Nykyihminen jokapäiväisessä elämässäänerilaisten metallien ympäröimä. Suurin osa käyttämistämme tuotteista sisältää näitä kemikaaleja. Tämä kaikki tapahtui, koska ihmiset löysivät erilaisia tapoja saada metalleja.
Mitä ovat metallit
Nämä ihmisille arvokkaat aineet ovat mukanaepäorgaaninen kemia. Metallien saamisen avulla ihminen voi luoda yhä täydellisempää teknologiaa, joka parantaa elämäämme. Mitä ne ovat? Ennen kuin tarkastellaan yleisiä menetelmiä metallien saamiseksi, on tarpeen ymmärtää, mitä ne ovat. Metallit ovat ryhmä kemiallisia alkuaineita yksinkertaisten aineiden muodossa, joilla on tyypillisiä ominaisuuksia:
• lämmön- ja sähkönjohtavuus;
• korkea plastisuus;
• glitter.
Ihminen voi helposti erottaa ne muista aineista.Kaikille metalleille tyypillinen piirre on erityinen kiilto. Se saadaan heijastamalla saapuvat valonsäteet pinnalle, joka ei läpäise niitä. Kiilto on kaikkien metallien yhteinen ominaisuus, mutta se näkyy eniten hopeassa.
Tähän mennessä tutkijat ovat löytäneet 96 tällaistakemiallisia alkuaineita, vaikka virallinen tiede ei tunnusta niitä kaikkia. Ne on jaettu ryhmiin niiden ominaisominaisuuksien mukaan. Joten seuraavat metallit erotetaan:
• emäksinen - 6;
• maa-alkali - 6;
• siirtymäkausi – 38;
• keuhkot - 11;
• puolimetallit - 7;
• lantanidit - 14;
• aktinidit - 14.
Metallien saaminen
Seoksen valmistamiseksi on välttämätöntäEnsinnäkin, hanki metalli luonnonmalmista. Alkuperäiset alkuaineet ovat aineita, joita esiintyy luonnossa vapaassa tilassa. Näitä ovat platina, kulta, tina, elohopea. Ne erotetaan epäpuhtauksista mekaanisesti tai kemiallisten reagenssien avulla.
Muut metallit louhitaan niitä käsittelemälläliitännät. Niitä löytyy erilaisista fossiileista. Malmit ovat mineraaleja ja kiviä, jotka sisältävät metalliyhdisteitä oksidien, karbonaattien tai sulfidien muodossa. Niiden saamiseksi käytetään kemiallista käsittelyä.
Menetelmät metallien saamiseksi:
• oksidien talteenotto hiilellä;
• tinan saaminen tinakivestä;
• harkkoraudan sulatus rautamalmista;
• rikkiyhdisteiden poltto erikoisuuneissa.
Helpottaa metallien uuttamista malmikivistäniihin lisätään erilaisia aineita, joita kutsutaan juoksutteiksi. Ne auttavat poistamaan ei-toivottuja epäpuhtauksia, kuten savea, kalkkikiveä, hiekkaa. Tämän prosessin tuloksena saadaan matalassa lämpötilassa sulavia yhdisteitä, joita kutsutaan kuonaksi.
Huomattavan määrän epäpuhtauksia läsnä ollessaMalmi rikastetaan ennen metallin sulattamista poistamalla suuri osa tarpeettomista komponenteista. Tämän käsittelyn yleisimmin käytetyt menetelmät ovat flotaatio-, magneetti- ja painovoimamenetelmät.
alkalimetallit
Alkalimetallien massatuotanto - ylivaikea prosessi. Tämä johtuu siitä, että niitä esiintyy luonnossa vain kemiallisten yhdisteiden muodossa. Koska ne ovat pelkistäviä aineita, niiden tuotantoon liittyy korkeat energiakustannukset. Alkalimetallien uuttamiseen on useita tapoja:
• Litiumia voidaan saada sen oksidista tyhjiössä tai elektrolyysillä sen kloridisulasta, joka muodostuu spodumeenin käsittelyn aikana.
