Орчин үеийн хүн өдөр тутмын амьдралдаа янз бүрийн металлаар хүрээлэгдсэн байдаг. Бидний хэрэглэдэг ихэнх эд зүйлс эдгээр химийн бодисуудтай. Хүмүүс металл олж авах янз бүрийн арга олсон учраас энэ бүхэн болсон.
Метал гэж юу вэ
Органик бус хими нь хүмүүст үнэ цэнэтэй эдгээр бодисыг авч үздэг. Металл олж авснаар хүн бидний амьдралыг сайжруулдаг улам бүр төгс технологийг бий болгох боломжийг олгодог. Тэд юу вэ? Металл олж авах ерөнхий аргуудыг авч үзэхээсээ өмнө тэдгээр нь юу болохыг ойлгох шаардлагатай. Металл нь энгийн бодис хэлбэрийн химийн элементүүдийн бүлэг бөгөөд дараах шинж чанартай:
• дулаан ба цахилгаан дамжуулалт;
• өндөр уян хатан чанар;
• гялтгар.
Хүн тэдгээрийг бусад бодисоос амархан ялгаж чаддаг. Бүх металлын онцлог шинж чанар нь онцгой гялбаа байдаг. Энэ нь туссан гэрлийн цацрагийг дамжуулдаггүй гадаргуу дээр тусгах замаар олж авдаг. Гялалзах нь бүх металлын нийтлэг шинж чанар боловч мөнгөнд хамгийн тод илэрдэг.
АсаалттайӨнөөдрийг хүртэл эрдэмтэд 96 ийм химийн элементийг нээсэн боловч бүгдийг нь албан ёсны шинжлэх ухаан хүлээн зөвшөөрөөгүй байна. Тэдний онцлог шинж чанараас хамааран тэдгээрийг бүлэгт хуваадаг. Дараах металлуудыг ингэж тусгаарлана:
• шүлтлэг – 6;
• шүлтлэг шороо – 6;
• шилжилтийн – 38;
• гэрэл – 11;
• хагас металл – 7;
• Лантанидууд – 14;
• актинид – 14.
Металл олж авах
Хайлш хийхийн тулд эхлээд байгалийн хүдрээс металл авах ёстой. Төрөлхийн элементүүд нь байгальд чөлөөт төлөвт байдаг бодисууд юм. Үүнд цагаан алт, алт, цагаан тугалга, мөнгөн ус орно. Тэдгээрийг хольцоос механик аргаар эсвэл химийн урвалжийн тусламжтайгаар тусгаарладаг.
Бусад металлыг нэгдлүүдийг нь боловсруулж олборлодог. Тэд янз бүрийн олдворуудаас олддог. Хүдэр нь исэл, карбонат эсвэл сульфид хэлбэрийн металлын нэгдлүүдийг багтаасан эрдэс ба чулуулаг юм. Тэдгээрийг олж авахын тулд химийн боловсруулалт хийдэг.
Металл авах арга:
• ислийг нүүрсээр бууруулах;
• цагаан тугалга чулуунаас цагаан тугалга авах;
• төмрийн хүдэр хайлуулах;
• хүхрийн нэгдлүүдийг тусгай зууханд шатаах.
Хүдрийн чулуулгаас металл гаргаж авах ажлыг хөнгөвчлөхийн тулд тэдгээрт флюс хэмээх төрөл бүрийн бодис нэмдэг. Эдгээр нь шавар, шохойн чулуу, элс гэх мэт хүсээгүй хольцыг арилгахад тусалдаг. Энэ процессын үр дүнд хайлдаг нэгдлүүдийг олж авдаг.гросс гэж нэрлэдэг.
Их хэмжээний хольц байгаа тохиолдолд метал хайлуулахын өмнө хэрэгцээгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ихээхэн хэсгийг зайлуулж хүдрийг баяжуулдаг. Энэ эмчилгээний хамгийн өргөн хэрэглэгддэг аргууд нь флотаци, соронзон болон гравитаци юм.
Шүлтлэг металл
Шүлтлэг металлыг бөөнөөр нь үйлдвэрлэх нь илүү төвөгтэй процесс юм. Энэ нь байгальд зөвхөн химийн нэгдлүүдийн хэлбэрээр олддогтой холбоотой юм. Эдгээр нь бууруулагч бодис учраас тэдгээрийн үйлдвэрлэл нь эрчим хүчний өндөр зардал дагалддаг. Шүлтлэг металлыг гаргаж авах хэд хэдэн арга байдаг:
• Лити нь вакуум дахь ислээс эсвэл сподуменыг боловсруулах явцад үүссэн хлоридын хайлалтыг электролизээр гаргаж авч болно.
