Спосабы атрымання металаў. Віды сплаваў. Атрыманне шчолачных металаў

Сучасны чалавек у сваім штодзённым жыцці акружаны рознымі металамі. У большасці прадметаў, якімі мы карыстаемся, прысутнічаюць гэтыя хімічныя рэчывы. Гэта ўсё адбылося таму, што людзі знайшлі разнастайныя спосабы атрымання металаў.

Што такое металы

Гэтымі каштоўнымі для людзей рэчывамі займаецца неарганічная хімія. Атрыманне металаў дазваляе чалавеку ствараць усе больш дасканалую тэхніку, дасканаласць наша жыццё. Што ж яны сабой уяўляюць? Перш чым разгледзець агульныя спосабы атрымання металаў, неабходна разабрацца, якімі яны бываюць. Металы ўяўляюць сабой групу хімічных элементаў у выглядзе простых рэчываў, якая валодае характэрнымі ўласцівасцямі:

• цяпло-і электраправоднасцю;

• высокай пластычнасцю;

• бляскам.

Чалавек лёгка можа адрозніць іх ад іншых рэчываў. Характэрнай рысай усіх металаў з'яўляецца наяўнасць адмысловага бляску. Ён атрымліваецца дзякуючы адлюстраванню падальных прамянёў святла на ня прапускалую іх паверхню. Бляск - гэта агульная ўласцівасць ўсіх металаў, але ярчэй за ўсё яно выяўляецца ў срэбра.

На сённяшні дзень навукоўцамі адкрыта 96 такіх хімічных элементаў, хоць яшчэ не ўсе з іх прызнаныя афіцыйнай навукай. Іх разбіваюць на групы ў залежнасці ад уласцівых ім характэрных уласцівасцяў. Так вылучаюць наступныя металы:

• шчолачныя - 6;

• шчолачназямельныя - 6;

• пераходныя - 38;

• лёгкія - 11;

• полуметалл - 7;

• лантаноиды - 14;

• актиноиды - 14.

атрыманне металаў

Для таго каб вырабіць сплаў, неабходна ў першую чаргу атрымаць метал з прыроднай руды. Самароднае элементы - гэта тыя рэчывы, якія знаходзяцца ў прыродзе ў вольным стане. Да іх адносіцца плаціна, золата, волава, ртуць. Іх аддзяляюць ад прымешак механічна або з дапамогай хімічных рэагентаў.

Астатнія металы здабываюць шляхам апрацоўкі іх злучэнняў. Яны ўтрымліваюцца ў розных выкапняў. Руда - гэта мінералы і горныя пароды, у склад якіх уваходзяць злучэння металаў у выглядзе аксідаў, карбанатаў або сульфідаў. Для іх атрымання выкарыстоўваюць хімічную апрацоўку.

Метады атрымання металаў:

• аднаўленне аксідаў вуглём;

• атрыманне волава з алавянага каменя;

• выплаўленьне чыгуну з жалезнай руды ;

• абпальванне сярністых злучэнняў у спецыяльных печах.

Для палягчэння здабывання металаў з рудных парод да іх дадаюць розныя рэчывы, званыя флюс. Яны дапамагаюць выдаляць непажаданыя прымешкі, такія як гліна, вапняк, пясок. У выніку гэтага працэсу атрымліваюцца лёгкаплаўкага злучэння, званыя дзындрамі.

Пры наяўнасці значнага колькасці прымешак руду перад выплаўлення металу ўзбагачаюць шляхам выдалення вялікай часткі непатрэбных кампанентаў. Найбольш шырока ўжывальныя спосабы дадзенай апрацоўкі - флотация, магнітны і гравітацыйны спосаб.

шчолачныя металы

Масавае атрыманне шчолачных металаў - больш складаны працэс. Гэта абумоўлена тым, што яны сустракаюцца ў прыродзе толькі ў выглядзе хімічных злучэнняў. Паколькі яны з'яўляюцца адраджэнцам, іх атрыманне суправаджаецца высокімі энергетычнымі выдаткамі. Існуе некалькі спосабаў здабывання шчолачных металаў:

• Літый можна атрымаць з яго аксіду ў вакууме або шляхам электролізу расплаву яго хларыду, які ўтвараецца пры перапрацоўцы сподумена.

