Методи за получаване на метали. Видове сплави. Производство на алкални метали

Модерен човек

Какви са металите?

Тези вещества, които са ценни за хората, се занимават с неорганична химия. Придобиването на метали позволява на човек да създаде все по-сложна техника, която подобрява живота ни. Какви са те? Преди да обмислим общите методи за получаване на метали, е необходимо да разберем какви са те. Металите са група химически елементи под формата на прости вещества, които имат характерните свойства:

• топлинна и електрическа проводимост;

• висока пластичност;

• блясък.

Човек може лесно да ги различава от другите вещества. Характерна особеност на всички метали е наличието на специален блясък. Той се получава, като се отразяват светлините, които се отразяват на повърхността, която не им позволява да преминат. Блясъкът е обща характеристика на всички метали, но най-ясно се проявява в сребро.

Досега учените са открили 96 такива химични елементи, въпреки че не всички от тях са признати за официална наука. Те са разделени на групи, в зависимост от техните характерни свойства. Така че се различават следните метали:

• алкална - 6;

• алкална пръст - 6;

• Преходни - 38;

• Бели дробове - 11;

• Semimetals - 7;

• лантаниди - 14;

• Актиниди - 14.

Подготовка на метали

За да се направи сплав, е необходимо преди всичко да се получи метал от естествена руда. Естествени елементи са тези вещества, които са в природата в свободно състояние. Те включват платина, злато, калай, живак. Те са отделени от примесите механично или химически реагенти.

Останалите метали се екстрахират чрез обработка на техните съединения. Те се съдържат в различни вкаменелости. Рудата е минерали и скали, които съдържат метални съединения под формата на оксиди, карбонати или сулфиди. За тяхното производство се използва химическо третиране.

МЕТОДИ НА МЕТАЛНО ПРОИЗВОДСТВО:

• намаляване на окисите с въглища;

• получаване на калай от калай камък;

• топене на чугун от желязна руда;

• изгаряне на серни съединения в специални пещи.

За да се улесни извличането на метали от рудодобива, към тях се добавят различни вещества, наречени потоци. Те помагат да се премахнат нежеланите примеси, като глина, варовик, пясък. В резултат на този процес се получават ниско топими съединения, наречени шлаки.

В присъствието на значително количество примеси рудата се обогатява, преди металът да се стопи, като се отстрани голяма част от ненужните компоненти. Най-широко използваните методи на това третиране са флотация, магнитни и гравитационни методи.

Алкални метали

Масовото производство на алкални метали е по-сложен процес. Това се дължи на факта, че те се намират в природата само под формата на химически съединения. Тъй като те са редуциращи агенти, тяхното производство е придружено от високи разходи за енергия. Има няколко начина за извличане на алкални метали:

• Литий може да бъде получен от неговия оксид във вакуум или чрез електролиза на стопилката на неговия хлорид, образуван по време на обработката на спадомуна.

• Натрият се екстрахира чрез калциниране на сода с активен въглен в плътно затворени тигли или чрез електролиза на хлоридна стопилка с добавяне на калций. Първият начин е най-отнема време.

• Калият се получава чрез електролизиране на стопилката на неговите соли или чрез преминаване на натриева пара през неговия хлорид. Също така се образува чрез взаимодействие на стопен калиев хидроксид и течен натрий при температура 440 ° С.

• Цезий и рубидий се екстрахират чрез редукция на техните хлориди с калций при 700-800 ° С или цирконий при 650 ° С. Производството на алкални метали по този начин е изключително енергийно интензивно и скъпо.

Разлики между метали и сплави

Основно ясна граница между металите и техните сплави практически не съществува, защото дори и най-чистите прости вещества имат някаква част от примесите. И така, каква е разликата между тях? Почти всички метали, използвани в промишлеността и други отрасли на националната икономика, се използват под формата на сплави, получени целенасочено чрез добавяне на други компоненти към основния химически елемент.

сплави

Техниката се нуждае от разнообразие от метални материали. В същото време, чистите химически елементи практически не се използват, защото не притежават необходимите свойства за хората. За нашите нужди разработихме различни начини за получаване на сплави. С този термин се разбира макроскопски хомогенен материал, който се състои от 2 или повече химически елемента. В този случай преобладават металните компоненти в сплавта. Това вещество има собствена структура. В сплавите се разграничават следните компоненти:

• основа, състояща се от един или повече метали;

• малки добавки на модифициращи и легиращи елементи;

• неуспешни примеси (технологични, естествени, случайни).

Това са металните сплави, които са основният конструктивен материал. В технологиите те наброяват повече от 5000.

Видове сплави

Въпреки това разнообразие от сплави, най-важните за хората са онези, които се основават на желязо и алуминий. Най-често се срещат в ежедневието. Видовете сплави са различни. И те са разделени на няколко критерия. Така се използват различни методи за производство на сплави. По този критерий те се разделят на:

• отливки, които се получават чрез кристализация на стопилка от смесени компоненти.

• Прах, създаден чрез пресоване на смес от прахове и последващо синтероване при висока температура. И често компонентите на тези сплави са не само прости химически елементи, но и техните различни съединения, като карбиди от титан или волфрам в твърдите сплави. Добавянето им в различни количества се променя свойства на метала материали.

Методите за получаване на сплави под формата на готов продукт или блокче са разделени на:

• Леярна (силиций, чугун);

• деформируеми (стоманени);

• прах (титан, волфрам).

