L'homme moderne est entouré de divers métaux dans sa vie quotidienne. La plupart des articles que nous utilisons contiennent ces produits chimiques. Tout cela est arrivé parce que les gens ont trouvé une variété de façons d'obtenir des métaux.
Que sont les métaux
La chimie inorganique traite de ces substances précieuses pour l'homme. L'obtention de métaux permet à une personne de créer une technologie de plus en plus parfaite qui améliore nos vies. Que sont-ils? Avant d'examiner les méthodes générales d'obtention des métaux, il est nécessaire de comprendre ce qu'elles sont. Les métaux sont un groupe d'éléments chimiques sous forme de substances simples aux propriétés caractéristiques:
• conductivité thermique et électrique;
• haute ductilité;
• paillettes.
Une personne peut facilement les distinguer des autres substances. Un trait caractéristique de tous les métaux est la présence d'une brillance particulière. Elle est obtenue en réfléchissant des rayons lumineux incidents sur une surface qui ne les transmet pas. La brillance est une propriété commune à tous les métaux, mais elle est plus prononcée en argent.
ActivéÀ ce jour, les scientifiques ont découvert 96 éléments chimiques de ce type, bien qu'ils ne soient pas tous reconnus par la science officielle. Ils sont divisés en groupes en fonction de leurs propriétés caractéristiques. Les métaux suivants sont ainsi isolés:
• alcalin – 6;
• alcalino-terreux – 6;
• transitionnel – 38;
• lumière – 11;
• semi-métaux – 7;
• Lanthanides – 14;
• actinides – 14.
Obtenir des métaux
Pour fabriquer un alliage, vous devez d'abord obtenir du métal à partir de minerai naturel. Les éléments natifs sont les substances que l'on trouve dans la nature à l'état libre. Ceux-ci incluent le platine, l'or, l'étain, le mercure. Ils sont séparés des impuretés mécaniquement ou à l'aide de réactifs chimiques.
D'autres métaux sont extraits en traitant leurs composés. On les trouve dans divers fossiles. Les minerais sont des minéraux et des roches, qui comprennent des composés métalliques sous forme d'oxydes, de carbonates ou de sulfures. Pour les obtenir, un traitement chimique est utilisé.
Méthodes d'obtention des métaux:
• réduction des oxydes avec du charbon;
• obtenir de l'étain à partir de la pierre d'étain;
• fusion de minerai de fer;
• combustion de composés soufrés dans des fours spéciaux.
Pour faciliter l'extraction des métaux des roches minérales, diverses substances appelées fondants leur sont ajoutées. Ils aident à éliminer les impuretés indésirables telles que l'argile, le calcaire, le sable. À la suite de ce processus, des composés fusibles sont obtenus,appelé dross.
En présence d'une quantité importante d'impuretés, le minerai est enrichi avant la fusion du métal en éliminant une grande partie des composants inutiles. Les méthodes les plus utilisées pour ce traitement sont la flottation, le magnétisme et la gravité.
Métaux alcalins
La production de masse de métaux alcalins est un processus plus complexe. Cela est dû au fait qu'ils ne se trouvent dans la nature que sous forme de composés chimiques. S'agissant d'agents réducteurs, leur production s'accompagne de coûts énergétiques élevés. Il existe plusieurs manières d'extraire les métaux alcalins:
• Le lithium peut être obtenu à partir de son oxyde sous vide ou par électrolyse d'une masse fondue de son chlorure, formé lors du traitement du spodumène.
• Le sodium est extrait par calcination de la soude avec du charbon dans des creusets hermétiquement fermés ou par électrolyse d'une masse fondue de chlorure avec addition de calcium. La première méthode est la plus longue.
• Le potassium est obtenu par électrolyse d'une masse fondue de ses sels ou en faisant passer de la vapeur de sodium à travers son chlorure. Il est également formé par l'interaction de l'hydroxyde de potassium fondu et du sodium liquide à une température de 440 ° C.
• Le césium et le rubidium sont extraits en réduisant leurs chlorures avec du calcium à 700–800 °C ou du zirconium à 650 °C. L'obtention de métaux alcalins de cette manière est extrêmement énergivore et coûteuse.
