Ժամանակակից մարդն իր առօրյայում շրջապատված է տարբեր մետաղներով։ Մեր օգտագործած իրերի մեծ մասը պարունակում է այս քիմիական նյութերը: Այս ամենը տեղի է ունեցել այն պատճառով, որ մարդիկ գտել են մետաղներ ստանալու տարբեր ուղիներ:
Ինչ են մետաղները
Անօրգանական քիմիան զբաղվում է մարդկանց համար այս արժեքավոր նյութերով: Մետաղներ ստանալը թույլ է տալիս մարդուն ստեղծել ավելի ու ավելի կատարյալ տեխնոլոգիա, որը բարելավում է մեր կյանքը: Ինչ են նրանք? Նախքան մետաղների ստացման ընդհանուր մեթոդները դիտարկելը, անհրաժեշտ է հասկանալ, թե որոնք են դրանք։ Մետաղները քիմիական տարրերի խումբ են պարզ նյութերի տեսքով՝ բնորոշ հատկություններով.
• ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակություն;
• բարձր ճկունություն;
• փայլ.
Մարդը կարող է հեշտությամբ տարբերել դրանք այլ նյութերից։ Բոլոր մետաղների բնորոշ առանձնահատկությունն առանձնահատուկ փայլի առկայությունն է։ Այն ստացվում է անկումային լույսի ճառագայթները արտացոլելով մի մակերեսի վրա, որը դրանք չի փոխանցում: Փայլը բոլոր մետաղների ընդհանուր հատկությունն է, սակայն այն առավել արտահայտված է արծաթի մեջ։
Միացված էՄինչ օրս գիտնականները հայտնաբերել են 96 նման քիմիական տարր, թեև դրանցից ոչ բոլորն են ճանաչված պաշտոնական գիտության կողմից։ Դրանք բաժանվում են խմբերի՝ կախված իրենց բնորոշ հատկություններից։ Հետևյալ մետաղները մեկուսացված են այս կերպ՝
• ալկալային – 6;
• ալկալային երկիր – 6;
• անցումային – 38;
• թեթև – 11;
• կիսամետաղներ – 7;
• Լանտանիդներ – 14;
• ակտինիդներ – 14.
Մետաղների ստացում
Հալվածք պատրաստելու համար նախ պետք է բնական հանքաքարից մետաղ ստանալ։ Բնական տարրերն այն նյութերն են, որոնք բնության մեջ հանդիպում են ազատ վիճակում։ Դրանք ներառում են պլատին, ոսկի, անագ, սնդիկ: Դրանք կեղտից առանձնացվում են մեխանիկորեն կամ քիմիական ռեակտիվների օգնությամբ։
Այլ մետաղներ արդյունահանվում են դրանց միացությունների մշակմամբ: Դրանք հայտնաբերվել են տարբեր բրածոներում։ Հանքաքարերը հանքանյութեր և ապարներ են, որոնք ներառում են մետաղական միացություններ օքսիդների, կարբոնատների կամ սուլֆիդների տեսքով։ Դրանք ստանալու համար կիրառվում է քիմիական մշակում։
Մետաղների ստացման եղանակներ.
• օքսիդների նվազեցում ածխով;
• թիթեղից անագ ստանալը;
• երկաթի հանքաքարի ձուլում;
• ծծմբի միացությունների այրումը հատուկ վառարաններում։
Հանքաքարերից մետաղների արդյունահանումը հեշտացնելու համար դրանց ավելացվում են տարբեր նյութեր, որոնք կոչվում են հոսքեր: Նրանք օգնում են հեռացնել անցանկալի կեղտերը, ինչպիսիք են կավը, կրաքարը, ավազը: Այս գործընթացի արդյունքում ստացվում են դյուրահալ միացություններ.կոչվում է կեղտ։
Զգալի քանակությամբ կեղտերի առկայության դեպքում հանքաքարը հարստացնում են մետաղը հալեցնելուց առաջ՝ հեռացնելով ավելորդ բաղադրիչների մեծ մասը։ Այս բուժման համար առավել լայնորեն կիրառվող մեթոդներն են ֆլոտացիան, մագնիսական և ձգողականությունը:
Ալկալիական մետաղներ
Ալկալիական մետաղների զանգվածային արտադրությունն ավելի բարդ գործընթաց է։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ դրանք բնության մեջ հանդիպում են միայն քիմիական միացությունների տեսքով։ Քանի որ դրանք նվազեցնող նյութեր են, դրանց արտադրությունն ուղեկցվում է էներգիայի բարձր ծախսերով: Ալկալիական մետաղների արդյունահանման մի քանի եղանակ կա.
