Metody získávání kovů. Druhy slitin. Výroba alkalických kovů

Moderní člověk

Co jsou to kovy?

Tyto látky, které jsou cenné pro lidi, se zabývají anorganickou chemií. Získávání kovů umožňuje člověku vytvořit stále sofistikovanější techniku, která zlepšuje náš život. Co jsou to? Před zvážením obecných metod získávání kovů je nutné pochopit, jaké to jsou. Kovy jsou skupinou chemických prvků ve formě jednoduchých látek, které mají charakteristické vlastnosti:

• tepelná a elektrická vodivost;

• vysoká plasticita;

• lesk.

Osoba je může snadno odlišit od jiných látek. Charakteristickou vlastností všech kovů je přítomnost zvláštního lesku. Získává se odrazem dopadajících světelných paprsků na povrchu, který jim neumožňuje projít. Glitter je společným vlastnictvím všech kovů, nejsilněji se však projevuje stříbrem.

Dosud vědci objevili 96 takových chemických prvků, ačkoli ne všichni jsou uznáváni jako oficiální věda. Jsou rozděleny do skupin, v závislosti na jejich charakteristických vlastnostech. Takže jsou rozlišeny následující kovy:

• Alkalický - 6;

• alkalická zemina - 6;

• Přechodné - 38;

• Plíce - 11;

• Semimetály - 7;

• lanthanidy - 14;

• Actinidy - 14.

Příprava kovů

Aby se vyrobila slitina, je třeba nejprve získat kov z přírodní rudy. Nativními prvky jsou látky, které jsou v přírodě ve volném stavu. Patří mezi ně platina, zlato, cín, rtuť. Odlučují se od nečistot mechanicky nebo chemickými činidly.

Zbývající kovy se extrahují zpracováním svých sloučenin. Jsou obsaženy v různých fosiliích. Ruda je minerály a horniny, které obsahují sloučeniny kovů ve formě oxidů, uhličitanů nebo sulfidů. Pro jejich výrobu se používá chemická úprava.

METODY VÝROBY KOVŮ:

• snížení emisí oxidů uhlí;

• získání cínu z cínového kamene;

• tavení litiny z železná ruda;

• spalování sloučenin síry ve speciálních pecích.

Pro usnadnění extrakce kovů z rudných hornin se k nim přidávají různé látky nazývané tavidla. Pomáhají odstraňovat nežádoucí nečistoty, jako je hlína, vápence, písek. Výsledkem tohoto procesu jsou nízkotající sloučeniny, tzv. Strusky.

V přítomnosti významného množství nečistot se ruda obohacuje před tavením kovu odstraněním velké části nepotřebných složek. Nejpoužívanějšími metodami této léčby jsou flotační, magnetické a gravitační metody.

Alkalické kovy

Hromadná výroba alkalických kovů je složitějším procesem. To je způsobeno skutečností, že se nacházejí v přírodě pouze ve formě chemických sloučenin. Protože jsou redukčními činidly, jejich výroba je doprovázena vysokými náklady na energii. Existuje několik způsobů, jak extrahovat alkalické kovy:

• Lithium může být získáváno z oxidu ve vakuu nebo elektrolýzou taveniny jeho chloridu vytvořeného během zpracování spodumenu.

• Sodík se extrahuje kalcinací sodovky s aktivním uhlím v těsně uzavřených kelímcích nebo elektrolýzou chloridové taveniny s přídavkem vápníku. První způsob je nejvíce časově náročný.

• Draslík se získává elektrolýzou taveniny jeho solí buď parou sodíkovou přes chlorid. Vzniká také interakcí roztaveného hydroxidu draselného a tekutého sodíku při teplotě 440 ° C.

• Cesium a rubidium se extrahují redukcí chloridů vápníkem při 700-800 ° C nebo zirkonem při 650 ° C. Výroba alkalických kovů tímto způsobem je extrémně energeticky náročná a drahá.