Différences entre métaux et alliages
Une frontière fondamentalement claire entre les métaux et leurs alliages n'existe pratiquement pas, puisque même les substances les plus pures et les plus simples ontune certaine quantité d'impuretés. Alors, quelle est la différence entre eux? Presque tous les métaux utilisés dans l'industrie et dans d'autres secteurs de l'économie nationale sont utilisés sous forme d'alliages obtenus à dessein en ajoutant d'autres composants à l'élément chimique principal.
Alliages
La technologie a besoin d'une variété de matériaux métalliques. Dans le même temps, les éléments chimiques purs ne sont pratiquement pas utilisés, car ils n'ont pas les propriétés nécessaires à l'homme. Pour nos besoins, nous avons inventé différentes manières d'obtenir des alliages. Ce terme fait référence à un matériau macroscopiquement homogène composé de 2 éléments chimiques ou plus. Dans ce cas, les composants métalliques prédominent dans l'alliage. Cette substance a sa propre structure. Dans les alliages, on distingue les composants suivants:
• base constituée d'un ou de plusieurs métaux;
• petits ajouts d'éléments de modification et d'alliage;
• impuretés non éliminées (technologiques, naturelles, aléatoires).
Les alliages métalliques sont le principal matériau de structure. En technologie, il y en a plus de 5000.
Types d'alliages
Malgré une telle variété d'alliages, ceux à base de fer et d'aluminium sont de la plus haute importance pour l'homme. Ce sont les plus courantes dans la vie de tous les jours. Les types d'alliages sont différents. De plus, ils sont répartis selon plusieurs critères. Ainsi, diverses méthodes de fabrication des alliages sont utilisées. Selon ce critère, ils sont divisés en:
• Distribution, quiobtenu par cristallisation à l'état fondu de composants mixtes.
• Poudre, créée en pressant un mélange de poudres puis en frittant à haute température. De plus, souvent les composants de tels alliages ne sont pas seulement de simples éléments chimiques, mais aussi leurs divers composés, tels que les carbures de titane ou de tungstène dans les alliages durs. Leur addition en certaines quantités modifie les propriétés des matériaux métalliques.
Les méthodes d'obtention d'alliages sous forme de produit fini ou d'ébauche sont divisées en:
• fonderie (silumin, fonte);
• forgé (aciers);
• poudre (titane, tungstène).
Types d'alliages
Les méthodes d'obtention des métaux sont différentes, tandis que les matériaux fabriqués grâce à eux ont des propriétés différentes. A l'état solide d'agrégation, les alliages sont:
• Homogène (uniforme), composé de cristaux du même type. Ils sont souvent appelés monophasés.
• Hétérogène (hétérogène), appelé multiphase. Lorsqu'ils sont obtenus, une solution solide (phase matricielle) est prise comme base de l'alliage. La composition des substances hétérogènes de ce type dépend de la composition de ses éléments chimiques. Ces alliages peuvent contenir les composants suivants: solutions solides d'interstitiels et de substitution, composés chimiques (carbures, intermétallides, nitrures), cristallites de substances simples.
Propriétés des alliages
Quelles que soient les méthodes d'obtention des métaux et alliages utilisés, leurs propriétés sont entièrement déterminées par le cristallinstructure de phase et microstructure de ces matériaux. Chacun d'eux est différent. Les propriétés macroscopiques des alliages dépendent de leur microstructure. Dans tous les cas, ils diffèrent des caractéristiques de leurs phases, qui dépendent uniquement de la structure cristalline du matériau. L'homogénéité macroscopique des alliages hétérogènes (multiphasés) est obtenue grâce à une distribution uniforme des phases dans la matrice métallique.
La propriété la plus importante des alliages est la soudabilité. Sinon, ils sont identiques aux métaux. Ainsi, les alliages ont une conductivité thermique et électrique, une ductilité et une réflectivité (lustre).
Variétés d'alliages
Les différentes méthodes d'obtention des alliages ont permis à l'homme d'inventer un grand nombre de matériaux métalliques aux propriétés et caractéristiques différentes. Selon leur objectif, ils sont répartis dans les groupes suivants:
• Structurel (acier, duralumin, fonte). Ce groupe comprend également les alliages aux propriétés particulières. Ils se distinguent donc par des propriétés de sécurité intrinsèque ou d'anti-friction. Ceux-ci incluent le laiton et le bronze.
• Pour le coulage des roulements (babbit).
• Pour le chauffage électrique et les appareils de mesure (nichrome, manganin).
• Pour la production d'outils de coupe (win).
