Энергетика. Извлекают их из руд — смесей различных минералов Разработка в космосе

Опоры для мостов и мелкие гайки, станки-автоматы и топоры, батареи в наших домах и антенны на крышах — всё это и многое другое изготовлено из металлов. Извлекают их из руд — смесей различных минералов. Самородные, т. е. чистые, сплавы, золото к примеру, в природе встречаются очень редко. Руду добывают и готовят к переработке горнодобывающие компании. Так, железорудные месторождения разрабатывают 2-мя методами. Если руда залегает глубоко — то в шахтах, а если близко к поверхности — то так называемым открытым способом, т. е. в карьерах. Руда содержит не только сплавы, однако и пустую породу (ненужные примеси). Стальная руда считается богатой, если доля железа в ней добивается 30—50%. Залежей таких руд на Земле совсем много. Огромные же месторождения руд цветных металлов встречаются гораздо реже. К богатым, к примеру, относят руду, в которой всего 3—5% незапятанной меди. Тем не менее, добыча руд цветных металлов необычайно выгодна. Добытую руду обогащают — отделяют пустую породу. Поначалу руду измельчают в специальных мельницах. Причём чем она беднее, тем дороже первичная обработка. Бедная порода просит особо тщательного измельчения; некие руды приходится перетирать буквально в пыль. Потом руду промывают водой либо химическими растворами. Получившуюся смесь — пульпу (от лат. pulpa — «мякоть») продувают воздухом, чтобы выделить из неё богатые сплавом, а означает, более тяжёлые составляющие. Для выделения железа используют магниты. Эту операцию называют сепарацией {от лат. separatio — «отделение»). Чтоб извлечь из руды цветные сплавы, широко используют химические, химические и гидрохимические методы. Порошок руды, к примеру, промывают веществом веществ, образующих пену, к которой прилипает лишь металл. При всем этом для каждого сплава (меди, алюминия, титана, никеля и т. д.) используют свою технологию. В итоге предварительной обработки получают концентрат с высочайшим содержанием металла. Однако это ещё не готовый, незапятнанный сплав, а сырьё для его изготовления. К примеру, основной шаг производства — доменный передел. Концентрат железной руды расплавляют в больших печах (домнах) и получают чугун. Он поступает на металлургические фабрики, и конкретно здесь его превращают в сталь. Сталь варят из чугуна в смеси с металлоломом. Стали разных марок различаются по составу, а, следовательно, по химическим и физическим свойствам. Например, марганец нужен при выплавке стали для ковшей экскаваторов либо траков гусеничных машин (тракторов и танков). Добавка никеля даёт нержавеющую сталь. Существуют несколько способов выработки стали. В конце XIX — первой половине XX в. главным сталеплавильным действием было мартеновское создание, названное так по фамилии его изобретателя, французского металлурга Пьера Мартена (1824—1915). Но ещё в шестидесятых гг. XIX в. сталь предложили выплавлять в кислородных конвертерах (от лат. convert» — «превращать»), что не только экономно, однако и даёт металл более высочайшего свойства. Специальные стали, с особыми физическими и химическими качествами, выплавляют и в электрических печах по сложным технологиям. Стали и сплавы на базе железа, приобретенные этими способами, содержат малое количество примесей. Жидкую сталь разливают в чугунные формы — изложницы. Когда сплав застывает, слитки отправляют в прокатные цехи металлургического завода. Тут из их изготовляют профили — балки различных размеров и формы, рельсы для стальных дорог и трамвайных путей, полосы и листы. Часть проката поступает в кузнечный цех, где куют либо штампуют заготовки для деталей машин.

Земная разработка развивается не одно тысячелетие, и сейчас, кажется, с её помощью можно сделать всё, что угодно. Тем не менее, в каждом технологическом процессе на нашей планете обязана учитываться сила тяжести. Из-за неё вода и масло не смешиваются (у их разная плотность, и масло всплывает в воде), нельзя вырастить верный кристалл с требуемым распределением компонентов и т. д. На околоземной орбите сила тяжести отсутствует. Потому в космосе правильно развернуть производство сверхчистых материалов с данными качествами. Например, кристаллов для высокоточных оптических устройств (а именно, для твердотельных лазеров) и микросхем. Во всём мире 80% готовых микросхем уходит в брак — в основном по причине неравномерного строения исходных кристаллов, выращенных в гравитационном поле Земли. Существенное — в масштабах микросхемы — влияние оказывает и материал стенок кристаллизатора, безизбежно попадающий в расплав. В невесомости таковых проблем нет. Можно подвесить расплав в магнитном либо электрическом поле, в лучах лазеров, и он не будет контактировать со стенами рабочей камеры. Можно регулировать распределение компонентов расплава и рост кристалла при помощи всё тех же полей и лучей. В условиях невесомости значительно легче проводить очистку органических смесей. Входящие в их частички имеют электрический заряд, а значит, в электрическом поле будут двигаться по траекториям, определяемым соотношением их заряда и массы. На Земле огромные помехи вносит сила тяжести. Ещё одно направление космической технологии соединено с созданием внеземных конструкций. В невесомости отпадает необходимость в крепких, устойчивых опорах, в вакууме нет ни ветра, ни осадков. Ну и коррозии нечего бояться. Все космические сооружения можно поделить на две огромные группы: негерметичные и герметичные. Последние наполняются газом (не обязательно воздухом) или жидкостью. Они должны выдерживать внутреннее давление, тут недопустимы утечки содержимого. Практического опыта сборки в космическом пространстве герметичных объектов при помощи привычных способов — сварки или клейки — пока нет. Освоена и отлажена лишь стыковка разъёмных соединений. Намертво соединить детали в космическом вакууме нетрудно. Если температура хотя бы чуть-чуть выше абсолютного нуля, на поверхности стыка атомы металла равномерно передвигаются из одной детали в другую. Такая диффузия, в конце концов, приводит к прохладной сварке. На Земле этому процессу мешает плёнка окиси, возникающая под действием кислорода воздуха и паров воды. В космическом вакууме окисная плёнка не появляется, и приходится даже принимать особые меры, чтоб не «схватились» контактирующие детали, которые не нужно сваривать. Есть и другие методы соединения. К примеру, на орбитальном комплексе «Мир» две фермы построены из заранее заготовленных стержней, соединённых муфтами из нитинола (железного сплава никеля и титана), владеющего памятью формы. Это дозволяет при необходимости разобрать ферму и смонтировать её в другом месте. С увеличением размеров конструкций растут их термические деформации. Освещенная Солнцем поверхность на околоземной орбите нагревается до 150 °С и расширяется, теневая — остывает практически до -150 °С и сжимается. В результате ферма стремится изогнуться в сторону тени. Потому очень перспективны в качестве материалов для космических ферм композиты (композиционные материалы), особенно углепластики, которые деформируются еще меньше сплава. В их сочетаются химически разнородные составляющие с точной границей раздела между ними. Эти необыкновенные материалы характеризуются качествами, которыми не обладает ни один компонент в отдельности. Композиты нельзя сваривать, резать и сверлить. Детали, сделан из синтетической пленки, покрытой тончайшим слоем сплава.