Μεταλλουργία, δημιουργία μετάλλων και η συμβολή τους στην ανθρώπινη ιστορία. Κεφάλαιο ΙΙ(2)

Μεταλλουργία, δημιουργία μετάλλων και η συμβολή τους στην ανθρώπινη ιστορία Κεφάλαιο ΙΙ(2) Κωνσταντίνος Μαντάς, Χρυσάνθη Καρακώστα, Γιώργος Κατσίκης, Θάνος Κιτσικόπουλος, Κατερίνα Μαργέλου, Γιάννης Λαμπρινιάδης 5/3/2013

Περιεχόμενα Εισαγωγή... 3 2.1 Δημιουργία μετάλλων... 4 2.1.1 Σχηματισμός ορυκτών... 4 2.1.2 Ορυκτά που υπάρχουν στον ελλαδικό χώρο και μέταλλα που εξάγονται από αυτά... 5 2.2 Χρονολογική σειρά ανακάλυψης και χρήσης μετάλλων στον ελλαδικό χώρο και παγκοσμίως... 9 2.3 Συμβολή μετάλλων στην ανάπτυξη της Ελλάδος 19 2.4 Μεταλλουργία και κλάδοι της 22 2.4.1 Επεξεργασία μετάλλων..22 2.4.2 Εξόρυξη μετάλλων..26 2.5 Μέταλλα και ενέργεια..29 2.5.1 Ενέργεια και απομόνωση μετάλλων.29 2.5.2 Μεταλλουργία χαλκού.31 2.5.3 Μέθοδος μεταλλουργίας Fe-Midrex..31 2.5.4 Παραγωγή Αλουμινίου 32 2.5.5 Ισότοπο U-235 Ουρανίου(Ur) 33 2.5.6 Ηλεκτρική κάμινος και ενέργεια.33 2.6 Συμπεράσματα..35 2.7 Βιβλιογραφία 36 2

Εισαγωγή Καθ όλη τη διάρκεια της ανθρώπινης ιστορίας, τα μέταλλα εξορύσσονταν και επεξεργάζονταν προκειμένου να εξυπηρετήσουν τις καθημερινές ανάγκες του ανθρώπου. Έτσι αναπτύχθηκε ο κλάδος της μεταλλουργίας. Παρόλη τη διευκόλυνση την οποία παρέχει η μεταλλουργία στην καθημερινή μας ζωή, η πλειοψηφία αγνοεί την πραγματική σημασία της έννοιας αυτής. Καταρχάς, θα ήταν χρήσιμο να γνωρίζαμε τις συνθήκες και τους τρόπους δημιουργίας των μετάλλων, ώστε να μελετηθούν με μεγαλύτερη ευκολία και άνεση. Επιπλέον, η μεταλλουργία διαδραμάτισε έναν πολύ σημαντικό ρόλο στην έξοδο του ανθρώπου από το μη οργανωμένο κυνηγητικό στάδιο και στην εξέλιξη της πλούσιας ιστορίας του. Επίσης, στην διαμόρφωση της μεταλλουργίας, συμβάλλουν οι ποικίλοι τρόποι εξόρυξης των μετάλλων από το υπέδαφος αλλά και οι μορφές ενέργειας οι οποίες αξιοποιούνται για την εξαγωγή και την επεξεργασία τους. Συμπληρωματικά, θα πρέπει να αναζητηθούν οι πλουσιότερες σε μεταλλεύματα περιοχές του πλανήτη. Τέλος, οφείλουμε να μελετήσουμε εις βάθος την παρουσία των μετάλλων στον ελλαδικό χώρο, καθώς και την ιδιαίτερη συμβολή τους στην οικονομική και κοινωνική ανάπτυξη της χώρας μας. 2.1 Δημιουργία μετάλλων Τα περισσότερα μέταλλα δεν τα βρίσκουμε ελεύθερα στη φύση. Τα παίρνουμε με ειδική επεξεργασία από τα διάφορα πετρώματα. Τα πετρώματα είναι συγκεντρώσεις (συσσωματώματα) από ένα η περισσότερα ορυκτά. Τα ορυκτά είναι ανόργανα, στερεά, με καθορισμένη σύσταση και δομή. Άρα για να καταλάβουμε πως δημιουργήθηκαν τα μέταλλα πρέπει να μελετήσουμε τον σχηματισμό των ορυκτών από τα οποία προήλθαν. 2.1.1Σχηματισμός ορυκτών 3

Τα ορυκτά στη φύση σχηματίζονται με πολλούς τρόπους και, ανάλογα με τον σχηματισμό τους, γίνεται κι η διάκρισή τους. Ορισμένα σχηματίζονται από την βαθμιαία κρυστάλλωση του μάγματος όπως το διαμάντι ή τη δράση θερμών διαλυμάτων που επιδρούν σε μια μάζα πετρώματος (υδροθερμικός σχηματισμός) και ονομάζονται πρωτογενή. Άλλα σχηματίζονται όταν παράγοντες όπως το οξυγόνο ή άλλα αέρια του αέρα, η υγρασία, τα υπόγεια ή επιφανειακά ύδατα, η θερμότητα του περιβάλλοντος επιδράσουν στα πρωτογενή ορυκτά και τα αλλοιώσουν (εξαλλοίωση ή οξείδωση) και ονομάζονται δευτερογενή. Μαγματογενή ορυκτά ονομάζονται τα ορυκτά τα οποία σχηματίζονται από το μάγμα που βγαίνει απ' τα ηφαίστεια, όταν αυτό ψυχτεί και πιεστεί απ' τα παραπάνω στρώματα της γης. Το μάγμα διαφοροποιείται, ορισμένα απ' τα συστατικά του διαχωρίζονται κι έτσι σχηματίζονται τα ορυκτά. Τέτοια ορυκτά είναι ο χαλαζίας, ο απατίτης, οι άστριοι, ο βιοτίτης, ο πυρόξενος κ.ά. Ιζηματογενή ορυκτά ονομάζονται τα ορυκτά τα οποία σχηματίζονται από διάφορες ουσίες που βρίσκονται διαλυμένες στο νερό ποταμών, λιμνών, θαλασσών κλπ. Οι ουσίες αυτές κατακάθονται στον πυθμένα, αποσυνθέτονται βαθμιαία και σχηματίζουν ορυκτά. Τέτοια ορυκτά είναι ο γύψος, το ορυκτό αλάτι, ο ασβεστίτης, ο δολομίτης κλπ. Μεταμορφωσιγενή ορυκτά ονομάζονται τα ορυκτά τα οποία σχηματίζονται σε αρκετά μεγάλο βάθος, στα πιο βαθιά τμήματα του στερεού φλοιού της γης. Προέρχονται από ουσίες που υπήρχαν ήδη εκεί, αλλά αλλοιώθηκαν (μεταμορφώθηκαν) απ' την επίδραση της μεγάλης θερμοκρασίας σε τέτοια βάθη καθώς και της πίεσης των στρωμάτων που υπήρχαν από πάνω. Εκτός από μερικά ορυκτά που παραμένουν αναλλοίωτα (χρυσός, πλατίνα, διαμάντια, χαλαζίας), τα περισσότερα με τις ατμοσφαιρικές επιδράσεις και το νερό μετασχηματίζονται και το αρχικό ορυκτό γίνεται άλλο. Πολλές φορές το μάγμα περνά από διάφορα πετρώματα που περιέχουν ορυκτά και τα μεταμορφώνει. Αυτή περίπτωση είναι πιο σπάνια από τις άλλες. Επομένως είναι φανερό ότι τα ορυκτά παράγονται τεχνητά από τις επιδράσεις του 4

