Како се Метали производе

Како се Метали производе

Имате ли прстен на прсту? Да ли је направљен од злата, сребра, платине или другог природног метала? Онда размислите о овоме: Метал у том прстену на прсту је старији од планете на којој стојите.

ШТА ЈЕ "МЕТАЛ"?

Научно говорећи, метали су природни хемијски елементи који су типично тврди, сјајни и добри проводници топлоте и електричне енергије. Примери укључују гвожђе, злато, сребро, бакар, цинк, никал, итд., Али и елементи за које не мислимо као метали. Један је натријум - метал који редовно једемо: натријум је мекан, сребрни бијели метал који се обично везује са елементом хлором да би се формирао натријум-хлорид, или заједничка со.

Други је астатин, који је откривен 1940. у лабораторији, где је створен вештачки. Није био откривен у природи све до 1943. године. Астатин је високо радиоактиван, а верује се да постоји само једна унча - укупно - на Земљи. Од 118 познатих хемијских елемената у постојању, њих 88 су метали.

РЕАЛ АЛЦХЕМИ

Дакле, одакле су долазили сви ови метали? Ево врло поједностављеног објашњења:

Сви елементи, укључујући метале, су направљени од истих ствари: атомски материјал - електрони, неутрони и протони. Атоми различитих елемената могу се разликовати од броја других протона које садрже. (Број неутрона и електрона може се разликовати чак и између атома истог елемента.) На пример, атом водоника садржи само један протон. Златни атом има 79. То важи за сваки од безбројних атома водоника и злата у свемиру.

Ако бисте нашли један начин да спојите 79 атома водоника заједно у један атом, имали бисте атом са 79 протона, и стога бисте имали златни атом. И готово тачно шта се догађа ... осим што се то дешава унутар звезда.

У њима је Злато Злато

Отприлике пре 13,7 милијарди година, материја се први пут појавила у облику атома два најлакша елемента: водоник, са једним протоном и хелијумом, са два. Они остају, далеко, најобимнији елементи у свемиру.

Након много милиона година, ти први атомови водоника и хелијума који су сакупљени у облацима прашине и гасова били би огромни, морали би се мерити у светлосним годинама (1 светлосна година = 6 трилиона миља или 9,5 билиона километара). Облаци су на крају дали својој огромној гравитацији и срушили се, формирајући прве звезде. А звезде су били разарачи атома - довољно врући да разбијају атоме водоника и хелијума, и спојити битове заједно, преправљајући их у веће атоме различитих, тешких елемената.

На пример, ако заједно спајате два атома водоника, имате атом са два протона - или хелијума. Осигурајте три хидрогена заједно и добијете атом са три протонска литијума, први и лакши метал. Осигурајте три хелијума заједно и добијете атом са шест протона-угљеник. То се дешава у свим звездама које видите на небу ноћу. У масивним процесима може доћи до стварања тежих и тешких елемената, укључујући метале као што је титан (22 протона) и гвожђе (26 протона). Ако су посебно масивни, могу произвести најтеже метале, као што су злато (79 протона) и уранијум (92 протона). Ово је једна од ствари које звезде раде, и тако се у природи формирају сви елементи - укључујући све оне сјајне метале.

Како су дошли овамо?

ДОЛЕ НА ЗЕМЉЕ

У првих неколико милијарди година након Великог праска, рођене су милијарде и милијарде звезда, на начин који смо управо описали. Многи су били изузетно масивни (стотине пута већи од нашег сунца), а масивне звезде живе релативно кратким животом - само неколико милиона година у неким случајевима (мање звезде могу живети милијарде година) - а затим умрети експлодирајући се као супернове.

А када су те масивне звезде експлодирале пре милијарде година, протјерале су тешке елементе које су стварали, и послали их у свемир. Имали су, како је речено, један од начина "засејали" свемир са елементима, укључујући и метале. И супер-масивне, немогуће схватити количине - трилиона и трилиона и трилион мегатона. То значи да када су нове звезде касније формиране - они су већ били "посејани" металима које су оставиле те супернове.

