Metode pridobivanja kovin. Vrste zlitin. Proizvodnja alkalijskih kovin

Sodoben človek

Kaj so kovine?

Te snovi, ki so dragocene za ljudi, se ukvarjajo z anorgansko kemijo. Pridobivanje kovin omogoča osebi, da ustvari vedno bolj izpopolnjeno tehniko, ki izboljšuje naše življenje. Kaj so oni? Pred obravnavo splošnih metod pridobivanja kovin je treba razumeti, kaj so. Kovine so skupina kemičnih elementov v obliki preprostih snovi, ki imajo značilne lastnosti:

• toplotna in električna prevodnost;

• visoka plastičnost;

• briljantnost.

Oseba jih lahko zlahka razlikuje od drugih snovi. Značilnost vseh kovin je prisotnost posebnega sijaja. Pridobi se tako, da odražajo incidentne svetlobne žarke na površini, ki jim ne omogoča, da bi šli skozi. Glitter je skupna lastnost vseh kovin, vendar se najbolj jasno kaže v srebru.

Do danes so znanstveniki odkrili 96 takšnih kemičnih elementov, čeprav niso vsi priznani kot uradna znanost. Razdeljeni so v skupine, odvisno od njihovih značilnih lastnosti. Odlikujejo se naslednje kovine:

• Alkalna - 6;

• zemeljska zemlja - 6;

• prehodno - 38;

• pljuča - 11;

• Semimetals - 7;

• lantanidi - 14;

• Aktinidi - 14.

Priprava kovin

Za izdelavo zlitine je najprej potrebno pridobiti kovino iz naravne rude. Nativni elementi so tiste snovi, ki so v naravi v prostem stanju. Med njimi so platina, zlato, kositer, živo srebro. Od mehanskih ali kemičnih reagentov so ločeni od nečistoč.

Preostale kovine se ekstrahirajo z obdelavo njihovih spojin. Vsebujejo jih v različnih fosilih. Ore so minerali in kamnine, ki vsebujejo kovinske spojine v obliki oksidov, karbonatov ali sulfidov. Za njihovo proizvodnjo se uporablja kemična obdelava.

METODE KOVINSKE PROIZVODNJE:

• zmanjšanje oksidov s premogom;

• pridobivanje kositra iz kositra;

• taljenje litega železa iz železova ruda;

• žganje žveplovih spojin v posebnih pečeh.

Da bi olajšali pridobivanje kovin iz rudnih kamnin, jim dodamo različne snovi, imenovane fluks. Pomagajo odstraniti neželene nečistoče, kot so gline, apnenec, pesek. Kot rezultat tega postopka dobimo nizko talilne spojine, imenovane žlindre.

V prisotnosti znatne količine nečistoč je ruda obogatena, preden se kovina izplača z odstranitvijo velikega dela nepotrebnih komponent. Najpogosteje uporabljane metode tega obravnavanja so flotacijske, magnetne in gravitacijske metode.

Alkalne kovine

Masovna proizvodnja alkalijskih kovin je bolj zapleten proces. To je posledica dejstva, da jih najdemo v naravi samo v obliki kemičnih spojin. Ker gre za reducente, je njihovo proizvodnjo spremljajo visoki stroški energije. Obstaja več načinov za ekstrakcijo alkalijskih kovin:

• Litijev lahko dobimo iz njegovega oksida v vakuumu ali z elektrolizo taline njenega klorida, nastalega med predelavo spodumene.

• Natrij se ekstrahira s kalcinacijo sode z ogljem v tesno zaprtih lonćnicah ali z elektrolizo taline klorida z dodatkom kalcija. Prvi način je najbolj zamuden.

• Kalij dobimo z elektrolizo taline svojih soli bodisi s prevažanjem natrijeve hlape skozi svoj klorid. Nastaja tudi med interakcijo staljenega kalijevega hidroksida in tekočega natrija pri temperaturi 440 ° C.

• Cezij in rubidij se ekstrahirajo z redukcijo njihovih kloridov s kalcijem pri 700-800 ° C ali cirkonijem pri 650 ° C. Proizvodnja alkalijskih kovin na ta način je zelo energetsko intenzivna in draga.