περιβάλλοντος και δεν είναι ουσίες που προϋπάρχουν στο στέρεο φλοιό της Γης. Όσα ορυκτά περιέχουν μέταλλα σε αρκετά μεγάλη αναλογία, καλούνται μεταλλεύματα. 2.1.2 Ορυκτά που υπάρχουν στον ελλαδικό χώρο και μέταλλα που εξάγονται από αυτά. Ο αιματίτης είναι ορυκτό του σιδήρου με ευρεία διάδοση στο στερεό φλοιό της Γης.(F 2 O 3 ) 2.1.2.1 αιματίτης Ο βωξίτης είναι πέτρωμα, δηλαδή συνδυασμός ορυκτών, και αποτελεί το κυριότερο μετάλλευμα αργιλίου. 5

2.1.2.2 βωξίτης Ο Γαληνίτης είναι ορυκτό και το κυριότερο μετάλλευμα του μολύβδου. 2.1.2.3 γαληνίτης Ο Γκαιτίτης είναι ένυδρο ορυκτό οξείδιο του σιδήρου.( Fe 3+ O(OH) 2.1.2.4 γκαιτίτης 6

Ο βαρύτης είναι θειικό ορυκτό του βαρίου.(baso 4 ) 2.1.2.5 βαρύτης Ο τάλκης είναι πυριτικό ορυκτό του μαγνησίου με χημικό τύπο Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2. 2.1.2.6 τάλκης 7

Ο πυρολουσίτης είναι ορυκτό του μαγγανίου, αποτελούμενο κυρίως από διοξείδιο του μαγγανίου (MnO 2 ). 2.1.2.7 πυρολουσίτης Ο μαλαχίτης είναι ορυκτό του χαλκού με χημικό τύπο Cu 2 (OH) 2 CO 3 2.1.2.8 μαλαχίτης- φωτογραφικό υλικό από την εκπαιδευτική εκδρομή στο Λαύριο 8

Ο φθορίτης ή αργυροδάμας είναι ορυκτό του ασβεστίου.(caf 2 ) 2.1.2.9 φθορίτης 2.2 Χρονολογική σειρά ανακάλυψης και χρήσης μετάλλων στον ελλαδικό χώρο και παγκοσμίως Εισαγωγικά χαρακτηριστικά Η συμβολή των μετάλλων στην εξέλιξη της ανθρώπινης ιστορίας είναι ιδιαίτερα ορατή κατά την ανθρώπινη προϊστορία και πρωτοϊστορία. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα προφανές από το γεγονός ότι η μελέτη της προϊστορίας βασίζεται στο σύστημα των τριών εποχών Σύστημα των τριών εποχών ονομάζεται η ταξινόμηση της ανθρώπινης ιστορίας σε τρεις χρονικά περιόδους, με βάση τα μεταλλικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για κατασκευή εργαλείων. Οι τρεις αυτές περίοδοι είναι: 1. Η Εποχή του Λίθου 2.Η Εποχή του Χαλκού 3. Η Εποχή του Σιδήρου Η υιοθέτηση του συστήματος αυτού βασίστηκε στον αρχαιολόγο Κρίστιαν Γιούργκενσεν Τόμσον και στην αντίληψη των ιστορικών του 19ου αιώνα ότι εάν μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο ήταν διαθέσιμο ένα μέταλλο όπως ο 9

σίδηρος τότε δεν θα χρησιμοποιούνταν εργαλεία από λίθο ή χαλκό. Έτσι τέθηκαν οι βάσεις της μελέτης της ανθρώπινης προϊστορίας. Αργότερα η εποχή του Λίθου διαιρέθηκε σε Παλαιολιθική, Μεσολιθική και Νεολιθική περίοδο, ενώ προστέθηκε στο σύστημα και η Χαλκολιθική εποχή, δηλαδή η μεταβατική περίοδος ανάμεσα σε Νεολιθική εποχή και εποχή του Χαλκού. Όμως, το σύστημα των τριών εποχών παρουσιάζει αρκετές ανακρίβειες, αφού σε περιοχές εκτός Ευρώπης η πολιτισμική και τεχνολογική εξέλιξη δεν ακολούθησε τους ίδιους ρυθμούς, δηλαδή άλλοι πολιτισμοί εξελίχθηκαν πιο απότομα, όπως οι φυλές της Σαχάρας, ενώ άλλοι καθόλου, όπως οι φυλές της Αμαζονίας. Παρ όλες τις ανακρίβειες, το σύστημα των τριών εποχών συνιστά τη βάση της μελέτης της προϊστορίας, αλλά και απόδειξη της συμβολής των μετάλλων στην εξέλιξη του πολιτισμού. Χρήση μετάλλων κατά την αρχαία εποχή Το πρώτο μέταλλο το οποίο χρησιμοποιήθηκε ευρέως κατά την αρχαιότητα ήταν ο χρυσός(αu). Αποδείξεις χρήσης χρυσού χρονολογούνται από το 6000π.Χ., κατά την εποχή του Λίθου. Στην εκτεταμένη χρήση του μετάλλου αυτού συνέβαλε η αισθητική ομορφιά του η οποία προκαλούσε δέος στους πρώτους ανθρώπους, αφού ενώ έχουν βρεθεί χρυσά κοσμήματα, αντίθετα δεν υπάρχουν ενδείξεις χρήσης του χρυσού σε άλλους πρακτικούς τομείς πέραν της κοσμηματοποιείας. Τα περισσότερα από τα χρυσά αντικείμενα δεν αποτελούνταν από καθαρό χρυσό, αλλά από ένα κράμα αποτελούμενο κατά 80% από χρυσό και κατά 20% από ασήμι, το επονομαζόμενο ήλεκτρο. Το ήλεκτρο χρησιμοποιούνταν έως και την Βυζαντινή εποχή για την κατασκευή των χρυσών νομισμάτων. Επειδή η διαδικασία παραλαβής χρυσού από το ήλεκτρο δεν ήταν καθόλου συνηθισμένη. Επίσης, υπάρχουν δείγματα χρήσης λευκόχρυσου(pt). 10

