Productie van metalen en hun gebruik

Ondanks het feit dat steeds meer in de industrie enkunstmatig gecreëerde materialen worden gebruikt in het dagelijks leven, het is nog niet mogelijk om het gebruik van metalen te verlaten. Ze hebben een unieke combinatie van eigenschappen en hun legeringen maximaliseren hun potentieel. In welke gebieden vindt de productie en het gebruik van metalen plaats?

Kenmerken van een groep elementen

Met metalen wordt bedoeld een verzameling anorganische chemicaliën met karakteristieke eigenschappen. Meestal omvatten ze het volgende:

• hoge thermische geleidbaarheid;
• plasticiteit, relatief gemak van bewerking;
• relatief hoog smeltpunt;
• goede elektrische geleidbaarheid;
• karakteristieke "metaalachtige" glans;
• de rol van het reductiemiddel bij reacties;
• hoge dichtheid.

Natuurlijk bezitten niet alle elementen van deze groepMet al deze eigenschappen is kwik bijvoorbeeld vloeibaar bij kamertemperatuur, smelt gallium door de hitte van mensenhanden en is bismut nauwelijks plastic te noemen. Maar over het algemeen kunnen al deze kenmerken worden getraceerd in het aggregaat van metalen.

Interne classificatie

Metalen worden conventioneel onderverdeeld in verschillende categorieën, die elk de elementen combineren die het dichtst bij elkaar liggen in verschillende parameters. De volgende groepen worden onderscheiden:

• alkalisch - 6;
• aardalkali - 4;
• overgangsfase - 38;
• longen - 7;
• halfmetalen - 7;
• lanthaniden - 14 + 1;
• actiniden - 14 + 1;

Er blijven er nog twee buiten de groepen: beryllium en magnesium. Dus, op dit moment, van alle ontdekte elementen, verwijzen 94 wetenschappers naar metalen.

Het is ook de moeite waard om te vermelden dat er anderen zijnclassificatie. Volgens hen worden edelmetalen, metalen uit de platinagroep, post-overgangsmetalen, vuurvaste metalen, ferro en non-ferro, enz. afzonderlijk beschouwd. Deze benadering heeft alleen zin voor bepaalde doeleinden, dus het is handiger om de algemeen aanvaarde classificatie.

Ontvangstgeschiedenis

De mensheid tijdens haar ontwikkelingwas nauw verbonden met de verwerking en het gebruik van metalen. Naast het feit dat dit de meest voorkomende elementen waren, was het mogelijk om er verschillende producten van te maken, alleen met behulp van mechanische verwerking. Omdat de vaardigheden om met erts te werken nog niet voorhanden waren, ging het in eerste instantie alleen om het gebruik van klompjes. Aanvankelijk was het een zacht metaal dat zijn naam gaf aan het kopertijdperk, dat het stenen tijdperk verving. Tijdens deze periode werd de koude smeedmethode ontwikkeld. In sommige beschavingen is smelten mogelijk geworden. Geleidelijk aan beheersten mensen de productie van non-ferrometalen zoals goud, zilver en tin.

Later werd de kopertijd vervangen door de bronstijd.Het duurde ongeveer 20 duizend jaar en werd een keerpunt voor de mensheid, omdat het in deze periode mogelijk werd legeringen te verkrijgen. Er is een geleidelijke ontwikkeling van de metallurgie, methoden voor het verkrijgen van metalen worden verbeterd. Echter, in de 13-12 eeuw. BC e. de zogenaamde bronzen ineenstorting vond plaats, die het begin van de ijzertijd markeerde. Dit is vermoedelijk te wijten aan de uitputting van de tinreserves. En lood en kwik, ontdekt in deze tijd, konden geen vervanging voor brons worden. Dus moesten mensen de productie van metalen uit ertsen ontwikkelen.

De volgende periode duurde niet lang -minder dan een millennium, maar heeft een duidelijke stempel gedrukt in de geschiedenis. Ondanks het feit dat ijzer al veel eerder bekend was, werd het bijna nooit gebruikt vanwege zijn tekortkomingen in vergelijking met brons. Bovendien was dat laatste veel gemakkelijker te verkrijgen, terwijl het smelten van erts arbeidsintensiever was. Het feit is dat inheems ijzer vrij zeldzaam is, dus het is niet verwonderlijk dat het verlaten van brons zo langzaam ging.

De waarde van vaardigheden voor metaalextractie

Naar analogie met hoe de menselijke voorouder voor het eersteen arbeidsinstrument maakte door een scherpe steen aan een stok te binden, bleek de overgang naar een nieuw materiaal net zo groots. De belangrijkste voordelen van metalen producten waren dat ze gemakkelijker te maken waren, en er was ook de mogelijkheid tot reparatie. De steen daarentegen heeft geen plasticiteit en kneedbaarheid, dus alle gereedschappen ervan konden alleen opnieuw worden gemaakt, ze konden niet worden gerepareerd.

Het is dus precies de overgang naar het gebruik vanmetalen leidden tot de verdere verbetering van gereedschappen, de opkomst van nieuwe huishoudelijke artikelen, ornamenten, die voorheen onmogelijk te maken waren. Dit alles gaf een impuls aan de technische vooruitgang en legde de basis voor de ontwikkeling van de metallurgie.

