Содержание

Как получают металлы из руд » Детская энциклопедия (первое издание)

Месторождения руд черных металлов в СССР Как получают металлы из руд (продолжение)

Значительно раньше железа люди научились добывать медь и золото. Всего 450 лет назад испанцы, высадившиеся в Центральной и Южной Америке, обнаружили там богатые города с огромными общественными сооружениями, дворцами и храмами. Однако оказалось, что индейцы еще не знали железа. Орудия и оружие у них были сделаны только из меди и камня.

Из истории известно, что народы Египта, Месопотамии и Китая за 3-4 тыс. лет до н. э. производили гигантские строительные работы, чтобы обуздать силу могучих рек и направить воды на поля. Для всех этих работ требовалось много орудий — кирок, мотыг, плугов, а для защиты от набегов кочевников много оружия — мечей и стрел. В то же время меди и олова добывалось не так уж много.

Поэтому развитие производства требовало нового металла, более распространенного в природе. Поиски этого металла были нелегкими: руды железа мало похожи на металл, и в древности человеку, конечно, трудно было догадаться, что именно в них содержится нужный ему металл. Кроме того, само по себе железо очень мягко, для изготовления орудий труда и оружия оно плохой материал.

Прошло много времени, пока человек научился извлекать железо из руд и делать из него чугун и сталь.

Доменный амбар Звенигородского завода, основанного в 1675 г. (реконструкция).

Возможно, что первые открытия железа как материала для изготовления различных предметов связаны с находками железных метеоритов, состоящих из самородного железа, с примесью никеля. Может быть, наблюдая, как метеоритное железо ржавеет, люди догадались, что железо содержится в желтых землистых охрах, встречающихся часто на поверхности земли, а затем открыли способы выплавки железа.

По историческим данным, приблизительно за тысячу лет до н.

э. в Ассирии, Индии, Урарту и некоторых других странах уже умели добывать и обрабатывать железо. Из него изготовляли орудия труда и разнообразное оружие. В VII в. до н. э. земледельческое население, жившее по Днепру и в причерноморских степях, также умело добывать железо. Из него скифы изготовляли ножи, мечи, наконечники для стрел и копий и другие предметы военного и домашнего обихода.

Добыча и искусство обработки железа были широко распространены по всей Древней Руси.

Кузнецы, называемые в народе «хитрецами», в те времена не только обрабатывали, но обычно сами и добывали железо из руд. Их очень уважали. В народных сказаниях кузнец побеждает Змея Горыныча, олицетворявшего злые силы, и совершает много других героических подвигов.

Железо — мягкий металл, хорошо поддающийся ковке, но в чистом виде непригодный для изготовления инструмента. Только сплавы железа с другими веществами сообщают ему необходимые свойства, в том числе и твердость.

Погрузка породы на руднике.

Наиболее важны для народного хозяйства два сплава железа с углеродом — чугун, содержащий более 2 % (до 6%) углерода, и сталь, содержащая от 0,04 до 2 % углерода.

В древности люди не имели понятия о чугуне, но научились изготовлять сталь из железа. Железо они выплавляли в примитивных горнах, смешивая железную руду с древесным углем. Высокую температуру, необходимую для выплавления железа из руды, они получали, применяя обыкновенные воздуходувные мехи. Их приводили в движение руками, а позднее — силой воды, ставя водяные мельницы. После плавки железной руды получалась спекшаяся масса зернистого железа, которая затем ковалась на наковальнях.

Чтобы получить из железа сталь, тонкие полоски откованного железа обкладывались древесным углем и прокаливались вместе с углем несколько дней. Конечно, таким способом получали мало стали, и она стоила дорого. Секреты изготовления стали хранились строжайшим образом. Особенно знаменитой была дамасская сталь — булат, — способ получения которой был разработан, по-видимому, древнеиндийскими мастерами, а затем освоен арабскими мастерами.

