Moderner Mensch in seinem täglichen Lebenumgeben von verschiedenen Metallen. Die meisten Artikel, die wir verwenden, enthalten diese Chemikalien. Dies alles geschah, weil die Menschen verschiedene Wege gefunden haben, um Metalle zu erhalten.
Was sind Metalle?
Diese Substanzen sind für Menschen wertvollAnorganische Chemie. Das Erhalten von Metallen ermöglicht es einem Menschen, immer perfektere Technologien zu entwickeln, die unser Leben verbessern. Was sind Sie? Bevor die allgemeinen Methoden zur Gewinnung von Metallen betrachtet werden, ist es notwendig zu verstehen, was sie sind. Metalle sind eine Gruppe chemischer Elemente in Form einfacher Substanzen mit charakteristischen Eigenschaften:
• Wärme und elektrische Leitfähigkeit;
• hohe Plastizität;
• scheinen.
Eine Person kann sie leicht von anderen Substanzen unterscheiden. Ein charakteristisches Merkmal aller Metalle ist das Vorhandensein eines besonderen Glanzes. Es wird erhalten, indem die einfallenden Lichtstrahlen auf einer Oberfläche reflektiert werden, die sie nicht durchlässt. Glanz ist eine gemeinsame Eigenschaft aller Metalle, am ausgeprägtesten jedoch bei Silber.
Bisher haben Wissenschaftler 96 solcher entdecktchemische Elemente, obwohl nicht alle von der offiziellen Wissenschaft anerkannt sind. Sie werden in Abhängigkeit von ihren inhärenten charakteristischen Eigenschaften in Gruppen eingeteilt. So werden folgende Metalle unterschieden:
• alkalisch - 6;
• Erdalkali - 6;
• Übergang - 38;
• Lunge - 11;
• Halbmetalle - 7;
• Lanthanoide - 14;
• Aktiniden - 14.
Beschaffung von Metallen
Um eine Legierung herzustellen, ist es notwendig,vor allem um Metall aus natürlichem Erz zu gewinnen. Native Elemente sind solche Stoffe, die in der Natur in freiem Zustand vorkommen. Dazu gehören Platin, Gold, Zinn, Quecksilber. Sie werden mechanisch oder mit chemischen Reagenzien von Verunreinigungen getrennt.
Der Rest der Metalle wird durch ihre Verarbeitung abgebautVerbindungen. Sie sind in verschiedenen Fossilien zu finden. Erze sind Mineralien und Gesteine, die Metallverbindungen in Form von Oxiden, Karbonaten oder Sulfiden enthalten. Um sie zu erhalten, wird eine chemische Behandlung verwendet.
Methoden zur Gewinnung von Metallen:
• Reduktion von Oxiden mit Kohle;
• Gewinnung von Zinn aus Zinnstein;
• Schmelzen von Roheisen aus Eisenerz;
• Verbrennung von Schwefelverbindungen in Spezialöfen.
Um die Gewinnung von Metallen aus Erzgestein zu erleichternzu ihnen werden verschiedene Substanzen hinzugefügt, die Flussmittel genannt werden. Sie helfen, unerwünschte Verunreinigungen wie Ton, Kalkstein, Sand zu entfernen. Als Ergebnis dieses Prozesses werden niedrig schmelzende Verbindungen, sogenannte Schlacken, erhalten.
Bei Vorhandensein einer erheblichen Menge an VerunreinigungenErz vor der Metallverhüttung wird angereichert, indem ein Großteil der unnötigen Bestandteile entfernt wird. Die am weitesten verbreiteten Verfahren dieser Behandlung sind Flotation, Magnet- und Schwerkraftverfahren.