2.2.1.Μετάλλευμα χρυσού(au) To μέταλλο το οποίου η χρήση σηματοδότησε την μετάβαση από την εποχή του Λίθου στην εποχή των Μετάλλων ήταν ο χαλκός (Cu). Ο χαλκός, αντίθετα από τον χρυσό, περά από την κατασκευή κοσμημάτων, χρησιμοποιούνταν επίσης στην κατασκευή καθημερινών εργαλείων και όπλων. Η παραλαβή του χαλκού, ο οποίος πρώτα κοβόταν σε μικρά και κομμάτια και στη συνέχεια ρευστοποιούνταν για να χρησιμοποιηθεί, γινόταν από το ορυκτό μαλαχίτη, γνωστό ως βασικό ανθρακικό χαλκό, αφού είναι μείγμα χαλκού και άνθρακα(cu 2 (OH) 2 CO 3 ) Τα πρώτα χάλκινα κοσμήματα και όπλα εντοπίζονται γύρω στο 3600π.Χ. στην κοιλάδα του Νείλου, παρότι τα πρώτα χάλκινα εργαλεία εντοπίζονται γύρω στο 5000π.Χ. Αρχικά, χάλκινα αντικείμενα χρησιμοποιούνταν μόνο από μέλη ανώτερα κοινωνικά τάξεων και χρειάστηκε μισός αιώνας μέχρι η χρήση τους να επεκταθεί και στις κατώτερες αγροτικές τάξεις. Κυριότερος εξαγωγέας χαλκού κατά την αρχαιότητα υπήρξε η Κύπρος. 11

2.2. 2.Χαλκός(Cu) Κατά την ανάπτυξη του αιγυπτιακού πολιτισμού, περίπου π στο 3500π.Χ., αρχίζει η χρήση του μολύβδου υ(pb). To σουλφίδιο του μολύβδου(pbs) χρησιμοποιούνταν από τους Αιγύπτιους στις βαφέςς των ματιών. Κατά τη Ρωμαϊκή εποχή η ένωση αυτή θερμαινόταν και συλλεγότασ αν ο καθαρός μόλυβδος, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή σωλήνων ύδρευσης αλλά και στις πρώιμες μορφές μεταλλουργίας. Η χρήση του ασημιού(ag) ξεκινά το 2500π.Χ. Το γεγονός ότι είναι σκληρότερο από το χρυσό οδήγησε στην βαθμιαία αντικατάσταση του τελευταίου από το ασήμι στην παρασκευή κοσμημάτων και αντικειμένων αισθητικής αξίας. Όμως, εξαιτίας του ότι το ασήμι είναι μαλακότερο από το χαλκό, χρησιμοποιούνταν σπανίως στην κατασκευή καθημερινών εργαλείων και όπλων. Η κατοχή ασημένιων αντικειμένων αποτελούσε τεκμήριο αριστοκρατικής καταγωγής και κοινωνικής ανόδου. 12

2.2.3.Νόμισμα ασημιού(αg) Τα πρώτα δείγματα χρήσης σιδήρου(fe) προέρχονται από το 2500π.Χ., όμως η κοινή χρήση του μετάλλου αυτού ξεκινά το 1200π.Χ. Τα πρώτα αποθέματα σιδήρου προέρχονταν από απομεινάρια μετεωριτών. Ο αιματίτης ή οξείδιο του τρισθενούς σιδήρου(fe 2 O 3 ) ήταν η πρώτη μορφή σιδήρου που χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή κοσμημάτων. Οι υψηλές θερμοκρασίες τήξης και οι υψηλές εμπορικές τιμές διαθεσιμότητας εμπόδισαν την ευρεία του χρήση πριν το 1400π.Χ., όμως από την χρονιά αυτή και έπειτα ο σίδηρος προκάλεσε μία «επανάσταση» στον ανθρώπινο πολιτισμό, αφού άλλαξε δραματικά τόσο τις συνθήκες καλλιέργειας όσο και την διεξαγωγή πολεμικών επιχειρήσεων. Αξίζει να σημειωθεί ότι η εποχή του Σιδηρού σε περιοχές όπως η Μέση Ανατολή χρονολογείται από το 1200π.Χ., ενώ σε άλλες όπως η Κορέα από το 400π.Χ. Πάντως, η χρήση του σιδήρου αποτέλεσε σημείο καμπής στην ανθρώπινη ιστορία. 13

