Sodobni človek je v vsakdanjem življenju obkrožen z različnimi kovinami. Večina predmetov, ki jih uporabljamo, vsebuje te kemikalije. Vse to se je zgodilo, ker so ljudje našli različne načine za pridobivanje kovin.
Kaj so kovine
Anorganska kemija se ukvarja s temi dragocenimi snovmi za ljudi. Pridobivanje kovin omogoča človeku ustvarjanje vse bolj popolne tehnologije, ki nam izboljšuje življenje. Kaj so oni? Preden razmislimo o splošnih metodah za pridobivanje kovin, je treba razumeti, kaj so. Kovine so skupina kemičnih elementov v obliki preprostih snovi z značilnimi lastnostmi:
• toplotna in električna prevodnost;
• visoka duktilnost;
• bleščice.
Človek jih zlahka loči od drugih snovi. Značilna lastnost vseh kovin je prisotnost posebnega sijaja. Dobimo ga z odbijanjem vpadnih svetlobnih žarkov na površino, ki jih ne prepušča. Sijaj je skupna lastnost vseh kovin, vendar je najbolj izrazit pri srebru.
VklopljenoDo danes so znanstveniki odkrili 96 takšnih kemičnih elementov, čeprav jih uradna znanost ne priznava vseh. Razdeljeni so v skupine glede na njihove značilne lastnosti. Naslednje kovine so izolirane na ta način:
• alkalna – 6;
• zemlja alkalna – 6;
• prehodno – 38;
• svetloba – 11;
• polkovine – 7;
• Lantanidi – 14;
• aktinidi – 14.
Pridobivanje kovin
Za izdelavo zlitine morate najprej pridobiti kovino iz naravne rude. Nativni elementi so tiste snovi, ki jih najdemo v naravi v prostem stanju. Sem spadajo platina, zlato, kositer, živo srebro. Od nečistoč jih ločimo mehansko ali s pomočjo kemičnih reagentov.
Druge kovine se pridobivajo s predelavo njihovih spojin. Najdemo jih v različnih fosilih. Rude so minerali in kamnine, ki vključujejo kovinske spojine v obliki oksidov, karbonatov ali sulfidov. Za njihovo pridobivanje se uporablja kemična obdelava.
Načini pridobivanja kovin:
• redukcija oksidov s premogom;
• pridobivanje pločevine iz kositrnega kamna;
• taljenje železove rude;
• sežiganje žveplovih spojin v posebnih pečeh.
Za olajšanje pridobivanja kovin iz rudnih kamnin se jim dodajo različne snovi, imenovane tokovi. Pomagajo odstraniti neželene nečistoče, kot so glina, apnenec, pesek. Kot rezultat tega postopka dobimo topljive spojine,imenovano dross.
V prisotnosti znatne količine nečistoč se ruda pred taljenjem kovine obogati z odstranitvijo velikega dela nepotrebnih komponent. Najbolj razširjene metode za to zdravljenje so flotacija, magnetna in gravitacija.
Alkalijske kovine
Množična proizvodnja alkalijskih kovin je bolj zapleten proces. To je posledica dejstva, da jih v naravi najdemo le v obliki kemičnih spojin. Ker so reduktorji, njihovo proizvodnjo spremljajo visoki stroški energije. Obstaja več načinov za pridobivanje alkalijskih kovin:
• Litij lahko pridobimo iz njegovega oksida v vakuumu ali z elektrolizo taline njegovega klorida, ki nastane med predelavo spodumena.
• Natrij se ekstrahira z žganjem sode s premogom v tesno zaprtih lončkih ali z elektrolizo kloridne taline z dodatkom kalcija. Prva metoda je najbolj zamudna.
• Kalij dobimo z elektrolizo taline njegovih soli ali s prehajanjem natrijeve pare skozi njegov klorid. Nastane tudi z interakcijo staljenega kalijevega hidroksida in tekočega natrija pri temperaturi 440 ° C.
• Cezij in rubidij se pridobivata z redukcijo njihovih kloridov s kalcijem pri 700–800 °C ali cirkonijem pri 650 °C. Pridobivanje alkalijskih kovin na ta način je izjemno energetsko intenzivno in drago.
