Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

metallurgi

Oprindelig forfatter VFB Seneste forfatter Redaktionen

metallurgi, læren om metallernes fremstilling og egenskaber. Den kemiske metallurgi, eller procesmetallurgien, beskæftiger sig med udvindingen af metallerne fra deres malme og med den efterfølgende raffinering. Den fysiske metallurgi beskæftiger sig med metallernes fysiske og mekaniske egenskaber og undersøger virkningen af legering, varmebehandling og formgivning. Grænsen mellem den fysiske metallurgi og metallografien er ikke skarp.

Ordet metallurgi kommer af metal og afledning af græsk ergon 'arbejde'.

Procesmetallurgien

Procesmetallurgien kan opdeles i en almen del, en speciel del og en teoretisk del. Den almene del behandler de metoder, apparater og hjælpemidler, som anvendes i de metallurgiske processer. Hertil hører ovne, ildfaste materialer, brændsel, måleinstrumenter til temperatur, tryk og strømning samt de kemiske analysemetoder.

Oversigt over en række vigtige metallers og legeringers tidligste optræden i Vesteuropa og Mellemøsten
guldsmykker og pragtgenstande af guld og elektrum før 4000 f.Kr.
kobberøkser og smykker af rent kobber 4000 f.Kr.
sølvsmykker, bægre og skåle før 3000 f.Kr.
arsenkobberanvendt i Grækenland og Mellemøsten 3500-1000 f.Kr.
tinbronzeafløser arsenkobber fra omkring 1800 f.Kr.
tini bronze fra ca. 1800 f.Kr; tinbarrer fundet i Haifa i vrag fra 1200 f.Kr.
blyi bronze fra ca. 1500 f.Kr; alm. brugt til rør hos romerne
jernudbredt anvendelse i Middelhavslandene fra 900 f.Kr.
meteorjernkun få sikre eksempler på anvendelse, bl.a. hos Thuleeskimoer 1000-1800
messinganvendt af romerne omkring Kristi fødsel
støbejernopdaget 1150-1200; alm. udbredt fra 1350
aducergodsbeskrevet af R.A.F. de Réaumur 1722, men kendt i Kina allerede 400 f.Kr.
zinkdet rene metal isoleret 1746 af A.S. Marggraf
platinopdaget af A. de Ulloa 1735; brugt til russiske mønter i 1840'erne
cobaltopdaget af G. Brandt 1735; alm. i stål og andre legeringer fra 1920
nikkelopdaget af A.F. Cronstedt 1751; alm. anvendt fra 1890
puddeljernprocessen opfundet af H. Cort 1784; alm. 1800-1910
chromopdaget af L.N. Vauquelin 1797; alm. i stål fra 1915
aluminiumopdaget af H.C. Ørsted 1825; alm. anvendt fra 1890

Den specielle del tillempes de enkelte metaller og redegør for de processer, der benyttes ved fremstilling, raffinering og varmebehandling af de forskellige legeringer. Her skelnes mellem jernets og ikke-jern-metallernes metallurgi. Man kan stå over for meget forskellige problemstillinger, når man skal fremstille fx guld, kobber, jern, chrom og aluminium.

Annonce

Den teoretiske del bygger på den uorganiske og fysiske kemi og benytter termodynamiske metoder til at beregne og forudsige processernes forløb. Da disse processer (fx reduktion, støbning og svejsning) som oftest finder sted ved høj temperatur, har man på forhånd ringe erfaring fra dagligdagen. Ikke desto mindre lykkedes det fortidens metallurger at nå frem til ret perfekte fremstillingsmetoder, før den moderne termodynamiske teori var udviklet til anvendelse på metallurgiske opgaver.

Fremstilling

Udgangspunktet for metalfremstilling er dels malme, dels kasserede metalgenstande. Malmene indeholder metallet som oxid, hydroxid eller sulfid, men da malmene tillige indeholder de såkaldte gangarter (ledsagende bjergarter og mineraler), sker der normalt en sortering først. Som regel knuses malmen til en finhed som melis, hvorefter den sorteres vha. fx magnetseparation, flotation eller opslæmning. Visse sulfidholdige malme ristes. Herved fjernes svovl som svovldioxid, og malmen overføres i oxid. Hydroxyl- og carbonatholdige malme omdannes ved opvarmning (kalcinering) til oxider.

Oversigt over vigtige processer, metoder og apparater med omtrentlig datering af deres første optræden
massivt støbte metalgenstandei sten- og lerforme før 4000 f.Kr.
lodningmed kobber-guld eller tin-bly ca. 3000 f.Kr.
præcisionsstøbningkendt ca. 3000 f.Kr; fx lurer fra 1300-600 f.Kr.
ciselering og granuleringanvendt på guld-, sølv- og kobberlegeringer fra 2500 f.Kr.
adskillelse af guld og sølvmed natriumklorid m.m. fra 2000 f.Kr.
adskillelse af sølv og blyved afdrivning kendt fra 1000 f.Kr.
niellodekorativ sort masse af sølv, kobber og svovl fra 1500 f.Kr.
lueforgyldning, amalgameringkendt omkring 1000 f.Kr.
trådfremstillingved klipning og/eller hamring i sænke ca. 1000 f.Kr.
møntfremstillingca. 650-625 f.Kr. i Lilleasien
essesvejsning af jernkendt fra 900 f.Kr.
hærdning af stålkendt fra 900 f.Kr.
damascenerstålfremstillet i Indusregionen fra 400 f.Kr.
mønstersvejset jernanvendt af romerne omkring Kristi fødsel, af nordmænd ca. 900
trådtrækning af jernmed trækjern fra ca. 900
vandmøllen i metallurgiens tjenesteindført ca. 1150
højovn til råjernsfremstillingopfundet ca. 1150, alm. fra 1300
friskning af råjern til smedejernopfundet ca. 1150, alm. fra 1300
grubepumpenopfundet ca. 1400
typemetalbly-antimon-tin-legering, opfundet 1450 af J. Gutenberg
varmvalsning af jernopfundet ca. 1700, alm. fra 1820
drejebænk med tilspændingopfundet af H. Maudslay 1797
nitning af jern og stålalm. anvendt 1840-1950
skæring af jern og stål med iltopfundet ca. 1890
elektrisk modstandssvejsningopfundet af Elihu Thomson 1890
autogensvejsning med ilt og acetylenopfundet af H. Moissan og Fouché 1895