2.2.4.Σίδηρος(Fe) Ο κασσίτερος(sn) δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως στηνν κατασκευή αντικειμένων παρά μόνο στην περιοχή της Δυτικής Ασίας. Α Όμως, γύρω στο 1750π.Χ., οι Σουμέριοι ανακάλυψαν πώς αναμειγνύο οντας τον χαλκό και τον κασσίτερο, τα χάλκινα αντικείμενα γίνονταν πιο ανθεκτικά. Έτσι, δημιουργήθηκε ένα κράμα αποτελούμενο κατά 89% από α χαλκό και κατά 11% από κασσίτερο, ο ορείχαλκος ή μπρούτζος. Κατά την Ρωμαϊκή εποχή, δεν υπήρχε διάκριση ανάμεσα στον μόλυβδο και τον κασσίτερο, ενώώ η χρήση του τελευταίου περιοριζόταν μόνο στην σύνθεση ορείχαλκου και άλλων κραμάτων. Μάλιστα, η επαφή με τον καθαρό κασσίτερο θεωρούνταν πηγή ασθενειών.. 2.2. 5.Κασσίτερος(Sn) Ο υδράργυρος(hg) ή εντοπίζεται για πρώτη υγρό ασήμι, όπως ήταν γνωστός στην αρχαιότητα, φορά στοο εσωτερικό τάφων του 1600π.Χ., όμως η 14

επίσημη ανακάλυψή του έγινε 750π.Χ., με τις πρώτες αναφορές από τον Διοσκορίδη να χρονολογούνται στο 315π.Χ. Τις περισσότερες πληροφορίες για την χρήση του τις παίρνουμε από τον Πλίνιο τον Πρεσβύτερο, ο οποίος αναφέρει ότι, παρότι ο υδράργυρος είναι δηλητηριώδης, μπορούσε να διαλύσει τον χρυσό και το ασήμι. Για αυτόν τον σκοπό ο υδράργυρος συνέχισε να χρησιμοποιείται έως τον 18 ο αιώνα. Χρήση των μετάλλων κατά τον Μεσαίωνα Στην Ευρώπη, κατά την Μεσαιωνική εποχή, λόγω των συνεχών πολέμων και του συντηρητικού πολιτικού και κοινωνικού ελέγχου τον οποίο επέβαλε η Εκκλησία, σημειώθηκε μία υπανάπτυξη της μεταλλουργίας. Το αποτέλεσμα ήταν, όχι μόνο ότι υποχώρησε η ενασχόληση με τα μέταλλα και τη μεταλλουργία, αλλά και ότι λησμονήθηκαν οι ήδη από την αρχαία εποχή υπάρχουσες μέθοδοι παραλαβής των μετάλλων από τις ενώσεις τους και σύνθεσης κραμάτων. Η ύπαρξη μεταλλικών αντικειμένων εντοπιζόταν μόνο σε αριστοκρατικές επαύλεις, ενώ τα μέταλλα αντικαταστάθηκαν από το ξύλο. Το μόνο μέταλλο του οποίου οι μέθοδοι επεξεργασίας βελτιώθηκαν ήταν ο σίδηρος, ο οποίος με τη μορφή χάλυβα(fe 24 C), κράματος σιδήρου και άνθρακα, χρησιμοποιήθηκε στην κατασκευή πολεμικών εξαρτημάτων. 2.2.6.Πανοπλία από χάλυβα Αντιθέτως, στην Ινδία, αναπτύχθηκε η πυρομεταλλουργία. Επίσης, οι Ινδοί συνέθεσαν πρώτοι την σύγχρονη μορφή χάλυβα, ο οποίος στην περιοχή υπήρξε πιο ακριβός εμπορικά ακόμη και από τον χρυσό, ενώ παράλληλα 15

εξαγόταν στους υπόλοιπους ασιατικούς λαούς και στην Ευρώπη. Αυτή η μορφή χάλυβα θα αξιοποιούντανν από τους ευρωπαίους αποίκους κατά τον 17 ο αιώνα και θα προκαλούσε τηνν βιομηχανική επανάσταση Στην Κίνα, η επεξεργασία και οι χρήσεις του σιδήρου ήταν πολύ πιο εξελιγμένες από ότι στην Ευρώπη. Ο χάλυβας χρησιμοποιούνταν ευρέως στην κατασκευή γεωργικών εργαλείων, αυξάνοντας ς την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα της γεωργικής παραγωγής, ενώ ανακαλύφθηκε ο ψευδάργυρος(zn) ο οποίος χρησιμοποιήθηκε σε κράματα τα οποία αύξαναν τις αντοχές του χαλκού. Τέλος, οι Κινέζοι χρησιμοπο οίησαν γιαα πρώτη φορά τον άνθρακα( (C) ως καύσιμο στηνν μεταλλουργία. 2.2. 7.Κινέζικη μεταλλουργία Παράλληλα, στην Κορέα και στην Ιαπωνία, υπήρχε έλλειψη μεταλλικών πόρων. Η εποχή του σιδήρου στην περιοχή αυτή καθυστέρησε κατά 200 χρόνια σε σχέση με τον υπόλοιποο κόσμο. Όμως, με την είσοδο των μετάλλων από την Κίνα, οι Κορεάτες διέπρεψαν στην μεταλλουργία και κατασκεύασαν έναν πρώιμο τύπο της μεταλλικής πλάκας του Γουτεμβέργιου. Οι Ιάπωνες χρησιμοποιούσαν εισαγόμενα επεξεργασμένα αντικείμενα από την Κορέα. Στον αραβικό κόσμο, τα μεταλλικά αντικείμενα ήταν διαδεδομένα σε όλες τις κοινωνικές τάξεις και ήταν παρόντα σε κάθε καθημερινή εργασία, από το μαγείρεμα μέχρι την κατασκευή και την ενίσχυση των σπιτιών. Οι Άραβες ανέπτυξαν ιδιαίτερες μορφές μεταλλουργίας, πολύ πιοο εξελιγμένες από αυτές των ευρωπαίων γειτόνων τους, με κυριότερη την σύνθεση σ μίας ιδιαίτερης μορφής χάλυβα, του χάλυβα τηςς Δαμασκού, ο οποίος διαδόθηκε σύντομα στην Ευρώπη. Επίσης, οι Άραβες επιδεικνύο ουν λαμπρά δείγματα 16