• Լիթիումը կարելի է ստանալ դրա օքսիդից վակուումում կամ դրա քլորիդի հալվածքի էլեկտրոլիզի միջոցով, որը ձևավորվել է սպոդումենի մշակման ժամանակ:
• Նատրիումը արդյունահանվում է սոդայի կալցինացման միջոցով ածուխով սերտորեն փակ կարասներում կամ քլորիդային հալվածքի էլեկտրոլիզով կալցիումի ավելացումով: Առաջին մեթոդը ամենաշատ ժամանակատարն է։
• Կալիումը ստացվում է նրա աղերի հալվածքի էլեկտրոլիզից կամ քլորիդով նատրիումի գոլորշի անցնելուց։ Այն նաև ձևավորվում է հալված կալիումի հիդրօքսիդի և հեղուկ նատրիումի փոխազդեցությունից 440 ° C ջերմաստիճանում:
• Ցեզիումը և ռուբիդիումը արդյունահանվում են՝ նվազեցնելով դրանց քլորիդները կալցիումով 700–800 °C ջերմաստիճանում կամ ցիրկոնիումով 650 °C ջերմաստիճանում։ Այս եղանակով ալկալիական մետաղներ ստանալը չափազանց էներգատար և թանկ է:
Մետաղների և համաձուլվածքների տարբերությունները
Մետաղների և դրանց համաձուլվածքների միջև սկզբունքորեն հստակ սահման գոյություն չունի, քանի որ նույնիսկ ամենամաքուր, ամենապարզ նյութերն ունեն.որոշ քանակությամբ կեղտեր: Այսպիսով, ո՞րն է նրանց միջև տարբերությունը: Արդյունաբերության և ազգային տնտեսության այլ ոլորտներում օգտագործվող գրեթե բոլոր մետաղները օգտագործվում են համաձուլվածքների տեսքով, որոնք ստացվում են նպատակային՝ հիմնական քիմիական տարրին այլ բաղադրիչներ ավելացնելով։
համաձուլվածքներ
Տեխնոլոգիաներին անհրաժեշտ են տարբեր մետաղական նյութեր։ Միևնույն ժամանակ, մաքուր քիմիական տարրերը գործնականում չեն օգտագործվում, քանի որ դրանք չունեն մարդկանց համար անհրաժեշտ հատկություններ։ Մեր կարիքների համար մենք հորինել ենք համաձուլվածքներ ստանալու տարբեր եղանակներ։ Այս տերմինը վերաբերում է մակրոսկոպիկ առումով միատարր նյութին, որը բաղկացած է 2 կամ ավելի քիմիական տարրերից: Այս դեպքում համաձուլվածքում գերակշռում են մետաղական բաղադրիչները։ Այս նյութն ունի իր կառուցվածքը: Համաձուլվածքներում առանձնանում են հետևյալ բաղադրիչները՝
• մեկ կամ մի քանի մետաղներից բաղկացած հիմք;
• փոփոխող և լեգիրող տարրերի փոքր հավելումներ;
• չհեռացված կեղտեր (տեխնոլոգիական, բնական, պատահական):
Մետաղական համաձուլվածքները հիմնական կառուցվածքային նյութն են: Տեխնոլոգիայում դրանցից ավելի քան 5000 կա։
Համահալվածքների տեսակներ
Չնայած համաձուլվածքների նման բազմազանությանը, երկաթի և ալյումինի հիմքով համաձուլվածքները մեծ նշանակություն ունեն մարդկանց համար: Դրանք ամենատարածվածն են առօրյա կյանքում։ Համաձուլվածքների տեսակները տարբեր են. Ավելին, դրանք բաժանվում են մի քանի չափանիշներով. Այսպիսով, օգտագործվում են համաձուլվածքների արտադրության տարբեր մեթոդներ: Ըստ այս չափանիշի՝ դրանք բաժանվում են՝.
• Դերերում, որըստացված խառը բաղադրիչների հալված բյուրեղացումից։
• Փոշի, որը ստեղծվում է փոշիների խառնուրդը սեղմելով և այնուհետև բարձր ջերմաստիճանում եռալով: Ավելին, հաճախ նման համաձուլվածքների բաղադրիչները ոչ միայն պարզ քիմիական տարրեր են, այլ նաև դրանց տարբեր միացություններ, ինչպիսիք են տիտանի կամ վոլֆրամի կարբիդները կոշտ համաձուլվածքներում: Նրանց որոշակի քանակությամբ ավելացումը փոխում է մետաղական նյութերի հատկությունները։
Հալվածքների ստացման եղանակները պատրաստի արտադրանքի կամ բլանկի տեսքով բաժանվում են՝.
• ձուլարան (սիլումին, չուգուն);
• կռած (պողպատներ);
• փոշի (տիտան, վոլֆրամ).
