35.Основные методы получения металлов, пиро-, гидро- и электрометаллургия. Методы рафинирования металлов. Зонная плака, иодидный способ.

Главнейшие руды содержат оксиды, сульфиды и карбонаты металлов. Получение металлов из руд составляет за­дачу металлургии — одной из наиболее древних отраслей химической промышленности. Металлургические процессы, проте­кающие при высоких температурах, называются пирометалл у р г и ч е с к и м и. Пирометаллургическим путем получают, на­пример, чугун и сталь.

Кроме пирометаллургических методов, при добывании метал­лов применяются гидрометаллургические методы. Они представляют собою извлечение металлов из руд в виде их соеди­нений водными растворами различных реагентов с последующим выделением металла из раствора. Гидрометаллургическим путем получают, например, золото

Зонная плавка заключается в медленном протягивании бруска очищаемого металла через кольцевую печь. Тот участок (зона) бруска, который находится в данный момент в печи, пла­вится. По мере продвижения бруска жидкая зона перемещается от начала бруска к его концу.

Зонной плавке подвергают металл, прошедший предваритель­ную очистку. Содержание примесей в нем уже невелико, так что основной металл и примеси образуют гомогенный твердый рас­твор. При движении бруска через кольцевую печь происходит пла­вление металла у передней границы зоны и кристаллизация его у задней границы. При этом состав образующихся кристаллов, находящихся в равновесии с расплавом, отличается от состава расплава . Примеси одних металлов концентрируются в расплавленной зоне и перемещаются вместе с ней к концу бруска; примеси других металлов концентрируются в образующихся кристаллах, остаются за движущейся зоной и при неоднократном повторении процесса перемещаются к началу бруска. В результате средняя часть бруска получается наиболее чистой; ее вырезают и используют. Зонную плазку применяют для очистки не только металлов, но и других веществ.

Иодидный способ дает возможность получать титан, цирконий и некоторые другие металлы значительной чистоты. Рассмотрим этот процесс на примере титана. Исходный металл в виде порошка нагревается до 100—200 °С с небольшим количеством иона в гер­метическом аппарате. В аппарате натянуты титановые нити, на­греваемые электрическим током до 1300—1500 °С. Титан (но не примеси) образует с ионом летучий ионид TiU, который разла­гается на раскаленных нитях. Выделяющийся чистый титан осаж­дается на них, а ион образует с исходным металлом новые пор­ции ионида; процесс идет непрерывно до переноса всего металла па титановые нити.

36.Основные типы металлических сплавов. Сталь. Чугун. Сплавы цветных металлов. Латунь. Бронза. Дюралюминий. Сплавы на основе свинца и олова. Их свойства и применение.

В жидком состоянии большинство металлов растворяются друг в друге и образуют однородный жидкий сплав. При кристалли­зации из расплавленного состояния различные металлы ведут себя по-разному. Основными случаями являются при этом следующие три.

В твердом состоянии сплавляемые металлы не растворяются и химически не взаимодействуют друг с другом. При этих условиях сплав представляет собою механическую смесь и состоит из кри­сталлитов одного и другого компонентов, отчетливо выявляемых на микрорешётке.

Сплавляемые металлы взаимодействуют друг с другом, обра­зуя химическое соединение.

При кристаллизации из расплава растворимость металлов друг в друге сохраняется. Образуются однородные кристаллы. В этом случае твердая фаза носит название твердого рас­твора. При этом для одних металлов их взаимная растворимость в твердом состоянии неограниченна, другие же рас­творимы друг в друге лишь до определенных концентраций.

37.Основные электротехнические материалы. Медь. Алюминий. Олово. Их свойства и применение.

Электротехнические материалы

представляют собой совокупность

проводниковых, электроизоляционных,

магнитных и полупроводниковых

материалов, предназначенных для

работы в электрических и магнитных

полях.

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра

Не изменяется на воздухе в отсутствие влаги и диоксида углерода. Является слабым восстановителем, не реагирует с водой, разбавленной соляной кислотой. Переводится в раствор кислотами-неокислителями или гидратом аммиака в присутствии кислорода, цианидом калия. Окисляется концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», кислородом, галогенами, халькогенами, оксидами неметаллов. Реагирует при нагревании с галогеноводородами.

Медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления.

В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах.

Алюминий. Металл серебристо-белого цвета, лёгкий,

плотность — 2,7 г/см³,

температура плавления у технического алюминия — 658 °C, у алюминия высокой чистоты — 660 °C,

удельная теплота плавления — 390 кДж/кг,

температура кипения — 2500 °C,

удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг.

При нормальных условиях алюминий покрыт тонкой и прочной оксидной плёнкой и потому не реагирует с классическими окислителями: с H2O (t°);O2, HNO3 (без нагревания). Благодаря этому алюминий практически не подвержен коррозии и потому широко востребован современной индустрией. Однако при разрушении оксидной плёнки (например, при контакте с растворами солей аммония NH4+, горячими щелочами или в результате амальгамирования), алюминий выступает как активный металл-восстановитель.

кухонной посуды, алюминиевой фольги в пищевой промышленности и для упаковки.

Благодаря комплексу свойств широко распространён в тепловом оборудовании.

Алюминий и его сплавы сохраняют прочность при сверхнизких температурах. Благодаря этому он широко используется в криогенной технике.

Высокий коэффициент отражения в сочетании с дешевизной и лёгкостью напыления делает алюминий идеальным материалом для изготовления зеркал.

В производстве строительных материалов как газообразующий агент.

Алитированием придают коррозионную и окалиностойкость стальным и другим сплавам, например клапанам поршневых ДВС, лопаткам турбин, нефтяным платформам, теплообменной аппаратуре, а также заменяют цинкование.

Сульфид алюминия используется для производства сероводорода.

Идут исследования по разработке пенистого алюминия как особо прочного и лёгкого материала.

Олово. Плотность, г/см : в твердом состоянии при 20°С - 7,3; в жидком состоянии при температуре плавления - 6.98

Температура, °С: плавления - 231,9; кипения - 2200

Коэффициент линейного расширения при температуре 20-100°С, К-1 - 22,4.10-6

Удельная теплоемкость, Дж/(кг.К): в твердом состоянии при 20°С - 226; в жидком состоянии при температуре плавления - 268

Теплопроводность при 20°С, Вт/(м.К) - 65,8

Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33% всего добываемого олова. До 60% производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.