Methoden om metalen te verkrijgen. Soorten legeringen. Productie van alkalimetalen

De moderne mens in zijn dagelijks leven wordt omringd door verschillende metalen. In de meeste voorwerpen die we gebruiken, zijn deze chemicaliën aanwezig. Dit alles gebeurde omdat mensen verschillende manieren vonden om metalen te krijgen.

Wat zijn metalen?

Deze anorganische chemicaliën zijn belangrijk voor mensen. Met de overname van metalen kan een persoon meer en meer perfecte techniek creëren die ons leven verbetert. Wat zijn ze Alvorens de algemene methoden voor het verkrijgen van metalen te overwegen, is het nodig om te begrijpen wat ze zijn. Metalen zijn een groep chemische elementen in de vorm van eenvoudige stoffen, die de kenmerkende eigenschappen hebben:

• warmte en elektrische geleidbaarheid;

• hoge plasticiteit;

• briljantheid

Een persoon kan ze gemakkelijk onderscheiden van andere stoffen. Een kenmerkend kenmerk van alle metalen is de aanwezigheid van een speciale glans. Het wordt verkregen door reflecterende lichtstralen te reflecteren op een oppervlak dat hen niet toelaat om door te gaan. Glitter is een gemeenschappelijk eigendom van alle metalen, maar het is het meest duidelijk in zilver gemanifesteerd.

Tot op heden hebben wetenschappers 96 dergelijke chemische elementen ontdekt, hoewel niet alle van hen als een officiële wetenschap worden erkend. Ze zijn onderverdeeld in groepen, afhankelijk van hun inherente eigenschappen. Zo onderscheiden zich de volgende metalen:

• Alkaline - 6;

• alkalische aarde - 6;

• Transitional - 38;

• longen - 11;

• Semimetalen - 7;

• lanthaniden - 14;

• Actinides - 14.

Voorbereiding van metalen

Om een legering te maken, is het eerst nodig om een metaal van natuurlijk erts te verkrijgen. Inheemse elementen zijn die stoffen die in de natuur in een vrije staat zijn. Deze omvatten platina, goud, tin, kwik. Ze zijn mechanisch gescheiden van onzuiverheden of door chemische reagentia.

De resterende metalen worden geëxtraheerd door hun verbindingen te verwerken. Ze bevinden zich in verschillende fossielen. Ertsen zijn mineralen en rotsen, die metaalverbindingen bevatten in de vorm van oxiden, carbonaten of sulfiden. Voor hun productie wordt chemische behandeling gebruikt.

METHODEN VAN METAALPRODUCTIE:

• vermindering van oxiden door kolen;

• het verkrijgen van tin uit tin stone;

• smelten van ijzer uit ijzererts ;

• verbranden van zwavelverbindingen in speciale ovens.

Om de winning van metalen uit ertsrotsen te vergemakkelijken, worden verschillende stoffen genaamd fluxen toegevoegd. Ze helpen bij het verwijderen van ongewenste onzuiverheden, zoals klei, kalksteen, zand. Als gevolg van dit proces worden lage smeltende verbindingen verkregen, genaamd slaggassen.

In aanwezigheid van een aanzienlijke hoeveelheid onzuiverheden wordt het erts verrijkt voordat het metaal wordt gesmolten door het verwijderen van de meeste onnodige componenten. De meest gebruikte methoden van deze behandeling zijn flotatie-, magnetische en zwaartekrachtmethoden.

Alkali Metalen

Massaproductie van alkalimetalen is een ingewikkelder werkwijze. Dit komt doordat ze alleen in de vorm van chemische verbindingen in de natuur worden gevonden. Aangezien zij reductiemiddelen zijn, wordt hun productie gepaard gegaan met hoge energiekosten. Er zijn verschillende manieren om alkalimetalen te extraheren:

• Litium kan worden verkregen uit zijn oxide in een vacuüm of door elektrolyse van de smelt van zijn chloride gevormd tijdens de verwerking van spodumene.

• Natrium wordt geëxtraheerd door het kalken van frisdrank met houtskool in stevig gesloten kruisingen of door elektrolyse van een chloride smelt met toevoeging van calcium. De eerste manier is het meest tijdrovend.

• Kalium wordt verkregen door elektrolyse van de smelt van zijn zouten of door natriumdamp door middel van zijn chloride te geven. Het wordt ook gevormd door de interactie van gesmolten kaliumhydroxide en vloeibaar natrium bij een temperatuur van 440 ° C.

• Cesium en rubidium worden geëxtraheerd door de reductie van hun chloriden met calcium bij 700-800 ° C of zirkonium bij 650 ° C. De productie van alkalimetalen op deze manier is extreem energie intensief en duur.

