O homem moderno em sua vida cotidianacercado por vários metais. A maioria dos itens que usamos contém esses produtos químicos. Isso tudo aconteceu porque as pessoas encontraram uma variedade de maneiras de obter metais.
o que são metais
Essas substâncias valiosas para as pessoas estão envolvidas emquímica Inorgânica. A obtenção de metais permite que uma pessoa crie tecnologias cada vez mais perfeitas que melhoram nossas vidas. O que eles são? Antes de considerar os métodos gerais de obtenção de metais, é necessário entender o que são. Os metais são um grupo de elementos químicos na forma de substâncias simples com propriedades características:
• condutividade térmica e elétrica;
• alta plasticidade;
• glitter.
Uma pessoa pode facilmente distingui-los de outras substâncias.Uma característica de todos os metais é a presença de um brilho especial. É obtido refletindo os raios de luz incidentes em uma superfície que não os transmite. O brilho é uma propriedade comum a todos os metais, mas é mais pronunciado na prata.
Até o momento, os cientistas descobriram 96 desseselementos químicos, embora nem todos sejam reconhecidos pela ciência oficial. Eles são divididos em grupos, dependendo de suas propriedades características. Assim, os seguintes metais são distinguidos:
• alcalina - 6;
• alcalino-terroso - 6;
• transitório – 38;
• pulmões - 11;
• semimetais - 7;
• lantanídeos - 14;
• actinídeos - 14.
Obtenção de metais
Para fazer uma liga, é necessárioEm primeiro lugar, obtenha metal do minério natural. Elementos nativos são aquelas substâncias que são encontradas na natureza em estado livre. Estes incluem platina, ouro, estanho, mercúrio. Eles são separados das impurezas mecanicamente ou com a ajuda de reagentes químicos.
Outros metais são extraídos processando-osconexões. Eles são encontrados em vários fósseis. Minérios são minerais e rochas, que incluem compostos metálicos na forma de óxidos, carbonatos ou sulfetos. Para obtê-los, o processamento químico é usado.
Métodos para obtenção de metais:
• recuperação de óxidos com carvão;
• obtenção de estanho a partir de estanho;
• fundição de ferro-gusa a partir de minério de ferro;
• queima de compostos de enxofre em fornos especiais.
Para facilitar a extração de metais de rochas de minériovárias substâncias chamadas fluxos são adicionadas a eles. Eles ajudam a remover impurezas indesejadas, como argila, calcário, areia. Como resultado desse processo, são obtidos compostos de baixo ponto de fusão chamados escórias.
Na presença de uma quantidade significativa de impurezasO minério é enriquecido antes da fundição do metal, removendo uma grande parte dos componentes desnecessários. Os métodos mais utilizados deste tratamento são os métodos de flotação, magnéticos e de gravidade.
metais alcalinos
Produção em massa de metais alcalinos - mais dedifícil processo. Isso se deve ao fato de serem encontrados na natureza apenas na forma de compostos químicos. Por serem agentes redutores, sua produção é acompanhada de altos custos de energia. Existem várias maneiras de extrair metais alcalinos:
• O lítio pode ser obtido a partir de seu óxido no vácuo ou por eletrólise de seu cloreto fundido, que é formado durante o processamento do espodumênio.
• O sódio é extraído por calcinação de soda com carvão em cadinhos hermeticamente fechados ou por eletrólise de um cloreto fundido com a adição de cálcio. O primeiro método é o mais trabalhoso.
• O potássio é obtido por eletrólise da fusão de seus saisou pela passagem de vapor de sódio através do seu cloreto. Também é formado pela interação de hidróxido de potássio fundido e sódio líquido a uma temperatura de 440°C.
• Césio e rubídio são extraídos usandoredução de seus cloretos com cálcio a 700–800°C ou com zircônio a 650°C. A obtenção de metais alcalinos desta forma é extremamente cara e intensiva em energia.
Diferenças entre metais e ligas
Uma fronteira fundamentalmente clara entre os metais e seusas ligas praticamente não existem, pois mesmo as substâncias mais puras e simples possuem alguma proporção de impurezas. Então, qual é a diferença entre eles? Quase todos os metais utilizados na indústria e em outros setores da economia nacional são utilizados na forma de ligas, obtidas propositalmente pela adição de outros componentes ao elemento químico principal.