Malmkoncentratet bringes dernæst i kontakt med et reduktionsmiddel. I de pyrometallurgiske processer sker det ved reduktion med gas eller fast brændsel, fx i en højovn eller en konverter. I elektrometallurgiske processer sker reduktionen og opvarmningen ved tilførsel af elektrisk energi (se fx aluminium). I de hydrometallurgiske processer overføres malmen i vandig opløsning, hvorpå metallet udfældes kemisk eller elektrolytisk. Som eksempel kan nævnes udludning af kobbermalm med fortyndet svovlsyre og kemisk fældning af kobberet på jernskrot, den såkaldte cementering.

Det vundne metal bliver i reglen omsmeltet og udstøbt i form af barrer eller blokke, der kan videreforarbejdes eller raffineres yderligere.

Pulvermetallurgidækker fremstilling af metal ved at reducere malmpulver i en fluid bed-konverter samt fremstilling af smede- og valseemner med meget lille indhold af urenheder og af færdigemner med kompliceret form og en størrelse på 0,1 -10 kg. Emnerne fremstilles ved presning af pulver og sintring. De færdige emner har 5-15 % porer, der kan fjernes ved smedning eller infiltration (udfyldning ved lodning). Ved pulvermetallurgiske metoder kan der fremstilles legeringer og strukturer, som ikke kan fremstilles ad smeltemetallurgisk vej.

Der bruges store mængder energi i forbindelse med metalfremstilling, både til selve reduktionsprocessen, til brydning og forbehandling af malmen og til efterbehandling af affaldsprodukter. Til fremstilling af 1 kg aluminium bruges 50 MJ til at reducere malmen og opretholde den nødvendige temperatur i konverteren, og malmforbehandlingen bruger 20-50 MJ. Til oparbejdning af genbrugsaluminium bruges kun ca. 2,5 MJ pr. kg (10 MJ, hvis det skal renses elektrolytisk). Recirkulation er derfor en vigtig faktor. For ståls vedkommende hviler 30-80 % af produktionen i de vestlige lande på recirkulation af skrot.

Den fysiske metallurgi

Den fysiske metallurgi beskæftiger sig med det færdige produkt. Den omfatter de eksperimentelle metoder til undersøgelse og fejlfinding i metallerne: mikroskopi, elektron- og feltionmikroskopi, røntgenanalyse og Mössbauer-spektroskopi. Desuden studeres metallernes egenskaber teoretisk.

Historie

Metallernes betydning for den kulturelle udvikling ses allerede deraf, at man efter forslag i 1836 af arkæologen C.J. Thomsen opdeler oldtiden i stenalder, bronzealder og jernalder.

Vor viden om metallernes historie stammer dels fra Det Gamle Testamente og de antikke forfattere Herodot, Polybios, Strabon, Plinius, Galenos og andre, der omtaler oldtidsmetallerne guld, sølv, kobber, tin, bly, kviksølv og jern, dels fra middelalderlige kilder som Theophilus Presbyter og renæssancekilder som Vannoccio Biringuccio (1480-ca. 1539), Cellini og Agricola, der bringer oplysninger om malme og metoder samt om guld- og sølvsmedekunst. De arkæologiske fund kan belyses ud fra dette skriftlige materiale. Ved moderne metallografiske metoder kan man præcist identificere de anvendte legeringer, støbe- og smedeteknik, sammenføjningsteknik og kvalitet af de fundne genstande. Endelig er det muligt ved et studium af slaggernes sammensætning i forhold til jernet at nå til en omtrentlig forestilling om, hvor og hvordan de fundne genstande er fremstillet. Denne metode er imidlertid kun anvendelig inden for et begrænset område, fx Skandinavien.

Jo mere indblik man får i fortidens metallurgi, des mere må man beundre den håndværksmæssige viden, der ligger bag. Kobber blev afløst af kobber-arsen-legeringer omkring 3000 år f.Kr., og disse igen af kobber-tin-legeringer, sandsynligvis fordi man var blevet klar over den sundhedsmæssige risiko, der var forbundet med arsenholdige malme. Bronzelurerne vidner om avancerede metoder til præcisionsstøbning for mere end 3000 år siden. Bronzens tinindhold er afstemt efter, om emnet skulle smedes efter støbningen. Med probersten og -nåle kunne guldsmeden med nogle procents nøjagtighed bestemme sammensætningen af guld- og sølvgenstande, mens (jern)smeden på slibestenens gnistbillede og på en brudflade kunne afgøre jernets kulstof- og fosforindhold. Se også minedrift og artikler om de enkelte metaller.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Vagn Fabritius Buchwald: metallurgi i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 23. april 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=124695