• Натри нь нягт битүү тигельд нүүрсээр натри шохойжуулж эсвэл кальци нэмсэн хлоридын хайлмал электролизээр гаргаж авдаг. Эхний арга нь хамгийн их цаг зарцуулдаг.
• Кали нь түүний давсны хайлмал электролиз эсвэл натрийн уурыг хлоридоор нь дамжуулж гаргаж авдаг. Мөн хайлсан калийн гидроксид болон шингэн натрийн харилцан үйлчлэлээр 440°С-ийн температурт үүсдэг.
• Цезий болон рубидиумыг 700–800 °C-т кальци эсвэл 650 °C-т цирконийгээр хлоридыг нь багасгаж олборлодог. Шүлтлэг металлыг ийм аргаар олж авах нь маш их эрчим хүч шаарддаг бөгөөд үнэтэй байдаг.
Металл ба хайлшийн ялгаа
Металл ба тэдгээрийн хайлшийн хооронд үндсэн тодорхой зааг бараг байдаггүй, учир нь хамгийн цэвэр, энгийн бодисууд хүртэл байдаг.тодорхой хэмжээний хольц. Тэгэхээр тэдний хооронд ямар ялгаа байна вэ? Аж үйлдвэр болон үндэсний эдийн засгийн бусад салбарт хэрэглэгддэг бараг бүх металлыг химийн үндсэн элементэд бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмснээр зориудаар олж авсан хайлш хэлбэрээр ашигладаг.
Хайлш
Технологид төрөл бүрийн металл материал хэрэгтэй. Үүний зэрэгцээ цэвэр химийн элементүүдийг бараг ашигладаггүй, учир нь тэдгээр нь хүмүүст шаардлагатай шинж чанартай байдаггүй. Бидний хэрэгцээнд зориулж хайлш авах янз бүрийн аргыг зохион бүтээсэн. Энэ нэр томъёо нь 2 ба түүнээс дээш химийн элементээс бүрдэх макроскопийн хувьд нэгэн төрлийн материалыг хэлнэ. Энэ тохиолдолд хайлш дахь металлын бүрэлдэхүүн хэсгүүд давамгайлдаг. Энэ бодис нь өөрийн гэсэн бүтэцтэй байдаг. Хайлшийн хувьд дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ялгадаг:
• нэг буюу хэд хэдэн металлаас бүрдсэн суурь;
• өөрчлөх болон хайлшлах элементүүдийн жижиг нэмэлтүүд;
• арилгаагүй хольц (технологийн, байгалийн, санамсаргүй).
Металл хайлш нь үндсэн бүтцийн материал юм. Технологийн хувьд тэдгээрийн 5000 гаруй нь байдаг.
Хайлшны төрөл
Ийм олон төрлийн хайлштай хэдий ч төмөр, хөнгөн цагаан дээр суурилсан хайлш нь хүмүүсийн хувьд хамгийн чухал зүйл юм. Тэд өдөр тутмын амьдралд хамгийн түгээмэл байдаг. Хайлшийн төрлүүд өөр өөр байдаг. Түүнээс гадна тэдгээрийг хэд хэдэн шалгуурын дагуу хуваадаг. Тиймээс хайлш үйлдвэрлэх янз бүрийн аргыг ашигладаг. Энэ шалгуурын дагуу тэдгээрийг дараахь байдлаар хуваана:
• Жүжигчидхолимог бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хайлуулж талсжуулах замаар олж авсан.
• Нунтаг хольцыг дарж, дараа нь өндөр температурт шингэлэх замаар үүссэн нунтаг. Түүнээс гадна ийм хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь зөвхөн энгийн химийн элементүүд төдийгүй хатуу хайлш дахь титан эсвэл вольфрамын карбид зэрэг янз бүрийн нэгдлүүд юм. Тэдгээрийг тодорхой хэмжээгээр нэмэх нь металл материалын шинж чанарыг өөрчилдөг.
Хайлшийг эцсийн бүтээгдэхүүн эсвэл хоосон хэлбэрээр авах аргыг дараахь байдлаар хуваана:
• цутгах үйлдвэр (силумин, цутгамал);
• цутгамал (ган);
• нунтаг (титан, вольфрам).
