Metallurgi er den tekniske disiplinen som i hovedsak angår studiet av metaller , deres oppførsel og de tekniske prosedyrene knyttet til fremskaffelse og prosessering: den ble født i forhistorisk tid , formelt med kobberalderen , med behandlingen av det opprinnelige elementet , men det metallurgiske teknikker i bruk under bronsealderen kan vurderes fullt ut .
Det første beviset på menneskelig metallurgi dateres tilbake til det femte og sjette årtusen f.Kr. , på de arkeologiske stedene Majdanpek , Yarmovac og Pločnik , i dagens Serbia . Til dags dato er det eldste beviset på kobbersmelting funnet på Belovode- stedet nær Pločnik. Blant prøvene som ble funnet, er det en kobberøks fra 5 500 f.Kr. som tilhører Vinča - kulturen . Andre spor etter gammel metallurgi kan bli funnet fra det tredje årtusen f.Kr. i Palmela ( Portugal ), Los Millares ( Spania ) og Stonehenge ( Storbritannia ). Den definitive opprinnelsen kan imidlertid ikke fastslås tydelig, og nye funn pågår og fortsetter.
I det gamle Midtøsten , i områdene nær den fruktbare halvmånen , har det lenge vært utvunnet mineraler: arsen , kobber, tinn, jern , gull , sølv og bly . Sølv, kobber, tinn og meteorisk jern kan også finnes innfødte, noe som tillot et begrenset antall metallbearbeiding i primitive kulturer. Egyptiske meteoriske jernvåpen fra rundt 3 000 f.Kr. har blitt kalt "Daggers from Heaven". Men ved å lære å trekke ut kobber og tinn fra bergarter ved å varme opp og kombinere disse to metallene for å produsere en legering kalt bronse , begynte metallurgiteknologien rundt 3500 f.Kr. med bronsealderen . Å trekke ut jern fra mineralene, oksidene eller sulfidene til et bearbeidbart metall er mye vanskeligere. Det ser ut til å ha blitt utarbeidet av hetittene rundt 1200 f.Kr., ved begynnelsen av jernalderen . Hemmeligheten bak jernutvinning og prosessering var en nøkkelfaktor for filistrenes suksess .
Historisk utvikling i stålindustrien finnes i et stort utvalg av tidligere kulturer og sivilisasjoner. Disse inkluderer de eldgamle og middelalderske kongedømmene og imperiene i Midtøsten og Nære Østen , det gamle Iran , det gamle Egypt , det gamle Nubia , Anatolia , det gamle Nok , Kartago , grekerne og romerne i Europa , deretter middelalderens Europa, det gamle Kina antikkens og middelalderens India , antikkens og middelalderens Japan , etc. Interessant nok var mange praktiske bruksområder, derav utstyr relatert til eller involvert i metallurgi, utbredt i det gamle Kina før europeerne mestret det. En bok fra 1500-tallet av Georg Agricola kalt De re metallica beskriver de høyt utviklede og komplekse prosessene: gruvedrift, metallgruvedrift og datidens metallurgi. Agricola er blitt beskrevet som mineralogiens og metallurgiens far.
Råvarene i metallproduksjonssyklusen tilhører hovedsakelig 2 typer: metallmineraler og metallskrap. Operasjonene som fører til produksjon av et metall er gjenstand for utvinnings- eller primærmetallurgi. Mineralene som utnyttes industrielt er hovedsakelig oksider , sulfider og silikater . Forberedelsesbehandlingene, som begynner med knusing av steinen, tjener til å konsentrere mineralet. Kontaktflaten økes, partiklene gjøres likedimensjonale og anrikningen utføres:
Noen ganger utføres foreløpige ekstraksjonsbehandlinger, av kjemisk-fysisk natur, for å omdanne mineralene til lettere manipulerte forbindelser (noen eksempler: kalsinering , steking ).
Basert på formen for energi som brukes til å skille metallet fra urenheter og gang, skilles tre hovedmetallurgiske prosesser ut:
I pyrometallurgiske prosesser er det vanligste tilfellet med oksider og sulfider. Dissosiasjonsreaksjonene (endotermiske, dvs. de absorberer varme ) er:
Der ΔH indikerer endringen i entalpien .
Tenk på at dissosiasjon skjer spontant bare med reduksjonen i den frie energien ΔG ° av forbindelsen. På grunnlag av dette prinsippet og definisjonen av fri energi, kan T *, minimum dissosiasjonstemperatur , beregnes.
For et oksid kan T * beregnes med den semiempiriske relasjonen til Matignon-Le Chatelier :
Mest brukt er karbon , som CO ( indirekte reduksjon ) og som kull (direkte reduksjon):
Med sulfider vil det teoretisk være dissosiasjon:
MeS ↔ Me + 0,5 S 2
Det er imidlertid ingen entydig samsvar mellom trykk og dissosiasjonstemperatur, da sulfidene danner faste løsninger med metallene sine og systemet blir bivariant, dvs. også avhengig av konsentrasjon. I hydrometallurgiske prosesser er mineralet, oppløselig eller gjort slik, og gangen nedsenket i vandig løsning. Den uløselige gangen separeres ved filtrering eller dekantering , deretter ekstraheres metallet ved å introdusere et salt eller et annet metall (mindre viktig og utvinnbart), som utfeller hovedmetallet og ikke urenhetene. I elektrometallurgiske prosesser blir et smeltet metallsalt eller i vandig løsning utsatt for elektrolytisk dissosiasjon, med avsetning av metallet ved katoden ved reduksjon.