|
|
Металлы побочных подгрупп 6, 7 и 8 групп
1) Металлы побочной подгруппы 6 группы: Металлы побочной подгруппы VI группы твердые, хрупкие; для них характерна очень высокая температура плавления; при взаимодействии с кислородом они образуют кислоты, соли которых называют хроматы, молибдаты и т. д. Cr – хром Mo – молибден W – вольфрам Sg – сиборгий
Металлы побочной подгруппы 7 группы: Mn – марганец Tc – технеций Re – рений Металлы побочной подгруппы 8 группы: Fe – железо Ru – рутений Os – осмий Hs – гассий
2) Строение: Строение металлов, которое определено современным научным мировоззрением, представляет собой кристаллическую решетку. В ее основе находятся свободные электроны и ионы, обладающие положительным зарядом. Сам кристалл изображается в форме решетки, имеющей пространственную структуру. Узлы данной системы заняты ионами, а между ними находятся электроны, обладающие высокой способностью к движению. Строение атомов металлов позволяет активным частицам постоянно перемещаться. Электроны совершают переходы между атомами, а также вращаются вокруг их ядер.
Положение в электрическом ряду напряжения металов: По своим химическим свойствам все металлы являются восстановителями, все они сравнительно легко отдают валентные электроны, переходят в положительно заряженные ионы, то есть окисляются. Восстановительную активность металла в химических реакциях, протекающих в водных растворах, отражает его положение в электрохимическом ряду напряжений металлов, или ряду стандартных электродных потенциалов металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов
Свойства: - наличие плотной кристаллической структуры; - выраженный блеск; - способность к электрической проводимости; - высокая степень теплопроводности; - снижение способности проводить электричество с увеличением теплового режима; - легкая отдача электронов; - тягучесть, а также ковкость; - способность образовывать различные сплавы.
3) Нахождение в природе: -Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. долей, %). Основные соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. -Молибден содержание в земной коре — 3·10−4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 — 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO2. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. - вольфрам в земной коре составляет 1,3 г/т (0,0013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9. - Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). - На Земле встречается в следовых количествах в урановых рудах, 5·10−10 г на 1 кг урана. Методами спектроскопии выявлено содержание технеция в спектрах некоторых звёзд созвездий Андромеды и Кита - По природным запасам рения на первом месте в мире стоит Чили, на втором месте — США, а на третьем — Россия. Общие мировые запасы рения составляют около 13 000 тонн, в том числе 3500 тонн в молибденовом сырье и 9500 т — в медном. - По данным Геологической службы США, мировые разведанные запасы железной руды составляют порядка 178 млрд тонн. Основные месторождения железа находятся в Бразилии, Австралии, США, Канаде, Швеции, Венесуэле, Либерии, Украине, Франции, Индии. В России железо добывается на Курской магнитной аномали, Кольском полуострове, в Карелии и в Сибири. - Добыча рутения 17,9 тонн, мировые запасы рутения оцениваются в 5000 тонн - Содержание осмия в земной коре приблизительно составляет 5·10−6 % по массе. В самородном состоянии осмий встречается в виде твёрдых растворов с иридием, содержащих от 10 до 50 % осмия. Осмий встречается в полиметаллических рудах, содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды), в минералах платины и отходах от переработки золотосодержащих руд. 4) Способы получения металов из руд:
Хром: 1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:
2)получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:
3) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса: · восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор; · разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода; · разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Молибден: Промышленное получение молибдена начинается с обогащения руд флотационным методом. Полученный концентрат обжигают до образования оксида МоО3:
который подвергают дополнительной очистке. Далее МоО3 восстанавливают водородом:
Полученные заготовки обрабатывают давлением
Марганец: Алюминотермическим методом, восстанавливая оксид Mn2O3, образующийся при прокаливании пиролюзита:
Восстановлением железосодержащих оксидных руд марганца коксом. Этим способом в металлургии обычно получают ферромарганец (~80 % Mn). Чистый металлический марганец получают электролизом. Технеций: Технеций получают из радиоактивных отходов химическим способом. Кроме того, технеций образуется при делении нуклидов 232Th, 233U, 238U, 239Pu и может накапливаться в реакторах килограммами за год.
Железо: В печи углерод в виде кокса окисляется до монооксида углерода. Данный оксид образуется при горении в недостатке кислорода:
В свою очередь, монооксид углерода восстанавливает железо из руды. Чтобы данная реакция шла быстрее, нагретый угарный газ пропускают через оксид железа(III):
Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей. Рутней: Рутений получают как «отходы» при аффинировании платины и платиновых металлов. Значительным источником рутения для его добычи является выделение его из осколков деления ядерных материалов (плутоний, уран, торий), где его содержание достигает 250 граммов на тонну «сгоревшего» ядерного топлива. Осмий: Упариванием раствора выделяют соль — перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120 °C до осмия:
Осмий при этом получается в виде губки. 5) Применение в промышлености:
Современное машиностроение характеризуют непрерывно растущая энергонапряженность, а также тяжелые условия эксплуатации машин. Такие условия работы машин предъявляют к материалам особые требования. Для удовлетворения этих требований создано много сплавов на основе различных металлов. Железо и сплавы на его основе (сталь, чугун) принято называть черными металлами, а остальные металлы (Al, Mg, Cu, Ni, Sn, Pb, Zn, Cd, Ті, W, Mo, Mb, Та, Ag, Аи, Pd, Pt и др.)- и их сплавы — цветными.
