STRUKE:

metalurgija

ilustracija
METALURGIJA, ljevaonica aluminijskoga lijeva, Lipovica
ilustracija1ilustracija2ilustracija3

metalurgija (prema grč. μεταλλoυργεĩν: kopati rude), znanost o dobivanju i primjeni metala i njihovih slitina, u kojoj se razlikuju tri glavna područja: procesna (ekstraktivna) metalurgija (redukcija metala iz ruda te njihovo taljenje i pročišćavanje – rafinacija), mehanička (prerađivačka) metalurgija (oblikovanje metala u tekućem, plastičnom i čvrstom stanju) i fizikalna metalurgija (utvrđivanje fizikalnih i kemijskih zakonitosti ponašanja metalnih materijala za vrijeme obradbe, preradbe, ispitivanja i primjene). Procesna metalurgija obuhvaća pirometalurgiju (dobivanje i pročišćavanje metala na visokim temperaturama, u pećima i različitim uređajima za taljenje), hidrometalurgiju (dobivanje metala uz prethodno prevođenje sastojaka ruda u otopinu) i elektrometalurgiju (dobivanje metala uz primjenu električne energije, najčešće elektrolizom otopina ili talina ruda). Mehanička metalurgija može se podijeliti na obradbu metala u tekućem i u čvrstom stanju. Osim navedenoga, važno je i metalurško inženjerstvo (utjecaj tehničkih postrojenja na proizvodnost i ekonomičnost tehnoloških postupaka) i metalurška ergonomija (odnos čovjeka i postrojenja u suvremenim uvjetima proizvodnje).

Uporaba metala traje gotovo 6500 godina. Čovjek je najprije počeo iskorištavati metale koji se u prirodi nalaze u elementarnom obliku: zlato, srebro, bakar. Kako su zlato i srebro mekani metali, rabili su se samo za izradbu nakita i različitih ukrasnih predmeta. Iako je i bakar u osnovi mekan metal, iskucavanjem i kovanjem može mu se povećati tvrdoća te može služiti za izradbu oruđa i oružja. Najranija uporaba metala potvrđena je već u paleolitiku (privjesci i perle od bakra), no radilo se o korištenju bakrenih minerala poput petrografske sirovine, tehnologijom obradbe kamena. Ipak, i pri takvoj je obradbi moglo doći do zagrijavanja sirovine i spoznaje da se bakar pod utjecajem topline lako savija. Iz te se spoznaje postupno razvio proces toploga kovanja, koji je dalje vodio prema taljenju rude i lijevanju metala. Neke su kasnoneolitičke kulture (lengyelska, potiska) poznavale jednostavne predmete kovane od bakra, ali to nije imalo većega gospodarskog i društvenog značenja. Isprva su se rabile rude koje se nalaze na površini Zemlje i kojima se razmjerno lako odstranjuju nečistoće. Bakar se dobivao iz karbonatnih, oksidnih i sulfidnih ruda, za što je bio potreban složeniji postupak preradbe. Razvoj metalurgije bakra neovisno je počeo na različitim stranama svijeta: u zapadnoj Aziji oko 6000. pr. Kr., u Zakavkazju i na Balkanu oko 4000. pr. Kr., u Sjevernoj Americi oko 3000. pr. Kr., u Kini oko 2500. pr. Kr. Dugo se smatralo da je metalurgija u Europi rezultat širenja kulturnih utjecaja iz egejskoga područja i Anatolije. No eneolitički rudnici na Rudnoj glavi kraj Majdanpeka (Srbija) i u Ai Bunaru (Bugarska) pokazali su da je metalurgija na Balkanu autohtonoga podrijetla. Prijelaz na korištenje karbonatne bakrene rude, što je jasno potvrđeno u okvirima vinčanske kulture, smatra se početkom metalurgije. Korak dalje bilo je legiranje bakra s arsenom, potvrđeno analizama mnogobrojnih bakrenodobnih nalaza. Taj je postupak mogao biti slučajnost, ali je ubrzo postao uobičajen, jer je davao proizvode bolje kvalitete. Izradba prave bronce, tj. slitine bakra i kositra, započela je između 3000. i 2500. pr. Kr. na područjima južno od Kavkaza i u Iraku. Cink se, uz kositar, pojavljivao već u brončanim predmetima tijekom brončanoga doba, slučajno ili svjesno dodavan (što je potvrđeno u nekim slitinama iz željeznoga doba). Tada je u Babilonu i Asiriji bila poznata i slitina bakra i cinka – mjed, no ona je u pravu uporabu ušla tek oko 30. pr. Kr. u Egiptu, a potom ju je prihvatila rimska metalurgija, osobito za izradbu moneta. U dobivanju metala tijekom brončanoga doba naziru se i prve naznake uporabe željeza, iako je ono, u meteoritskom obliku, bilo poznato i ranije. U Anatoliji se početci uporabe željeza bilježe oko 2000. pr. Kr., a osobit razvoj tehnologije veže se uz Hetite oko 1200. pr. Kr. Uporaba željeza i razvoj njegova dobivanja i obradbe u Europi odredili su dva velika prapovijesna razdoblja: starije željezno doba (halštatska kultura) i mlađe željezno doba (latenska kultura).

