Ufuaji metali

Ufuaji metali (ing. metallurgy) inamaanisha jumla ya mbinu za kushughulikia metali na elimu yake. Inahusika pia na aloi ambazo ni mchanganyiko wa metali mbalimbali.

Ufuaji metali

Ufuaji metali inaanza kwenye kushughulikia mtapo yaani mawe yenye madini ya metali na namna ya kutoa metali katika mtapo.

Halafu inaangalia namna ya kuchanganya na kuunganisha metali mbalimbali kuwa aloi na tabia zake.

Ufuaji metali katika historia ya bindamu

Historia ya binadamu ina mifano mingi jinsi gani maendeleo katika ufuaji metali yalikuwa msingi wa maendeleo ya kijamii. Hapo ndipo sababu ya kupanga historia kwa awamu za Zama za Mawe, Zama za Shaba na Zama za Chuma.

Kabla ya kupatikana kwa matumizi ya metali watu walitumia vifaa vya jiwe, ubao au mfupa kwa kurahisisha shughuli za kila siku. Vifaa hivi vinakosa ugumu sawa na metali kwa hiyo havidumu sana ingawa vinaruhusu utekelezaji wa kazi nyingi.

Metali ya kwanza iliyotumiwa na watu ilikuwa dhahabu pamoja na shaba maana metali hizi zinaweza kupatikana safi kiasili kama metali tupu. Ni laini ya kutosha kwa kupewa umbo tofauti kwa njia ya kuipondaponda kwa mfano kwa kutumia jiwe ngumu. Hivyo vipambio vya dhahabu na shaba ni vifaa vya kimetali vya kwanza vilivyotengenezwa na binadamu. Ushuhuda wa kale wa teknolojia ya ufuaji shaba ni wa mnamo mwaka 5,000 KK huko Serbia.

Haijulikani jinsi gani watu walivyotambua njia za kupasha moto metali na madini ya metali lakini kuna uwezekano ya kwamba maendeleo haya yalikuja pamoja na teknolojia ya ufinyanzi wakati vyungo vilichomwa na joto ndani ya majiko lilisababisha kuyeyuka kwa metali ndani ya udongo au mawe yaliyotumiwa kutengeneza jiko.

Ilhali dhahabu ni laini mno shaba inafaa zaidi kutumiwa kwa vifaa kama visu au silaha nyingine pamoja na vipambio. Lakini shaba peke yake ina hasara mbili: si gumu sana yaani umbo lake halidumu likitumiwa kwa kazi zito au kwa mapigano; ukali wa kisu au shoka unapotea haraka. Hasara nyingine inafanya mmenyuko na oksijeni ya hewa au katika maji na uso wake hubadilika kuwa ganda la oksaidi.

Baada ya karne kadhaa za zama za shaba watu waligundua njia ya kuboresha ugumu wa shaba kwa kuichanganya na stani na hivyo kupata aloi ya bronzi (shaba nyeusi). Hii ilikuwa aloi ya kwanza inayojulikana kuwa ilitumiwa na binadamu katika historia yake. Shoka na vyembe vya bronzi viliboresha shughuli za kila siku, silaha za bronzi ziliongeza nguvu ya wanajeshi.

Zama za Chuma

Ilichukua tena karne kadhaa hadi watu wa kwanza waligundua njia za kutumia chuma ambacho kinazidi ugumu wa shaba na bronzi. Kwa kutumia elimu hii walianzisha kipindi cha zama za chuma katika tamaduni mbalimbali.

Kuna dalili kuwa Wahitti katika Asia Ndogo walikuwa watu wa kwanza waliogundua teknolojia hii. Watu wenye silaha za chuma na feleji waliweza kuwashinda wapinzani waliotumia silaha za bronzi kwa sababu ukali wa upanga wa chuma unazidi ule wa bronzi. Vifaa vya chuma viliongeza uwezo wa kuzalisha mazao, kukata miti pamoja na kuvuna ubao kwa ujenzi na shughuli nyingi nyingine za kila siku.

Kupata metali kutoka mashapo

Mashapo ni hali ya metali iliyopo ndani ya mawe. Kwa kawaida metali zinapatikana hapa kwa hali ya oksidi yaani muungo wa metali na oksijeni.

Hapa ni lazima kuapashia mawe ya mtapo joto kali na kuyeyusha oksidi ili kutenganisha metali yenyewe na oksijeni na elementi nyingine. Kwa uzalishaji wa chuma kutokana na madini joto lazima kuwa zaidi ya sentigredi 1000.

Wahunzi wa kale walitumia mashapo pamoja na makaa na vifaa vya kupulizia hewa katika moto ili wafikie joto linalotakiwa. Wahunzi wa jadi katika Afrika wamegundua viriba vya ngozi za wanyama kwa kusudi hili.

Chuma kinapatika leo hii hasa kwa njia ya kuyeyusha mshapo katika tanuri kubwa la kalibu pamoja na makaa mawe na chokaa. Chuma kinatoka nje ya kalibu kwa hali ya majimaji na kupozwa kwa umbo linalotakiwa.

Pamoja na michakato inayotumia joto kuna pia teknolojia zinazotumia mbinu za kikemia au elektrolisisi kwa kutoa metali katika mshapo.