Ligas
A técnica requer uma variedade de metaismateriais. Ao mesmo tempo, os elementos químicos puros praticamente não são utilizados, pois não possuem as propriedades necessárias para as pessoas. Para as nossas necessidades, inventamos diferentes formas de obter ligas. Este termo refere-se a um material macroscopicamente homogêneo que consiste em 2 ou mais elementos químicos. Neste caso, os componentes metálicos predominam na liga. Esta substância tem sua própria estrutura. Nas ligas, distinguem-se os seguintes componentes:
• uma base constituída por um ou mais metais;
• pequenas adições de elementos modificadores e de liga;
• impurezas não removidas (tecnológicas, naturais, acidentais).
São as ligas metálicas que são o principal material estrutural. Existem mais de 5000 deles em tecnologia.
tipos de ligas
Apesar de tal variedade de ligas,os mais importantes para as pessoas são os baseados em ferro e alumínio. Eles são os mais comuns na vida cotidiana. Os tipos de ligas são diferentes. Além disso, eles são divididos de acordo com vários critérios. Assim, vários métodos de fabricação de ligas são usados. De acordo com esse critério, eles são divididos em:
• Fundidos, que são obtidos pela cristalização do fundido de componentes mistos.
• Pó, criado pressionandomisturas de pós e posterior sinterização a alta temperatura. Além disso, muitas vezes os componentes de tais ligas não são apenas elementos químicos simples, mas também seus vários compostos, como titânio ou carbonetos de tungstênio em ligas duras. Sua adição em certas quantidades altera as propriedades dos materiais metálicos.
Os métodos para obter ligas na forma de um produto acabado ou em branco são divididos em:
• fundição (silumin, ferro fundido);
• deformáveis (aços);
• pó (titânio, tungstênio).
tipos de liga
Os métodos de obtenção de metais são diferentes, enquanto os materiais feitos graças a eles têm propriedades diferentes. No estado sólido de agregação, as ligas são:
• Homogêneo (homogêneo), constituído por cristais do mesmo tipo. Eles são frequentemente referidos como monofásicos.
• Heterogêneo (heterogêneo), referido comomultifásico. Quando eles são obtidos, uma solução sólida (fase matriz) é tomada como base da liga. A composição de substâncias heterogêneas desse tipo depende da composição de seus elementos químicos. Essas ligas podem conter os seguintes componentes: soluções sólidas de intersticial e substituição, compostos químicos (carbonetos, intermetalídeos, nitretos), cristalitos de substâncias simples.
Propriedades das ligas
Independentemente dos métodos de obtençãosão utilizados metais e ligas, suas propriedades são completamente determinadas pela estrutura cristalina das fases e pela microestrutura desses materiais. Cada um deles é diferente. As propriedades macroscópicas das ligas dependem da sua microestrutura. Em qualquer caso, diferem nas características de suas fases, que dependem unicamente da estrutura cristalina do material. A homogeneidade macroscópica de ligas heterogêneas (multifásicas) é obtida como resultado da distribuição uniforme das fases na matriz metálica.
A propriedade mais importante das ligas é a soldabilidade. Caso contrário, eles são idênticos aos metais. Assim, as ligas possuem condutividade térmica e elétrica, ductilidade e refletividade (brilho).
Tipos de ligas
Vários métodos de produção de ligas tornaram possívelo homem pode inventar um grande número de materiais metálicos com diferentes propriedades e características. De acordo com sua finalidade, são divididos nos seguintes grupos:
• Estruturais (aço, duralumínio, ferro fundido).Este grupo também inclui ligas com propriedades especiais. Portanto, eles diferem em segurança intrínseca ou propriedades antifricção. Isso inclui latão e bronze.
• Para enchimento de rolamentos (babbitt).
• Para equipamentos elétricos de aquecimento e medição (nicrômio, manganina).
• Para produção de ferramentas de corte (ganhará).