Једна од њих касније, звезде богате металима биле су наше сунце. Брзи поглед на ту причу:

  • Пре око 4,5 милијарди година, масивни космички облак прашине и гаса, који је загрејан са пуно тешких елемената, срушио се, започињањем процеса формирања нове звезде.
  • Већина водоника и хелијума у ​​облаку постала је део новоформиране звезде. Остатак прашине и гаса, укључујући и метале, акумулира се у сталној масти, која се врти око нове звезде. Кретање усредсређено је масу (тесто за пиззање слика) у растопљени, окретни диск.
  • Током милионима година, када се диск охладио, дијелови тог филма су стигли заједно ту и тамо, а ти гомили су постали планете у нашем соларном систему. И метали у прашини? Постали су сви метали пронађени на свим планетама, укључујући и наше.

Наше удео: Земља има пуно метала. Скоро трећина масе планете је елемент гвожђа, већина од тога смештена у језгру планете.Још 14 процената је магнезијум, 1,5 одсто је никал, а 1,4 одсто је алуминијум. То је 49 посто планете. Остатак метала Земље, укључујући и "драгоцене" метале као што су злато, сребро, платина и паладијум, постоје само у количинама у траговима. Остатак - неметални део - је око 30 процената кисеоника и 15 процената силиција, уз мање количине бројних других неметалних елемената.

ПОГЛЕДАЈ! СХИНИ!

За најмање неколико милиона година, људска бића и њихови преци користили су алате направљене од материјала попут дрвета, костију и камена, како би им олакшали живот. Њихов живот није много олакшао: Хомо сапиенс су релативно примитивни номадски ловци и окупљаци скоро свега свог постојања. Тада су прије око 10.000 година почели да откривају начине рада са "новим" материјалом: металом.

Први метали који су користили људи били су они који рани метали нису морали пуно учинити да би их учинили корисним. То су природни метали-метали који се јављају у природи у чистој држави или су природно помешани са другим елементима на начин који одржава њихове корисне особине. Оне укључују бакар, лименку, олово, сребро и злато.

Неко је можда управо налазио нуггетс ових метала у стреамбени, или у коријену ископаног дрвета, и мислио да су привлачни. Можда су их ударили каменим чекићима и утврдили да их могу обликовати. То је могло довести до употребе метала у накитима или украсима или на израду металних алата и оружја као осовине, ножеви и мачеви - огромно побољшање у односу на старе камене алате. Све ово на крају довело је до тога да људи активно траже више метала, успостављају руднике, тргују у металима између различитих народа, и рађају металске индустрије. Међутим, десило се - то се десило на бројним локацијама широм света.

МЕТАЛЛУРГИ

Почевши од пре око 8.000 година, људи су почели да откривају да могу промијенити метал. Можда су то случајно открили, или су можда људи само постали креативни, или можда је то била комбинација оба. У сваком случају, развијени су нови процеси за промену метала, затим стварање потпуно нових који уопће нису постојали у природи - с великим побољшањима у квалитету. Током наредних неколико хиљада година, рударство и обрада метала постали су интегрални у већини култура на Земљи, а метал је постао једна од најзаступљенијих супстанци у људској историји. Сваки од ових нових процеса укључивао је ватру и вероватно је да је експериментисање са једним директно довело до следећег. Најважнији напредак:

  • Аннеалинг. Ово је једноставно процес загревања метала док не буде црвене боје. Ово враћа стари, крхки метал у своје првобитно стање, омогућавајући му да се преради и продужи употребљивост. Аннеалинг се може извести на релативно ниским температурама (бакар се може жарити у логору). Прво је учињено негде око 6000 Б.Ц., негде на Блиском истоку, а можда и у Европи и Индији у исто време.
  • Таљење. У овом процесу, метали се растопају у течну државу, пружајући много више слободе да их обликују у различите облике. Метали су први пут смрдели око 5000 Б.Ц., након развијања напреднијих грнчарских пећи, који могу произвести много веће загријавине него што се може постићи у једноставним отвореним пожарима.
  • Производња легура. Ово је процес мешања различитих метала док су у сталном стању. Почело је око 3300 Б.Ц. (почетак бронзаног доба), са првом производњом бронзе - мешавином бакра и калаја који је много тежи и издржљивији од било које од његових компоненти.
  • Екстракција. Са даљим побољшањима у технологији пећи и накнадном могућношћу постизања виших температура развијене су технике које омогућавају екстракцију метала са руде. Прво је обављено са гвожђем на Блиском истоку око 1500 Б.Ц. - обележавање почетка гвозденог доба.
  • Древни народи у Европи, Азији, Јужној Америци и на северу као Мексико, али не иу остатку Северне Америке или у Аустралији, све док Европљани нису стигли. Ови једноставни процеси и даље су основа онога што је највероватније највећа и најуспешнија индустрија у људској историји: метална индустрија.