Однако все эти способы обработки железной руды и получения стали давали мало металла. Все увеличивавшаяся потребность в нем заставляла людей искать новые способы получения значительно больших количеств металла. В конце XIV или начале XV столетия горновые печи для плавки железа стали строить уже высотой в 2-3 м, чтобы получить больше металла. Мастера, производившие плавку в этих печах, заметили, что некоторые плавки выходят неудачными. Вместо железа в печи образовывалась похожая на железо масса, которая, остывая, давала хрупкое, не поддающееся ковке вещество. Но, в отличие от железа и стали, эта масса обладала замечательным свойством: она получалась в печи в расплавленном состоянии в виде жидкости, ее можно было выпускать через отверстия из печи и делать из нее отливки разной формы. Это и был чугун.

Конечно, в старину металлурги не умели объяснить, почему в одних случаях в печи оказывалось спекшееся ковкое железо, а в других — жидкий чугун. Химии как науки в те времена не существовало, и никто из мастеров, изготовлявших железо, не мог знать, что все дело заключалось в пропорции между рудой, углем и воздухом, поступавшим в печь при плавке. Чем больше подается в печь воздуха (точнее — кислорода), тем больше углерода выгорит и он превратится в углекислый газ, который улетучится, и в железе останется мало углерода: так получается сталь. Если же воздуха меньше, то много углерода растворяется в железе: образуется чугун.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите

Ctrl+Enter.

Месторождения руд черных металлов в СССР Как получают металлы из руд (продолжение)

Самые прочные металлы на Земле

Первое качество, с которым ассоциируется у нас металл, это прочность. На самом деле прочность определяется несколькими свойствами, учитывая которые именно сталь и ее сплавы находятся в списке самых прочных металлов.

Что же такое прочность? Это способность материала выдерживать внешние нагрузки, при этом не разрушаясь. При оценке прочности металла учитывается много параметров и качеств: насколько хорошо металл сопротивляется разрыву, как он противостоит сжатию, каков порог перехода от упругого к пластическому состоянию, когда деформация материала становится необратимой, какова способность материала сопротивляться распространению трещин и т.п.

Прочные сплавы и природные металлы

Сплавы представляют собой комбинации разных металлов. Потребность получить самые разные качественные характеристики металлов, среди которых и прочность, привела к появлению различных сплавов. Одним из важных в этом смысле сплавов является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Итак, какие же металлы принято считать самыми прочными на Земле?

Поскольку для определения прочности металла необходимо учесть очень много факторов, трудно однозначным образом упорядочить металлы от самого «крепкого» до самого «слабого». В зависимости от того, какое свойство считается наиболее важным в каждом конкретном случае, и будет складываться расстановка сил прочности среди металлов.

Сталь и ее сплавы

Сталь — это прочный сплав железа и углерода, с добавками других элементов, таких как кремний, марганец, ванадий, ниобий и пр. Благодаря различным системам легирования стали можно получать совершенно разный комплекс свойств новых сплавов.

Так, высокоуглеродистая сталь — это сплав железа с высоким содержанием углерода — получается прочной, относительно дешевой, долговечной, она хорошо поддается обработке. Из недостатков стоит отметить низкую прокаливаемость и низкую теплостойкость, что делает углеродистую сталь уязвимой в агрессивной среде.

Сферы применения: из углеродистой стали изготавливают различные инструменты, детали машин и сложных механизмов, элементы металлоконструкций. Важным условием применения таких изделий является неагрессивная среда.

Сплав стали, железа и никеля – один из наиболее прочных сплавов. Существует несколько его разновидностей, но в целом легирование углеродистой стали никелем увеличивает предел текучести до 1420 МПа и при этом показатель предела прочности на разрыв доходит до 1460 МПа.

Сферы применения: сплавы на никелевой основе используют в конструкциях некоторых типов мощных атомных реакторов в качестве защитных высокотемпературных оболочек для предохранения от коррозии урановых стержней.

Нержавеющая сталь – коррозионностойкий сплав стали, хрома и марганца с пределом текучести до 1560 МПа и пределом прочности на разрыв до 1600 МПа. Как и все виды стали, этот сплав обладает высокой ударопрочностью и имеет средний балл по шкале Мооса.

Сферы применения: благодаря своим антикоррозийным свойствам нержавеющую сталь широко применяют в самых разных областях – нефтехимической промышленности, машиностроении, строительстве, электроэнергетике, кораблестроении, пищевой промышленности и для изготовления бытовых приборов.

