар­хи­тек­ту­рой и скульп­ту­рой, др. по­ка­за­те­ля­ми раз­ви­тых об­ществ. струк­тур (Чай­о­ню, Ашик­лы-Хю­юк, Не­ва­лы-Чо­ри, Ча­тал-Хю­юк, Телль-Ха­лу­ла и др.). При этом все ме­тал­лич. из­де­лия не­боль­шие, не­слож­ные по тех­но­ло­гии из­го­тов­ле­ния (в осн. хо­лод­ная ков­ка) и фор­ме (бу­си­ны, под­вес­ки, пла­стин­ки и т. п.). По­ка­за­тель­но, что Чай­о­ню рас­по­ло­жен в 6 км от ог­ром­но­го мед­но­го руд­ни­ка Эр­га­ни-Ма­ден в Вост. Тур­ции, но медь для из­де­лий, най­ден­ных на этом по­се­ле­нии, бы­ла по­лу­че­на из мел­ких близ­ле­жа­щих ме­сто­ро­ж­де­ний. Ка­ж­дый из цен­тров, где есть сви­де­тель­ст­ва ран­ней М., свое­об­ра­зен и, оче­вид­но, был обо­соб­лен. Хо­тя в 6–5-м тыс. до н. э. в этом же ре­гио­не скла­ды­ва­ют­ся до­воль­но об­шир­ные куль­тур­ные общ­но­сти и на­блю­да­ет­ся про­гресс в ке­ра­мич. про­из-ве, строи­тель­ст­ве и т. д. (Хас­су­на, Ха­лаф, Са­мар­ра и др.), ха­рак­тер М. ос­та­вал­ся преж­ним.

Мо­дель, при ко­то­рой М., на­прав­лен­ная в осн. на про­из-во ору­жия, ору­дий, др. из­де­лий, мо­жет стать од­ной из ос­нов тех­но­ло­гич. раз­ви­тия об­ще­ст­ва, по­треб­но­сти ко­то­ро­го сти­му­ли­ру­ют и про­гресс в М. Та­кая мо­дель тех­но­ло­гич. раз­ви­тия об­ус­лов­ле­на «ме­тал­лур­ги­че­ской ре­во­лю­ци­ей», ко­то­рую оп­ре­де­ли­ло по­яв­ле­ние М., ос­но­ван­ной на мощ­ном гор­но-ме­тал­лур­гич. про­из­вод­ст­ве. Это про­изош­ло на ба­зе бо­га­тых ме­ст­ных мед­ных ме­сто­ро­ж­де­ний в бал­ка­но-кар­пат­ском ре­гио­не в 5-м тыс. до н. э., дав на­ча­ло т. н. эпо­хе ран­не­го ме­тал­ла. В рам­ках Бал­ка­но-Кар­пат­ской ме­тал­лур­ги­че­ской про­вин­ции (см. так­же Мед­ный век) скла­ды­ва­ют­ся «бло­ки»: «цен­траль­ный» (пер­вый), где со­сре­до­то­че­ны важ­ней­шие цен­тры до­бы­чи мед­ных руд, вы­плав­ки и об­ра­бот­ки ме­ди; «вто­рой», с раз­ви­той ме­тал­ло­об­ра­бот­кой, ос­но­ван­ной на при­воз­ной из «цен­тра» ме­ди; «тре­тий» – степ­ной, с ма­ло­мощ­ны­ми ло­каль­ны­ми цен­тра­ми ме­тал­ло­об­ра­бот­ки. Об­щая зо­на «ме­тал­ло­нос­ных» куль­тур в Ев­ра­зии в это вре­мя рас­ши­ря­ет­ся до 3–3,5 млн. км². К важ­ней­шим по­след­ст­ви­ям на­сту­п­ле­ния эпо­хи ран­не­го ме­тал­ла от­но­сит­ся рез­кое ус­ко­ре­ние про­грес­са в эко­но­мич., во­ен­ной и др. об­лас­тях, сис­тем­ная не­рав­но­мер­ность ис­то­рич. раз­ви­тия, пе­ре­ме­ны в идео­ло­гии и др.