ИРОН

Гвожђе је најобимнији метал на Земљи. Али као и већина метала, доћи до тога је необично, јер се ретко налази у чистој држави у природи. Најчешће постоји у жељезним оксидима - молекулима састављеним од гвожђа и кисеоника, који су пронађени помешани с каменом у жељезној руди. Да бисте добили гвожђе, морате се ослободити кисеоника и камена. Ево најчешћег процеса који се данас користи:

  • Припрема: После минирања, гвоздена руда се сруши у прах. Велики магнетни бубњеви се затим користе за одвајање сиромашних гвожђа од руде која је богата гвожђем. (Руда богата гвожђем држи бубњеве, а остатак пада.) Прашак богат гвожђем је помешан са глине и направљен је у гранулама величине мермера, који су затим термички ојачани. То омогућава ефикасније паљење током следећег корака, топљење.
  • Таљење: пелете су смрзнуте у пећи заједно са коксним угљем који је прерадјен у готово чисту карбонску и кречњак. Интензивна топлота разбија везу гвожђа и кисеоника у руду, ослобађајући кисеоник као гас, чиме се везе са угљеничним гасом ослобађају од пламеном кокса како би се формирао ЦО2 (угљен-диоксид). ЦО2 пада са врха пећи, а гвожђе, сада без кисеоника, расте (око 2800 ° Ф) и прикупља се на дну пећи. Вапненца се такође топи и везује нечистоћама како би се формирао отопљени отпад познат као шљака.Шљака је лакша од гвожђа и стално се уклања са врха пећи.
  • Резултат: производ овог процеса је гвожђе од легуре жељеза. Има релативно висок садржај угљеника од око 5 процената, што га чини врло крхким, а свињетина је углавном бескорисна, осим у производњи других легура гвожђа, посебно челика.

СТЕЕЛ

Данас око 98 одсто произведеног свињског гвожђа широм света иде у производњу челика, најчешће коришћеног метала или легуре у историји. Процес почиње са преливањем растопљеног гвозденог гвожђа у челичне пећи, где се третира како би се уклониле све преостале нечистоће, и смањити садржај угљеника на између 0,1 и 2 процента. То је једна од главних карактеристика челика: Све осим неколико стотина различитих врста челика садрже угљеник на овим нивоима. То смањује крхкост, док повећава снагу и тврдоћу. У зависности од врсте челика који се прави, различити елементи се затим додају у мешавину. Два примера:

  • Мангански челик или мангалој је око 13% мангана, што резултира изузетно отпорним на ударце. То чини мангале популарним за употребу у рударским алатима, опреми за дробљење камена и оклопу за војна возила.
  • Нерђајући челик је заправо назив за широк асортиман челика, али сви имају заједничко: хром, од око 10 до 30 процената, у зависности од типа. Хром на површини од нерђајућег челика са везивањем кисеоника у ваздуху како би се формирао слој хром-оксида, што даје нерђајућем челику веома тврд, сјајни изглед и чини га отпорним на корозију. А ако је оштећена или ожиљна, хромске ре-везе са кисеоником и нови слој формирају се, тако да се сами поправљају. Нерђајући челици се користе у широком спектру производа, од посуђа до хируршке опреме до вањске скулптуре. (Такође је могуће 100% рециклирати.)

АЛУМИНИЈУМ

Најчешћа руда која се користи за производњу алуминијума је боксит, супстанца попут глина која је око 50% алуминијум-алуминијум везан кисеоником. Као и код гвожђа, долазак до алуминијума значи уклањање кисеоника и минерала у руди. Процес је много компликованији од екстракције гвожђа и развијен је тек крајем 1800-их. (Алуминијум је идентификован као јединствени елемент 1808. године.) Први део система који се најчешће користи данас се назива Баиер процесом, названим по аустријском хемичару Карлу Баиеру, који га је измислио 1877. године.