Verschillen tussen metalen en legeringen

Een fundamenteel duidelijke grens tussen metalen en hun legeringen bestaat praktisch niet, omdat zelfs de zuiverste, eenvoudige stoffen een deel van de onzuiverheden hebben. Dus wat is het verschil tussen hen? Vrijwel alle metalen die worden gebruikt in de industrie en andere takken van de nationale economie worden gebruikt in de vorm van legeringen, doelgericht verkregen door het toevoegen van andere componenten aan het belangrijkste chemische element.

legeringen

De techniek heeft een verscheidenheid aan metallische materialen nodig. Tegelijkertijd worden zuivere chemische elementen praktisch niet gebruikt, aangezien zij de benodigde eigenschappen voor mensen niet bezitten. Voor onze behoeften hebben we verschillende manieren uitgevonden om legeringen te verkrijgen. Met deze term bedoelen we een macroscopisch homogeen materiaal, dat bestaat uit 2 of meer chemische elementen. In deze legering in de legering wordt gedomineerd door metalen componenten. Deze stof heeft zijn eigen structuur. In legeringen worden de volgende componenten onderscheiden:

• een basis bestaande uit een of meer metalen;

• kleine toevoegingen van modificerende en legerende elementen;

• mislukte onzuiverheden (technologisch, natuurlijk, willekeurig)

Het zijn metaallegeringen die het belangrijkste bouwmaterialen zijn. In technologie tellen ze meer dan 5000.

Soorten legeringen

Ondanks zulke verschillende legeringen, zijn de belangrijkste voor mensen die gebaseerd zijn op ijzer en aluminium. Ze worden meestal gevonden in het dagelijks leven. Soorten legeringen zijn anders. En ze zijn verdeeld over verschillende criteria. Zo worden verschillende methoden van productielegeringen gebruikt. Bij dit criterium zijn ze verdeeld in:

• Cast, die verkregen worden door kristallisatie van een smelt van gemengde componenten.

• Poeder, gecreëerd door een mengsel van poeders te drukken en daarna te zinken bij hoge temperaturen. En vaak zijn componenten van dergelijke legeringen niet alleen eenvoudige chemische elementen, maar ook hun verschillende verbindingen, zoals carbiden van titanium of wolfraam in harde legeringen. Hun toevoeging in wisselende hoeveelheden verandert de eigenschappen van metallische materialen.

De methoden voor het verkrijgen van legeringen in de vorm van een afgewerkt product of biljet zijn verdeeld in:

• Gieterij (silumine, gietijzer);

• vervormbaar (staal);

• poeder (titanium, wolfraam).

Soorten legeringen

De methoden voor het verkrijgen van metalen zijn verschillend, en de door hen vervaardigde materialen hebben verschillende eigenschappen. In een solide aggregatietoestand zijn legeringen:

• Homogeen (homogeen), bestaande uit kristallen van hetzelfde type. Ze worden vaak eenfase genoemd.

• Heterogene (heterogene), genaamd multiphase. Als ze worden geproduceerd, wordt een vaste oplossing (matrixfase) als basis van de legering gebruikt. De samenstelling van heterogene stoffen van dit type hangt af van de samenstelling van zijn chemische elementen. Dergelijke legeringen kunnen de volgende componenten bevatten: vaste oplossingen van introductie en substitutie, chemische verbindingen (carbiden, intermetalliden, nitriden), kristallieten van eenvoudige stoffen.

Eigenschappen van legeringen

Ongeacht welke methoden van het produceren van metalen en legeringen worden gebruikt, worden hun eigenschappen volledig bepaald door de kristalstructuur van de fasen en de microstructuur van deze materialen. Elk van hen is anders. De macroscopische eigenschappen van legeringen zijn afhankelijk van hun microstructuur. Ze verschillen in ieder geval uit de kenmerken van hun fasen, die uitsluitend afhangen van de kristalstructuur van het materiaal. Macroscopische homogeniteit van heterogene (meervoudige) legeringen wordt verkregen als gevolg van een uniforme verdeling van fasen in de matrix van het metaal.

De belangrijkste eigenschap van legeringen is lasbaarheid. In de rest zijn ze identiek aan metalen. Aldus hebben legeringen een thermische en elektrische geleidbaarheid, plasticiteit en reflectiviteit (glans).

Soorten legeringen

Verschillende methoden om legeringen te verkrijgen, hebben een persoon toegestaan om een groot aantal metaalmaterialen te ontwikkelen met verschillende eigenschappen en eigenschappen. Volgens hun doel zijn ze verdeeld in de volgende groepen:

• Structurele (staal, duralumine, gietijzer). Deze groep omvat legeringen met speciale eigenschappen. Zo verschillen ze in intrinsieke veiligheids- of antifrictie-eigenschappen. Deze omvatten messing en brons.

• Voor het gieten van lagers (babbitt).

• Voor elektrische verwarming en meetapparatuur (nichroom, manganine).