Особо твердые сплавы

Сплавы на основе карбидов вольфрама, титана, тантала обладают твердостью, которой позавидует любой молот Тора.

Титан – это наиболее растиражированный в средствах массовой информации и кинематографе природный металл, который принято ассоциировать с суперпрочностью. Его удельная прочность почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей. Он обладает самым высоким отношением прочности на разрыв к плотности из всех металлов. По этому показателю он обошел вольфрам, вот только по шкале твердости Мооса титан ему уступает. Тем не менее, титановые сплавы прочны и легки.

Сферы применения: титан и его сплавы часто используются в аэрокосмической промышленности. Из него делают элементы обшивки космических кораблей, топливные баки, детали реактивных двигателей. Активно используют его и в морском судостроении, строительстве трубопроводов для агрессивных сред и в качестве конструкционного материала.

Вольфрам с его самой высокой прочностью на растяжение среди всех встречающихся в природе металлов часто комбинируют со сталью и другими металлами для создания еще более прочных сплавов. К недостаткам вольфрама можно отнести его хрупкость и способность к разрушению при ударе.

Сферы применения: вольфрам применяют в металлургии для производства легированных сталей и различных сплавов, в электротехнической индустрии для изготовления элементов осветительных приборов, в машино- и авиастроении, в космической отрасли и химпроме. Сплав вольфрама и углерода (карбид вольфрама) используют для производства инструментов с режущими краями, таких как ножи и дисковые пилы, а также износостойких рабочих элементов горношахтного оборудования и прокатных валков.

Тантал обладает сразу тремя достоинствами – прочностью, плотностью и устойчивостью к коррозии. Он состоит в группе тугоплавких металлов, как и выше описанный вольфрам.

Сферы применения: тантал используется в производстве электроники и сверхмощных конденсаторов для персональных компьютеров, смартфонов, камер и для электронных устройств в автомобилях.

Инновационные сплавы

Существует ряд сплавов, которые появились совсем недавно, но уже успели завоевать признание благодаря своим «сверхкачествам» и активно используются в аэрокосмической сфере и медицине.

Алюминид титана – сплав титана и алюминия, который выдерживает высокие температуры и обладает антикоррозийными свойствами, но при этом он довольно хрупкий и недостаточно пластичный.  Тем не менее, он нашел свое применение в производстве специальных защитных покрытий.

Сплав титана с золотом – еще один уникальный материал, который был разработан несколько лет назад группой ученых из университетов США. Основная задача, которая стояла перед учеными, создать материал крепче титана, который можно было бы применять в медицине для производства протезов, совместимых с биотканью. Дело в том, что титановые протезы, несмотря на свою прочность, изнашиваются относительно быстро, их приходится менять каждые 10 лет. А вот сплав титана с золотом оказался вчетверо более прочным, чем те сплавы, что сейчас используются в производстве протезов.

Где используют металл — Волга Ньюс

В настоящее время сфера применения металла довольно широка. К примеру, элементы, выполненные из металла, используют в машиностроительной промышленности и автомобилестроении. Это металлические корпуса автомобилей и корпуса станков. Также достаточно часто в строительстве элементы крепления выполняют, применяя металлический уголок 50х50х5. Это обеспечивает стойкость и надежность всей конструкции здания или сооружения.

Итак, человек смог не только добывать железо из руды и обрабатывать его: также в процессе химических опытов человек научился получать различного рода металлические сплавы, которые обладают улучшенными характеристиками и свойствами. Так, к примеру, латунь — это сплав, в основе которого лежит медь. Также в данном сплаве содержатся олово и цинк, марганец и прочие химические элементы.

Латунь характеризуется следующими свойствами: высокая степень стойкости к коррозии, высокая теплопроводность, металл легко поддается обработке давлением. Латунь была известна человечеству еще в 18 веке. К примеру, на Руси соболиные меха обменивали на изделия из латуни. Сегодня же из латуни выпускают и всевозможные элементы декора — светильники и подсвечники, статуэтки и прочее. Также сплав латуни применяют при производстве посуды, элементов сантехники, систем отопления и проч.