• Натрый здабываюць шляхам гартавання соды з вуглём у шчыльна закрытых тыгля або электролізам расплаву хларыду з даданнем кальцыя. Першы спосаб найбольш працаёмкі.

• Калій атрымліваюць электролізам расплаву яго соляў небудзь, прапускаючы пары натрыю праз яго хларыд. Таксама ён утвараецца пры ўзаемадзеянні расплаўленага гідраксіду калія і вадкага натрыю пры тэмпературы 440 ° С.

• Цэзій і рубідый здабываюць пры дапамозе аднаўлення іх хларыдаў кальцыем пры 700-800 ° З або цырконія пры 650 ° С. Атрыманне шчолачных металаў такім спосабам з'яўляецца вельмі энэргаёмістым і дарагім.

Адрозненні паміж металамі і сплавамі

Прынцыпова выразнай мяжы паміж металамі і іх сплавамі практычна не існуе, паколькі нават самыя чыстыя, простыя рэчывы маюць нейкую долю прымешак. Так у чым жа адрозненне паміж імі? Практычна ўсе металы, якія выкарыстоўваюцца ў прамысловасці і ў іншых галінах народнай гаспадаркі, выкарыстоўваюцца ў выглядзе сплаваў, атрыманых мэтанакіравана шляхам дадання да асноўнага хімічным элементу іншых кампанентаў.

сплавы

Тэхніка мае патрэбу ў разнастайных металічных матэрыялах. Пры гэтым чыстыя хімічныя элементы практычна не прымяняюцца, паколькі яны не валодаюць неабходнымі для людзей ўласцівасцямі. Для сваіх патрэб мы вынайшлі розныя спосабы атрымання сплаваў. Пад гэтым тэрмінам маецца на ўвазе макраскапічна аднастайны матэрыял, які складаецца з 2 або некалькіх хімічных элементаў. Пры гэтым у сплаве пераважаюць металічныя кампаненты. Гэта рэчыва мае сваю структуру. У сплавах адрозніваюць наступныя складнікі:

• аснова, якая складаецца з аднаго або некалькіх металаў;

• малыя дабаўкі мадыфікуюць і легіруючых элементаў;

• неудаленные прымешкі (тэхналагічныя, прыродныя, выпадковыя).

Менавіта сплавы металаў з'яўляюцца асноўным канструкцыйным матэрыялам. У тэхніцы іх налічваюць больш за 5000.

віды сплаваў

Нягледзячы на такое разнастайнасць сплаваў, найбольшае значэнне для людзей гуляюць тыя, аснову якіх складае жалеза і алюміній. Менавіта яны часцей за ўсё сустракаюцца ў паўсядзённым жыцці. Віды сплаваў бываюць рознымі. Прычым іх падзяляюць па некалькіх крытэрах. Так прымяняюцца розныя спосабы вырабу сплаваў. Па дадзеным крытэры іх дзеляць на:

• Адліваныя, якія атрыманы шляхам крышталізацыі расплаву змешаных кампанентаў.

• Парашковыя, створаныя пры дапамозе прэсавання сумесі парашкоў і наступнага спякання пры высокай тэмпературы. Прычым часцяком кампанентамі такіх сплаваў з'яўляюцца не толькі простыя хімічныя элементы, але і іх розныя злучэння, такія як карбід тытана або вальфраму ў цвёрдых сплавах. Іх даданне ў тых ці іншых колькасцях змяняе ўласцівасці металічных матэрыялаў.

Спосабы атрымання сплаваў у выглядзе гатовага вырабы або нарыхтоўкі падзяляюць на:

• ліцейныя (сілумін, чыгун);

• дэфармуемага (сталі);

• парашковыя (тытан, вальфрам).

