Współczesny człowiek w swoim codziennym życiuotoczony różnymi metalami. Większość używanych przez nas przedmiotów zawiera te chemikalia. Stało się tak, ponieważ ludzie znajdowali różne sposoby pozyskiwania metali.
Czym są metale
Z tymi cennymi dla ludzi substancjami mamy do czynieniachemia nieorganiczna. Pozyskiwanie metali pozwala człowiekowi tworzyć coraz doskonalszą technologię, która usprawnia nasze życie. Czym oni są? Przed rozważeniem ogólnych metod pozyskiwania metali konieczne jest zrozumienie, czym one są. Metale to grupa pierwiastków chemicznych w postaci prostych substancji o charakterystycznych właściwościach:
• przewodnictwo cieplne i elektryczne;
• wysoka plastyczność;
• świecić.
Osoba może łatwo odróżnić je od innych substancji.Cechą charakterystyczną wszystkich metali jest obecność specjalnego połysku. Uzyskuje się ją dzięki odbijaniu padających promieni świetlnych na powierzchnię, która ich nie przepuszcza. Połysk jest powszechną właściwością wszystkich metali, ale najbardziej widoczny jest w srebrze.
Do tej pory naukowcy odkryli 96 takichpierwiastki chemiczne, choć nie wszystkie są uznawane przez oficjalną naukę. Są one podzielone na grupy w zależności od ich nieodłącznych cech charakterystycznych. Wyróżnia się więc następujące metale:
• alkaliczne - 6;
• ziemia alkaliczna - 6;
• przejściowy - 38;
• płuca - 11;
• półmetale - 7;
• lantanowce - 14;
• aktynowce - 14.
Pozyskiwanie metali
Aby wykonać stop, konieczne jest:przede wszystkim pozyskiwanie metalu z naturalnej rudy. Pierwiastki rodzime to te substancje, które występują w naturze w stanie wolnym. Należą do nich platyna, złoto, cyna, rtęć. Oddziela się je od zanieczyszczeń mechanicznie lub za pomocą odczynników chemicznych.
Pozostałe metale wydobywa się poprzez ich przetwarzanieznajomości. Można je znaleźć w różnych skamielinach. Rudy to minerały i skały zawierające związki metali w postaci tlenków, węglanów lub siarczków. Aby je uzyskać, stosuje się obróbkę chemiczną.
Metody otrzymywania metali:
• redukcja tlenków węglem;
• pozyskiwanie cyny z kamienia cynowego;
• wytop surówki z rudy żelaza;
• spalanie związków siarki w specjalnych piecach.
Aby ułatwić wydobycie metali ze skał rudydo nich dodawane są różne substancje zwane topnikami. Pomagają usunąć niechciane zanieczyszczenia takie jak glina, wapień, piasek. W wyniku tego procesu powstają związki niskotopliwe, zwane żużlami.
W obecności znacznej ilości zanieczyszczeńRuda przed wytopem metalu jest wzbogacana poprzez usunięcie dużej części zbędnych składników. Najszerzej stosowanymi metodami tej obróbki są metody flotacyjne, magnetyczne i grawitacyjne.
Metale alkaliczne
Masowa produkcja metali alkalicznych - więcejtrudny proces. Wynika to z faktu, że w naturze występują one jedynie w postaci związków chemicznych. Ponieważ są reduktorami, ich produkcji towarzyszą wysokie koszty energii. Istnieje kilka sposobów wydobywania metali alkalicznych:
• Lit można uzyskać z jego tlenku w próżni lub przez elektrolizę stopionego chlorku powstałego podczas przetwarzania spodumenu.
• Sód jest ekstrahowany przez kalcynację sody z węglem w szczelnie zamkniętych tyglach lub przez elektrolizę roztopionego chlorku z dodatkiem wapnia. Pierwsza metoda jest najbardziej czasochłonna.
• Potas jest otrzymywany przez elektrolizę stopu jego solilub przepuszczając pary sodu przez jego chlorek. Powstaje również w wyniku oddziaływania stopionego wodorotlenku potasu i ciekłego sodu w temperaturze 440 ° C.
• Cez i rubid są wydobywane przy użyciuredukcja ich chlorków wapniem w 700–800 ° С lub cyrkonem w 650 ° С. Produkcja metali alkalicznych w ten sposób jest niezwykle energochłonna i kosztowna.
