Menetelmät metallien saamiseksi. Metalliseosten tyypit. Alkalimetallien tuotanto

Moderni ihminen jokapäiväisessä elämässään ympäröi erilaisia metalleja. Useimmissa esineissä, joita käytämme, nämä kemikaalit ovat läsnä. Kaikki tämä tapahtui, koska ihmiset löysivät erilaisia tapoja saada metalleja.

Mitkä ovat metallit?

Nämä epäorgaaniset kemikaalit ovat ihmisille tärkeitä. Metallien hankinta antaa henkilön luoda entistä täydellisempi tekniikka, joka parantaa elämäämme. Mitä he ovat? Ennen metallien hankkimisen yleisiä menetelmiä on ymmärrettävä, mitä he ovat. Metallit ovat kemiallisten elementtien ryhmä yksinkertaisten aineiden muodossa, joilla on ominaispiirteet:

• lämmön- ja sähkönjohtavuus;

• korkea plastisuus;

• loistoa.

Henkilö voi helposti erottaa ne muista aineista. Kaikkien metallien ominaispiirre on erityinen kiilto. Se saadaan heijastamalla epäsymmetrisiä valonsäteitä pinnalla, joka ei salli niiden läpäistä. Glitter on kaikkien metallien yhteinen ominaisuus, mutta se näkyy selvästi hopeassa.

Tähän mennessä tutkijat ovat löytäneet 96 tällaista kemiallista ainetta, vaikka niitä ei kaikkia tunnusteta viralliseksi tiedoksi. Ne on jaettu ryhmiin niiden luontaisten ominaisuuksien mukaan. Joten seuraavat metallit erotetaan:

• Alkalinen - 6;

• maapallon maa - 6;

• Siirtymäaika - 38;

• Keuhkot - 11;

• puolimetallit - 7;

• lantanidit - 14;

• Actinides - 14.

Metallien valmistus

Lejeeringin valmistamiseksi on välttämätöntä ensin saada metalli luonnollisesta malmista. Alkuperäisiä elementtejä ovat ne aineet, jotka ovat luonteeltaan vapaassa tilassa. Näihin kuuluvat platina, kulta, tina, elohopea. Ne erotetaan epäpuhtauksista mekaanisesti tai kemiallisilla reagensseilla.

Jäljelle jäävät metallit uutetaan käsittelemällä niiden yhdisteitä. Ne sisältyvät erilaisiin fossiileihin. Malmit ovat mineraaleja ja kiviä, jotka sisältävät metalliyhdisteitä oksidien, karbonaattien tai sulfidien muodossa. Niiden tuotannossa käytetään kemiallista käsittelyä.

METALLISTEN TUOTANNON MENETELMÄT:

• oksidien vähentäminen hiilellä;

• kiven tinan kiven hankkiminen;

• raudan sulatus rautamalmista ;

• rikkiyhdisteiden polttaminen erityisissä uuneissa.

Metallien louhinnan helpottamiseksi malmikiveistä lisätään niihin erilaisia flux-aineita. Ne auttavat poistamaan epätoivottuja epäpuhtauksia, kuten saven, kalkkikiven ja hiekan. Tämän prosessin tuloksena saadaan matalassa lämpötilassa sulavia yhdisteitä, joita kutsutaan kuonaksi.

Kun huomattava määrä epäpuhtauksia on läsnä, malmi rikastuu ennen kuin metalli sulatetaan poistamalla useimmat tarpeettomat komponentit. Tämän hoidon laajimmin käytetyt menetelmät ovat vaahdotus, magneettiset ja gravitaatiomenetelmät.

Alkalimetallit

Alkalimetallien massatuotanto on monimutkaisempi prosessi. Tämä johtuu siitä, että niitä esiintyy luonnossa vain kemiallisten yhdisteiden muodossa. Koska ne ovat pelkistäviä aineita, niiden tuotantoon liittyy korkeita energiakustannuksia. Alkalimetallien uuttamiseen on useita tapoja:

• Litiumia voidaan saada oksidista alipaineessa tai spondumeenin käsittelyn aikana muodostuneen kloridin sulamisen elektrolyysillä.