тыпы сплаваў

Спосабы атрымання металаў бываюць рознымі, пры гэтым і вырабленыя дзякуючы ім матэрыялы валодаюць рознымі ўласцівасцямі. У цвёрдым агрэгатным стане сплавы бываюць:

• гамагенныя (аднароднымі), якія складаюцца з крышталяў аднаго тыпу. Іх часта называюць аднафазнымі.

• гетэрагенныя (неаднародным), названыя шматфазнай. Пры іх атрыманні ў якасці асновы сплаву бярэцца цвёрды раствор (матрычная фаза). Склад гетэрагенных рэчываў такога тыпу залежыць ад складу яго хімічных элементаў. У такіх сплавах могуць быць наступныя кампаненты: цвёрдыя растворы ўкаранення і замяшчэння, хімічныя злучэнні (карбід, интерметаллиды, нітрыды), кристаллиты простых рэчываў.

ўласцівасці сплаваў

Па-за залежнасці ад таго, якія спосабы атрымання металаў і сплаваў выкарыстоўваюцца, іх ўласцівасці цалкам вызначаюцца крышталічнай структурай фаз і мікраструктуру гэтых матэрыялаў. У кожнага з іх яны розныя. Макраскапічныя ўласцівасці сплаваў залежаць ад іх мікраструктуру. Яны ў любых выпадках адрозніваюцца ад характарыстык іх фаз, якія залежаць выключна ад крышталічнай структуры матэрыялу. Макраскапічным аднастайнасць гетэрагенных (многофазных) сплаваў атрымліваецца ў выніку раўнамернага размеркавання фаз ў матрыцы металу.

Найважнейшым уласцівасцю сплаваў лічыцца свариваемость. У астатнім яны ідэнтычныя металах. Так, сплавы валодаюць цяпло-і электраправоднасцю, пластычнасцю і адбівальнай здольнасцю (бляскам).

разнавіднасці сплаваў

Розныя спосабы атрымання сплаваў дазволілі чалавеку вынайсці вялікая колькасць металічных матэрыялаў, якія валодаюць рознымі ўласцівасцямі і характарыстыкамі. Па сваім прызначэнні яны дзеляцца на такія групы:

• Канструкцыйныя (сталь, дзюралюмініем, чыгун). Да дадзенай групы ставяцца і сплавы з адмысловымі ўласцівасцямі. Так яны адрозніваюцца искробезопасностью або антыфрыкцыйнымі ўласцівасцямі. Да іх ставяцца латуні і бронзы.

• Для залівання падшыпнікаў (бабіт).

• Для электранагравальнага і вымяральнай апаратуры (ніхрана, манганин).

• Для вытворчасці рэжучыя інструментаў (пераможа).

У вытворчасці людзі выкарыстоўваюць і іншыя віды металічных матэрыялаў, такіх як лёгкаплаўкага, гарачатрывалыя, каразійнастойкія і аморфныя сплавы. Таксама шырокае прымяненне знаходзяць магніты і термоэлектрики (телуриды і селениды вісмута, свінцу, сурмы і іншыя).

жалезныя сплавы

Практычна ўсе выплавляемым на Зямлі жалеза накіроўваецца на вытворчасць простых і легіраваных сталей. Таксама яно выкарыстоўваецца ў вытворчасці чыгуну. Сплавы жалеза атрымалі сваю папулярнасць дзякуючы таму, што валодаюць карыснымі для чалавека ўласцівасцямі. Яны былі атрыманы ў выніку дадання да простага хімічным элементу розных кампанентаў. Так, нягледзячы на тое, што розныя сплавы жалеза вырабляюцца на аснове аднаго рэчыва, сталі і чыгуны валодаюць рознымі ўласцівасцямі. Дзякуючы гэтаму яны знаходзяць розныя сферы ўжывання. Большасць сталей цвярдзей чыгуну. Розныя метады атрымання гэтых металаў даюць магчымасць атрымліваць розныя гатункі (маркі) гэтых сплаваў жалеза.

