Одержання металів високої чистоти. Чистіший, ще чистіший! "чисті метали" у книгах
Загальні короткі відомості
Донедавна тугоплавкі метали - ванадій, хром, ніобій, тантал, молібден і вольфрам застосовувалися головним чином для легування сплавів на основі таких металів, як залізо, нікель, кобальт, алюміній, мідь та в дуже обмеженій кількості в інших галузях промисловості, наприклад в електроламповій та хімічній промисловості.
Для легування було достатньо мати метали з вмістом 1-2% домішок. Тугоплавкі метали з таким вмістом домішок надзвичайно крихкі і не придатні для використання як конструкційні матеріали. Однак пластичність тугоплавких металів зростає з підвищенням їх чистоти, і проблема їх застосування як конструкційні матеріали стала цілком реальною після розробки методів отримання цих металів з дуже малим вмістом домішок.
Тугоплавкі метали зазвичай отримують відновленням їх солей або оксидів активними металами або воднем, а також електролізом.
Ванадій отримують відновленням його п'ятиокису кальцієм або трихлористого ванадію магнієм або кальцієм. Найбільш чистий ванадій одержують йодидним способом, а також електролітичним рафінуванням у розплавлених солях.
Простим способом отримання досить чистого хрому є електролітичне осадження його водних розчинів. Електролітичний хром містить, однак, досить значні кількості кисню та водню. Чистий хром отримують йодидним методом, а також вакуумною дистиляцією і водневим рафінуванням технічно чистого хрому.
Ніобій зустрічається у природі зазвичай разом із танталом. Тому при отриманні цих металів у чистому вигляді необхідний ретельний їх поділ. Після поділу чистий тантал отримують відновленням фтортанталату його натрієм або іншими активними металами. Ніобій витягують з карбіду або окису ніобію, які утворюються при поділі танталу та ніобію. Ніобій можна також отримати електролізом фторніобату калію та відновленням пентахлориду ніобію воднем. Для остаточного очищення тантал та ніобій переплавляють у глибокому вакуумі.
Молібден і вольфрам отримують відновленням їх очищених оксидів, хлоридів або солей амонію воднем.
Слід зазначити, що після вилучення з руд більшість тугоплавких металів має форму порошку чи губки. Тому для отримання їх у компактній формі застосовують методи порошкової металургії, дугову плавку, а останнім часом дуже ефективну електронно-променеву плавку.
Фізичні та хімічні властивості чистих тугоплавких металів
Тугоплавкі метали, що розглядаються тут, відносяться до підгруп VA (ванадій, ніобій і тантал) і VIA (хром, молібден і вольфрам).
Деякі фізичні властивості чистих тугоплавких металів наведено у табл. 25.
З інших фізичних властивостей чистих тугоплавких металів слід відзначити порівняно невеликий поперечний переріз захоплення теплових нейтронів: ніобій 1,1, молібден 2,4, хром 2,9 і вольфрам 4,7 барна. Найчистіші вольфрам та молібден при температурах поблизу абсолютного нуля – надпровідники.
Це стосується також і ванадію, ніобію і танталу, температури переходу яких у надпровідний стан відповідно дорівнюють 5,9 і 4,5° До.
Хімічні властивості чистих тугоплавких металів дуже різні. Хром при кімнатній температурі стійкий до дії повітря та води. З підвищенням температури активність хрому зростає і він безпосередньо з'єднується з галогенами, азотом, вуглецем, кремнієм, бором та іншими елементами, а в кисні згоряє.
Ванадій хімічно активний. Він починає взаємодіяти з киснем, воднем і азотом вже за температур вище 300° З. З галогенами ванадій реагує безпосередньо при нагріванні до 150-200° З.
Молібден при кімнатній температурі стійкий на повітрі та в кисні, але при нагріванні вище 400 ° С починає інтенсивно окислюватися. Він хімічно не реагує з воднем, але поглинає його. Молібден активно взаємодіє з фтором при звичайній температурі, з хлором починає взаємодіяти при 180°, а з парами йоду він майже не реагує.
Вольфрам також стійкий на повітрі та в кисні при кімнатній температурі, але сильно окислюється при нагріванні вище 500 ° С. З воднем вольфрам не реагує аж до температури плавлення. Він реагує з фтором при кімнатній температурі, з хлором - при температурі вище 300° З дуже важко взаємодіє з парами йоду.
З металів, що розглядаються, чисті тантал і ніобій характеризуються найбільш високою корозійною стійкістю. Вони стійкі в соляній, сірчаній, азотній та інших кислотах і трохи менші в лугах. У багатьох середовищах чистий тантал за своєю хімічною стійкістю наближається до платини. Характерною особливістю танталу та ніобію є їх здатність поглинати великі кількості водню, азоту та кисню. При нагріванні вище 500° ці метали інтенсивно окислюються на повітрі.
Для можливості застосування тугоплавких металів при підвищених температурах особливе значення має схильність до окислення. З аналізованих металів лише чистий хром має високий опір окисленню. Всі інші тугоплавкі метали інтенсивно окислюються при температурах вище 500-600 ° С. Висока стійкість хрому до окислення обумовлена утворенням на його поверхні щільною тугоплавкою окисної плівки, яка захищає метал від подальшого окислення. На поверхні інших тугоплавких металів не утворюється захисних плівок.