• Natrium uutetaan kalsinoimalla soodaa kivihiilellä tiiviisti suljetuissa upokkaissa tai elektrolyysillä kloridisulasta kalsiumia lisäämällä. Ensimmäinen menetelmä on työläävin.
• Kaliumia saadaan elektrolyysillä sen suoloistatai johtamalla natriumhöyryä sen kloridin läpi. Se muodostuu myös sulan kaliumhydroksidin ja nestemäisen natriumin vuorovaikutuksesta 440 °C:n lämpötilassa.
• Cesium ja rubidium louhitaan käyttämälläniiden kloridien pelkistys kalsiumilla 700–800 °C:ssa tai zirkoniumilla 650 °C:ssa. Alkalimetallien saaminen tällä tavalla on erittäin energiaintensiivistä ja kallista.
Erot metallien ja metalliseosten välillä
Pohjimmiltaan selkeä raja metallien ja niiden välillämetalliseoksia ei käytännössä ole olemassa, koska jopa puhtaimmissa, yksinkertaisimmissa aineissa on tietty osuus epäpuhtauksia. Joten mitä eroa niillä on? Lähes kaikki teollisuudessa ja muilla kansantalouden sektoreilla käytetyt metallit käytetään seoksina, jotka on saatu tarkoituksellisesti lisäämällä muita komponentteja pääkemialliseen alkuaineeseen.
Seokset
Tekniikka vaatii monenlaista metalliamateriaaleja. Samaan aikaan puhtaita kemiallisia alkuaineita ei käytännössä käytetä, koska niillä ei ole ihmisille välttämättömiä ominaisuuksia. Olemme kehittäneet tarpeisiimme erilaisia tapoja saada metalliseoksia. Tämä termi viittaa makroskooppisesti homogeeniseen materiaaliin, joka koostuu kahdesta tai useammasta kemiallisesta alkuaineesta. Tässä tapauksessa metallikomponentit hallitsevat lejeeringissä. Tällä aineella on oma rakenne. Seoksissa erotetaan seuraavat komponentit:
• pohja, joka koostuu yhdestä tai useammasta metallista;
• pienet lisäykset modifioivia ja seosaineita;
• poistamattomat epäpuhtaudet (teknologiset, luonnolliset, satunnaiset).
Metalliseokset ovat tärkein rakennemateriaali. Niitä on tekniikassa yli 5000.
Seostyypit
Huolimatta niin monenlaisista seoksista,ihmisille tärkeimmät ovat rauta- ja alumiinipohjaiset. Ne ovat yleisimpiä jokapäiväisessä elämässä. Seostyypit ovat erilaisia. Lisäksi ne on jaettu useiden kriteerien mukaan. Joten käytetään erilaisia metalliseosten valmistusmenetelmiä. Tämän kriteerin mukaan ne jaetaan:
• Valetut, jotka saadaan kiteyttämällä sekoitettujen komponenttien sulatetta.
• Jauhe, valmistettu painamallajauheseokset ja sitä seuraava sintraus korkeassa lämpötilassa. Lisäksi usein tällaisten seosten komponentit eivät ole vain yksinkertaisia kemiallisia alkuaineita, vaan myös niiden erilaisia yhdisteitä, kuten titaani- tai volframikarbideja kovissa seoksissa. Niiden lisääminen tietyissä määrin muuttaa metallimateriaalien ominaisuuksia.
Menetelmät metalliseosten saamiseksi valmiin tuotteen tai aihion muodossa on jaettu:
• valimo (silumin, valurauta);
• muotoutuvat (teräkset);
• jauhe (titaani, volframi).