Razlike med kovinami in zlitinami

Bistveno jasna meja med kovinami in njihovimi zlitinami praktično ne obstaja, saj imajo celo najčistejše, enostavne snovi nekaj deleža nečistoč. Kakšna je razlika med njima? Praktično vse kovine, ki se uporabljajo v industriji in drugih panogah nacionalnega gospodarstva, se uporabljajo v obliki zlitin, pridobljene namerno z dodajanjem drugih sestavin osnovnemu kemijskemu elementu.

Zlitine

Za tehniko potrebujemo različne kovinske materiale. Hkrati se čisti kemični elementi praktično ne uporabljajo, ker nimajo potrebnih lastnosti za ljudi. Za naše potrebe smo izumili različne načine pridobivanja zlitin. S tem izrazom označujemo makroskopsko homogeni material, ki je sestavljen iz dveh ali več kemičnih elementov. V tem primeru v zlitini prevladujejo kovinske komponente. Ta snov ima svojo strukturo. V zlitinah se razlikujejo naslednje komponente:

• baza, sestavljena iz ene ali več kovin;

• majhni dodatki modifikacij in legirnih elementov;

• neuspešne nečistoče (tehnološke, naravne, naključne).

To so kovinske zlitine, ki so glavni konstrukcijski material. V tehnologiji imajo več kot 5000.

Vrste zlitin

Kljub takšni vrsti zlitin so najpomembnejši ljudje tisti, ki temeljijo na železu in aluminiju. Najpogosteje jih najdemo v vsakdanjem življenju. Vrste zlitin so drugačne. In so razdeljeni na več meril. Zato se uporabljajo različne metode izdelave zlitin. S tem merilom so razdeljeni na:

• Cast, ki se pridobiva s kristalizacijo taline mešanih komponent.

• prah, nastal s stiskanjem mešanice praškov in naknadnim sintranjem pri visoki temperaturi. In pogosto komponente takšnih zlitin niso le preprosti kemični elementi, ampak tudi njihove različne spojine, kot so karbidi iz titana ali volframa v trdih zlitinah. Njihova dodana vrednost v različnih zneskih se spremeni lastnosti kovin materialov.

Metode pridobivanja zlitin v obliki končnega izdelka ali gredice so razdeljene na:

• Livarstvo (silumin, lito železo);

• deformabilne (jeklene);

• prah (titan, volfram).

Vrste zlitin

Metode pridobivanja kovin so različne in materiali, ki jih izdelujejo, imajo različne lastnosti. V trdnem agregatnem stanju so zlitine:

• Homogena (homogena), ki sestoji iz kristalov istega tipa. Pogosto se imenujejo enofazni.

• Heterogena (heterogena), imenovana večfazna. Ko so pripravljeni, se kot osnova zlitine vzame trdna raztopina (matriksna faza). Sestava heterogenih snovi te vrste je odvisna od sestave njegovih kemijskih elementov. Takšne zlitine lahko vsebujejo naslednje sestavine: trdne raztopine uvajanja in substitucije, kemične spojine (karbidi, intermetalidi, nitridi), kristaliti enostavnih snovi.

Lastnosti zlitin

Ne glede na to, katere metode izdelave kovin in zlitin se uporabljajo, so njihove lastnosti popolnoma določene s kristalno strukturo faz in mikrostrukturo teh materialov. Vsak od njih je drugačen. Makroskopske lastnosti zlitin so odvisne od mikrostrukture. V vseh primerih se razlikujejo od značilnosti njihovih faz, ki so odvisne izključno od kristalne strukture materiala. Makroskopska homogenost heterogenih (večfaznih) zlitin dobimo kot rezultat enakomerne porazdelitve faz v matriki kovine.

Najpomembnejša lastnost zlitin je varivost. V preostalem so identične kovinam. Tako imajo zlitine toplotno in električno prevodnost, plastičnost in odsevnost (sijaj).

Sorte zlitin

Različne metode pridobivanja zlitin so ljudem omogočile izumljanje velikega števila kovinskih materialov z različnimi lastnostmi in značilnostmi. Po njihovem namenu so razdeljeni v naslednje skupine:

• strukturne (jeklo, duralumin, lito železo). Ta skupina vključuje zlitine s posebnimi lastnostmi. Zato se razlikujejo po notranjih varnostnih ali antifrikcijskih lastnostih. Med njimi so medenina in bronasta.

• Za vlivanje ležajev (babbitt).

• Za električno ogrevanje in merilno opremo (nichrome, manganin).

• Za izdelavo rezalnih orodij (zmag).