Окиси молібдену та ванадію дуже легкоплавкі (температури їх плавлення відповідно 795 і 660 ° С) і леткі. Окисли ніобію, танталу та вольфраму мають порівняно високі температури плавлення (відповідно 1460, 1900 і 1470° С), але їх питомі обсяги значно перевищують питомі обсяги відповідних металів. З цієї причини окисні плівки навіть при дуже невеликій їх товщині розтріскуються і відшаровуються від металу, відкриваючи доступ кисню до його чистої поверхні.
Механічні властивості чистих тугоплавких металів та вплив домішок на ці властивості
Так як всі описувані тугоплавкі метали мають об'ємноцентровані грати, їх механічні властивості мають ряд особливостей, характерних для металів з такою структурою. Механічні властивості тугоплавких металів (міцність на розрив, пластичність, твердість) сильно залежать від наявності у них домішок. Негативний вплив навіть мізерних кількостей домішок на їх пластичні властивості винятково велике.
Вирішальну роль зміні механічних характеристик об'ємноцентрованих металів відіграють такі домішки впровадження, як вуглець, азот, кисень, водень, які входять у межузельные простори.
Так, у молібдені, плавленому в дуговій печі, вміст вуглецю можна знизити до 0,01%, а вміст газів можна довести до дуже малих величин, наприклад, кисню до 1 частини на мільйон. Такий пруток може бути зігнутий без руйнування до температури порядку -50°, а при ударному випробуванні ламається.
Зонним плавленням вміст вуглецю в молібдені можна знизити з 0,01 до 0,002% і нижче. При ударному випробуванні зонноочищені прутки зберігають свою пластичність до -140° З. Звідси випливає, що пластичність молібдену (і навіть інших тугоплавких металів) є функція їх чистоти щодо домішок застосування. Звільнені від цих домішок молібден та інші тугоплавкі метали легко витримують холодну обробку (прокатку, штампування та інші подібні операції).
Дуже сильно впливає ступінь очищення молібдену від кисню на температуру переходу в тендітний стан: при 0,01% O2 вона дорівнює плюс 300 ° С, при 0,002% O2 - плюс 25 ° С, а при 0,0001% O2 - мінус 196 ° З.
В даний час (методом зонної плавки з електронно-променевим нагріванням) вирощують великі монокристали молібдену довжиною близько 500 мм та перетином 25х75 мм. У цих монокристалах досягнуто високої чистоти матеріалу із загальним вмістом домішок впровадження менше 40 частин на 1 мільйон. Такі монокристали чистого молібдену характеризуються дуже високою пластичністю до температури рідкого гелію.
Монокристал молібдену може бути вигнутий без руйнування на 180 град., з монокристалу молібдену діаметром 12 мм холодною деформацією можна отримати дріт діаметром 30 мкм і довжиною 700-800 м або фольгу товщиною 50 мкм, яка може бути піддана дуже холодній для одержання низки відповідальних деталей електровакуумних приладів.
Подібним методом отримують монокристали інших тугоплавких металів - вольфраму, ванадію, ніобію, танталу. Вольфрам виробляється в даний час методом електронно-променевої зонної плавки у формі монокристалів діаметром близько 5 мм і довжиною близько 250 мм високої щільності та чистоти (99,9975% W). Такий вольфрам пластичний навіть за нормальної температури - 170° З.
Отримані електронно-променевою плавкою монокристали вольфраму витримують вигин удвічі за кімнатної температури, що свідчить про дуже низьку температуру переходу цього металу з пластичного в крихкий стан. Для звичайного вольфраму початок переходу в крихкий стан знаходиться при температурі вище 700°.
Вольфрамові монокристали легко витримують холодну обробку та застосовуються в даний час для виготовлення дроту, пруткового матеріалу, листів та інших напівфабрикатів. Монокристалічний ніобій може деформуватися при кімнатній температурі до 90% обтиснення і зберігає досить високу пластичність при температурі рідкого азоту (-194°С). Монокристал танталу, обжатий на 80%, при виготовленні дроту також має ще достатню пластичність.
Чудова пластичність, мінімальне зміцнення при нагартовке, висока корозійна стійкість і хороша стабільність характерні для високочистих тугоплавких металів, які отримують у формі монокристалів методом електронно-променевої зонної плавки. Ванадій, ніобій і тантал у вигляді полікристалічних злитків електронно-променевої плавки або очищених зонною плавкою монокристалів навіть при дуже глибокому охолодженні не переходять у крихкий стан.
Застосування чистих тугоплавких металів
Застосування чистих тугоплавких металів (а надалі вони будуть, очевидно, застосовуватися тільки в такому вигляді) розвивається за двома головними напрямками: 1) для надзвукової авіації, керованих снарядів, ракет та космічних кораблів; 2) для електронної техніки. В обох випадках необхідні найчистіші метали, що мають дуже високу пластичність, що, як ми бачили вище, досягається глибоким очищенням тугоплавких металів від домішок впровадження.