Różnice między metalami a stopami
Zasadniczo wyraźna granica między metalami a ichstopy praktycznie nie istnieją, ponieważ nawet najczystsze, proste substancje mają pewien udział zanieczyszczeń. Więc jaka jest różnica między tymi dwoma? Prawie wszystkie metale stosowane w przemyśle i innych sektorach gospodarki narodowej są wykorzystywane w postaci stopów, które są celowo otrzymywane przez dodanie innych składników do głównego pierwiastka chemicznego.
Stopy
Technika wymaga różnych metalimateriały. Jednocześnie praktycznie nie stosuje się czystych pierwiastków chemicznych, ponieważ nie mają one właściwości niezbędnych dla ludzi. Na nasze potrzeby wymyśliliśmy różne metody otrzymywania stopów. Termin ten odnosi się do makroskopowo jednorodnego materiału, który składa się z 2 lub więcej pierwiastków chemicznych. Jednocześnie w stopie przeważają składniki metalowe. Ta substancja ma swoją własną strukturę. W stopach wyróżnia się następujące składniki:
• podstawa składająca się z jednego lub więcej metali;
• niewielkie dodatki pierwiastków modyfikujących i stopowych;
• nieusunięte zanieczyszczenia (technologiczne, naturalne, przypadkowe).
Głównym materiałem konstrukcyjnym są stopy metali. W technologii jest ich ponad 5000.
Rodzaje stopów
Pomimo tak różnorodności stopów,najważniejsze dla ludzi są te na bazie żelaza i aluminium. Najczęściej spotyka się je w życiu codziennym. Rodzaje stopów są różne. Co więcej, są one podzielone według kilku kryteriów. W ten sposób wykorzystywane są różne metody wytwarzania stopów. Według tego kryterium dzieli się je na:
• Odlew, który uzyskuje się przez krystalizację stopionego stopu zmieszanych składników.
• Proszek, stworzony przez prasowaniemieszanina proszków i późniejsze spiekanie w wysokiej temperaturze. Ponadto często składnikami takich stopów są nie tylko proste pierwiastki chemiczne, ale także ich różne związki, takie jak węgliki tytanu czy wolframu w stopach twardych. Ich dodatek w różnych ilościach zmienia właściwości materiałów metalicznych.
Metody wytwarzania stopów w postaci gotowego produktu lub przedmiotu obrabianego dzielą się na:
• odlewnia (silumin, żeliwo);
• odkształcalny (stal);
• proszek (tytan, wolfram).
Rodzaje stopów
Metody otrzymywania metali są różne, a wykonane dzięki nim materiały mają inne właściwości. W stałym stanie skupienia stopy to:
• Jednorodny (jednorodny), składający się z kryształów tego samego typu. Często określa się je jako jednofazowe.
• Heterogeniczny (heterogeniczny), zwanywielozakresowy. Po ich uzyskaniu, jako bazę stopu przyjmuje się roztwór stały (fazę matrycy). Skład niejednorodnych substancji tego typu zależy od składu ich pierwiastków chemicznych. Stopy takie mogą zawierać następujące składniki: roztwory stałe i substytucyjne, związki chemiczne (węgliki, związki międzymetaliczne, azotki), krystality substancji prostych.
Właściwości stopu
Bez względu na metody pozyskaniastosowane są metale i stopy, o ich właściwościach decyduje całkowicie struktura krystaliczna faz i mikrostruktura tych materiałów. Każdy z nich jest inny. Makroskopowe właściwości stopów zależą od ich mikrostruktury. W każdym razie różnią się one od właściwości swoich faz, które zależą wyłącznie od struktury krystalicznej materiału. Makroskopowa jednorodność stopów niejednorodnych (wielofazowych) uzyskuje się w wyniku równomiernego rozkładu faz w osnowie metalowej.
Za najważniejszą właściwość stopów uważa się spawalność. W przeciwnym razie są identyczne z metalami. Tak więc stopy mają przewodność cieplną i elektryczną, ciągliwość i współczynnik odbicia (połysk).
Odmiany stopów
Umożliwiły to różne metody otrzymywania stopówczłowieka do wynalezienia dużej liczby materiałów metalicznych o różnych właściwościach i właściwościach. Ze względu na cel dzielą się na następujące grupy:
• Konstrukcyjne (stal, duraluminium, żeliwo).Do tej grupy należą również stopy o specjalnych właściwościach. Wyróżniają się więc samoistnym bezpieczeństwem lub właściwościami przeciwciernymi. Należą do nich mosiądz i brązy.
• Do odlewania łożysk (babbit).
• Do elektrycznych urządzeń grzewczych i pomiarowych (nichrom, manganina).