Видове сплави

Методите за получаване на метали са различни и материалите, направени от тях, имат различни свойства. В твърдо агрегатно състояние сплавите са:

• хомогенна (хомогенна), състояща се от кристали от същия тип. Те често се наричат ​​еднофазни.

• Хетерогенни (хетерогенни), наречени многофазни. Когато се приготвят, се взема твърд разтвор (матрична фаза) като основа на сплавта. Съставът на хетерогенните вещества от този тип зависи от състава на неговите химически елементи. Такива сплави могат да съдържат следните компоненти: твърди разтвори за въвеждане и заместване, химични съединения (карбиди, интерметалоиди, нитриди), кристалити на прости вещества.

Свойства на сплавите

Независимо кои методи за производство на метали и сплави се използват, техните свойства се определят изцяло от кристалната структура на фазите и микроструктурата на тези материали. Всеки от тях е различен. Макроскопските свойства на сплавите зависят от тяхната микроструктура. Те се различават във всички случаи от характеристиките на техните фази, които зависят единствено от кристалната структура на материала. Макроскопичната хомогенност на хетерогенните (многофазни) сплави се получава в резултат на равномерно разпределение на фазите в матрицата на метала.

Най-важното свойство на сплавите е заваряемостта. В останалата част те са идентични с металите. По този начин сплавите имат топлинна и електрическа проводимост, пластичност и отражение (блясък).

Сортове сплави

Различни методи за получаване на сплави позволяват на човек да изобрети голям брой метални материали с различни свойства и характеристики. Съгласно целта, те се разделят на следните групи:

• Структурни (стомана, дюралуминий, чугун). Тази група включва сплави със специални свойства. Така че те се различават по вътрешна безопасност или антифрикционни свойства. Те включват месинг и бронз.

• За леене на лагери (babbitt).

• За електрическо оборудване за отопление и измерване (нихром, манган).

• За производство на режещи инструменти (победи).

В производството хората използват други видове метални материали, като ниско топими, топлоустойчиви, устойчиви на корозия и аморфни сплави. Също така широко се използват магнити и термоелектрици (телуриди и селениди на бисмут, олово, антимон и други).

Железни сплави

Почти цялото желязо, произведено на Земята, е насочено към производството на прости и легирани стомани. Използва се и за производство на чугун. Сплави от желязо са придобили своята популярност поради факта, че те притежават полезни свойства за даден човек. Те са получени чрез добавяне на различни компоненти към прост химически елемент. Така че, въпреки факта, че различни железни сплави се произвеждат на базата на едно вещество, стоманата и чугунът имат различни свойства. Поради това те намират различни приложения. Повечето стомани са по-твърди от чугун. Различните методи за получаване на тези метали позволяват получаването на различни степени (марки) на тези железни сплави.

Подобряване на свойствата на сплавите

Благодарение на сливането на някои метали и други химически елементи е възможно да се получат материали с подобрени характеристики. Например, съпротивление на пропускане чистият алуминий е 35 МРа. При производството на сплав от този метал с мед (1,6%), цинк (5,6%), магнезий (2,5%), тази цифра надвишава 500 MPa.

Поради комбинацията в различни съотношения на различни химикали е възможно да се получат метални материали с подобрени магнитни, топлинни или електрически свойства. Основната роля в този процес играят структурата на сплавта, която е разпределението на нейните кристали и вида на връзките между атомите.

Стомана и чугун

Тези сплави се получават чрез железни съединения и въглерод (2%). При производството на сплавени материали се добавят никел, хром и ванадий. Всички конвенционални стомани са разделени на типове:

• Ниска въглерод (0,25% въглерод) се използва за производството на различни структури;

• Високите въглеродни емисии (повече от 0,55%) са предназначени за производството на режещи инструменти.

Различни видове легирани стомани се използват в инженерните и други продукти.

Сплавта на желязото с въглерод, чийто процент е 2-4%, се нарича чугун. Съставът на този материал включва силиций. Чугунът се отлива от различни продукти, които имат добри механични свойства.

Цветни метали

В допълнение към желязо, други химични елементи се използват за производството на различни метални материали. В резултат на свързването им се произвеждат цветни сплави. В живота на хората материали, базирани на:

• Мед, наречен месинг. Те съдържат 5-45% цинк. Ако съдържанието му е 5-20%, тогава месингът се нарича червен, а ако е 20-36% - жълт. Има сплави от мед със силиций, калай, берилий, алуминий. Наричат ​​се бронз. Има няколко вида такива сплави.

• Олово, което е конвенционално спойка (трактор). В тази сплав 1 част от това химично вещество е покрито с 2 части калай. При производството на лагери се използва бабит, който е сплав от олово, калай, арсеник и антимон.

• Алуминий, титан, магнезий и берилий, които са леки сплави с висока якост и отлични механични свойства.

Методи за получаване

Основните методи за получаване на метали и сплави:

• Леярна, при която се извършва втвърдяване хомогенна смес различни разтопени компоненти. За получаване на сплави се използват пирометалургични и електрометалургични методи за получаване на метали. При първия вариант за загряване на суровини използвайте топлинната енергия, получена в процеса на изгаряне на горивото. Пирометалургичният метод произвежда стомани в пещи с отворени пещи и чугун в доменни пещи. При електрометалургичния метод суровината се нагрява в индукционни или електрически дъгови пещи. Същевременно суровината се отпуска много бързо.

• Прах, в който прахът от неговите компоненти се използва за направата на сплавта. Благодарение на пресоването, те получават определена форма и след това се синтерат в специални пещи.