• Natrium uutetaan kalsinoimalla soodaa hiilellä tiiviisti suljetuissa upokkaissa tai kloridisulan elektrolyysillä lisäämällä kalsiumia. Ensimmäinen tapa on eniten aikaa vievää.

• Kalium saadaan elektrolyysillä sen suolojen sulan tai kulkiessaan natriumhöyryä kloridin läpi. Se muodostuu myös sulan kaliumhydroksidin ja nestemäisen natriumin vuorovaikutuksesta 440 ° C: n lämpötilassa.

• Cesium ja rubidium uutetaan vähentämällä niiden klorideja kalsiumilla 700-800 ° C: ssa tai zirkoniumilla 650 ° C: ssa. Alkalimetallien tuotanto tällä tavalla on erittäin energiatehokas ja kallis.

Metallien ja seosten väliset erot

Pohjimmiltaan selvä raja metallien ja niiden seosten välillä ei käytännössä ole olemassa, koska jopa puhtaimmista, yksinkertaisista aineista on jonkin verran epäpuhtauksia. Joten mikä on niiden välinen ero? Käytännöllisesti katsoen kaikkia metalleja, joita käytetään teollisuudessa ja muilla kansantalouden osilla, käytetään seoksina, jotka on saatu tarkoituksenmukaisesti lisäämällä tärkeimmät kemialliset elementit muihin komponentteihin.

seokset

Tekniikka tarvitsee erilaisia metallimateriaaleja. Samanaikaisesti puhtaita kemiallisia elementtejä ei käytännössä käytetä, koska niillä ei ole ihmisille välttämättömiä ominaisuuksia. Tarpeillamme keksimme erilaisia tapoja keräämään seoksia. Tällä termillä tarkoitamme makroskooppisesti homogeenista materiaalia, joka koostuu kahdesta tai useammasta kemiallisesta aineesta. Tässä seoksessa seoksessa hallitsevat metallikomponentit. Tällä aineella on oma rakenne. Seoksissa erotetaan seuraavat osat:

• yksi tai useampi metallista koostuva alusta;

• modifiointi- ja seostamiselementtien pienet lisäykset;

• epäonnistuneet epäpuhtaudet (teknologinen, luonnollinen, satunnainen).

Se on metalliseoksia, jotka ovat tärkein rakenteellinen materiaali. Teknologiassa ne ovat yli 5000.

Metalliseosten tyypit

Huolimatta tällaisista erilaisista seoksista, ihmisille tärkeimmät ovat rautaa ja alumiinia. Niitä esiintyy useimmiten arjessa. Metalliseosten tyypit ovat erilaisia. Ja ne jaetaan useilla kriteereillä. Niinpä käytetään erilaisia metalliseosten valmistusmenetelmiä. Tämän kriteerin mukaan ne jaetaan:

• Cast, jotka saadaan kiteyttämällä sekoitettujen komponenttien sula.

• Jauhe, joka on valmistettu puristamalla jauheeksi ja sen jälkeen sintraamalla korkeassa lämpötilassa. Usein tällaisten seosten komponentit eivät ole pelkästään yksinkertaisia kemiallisia elementtejä vaan myös niiden erilaisia yhdisteitä, kuten titaanin tai volframin karbideja kovissa seoksissa. Niiden lisäys vaihtelevissa määrin muuttaa metallisten materiaalien ominaisuuksia .

Menetelmät seosten saattamiseksi valmiin tuotteen tai aihion muodossa jaetaan seuraavasti:

• valimo (valurauta, valurauta);

• muokattava (teräs);

• jauhe (titaani, volframi).