Համահալվածքների տեսակներ
Մետաղների ստացման եղանակները տարբեր են, մինչդեռ դրանց շնորհիվ պատրաստված նյութերն ունեն տարբեր հատկություններ։ Ագրեգացման պինդ վիճակում համաձուլվածքներն են՝
• Միատարր (միատեսակ), որը բաղկացած է նույն տեսակի բյուրեղներից։ Դրանք հաճախ կոչվում են միաֆազ:
• Հետերոգեն (տարասեռ), որը կոչվում է բազմաֆազ: Երբ դրանք ստանում են, որպես համաձուլվածքի հիմք վերցվում է պինդ լուծույթ (մատրիցային փուլ)։ Այս տեսակի տարասեռ նյութերի բաղադրությունը կախված է նրա քիմիական տարրերի բաղադրությունից: Նման համաձուլվածքները կարող են պարունակել հետևյալ բաղադրիչները.
Հալվածքի հատկություններ
Անկախ նրանից, թե մետաղների և համաձուլվածքների ստացման ինչ եղանակներ են կիրառվում, դրանց հատկությունները լիովին որոշվում են բյուրեղային.այս նյութերի փուլային կառուցվածքը և միկրոկառուցվածքը: Նրանցից յուրաքանչյուրը տարբեր է: Համաձուլվածքների մակրոսկոպիկ հատկությունները կախված են դրանց միկրոկառուցվածքից։ Ամեն դեպքում, դրանք տարբերվում են իրենց փուլերի բնութագրերից, որոնք կախված են բացառապես նյութի բյուրեղային կառուցվածքից։ Տարասեռ (բազմաֆազ) համաձուլվածքների մակրոսկոպիկ միատարրությունը ստացվում է մետաղական մատրիցում փուլերի միատեսակ բաշխման արդյունքում։
Համահալվածքների ամենակարևոր հատկությունը եռակցվածությունն է: Հակառակ դեպքում դրանք նույնական են մետաղների հետ: Այսպիսով, համաձուլվածքներն ունեն ջերմային և էլեկտրական հաղորդունակություն, ճկունություն և արտացոլողություն (փայլ):
համաձուլվածքների տարատեսակներ
Հալվածքներ ստանալու տարբեր մեթոդները մարդուն թույլ են տվել հորինել մեծ քանակությամբ մետաղական նյութեր՝ տարբեր հատկություններով և բնութագրերով: Ըստ իրենց նշանակության՝ դրանք բաժանվում են հետևյալ խմբերի՝.
• Կառուցվածքային (պողպատ, դյուրալյում, չուգուն): Այս խումբը ներառում է նաև հատուկ հատկություններով համաձուլվածքներ: Այսպիսով, դրանք առանձնանում են ներքին անվտանգության կամ հակաշփման հատկություններով: Դրանք ներառում են արույր և բրոնզ։
• առանցքակալներ լցնելու համար (babbit).
• Էլեկտրական ջեռուցման և չափիչ սարքավորումների համար (նիկրոմ, մանգանին):
• Կտրող գործիքների արտադրության համար (հաղթում).
Արտադրության մեջ մարդիկ օգտագործում են նաև այլ տեսակի մետաղական նյութեր, ինչպիսիք են հալվող, ջերմակայուն, կոռոզիակայուն և ամորֆ համաձուլվածքները: Լայնորեն օգտագործվում են նաև մագնիսները և ջերմաէլեկտրիկները (բիսմութի, կապարի, անտիմոնի և այլ թելուրիդներ և սելենիդներ):
Երկաթի համաձուլվածքներ
Երկրի վրա ձուլված գրեթե ամբողջ երկաթը ուղղված է պարզ և համաձուլված պողպատների արտադրությանը: Այն նաև օգտագործվում է երկաթի արտադրության մեջ։ Երկաթի համաձուլվածքները ձեռք են բերել իրենց ժողովրդականությունը շնորհիվ այն բանի, որ նրանք ունեն մարդկանց համար օգտակար հատկություններ: Դրանք ստացվել են պարզ քիմիական տարրի մեջ տարբեր բաղադրիչներ ավելացնելով։ Այսպիսով, չնայած այն հանգամանքին, որ տարբեր երկաթի համաձուլվածքներ պատրաստվում են մեկ նյութի հիման վրա, պողպատներն ու չուգունները տարբեր հատկություններ ունեն։ Արդյունքում նրանք գտնում են տարբեր հավելվածներ։ Պողպատների մեծ մասն ավելի կոշտ է, քան չուգունը: Այս մետաղների ստացման տարբեր եղանակներ թույլ են տալիս ձեռք բերել այս երկաթի համաձուլվածքների տարբեր դասակարգերի (ապրանքանիշերի):
Բարելավել խառնուրդի հատկությունները
Որոշ մետաղների և այլ քիմիական տարրերի միաձուլման միջոցով կարելի է ձեռք բերել բարելավված բնութագրեր ունեցող նյութեր: Օրինակ, մաքուր ալյումինի ելքի ուժը 35 ՄՊա է: Այս մետաղի համաձուլվածքը պղնձի (1,6%), ցինկի (5,6%), մագնեզիումի (2,5%) հետ ստանալիս այս ցուցանիշը գերազանցում է 500 ՄՊա:
Տարբեր քիմիական նյութերի տարբեր համամասնությունների համադրմամբ կարելի է ձեռք բերել բարելավված մագնիսական, ջերմային կամ էլեկտրական հատկություններով մետաղական նյութեր: Այս գործընթացում հիմնական դերը խաղում է համաձուլվածքի կառուցվածքը, որը նրա բյուրեղների բաշխումն է և ատոմների միջև կապերի տեսակը։
Պողպատներ և արդուկներ
Այս համաձուլվածքները ստացվում են երկաթի և ածխածնի (2%) միացմամբ։ Լեգիրված նյութերի արտադրության մեջ դրանք ավելացվում եննիկել, քրոմ, վանադիում: Բոլոր սովորական պողպատները բաժանված են տեսակների.
