Mwanadamu wa kisasa amezungukwa na metali mbalimbali katika maisha yake ya kila siku. Vitu vingi tunavyotumia vina kemikali hizi. Haya yote yalitokea kwa sababu watu walipata njia mbalimbali za kupata metali.
Madini ni nini
Kemia isokaboni huhusika na dutu hizi muhimu kwa watu. Kupata metali huruhusu mtu kuunda teknolojia bora zaidi na bora ambayo inaboresha maisha yetu. Wao ni kina nani? Kabla ya kuzingatia njia za jumla za kupata metali, ni muhimu kuelewa ni nini. Vyuma ni kundi la vipengele vya kemikali katika mfumo wa dutu rahisi na sifa za tabia:
• upitishaji joto na umeme;
• upenyo wa juu;
• pambo.
Mtu anaweza kuzitofautisha kwa urahisi na vitu vingine. Kipengele cha sifa ya metali zote ni uwepo wa kipaji maalum. Inapatikana kwa kuakisi miale ya mwanga ya tukio kwenye uso usioisambaza. Shine ni sifa ya kawaida ya metali zote, lakini hutamkwa zaidi katika fedha.
ImewashwaHadi sasa, wanasayansi wamegundua vipengele 96 vya kemikali hivyo, ingawa sio vyote vinatambuliwa na sayansi rasmi. Wamegawanywa katika vikundi kulingana na sifa zao za tabia. Metali zifuatazo zimetengwa kwa njia hii:
• alkali - 6;
• ardhi yenye alkali - 6;
• ya mpito - 38;
• mwanga - 11;
• nusu metali - 7;
• Lanthanides - 14;
• actinides - 14.
Kupata vyuma
Ili kutengeneza aloi, lazima kwanza upate chuma kutoka kwa madini asilia. Vipengele vya asili ni vitu hivyo vinavyopatikana katika asili katika hali ya bure. Hizi ni pamoja na platinamu, dhahabu, bati, zebaki. Hutenganishwa na uchafu kimitambo au kwa usaidizi wa vitendanishi vya kemikali.
Metali nyingine huchimbwa kwa kuchakata misombo yake. Wanapatikana katika mabaki mbalimbali. Ores ni madini na miamba, ambayo ni pamoja na misombo ya chuma kwa namna ya oksidi, carbonates au sulfidi. Ili kuzipata, usindikaji wa kemikali hutumiwa.
Njia za kupata vyuma:
• kupunguza oksidi kwa makaa ya mawe;
• kupata bati kutoka kwa mawe ya bati;
• kuyeyusha chuma;
• misombo ya sulfuri inayounguza katika tanuru maalum.
Ili kuwezesha uchimbaji wa metali kutoka kwa mawe ya madini, vitu mbalimbali vinavyoitwa fluxes huongezwa kwao. Wanasaidia kuondoa uchafu usiohitajika kama udongo, chokaa, mchanga. Kama matokeo ya mchakato huu, misombo ya fusible hupatikana,inayoitwa takataka.
Kukiwa na kiasi kikubwa cha uchafu, madini hutajirishwa kabla ya kuyeyusha chuma kwa kutoa sehemu kubwa ya viambajengo visivyo vya lazima. Mbinu zinazotumika sana kwa matibabu haya ni kuelea, sumaku na mvuto.
Madini ya alkali
Uzalishaji kwa wingi wa metali za alkali ni mchakato changamano zaidi. Hii ni kutokana na ukweli kwamba wao hupatikana katika asili tu kwa namna ya misombo ya kemikali. Kwa kuwa ni mawakala wa kupunguza, uzalishaji wao unaambatana na gharama kubwa za nishati. Kuna njia kadhaa za kuchimba madini ya alkali:
• Lithiamu inaweza kupatikana kutoka kwa oksidi yake katika utupu au kwa elektrolisisi ya kuyeyuka kwa kloridi yake, iliyoundwa wakati wa usindikaji wa spodumene.
• Sodiamu hutolewa kwa kulainisha soda pamoja na makaa ya mawe kwenye misalaba iliyofungwa vizuri au kwa kuyeyushwa kwa kloridi kwa elektroni kwa kuongezwa kwa kalsiamu. Mbinu ya kwanza ndiyo inayotumia muda mwingi zaidi.
• Potasiamu hupatikana kwa elektrolisisi ya kuyeyuka kwa chumvi zake au kwa kupitisha mvuke wa sodiamu kupitia kloridi yake. Pia huundwa kwa mwingiliano wa hidroksidi ya potasiamu iliyoyeyuka na sodiamu kioevu kwenye joto la 440 ° C.
• Cesium na rubidium huchimbwa kwa kupunguza kloridi zao kwa kalsiamu ifikapo 700–800 °C au zirconium kwa 650 °C. Kupata madini ya alkali kwa njia hii ni gharama kubwa sana ya nishati na ni ghali.