Na produção, as pessoas também usam outros tiposmateriais metálicos, como ligas fusíveis, resistentes ao calor, resistentes à corrosão e amorfas. Ímãs e termoelétricos (teluretos e selenetos de bismuto, chumbo, antimônio e outros) também são amplamente utilizados.
Ligas de ferro
Quase todo o ferro fundido na Terra éutilizado para a produção de aços simples e ligas. Também é utilizado na produção de ferro fundido. As ligas de ferro ganharam popularidade devido ao fato de possuírem propriedades benéficas ao ser humano. Eles foram obtidos pela adição de vários componentes a um elemento químico simples. Assim, apesar de várias ligas de ferro serem feitas com base na mesma substância, o aço e o ferro fundido têm propriedades diferentes. Graças a isso, encontram diferentes áreas de aplicação. A maioria dos aços é mais dura que o ferro fundido. Diferentes métodos de obtenção desses metais permitem a obtenção de diferentes graus (graus) dessas ligas de ferro.
Melhorando as propriedades das ligas
Graças à fusão de certos metais e outrosutilizando elementos químicos, podem ser obtidos materiais com características melhoradas. Por exemplo, o limite de escoamento do alumínio puro é de 35 MPa. Na produção de uma liga deste metal com cobre (1,6%), zinco (5,6%), magnésio (2,5%), esse valor ultrapassa 500 MPa.
Graças à combinação em diferentes proporçõesUtilizando vários produtos químicos, podem ser obtidos materiais metálicos com propriedades magnéticas, térmicas ou elétricas melhoradas. O papel principal neste processo é desempenhado pela estrutura da liga, que é a distribuição de seus cristais e o tipo de ligações entre os átomos.
Aços e ferros fundidos
Estas ligas são obtidas pela combinação de ferro e carbono (2%). Ao produzir materiais de liga, são adicionados níquel, cromo e vanádio. Todos os aços comuns são divididos em tipos:
• baixo carbono (0,25% carbono) é utilizado na fabricação de diversas estruturas;
• alto teor de carbono (mais de 0,55%) é destinado à produção de ferramentas de corte.
Vários tipos de ligas de aço são usados em engenharia mecânica e outros produtos.
Liga ferro-carbono, porcentagemque é de 2 a 4%, é chamado de ferro fundido. Este material também contém silício. Vários produtos com boas propriedades mecânicas são fundidos em ferro fundido.
Metais não ferrosos
Além do ferro, para a fabricação de diversosmateriais metálicos e outros elementos químicos são usados. Como resultado de sua combinação, são obtidas ligas não ferrosas. Na vida das pessoas, materiais baseados em:
• Cobre, chamado latão.Eles contêm 5-45% de zinco. Se seu conteúdo for de 5 a 20%, o latão é chamado de vermelho e, se for de 20 a 36%, é chamado de amarelo. Existem ligas de cobre com silício, estanho, berílio e alumínio. Eles são chamados de bronzes. Existem vários tipos dessas ligas.
• Chumbo, que é uma solda comum(terciário). Nesta liga, 1 parte desta substância química contém 2 partes de estanho. Na produção de rolamentos é utilizado o Babbitt, que é uma liga de chumbo, estanho, arsênico e antimônio.
• Alumínio, titânio, magnésio e berílio, que são ligas não ferrosas leves, de alta resistência e excelentes propriedades mecânicas.
Métodos de obtenção
Os principais métodos de produção de metais e ligas:
• Fundição, durante a qual ocorre a solidificaçãomistura homogênea de diferentes componentes fundidos. Para a obtenção de ligas, são utilizados métodos pirometalúrgicos e eletrometalúrgicos de produção de metais. Na primeira opção, a energia térmica obtida durante a combustão do combustível é utilizada para aquecer as matérias-primas. O método pirometalúrgico produz aço em fornos abertos e ferro fundido em altos-fornos. No método eletrometalúrgico, as matérias-primas são aquecidas em fornos de indução ou de arco elétrico. Neste caso, as matérias-primas derretem muito rapidamente.
• Pó, no qual os pós de seus componentes são utilizados para fazer a liga. Graças à prensagem, ganham um determinado formato e depois são sinterizados em fornos especiais.