Раз­ви­тие этой мо­де­ли про­ис­хо­дит в брон­зо­вом ве­ке и свя­за­но с рас­про­стра­не­ни­ем брон­зы как осн. сы­рья для из­го­тов­ле­ния ору­дий и ору­жия. М. вы­хо­дит на бо­лее вы­со­кий уро­вень тех­но­ло­гий: гос­под­ству­ет ли­тьё; важ­ней­шую роль иг­ра­ют ис­кусств. спла­вы на мед­ной ос­но­ве – с мышь­я­ком, оло­вом, сурь­мой, свин­цом и др. ком­по­нен­та­ми. В ран­нем брон­зо­вом ве­ке (4-е тыс. до н. э.) аре­ал ме­тал­ло­нос­ных куль­тур со­став­ля­ет уже 6,5–7 млн. км². Центр. ме­сто в сис­те­ме этих куль­тур за­ня­ла Цир­кум­пон­тий­ская ме­тал­лур­ги­че­ская про­вин­ция. Она со­хра­ня­ет важ­ней­шее зна­че­ние и в сред­нем брон­зо­вом ве­ке (3-е тыс. до н. э.), ко­гда аре­ал ме­тал­ло­нос­ных куль­тур воз­рас­та­ет до 10–11 млн. км². Имен­но с Цир­кум­пон­тий­ской про­вин­ци­ей свя­за­но оформ­ле­ние за­пад­но­ев­ра­зий­ской мо­де­ли со­от­но­ше­ния М. и гор­но-ме­тал­лур­гич. про­из-ва с об­ществ. струк­ту­ра­ми, ко­то­рая ста­ла ве­ду­щей в ис­то­рии Ев­ра­зии и за­тем все­го че­ло­ве­че­ст­ва. Существенные пе­ре­ме­ны при­хо­дят­ся на позд­ний брон­зо­вый век (2-е тыс. до н. э.). То­гда на­блю­да­ет­ся кар­ди­наль­ное рас­ши­ре­ние ареа­ла ме­тал­ло­нос­ных куль­тур в Ста­ром Све­те – до 40–43 млн. км² – и фор­ми­ру­ет­ся сис­те­ма разл. ме­тал­лур­ги­че­ских про­вин­ций. В этой же зо­не про­ис­хо­дит пе­ре­ход к М. же­ле­за и к же­лез­но­му ве­ку, фор­ми­ру­ют­ся куль­ту­ры, где тех­но­ло­гия М. раз­ви­ва­ет­ся ус­ко­рен­ны­ми тем­па­ми. При этом на про­тя­же­нии по­сле­дую­щих 3 тыс. лет аре­ал вы­со­ко­тех­но­ло­гич­ных ев­ра­зий­ских куль­тур су­ще­ст­вен­но не рас­ши­рял­ся. Пе­ри­од «об­ще­ев­ра­зий­ской про­стран­ст­вен­ной ста­би­ли­за­ции» длил­ся до Ве­ли­ких гео­гра­фи­че­ских от­кры­тий, ха­рак­тер и по­след­ст­вия ко­то­рых во мно­гом обу­слов­ле­ны тех­но­ло­ги­ями, свя­зан­ны­ми с вы­со­ко­раз­ви­той металлургией.

Мо­дель, при ко­то­рой об­ще­ст­во мо­жет дос­тичь уров­ня вы­со­ко­раз­ви­тых ци­ви­ли­за­ций и ос­во­ить вы­соко­тех­но­ло­гич­ную М., на­прав­лен­ную, од­на­ко, на об­слу­жи­ва­ние весь­ма ог­ра­ни­чен­ных об­лас­тей об­ществ. жиз­ни. Эта мо­дель раз­ви­тия пред­став­ле­на в Юж. и Центр. Аме­ри­ке, где древ­ней­шие сви­де­тель­ст­ва М. да­ти­ру­ют­ся вре­ме­нем ок. сер. 2-го тыс. до н. э., а по­сте­пен­ное раз­ви­тие тех­но­ло­гий про­сле­жи­ва­ет­ся вплоть до по­яв­ле­ния в 16 в. исп. за­вое­ва­те­лей, пре­рвав­ших ди­на­ми­ку это­го про­цес­са. Осн. цен­тры гор­но-ме­тал­лур­гич. про­из­вод­ст­ва бы­ли ло­ка­ли­зо­ва­ны в Сев. Ан­дах, где позд­нее они ока­за­лись свя­за­ны преим. с ци­ви­ли­за­ци­ей ин­ков. М. до­ко­лум­бо­вой Аме­ри­ки бы­ла со­сре­до­то­че­на в осн. на вы­со­ко­тех­но­ло­гич­ном про­из-ве зо­ло­тых, се­реб­ря­ных и мед­ных пред­ме­тов, свя­зан­ных в по­дав­ляю­щем боль­шин­ст­ве слу­ча­ев с куль­то­вой и др. це­ре­мо­ни­аль­ны­ми сфе­ра­ми об­ществ. жиз­ни; сре­ди ме­тал­лич. из­де­лий ору­дия и ору­жие ис­клю­чи­тель­но ред­ки. Раз­ви­тие М. здесь, в от­ли­чие от ев­ра­зий­ской мо­де­ли, не ста­ло оп­ре­де­ляю­щим в об­щем тех­но­ло­гич. про­грес­се.

Про­ис­хо­ж­де­ние и раз­ви­тие М. в Аф­ри­ке юж­нее Са­ха­ры изу­че­ны сла­бо. Здесь от­сут­ст­во­вали мед­ный и брон­зо­вый ве­ка, а М. же­ле­за, хоть и рас­про­стра­ни­лась весь­ма ши­ро­ко, не ста­ла ос­но­вой тех­но­ло­гич. раз­ви­тия куль­тур.

Воз­мож­но и раз­ви­тие об­ще­ст­ва без М. Ав­ст­ра­лия и Океа­ния, ряд об­ществ Сев. Ев­ра­зии, Аме­ри­ки, Аф­ри­ки да­ют об­раз­цы «без­ме­тал­ли­че­ско­го» раз­ви­тия куль­ту­ры, ос­та­вав­шей­ся на уров­не тех­но­ло­гий ка­мен­но­го ве­ка до столк­но­ве­ния с ев­ро­пей­ца­ми в 16–18 вв., а в отд. рай­онах – и позд­нее.

Наи­бо­лее кон­ку­рент­о­спо­соб­ной ока­за­лась ев­ра­зий­ская мо­дель, в ко­то­рой пер­во­сте­пен­ную роль иг­ра­ло про­из-во ме­тал­лич. ору­жия и ору­дий. Бур­ное раз­ви­тие гор­но-ме­тал­лур­гич. про­из-ва и М. в Зап. и Центр. Ев­ро­пе в 16–18 вв. ста­ло не­об­хо­ди­мой ба­зой про­мыш­лен­ной ре­во­лю­ции и во мно­гом оп­ре­де­ли­ло тех­но­ло­гич. об­лик совр. «гло­баль­ной» ци­ви­ли­за­ции, на­ря­ду с ис­поль­зо­ва­ни­ем энер­гии па­ра и элек­три­че­ст­ва, ин­фор­ма­ци­он­ных тех­но­ло­гий и др.