Seostyypit
Metallien hankintamenetelmät ovat erilaisia, kun taas niiden ansiosta valmistetuilla materiaaleilla on erilaiset ominaisuudet. Kiinteässä aggregaatiotilassa seokset ovat:
• Homogeeninen (homogeeninen), joka koostuu samantyyppisistä kiteistä. Niitä kutsutaan usein yksivaiheisiksi.
• Heterogeeninen (heterogeeninen), jota kutsutaan nimellämonivaiheinen. Kun ne saadaan, kiinteä liuos (matriisifaasi) otetaan lejeeringin pohjaksi. Tämän tyyppisten heterogeenisten aineiden koostumus riippuu sen kemiallisten alkuaineiden koostumuksesta. Tällaiset seokset voivat sisältää seuraavia komponentteja: kiinteät interstitiaali- ja substituutioliuokset, kemialliset yhdisteet (karbidit, intermetallidit, nitridit), yksinkertaisten aineiden kristalliitit.
Seoksen ominaisuudet
Ei ole väliä millä tavoilla saadaMetalleja ja metalliseoksia käytetään, niiden ominaisuudet määräytyvät täysin näiden materiaalien faasien kiderakenteen ja mikrorakenteen mukaan. Jokainen niistä on erilainen. Seosten makroskooppiset ominaisuudet riippuvat niiden mikrorakenteesta. Joka tapauksessa ne eroavat faasiensa ominaisuuksista, jotka riippuvat yksinomaan materiaalin kiderakenteesta. Heterogeenisten (monifaasisten) metalliseosten makroskooppinen homogeenisuus saadaan tuloksena faasien tasaisesta jakautumisesta metallimatriisissa.
Seosten tärkein ominaisuus on hitsattavuus. Muuten ne ovat identtisiä metallien kanssa. Joten seoksilla on lämmön- ja sähkönjohtavuus, sitkeys ja heijastavuus (kiilto).
Seosten lajikkeet
Erilaiset metalliseosten valmistusmenetelmät ovat tehneet sen mahdolliseksiihminen keksii suuren määrän metallimateriaaleja, joilla on erilaiset ominaisuudet ja ominaisuudet. Tarkoituksensa mukaan ne jaetaan seuraaviin ryhmiin:
• Rakenteelliset (teräs, duralumiini, valurauta).Tähän ryhmään kuuluvat myös seokset, joilla on erityisiä ominaisuuksia. Siksi niille on ominaista luontainen turvallisuus tai kitkaa vähentävät ominaisuudet. Näitä ovat messinki ja pronssi.
• Laakereiden kaato (babbitt).
• Sähkölämmitys- ja mittauslaitteisiin (nikromi, manganiini).
• Leikkuutyökalujen valmistukseen (win).
Tuotannossa ihmiset käyttävät muita tyyppejämetallimateriaaleja, kuten alhaalla sulavia, lämmönkestäviä, korroosionkestäviä ja amorfisia seoksia. Magneetteja ja lämpösähköisiä aineita (vismutin, lyijyn, antimonin ja muiden telurideja ja selenidejä) käytetään myös laajasti.
Rautaseokset
Melkein kaikki rauta sulai maan päälläon suunnattu tavallisten ja seosterästen tuotantoon. Sitä käytetään myös raudan valmistuksessa. Rautaseokset ovat saavuttaneet suosionsa, koska niillä on ihmisille hyödyllisiä ominaisuuksia. Ne saatiin lisäämällä erilaisia komponentteja yksinkertaiseen kemialliseen alkuaineeseen. Joten huolimatta siitä, että erilaisia rautaseoksia valmistetaan yhden aineen perusteella, teräksillä ja valuraudoilla on erilaiset ominaisuudet. Tämän seurauksena he löytävät erilaisia sovelluksia. Useimmat teräkset ovat kovempia kuin valurauta. Erilaiset menetelmät näiden metallien saamiseksi mahdollistavat näiden rautaseosten eri laatujen (merkkien) saamisen.