Željezo je u ozbiljniju uporabu ušlo oko 500. god. pr. Kr. Bio je to, zapravo, čelik, sve do danas po količini proizvodnje i uporabi najvažniji metal. Oko 1460. konstruirana je u Kataloniji prva visoka peć u Europi (katalonska peć). God. 1619. izumljen je postupak za dobivanje željeza u visokoj peći s pomoću kamenog ugljena, a polovicom XVIII. st. ugljen se počeo zamjenjivati koksom. Moderna metalurgija započela je 1856. prijavom patenta H. Bessemera za propuhivanje zraka kroz rastaljeno željezo u konvertoru obzidanome kiselom oblogom. Analogan postupak propuhivanja željeza u konvertoru obzidanome bazičnom oblogom razradio je 1878. S. G. Thomas. Oko 1864. otac i sin Émile i P. E. Martin te braća Siemens uveli su novu konstrukciju peći za taljenje željeza s regenerativnim loženjem (→ siemens-martinova peć), čime je bio stvoren temelj za razvoj industrije čelika i suvremene metalurgije. Na prijelazu iz XIX. u XX. st. naglo se razvila proizvodnja čelika u električnim pećima, što je omogućilo izradbu čelika velike čistoće te niza novih vrsta specijalnih čelika i slitina. Nakon II. svjetskog rata u proizvodnju čelika uveden je konvertor s propuhivanjem kisika. Na početku XXI. st. godišnja proizvodnja čelika približila se iznosu od 900 milijuna tona.

U metalurgiji bakra danas se najčešće primjenjuju pirometalurški, djelomično i hidrometalurški postupci, sirovo se olovo dobiva klasičnom redukcijom u jamskim pećima i rafinira pirometalurški, dok se cink proizvodi hidrometalurški (elektrolizom) i pirometalurški (redukcijom s destilacijom). Uznapredovala je i proizvodnja uranija, torija, niobija, galija, indija i dr. metala, uglavnom zahvaljujući razvoju elektrotehnike, nuklearne te raketne tehnike i astronautike. Sve veću važnost ima i metalurgija aluminija, iako još uvijek razmjerno skromna prema proizvodnji ostalih metala. U njoj prevladava Bayerov postupak dobivanja glinice iz boksita, a aluminij se zatim proizvodi elektrolizom rastaljene glinice. Lijevanje metala poznato je najmanje 5000 god. i danas je jedan od najdjelotvornijih načina proizvodnje metalurških, ekološko prihvatljivih proizvoda uz mogućnost recikliranja.

U Hrvatskoj je na području Ruda kraj Samobora, gdje su bila bogata nalazišta bakra, nađen najstariji tip bakrene sjekire kakve su se približno 4000 god. pr. Kr. rabile u rudnicima bakra. Taj se nalaz može smatrati najstarijim tragom metalurgije (i rudarenja) na području današnje Hrvatske. U Hrvatskoj je metalurgija bakra posvjedočena u badenskoj kulturi, a serijska proizvodnja bakrenih predmeta počela je s uvođenjem lijevanja u dvodijelnim kalupima i iskorištavanjem sulfidne rude, u čem je vrhunac dosegnula vučedolska kultura, koja je svojim postignućima utrla put brončanomu dobu. U mlađe željezno doba Kelti su na području današnjega Siska razvili proizvodnju željeza na osnovi nalazišta željezne rude u obližnjoj Trgovskoj gori. I u doba Rimljana postojale su na obalama Kupe radionice za proizvodnju oružja te kovnice novca. Prema ostatcima odlagališta troske procjenjuje se da su Rimljani iskorištavali više od milijun tona željezne rude. Propašću Rimskoga Carstva metalurška je djelatnost na području današnje Hrvatske bila zamrla i obnovila se tek dolaskom Sasa u XI. st. U Dubrovniku je 1410. osnovana ljevaonica, u kojoj je 1446. odliveno zvono mase 1500 kg za gradski zvonik. Najpoznatiji hrvatski ljevač zvona i topova, Ivan Krstitelj Rabljanin, osnovao je ljevaonice polovicom XV. st., a u to je doba i zagrebačka ljevaonica zvona izlila zvono mase 6400 kg za zagrebačku katedralu.