Metalliseosten tyypit

Menetelmät metallien saamiseksi ovat erilaiset, ja niillä valmistetuilla materiaaleilla on erilaiset ominaisuudet. Kiinteässä aggregaatti tilassa seokset ovat:

• Homogeeninen (homogeeninen), joka koostuu samantyyppisistä kiteistä. Niitä kutsutaan usein yksivaiheiseksi.

• Heterogeeninen (heterogeeninen), jota kutsutaan monivaiheiseksi. Kun ne valmistetaan, seosmetallin perustana käytetään kiinteää liuosta (matriisifaasi). Tämäntyyppisten heterogeenisten aineiden koostumus riippuu sen kemiallisten elementtien koostumuksesta. Tällaiset seokset voivat sisältää seuraavia komponentteja: käyttöönotto ja korvaaminen kiinteät liuokset, kemialliset yhdisteet (karbidit, intermetallidit, nitridit), yksinkertaisten aineiden kiteytykset.

Seosten ominaisuudet

Riippumatta siitä, mitä menetelmiä metallien ja seosten valmistukseen käytetään, niiden ominaisuudet määritetään kokonaan vaiheiden kiderakenteella ja näiden materiaalien mikrorakenteella. Jokainen niistä on erilainen. Metalliseosten makroskooppiset ominaisuudet riippuvat niiden mikrorakenteesta. Ne eroavat joka tapauksessa niiden vaiheiden ominaisuuksista, jotka riippuvat yksinomaan materiaalin kiderakenteesta. Heterogeenisten (monivaiheisten) seosten makroskooppinen homogeenisyys saadaan metallin matriisissa olevien faasien tasaisen jakautumisen tuloksena.

Metalliseosten tärkein ominaisuus on hitsattavuus. Loput ovat identtisiä metallien kanssa. Niinpä seoksilla on lämpö- ja sähkönjohtavuus, plastisuus ja heijastavuus (loisto).

Lejeerilajikkeet

Erilaiset lejeeringimenetelmät antoivat ihmiselle keksiä suuren määrän metallimateriaaleja, joilla oli erilaisia ominaisuuksia ja ominaisuuksia. Heidän tehtävänsä mukaan heidät jaetaan seuraaviin ryhmiin:

• Rakenne (teräs, duralumiini, valurauta). Tämä ryhmä sisältää erityisominaisuuksia omaavat seokset. Joten ne eroavat luonnostaan turvallisilta tai antifriittisilta ominaisuuksilta. Näihin kuuluvat messinki ja pronssi.

• Laakereiden valumiseen (babbitt).

• Sähkölämmitys- ja mittauslaitteistoihin (nikriini, manganiini).

• Leikkuutyökalujen (voittojen) tuottamiseen.

Tuotannossa ihmiset käyttävät muuntyyppisiä metallimateriaaleja, kuten sulavia, kuumuutta kestäviä, korroosionkestäviä ja amorfisia seoksia. Magneetteja ja lämpösähköä (myös vismutin, lyijyn, antimonin ja muiden) telurideja ja selenidejä käytetään laajalti.

Rautaseokset

Lähes kaikki maan päällä tuotettu rauta lähetetään yksinkertaisten ja seostettujen terästen tuotantoon. Sitä käytetään myös valuraudan valmistuksessa. Raudan seokset ovat saavuttaneet suosiotaan johtuen siitä, että niillä on hyödyllisiä ominaisuuksia ihmiselle. Ne saatiin lisäämällä useita komponentteja yksinkertaiseen kemialliseen elementtiin. Niinpä siitä huolimatta, että eri rauta-seokset valmistetaan yhden aineen perusteella, teräksestä ja valuraudasta on erilaisia ominaisuuksia. Tämän vuoksi he löytävät erilaisia sovelluksia. Useimmat teräkset ovat kovempia kuin valurauta. Erilaiset menetelmät näiden metallien saamiseksi mahdollistavat näiden rautaseosten erilaisten laatujen (tuotemerkkien) saamisen.