Alkali Metalle
Massenproduktion von Alkalimetallen - mehrschwieriger Prozess. Dies liegt daran, dass sie in der Natur nur in Form von chemischen Verbindungen vorkommen. Da sie Reduktionsmittel sind, ist ihre Herstellung mit hohen Energiekosten verbunden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Alkalimetalle abzubauen:
• Lithium kann aus seinem Oxid im Vakuum oder durch Elektrolyse seiner bei der Verarbeitung von Spodumen gebildeten Chloridschmelze gewonnen werden.
• Die Gewinnung von Natrium erfolgt durch Kalzinieren von Soda mit Kohle in dicht verschlossenen Tiegeln oder durch Elektrolyse von Chloridschmelze unter Zugabe von Calcium. Die erste Methode ist die zeitaufwendigste.
• Kalium wird durch Elektrolyse der Schmelze seiner Salze gewonnenoder indem man Natriumdampf durch sein Chlorid leitet. Es entsteht auch durch die Wechselwirkung von geschmolzenem Kaliumhydroxid und flüssigem Natrium bei einer Temperatur von 440 ° C.
• Cäsium und Rubidium werden abgebaut mitReduktion ihrer Chloride mit Calcium bei 700–800 ° C oder Zirkonium bei 650 ° C. Die Herstellung von Alkalimetallen auf diese Weise ist äußerst energieintensiv und teuer.
Unterschiede zwischen Metallen und Legierungen
Eine grundsätzlich klare Grenze zwischen Metallen und ihrenLegierungen existieren praktisch nicht, da selbst die reinsten, einfachen Stoffe einen gewissen Anteil an Verunreinigungen aufweisen. Was ist also der Unterschied zwischen den beiden? Nahezu alle in der Industrie und in anderen Bereichen der Volkswirtschaft verwendeten Metalle werden in Form von Legierungen verwendet, die gezielt durch Zugabe anderer Komponenten zum chemischen Hauptelement gewonnen werden.
Legierungen
Die Technik braucht eine Vielzahl von MetallenMaterialien. Gleichzeitig werden reine chemische Elemente praktisch nicht verwendet, da sie nicht die für den Menschen notwendigen Eigenschaften besitzen. Für unsere Bedürfnisse haben wir verschiedene Methoden zur Gewinnung von Legierungen erfunden. Dieser Begriff bezeichnet ein makroskopisch homogenes Material, das aus 2 oder mehr chemischen Elementen besteht. Gleichzeitig überwiegen metallische Bestandteile in der Legierung. Dieser Stoff hat seine eigene Struktur. Bei Legierungen werden folgende Komponenten unterschieden:
• eine Basis bestehend aus einem oder mehreren Metallen;
• geringe Zugaben von Modifizierungs- und Legierungselementen;
• nicht entfernte Verunreinigungen (technologisch, natürlich, zufällig).
Es sind Metalllegierungen, die das Hauptstrukturmaterial sind. Es gibt mehr als 5.000 davon in der Technologie.
Arten von Legierungen
Trotz dieser Vielfalt an Legierungenam wichtigsten für den Menschen sind solche auf der Basis von Eisen und Aluminium. Sie sind am häufigsten im Alltag zu finden. Die Arten von Legierungen sind unterschiedlich. Außerdem sind sie nach mehreren Kriterien unterteilt. Auf diese Weise werden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Legierungen verwendet. Nach diesem Kriterium werden sie unterteilt in:
• Guss, die durch Kristallisation der Schmelze von Mischkomponenten erhalten werden.
• Pulver, hergestellt durch DrückenPulvermischung und anschließendes Sintern bei hoher Temperatur. Darüber hinaus sind die Bestandteile solcher Legierungen oft nicht nur einfache chemische Elemente, sondern auch deren verschiedene Verbindungen, wie beispielsweise Titan oder Wolframkarbide in Hartlegierungen. Ihre Zugabe in unterschiedlichen Mengen verändert die Eigenschaften metallischer Werkstoffe.
Verfahren zur Herstellung von Legierungen in Form eines fertigen Produkts oder Werkstücks werden unterteilt in:
• Gießerei (Silumin, Gusseisen);
• verformbar (Stahl);
• Pulver (Titan, Wolfram).