Паляпшэнне уласцівасцяў сплаваў

Дзякуючы сплавленных некаторых металаў і іншых хімічных элементаў можна атрымаць матэрыялы з палепшанымі характарыстыкамі. Так, напрыклад, мяжа цякучасці чыстага алюмінія складае 35 Мпа. Пры атрыманні сплаву гэтага металу з меддзю (1,6%), цынкам (5,6%), магніем (2,5%) гэты паказчык перавышае 500 Мпа.

Дзякуючы злучэнню ў розных суадносінах розных хімічных рэчываў можна атрымаць металічныя матэрыялы з палепшанымі магнітнымі, тэрмічнымі або электрычнымі ўласцівасцямі. Галоўную ролю ў гэтым працэсе гуляе структура сплаву, якая ўяўляе сабой размеркаванне яго крышталяў і тып сувязяў паміж атамамі.

Сталі і чыгуны

Гэтыя сплавы атрымліваюцца шляхам злучэння жалеза і вугляроду (2%). Пры вытворчасці легіраваных матэрыялаў да іх дадаюцца нікель, хром, ванадый. Усе звычайныя сталі падпадзяляюць на віды:

• малоуглеродистая (0,25% вугляроду) выкарыстоўваецца для вырабу розных канструкцый;

• высокавугляродзістага (больш за 0,55%) прызначана для вытворчасці рэжучыя інструментаў.

Розныя маркі легіраваных сталей прымяняюцца ў машынабудаванні і іншай прадукцыі.

Сплаў жалеза з вугляродам, працэнтнае ўтрыманне якога складае 2-4%, называецца чыгуном. У склад гэтага матэрыялу ўваходзіць і крэмній. З чыгуну адліваюць розныя вырабы, якія валодаюць добрымі механічнымі ўласцівасцямі.

каляровыя металы

Акрамя жалеза, для вырабу розных металічных матэрыялаў выкарыстоўваюцца і іншыя хімічныя элементы. У выніку іх злучэння атрымліваюць каляровыя сплавы. У жыцці людзей найбольшае ўжыванне знайшлі матэрыялы на аснове:

• А медзі, званыя латунь. Яны ўтрымліваюць 5-45% цынку. Калі яго ўтрыманне складае 5-20%, то латунь называецца чырвонай, а калі 20-36% - жоўтай. Існуюць сплавы медзі з крэмніем, волавам, берылій, алюмініем. Яны называюцца бронзу. Маецца некалькі відаў такіх сплаваў.

• Свінцу, якія ўяўляюць сабой звычайны прыпой (третник). У гэтым сплаве на 1 частка дадзенага хімічнага рэчыва прыпадае 2 часткі волава. Пры вытворчасці падшыпнікаў ўжываецца бабіт, які ўяўляе зь сябе сплаў свінцу, волава, мыш'яку і сурмы.

• Алюмінія, тытана, магнію і берылію, якія ўяўляюць сабой лёгкія каляровыя сплавы, якія валодаюць высокай трываласцю і выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі.

спосабы атрымання

Асноўныя спосабы атрымання металаў і сплаваў:

• Ліцейны, пры якім адбываецца зацвярдзенне аднастайнай сумесі розных расплаўленых кампанентаў. Для атрымання сплаваў выкарыстоўваюць пирометаллургический і электрометаллургический метады атрымання металаў. Пры першым варыянце для разагрэву сыравіны выкарыстоўваюць цеплавую энергію, атрыманую ў працэсе згарання паліва. Пирометаллургическим метадам атрымліваюць сталі ў мартэнаўскіх печах і чыгуны ў Домны. Пры электрометаллургическом спосабе сыравіну награваюць у індукцыйных або дугавых электрычных печах. Пры гэтым сыравіну расславляется вельмі хутка.

• парашковыя, пры якім для вырабу сплаву выкарыстоўваюцца парашкі яго кампанентаў. Дзякуючы прасаванню ім надаюць пэўную форму, а затым спекается ў спецыяльных печах.