Всевозможные сплавы цветных металлов применяют и в электронике. Из латуни, бронзы и меди делают сечения для проводов, ведь данные металлы характеризуются довольно хорошим уровнем электропроводимости.

Довольно-таки широка сфера применения и такого сплава, как чугун. Сегодня чугун используют, например, в станкостроении, выполняя из него комплектующие и части всевозможных промышленных станков, втулок, валов, прочего. Также из чугуна льют и различные предметы для бытового использования. Это чугунные трубы, причем имеется возможность выпускать трубы различного размера, также из чугуна производят и канализационные люки, которые имеют очень длительный срок службы, и прочее.

Стоит отметить, что чугун отлично поддается такому воздействию, как ковка. Поэтому именно этот материал используют для выполнения изделий профессиональные специалисты-кузнецы.

Применение металлов и их сплавов — урок. Химия, 8–9 класс.

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

 

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

 

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

 

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

  • механически прочнее и твёрже,
  • со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
  • устойчивее к коррозии,
  • устойчивее к высоким температурам,
  • практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

 

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия.

 

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.


Чугуны
используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

  

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

 

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые.

 

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

 

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.

 

Рис. \(1\). Конструкция из стальных балок

Рис. \(2\). Радиатор центрального отопления

Рис. \(3\). Детали, отлитые из чугуна

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием.

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

 

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

 

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.


Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

 

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

 

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

 

Рис. \(4\). Нагревательные элементы бытовых электроприборовРис. \(5\). Краны для водопроводов

Рис. \(6\). Металлическая пружина

 

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

 

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

 

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.

 

Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавленияРис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

 

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

 

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

 

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

 

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

 

Рис. \(9\). Ювелирные изделия из сплавов золота

 

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

 

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

 

Рис. \(10\). Бронзовая скульптура

  

Рис. \(11\). Колокола из специального сорта бронзыРис. \(12\). Чугунная лестница —  практично и красиво

Источники:

Рис. 1. Конструкция из стальных балок https://cdn.pixabay.com/photo/2019/09/07/16/14/steel-scaffolding-4459235_960_720.jpg

Рис. 2. Радиатор центрального отопления https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/12/19/00/radiator-2845463_960_720.jpg

Рис. 3. Детали, отлитые из чугуна https://cdn.pixabay.com/photo/2017/10/15/18/47/fence-2854829_960_720.jpg

Рис. 4. Нагревательные элементы бытовых электроприборов https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/7/7d/%D0%9A%D0%B8%D0%BF%D1%8F%D1%82%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%BA.JPG Общественное достояние

Рис. 5. Запорные краны для водопроводов  https://cdn.pixabay.com/photo/2020/02/01/21/11/water-crane-4811466_960_720.jpg

Рис. 6. Металлическая пружина https://cdn.pixabay.com/photo/2020/03/08/16/03/spring-4912865_960_720. jpg

Рис. 7. Припой (сплав для паяния)  https://cdn.pixabay.com/photo/2018/04/01/06/13/soldering-3280085_960_720.jpg

Рис. 8. Легкоплавкие сплавы https://cdn.pixabay.com/photo/2014/11/10/08/09/fire-detector-525147_960_720.jpg

Рис. 9. Ювелирные изделия из сплавов золота  https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/25/11/52/watch-166849_960_720.jpg

Рис. 10. Бронзовая скульптура https://cdn.pixabay.com/photo/2016/01/26/19/35/bronze-statue-1163163_960_720.jpg

Рис. 11. Колокола https://cdn.pixabay.com/photo/2017/06/17/19/30/bells-2413297_960_720.png

Рис. 12. Чугунная лестница https://cdn.pixabay.com/photo/2021/01/11/10/51/passage-5907911_960_720.jpg

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода — журнал За рулем

Из череповецкой стали штампуют почти всё, что выпускают на российских автозаводах. «За рулем» отправился в Череповец, чтобы разобраться, как производят прокат для автопрома и какая толщина у металла, из которого изготовлен кузов вашего автомобиля.

Материалы по теме

Череповецкий металлургический комбинат рождает смешанные чувства.