μεταλλοτεχνίας και μικροτεχνίας, με αντικείμενα σπάνιας σ αισθητικής και καλλιτεχνικής αξίας, κατασκευασμένα συνήθως απόό ασήμι ή χρυσό. Άρα μπορούμε να πούμε πώς τα μέταλλα αποτέλεσαν την τ βάση της ισλαμικής μεταλλοτεχνίας και μικροτεχνίας. 2.2. 8.Αραβικό μαχαίρι από χάλυβα της Δαμάσκου Τέλος, στην Αμερικανική ήπειρο και την Ωκεανία, με εξαίρεση τους τ προκολομβιανούς πολιτισμούς της Αμερικής, οι οποίοι ανέπτυξαν ιδιαίτεραα τις καλλιτεχνικές και πρακτικές χρήσεις του χρυσού, η μεταλλουρμ ργία παρέμεινε σε πρωτόγονη κατάσταση. 2.2.9.Δείγμα προκολομβιανής μεταλλοτεχνίας Χρήση μετάλλων από το 1700 έως σήμερα Ύστερα από μία μεγάλη περίοδο υπανάπτυξης της μεταλλουργίας, που διήρκησε 6 αιώνες, το 1643 οι Ευρωπαίοι αρχίζουν ξανά να ανακαλύπτουν 17

μέταλλα και να συνθέτουν κράματα. Αυτό ξεκίνησε με την ανακάλυψη του αρσενικού(as), το οποίο αν και είναι αμέταλλο, αν θερμανθεί αποκτά μεταλλικές ιδιότητες. Η κυριότερη χρήση του υπήρξε η μείξη του με άλλα μέταλλα για την σύνθεση της πυρίτιδας. Ένα ακόμα αμέταλλο που αν θερμανθεί αποκτά μεταλλικές ιδιότητες είναι το αντιμόνιο(sb) το οποίο χρησιμοποιήθηκε σε κράματα που αυξάνουν την αντοχή του κασσιτέρου. Ο ψευδάργυρος, ο οποίος μέχρι τότε εισαγόταν από την Κίνα, άρχισε να αναμειγνύεται με υγρό χαλκό και συντέθηκαν οι τύποι ορείχαλκου που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα. Επίσης, άρχισε να εισάγεται από την Αμερική ο λευκόχρυσος(pt), που χρησιμοποιήθηκε για την ευκολότερη κατασκευή νομισμάτων. Έτσι, τα νομίσματα άρχισαν να κατασκευάζονται με μεγαλύτερη ταχύτητα και αυτό συντέλεσε στην οικονομική ανάπτυξη της Ευρώπης κατά τον 19 ο αιώνα. Την ίδια περίοδο ανακαλύφθηκαν και πολλά άλλα μέταλλα, όμως δεν είχαν πρακτικές χρήσεις. Η εξέλιξη των μεταλλουργικών τεχνικών διάσπασης μεταλλικών ενώσεων επέτρεψαν στους Ευρωπαίους να ανακαλύψουν νέα μέταλλα τον 19 ο αιώνα: το κοβάλτιο(co) και το νικέλιο(ni) χρησιμοποιήθηκαν στην παραγωγή πυρίτιδας και το χρώμιο(cr) σε κράματα με τον λευκόχρυσο. Όμως, το μέταλλο που προκάλεσε τις μεγαλύτερες αλλαγές ήταν το αλουμίνιο(al) το οποίο λόγω της μεγάλης του ανθεκτικότητας, μαζί με το χάλυβα, χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή αντικειμένων καθημερινής χρήσης και όπλων μεγάλης καταστροφής, όπως τα τεθωρακισμένα, τα θωρακισμένα πλοία και τα αεροπλάνα και αποτέλεσαν τις βάσεις της βιομηχανικής επανάστασης, που άλλαξε τα κοινωνικά, πολιτικά και οικονομικά δεδομένα. 18

2.2. 10.Αλουμίνιο(Al) Τα μέταλλα, στην σύγχρονη εποχή, χρησιμοποιούνται ευρέως, από αντικείμενα καθημερινής χρήσης, σε όπλα μαζικής καταστροφής(π.χ.. το ουράνιο(ur) στην πυρηνική βόμβα), βιομηχανικές εγκαταστάσεις, παραγωγή ενέργειας έως τα επιστημονικά εργαστήρια. Εικόνα 2.2.11.Σύγχρονη μεταλλική κατασκευή 2.3 Συμβολή μετάλλων στην ανάπτυξη της Ελλάδοςς Τα μεταλλεία στην περιοχή του Λαυρίου είναι από τα αρχαιότερα μεταλλεία στον Ελλαδικό χώρο. Η μεταλλευτική δραστηριότηταα σε αυτά χρονολογείται από το 3.000 π. Χ., (ίχνη εξορύξεως χαλκού στη περιοχή του Θορικού) αλλά η συστηματική εκμετάλλευσή τουςς αρχίζει με τη γέννηση της Αθηναϊκής Δημοκρατίας το 508 π. Χ. από τον Κλεισθένη. Τα μεταλλείαα του Λαυρίου υπήρξαν η κύρια πηγή πλούτου της Αθήνας κατά την κλασική εποχή (5οςς και 4οςς π.χ. αιώνας). Η πρώτη ενέργεια που βασίστηκε στα μεταλλεία αυτά υπήρξε προγενέστερη της εγκαθίδρυσης της Δημοκρατίας,, όπως αυτή 19