6) Черная и цветная металургия: В металлургический комплекс входят черная и цветная металлургия, охватывающая все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде черных и цветных металлов и их сплавов. Металлургический комплекс - это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов: · добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.); · металлургический передел - основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.; · производство сплавов; · утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции. В зависимости от сочетания этих технологических процессов выделяются следующие типы производств в металлургическом комплексе: производства полного цикла, представленные, как правило, комбинатами, в которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса; 7) чугун и сталь: Структура железоуглеродистых сплавов состоит из разных составляющих. Характеристиками этих структурных составляющих и определяются свойства стали и чугуна. В состав стали и чугуна входит от 93 до 99% железа. Поэтому, прежде всего, следует понять, какую структуру оно образует. Из прошлого известно, что железо при комнатной температуре находится в облике, а — железа, которое способно растворить в своей кристаллической решетке маленькое количество углерода. Крепкий раствор в, а — железе малого количества углерода и прочих примесей называется ферритом. Феррит представляет собой почти чистое железо, но различается от него тем, что в его кристаллической решетке, кроме атомов железа, существует малое число атомов углерода и прочих примесей.
Свойства чугуна зависят от его вида. Белый чугун имеет высокую твердость и прочность, плохо обрабатывается резанием, хрупок. Используется в качестве передельного на сталь или ковкий чугун. Серый чугун — это сплав на основе железа, в котором углерод частично или полностью содержится в виде структурно свободного графита и который по структуре разделяется на перлитный, феррито-перлитный и ферритный.
Виды чугуна: Белый чугун Серый чугун Ковкий чугун Высокопрочный чугун
8) Доменный процесс:
Сущность доменного процесса получения чугуна заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимися при сгорании топлива в доменной печи. Доменный процесс относится к типу противоточных. Навстречу поднимающемуся потоку горячих газов, образующихся при сгорании кокса у фурм, опускается столб шихтовых материалов. Газовый поток, содержащий СO, СO2, Н2, N2 и др., образуется в результате горения углерода кокса. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура более 2000 °С. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам, охлаждаются до температуры 200 – 300 °С и выходят из печи через колошник. Отсюда название газа – колошниковый.
9)переработка чугуна в сталь:
В настоящее время применяется два главных способа переработки чугуна в сталь. Оба они основаны на окислении содержащихся в чугуне примесей. Бессемеровский способ заключается в продувании сквозь расплавленный чугун сильной струи воздуха. Бессемерование производится в огромных стальных грушевидных сосудах, так называемых конверторах, выложенных внутри кирпичом из керамзита и вмещают до 40-50 т чугуна. Конвертор может вращаться на горизонтальных цапфах при помощи зубчатого колеса. Ко дну конвектора, в котором находится много мелких отверстий, приделана воздушная камера для нагнетания воздуха. Конвектор наполняют расплавленным чугуном, а в воздушную камеру нагнетают воздух. Проходя через отверстия в дне конвертора, воздух пронизывает всю массу чугуна и окисляет примеси. Прежде всего, выгорает, переходя в шлак, кремний и марганец, затем уже углерод. Весь процесс бессемерования продолжается 19-20 мин, после чего конвектор можно опорожнить, повернув его отверстием вниз. Бессемеровским способом получают сталь, содержащую менее 0,3% углерода. Если желают получить сталь с большим содержанием углерода, то или заканчивают продувание воздуха раньше, пока еще не весь углерод выгорел, или прибавляют в конвектор к полученной стали некоторое количество богатого углеродом чугуна и еще некоторое время продувают воздух для перемешивания. Вторым основным способом получения стали, является получение в мартеновских печах. При плавке в мартеновских печах составляющими шихты могут быть стальной скрап, жидкий и твёрдый чугуны. 1. Скрап-процесс, при котором основной частью шихты является стальной скрап; применяют на металлургических заводах. 2. Скрап-рудный процесс, при котором основная часть шихты состоит из жидкого чугуна (55-75%), а твёрдая часть шихты скрап и железная руда; этот процесс применяют на заводах где есть доменные печи. 3. Кислым мартеновским процессом выплавляют качественные стали. Они содержат меньшее количество растворённых газов, неметаллических включений. Используют при получении металлическую шихту. Детали из этой стали, получают такие как: коленчатые валы крупных двигателей, роторов мощных турбин. Легирование стали Леги́рование — добавление в состав материалов примесей для изменения физических или химических свойств основного материала. Легирование является обобщающим понятием ряда технологических процедур, различают объёмное и поверхностное легирование.
Легирование стали имеет назначение повысить ее прочность и сопротивляемость окалинообразованию при высокой температуре. В качестве легирующих присадок применяют хром, молибден, никель, ванадий, титан, вольфрам, ниобий, марганец и бор, которые добавляются в сталь в различных комбинациях. Хром вводят в сталь для повышения ее жаростойкости, т. е. способности противостоять кислородной коррозии при высокой температуре наличие в стали 12— 14 % хрома делает ее нержавеющей. Молибден добавляют для повышения жаропрочности — повышения предела прочности и текучести стали при высоких температурах, а также для улучшения других ее свойств. Никель повышает вязкость стали, ее жаропрочность и сопротивляемость старению. Для повышения сопротивляемости ползучести к низколегированной хромомолибденовой стали добавляют ванадий и ниобий. 11) основные легируемые элементы:
химические элементы, преимущественно металлы, вводимые всостав сплавов для придания им определённых свойств. Основные Л. э. в стали и чугуне-Cr, Ni, Mn, Si, Мо, W, V, Ti, Zr, Be, Nb, Co, Al, Cu, B, Mg; в алюминиевых сплавах — Si, Cu, Mg, Zn, Mn, Ti,Zr; в медных сплавах — Zn, Sn, Pb, Al, Mn, Fe, Ni, Be; в магниевых сплавах — Al, Zn, Mn, Zr; в свинцовыхсплавах — Sn, Zn, Sb; в никелевых сплавах — Cr, Fe, Ti, Al. Л. э. вводят в легируемый металл обычно в видесплавов 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
,