Rozdíly mezi kovy a slitinami

Zásadně jasná hranice mezi kovy a jejich slitinami prakticky neexistuje, protože i nejčistší prosté látky mají určitý podíl nečistot. Takže jaký je rozdíl mezi nimi? Prakticky všechny kovy používané v průmyslu a dalších odvětvích národního hospodářství se používají ve formě slitin, které se účelně získávají přidáním dalších složek do základního chemického prvku.

Slitiny

Technika potřebuje různé kovové materiály. Současně se čisté chemické prvky prakticky nepoužívají, protože pro lidi nemají potřebné vlastnosti. Pro naše potřeby jsme vymysleli různé způsoby získání slitin. Tímto termínem rozumíme makroskopicky homogenní materiál, který se skládá ze 2 nebo více chemických prvků. V tomto případě převažují kovové součásti ve slitině. Tato látka má svou vlastní strukturu. V slitinách jsou rozlišeny následující komponenty:

• základna sestávající z jednoho nebo více kovů;

• malé přidání modifikujících a legujících prvků;

• neúspěšné nečistoty (technologické, přirozené, náhodné).

Jedná se o kovové slitiny, které jsou hlavním konstrukčním materiálem. V technologii dosahují více než 5000 lidí.

Druhy slitin

Navzdory takovému druhu slitin jsou nejdůležitější pro lidi ty, které jsou založeny na železe a hliníku. Nejčastěji se vyskytují v každodenním životě. Druhy slitin jsou různé. A jsou rozděleny do několika kritérií. Tak se používají různé způsoby výroby slitin. Tímto kritériem se dělí na:

• Litiny, které se získají krystalizací taveniny smíšených složek.

• Prášek vytvořený lisováním směsi prášků a následným slinováním při vysoké teplotě. A často komponenty těchto slitin jsou nejen jednoduché chemické prvky, ale také jejich různé sloučeniny, jako jsou karbidy titanu nebo wolframu v tvrdých slitinách. Jejich přidání v různých množstvích se mění vlastnosti kovu materiálů.

Způsoby získání slitin ve formě hotového výrobku nebo polotovaru se dělí na:

• Slévárna (silumin, litina);

• deformovatelné (ocelové);

• prášek (titan, wolfram).

Druhy slitin

Způsoby získávání kovů jsou odlišné a materiály z nich mají různé vlastnosti. V pevném agregovaném stavu jsou slitiny:

• Homogenní (homogenní), sestávající z krystalů stejného typu. Často se nazývají jednofázové.

• Heterogenní (heterogenní), nazývaná vícefázová. Když se připraví, jako základ slitiny se použije pevný roztok (fáze matrice). Složení heterogenních látek tohoto typu závisí na složení chemických prvků. Tyto slitiny mohou obsahovat následující složky: pevné roztoky zavádění a substituce, chemické sloučeniny (karbidy, intermetallidy, nitridy), krystaly jednoduchých látek.

Vlastnosti slitin

Bez ohledu na to, jaké metody výroby kovů a slitin se používají, jsou jejich vlastnosti zcela determinovány krystalovou strukturou fází a mikrostrukturou těchto materiálů. Každý z nich je jiný. Makroskopické vlastnosti slitin závisí na jejich mikrostruktuře. V každém případě se liší od vlastností jejich fází, které závisí pouze na krystalické struktuře materiálu. Makroskopická homogenita heterogenních (vícefázových) slitin se získává v důsledku rovnoměrné distribuce fází v matrici kovu.

Nejdůležitější vlastností slitin je svařitelnost. Ve zbytku jsou identické s kovy. Takto slitiny mají tepelnou a elektrickou vodivost, plasticitu a odrazivost (lesk).

Odrůdy slitin

Různé způsoby získávání slitin umožňují osobě vynalézt velké množství kovových materiálů s různými vlastnostmi a vlastnostmi. Podle jejich účelu jsou rozděleny do následujících skupin:

• Konstrukce (ocel, dural, litina). Tato skupina obsahuje slitiny se speciálními vlastnostmi. Proto se liší podle vlastních bezpečnostních nebo protihrudních vlastností. Mezi ně patří mosaz a bronz.

• Pro odlévání ložisek (babbitt).

• Pro elektrické topné a měřicí zařízení (nichróm, manganin).