Tofauti kati ya metali na aloi
Mpaka ulio wazi kabisa kati ya metali na aloi zake kwa kweli haupo, kwani hata vitu safi na rahisi zaidi vinakiasi fulani cha uchafu. Kwa hivyo ni tofauti gani kati yao? Takriban metali zote zinazotumika katika viwanda na sekta nyinginezo za uchumi wa taifa hutumika katika mfumo wa aloi zilizopatikana kimakusudi kwa kuongeza viambajengo vingine kwenye kipengele kikuu cha kemikali.
Aloi
Teknolojia inahitaji nyenzo mbalimbali za chuma. Wakati huo huo, vipengele vya kemikali safi hazitumiwi, kwa kuwa hawana mali muhimu kwa watu. Kwa mahitaji yetu, tumevumbua njia tofauti za kupata aloi. Neno hili linarejelea nyenzo isiyo na usawa ambayo inajumuisha vipengele 2 au zaidi vya kemikali. Katika kesi hii, vipengele vya chuma vinatawala katika alloy. Dutu hii ina muundo wake. Katika aloi, vipengele vifuatavyo vinajulikana:
• besi inayojumuisha metali moja au zaidi;
• nyongeza ndogo za vipengele vya kurekebisha na aloi;
• uchafu usioondolewa (kiteknolojia, asili, nasibu).
Aloi za chuma ndio nyenzo kuu ya muundo. Katika teknolojia, kuna zaidi ya 5000 kati yao.
Aina za aloi
Licha ya aina mbalimbali za aloi, zile zinazotokana na chuma na alumini ni muhimu sana kwa watu. Wao ni wa kawaida zaidi katika maisha ya kila siku. Aina za aloi ni tofauti. Aidha, wamegawanywa kulingana na vigezo kadhaa. Kwa hivyo, njia anuwai za utengenezaji wa aloi hutumiwa. Kulingana na kigezo hiki, wamegawanywa katika:
• Tuma, ambayoimepatikana kwa kuyeyusha vijenzi vilivyochanganywa.
• Poda, iliyoundwa kwa kubofya mchanganyiko wa poda na kisha kuoka kwenye joto la juu. Kwa kuongezea, mara nyingi vifaa vya aloi kama hizo sio tu vitu rahisi vya kemikali, lakini pia misombo yao anuwai, kama vile titanium au tungsten carbides kwenye aloi ngumu. Kujumlisha kwao katika idadi fulani hubadilisha sifa za nyenzo za metali.
Njia za kupata aloi katika muundo wa bidhaa iliyokamilishwa au tupu imegawanywa katika:
• mwanzilishi (silumini, chuma cha kutupwa);
• chuma (vyuma);
• poda (titanium, tungsten).
Aina za aloi
Njia za kupata metali ni tofauti, ilhali nyenzo zinazotolewa kutokana nazo zina sifa tofauti. Katika hali dhabiti ya mkusanyiko, aloi ni:
• Homogeneous (sare), inayojumuisha fuwele za aina sawa. Mara nyingi hujulikana kama awamu moja.
• Tofauti tofauti (tofauti), inayoitwa awamu nyingi. Zinapopatikana, suluhisho thabiti (awamu ya matrix) inachukuliwa kama msingi wa aloi. Muundo wa vitu tofauti vya aina hii hutegemea muundo wa vitu vyake vya kemikali. Aloi kama hizo zinaweza kuwa na vipengee vifuatavyo: miyeyusho thabiti ya unganishi na uingizwaji, misombo ya kemikali (carbides, intermetallides, nitridi), fuwele za dutu rahisi.
Sifa za aloi
Bila kujali ni njia gani za kupata metali na aloi hutumika, sifa zao huamuliwa kabisa na fuwele.muundo wa awamu na microstructure ya nyenzo hizi. Kila mmoja wao ni tofauti. Mali ya macroscopic ya aloi hutegemea muundo wao mdogo. Kwa hali yoyote, hutofautiana na sifa za awamu zao, ambazo hutegemea tu muundo wa kioo wa nyenzo. Homogeneity ya jumla ya aloi nyingi tofauti (multiphase) hupatikana kutokana na mgawanyo sawa wa awamu katika tumbo la chuma.
Sifa muhimu zaidi ya aloi ni weldability. Vinginevyo, wao ni sawa na metali. Kwa hivyo, aloi zina conductivity ya mafuta na umeme, ductility na uakisi (luster).
Aina za aloi
Njia tofauti za kupata aloi zimemruhusu mwanadamu kuvumbua idadi kubwa ya nyenzo za metali zenye sifa na sifa tofauti. Kulingana na madhumuni yao, wamegawanywa katika vikundi vifuatavyo:
• Kimuundo (chuma, duralumin, chuma cha kutupwa). Kundi hili pia linajumuisha aloi na mali maalum. Kwa hivyo wanatofautishwa na usalama wa ndani au mali ya kuzuia msuguano. Hizi ni pamoja na shaba na shaba.
• Kwa fani za kumimina (babbit).
• Kwa ajili ya kupasha joto na vifaa vya kupimia vya umeme (nichrome, manganin).
• Kwa utengenezaji wa zana za kukata (kushinda).