Seoksen ominaisuuksien parantaminen
Sulattamalla joitain metalleja ja muitakemiallisia elementtejä, on mahdollista saada materiaaleja, joilla on paremmat ominaisuudet. Esimerkiksi puhtaan alumiinin myötöraja on 35 MPa. Saatuaan tämän metallin seoksen kuparin (1,6 %), sinkin (5,6 %) ja magnesiumin (2,5 %) kanssa tämä luku ylittää 500 MPa.
Johtuen yhdistelmästä eri suhteissauseat kemikaalit voivat tuottaa metallimateriaaleja, joilla on parannetut magneettiset, lämpö- tai sähköominaisuudet. Päärooli tässä prosessissa on lejeeringin rakenteella, joka on sen kiteiden jakautuminen ja atomien välisten sidosten tyyppi.
Teräkset ja valuraudat
Nämä seokset saadaan yhdistämällä rautaa ja hiiltä (2 %). Seostettujen materiaalien valmistuksessa niihin lisätään nikkeliä, kromia ja vanadiinia. Kaikki tavalliset teräkset on jaettu tyyppeihin:
• vähähiilistä (0,25 % hiiltä) käytetään erilaisten rakenteiden valmistukseen;
• korkeahiilinen (yli 0,55 %) on tarkoitettu leikkaustyökalujen valmistukseen.
Koneteollisuudessa ja muissa tuotteissa käytetään erilaisia seostettujen terästen laatuja.
Rauta-hiiliseos, prosenttiosuusjoka on 2-4%, kutsutaan valuraudaksi. Tämä materiaali sisältää myös piitä. Valurautasta valetaan erilaisia tuotteita, joilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet.
Ei-rautametallit
Raudan lisäksi erilaisten tuotteiden valmistukseenkäytetään metallimateriaaleja ja muita kemiallisia alkuaineita. Niiden yhdistämisen seurauksena saadaan ei-rautametalliseoksia. Ihmisten elämässä materiaalit perustuvat:
• Kupari, jota kutsutaan messingiksi.Ne sisältävät 5-45 % sinkkiä. Jos sen pitoisuus on 5-20%, messinkiä kutsutaan punaiseksi ja jos 20-36% - keltaiseksi. On kuparin seoksia piin, tinan, berylliumin ja alumiinin kanssa. Niitä kutsutaan pronssiksi. Tällaisia seoksia on useita tyyppejä.
• Lyijy, joka on yleinen juote(tertiäärinen). Tässä seoksessa 2 osaa tinaa putoaa 1 osaan tätä kemikaalia. Laakereiden valmistuksessa käytetään babbittia, joka on lyijyn, tinan, arseenin ja antimonin seos.
• Alumiini, titaani, magnesium ja beryllium, jotka ovat kevyitä ei-rautametalliseoksia, joilla on korkea lujuus ja erinomaiset mekaaniset ominaisuudet.
Menetelmät saamiseksi
Tärkeimmät menetelmät metallien ja metalliseosten saamiseksi:
• Valimo, jossa tapahtuu kiinteytymistäerilaisten sulaneiden komponenttien homogeeninen seos. Seosten saamiseksi käytetään pyrometallurgisia ja sähkömetallurgisia menetelmiä metallien saamiseksi. Ensimmäisessä vaihtoehdossa polttoaineen polttoprosessissa saatua lämpöenergiaa käytetään raaka-aineen lämmittämiseen. Pyrometallurgisella menetelmällä valmistetaan terästä avouunissa ja valurautaa masuuneissa. Sähkömetallurgisella menetelmällä raaka-aineet lämmitetään induktio- tai valokaariuuneissa. Samalla raaka-aine hajoaa hyvin nopeasti.
• Jauhe, jossa sen komponenttien jauheita käytetään lejeeringin valmistukseen. Puristuksen ansiosta niille annetaan tietty muoto ja sitten ne sintrataan erityisissä uuneissa.