Хайлшны төрөл
Металл олж авах арга нь өөр өөр байдаг бол тэдгээрийн ачаар хийсэн материал нь өөр өөр шинж чанартай байдаг. Агрегацын хатуу төлөвт хайлш нь:
• Нэг төрлийн талстаас тогтсон нэгэн төрлийн (нэгдмэл). Тэдгээрийг ихэвчлэн нэг фазын гэж нэрлэдэг.
• Нэг төрлийн (гетероген), олон үе шат гэж нэрлэдэг. Тэдгээрийг олж авахдаа хайлшийн суурь болгон хатуу уусмал (матрицын үе шат) авдаг. Энэ төрлийн гетероген бодисын найрлага нь түүний химийн элементүүдийн найрлагаас хамаардаг. Ийм хайлш нь дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулж болно: завсрын болон орлуулах хатуу уусмал, химийн нэгдлүүд (карбид, интерметаллид, нитрид), энгийн бодисын кристаллит.
Хайлшны шинж чанар
Металл болон хайлшийг олж авах ямар аргыг ашиглаж байгаагаас үл хамааран тэдгээрийн шинж чанарыг талст шинж чанараар бүрэн тодорхойлдог.эдгээр материалын фазын бүтэц, бичил бүтэц. Тэд тус бүр нь өөр өөр байдаг. Хайлшийн макроскоп шинж чанар нь тэдгээрийн бичил бүтцээс хамаардаг. Ямар ч тохиолдолд тэдгээр нь фазын шинж чанараас ялгаатай бөгөөд энэ нь зөвхөн материалын болор бүтэцээс хамаардаг. Гетероген (олон фазын) хайлшийн макроскопийн нэгэн төрлийн байдлыг металл матриц дахь фазын жигд хуваарилалтын үр дүнд олж авдаг.
Хайлшийн хамгийн чухал шинж чанар бол гагнах чадвар юм. Үгүй бол тэдгээр нь металтай ижил байна. Тиймээс хайлш нь дулаан, цахилгаан дамжуулалт, уян хатан чанар, гэрэл тусах чадвартай байдаг.
Төрөл бүрийн хайлш
Хайлшийг олж авах янз бүрийн аргууд нь хүмүүст өөр өөр шинж чанар, шинж чанартай олон тооны металл материалыг зохион бүтээх боломжийг олгосон. Зориулалтын дагуу тэдгээрийг дараах бүлэгт хуваадаг:
• Бүтцийн (ган, дуралюминий, цутгамал төмөр). Энэ бүлэгт мөн тусгай шинж чанартай хайлш орно. Тиймээс тэдгээр нь аюулгүй байдал эсвэл үрэлтийн эсрэг шинж чанараараа ялгагдана. Үүнд гууль, хүрэл орно.
• Цутгах холхивч (баббит).
• Цахилгаан халаагуур, хэмжих хэрэгсэлд (никром, манган).
• Зүсэгч хэрэгсэл үйлдвэрлэхэд зориулагдсан (ялалт).
Үйлдвэрлэлийн явцад хүмүүс хайлдаг, халуунд тэсвэртэй, зэврэлтэнд тэсвэртэй, аморф хайлш зэрэг бусад төрлийн металл материалыг ашигладаг. Соронзон ба термоэлектрик (висмутын телурид, селенид, хар тугалга, сурьма болон бусад) өргөн хэрэглэгддэг.
Төмрийн хайлш
Дэлхий дээр хайлсан бараг бүх төмөр нь энгийн болон хайлштай ган үйлдвэрлэхэд чиглэгддэг. Мөн төмрийн үйлдвэрлэлд ашигладаг. Төмрийн хайлш нь хүмүүст ашигтай шинж чанартай байдгаараа алдартай болсон. Тэдгээрийг энгийн химийн элементэд янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмснээр олж авсан. Тиймээс янз бүрийн төмрийн хайлшийг нэг бодис дээр үндэслэн хийдэг ч ган, цутгамал төмөр нь өөр өөр шинж чанартай байдаг. Үүний үр дүнд тэд янз бүрийн програмуудыг олдог. Ихэнх ган нь цутгамал төмрөөс илүү хатуу байдаг. Эдгээр металлыг олж авах янз бүрийн аргууд нь эдгээр төмрийн хайлшаас өөр өөр зэрэглэл (брэнд) авах боломжийг олгодог.