• Pro výrobu řezných nástrojů (výher).

Ve výrobě používají lidé jiné druhy kovových materiálů, jako jsou nízkovrstvé, žáruvzdorné, korozivzdorné a amorfní slitiny. Velmi často se používají magnety a termoelektrika (teluridy a selenidy vizmutu, olova, antimonu a další).

Slitiny železa

Prakticky veškeré železo vyrobené na Zemi je zaměřeno na výrobu jednoduchých a legované oceli. Používá se také při výrobě litiny. Slitiny železa získaly svou popularitu vzhledem k tomu, že mají pro člověka užitečné vlastnosti. Byly získány přidáním různých složek do jednoduchého chemického prvku. Takže navzdory skutečnosti, že různé slitiny železa jsou vyráběny na základě jedné látky, mají ocel a litina různé vlastnosti. Díky tomu naleznou různé aplikace. Většina ocelí je těžší než litina. Různé způsoby získávání těchto kovů umožňují získání různých stupňů (značek) těchto slitin železa.

Zlepšení vlastností slitin

Díky fúzi určitých kovů a dalších chemických prvků je možné získat materiály se zlepšenými vlastnostmi. Například, mez kluzu čistý hliník je 35 MPa. Při výrobě slitiny tohoto kovu s mědí (1,6%), zinku (5,6%), hořčíku (2,5%), tato hodnota přesahuje 500 MPa.

Díky kombinaci různých poměrů různých chemikálií je možné získat kovové materiály se zlepšenými magnetickými, tepelnými nebo elektrickými vlastnostmi. Hlavní úlohu v tomto procesu hraje struktura slitiny, což je rozdělení jejích krystalů a typ vazeb mezi atomy.

Ocel a litina

Tyto slitiny se získávají podle sloučenin železa a uhlíku (2%). Při výrobě legovaných materiálů se k nim přidává nikl, chrom a vanad. Všechny konvenční oceli se dělí na typy:

• Nízkorozměrové uhlí (0,25% uhlíku) se používá pro výrobu různých konstrukcí;

• Vysoký obsah uhlíku (více než 0,55%) je určen pro výrobu řezných nástrojů.

Různé druhy legovaných ocelí se používají ve strojírenských a jiných výrobcích.

Slitina železa s uhlíkem, jehož procento je 2 až 4%, se nazývá litina. Složení tohoto materiálu zahrnuje křemík. Litina je litá různými výrobky, které mají dobré mechanické vlastnosti.

Neželezné kovy

Kromě železa jsou pro výrobu různých kovových materiálů použity jiné chemické prvky. V důsledku jejich spojení se vyrábějí neželezné slitiny. V životě lidí, materiály založené na:

• Měď, tzv. Mosaz. Obsahují 5-45% zinku. Je-li jeho obsah 5-20%, mosaz se nazývá červená a pokud je 20-36% žlutá. Existují slitiny mědi s křemíkem, cínem, beryliem, hliníkem. Jsou nazývány bronzy. Existuje několik druhů těchto slitin.

• Olovo, což je běžná pájka (traktor). V této slitině je 1 díl této chemikálie pokryto 2 díly cínu. Při výrobě ložisek se používá babbitt, který je slitinou olova, cínu, arsenu a antimonu.

• Hliník, titan, hořčík a beryllium, které jsou lehké barevné slitiny s vysokou pevností a vynikajícími mechanickými vlastnostmi.

Metody získání

Základní metody získávání kovů a slitin:

• Slévárna, při které dochází k tuhnutí homogenní směs různé roztavené složky. Pro získání slitin se používají pyrometallurgické a elektrometalurgické metody pro získání kovů. Při první variantě pro ohřev surovin použijte tepelnou energii přijatou při spalování paliva. Pyrometallurgická metoda produkuje oceli v otevřených pecích a litině ve vysokých pecích. Při elektrometalurgické metodě se surovina zahřívá v indukčních nebo elektrických obloukových pecích. Současně je surovina velmi uvolněná.

• Prášek, ve kterém se zhotovuje prášek z jeho součástí. Díky lisování mají určitý tvar a pak se sintrují ve speciálních pecích.