τοποθετείται από τους ιστορικούς: Ήταν η κοπή ενός από τα πρώτα αργυρά νομίσματα στον κόσμο, της αθηναϊκής δραχμής, γύρω στο 580 π.χ. Γύρω στα 512 π.χ. η Αθήνα υποχρεώθηκε να βασιστεί αποκλειστικά στα μεταλλεία του Λαυρίου, καθώς οι Πέρσες είχαν εισβάλει στη Βόρεια Ελλάδα. Οι πρόσοδοι από τα μεταλλεία αυτά έγιναν αισθητές γύρω στο 500 π.χ., ενώ οι πολεμικές προετοιμασίες απόκρουσης των Περσών (Μάχη του Μαραθώνα) βασίστηκαν στον άργυρο που εξορυσσόταν στα μεταλλεία. Το 482 π. Χ. εντοπίζεται ένα νέο μεγάλο αργυρούχο κοίτασμα στην περιοχή και ο Θεμιστοκλής πείθει τους Αθηναίους να διατεθούν τα προερχόμενα από αυτό έσοδα για την κατασκευή ενός ισχυρού στόλου. Η Αθήνα διέθετε ήδη 70 πολεμικά πλοία και με τα χρήματα από τα μεταλλεία κατασκεύασε άλλα 130. Με τα πλοία αυτά η Αθήνα κατάφερε να αποκρούσει τις δυνάμεις του Ξέρξη, ο οποίος έχοντας περάσει τις Θερμοπύλες κατέβαινε προς την πόλη. Ο αθηναϊκός στόλος, έχοντας αποκτήσει την απαιτούμενη ισχύ, καταναυμάχησε τον Περσικό στη Ναυμαχία της Σαλαμίνας στερώντας έτσι τις Περσικές δυνάμεις ξηράς από τις προμήθειες και τη δυνατότητα ανεφοδιασμού τους. Τα μεταλλεία έχασαν προσωρινά την αξία τους, όταν η Αθήνα έχασε τον Πελοποννησιακό πόλεμο Επανήλθαν προσωρινά σε αξιόλογη εκμετάλλευση επί εποχής Λυκούργου κατά τον 4ο αιώνα, ωστόσο η ανακάλυψη νέων μεταλλείων στη Βόρεια Ελλάδα και η αθηναϊκή παρακμή τα έθεσαν στο περιθώριο, με τις μεταλλευτικές δραστηριότητες να διακόπτονται ολοσχερώς τον 2ο αιώνα, αφενός μεν επειδή η εξόρυξη, φθάνοντας σε βάθη 100 μ., συνάντησε νερό στις στοές, αφετέρου επειδή οι Ρωμαίοι βρήκαν πολύ δύσκολη και την επεξεργασία του μεταλλεύματος. Στην ανάπτυξη της Ελλάδας μέσω της τεράστιας συμβολής των μετάλλων, καταλυτικό ρόλο έπαιξε το μεταλλουργείο του Λαυρίου, στο οποίο παράγονταν άργυρος. Το μεγαλύτερο γεγονός για το Λαύριο υπήρξε τότε η νομισματοκοπία, η επινόηση των νομισμάτων στη Μ.Ασία και η αρχή της κοπής αργυρών νομισμάτων στην Αθήνα. Είναι σχεδόν βέβαιο ότι τα νομίσματα της Αθήνας κόπηκαν από Λαυριωτικό άργυρο. Τα πρώτα νομίσματα επινοήθηκαν από Έλληνες ή Λυδούς και χρησιμοποιήθηκαν κατά τα μέσα του 7ου αι. π.χ. Ήταν από χρυσό που βρισκόταν σε ψήγματα σε ποτάμια της Μ.Ασίας. Τον ονόμαζαν «ήλεκτρον». Δεν ήταν καθαρός χρυσός αλλά φυσικό κράμα με 20-20

30% άργυρο. Αργότερα, κόβεται στην Ελλάδα, στην Αίγινα, το πρώτο νόμισμα από άργυρο, με σύμβολο τη χελώνα. Ακολουθεί το αργυρό νόμισμα της Κορίνθου με σύμβολο τον Πήγασο. Τα πρώτα νομίσματα της Αθήνας, δίδραχμα από άργυρο, εμφανίζονται μετά τα κορινθιακά. Ονομάστηκαν νομίσματα οικοσήμων, «εραλδικά νομίσματα». Φέρουν πράγματι στη μία όψη σύμβολα που αποδίδονται σε εραλδικές παραστάσεις αριστοκρατικών οικογενειών. Τα νομίσματα αυτά ήταν κρατικά. Τα σύμβολα της ορθής όψεως ήταν γοργόνια, τροχός, πόδι, αμφορέας, άλογο, αστράγαλος, γλαύκα και άλλα. Τα νομίσματα είχαν παράσταση στη μία όψη που γινόταν με μία ανάγλυφη μεταλλική σφραγίδα. Η άλλη όψη ήταν το ίχνος μίας απλής ορθογώνιας σφήνας, χωρίς παραστάσεις με μερικές χαραγές. Το άμορφο κέρμα τοποθετούσαν πάνω σε σφήνα με σφραγίδα που βρισκόταν στερεωμένη σε ένα αμόνι. Πάνω σ αυτό το άμορφο κέρμα έβαζαν κρατώντας το με το χέρι την κινητή τετράγωνη σφήνα που τη χτυπούσαν με δύναμη με ένα σφυρί. Έτσι γινόταν το νόμισμα. Οι αρχαιότερες σειρές των ιωνικών νομισμάτων τοποθετούνταν λίγο μετά το 650, τα αιγινίτικα λίγο πριν το 600 και τα κορινθιακά γύρω στο 600. Οι νεότερες έρευνες πείθουν ότι τα πρώτα «εραλδικά νομίσματα» των Αθηναίων κόπηκαν περί το 575 ή λίγο μετά. Τα νομίσματα έγιναν πιθανότατα από Λαυριωτικό άργυρο γιατί, αφού το Λαύριο, την εποχή εκείνη παρήγε άργυρο, είναι φυσικό να χρησιμοποίησαν οι Αθηναίοι δικό τους άργυρο. Η περιεκτικότητα σε άργυρο των νομισμάτων τους ήταν πάνω από 98%, σύμφωνα με αναλύσεις που έγιναν. Όσο για τους Αιγινίτες και τους Κορινθίους αγόραζαν πιθανότατα άργυρο από τη Θάσο ή τη Σίφνο, που ήταν σπουδαίες και γνωστές πηγές αργύρου (και χρυσού) εκείνα τα χρόνια. Το 1864 ο Έλληνας μεταλλειολόγος Ανδρέας Κορδέλλιας σε συνεργασία με τον Ιταλό Τζιανμπατίστα Σερπιέρι και τη γαλλική εταιρεία "I. Roux-Fressynet", ιδρύει η εταιρεία "Roux - Serpieri - Fressynet C.E." που αργότερα μετονομάστηκε σε Ελληνική Εταιρεία των Μεταλλουργείων Λαυρίου. Η εταιρεία αυτή εξόρυσσε τα υπολείμματα κοιτασμάτων αργύρου και συγκρούστηκε με το ελληνικό κράτος σχετικά με το ζήτημα εκμετάλλευσης του αρχαίου ορυχείου. Στη συνέχεια η εταιρεία διασπάται σε δύο μικρότερες: μία ελληνική και μία γαλλική, οι οποίες έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη 21