Жароміцні сталі та сплави на нікелевій та кобальтовій основі, які можуть працювати при температурах 650-870° С, вже не задовольняють вимогам надзвукової авіації та ракетної техніки. Необхідні матеріали, що мають досить тривалу міцність при температурах вище 1100°С. Такими матеріалами є чисті тугоплавкі метали (або сплави на їх основі), здатні до пластичної деформації.
Для виготовлення обшивки надзвукових літаків і ракет потрібні листи з чистих молібдену і ніобію, що мають більшу питому міцність, ніж тантал і вольфрам, до 1300 ° С.
У більш важких умовах працюють деталі повітряно-реактивних, ракетних та турбореактивних турбін. Для виготовлення цих деталей, що працюють при температурах до 1370 ° С, доцільно застосовувати чисті молібден і ніобій, але при більш високих температурах придатні лише тантал та вольфрам. Для роботи при температурі вище 1370 ° С найбільший інтерес представляє чистий тантал та його сплави, які мають порівняно високу пластичність при таких температурах, а по жароміцності не поступаються вольфраму.
У найжорсткіших умовах працюють деталі газових турбін. Для таких деталей найбільш підходять чистий ніобій і сплави на його основі, що мають прийнятний опір окислення.
Чисті тугоплавкі метали знаходять різноманітне застосування в електронній та вакуумній техніці. Тантал є добрим геттером і широко використовується при виробництві електровакуумних радіоламп. Ніобій застосовується в електровакуумної техніки для виготовлення анодів, сіток, трубок та інших деталей. Молібден і вольфрам використовують в електровакуумних приладах та радіолампах для виготовлення ниток розжарювання, електродів, гачків, підвісок, анодів та сіток.
Високочисті та безпористі монокристали вольфраму знаходять застосування як підігрівач катодів в електровакуумних приладах, для електричних контактів, у вакуумних перемикачах, у вводах у вакуумні установки - там, де відсутність газів є важливим фактором.
Чисті тугоплавкі метали, що виготовляються із застосуванням електронно-променевої плавки, знайдуть безпосереднє застосування у виробництві мініатюрних електронних приладів. Інтерес являють собою покриття з чистих тугоплавких металів, одержувані напиленням або термічним розкладанням сполук тугоплавких металів.
Чисті ванадій та ніобій завдяки малому поперечному перерізу захоплення теплових нейтронів успішно застосовуються і в ядерній енергетиці. З ванадію виготовляють тонкостінні труби для атомних реакторів, оболонки тепловиділяючих елементів, оскільки він не сплавляється з ураном і має хорошу теплопровідність та достатню корозійну стійкість.
Чистий ніобій не взаємодіє з розплавленим натрієм і вісмутом, які часто застосовують як теплоносії, і не утворює з ураном тендітних сполук.
Чистий тантал завдяки його високій корозійній стійкості застосовують для виготовлення деталей хімічної апаратури, що працюють у кислих агресивних середовищах, наприклад, при виробництві штучного волокна. Останнім часом тантал тут часто замінюють чистим ніобієм, який дешевшим і більш поширеним у природі. Аналогічні сфери застосування має і чистий хром. Цими прикладами далеко не вичерпуються всі області застосування чистих тугоплавких металів.
07.02.2020
Перед тим, як придбати поличкові стелажі, підприємцю варто розібратися в їх видах, призначенні та нюансах купівлі. Розглянемо всі основні...
07.02.2020
Перш ніж хапати з прилавка перший подовжувач, що попався, і платити за нього гроші, потрібно усвідомити для себе, чи підходить прилад по довжині шнура, числу розеток,...
06.02.2020
Геотекстиль чи геотканина, призначена для садових доріжок, є біологічно чистим матеріалом. Тонкі пресовані нитки створюють її. У ландашфтному дизайні...
Якщо в періодичній таблиці елементів Д. І. Менделєєва провести діагональ від берилію до астату, то зліва внизу по діагоналі будуть знаходитися елементи-метали (до них відносяться елементи побічних підгруп, виділені синім кольором), а праворуч вгорі – елементи-неметали (виділені жовтим кольором). Елементи, розташовані поблизу діагоналі - напівметали або металоїди (B, Si, Ge, Sb та ін), мають подвійний характер (виділені рожевим кольором).
Як очевидно з малюнка, переважна більшість елементів є металами.
За своєю хімічною природою метали – це хімічні елементи, атоми яких віддають електрони із зовнішнього чи переднього енергетичного рівнів, утворюючи у своїй позитивно заряджені іони.
Практично всі метали мають порівняно великі радіуси та малу кількість електронів (від 1 до 3) на зовнішньому енергетичному рівні. Для металів характерні низькі значення електронегативності та відновлювальні властивості.
Найбільш типові метали розташовані на початку періодів (починаючи з другого), далі зліва направо металеві властивості слабшають. У групі зверху донизу металеві властивості посилюються, тому що збільшується радіус атомів (за рахунок збільшення числа енергетичних рівнів). Це призводить до зменшення електронегативності (здатності притягувати електрони) елементів та посилення відновлювальних властивостей (здатність віддавати електрони іншим атомам у хімічних реакціях).