Legierungstypen
Die Methoden zur Gewinnung von Metallen sind unterschiedlich und die damit hergestellten Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften. Im festen Aggregatzustand sind Legierungen:
• Homogen (homogen), bestehend aus Kristallen des gleichen Typs. Sie werden oft als einphasig bezeichnet.
• Heterogen (heterogen), genanntmehrphasig. Wenn sie erhalten werden, wird eine feste Lösung (Matrixphase) als Basis der Legierung genommen. Die Zusammensetzung solcher heterogener Substanzen hängt von der Zusammensetzung ihrer chemischen Elemente ab. Solche Legierungen können folgende Komponenten enthalten: interstitielle und substituierende Mischkristalle, chemische Verbindungen (Karbide, intermetallische Verbindungen, Nitride), Kristallite einfacher Stoffe.
Legierungseigenschaften
Unabhängig davon, welche Methoden zur BeschaffungMetalle und Legierungen verwendet werden, werden ihre Eigenschaften vollständig durch die Kristallstruktur der Phasen und das Gefüge dieser Materialien bestimmt. Jeder von ihnen ist anders. Die makroskopischen Eigenschaften von Legierungen hängen von ihrer Mikrostruktur ab. Jedenfalls unterscheiden sie sich von den Eigenschaften ihrer Phasen, die allein von der Kristallstruktur des Materials abhängen. Die makroskopische Homogenität heterogener (mehrphasiger) Legierungen wird durch die gleichmäßige Verteilung der Phasen in der Metallmatrix erreicht.
Als wichtigste Eigenschaft von Legierungen wird die Schweißbarkeit angesehen. Ansonsten sind sie mit Metallen identisch. So haben Legierungen thermische und elektrische Leitfähigkeit, Duktilität und Reflektivität (Glanz).
Sorten von Legierungen
Verschiedene Methoden zur Gewinnung von Legierungen machten es möglichMenschen eine Vielzahl metallischer Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften und Eigenschaften erfinden. Sie werden nach ihrem Zweck in folgende Gruppen eingeteilt:
• Strukturell (Stahl, Duraluminium, Gusseisen).Zu dieser Gruppe gehören auch Legierungen mit besonderen Eigenschaften. So zeichnen sie sich durch Eigensicherheit oder Gleiteigenschaften aus. Dazu gehören Messing und Bronzen.
• Für Gusslager (Babbit).
• Für elektrische Heiz- und Messgeräte (Nichrom, Manganin).
• Zur Herstellung von Schneidwerkzeugen (wins).
In der Produktion verwenden die Leute andere Arten vonmetallische Werkstoffe wie niedrigschmelzende, hitzebeständige, korrosionsbeständige und amorphe Legierungen. Magnete und Thermoelektrika (Teluride und Selenide von Wismut, Blei, Antimon und anderen) sind ebenfalls weit verbreitet.
Eisenlegierungen
Fast alles Eisen ist auf der Erde geschmolzenist auf die Herstellung einfacher und legierter Stähle ausgerichtet. Es wird auch bei der Herstellung von Roheisen verwendet. Eisenlegierungen haben ihre Popularität aufgrund der Tatsache gewonnen, dass sie für den Menschen nützliche Eigenschaften haben. Sie wurden durch Zugabe verschiedener Komponenten zu einem einfachen chemischen Element gewonnen. Trotz der Tatsache, dass verschiedene Eisenlegierungen auf der Basis eines Stoffes hergestellt werden, haben Stahl und Gusseisen unterschiedliche Eigenschaften. Dadurch finden sie unterschiedliche Anwendungsgebiete. Die meisten Stähle sind härter als Gusseisen. Verschiedene Verfahren zur Gewinnung dieser Metalle ermöglichen es, unterschiedliche Qualitäten (Qualitäten) dieser Eisenlegierungen zu erhalten.