Процес Баиер: Боксит је миниран и дробљен, затим помешан са водом и лугом и загрејан у резервоарима. Ова топлота и луга проузрокују да се глиница у руди раствара у води, док нечистоће потоне на дно. Водом богатом глиницом се затим сипхонира и филтрира како би се уклониле даље нечистоће, а потом и отпадне у велике резервоаре за падавине, где се води допуштати да отпадну воду. Оно што остаје је бели кристални прах који износи око 99% алуминијума. Кристали се опере и осуше.

Следећи корак је познат као процес Халл-Хероулт, који је именован за два хемичара који су га развили - независно један од другог - 1886. године. У овом процесу, кристали глинице (заједно са минералима који помажу у слому глинице) на око 1,760 ° Ф у челичном соде. Али то није довољно за прекид везе алуминијум-кисеоника у глиници; они су много јачи него везе са гвожђем и кисеоником. Дакле, моћна електрична струја се шаље кроз растопљени материјал - а то узрокује да се везе разбију. Кисеоник се ослобађа као гас, а привлачи се карбон шиповима суспендованим над растопљеном мјешавином, гдје се повезује са угљеником како би се формирао ЦО2 гас (баш као у поступку топионизовања гвожђа). Ослобођени алуминијум се топи и прикупља на дну лонца. У овом тренутку 99,8% чисти алуминијум.

Алуминијум се користи у најразличитијим апликацијама, у чистој форми (алуминијумска фолија је израђена од скоро чистог алуминијума), а најчешће код легура, помешана са елементима као што су силицијум, бакар и цинк. Неке су јаче од челика и имају додатну предност што су много лакше. Уобичајене употребе обухватају посуђе, канте за производњу безалкохолних пића и блокове аутомобила.

ПЛАТИНУМ

Платинум је сјајан, сребрно-бијели метал који је врло реткост и има неке јединствене квалитете: То је један од најгушнијих метала, али ипак је врло кољубљив; изузетно је отпоран на корозију због температуре, рђе или излагања материјалима као што су киселине; и има врло високу тачку топљења од 3.215 ° Ф (тачка топљења злата је само 1.064 °, а гвожђе је 1.535 °). Платина постоји у чистој форми у природи, али се она најчешће проналази мешовито са осталим елементима, укључујући кисеоник, бакра и никла. Више од 90% платине миниране у свету данас долази са само четири локације: три у Русији и једна у Јужној Африци. Производња је прилично компликована.

Више од десет тона руде мора бити минирано како би се направила једна унца платине. Кратак опис процеса је следећи:

  • Руда је минирана, дробљена у прах и помешана са водом и хемикалијама. Ваздух се пропушта кроз мешавину, стварајући мехуриће - на које се чврсте честице платине. Мехурићи се појављују на површини резервоара, стварајући усисну пену. Пена се сакупља, осуши и топи на температурама изнад 2700 ° Ф. Теже честице - метали - потону на дно пећи. Лаки нечистоће се сакупљају на врху стаљеног метала и уклањају се. Комплексни хемијски процеси се затим користе за одвајање платине од било ког бакра, никла и других метала још увек присутних, све док се на крају не добије чиста платина.

СХИНИ БИТС

  • Гвоздена руда се топи у високој пећи: прегрејани ваздух до 2.200 ° Ф - "пукотине" у пећ, чинећи да се гори много топлије него што би иначе могло. Типична пећи на челичном млину траје 24 сата дневно, 365 дана недељно, до 20 година, пре него што се мора заменити.
  • Чисти челик је врло осјетљив на рје. Поцинчани челик је челик превучен цинком, који је врло отпоран на рђу.
  • Главни хемијски састојак у рубинима, смарагдима и сафирима: алуминијум.
  • За шта се највише користи изузетно ретка метална платина? Катализатори - уређаји на аутомобилима који се користе за чишћење издувних гасова. Платинум је изузетно добар катализатор: помаже у конверзији токсичних гасова у издувне гасове, као што је угљенмоноксид, у нетоксичне гасове.
  • Мит је тај да није било метала код Индијанаца. Многа племена су заправо имала дугу традицију рада бакра, посебно око Великих језера, где је метал природно био богат.
  • Сва платина минирана у историји могла би се уклопити у просјечни кућни подрум.

Оставите Коментар

Популар Постс

Избор Уредника

Категорија