Razlike med kovinami in zlitinami
Bistveno jasne meje med kovinami in njihovimi zlitinami praktično ne obstaja, saj imajo tudi najčistejše, najpreprostejše snovinekaj nečistoč. Kakšna je torej razlika med njima? Skoraj vse kovine, ki se uporabljajo v industriji in v drugih sektorjih nacionalnega gospodarstva, se uporabljajo v obliki zlitin, pridobljenih namensko z dodajanjem drugih komponent glavnemu kemičnemu elementu.
Zlitine
Tehnologija potrebuje različne kovinske materiale. Hkrati se čisti kemični elementi praktično ne uporabljajo, saj nimajo lastnosti, ki so potrebne za ljudi. Za naše potrebe smo izumili različne načine pridobivanja zlitin. Ta izraz se nanaša na makroskopsko homogen material, ki je sestavljen iz 2 ali več kemičnih elementov. V tem primeru v zlitini prevladujejo kovinske komponente. Ta snov ima svojo strukturo. V zlitinah se razlikujejo naslednje komponente:
• osnova, sestavljena iz ene ali več kovin;
• majhni dodatki modificirajočih in legirnih elementov;
• neodstranjene nečistoče (tehnološke, naravne, naključne).
Kovinske zlitine so glavni konstrukcijski material. V tehnologiji jih je več kot 5000.
Vrste zlitin
Kljub tolikšni raznolikosti zlitin so za ljudi največjega pomena tiste na osnovi železa in aluminija. Najpogostejši so v vsakdanjem življenju. Vrste zlitin so različne. Poleg tega so razdeljeni po več merilih. Zato se uporabljajo različne metode izdelave zlitin. Po tem kriteriju jih delimo na:
• Cast, kipridobljeno s kristalizacijo iz taline mešanih komponent.
• Prašek, ustvarjen s stiskanjem mešanice praškov in nato sintranjem pri visoki temperaturi. Poleg tega pogosto sestavine takšnih zlitin niso le preprosti kemični elementi, temveč tudi njihove različne spojine, kot so titanovi ali volframovi karbidi v trdih zlitinah. Njihovo dodajanje v določenih količinah spremeni lastnosti kovinskih materialov.
Metode za pridobivanje zlitin v obliki končnega izdelka ali surovca delimo na:
• livarna (silumin, lito železo);
• kovano (jeklo);
• prah (titan, volfram).
Vrste zlitin
Metode za pridobivanje kovin so različne, medtem ko imajo materiali, izdelani zaradi njih, različne lastnosti. V trdnem agregatnem stanju so zlitine:
• Homogen (enoten), sestavljen iz kristalov iste vrste. Pogosto jih imenujemo enofazni.
• Heterogen (heterogen), imenovan večfazni. Ko jih dobimo, se za osnovo zlitine vzame trdna raztopina (matrična faza). Sestava heterogenih snovi te vrste je odvisna od sestave njenih kemičnih elementov. Takšne zlitine lahko vsebujejo naslednje komponente: trdne raztopine intersticij in substitucij, kemične spojine (karbidi, intermetalidi, nitridi), kristalite preprostih snovi.
Lastnosti zlitine
Ne glede na to, katere metode pridobivanja kovin in zlitin se uporabljajo, so njihove lastnosti popolnoma določene s kristalnimfazna struktura in mikrostruktura teh materialov. Vsak od njih je drugačen. Makroskopske lastnosti zlitin so odvisne od njihove mikrostrukture. Vsekakor se razlikujejo od značilnosti njihovih faz, ki so odvisne izključno od kristalne strukture materiala. Makroskopska homogenost heterogenih (večfaznih) zlitin je rezultat enakomerne porazdelitve faz v kovinski matrici.
Najpomembnejša lastnost zlitin je varljivost. Sicer so enaki kovinam. Torej imajo zlitine toplotno in električno prevodnost, duktilnost in odbojnost (sijaj).
Vrte zlitin
Različne metode pridobivanja zlitin so človeku omogočile izumiti veliko število kovinskih materialov z različnimi lastnostmi in lastnostmi. Glede na namen so razdeljeni v naslednje skupine:
• Strukturni (jeklo, duralumin, lito železo). V to skupino spadajo tudi zlitine s posebnimi lastnostmi. Odlikujejo jih torej lastna varnost ali lastnosti proti trenju. Ti vključujejo medenino in bron.
• Za ulivne ležaje (babit).
• Za električno ogrevanje in merilno opremo (nikrom, manganin).
• Za proizvodnjo rezalnih orodij (win).