Katika uzalishaji, watu pia hutumia aina nyingine za nyenzo za chuma, kama vile aloi za fusible, zinazostahimili joto, zinazostahimili kutu na amofasi. Sumaku na thermoelectrics (telurides na selenides za bismuth, risasi, antimoni na nyinginezo) pia hutumiwa sana.
Aloi za chuma
Kivitendo madini yote ya chuma yanayoyeyushwa Duniani yanaelekezwa katika utengenezaji wa vyuma rahisi na vya aloi. Pia hutumiwa katika uzalishaji wa chuma. Aloi za chuma zimepata umaarufu wao kutokana na ukweli kwamba zina mali ambazo zina manufaa kwa wanadamu. Walipatikana kwa kuongeza vipengele mbalimbali kwa kipengele rahisi cha kemikali. Kwa hiyo, pamoja na ukweli kwamba aloi mbalimbali za chuma zinafanywa kwa misingi ya dutu moja, chuma na chuma cha kutupwa vina mali tofauti. Matokeo yake, wanapata aina mbalimbali za maombi. Vyuma vingi ni ngumu zaidi kuliko chuma cha kutupwa. Mbinu mbalimbali za kupata metali hizi hukuruhusu kupata madaraja (bidhaa) tofauti za aloi hizi za chuma.
Boresha sifa za aloi
Kwa kuunganisha metali fulani na vipengele vingine vya kemikali, nyenzo zilizo na sifa zilizoboreshwa zinaweza kupatikana. Kwa mfano, nguvu ya mavuno ya alumini safi ni 35 MPa. Wakati wa kupata aloi ya chuma hiki na shaba (1.6%), zinki (5.6%), magnesiamu (2.5%), takwimu hii inazidi MPa 500.
Kwa kuchanganya uwiano tofauti wa kemikali tofauti, nyenzo za chuma zilizo na sifa bora za sumaku, mafuta au umeme zinaweza kupatikana. Jukumu kuu katika mchakato huu linachezwa na muundo wa aloi, ambayo ni usambazaji wa fuwele zake na aina ya vifungo kati ya atomi.
Vyuma na pasi
Aloi hizi hupatikana kwa kuchanganya chuma na kaboni (2%). Katika uzalishaji wa vifaa vya alloyed, huongezwanikeli, chrome, vanadium. Vyuma vyote vya kawaida vimegawanywa katika aina:
• kaboni ya chini (0.25% ya kaboni) inayotumika kwa miundo mbalimbali;
• Kaboni ya juu (zaidi ya 0.55%) imeundwa kwa zana za kukata.
Aina tofauti za vyuma vya aloi hutumika katika uhandisi wa mitambo na bidhaa zingine.
Aloi ya chuma yenye kaboni, asilimia ambayo ni 2-4%, inaitwa chuma cha kutupwa. Nyenzo hii pia ina silicon. Bidhaa mbalimbali zenye sifa nzuri za kiufundi hutupwa kutoka kwa chuma cha kutupwa.
Metali zisizo na feri
Kando na chuma, vipengele vingine vya kemikali pia hutumika kutengeneza nyenzo mbalimbali za metali. Kama matokeo ya mchanganyiko wao, aloi zisizo na feri hupatikana. Katika maisha ya watu, nyenzo kulingana na:zimepata matumizi makubwa zaidi
• Shaba, inayoitwa shaba. Zina zinki 5-45%. Ikiwa maudhui yake ni 5-20%, basi shaba inaitwa nyekundu, na ikiwa 20-36% - njano. Kuna aloi za shaba na silicon, bati, beryllium, alumini. Wanaitwa bronzes. Kuna aina kadhaa za aloi hizi.
• Lead, ambayo ni solder ya kawaida (tretnik). Katika aloi hii, sehemu 2 za bati huanguka kwenye sehemu 1 ya kemikali hii. Bearings hutengenezwa kwa kutumia babbitt, ambayo ni aloi ya risasi, bati, arseniki na antimoni.
• Alumini, titanium, magnesiamu na beriliamu, ambazo ni aloi nyepesi zisizo na feri na nguvu za juu na kiufundi bora.mali.
Njia za kupata
Njia kuu za kupata metali na aloi:
• Foundry, ambamo mchanganyiko wa homogeneous wa vijenzi tofauti vilivyoyeyushwa huganda. Ili kupata aloi, njia za pyrometallurgical na electrometallurgiska za kupata metali hutumiwa. Katika tofauti ya kwanza, nishati ya joto iliyopatikana katika mchakato wa mwako wa mafuta hutumiwa kwa joto la malighafi. Njia ya pyrometallurgical huzalisha chuma katika tanuri za wazi na chuma cha kutupwa katika tanuu za mlipuko. Kwa njia ya electrometallurgiska, malighafi huwashwa katika induction au tanuu za arc za umeme. Wakati huo huo, malighafi inalainika haraka sana.
• Poda, ambayo poda ya vijenzi vyake hutumika kutengeneza aloi. Shukrani kwa kubonyeza, hupewa umbo fulani, na kisha kuoka katika oveni maalum.