Смотрю на грандиозные доменные печи и проезжающие составы с расплавленным металлом — и в голове звучит мелодия «Время, вперёд!» из девятичасовых новостей. А реки раскаленной руды заставляют вспомнить кузни гномов из эпического произведения Толкиена.

Здесь творится магия рождения металла, из которого делают автомобильный лист. Из «северстали» штампуют почти всё, что производится в России, - кабины и кузовá автомобилей ГАЗ, КАМАЗ, Haval, Renault, Nissan, Peugeot, Citroen, Volkswagen, Hyundai и Kia.

Не важно, у вас ГАЗель или Solaris. Толщина металла и оцинковка у них одинаковые!

Стройка вопреки

Череповецкий комбинат появился скорее «вопреки», нежели «благодаря». Но и благодарить есть кого — ученого-металлурга Ивана Павловича Бардина. Именно он предложил не строить комбинат рядом с месторождением руды или угля, который был основным топливом.

Материалы по теме

По мнению Бардина, Череповецкий завод следовало строить на равном удалении как от обоих месторождений, так и от двух столиц, на перекрестке водных артерий и железнодорожных путей.

Было много возражений, но стройка началась — по распоряжению Сталина, с которым, ясное дело, никто спорить не решался. Проект стартовал ударными темпами: НКВД пригнал около десяти тысяч заключенных. Но помешала война. Стройка возобновилась только в 1947 году, и через восемь лет комбинат дал первую партию чугуна. Причем очень высокого качества. Спустя три года отлили первую сталь. А уже в 1962 году комбинат стал рентабельным — Бардин оказался прав.

Сейчас Череповецкий металлургический выдает по 12 миллионов тонн стали ежегодно. Большая часть этого объема приходится на конструкционную сталь для судостроения и стро­ительной отрасли. Автомобильный лист составляет лишь 10% объема. Однако именно это производство самое технологичное, требовательное и затратное.

Брак не прокатит

Всё начинается с доменных печей, коих в Череповце четыре (скоро закончится строительство пятой). Особая гордость — печь «Северянка» высотой больше 100 метров. Гигантская домна была задута (именно так называется запуск доменной печи) в 1986 году и долгое время оставалась самой большой в мире, попав в Книгу рекордов Гиннесса.

Материалы по теме

Позже в Японии, Корее и Китае появились домны больше, но в Европе «Северянка» по-прежнему королева. Аппетит под стать размеру — каждый день она сжирает по шесть железнодорожных составов кокса и почти 70 тысяч кубометров газа, отдавая взамен по 13–15 тысяч тонн чугуна — исключительно передельного (так называют чугун для последующей переплавки в сталь). И хотя технология доменного производства не меняется уже столетие, управление и контроль — на современном уровне. Комната операторов напоминает центр управления космическими полетами.

Расплавленный чугун отправляется в сталеплавильный цех, который тоже поражает воображение. Над головой проезжают гигантские чаны; из них расплавленный металл переливают в формы и смешивают с металлоломом и присадками. Состав этого «винегрета» определяет физические и химические свойства стали, необходимые заказчику. При нас готовили сталь для ГАЗа. Точный состав, который требует каждый производитель, держат в секрете. Но всем производителям отправляют высокопрочную сталь, предел прочности которой 1500–2000 мПа. На выходе получают большие раскаленные отливки, так называемый сляб.

Расплавленный чугун отправляют в переплавку, замешивая с металлоломом и присадками. На выходе получают раскаленные отливки из стали.

Расплавленный чугун отправляют в переплавку, замешивая с металлоломом и присадками. На выходе получают раскаленные отливки из стали.

Отливки проходят пластическую обработку, затем их охлаждают и закручивают в рулоны.

Отливки проходят пластическую обработку, затем их охлаждают и закручивают в рулоны.

После того как газовые резаки настругают одинаковые плиты сляба, в дело вступает стан горячей прокатки «2000». Число означает вовсе не год открытия, а ширину валков, через которые черновой сляб проходит, утончаясь до толщины автомобильного листа. Раскаленные плиты больше километра едут по конвейеру, периодически попадая в тесные объятия валков. Каждый такой проход сопровождается брызгами искр и тяжелым дыханием испаряющейся воды, необходимой для охлаждения.