Upadom Osmanlija u Hrvatsku metalurgija je stagnirala sve do početka XVIII. st., iako je P. Zrinski u XVII. st. iskorištavao rudnike bakra, srebra, zlata i drugih metala u Gvozdanskome u Banovini te na Zagrebačkoj gori i u Gorskom kotaru, gdje su se metali talili i kovali. U Bešlincu u Banovini podignuta je 1808. prva visoka peć pa se ondje koncentrirala preradba željezne rude sve do 1939., kada je osnovano Rudarsko udruženje – Talionica Caprag u Sisku, preteča današnje Željezare Sisak. Na području Šibenika sagrađena je 1900. Tvornica elektroda i ferolegura, 1908. u Dugom Ratu Tvornica karbida i ferolegura, a 1937., također na području Šibenika, razvila se aluminijska industrija. Prvo se proizvodila glinica i provodila elektroliza, a 1955. izgradile su se valjaonice i prešaonica za preradbu aluminija, čime su bili udareni temelji Tvornice lakih metala. Pogoni Armko u Konjščini započeli su raditi 1963., Željezara Split puštena je u pogon 1971., a valjaonica čelika u Kumrovcu 1973.

Početci visokoškolske nastave iz metalurgije vezuju se uz utemeljenje Tehničke visoke škole u Zagrebu. U nastavnom planu Kemičko-inženjerskog odjela za školsku god. 1919/20. nalazila se i metalurgija. Početkom 1922. u okviru istog odjela osnovan je Zavod za anorgansku kemijsku tehnologiju i metalurgiju, preteča poslije (1939) osnovanog Odsjeka za rudarstvo i metalurgiju, tada već na Tehničkom fakultetu. Zavod je osnovao profesor F. Hanaman, koji je 1923–41. održavao, kao prvi nastavnik, predavanja iz predmeta metalurgija. Nakon smrti profesora Hanamana, nastavu je do 1958. preuzeo profesor A. Šahnazarov, a od 1958. metalurgija se predavala na Tehnološkom fakultetu do 1962., kada je posljednji nastavnik, u zvanju honorarnog predavača, bio V. Logomerac. Nedostatak stručnjaka iz područja metalurgije zamijetio se već potkraj 1950-ih, kada se na inicijativu Željezare Sisak počelo razmatrati osnivanje Tehničke visoke škole s metalurškim i tehnološkim smjerom. To je 1960. rezultiralo osnivanjem Odjela za metalurgiju u Sisku u okviru Tehnološkoga fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. Željezara Sisak osnovala je i Institut za metalurgiju, čime se poslije osiguralo sudjelovanje niza istaknutih metalurških stručnjaka u nastavnom procesu. Od 1991. Metalurški fakultet u Sisku djeluje kao samostalna visokoškolska znanstveno-nastavna ustanova u okviru Sveučilišta u Zagrebu. Osim prvih profesora metalurgije, treba spomenuti i L. Chloupeka (metalurgija željeza, metalurške peći), Pavla Pavlovića (specijalni čelici, teorija metalurških procesa, fizikalna metalurgija), Josipa Krajcara (metalurgija čelika), I. Mamuzića (obradba materijala deformiranjem), Josipa Črnka (energetika i metalurške peći), A. Markotića (oplemenjivanje ruda, metalurgija željeza i aluminija) te D. Maljkovića (hidrometalurgija).

God. 1957. u ondašnjoj Željezari Sisak osnovano je Društvo inženjera i tehničara, u kojem je zapaženu ulogu imala Sekcija metalurga. God. 1978. Sekcija je prerasla u Društvo metalurških, geoloških i rudarskih inženjera i tehničara Hrvatske, a početkom 1992. u Hrvatsko metalurško društvo, najjaču strukovnu metaluršku udrugu u Hrvatskoj, koja promiče stručne i znanstveno-nastavne djelatnosti u metalurškoj struci i razvoj metalurgije te posebice vodi brigu o organiziranju međunarodnih simpozija o materijalima i metalurgiji i o časopisu Metalurgija, najstarijem i najistaknutijem časopisu iz toga područja.

metalurgija. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 23.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=40372>.