• Voor de productie van snijgereedschappen (winst).

In productie gebruiken mensen andere soorten metaalmaterialen, zoals laagsmeltende, hittebestendige, corrosiebestendige en amorfe legeringen. Magneten en thermo-elektrisch (teluriden en seleniden van bismut, lood, antimoon en anderen) worden ook veel gebruikt.

Ijzerlegeringen

Vrijwel alle ijzeren die op aarde worden geproduceerd, worden verzonden naar de productie van eenvoudige en gelegeerde staal. Het wordt ook gebruikt in de productie van gietijzer. Legeringen van ijzer hebben hun populariteit opgedaan doordat ze nuttige eigenschappen bezitten voor een persoon. Ze werden verkregen door verschillende componenten toe te voegen aan een eenvoudig chemisch element. Dus, ondanks het feit dat verschillende ijzerlegeringen op basis van een enkele stof zijn gemaakt, hebben staal en gietijzer verschillende eigenschappen. Hierdoor vinden ze verschillende toepassingen. De meeste stalen zijn moeilijker dan gietijzer. Verschillende methoden voor het verkrijgen van deze metalen maken het mogelijk om verschillende kwaliteiten (merken) van deze ijzerlegeringen te verkrijgen.

Verbeterde eigenschappen van legeringen

Door de fusie van bepaalde metalen en andere chemische elementen is het mogelijk om materialen met verbeterde eigenschappen te verkrijgen. Bijvoorbeeld, de opbrengst sterkte van zuiver aluminium is 35 MPa. Bij de productie van een legering van dit metaal met koper (1,6%), zink (5,6%), magnesium (2,5%), is dit cijfer groter dan 500 MPa.

Door de combinatie in verschillende verhoudingen van verschillende chemicaliën is het mogelijk om metallische materialen te verkrijgen met verbeterde magnetische, thermische of elektrische eigenschappen. De belangrijkste rol in dit proces wordt gespeeld door de structuur van de legering, die de verdeling van zijn kristallen en het type bindingen tussen atomen is.

Staal en gietijzer

Deze legeringen worden verkregen door ijzer en koolstof te combineren (2%). Bij de productie van gelegeerde materialen worden nikkel, chroom en vanadium aan hen toegevoegd. Alle conventionele stalen zijn onderverdeeld in types:

• Koolstof (0,25% koolstof) wordt gebruikt voor de vervaardiging van diverse structuren;

• Koolstof (meer dan 0,55%) is bestemd voor de productie van snijgereedschappen.

Diverse klassen gelegeerd staal worden gebruikt in engineering en andere producten.

De legering van ijzer met koolstof, waarvan het percentage 2-4% is, wordt gietijzer genoemd. De samenstelling van dit materiaal omvat silicium. Gietijzer wordt gegoten door verschillende producten met goede mechanische eigenschappen.

Non-ferro metalen

Naast ijzer worden ook andere chemische elementen gebruikt voor het vervaardigen van diverse metallische materialen. Als gevolg van hun verbinding worden non-ferrolegeringen geproduceerd. In het leven van mensen, materialen op basis van:

• Koper, genaamd messing. Ze bevatten 5-45% zink. Als de inhoud 5-20% bedraagt, dan wordt de koperen rood genoemd, en als 20-36% - geel. Er bestaan legeringen van koper met silicium, tin, beryllium, aluminium. Ze worden bronzen genoemd. Er zijn verschillende typen van dergelijke legeringen.

• Lood, dat is een conventionele soldeer (tractor). In deze legering wordt 1 deel van deze chemische stof bedekt met 2 delen tin. Bij de productie van lagers wordt babbitt gebruikt, dat is een legering van lood, tin, arseen en antimoon.

• Aluminium, titanium, magnesium en beryllium, die lichte legeringen zijn met hoge sterkte en uitstekende mechanische eigenschappen.

Methoden om te verkrijgen

De belangrijkste methoden voor het verkrijgen van metalen en legeringen:

• Gieterij, onder welke stolling van een homogeen mengsel van verschillende gesmolten componenten optreedt. Pyrometallurgical en electrometallurgical methoden voor het verkrijgen van metalen worden gebruikt om legeringen te produceren. Bij de eerste variant voor het verwarmen van grondstoffen gebruik de warmte-energie die wordt ontvangen tijdens de verbranding van brandstof. De pyrometallurgische methode produceert staal in openhaardovens en gietijzer in hoogovens. In de elektrometallurgical methode wordt het grondstof verwarmd in inductie- of elektrische boogovens. Tegelijkertijd is de grondstof zeer snel ontspannen.

• Poeder, waarin poeder van zijn componenten gebruikt wordt om de legering te maken. Door te drukken worden ze een bepaalde vorm gegeven, en vervolgens in speciale ovens gesinterd.