V proizvodnji ljudje uporabljajo tudi druge vrste kovinskih materialov, kot so topljive, toplotno odporne, korozijsko odporne in amorfne zlitine. Veliko se uporabljajo tudi magneti in termoelektriki (teluridi in selenidi bizmuta, svinca, antimona in drugi).
železove zlitine
Praktično vse talino železo na Zemlji je usmerjeno v proizvodnjo preprostih in legiranih jekel. Uporablja se tudi pri proizvodnji železa. Železove zlitine so pridobile svojo priljubljenost zaradi dejstva, da imajo lastnosti, ki so koristne za ljudi. Dobili so jih z dodajanjem različnih komponent preprostemu kemičnemu elementu. Torej, kljub dejstvu, da so različne železove zlitine izdelane na podlagi ene snovi, imajo jekla in lito železo različne lastnosti. Posledično najdejo različne aplikacije. Večina jekel je trša od litega železa. Različne metode za pridobivanje teh kovin vam omogočajo, da dobite različne stopnje (znamke) teh železovih zlitin.
Izboljšajte lastnosti zlitin
S taljenjem določenih kovin in drugih kemičnih elementov je mogoče pridobiti materiale z izboljšanimi lastnostmi. Na primer, meja tečenja čistega aluminija je 35 MPa. Pri pridobivanju zlitine te kovine z bakrom (1,6%), cinkom (5,6%), magnezijem (2,5%) ta številka presega 500 MPa.
S kombiniranjem različnih razmerij različnih kemikalij je mogoče dobiti kovinske materiale z izboljšanimi magnetnimi, toplotnimi ali električnimi lastnostmi. Glavno vlogo pri tem procesu igra struktura zlitine, ki je porazdelitev njenih kristalov in vrsta vezi med atomi.
Jekla in železa
Te zlitine so pridobljene s kombinacijo železa in ogljika (2%). Pri proizvodnji legiranih materialov se dodajajonikelj, krom, vanadij. Vsa navadna jekla so razdeljena na vrste:
• nizkoogljično (0,25 % ogljika), ki se uporablja za različne strukture;
• Visoko vsebnost ogljika (več kot 0,55%), zasnovano za rezalno orodje.
V strojništvu in drugih izdelkih se uporabljajo različne vrste legiranih jekel.
Zlitina železa z ogljikom, katerega odstotek je 2-4%, se imenuje lito železo. Ta material vsebuje tudi silicij. Iz litega železa so uliti različni izdelki z dobrimi mehanskimi lastnostmi.
Neželezne kovine
Poleg železa se za izdelavo različnih kovinskih materialov uporabljajo tudi drugi kemični elementi. Kot rezultat njihove kombinacije nastanejo neželezove zlitine. V življenju ljudi so materiali, ki temeljijo na:, našli največjo uporabo
• Baker, imenovan medenina. Vsebujejo 5-45 % cinka. Če je njegova vsebnost 5-20%, se medenina imenuje rdeča, če pa 20-36% - rumena. Obstajajo zlitine bakra s silicijem, kositrom, berilijem, aluminijem. Imenujejo se bronasti. Obstaja več vrst teh zlitin.
• Svinec, ki je običajna spajka (tretnik). V tej zlitini 2 dela kositra padeta na 1 del te kemikalije. Ležaji so izdelani iz babbita, ki je zlitina svinca, kositra, arzena in antimona.
• Aluminij, titan, magnezij in berilij, ki so lahke neželezove zlitine z visoko trdnostjo in odličnimi mehanskimilastnosti.
Načini pridobivanja
Glavne metode za pridobivanje kovin in zlitin:
• Livarna, v kateri se strdi homogena mešanica različnih staljenih komponent. Za pridobivanje zlitin se uporabljajo pirometalurške in elektrometalurške metode pridobivanja kovin. V prvi varianti se toplotna energija, pridobljena v procesu zgorevanja goriva, uporablja za ogrevanje surovine. S pirometalurško metodo se proizvaja jeklo v odprtih pečeh in lito železo v plavžih. Z elektrometalurško metodo se surovine segrevajo v indukcijskih ali električnih obločnih pečeh. Hkrati se surovina zelo hitro zmehča.
• Prašek, v katerem se za izdelavo zlitine uporabljajo praški njegovih komponent. Zahvaljujoč stiskanju dobijo določeno obliko in jih nato sintrajo v posebnih pečeh.