Типовимиметалами є s-елементи (елементи IА-групи від Li до Fr. Елементи ПА-групи від Мg до Rа). Загальна електронна формула їх атомів ns 1-2. Їх характерні ступеня окислення + I і +II відповідно.
Невелика кількість електронів (1-2) на зовнішньому енергетичному рівні атомів типових металів передбачає легку втрату цих електронів та прояв сильних відновлювальних властивостей, що відбивають низькі значення електронегативності. Звідси випливає обмеженість хімічних властивостей та способів одержання типових металів.
Характерною особливістю типових металів є прагнення їх атомів утворювати катіони та іонні хімічні зв'язки з атомами неметалів. Сполуки типових металів з неметалами — це іонні кристали «катіон металааніон неметалу», наприклад, К + Вг — , Сa 2+ Про 2-. Катіони типових металів входять також до складу сполук зі складними аніонами - гідроксидів і солей, наприклад Мg 2+ (ON -) 2 , (Li +) 2СО 3 2-.
Метали А-груп, що утворюють діагональ амфотерності в Періодичній системі Ве-Аl-Gе-Sb-Ро, а також метали, що примикають до них (Gа, In, Тl, Sn, Рb, Вi) не виявляють типово металевих властивостей. Загальна електронна формула їх атомів ns 2 np 0-4 передбачає більшу різноманітність ступенів окислення, більшу здатність утримувати власні електрони, поступове зниження їх відновлювальної здатності і поява окислювальної здатності, особливо у високих ступенях окислення (характерні приклади - сполуки Тl III, Рb IV, Vi v). Подібна хімічна поведінка характерна і для більшості (d-елементів, т. Е. Елементів Б-груп Періодичної системи (типові приклади - амфотерні елементи Сr і Zn).
Це прояв двоїстості (амфотерності) властивостей, одночасно металевих (основних) та неметалічних, обумовлено характером хімічного зв'язку. У твердому стані з'єднання нетипових металів з неметалами містять переважно ковалентні зв'язки (але менш міцні ніж зв'язки між неметалами). У розчині ці зв'язки легко розриваються, а сполуки дисоціюють на іони (повністю або частково). Наприклад, метал галій складається з молекул Ga 2 , у твердому стані хлориди алюмінію і ртуті (II) АlСl 3 і НgСl 2 містять сильно ковалентні зв'язки, але в розчині АlСl 3 дисоціює майже повністю, а НgСl 2 - дуже мало (та й то на іони НgСl + і Сl -).
Загальні фізичні властивості металів
Завдяки наявності вільних електронів («електронного газу») у кристалічній решітці всі метали виявляють такі характерні загальні властивості:
1) Пластичність- Здатність легко змінювати форму, витягуватися в дріт, прокочуватися в тонкі листи.
2) Металевий блискта непрозорість. Це пов'язано з взаємодією вільних електронів з світлом, що падає на метал.
3) Електропровідність. Пояснюється спрямованим рухом вільних електронів від негативного полюса до позитивного під впливом невеликої різниці потенціалів. Під час нагрівання електропровідність зменшується, т.к. з підвищенням температури посилюються коливання атомів та іонів у вузлах кристалічних ґрат, що ускладнює спрямований рух «електронного газу».
4) Теплопровідність.Зумовлена високою рухливістю вільних електронів, завдяки чому відбувається швидке вирівнювання температури маси металу. Найбільша теплопровідність – у вісмуту та ртуті.
5) Твердість.Найтвердіший – хром (ріже скло); найм'якіші – лужні метали – калій, натрій, рубідій та цезій – ріжуться ножем.
6) Густина.Вона тим менша, чим менша атомна маса металу і більший радіус атома. Найлегший – літій (ρ=0,53 г/см3); найважчий – осмій (ρ=22,6 г/см3). Метали, що мають щільність менше 5 г/см3, вважаються «легкими металами».
7) Температури плавлення та кипіння.Найлегший метал - ртуть (т.пл. = -39 ° C), найтугоплавкіший метал - вольфрам (t ° пл. = 3390 ° C). Метали з t°пл. вище 1000°C вважаються тугоплавкими, нижче низькоплавкими.
Загальні хімічні властивості металів
Сильні відновники: Me 0 - n → Me n +
Ряд напруг характеризує порівняльну активність металів в окисно-відновних реакціях у водних розчинах. 
I. Реакції металів із неметалами
1) З киснем:
2Mg + O 2 → 2MgO
2) З сіркою:
Hg + S → HgS
3) З галогенами:
Ni + Cl 2 - t ° → NiCl 2
4) З азотом:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2
5) З фосфором:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2
6) З воднем (реагують тільки лужні та лужноземельні метали):
2Li + H 2 → 2LiH
Ca + H 2 → CaH 2
ІІ. Реакції металів із кислотами
1) Метали, що стоять в електрохімічному ряду напруги до H відновлюють кислоти-неокислювачі до водню:
Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2
2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2
6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2
2) З кислотами-окислювачами:
При взаємодії азотної кислоти будь-якої концентрації та концентрованої сірчаної з металами водень ніколи не виділяється! 