• Do produkcji narzędzi skrawających (wygrywa).
W produkcji ludzie używają innych rodzajówmateriały metalowe, takie jak stopy niskotopliwe, żaroodporne, odporne na korozję i amorficzne. Szeroko stosowane są również magnesy i termoelektryki (telurydy i selenki bizmutu, ołowiu, antymonu i inne).
Stopy żelaza
Prawie całe żelazo wytopione na Ziemiskierowana jest do produkcji stali prostych i stopowych. Wykorzystywany jest również w produkcji żeliwa. Stopy żelaza zyskały popularność dzięki temu, że mają właściwości przydatne dla człowieka. Zostały one uzyskane przez dodanie różnych składników do prostego pierwiastka chemicznego. Tak więc pomimo tego, że różne stopy żelaza powstają na bazie jednej substancji, stal i żeliwo mają różne właściwości. W rezultacie znajdują różne obszary zastosowania. Większość stali jest twardsza niż żeliwo. Różne metody otrzymywania tych metali umożliwiają uzyskanie różnych gatunków (gatunków) tych stopów żelaza.
Poprawa właściwości stopów
Ze względu na fuzję niektórych metali i innychpierwiastki chemiczne, można otrzymać materiały o ulepszonych właściwościach. Na przykład granica plastyczności czystego aluminium wynosi 35 MPa. Przy otrzymywaniu stopu tego metalu z miedzią (1,6%), cynkiem (5,6%), magnezem (2,5%), liczba ta przekracza 500 MPa.
Ze względu na połączenie w różnych proporcjachróżne chemikalia można otrzymać materiały metalowe o ulepszonych właściwościach magnetycznych, termicznych lub elektrycznych. Główną rolę w tym procesie odgrywa struktura stopu, czyli rozkład jego kryształów oraz rodzaj wiązań między atomami.
Stal i żeliwo
Stopy te uzyskuje się przez połączenie żelaza i węgla (2%). W produkcji materiałów stopowych dodaje się do nich nikiel, chrom, wanad. Wszystkie popularne stale są podzielone na typy:
• niskoemisyjny (0,25% węgla) jest używany do produkcji różnych konstrukcji;
• wysokowęglowy (powyżej 0,55%) przeznaczony do produkcji narzędzi skrawających.
W inżynierii mechanicznej i innych produktach stosuje się różne gatunki stali stopowych.
Stop żelaza z węglem, procentco stanowi 2-4% nazywa się żeliwem. Ten materiał zawiera również krzem. Z żeliwa odlewane są różne produkty o dobrych właściwościach mechanicznych.
Metale nieżelazne
Oprócz żelaza do produkcji różnychinne pierwiastki chemiczne są stosowane w materiałach metalowych. W wyniku ich połączenia powstają stopy metali nieżelaznych. W życiu ludzi materiały oparte na:
• Miedź zwana mosiądzami.Zawierają 5-45% cynku. Jeśli jego zawartość wynosi 5-20%, to mosiądz nazywa się czerwonym, a jeśli 20-36% - żółtym. Istnieją stopy miedzi z krzemem, cyną, berylem, aluminium. Nazywane są brązami. Istnieje kilka rodzajów takich stopów.
• Ołów, który jest powszechnym lutowiem(Strona trzecia). W tym stopie 1 część tej substancji chemicznej to 2 części cyny. Do produkcji łożysk wykorzystuje się babbitt, który jest stopem ołowiu, cyny, arsenu i antymonu.
• Aluminium, tytan, magnez i beryl, które są lekkimi stopami metali nieżelaznych o wysokiej wytrzymałości i doskonałych właściwościach mechanicznych.
Sposoby na zdobycie
Główne metody otrzymywania metali i stopów:
• Odlewnia, w której następuje krzepnięciejednorodna mieszanina różnych stopionych składników. Do otrzymywania stopów stosuje się pirometalurgiczne i elektrometalurgiczne metody otrzymywania metali. W pierwszym wariancie do podgrzania surowca wykorzystywana jest energia cieplna uzyskana w procesie spalania paliwa. Metodę pirometalurgiczną stosuje się do produkcji stali w piecach martenowskich oraz surówki w wielkich piecach. W metodzie elektrometalurgicznej surowce nagrzewane są w indukcyjnych lub elektrycznych piecach łukowych. Jednocześnie surowiec topi się bardzo szybko.
• Proszek, w którym proszki jego składników są używane do produkcji stopu. Dzięki prasowaniu otrzymują określony kształt, a następnie są spiekane w specjalnych piecach.