Хайлшны шинж чанарыг сайжруулах
Зарим металл болон бусад химийн элементүүдийг хайлуулах замаар сайжруулсан шинж чанартай материалыг гаргаж авах боломжтой. Жишээлбэл, цэвэр хөнгөн цагааны уналтын бат бэх нь 35 МПа байна. Зэс (1.6%), цайр (5.6%), магни (2.5%) бүхий энэ металлын хайлшийг олж авахад энэ үзүүлэлт 500 МПа-аас давсан байна.
Өөр өөр химийн бодисыг өөр өөр хувь хэмжээгээр нэгтгэснээр соронзон, дулааны болон цахилгааны шинж чанар сайжирсан металл материалыг гаргаж авах боломжтой. Энэ процесст гол үүрэг нь хайлшийн бүтэц бөгөөд түүний талстуудын тархалт, атомуудын хоорондох холбооны төрөл юм.
Ган ба индүү
Эдгээр хайлшийг төмөр, нүүрстөрөгчийг (2%) нийлүүлж гаргаж авдаг. Хайлштай материал үйлдвэрлэхэд тэдгээрийг нэмдэгникель, хром, ванади. Бүх энгийн ганг төрөлд хуваадаг:
• төрөл бүрийн бүтцэд ашигладаг бага нүүрстөрөгч (0.25% нүүрстөрөгч);
• Их хэмжээний нүүрстөрөгч (0.55%-иас дээш) зүсэх хэрэгсэлд зориулагдсан.
Өөр өөр төрлийн хайлштай ганг механик инженерчлэл болон бусад бүтээгдэхүүнд ашигладаг.
Төмрийн нүүрстөрөгчтэй хайлш, 2-4% нь цутгамал төмөр гэнэ. Энэ материал нь цахиур агуулсан байдаг. Механик шинж чанар сайтай төрөл бүрийн бүтээгдэхүүнийг цутгамал төмрөөр цутгадаг.
Өнгөт металл
Төмрөөс гадна бусад химийн элементүүдийг янз бүрийн металл материал хийхэд ашигладаг. Тэдгээрийн хослолын үр дүнд өнгөт хайлшийг олж авдаг. Хүмүүсийн амьдралд:дээр үндэслэсэн материалууд хамгийн их хэрэглээг олсон
• Гуулин гэж нэрлэгддэг зэс. Тэд 5-45% цайр агуулдаг. Хэрэв түүний агууламж 5-20% байвал гуулийг улаан, 20-36% бол шар гэж нэрлэдэг. Цахиур, цагаан тугалга, бериллий, хөнгөн цагаан бүхий зэсийн хайлш байдаг. Тэдгээрийг хүрэл гэж нэрлэдэг. Эдгээр хайлшийн хэд хэдэн төрөл байдаг.
• Хар тугалга нь энгийн гагнуур (третник). Энэ хайлшаар цагаан тугалганы 2 хэсэг нь энэ химийн бодисын 1 хэсэг дээр унадаг. Холхивчийг хар тугалга, цагаан тугалга, хүнцэл, сурьмагийн хайлш болох баббит ашиглан үйлдвэрлэдэг.
• Хөнгөн цагаан, титан, магни, бериллий нь өндөр бат бэх, маш сайн механик шинж чанартай хөнгөн өнгөт хайлш юм.өмч.
Олгох арга
Металл ба хайлшийг олж авах үндсэн аргууд:
• Төрөл бүрийн хайлсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэгэн төрлийн холимог хатуурдаг цутгамал үйлдвэр. Хайлшийг олж авахын тулд металл олж авах пирометаллургийн болон цахилгаан металлургийн аргыг ашигладаг. Эхний хувилбарт түлшний шаталтын явцад олж авсан дулааны энергийг түүхий эдийг халаахад ашигладаг. Пирометаллургийн аргаар ил зууханд ган, тэсэлгээний зууханд цутгамал төмрийг үйлдвэрлэдэг. Цахилгаан металлургийн аргаар түүхий эдийг индукцийн эсвэл цахилгаан нуман зууханд халаана. Үүний зэрэгцээ түүхий эдийг маш хурдан зөөлрүүлдэг.
• Нунтаг, түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нунтагыг хайлш хийхэд ашигладаг. Дарсны ачаар тэдгээрийг тодорхой хэлбэрт оруулж, дараа нь тусгай зууханд шингээдэг.