Zn + 2H 2 SO 4(К) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
4Zn + 5H 2 SO 4(К) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
3Zn + 4H 2 SO 4(К) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O
2H 2 SO 4(к) + Сu → Сu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O
10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
4HNO 3 (к) + Сu → Сu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
ІІІ. Взаємодія металів із водою
1) Активні (лужні та лужноземельні метали) утворюють розчинну основу (луг) і водень:
2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2
Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
2) Метали середньої активності окислюються водою при нагріванні до оксиду:
Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2
3) Неактивні (Au, Ag, Pt) – не реагують.
IV. Витіснення більш активними металами менш активних металів із розчинів їх солей:
Cu + HgCl 2 → Hg + CuCl 2
Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4
У промисловості часто використовують не чисті метали, а їх суміші. сплави, У яких корисні властивості одного металу доповнюються корисними властивостями іншого. Так, мідь має невисоку твердість і малопридатна для виготовлення деталей машин, сплави ж міді з цинком ( латунь) є вже досить жорсткими і широко використовуються в машинобудуванні. Алюміній має високу пластичність і достатню легкість (малу щільність), але занадто м'який. На його основі готують сплав із магнієм, міддю та марганцем — дуралюмін (дюраль), який, не втрачаючи корисних властивостей алюмінію, набуває високої твердості та стає придатним в авіабудуванні. Сплави заліза з вуглецем (і добавками інших металів) – це широко відомі чавуні сталь.
Метали у вільному вигляді є відновниками.Однак реакційна здатність деяких металів невелика через те, що вони покриті поверхневою оксидною плівкою, різною мірою стійкою до дії таких хімічних реактивів, як вода, розчини кислот та лугів.
Наприклад, свинець завжди покритий оксидною плівкою, для його переходу в розчин потрібно не тільки вплив реактиву (наприклад, розведеної азотної кислоти), а й нагрівання. Оксидна плівка на алюмінії перешкоджає реакції з водою, але під дією кислот і лугів руйнується. Пухка оксидна плівка (іржа), що утворюється на поверхні заліза у вологому повітрі, не заважає подальшому окисленню заліза.
Під дією концентрованихкислот на металах утворюється стійкаоксидна плівка. Це явище називається пасивацією. Так, у концентрованій сірчаної кислотипасивуються (і після цього не реагують з кислотою) такі метали, як Ве, Вi, З, Fе, Мg і Nb, а в концентрованій азотній кислоті - метали А1, Ве, Вi, З, Сг, Fе, Nb, Ni, РЬ , Тh та U.
При взаємодії з окислювачами в кислих розчинах більшість металів переходить в катіони, заряд яких визначається стійким ступенем окислення даного елемента в сполуках (Nа + Са 2+ А1 3+ Fe 2+ і Fе 3+)
Відновлювальна активність металів у кислому розчині передається рядом напруг. Більшість металів переводиться в розчин соляної та розведеної сірчаною кислотами, але Сu, Аg та Нg – лише сірчаною (концентрованою) та азотною кислотами, а Рt та Аі – «царською горілкою».
Корозія металів
Небажаною хімічною властивістю металів є їх , тобто активне руйнування (окислення) при контакті з водою та під впливом розчиненого в ній кисню (киснева корозія).Наприклад, широко відома корозія залізних виробів у воді, у результаті утворюється іржа, і вироби розсипаються на порошок.
Корозія металів протікає у воді також через присутність розчинених газів 2 і 2 ; створюється кислотне середовище, і катіони Н + витісняються активними металами у вигляді водню Н 2 ( воднева корозія).
Особливо корозійно-небезпечним може бути місце контакту двох різнорідних металів ( контактна корозія).Між одним металом, наприклад Fе, іншим металом, наприклад Sn або Сu, поміщеними у воду, виникає гальванічна пара. Потік електронів йде від активнішого металу, що стоїть ліворуч у ряді напруг (Ре), до менш активного металу (Sn, Сu), і більш активний метал руйнується (кородує).
Саме через це іржавіє луджена поверхня консервних банок (залізо, вкрите оловом) при зберіганні у вологій атмосфері та недбалому поводженні з ними (залізо швидко руйнується після появи хоча б невеликої подряпини, що допускає контакт заліза з вологою). Навпаки, оцинкована поверхня залізного відра довго не іржавіє, оскільки навіть за наявності подряпин корродує не залізо, а цинк (активніший метал, ніж залізо).
Опір корозії для даного металу посилюється при його покритті активнішим металом або при їх сплавленні; так, покриття заліза хромом чи виготовлення сплаву заліза з хромом усуває корозію заліза. Хромоване залізо та сталь, що містить хром ( нержавіюча сталь), мають високу корозійну стійкість.
електрометалургія, Т. е. отримання металів електролізом розплавів (для найбільш активних металів) або розчинів солей;
пірометалургія, Т. е. відновлення металів з руд при високій температурі (наприклад, отримання заліза в доменному процесі);
гідрометалургія, Т. е. виділення металів з розчинів їх солей більш активними металами (наприклад, отримання міді з розчину СуSO 4 дією цинку, заліза або алюмінію).