Dans la production, les gens utilisent également d'autres types de matériaux métalliques, tels que des alliages fusibles, résistants à la chaleur, à la corrosion et amorphes. Les aimants et les thermoélectriques (telurures et séléniures de bismuth, plomb, antimoine et autres) sont également largement utilisés.
Alliages de fer
Pratiquement tout le fer fondu sur Terre est destiné à la production d'aciers simples et alliés. Il est également utilisé dans la production de fer. Les alliages de fer ont gagné en popularité en raison du fait qu'ils possèdent des propriétés bénéfiques pour l'homme. Ils ont été obtenus en ajoutant divers composants à un élément chimique simple. Ainsi, malgré le fait que divers alliages de fer sont fabriqués à partir d'une seule substance, les aciers et les fontes ont des propriétés différentes. En conséquence, ils trouvent une variété d'applications. La plupart des aciers sont plus durs que la fonte. Diverses méthodes d'obtention de ces métaux vous permettent d'obtenir différentes nuances (marques) de ces alliages de fer.
Améliorer les propriétés de l'alliage
En fusionnant certains métaux et d'autres éléments chimiques, des matériaux aux caractéristiques améliorées peuvent être obtenus. Par exemple, la limite d'élasticité de l'aluminium pur est de 35 MPa. Lors de l'obtention d'un alliage de ce métal avec du cuivre (1,6%), du zinc (5,6%), du magnésium (2,5%), ce chiffre dépasse 500 MPa.
En combinant différentes proportions de différents produits chimiques, des matériaux métalliques aux propriétés magnétiques, thermiques ou électriques améliorées peuvent être obtenus. Le rôle principal dans ce processus est joué par la structure de l'alliage, c'est-à-dire la distribution de ses cristaux et le type de liaisons entre les atomes.
Acier et fer
Ces alliages sont obtenus en combinant du fer et du carbone (2%). Dans la production de matériaux alliés, ils sont ajoutésnickel, chrome, vanadium. Tous les aciers ordinaires sont divisés en types:
• faible teneur en carbone (0,25 % de carbone) utilisé pour diverses structures;
• Haute teneur en carbone (plus de 0,55 %) conçue pour les outils de coupe.
Différentes qualités d'aciers alliés sont utilisées dans la construction mécanique et d'autres produits.
L'alliage de fer avec du carbone, dont le pourcentage est de 2 à 4%, est appelé fonte. Ce matériau contient également du silicium. Divers produits aux bonnes propriétés mécaniques sont coulés en fonte.
Métaux non ferreux
Outre le fer, d'autres éléments chimiques sont également utilisés pour fabriquer divers matériaux métalliques. En raison de leur combinaison, des alliages non ferreux sont obtenus. Dans la vie des gens, les matériaux basés sur:ont trouvé la plus grande utilité
• Cuivre, appelé laiton. Ils contiennent 5 à 45 % de zinc. Si sa teneur est de 5 à 20%, le laiton est appelé rouge et s'il est de 20 à 36% - jaune. Il existe des alliages de cuivre avec du silicium, de l'étain, du béryllium, de l'aluminium. Ils sont appelés bronzes. Il existe plusieurs types de ces alliages.
• Le plomb, qui est une soudure courante (tretnik). Dans cet alliage, 2 parties d'étain tombent sur 1 partie de ce produit chimique. Les roulements sont fabriqués à partir de babbitt, un alliage de plomb, d'étain, d'arsenic et d'antimoine.
• Aluminium, titane, magnésium et béryllium, qui sont des alliages légers non ferreux à haute résistance et excellente mécaniquepropriétés.
Méthodes d'obtention
Principales méthodes d'obtention des métaux et alliages:
• Fonderie, dans laquelle un mélange homogène de différents composants fondus se solidifie. Pour obtenir des alliages, des méthodes pyrométallurgiques et électrométallurgiques d'obtention de métaux sont utilisées. Dans la première variante, l'énergie thermique obtenue lors du processus de combustion du carburant est utilisée pour chauffer la matière première. La méthode pyrométallurgique produit de l'acier dans des fours à sole et de la fonte dans des hauts fourneaux. Avec la méthode électrométallurgique, les matières premières sont chauffées dans des fours à induction ou à arc électrique. Dans le même temps, la matière première se ramollit très rapidement.
• Poudre, dans laquelle les poudres de ses composants sont utilisées pour fabriquer l'alliage. Grâce au pressage, on leur donne une certaine forme, puis on les fritte dans des fours spéciaux.