του Λαυρίου. Μόνο η γαλλική επέζησε της οικονομικής κρίσης του 1920 με σοβαρά οικονομικά προβλήματα, αλλά το 1950 η μεταλλουργεία στην περιοχή αναζωογονήθηκε. Όμως, τελικά, μέσα στο γενικότερο κλίμα αποβιομηχάνισης της χώρας, το μεταλλείο κλείνει οριστικά τις πύλες του το 1982. Το 1994, η έκταση του ορυχείου αγοράστηκε από το υπουργείο Πολιτισμού και μετατράπηκε στο Τεχνολογικό-Βιοτεχνικό Πάρκο Λαυρίου. 2.4 Μεταλλουργία και κλάδοι της 2.4.1Επεξεργασία μετάλλων Μεταλλουργία πρόκειται για το σύνολο των μεθόδων και διεργασιών, που ακολουθούνται για την εξαγωγή, παρασκευή, διαμόρφωση και κατεργασία των μετάλλων και των κραμάτων τους. ο κλάδος της μεταλλουργίας διακρίνεται σε εξαγωγική μεταλλουργία και μεταλλογνωσία ή φυσική μεταλλουργία. Ως πιο εξειδικευμένοι κλάδοι της μεταλλουργίας θεωρούνται τα ακόλουθα επιστημονικά πεδία: Πυρομεταλλουργία η εξαγωγή μετάλλων και κραμάτων με την χρήση υψηλών θερμοκρασιών (π.χ. υψικάμινος για την παραγωγή χυτοσιδήρου, κ.ά.). Ασχολείται με την παραγωγή (εξαγωγή) μετάλλων, κραμάτωνή καθαρών χημικών ενώσεων μεταλλικών στοιχείων από ορυκτά ή άλλες πρώτες ύλες, με την χρήση υψηλών θερμοκρασιών. Το παραγόμενο μέταλλο ή κράμα ή χημική ένωση έχει συνήθως την μορφή τήγματος. Υδρομεταλλουργία η εξαγωγή μετάλλων με την χρήση υδατικών διαλυμάτων (π.χ. εξαγωγή χρυσού με κυάνωση μεταλλευμάτων χρυσού, εξαγωγή χαλκού με εκχύλιση με θειικό οξύ, κ.λπ.). Ασχολείται με την παραγωγή μετάλλων, κραμάτων ή καθαρών χημικών ενώσεων μεταλλικών στοιχείων από ορυκτά ή άλλες πρώτες ύλες, με την χρήση υδατικών διαλυμάτων σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες 22

Ηλεκτρομεταλλουργία η ανάκτηση καθαρών μετάλλων ή κραμάτων με ηλεκτρόλυση υδατικών διαλυμάτων (π.χ. χαλκός, ψευδάργυρος, χρυσός, ορείχαλκος, κ.λπ.) ή τηγμάτων αλάτων ή οξειδίων (π.χ. αλουμίνιο, μαγνήσιο, κ.λπ.). Μεταλλογνωσία (ή φυσική μεταλλουργία) η επιστήμη της μελέτης και της τροποποίησης των ιδιοτήτων των μετάλλων και των κραμάτων με μεθόδους μικροσκοπίας και μηχανικών δοκιμών. Μεταλλογραφία η επιστήμη και η τέχνη της ετοιμασίας μετάλλων και κραμάτων για παρατήρηση με οπτικό ή ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Χύτευση και Μεταλλοτεχνία η αλλαγή των μηχανικών ιδιοτήτων των μετάλλων και των κραμάτων με τήξη (χύτευση), θερμική κατεργασία (βαφή), μηχανικούς τρόπους (έλαση, διέλαση, σφυρηλασία, ολκή, κ.λπ.) ή με συνδυασμό μηχανικής και θερμικής κατεργασίας. Συγκολλήσεις η μελέτη μεθόδων για την συγκόλληση μεταλλικών αντικειμένων με τήξη του μεταλλικού υποβάθρου ή χωρίς τήξη του μεταλλικού υποβάθρου (κασσιτεροκόλληση). Επιμεταλλώσεις η επικάλυψη ορισμένων μετάλλων με στρώμα άλλου μετάλλου για προστασία από την διάβρωση (π.χ. γαλβανισμός του χάλυβα σε λουτρό τηγμένου ψευδαργύρου) ή για λόγους αισθητικούς (π.χ. επιχρύσωση κοσμημάτων) Κονιομεταλλουργία η παραγωγή μεταλλικών αντικειμένων σε διαστάσεις ακριβείας με την πυροσυσσωμάτωση μεταλλικών κόνεων υπό πίεση σε στερεά ή σχεδόν στερεά κατάσταση. Αρχαιολογικές ανακαλύψεις έχουν δείξει ότι ο άνθρωπος χρησιμοποίησε πρώτα τα μέταλλα εκείνα που βρίσκονται στη φύση σε καθαρή μορφή. Η ανακάλυψη και η εκτεταμένη χρήση των μετάλλων έδωσε στον άνθρωπο την δυνατότητα να ξεφύγει από την προϊστορική κατάσταση και να δημιουργήσει τον σύγχρονο πολιτισμό. Χωρίς την μεταλλουργία, η ανθρώπινη κοινωνία δεν θα ήταν αυτή που είναι σήμερα. Η γραφή, οι καλές τέχνες, η τυπογραφία, ο 23