У природі іноді зустрічаються самородні метали (характерні приклади - Аg, Аu, Рt, Нg), але частіше метали знаходяться у вигляді сполук ( металеві руди). За поширеністю в земній корі метали різні: від найпоширеніших - Аl, Nа, Са, Fе, Мg, К, Тi) до рідкісних - Вi, In, Аg, Аu, Рt, Rе.
Дозволяє заощадити енергоресурси (кокс, вугілля), отримати більший вихід готової продукції із сировини, скоротити цикл виробництва з одночасним підвищенням якості та покращенням екологічного стану атмосфери. Це металургія, а саме відновлення металів за допомогою водню.
Передісторія, або Вперед у минуле за чистими металами
Металургія супроводжує людство з часів бронзового та залізного віків. Ще за 14 століть до н. е. давні люди виплавляли залізо кричним способом. Принцип полягав у відновленні залізняку вугіллям при порівняно невисокій температурі 1000 °C. У результаті отримували крицю - залізну губку, потім її проковували до отримання болванки, з якої виготовляли предмети побуту та зброю.
Вже в XIV столітті стали з'являтися примітивні горни і домниці, які започаткували сучасні металургійні процеси: домінний, мартенівський і конвертерний. Велика кількість кам'яного вугілля і залізняку надовго закріпили ці методи як основні. Однак, що підвищуються вимоги до якості продукції, економія ресурсів і екологічна безпека призвели до того, що вже в середині XIX століття почали повертатися до джерел: використовувати пряме відновлення чистих металів. Перша сучасна така установка з'явилася 1911 р. у Швеції, яка випускала малі партії отриманих з допомогою водню металів чистотою 99,99%. Споживачами тоді були лише дослідні лабораторії. У 1969 р. у Портленді (США) запрацювала фабрика, що випускала до 400 тис. Тонн чистих металів. А вже 1975 р. у світі цим способом випускалося 29 млн. тонн сталі.
Нині на таку продукцію чекають не лише авіаційна, приладобудівна галузь, підприємства з виготовлення медичних інструментів та електроніки, а й багато інших. Особливу перевагу ця технологія отримала у кольоровій металургії, але в недалекій перспективі і воднева чорна металургія.
Дуже довго вважалися тендітними і деякі інші метали - хром, молібден, вольфрам, тантал, вісмут, цирконій і т. д. Однак так було доти, доки не навчилися отримувати їх у досить чистому вигляді. Як тільки це вдалося, виявилося, що ці метали дуже пластичні навіть за низьких температур. Крім того, вони не іржавіють і мають ще цілу низку цінних властивостей. Тепер ці метали широко застосовують у різних галузях промисловості.
Але що ж таке – чистий метал? Виявляється, на це також не можна дати однозначної відповіді. Умовно по чистоті метали поділяються на три групи – технічно чисті, хімічно чисті та особливо чисті. Якщо сплав містить не менше 99,9 відсотка основного металу – це технічна чистота. Від 99,9 до 99,99 відсотка – хімічна чистота. Якщо ж 99,999 і більше – це особливо чистий метал. У побуті вчені застосовують й інше визначення чистоти – за кількістю дев'яток після коми. Говорять: «чистота три дев'ятки», «чистота п'ять дев'яток» тощо.
Спочатку промисловість цілком задовольняли хімічно, а й навіть технічно чисті метали. Але науково-технічна революція висунула набагато жорсткіші вимоги. Перші замовлення на надчисті метали надійшли від атомної промисловості. Десятитисячні, а часом і мільйонні частки відсотка деяких домішок робили непридатними уран, торій, берилій, графіт. Отримання надчистого урану було, мабуть, головною складністю при створенні атомної бомби.
Потім висунула свої вимоги реактивна техніка. Надчисті метали були потрібні для отримання особливо жаростійких і жаростійких сплавів, які мали працювати в камерах згоряння реактивних літаків та ракет. Не встигли металурги впоратися із цим завданням, як надійшла нова «заявка» – на напівпровідники. Це завдання було важче – у багатьох напівпровідникових матеріалах кількість домішок не повинна перевищувати мільйонної частки відсотка! Нехай ця мізерна величина не бентежить вас. Навіть і за такої чистоти, де один атом домішки припадає на 100 000 000 000 атомів основної речовини, у кожній його грамі все ще міститься понад 100 000 000 000 «чужих» атомів. Тож це далеко не ідеальна чистота. Втім, абсолютної чистоти не буває. Це ідеал, якого треба прагнути, але досягти якого цьому рівні розвитку техніки неможливо. Навіть якщо дивом і вдасться отримати абсолютно чистий метал, то в нього відразу проникнуть атоми інших речовин, що містяться в повітрі.
Показовим у цьому плані є курйозний випадок, що стався зі знаменитим німецьким фізиком Вернером Гейзенбергом. Він працював із мас-спектрографом у своїй лабораторії. І раптом прилад показав у піддослідній речовині наявність атомів золота. Вчений здивувався, бо цього не могло бути. Але прилад наполегливо «стояв на своєму». Непорозуміння роз'яснилося лише тоді, коли вчений зняв та сховав свої окуляри у золотій оправі. Окремі атоми золота, що «вирвалися» з кристалічних грат оправи, потрапили в досліджувану речовину і «збентежили» винятково чутливий прилад.