Seosten paremmat ominaisuudet

Tiettyjen metallien ja muiden kemiallisten elementtien fuusioitumisen ansiosta on mahdollista saada materiaaleja, joilla on paremmat ominaisuudet. Esimerkiksi puhtaan alumiinin myötölujuus on 35 MPa. Metallin metalliseoksen valmistuksessa kupari (1,6%), sinkki (5,6%), magnesium (2,5%), tämä luku ylittää 500 MPa.

Erilaisten kemikaalien eri suhteiden yhdistelmän ansiosta on mahdollista saada metallimateriaaleja, joilla on paremmat magneettiset, lämpö- tai sähköiset ominaisuudet. Tämän prosessin tärkein tehtävä on metalliseoksen rakenne, joka on sen kiteiden jakautuminen ja atomien välisten sidosten tyyppi.

Teräs ja valurauta

Nämä seokset saadaan yhdistämällä rauta ja hiili (2%). Seostettujen materiaalien valmistuksessa niihin lisätään nikkeliä, kromia ja vanadiinia. Kaikki tavanomaiset teräkset on jaettu tyyppeihin:

• Alhaisen hiilen (0,25% hiiltä) käytetään erilaisten rakenteiden valmistukseen;

• Korkea hiili (yli 0,55%) on tarkoitettu leikkaustyökalujen tuotantoon.

Suunnittelussa ja muissa tuotteissa käytetään erilaisia seostettuja teräksiä.

Raudan seosta, jossa on hiiltä, jonka osuus on 2-4%, kutsutaan valuraudaksi. Tämän materiaalin koostumus sisältää piitä. Valurauta valetaan eri tuotteilla, joilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet.

Ei-rautametallit

Raudan lisäksi muita kemiallisia elementtejä käytetään erilaisten metallimateriaalien valmistukseen. Liittymisen seurauksena valmistetaan ei-rautametalliseoksia. Ihmisten elämässä materiaalit perustuvat:

• Kupari, nimeltään messinki. Ne sisältävät 5-45% sinkkiä. Jos sen sisältö on 5-20%, messinkiä kutsutaan punaiseksi ja jos 20-36% - keltainen. Kupariseokset ovat piitä, tinaa, berylliumia ja alumiinia. Niitä kutsutaan pronsseiksi. Tällaisia seoksia on useita.

• Lyijy, joka on perinteinen juote (traktori). Tässä seoksessa 1 osa tätä kemikaalia peitetään kahdella osalla tinaa. Laakereiden valmistuksessa käytetään babbittia, joka on lyijyn, tinan, arseenin ja antimonin seos.

• Alumiini, titaani, magnesium ja beryllium, jotka ovat kevyitä, lujia ja erinomaisia mekaanisia ominaisuuksia omaavia seoksia.

Menetelmät

Tärkeimmät menetelmät metallien ja metalliseosten saamiseksi:

• Valimoteollisuus, jossa erilaisten sulaisten komponenttien homogeenisen seoksen jähmettyminen tapahtuu. Metalliseosten saamiseksi käytetään pyrometallurgisia ja elektrometallurgisia menetelmiä lejeeringeihin. Ensimmäisessä raaka-aineiden lämmitysvaiheessa käytetään lämpöenergiaa, joka saadaan polttoaineen polttamisen aikana. Pyrometallurginen menetelmä tuottaa teräksiä avoimessa uunissa ja valurauta masuunissa. Elektrometallurgisessa menetelmässä raaka-ainetta kuumennetaan induktio- tai sähkökaariuunissa. Samalla raaka-aine on hyvin rennossa.

• Jauhe, jossa sen komponenttien jauheena käytetään seoksen valmistukseen. Puristumisen ansiosta ne saavat tiettyä muotoa ja sintrattu sitten erikoisuunissa.