Материалы по теме

На выходе прокат закручивается в километровые рулоны. Их-то и отправляют на финальную обработку — в новенький цех оцинковки. Здесь чисто и светло, ничего общего с брутальным производством черного металла. Череповецкая сталь не зря устраивает всех зарубежных производителей, пришедших к нам на рынок. Технологию оцинковки изменили — увеличили температуру процесса (420 градусов), благодаря чему атомы цинка не просто покрывают лист, а проникают глубоко в структуру, что гораздо эффективнее. Не важно, на чем вы ездите — на ГАЗели, Солярисе или Фольксвагене. Они все оцинкованы одинаково. Различаются лишь свойства стали. Так что ржавеют машины по-разному только из-за этого. Ну и из-за качества окраски.

Рулоны нарезают в листы, они проходят оцинковку, после чего их снова сваривают между собой и закручивают в рулоны уже окончательно и бесповоротно — для отправки заказчику. Причем швы увидеть просто нереально — на выходе получается цельный километровый лист. Размер рулонов определяется заказчиком — вес варьируется от 5 до 30 тонн. Но перед этим весь лист проходит контроль, причем очень жесткий. Даже малейший брак недопустим. Всматриваясь в дефектные листы, я иногда не мог найти хоть какой-то изъян. Кстати, совсем недавно на заводе освоили производство и стали DР600, предназначенной для изготовления колесных дисков.

Готовую сталь перед отправкой заказчику снова закручивают в рулоны.

Готовую сталь перед отправкой заказчику снова закручивают в рулоны.

Культура производства

Атмосфера и масштабы предприятия вселяют гордость: не все промышленные гиганты Союза отправились в небытие. Завод работает и кормит не только владельцев, но и город: благодаря Северстали Череповец живет и развивается.

И о людях думают. Вот простая мелочь: во всех цехах, у каждой лестницы — плакаты с просьбой держаться за поручни. Казалось бы, никто их не читает, но травматизм снизился на 80%! Именно из этого складывается культура производства, а без нее качества не достичь.

  • Как сэкономить на кузовном ремонте, читайте тут.
Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода

Из череповецкой стали штампуют почти всё, что выпускают на российских автозаводах. «За рулем» отправился в Череповец, чтобы разобраться, как производят прокат для автопрома и какая толщина у металла, из которого изготовлен кузов вашего автомобиля.

Как делают металл для VW, Renault, Hyundai, Kia… — репортаж с завода

Цветные металлы. Особенности поверхности | Hammerite

Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

В чем особенность цветных металлов?

С каждым днем употребление цветных металлов становится все более распространенным. К цветным относят все металлы и сплавы, которые не содержат железа в своем составе. Такое название металлы получили благодаря цвету некоторых представителей этой группы. Например, медь имеет красный оттенок.

Цветные металлы – это медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро и т.п. Они имеют общее свойство образовывать на поверхности оксидную пленку, которая предотвращает дальнейшее разрушение металла. Цветной металл в промышленности подвергают различным видам механической обработки, а также воздействуют на него давлением. Процессы, производимые над цветным металлом, включают ковку, штамповку, прессование, резание, прокатку,сварку, пайку.

Самое главное отличие цветных металлов от чёрных –это то, что они не ржавеют и значительно более долгое время сохраняют свои свойства. Однако это совсем не значит, что на них никак не влияют агрессивные внешние факторы. Так, цинк и оцинкованные поверхности со временем приобретают белесый, меловатый оттенок. Это происходит под влиянием кислорода и влаги. Как и в случае черных металлов, эти факторы окисляют металл на поверхности. Тем не менее, цветные металлы хороши тем, что влага и кислород действуют только на поверхность металла и не могут проникнуть внутрь.

Однако, цветные металлы тоже нуждаются в защите и окраске. Но окраска металла – дело не простое. Большинство красок имеют низкую адгезию к цветным металлам, обусловленную образованием оксидной пленки на поверхности. Если в каком-то месте плёнка краски начинает отслаиваться, то в образующиеся трещины в плёнке начинает поступать влага и площадь отслоения становится всё больше и больше. Очень быстро краска начинает трескаться и отваливаться кусками.