Verbesserung der Eigenschaften von Legierungen
Aufgrund der Verschmelzung einiger Metalle und andererchemischen Elementen können Materialien mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise beträgt die Fließgrenze von reinem Aluminium 35 MPa. Bei einer Legierung dieses Metalls mit Kupfer (1,6%), Zink (5,6%), Magnesium (2,5%), übersteigt dieser Wert 500 MPa.
Durch die Verbindung in unterschiedlichen Proportionenaus verschiedenen Chemikalien können metallische Werkstoffe mit verbesserten magnetischen, thermischen oder elektrischen Eigenschaften gewonnen werden. Die Hauptrolle bei diesem Prozess spielt die Struktur der Legierung, also die Verteilung ihrer Kristalle und die Art der Bindungen zwischen den Atomen.
Stahl und Gusseisen
Diese Legierungen werden durch die Kombination von Eisen und Kohlenstoff (2 %) erhalten. Bei der Herstellung von legierten Werkstoffen werden ihnen Nickel, Chrom, Vanadium zugesetzt. Alle gängigen Stähle werden in Typen unterteilt:
• kohlenstoffarm (0,25% Kohlenstoff) wird für die Herstellung verschiedener Strukturen verwendet;
• hoher Kohlenstoffgehalt (mehr als 0,55%) für die Herstellung von Schneidwerkzeugen.
Im Maschinenbau und anderen Produkten werden verschiedene Sorten legierter Stähle verwendet.
Eisenlegierung mit Kohlenstoff, Prozentsatzdas ist 2-4% wird als Gusseisen bezeichnet. Dieses Material enthält auch Silizium. Aus Gusseisen werden verschiedene Produkte mit guten mechanischen Eigenschaften gegossen.
Nichteisenmetalle
Neben Eisen zur Herstellung verschiedenerandere chemische Elemente werden in metallischen Materialien verwendet. Durch ihre Verbindung werden NE-Legierungen erhalten. Im Leben der Menschen, Materialien basierend auf:
• Kupfer, genannt Messing.Sie enthalten 5-45% Zink. Bei einem Gehalt von 5-20% wird Messing als rot bezeichnet und bei 20-36% als gelb. Es gibt Kupferlegierungen mit Silizium, Zinn, Beryllium, Aluminium. Sie werden Bronzen genannt. Es gibt verschiedene Arten solcher Legierungen.
• Blei, das ein übliches Lot ist(dritte Seite). In dieser Legierung sind 1 Teil dieser Chemikalie 2 Teile Zinn. Bei der Herstellung von Lagern wird Babbitt verwendet, eine Legierung aus Blei, Zinn, Arsen und Antimon.
• Aluminium, Titan, Magnesium und Beryllium, leichte NE-Legierungen mit hoher Festigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
Methoden zu erhalten
Die wichtigsten Methoden zur Gewinnung von Metallen und Legierungen:
• Gießerei, in der die Erstarrung stattfindeteine homogene Mischung verschiedener geschmolzener Komponenten. Um Legierungen zu erhalten, werden pyrometallurgische und elektrometallurgische Verfahren zur Gewinnung von Metallen verwendet. Bei der ersten Variante wird die bei der Brennstoffverbrennung gewonnene Wärmeenergie zur Erwärmung des Rohstoffs genutzt. Das pyrometallurgische Verfahren wird zur Herstellung von Stählen in Offenherdöfen und Roheisen in Hochöfen verwendet. Beim elektrometallurgischen Verfahren werden Rohstoffe in Induktions- oder Elektrolichtbogenöfen erhitzt. Gleichzeitig wird das Rohmaterial sehr schnell geschmolzen.
• Pulver, bei dem Pulver seiner Bestandteile zur Herstellung einer Legierung verwendet werden. Durch das Pressen erhalten sie eine bestimmte Form und werden dann in speziellen Öfen gesintert.