ηλεκτρισμός, οι ημιαγωγοί και η σύγχρονη υψηλή τεχνολογία στον τομέα των τηλεπικοινωνιών συνδέονται κατά τον έναν ή τον άλλο τρόπο με ανακαλύψεις και εξελίξεις στον τομέα της μεταλλουργίας. 2.4.1.1 δημιουργία σπαθιού Όπως όλες οι τεχνολογικές ανακαλύψεις, έτσι και η μεταλλουργία συνδέεται και με ορισμένες εξελίξεις που υπήρξαν ενίοτε οδυνηρές για το ανθρώπινο γένος. Η πρώτη χρήση των μετάλλων ήταν για την κατασκευή όπλων, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την υποταγή ή και την ολοκληρωτική καταστροφή λαών. Η αναζήτηση πολύτιμων μετάλλων ήταν μία από τις κύριες αιτίες του ευρωπαϊκού επεκτατισμού μετά τον 15ο αι. μ.χ. και της αποικιοκρατίας. Ακόμα και σήμερα, πολλές σημαντικές εξελίξεις στην επιστήμη της μεταλλουργίας προέρχονται από την πολεμική βιομηχανία. Κράματα απεμπλουτισμένου ουρανίου (χαμηλής ραδιενέργειας) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή οβίδων μεγάλης διατρητικής ικανότητας. Στην Ελλάδα, η μεταλλουργία μολύβδου και αργύρου του Λαυρίου, η οποία λειτούργησε από το β μισό του 19ου αι. έως το 1989, υπήρξε το πρώτο βιομηχανικό κέντρο της χώρας. Η μεταλλουργία του Λαυρίου συνδέθηκε με πολλές σημαντικές κοινωνικές εξελίξεις στην χώρα. Η Χαλυβουργική ήταν η πρώτη καθετοποιημένη βιομηχανία χυτοσιδήρου χάλυβα της χώρας με υψικαμίνους (που δεν λειτουργούν πλέον) και πλήρες χαλυβουργείο στην Ελευσίνα. Σήμερα η Ελλάδα παράγει περί τα 2,5 εκατομμύρια τόνους χάλυβα τον χρόνο (στοιχεία 2006) σε πέντε εργοστάσια με ηλεκτρικές καμίνους που χρησιμοποιούν παλαιοσίδηρο (σκραπ) ως πρώτη ύλη. 24

Η εξαγωγική μεταλλουργία είναι ο κλάδος της μεταλλουργίας που ασχολείται με την παραγωγή (εξαγωγή) μετάλλων ή καθαρών χημικών ενώσεων μεταλλικών στοιχείων από ορυκτές πρώτες ύλες ή άλλες πρώτες ύλες όπως π.χ. ανακυκλούμενα υλικά. Επειδή ο σίδηρος και τα κράματά του (χυτοσίδηρος, χάλυβας, κ.ά.) είναι τα πιο διαδεδομένα μεταλλικά υλικά, η εξαγωγική μεταλλουργία διακρίνεται σε μεταλλουργία σιδήρου και σιδηρούχων μετάλλων και σε μεταλλουργία μη σιδηρούχων μετάλλων. Τα σιδηρούχα μέταλλα περιλαμβάνουν τον σίδηρο και τα κράματά του: χυτοσίδηρος, χάλυβας, ανοξείδωτος χάλυβας, κ.λπ. Η Μεταλλουργία για τις περισσότερες των περιπτώσεων έχει ορισμένα συγκεκριμένα βήματα. Αυτά είναι: 1. Άλεση του μεταλλεύματος μέχρι μιας επιθυμητής, κατά περίπτωση, διαμέτρου κόκκων. 2. O εμπλουτισμός με φυσικούς ή χημικούς τρόπους ώστε να αυξηθεί η % περιεκτικότητα του μεταλλεύματος σε μέταλλο. 3. H κυρίως αναγωγή γνωστή και ως χύτευση ή εκκαμίνευση του μετάλλου. 4. O καθαρισμός του μετάλλου από τις προσμίξεις εκείνες που επηρεάζουν δυσμενώς κάποιες ιδιότητές του. 25

2.4.1.2λιώσιμο μετάλλου Άλεση Τα ορυκτά με οικονομικό ενδιαφέρον (μετάλλευμα) συνήθως βρίσκονται μέσα σε πετρώματα μαζί με άλλα ορυκτά χωρίς κανένα οικονομικό ενδιαφέρον (στείρο). Για τον λόγο αυτό, πριν από οποιαδήποτε χημική κατεργασία το υλικό που εξορύσσεται πρέπει να κατατμηθεί και να διαχωριστούν τα μεταλλοφόρα ορυκτά από το στείρο. Η διεργασία της κατάτμησης συνήθως αποκαλείται μηχανική προπαρασκευή, ενώ η διεργασία του διαχωρισμού των ορυκτών αποτελεί τον καθαυτό εμπλουτισμό. 2.4.2Εξόρυξη μετάλλων Εξόρυξη είναι το σύνολο των εργασιών που εκτελούνται σ ένα ορυχείο με σκοπό την απόσπαση από την γη και την μεταφορά στην επιφάνεια του εδάφους ενός μεταλλεύματος. Μεταλλευτική είναι η ανθρώπινη δραστηριότητα της εξόρυξης ορυκτών και πετρωμάτων για χρήση στην οικοδομή, την εξαγωγή μετάλλων και την παραγωγή αντικειμένων γενικότερα. Ως επιστήμη, η μεταλλευτική αποτελεί τμήμα των επιστημών μηχανικού και συμπεριλαμβάνει την μεταλλευτική έρευνα, την όρυξη και λειτουργία μεταλλείων, ορυχείων και λατομείων, και τέλος, το κλείσιμο των 26

μεταλλευτικών/λατομικών χώρων μετά την εξάντληση των εκμεταλλεύσιμων αποθεμάτων. Ως επιστήμη, η μεταλλευτική συχνά αποκαλείται και μεταλλειολογία, μιας και οι μηχανικοί μεταλλείων αποκαλούνται συχνά «μεταλλειολόγοι μηχανικοί». 2.4.2.1 Μετάλλευμα χρυσού Ο όρος μεταλλεία (η), (θηλυκού γένους), χρησιμοποιείται ειδικότερα με τη σημασία της αναζήτησης μετάλλων, την ανόρυξη της γης και κατ επέκταση την εκμετάλλευση μεταλλείου ή ορυχείου, ως συνώνυμο της μεταλλευτικής δραστηριότητας κυρίως στην νομική ορολογία. Με την γενικότερη έννοια, η μεταλλευτική συμπεριλαμβάνει και την εξόρυξη υγρών και αερίων υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κ.λπ.). 2.4.2.2μεταλλεία Λαυρίου Μεταλλεία Κάνοντας λόγο για μεταλλεία, τα μεταλλεία του Λαυρίου είναι από τα πλέον γνωστά σε πολλούς ανθρώπους. Για μια περίοδο 5.000 χρόνων οι μεταλλευτικές αυτές εγκαταστάσεις στο Λαύριο αποτέλεσαν αντικείμενο εκμετάλλευσης μια και είναι πλούσια σε μεταλλεύματα αργύρου και μολύβδου. Πρόκειται για τα αρχαιότερα μεταλλεία που απαντώνται στον Ελλαδικό χώρο. 27