Moderne methoden

Als mensen in de oudheid het maar wistenhet verkrijgen van metalen uit ertsen, of ze zouden tevreden kunnen zijn met goudklompjes, nu zijn er andere methoden. Ze werden mogelijk gemaakt door de ontwikkeling van de chemie. Zo ontstonden er twee hoofdrichtingen:

• Pyrometallurgie. Het begon zijn ontwikkeling eerder en wordt geassocieerd met de hoge temperaturen die nodig zijn voor de verwerking van het materiaal. Moderne technologieën op dit gebied maken ook het gebruik van plasma mogelijk.
• Hydrometallurgie.Deze richting houdt zich bezig met de extractie van elementen uit ertsen, afval, concentraten, enz. Met behulp van water en chemische reagentia. Een zeer wijdverbreide methode is bijvoorbeeld de productie van metalen door elektrolyse; de ​​cementeringsmethode is ook behoorlijk populair.

Er is nog een interessante technologie.Het was dankzij haar dat de productie van edele metalen van hoge zuiverheid en met minimale verliezen mogelijk werd. Het gaat om verfijning. Dit proces is een van de soorten raffinage, dat wil zeggen de geleidelijke scheiding van onzuiverheden. In het geval van goud wordt de smelt bijvoorbeeld verzadigd met chloor en wordt platina opgelost in minerale zuren, gevolgd door isolatie met reagentia.

Trouwens, de productie van metalen door elektrolyse komt vaker voorgeldt alleen als smelten of terugwinnen economisch niet haalbaar is. Dit is precies wat er gebeurt met aluminium en natrium. Er zijn ook meer innovatieve technologieën die het mogelijk maken om non-ferrometalen te verkrijgen, zelfs uit vrij arme ertsen zonder noemenswaardige kosten, maar dit zal iets later worden besproken.

Over legeringen

De meeste metalen die in de oudheid bekend zijn, zijn dat nietvoldeed altijd aan een aantal behoeften. Corrosie, onvoldoende hardheid, broosheid, breekbaarheid, breekbaarheid - elk element in zijn pure vorm heeft zijn nadelen. Daarom werd het noodzakelijk om nieuwe materialen te vinden die de voordelen van bekende combineren, dat wil zeggen om manieren te vinden om metaallegeringen te verkrijgen. Tegenwoordig zijn er twee hoofdmethoden:

• Gieten. De smelt van de gemengde componenten wordt afgekoeld en gekristalliseerd. Het was deze methode die het mogelijk maakte om de eerste monsters van legeringen te verkrijgen: brons en messing.
• Drukken. Het mengsel van poeders wordt onderworpen aan hoge druk en vervolgens gesinterd.

Verdere verbetering

In de afgelopen decennia, de meest veelbelovendehet lijkt erop dat metalen worden gewonnen met behulp van biotechnologie, voornamelijk met behulp van bacteriën. Het is al mogelijk geworden om koper, nikkel, zink, goud en uranium uit sulfidegrondstoffen te winnen. Wetenschappers hopen micro-organismen te verbinden met processen als uitloging, oxidatie, sorptie en sedimentatie. Daarnaast is de problematiek van de diepe afvalwaterzuivering zeer urgent; men probeert er ook een oplossing voor te vinden, waarbij bacteriën worden betrokken.

toepassing

Zonder metalen en legeringen zou het leven onmogelijk zijn inin de vorm waarin het nu aan de mensheid bekend is. Hoogbouw, vliegtuigen, borden, spiegels, elektrische apparaten, auto's en nog veel meer bestaan ​​alleen dankzij de verre overgang van mensen van steen naar koper, brons en ijzer.

Door zijn uitzonderlijke elektrische enthermische geleidbaarheid metalen worden gebruikt in draden en kabels voor verschillende doeleinden. Goud wordt gebruikt om niet-oxideerbare contacten te maken. Vanwege hun sterkte en hardheid worden metalen veel gebruikt in de bouw en voor het verkrijgen van een breed scala aan constructies. Een ander toepassingsgebied is instrumenteel. Voor het vervaardigen van een werkend, bijvoorbeeld een snijdeel, worden vaak harde legeringen en speciale staalsoorten gebruikt. Ten slotte staan ​​edele metalen hoog aangeschreven als materiaal voor sieraden. Er zijn dus genoeg toepassingen.

Interessant over metalen en legeringen

Het gebruik van deze elementen is zo breed enheeft zo'n lange geschiedenis dat het niet verwonderlijk is dat er zich verschillende merkwaardige situaties voordoen. Zij en slechts een paar merkwaardige feiten moeten uiteindelijk worden aangehaald:

• Vóór het wijdverbreide gebruik was aluminium zeerop prijs gesteld. Het bestek dat Napoleon III gebruikte bij het ontvangen van gasten was van dit materiaal gemaakt en was de trots van de vorst.
• De naam platina vertaald uit het Spaans betekent:"zilver". Het element kreeg zo'n weinig vleiende naam vanwege het relatief hoge smeltpunt en daarom de onmogelijkheid om het lange tijd te gebruiken.
• In zijn pure vorm is goud zacht en kan het gemakkelijk met een vingernagel worden bekrast. Daarom wordt het voor de vervaardiging van sieraden gelegeerd met zilver of koper.
• Er zijn legeringen met een merkwaardige eigenschap van thermo-elasticiteit, namelijk het vormgeheugeneffect. Bij vervorming en daaropvolgende verwarming keren ze terug naar hun oorspronkelijke staat.