• ցածր ածխածին (0,25% ածխածին) օգտագործվում է տարբեր կառույցների համար;
• Բարձր ածխածնի (ավելի քան 0,55%) նախատեսված է կտրող գործիքների համար:
Տարբեր տեսակի լեգիրված պողպատներ օգտագործվում են մեքենաշինության և այլ արտադրատեսակների մեջ:
Ածխածնի հետ երկաթի համաձուլվածքը, որի տոկոսը կազմում է 2-4%, կոչվում է չուգուն։ Այս նյութը պարունակում է նաև սիլիցիում։ Լավ մեխանիկական հատկություններով տարբեր ապրանքներ ձուլվում են չուգունից։
Գունավոր մետաղներ
Բացի երկաթից, տարբեր մետաղական նյութեր պատրաստելու համար օգտագործվում են նաև այլ քիմիական տարրեր։ Դրանց համակցման արդյունքում ստացվում են գունավոր համաձուլվածքներ։ Մարդկանց կյանքում, -ի վրա հիմնված նյութերը ամենամեծ կիրառությունն են գտել
• Պղինձ, որը կոչվում է արույր: Դրանք պարունակում են 5-45% ցինկ։ Եթե դրա պարունակությունը կազմում է 5-20%, ապա արույրը կոչվում է կարմիր, իսկ եթե 20-36%՝ դեղին։ Կան պղնձի համաձուլվածքներ սիլիցիումի, անագի, բերիլիումի, ալյումինի հետ։ Դրանք կոչվում են բրոնզներ։ Այս համաձուլվածքների մի քանի տեսակներ կան:
• Կապար, որը սովորական զոդում է (տրետնիկ): Այս համաձուլվածքում այս քիմիական նյութի 1 մասի վրա անագի 2 մաս է ընկնում։ Առանցքակալները արտադրվում են բաբբիտի միջոցով, որը կապարի, անագի, մկնդեղի և անտիմոնի համաձուլվածք է։
• Ալյումին, տիտան, մագնեզիում և բերիլիում, որոնք թեթև գունավոր համաձուլվածքներ են՝ բարձր ամրությամբ և գերազանց մեխանիկականհատկություններ։
Ստացման եղանակներ
Մետաղների և համաձուլվածքների ստացման հիմնական եղանակները.
• Ձուլարան, որտեղ տարբեր հալված բաղադրիչների համասեռ խառնուրդը պնդանում է։ Համաձուլվածքներ ստանալու համար օգտագործվում են մետաղների ստացման պիրոմետալուրգիական և էլեկտրամետաղագործական մեթոդներ։ Առաջին տարբերակում վառելիքի այրման գործընթացում ստացված ջերմային էներգիան օգտագործվում է հումքը տաքացնելու համար։ Պիրոմետալուրգիական մեթոդը բացօջախ վառարաններում արտադրում է պողպատ, իսկ պայթուցիկ վառարաններում՝ չուգուն։ Էլեկտրամետաղային մեթոդով հումքը տաքացվում է ինդուկցիոն կամ էլեկտրական աղեղային վառարաններում։ Միաժամանակ հումքը շատ արագ փափկվում է։
• Փոշի, որի մեջ համաձուլվածքը պատրաստելու համար օգտագործվում են դրա բաղադրիչների փոշիները: Մամլման շնորհիվ նրանց տալիս են որոշակի ձև, այնուհետև եռում են հատուկ ջեռոցներում։