Pri proizvodnji ljudje uporabljajo druge vrste kovinskih materialov, kot so nizko talilne, odporne na toploto, korozijsko odporne in amorfne zlitine. Široko se uporabljajo tudi magneti in termoelektriki (teluride in selenidi bizmuta, svinca, antimona in drugi).

Železne zlitine

Skoraj vsa železa, proizvedena na Zemlji, je usmerjena v proizvodnjo preprostih in legirana jekla. Uporablja se tudi pri proizvodnji litega železa. Zlitine železa so pridobili njihovo priljubljenost zaradi dejstva, da imajo za uporabnike koristne lastnosti. Dobljeni so bili z dodajanjem različnih sestavin preprostemu kemijskemu elementu. Torej, kljub dejstvu, da so različne železove zlitine izdelane na osnovi ene snovi, imajo jekla in litega železa različne lastnosti. Zaradi tega najdemo različne aplikacije. Večina jekel je težje od litega železa. Različne metode pridobivanja teh kovin omogočajo pridobivanje različnih razredov (znamk) teh železovih zlitin.

Izboljšanje lastnosti zlitin

Zaradi fuzije določenih kovin in drugih kemičnih elementov je mogoče pridobiti materiale z izboljšanimi lastnostmi. Na primer, izkoristek moči čisti aluminij je 35 MPa. Pri proizvodnji zlitine te kovine z bakrom (1,6%), cinka (5,6%), magnezija (2,5%), ta številka presega 500 MPa.

Zaradi kombinacije v različnih razmerjih različnih kemikalij je mogoče dobiti kovinske materiale z izboljšanimi magnetnimi, toplotnimi ali električnimi lastnostmi. Glavno vlogo v tem procesu igra struktura zlitine, to je porazdelitev njegovih kristalov in vrsta vezi med atomi.

Jeklo in litega železa

Te zlitine dobimo z železove spojine in ogljika (2%). Pri proizvodnji legiranih materialov se jim dodajo nikelj, krom in vanadij. Vsa konvencionalna jekla so razdeljena na vrste:

• Nizkoogljični (0,25% ogljik) se uporablja za izdelavo različnih struktur;

• Visoka vsebnost ogljika (več kot 0,55%) je namenjena proizvodnji rezalnega orodja.

Različni razredi legiranih jekel se uporabljajo v inženirskih in drugih izdelkih.

Zlitina železa z ogljikom, katere odstotek je 2-4%, se imenuje litina. Sestava tega materiala vključuje silikon. Litit železo oddajajo različni izdelki, ki imajo dobre mehanske lastnosti.

Neželezne kovine

Poleg železa se uporabljajo tudi drugi kemični elementi za izdelavo različnih kovinskih materialov. Zaradi njihove povezave se proizvajajo neželezne zlitine. V življenju ljudi, ki temeljijo na:

• bakra, medenine imenuje. Vsebujejo 5-45% cinka. Če je vsebina 5-20%, bron imenovano rdeče, in če je 20-36% - rumena. Obstajajo bakrove zlitine silicija, kositra, berilij, aluminij. So imenovani bronastih. Obstaja več vrst teh zlitin.

• Svinec predstavlja običajne spajkanje (tretnik). V tem zlitine, na 1 del delov kositra kemijske pripadaet 2. Pri proizvodnji ležajev uporabljenega Babbitt, ki je iz zlitine svinca, kositra, arzena in antimona.

• aluminij, titan, magnezij in berilij, ki so lahki neželezne zlitine, ki imajo visoko trdnost in odlične mehanske lastnosti.

Metode pridobivanja

Osnovne metode pridobivanja kovin in zlitin:

• Livarstvo, na katerem se strdi homogena mešanica različne raztaljene komponente. Za pridobivanje zlitin se uporabljajo pirometalurške in elektrometalurške metode za pridobivanje kovin. Pri prvi različici za segrevanje surovin uporabljamo toplotno energijo, ki jo dobimo pri zgorevanju goriva. V pirometalurški metodi se v plavžih proizvajajo jekla v odprtih ognjiščih in litega železa. V elektrometalurški metodi se surovina segreva v indukcijskih ali električnih obločnih pečeh. Hkrati je surovina zelo sproščena.

• prah, v katerem se prah njegovih komponent uporablja za izdelavo zlitine. Zahvaljujoč stiskanju, jim dajejo določeno obliko in se nato sintrirajo v posebnih pečeh.