Адже це відбувалося в лабораторії, де повітря чисте. Що ж говорити про сучасні промислові райони, повітря яких дедалі більше забруднюється відходами виробництва?
Ми почали цей розділ з розмови про те, що в одному випадку наявність сторонніх домішок у металі – це добре, а в іншому – погано. Більш того, спочатку ми говорили, що сплави мають кращу міцність і жаростійкість, ніж чисті метали, а тепер, виявляється, чисті метали мають найвищі властивості. Протиріччя ніякого немає. У багатьох випадках метал більш міцний, більш жаростійкий і т. д., ніж будь-який з металів, що входять до його складу. Але ці якості посилюються багаторазово, коли всі компоненти сплаву виконують певне, необхідне для людини завдання. Коли в ньому немає нічого зайвого. А це означає, що самі компоненти повинні бути якомога чистішими, містити мінімальну кількість «сторонніх» атомів. Тому зараз питання про чистоту одержуваних металургійних продуктів набуває дедалі більшої гостроти. Як вирішують цю проблему?
На металургійних заводах, де виробляють велику кількість металу, що йде на звичайні вироби, все ширше застосовується вакуум. У вакуумі метал плавлять і розливають, і це дає можливість захистити його від попадання шкідливих газів та молекул інших речовин з навколишнього повітря. А в деяких випадках плавку ведуть в атмосфері нейтрального газу, що ще більше захищає метал від небажаного проникнення.
ЧИСТІ МЕТАЛИ
метали, метали з низьким вмістом домішок. Залежно від ступеня чистоти розрізняють метали підвищеної чистоти (99,90-99,99%), метали високої чистоти, чи хімічно чисті (99,99-99,999%), метали особливої чистоти, чи спектрально-чисті, ультрачисті метали (понад 99,999) %).
Велика радянська енциклопедія, БСЕ. 2012
Дивіться ще тлумачення, синоніми, значення слова та що таке ЧИСТІ МЕТАЛИ в російській мові в словниках, енциклопедіях та довідниках:
- ЧИСТІ
ПРИВАТНІ ВНУТРІШНІ ІНВЕСТИЦІЇ - валовий обсяг приватних внутрішніх інвестицій за вирахуванням амортизаційних … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ЗБІТКИ - втрати економічних суб'єктів, пов'язані зі створенням монополістом штучного дефіциту, що призводить до встановлення ціни, що не збігається з граничними … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ТРАНСФЕРТНІ ПЛАТЕЖІ-особові та державні трансфертні платежі жителям інших країн за вирахуванням особистих та державних трансфертних платежів, отриманих від мешканців інших країн. - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ПОТОЧНІ АКТИВИ - поточні активи, що легко реалізуються за вирахуванням витрат, пов'язаних з їх … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ПОКУПКИ - сумарна величина покупок за певний період за вирахуванням знижок, повернень спочатку купленої продукції та скорочень нормальної ціни та … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ПОДАТКИ НА ПРОДУКЦІЮ - різниця між податками на продукцію та субсидіями, виділеними на її … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ПОДАТКИ НА ІМПОРТ - різницю між податками на імпорт та субсидіями по … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ПОДАТКИ - податки, що сплачуються населенням державі, за вирахуванням трансфертних платежів, які населення отримує від … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ЛІКВІДНІ АКТИВИ - сума готівкових коштів, легко реалізованих цінних паперів, а тж. дебіторську заборгованість за … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
КАПІТАЛОВкладення - валові капіталовкладення за вирахуванням … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
ВИТРАТИ ЗВЕРНЕННЯ - витрати, безпосередньо пов'язані з процесом купівлі-продажу товару; включають транспортні витрати, витрати на перевалку вантажу, його обробку, … - ЧИСТІ у Словнику економічних термінів:
АКТИВИ - розрахункова величина, що визначається шляхом віднімання із суми активів, до якої включаються грошове та негрошове майно за балансовою вартістю, … - МЕТАЛИ у Словнику економічних термінів:
ДОРОГОЦІНІ - см ДОРОГОЦІНІ МЕТАЛИ … - МЕТАЛИ у Біблійній енциклопедії Никифора:
у свящ. Писання часто згадуються з металів: залізо, мідь, олово, свинець, цинк, срібло, золото. див. про кожного у своєму … - МЕТАЛИ у Великому енциклопедичному словнику:
(грец.) речовини, що володіють у звичайних умовах високими електропровідністю (106-107 Ом-1 см-1, зменшується зі зростанням температури) та теплопровідністю, ковкістю, "металевим" блиском. - МЕТАЛИ
прості речовини, що володіють у звичайних умовах характерними властивостями: високою електропровідністю та теплопровідністю, негативним температурним коефіцієнтом електропровідності, здатністю добре відображати електромагнітні … - МЕТАЛИ
I (і металоїди) (хім.) — М. називається група простих тіл (див.), що мають відомі характерні властивості, які в типових представниках різко … - МЕТАЛИ у Сучасному енциклопедичному словнику:
- МЕТАЛИ в Енциклопедичному словничку:
прості речовини, що володіють у звичайних умовах характерними властивостями - високою електропровідністю (106-104 Ом-1 см-1), що зменшується зі зростанням температури, високою теплопровідністю, блиском, … - ЧИСТІ
"ЧИСТІ БРАТИ" ("Брати чистоти", араб. Іхван ас-сафа), група філософів 10 ст., До якої входили мислителі Іраку (гл. обр. з м. … - МЕТАЛИ у Великому російському енциклопедичному словнику:
"МЕТАЛИ", нав. журнал РАН, з 1959, Москва. Засновник (1998) – Ін-т металургії ім. А.А. Байкова. 6 номерів у … - МЕТАЛИ у Великому російському енциклопедичному словнику:
МЕТАЛИ, речовини, що володіють у звичайних умовах високими електропровідністю (10 6 - 10 4 Ом -1 см -1 , зменшується з … - ЧИСТІ у Новому тлумачно-словотвірному словнику Єфремової:
- МЕТАЛИ в Сучасному тлумачному словнику, Вікіпедія:
(грец.), речовини, що володіють у звичайних умовах високими електропровідністю (106-107 Ом-1 см-1, зменшується зі зростанням температури) та теплопровідністю, ковкістю, «металевим» блиском. - ЧИСТІ в Тлумачному словнику Єфремової:
чисті мн. розг. Гроші, що залишаються після відрахувань, … - ЧИСТІ в Новому словнику Єфремової:
мн. розг. Гроші, що залишаються після відрахувань, … - ЧИСТІ у Великому сучасному тлумачному словнику російської мови:
мн. розг. Гроші, що залишаються після відрахувань, … - КОЛЬОРОВІ МЕТАЛИ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
метали, технічна назва всіх металів та їх сплавів (крім заліза та його сплавів, званих чорними металами). Термін "Ц. м." у … - ТУГОПЛАВКІ МЕТАЛИ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
метали, за технічною класифікацією - метали, що плавляться при температурі вище 1650-1700 | до Т. м. (таблиця) входять титан … - РІДКІ МЕТАЛИ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
метали, умовна назва групи металів (понад 50), перелік яких наведено в таблиці. Це метали відносно нові в техніці або ще … - БЛАГОРОДНІ МЕТАЛИ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
метали, золото, срібло, платина та метали платинової групи (іридій, осмій, паладій, родій, рутеній), що отримали свою назву головним чином завдяки високій… - МЕТАЛІВ ЛИТТЯ: МЕТАЛИ ДЛЯ ЛИТТЯ у Словнику Кольєра:
До статті МЕТАЛІВ ЛИТТЯ Литтям піддаються всі метали. Але не всі метали володіють однаковими ливарними властивостями, зокрема рідиною. - ІМПРЕСІОНІЗМ у Лексиконі нонкласики, художньо-естетичної культури XX століття, Бичкова:
(Від франц. impression - враження) Напрямок у мистецтві, що виник у Франції в останній третині XIX ст. Головні представники І.: Клод … - ТВЕРДЕ ТІЛО у Великій радянській енциклопедії, БСЕ.
- РЕАКТИВИ ХІМІЧНІ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
хімічні, реагенти хімічні, хімічні препарати (речовини), що застосовуються в лабораторіях для аналізу, наукових досліджень (при вивченні способів одержання, властивостей та перетворень). - МЕТАЛУРГІЯ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
(від грецьк. metallurgeo - добуваю руду, обробляю метали, від metallon - рудник, метал та ergon - робота), в початковому, вузькому … - КЛЕЇ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
природні або синтетичні речовини, що застосовуються для з'єднання різних матеріалів за рахунок утворення адгезійного зв'язку клейової плівки з поверхнями матеріалів, що склеюються. … - ВИТРАТИ ЗВЕРНЕННЯ у Великій радянській енциклопедії, БСЕ:
обігу, сукупність витрат, пов'язаних із процесом обігу товарів. За своєю економічною природою І. о. поділяються на чисті та додаткові. Чисті … - ФТОР
- ТЮРКИ в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
(Точне значення слова невідомо) - група народностей, що говорять на різних діалектах тюркської мови (див. Турецькі мови) і за фізичними ознаками ... - СПЛАВИ в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона.
- НАСАДЖЕННЯ в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
ділянки лісу, що природно відрізняються від сусідніх за характером деревної рослинності. Відмінність між Н. може обумовлюватися походженням їх, складом, віком, ступенем... - ФАРБИ ОРГАНІЧНІ Штучні в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
Розвиток виробництва та застосування штучних органічних К. тісно пов'язаний з історією наукового дослідження кам'яновугільної смоли. Вивчаючи склад останньої, Рунг у … - ЗАВОДИ в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
У розмовній мові не відрізняють понять З. і фабрики, і, можливо, досі немає особливої потреби, … - НІМЕЧЧИНИ ФІЗИЧНИЙ ТИП в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
Рим. письменники (Тацит та ін.) описували Г. як народ високого зросту, міцного додавання, білявий або рудоволосий і зі світлими, блакитними... - ВІДНОВЛЕННЯ в Енциклопедичному словнику Брокгауза та Євфрона:
Алхіміки приймали, що метали суть тіла складні, що складаються з духу, душі та тіла, або ртуті, сірки та солі; під духом, …