Металл медленно льется – Газета Коммерсантъ № 78 (7040) от 12.05.2021

Российские металлурги увеличивают производственные планы на 2021 год на фоне рекордных цен на сталь, однако делают это очень осторожно. Ни один из крупнейших игроков не собирается превышать максимумы выпуска, достигнутые до пандемии. По мнению аналитиков, компании не хотят спровоцировать избыток мощностей на рынке, после того как нынешнее ценовое ралли сойдет на нет.

«Северсталь» Алексея Мордашова в 2021 году увеличит выпуск стали на 2,6%, до 11,6 млн тонн, сообщил руководитель управления по работе с инвесторами Владимир Залужский в рамках «Диалога с компанией», организованного «ВТБ Капитал Инвестиции». Этот план тем не менее меньше результата 2019 года — 11,85 млн тонн стали,— показанного после продажи сортового завода в Балаково.

Другие российские металлурги тоже собираются наращивать выпуск. Так, 22 апреля гендиректор НЛМК Григорий Федоришин на телефонной конференции для аналитиков говорил о планах увеличения выпуска стали на 2 млн тонн на липецкой площадке, на которой в 2020 году было выпущено 12 млн тонн из 15,7 млн тонн общего производства компании. Хотя в таком случае выпуск может достигнуть 17,7 млн тонн, он значительно не превысит показатель 2018 года. В 2019 году НЛМК выпустил лишь 15,8 млн тонн стали из-за приостановок, связанных с модернизацией производства.

Павел Шиляев, гендиректор Магнитогорского металлургического комбината, о ценах на сталь, 21 апреля
Мы считаем, что на мировом рынке будет зафиксирован рост 25–30% во втором квартале

ММК Виктора Рашникова планирует нарастить в 2021 году объемы производства до среднего показателя — 3 млн тонн ежеквартально, отмечалось в февральском обзоре «ВТБ Капитала» по итогам встречи аналитиков с менеджментом компании. В таком случае рост выпуска по сравнению с 2020 годом может составить 3,7%, однако опять же окажется меньше, чем результат 2019 года — 12,46 млн тонн.

С конца 2020 года на мировых рынках и внутри России наблюдается рост цен на сталь. Высокие уровни цен поддерживаются ажиотажным спросом на металл на внешних рынках, превышением спроса над предложением и сложной ситуацией на рынке железной руды, растущая цена на которую сказывается и на цене стали.

11 мая “Ъ” писал, что железная руда продолжает дорожать на фоне восстановления мировой экономики и роста спроса в Китае. При этом все аналитики и крупнейшие игроки отмечают, что рынок перегрет, и ждут снижения котировок. Так, Министерство финансов Австралии прогнозируют, что цены на руду упадут до долгосрочного среднего уровня — $55 за тонну — к концу марта 2022 года, при этом прежде ожидалось их снижение до этого уровня уже в сентябре. Сейчас цена на железную руду в китайском порту Циндао составляет $230 за тонну.

При этом российские компании ожидают роста спроса на сталь и внутри страны. «Северсталь» на дне инвестора в марте 2021 года повысила свой ориентир производства стали в 2023 году до 13 млн тонн вместо ранее планируемых 11,7 млн тонн. По прогнозам компании, рост внутреннего спроса на сталь в 2021 году составит 3,1%, до 43,8 млн тонн, что перекроет падение 2020 года из-за COVID-19. Среднегодовой темп роста спроса в период 2021–2023 годов может составить 2,6%, считают в компании. По оценкам ММК, рост спроса в этом году составит 3,6%.

Ирина Ализаровская из Райффайзенбанка подчеркивает, что 11,6 млн тонн стали, планируемых «Северсталью» к выпуску, не являются максимальным показателем для компании. Но, по ее мнению, серьезное увеличение производства на фоне отличного рынка не входит в планы металлургов, так как чревато проблемой избыточных мощностей в будущем. По словам аналитика, сталелитейщики не сомневаются, что нынешний уровень цен является временным явлением, при этом даже после коррекции цены останутся на высоком уровне.

Евгений Зайнуллин

Как производятся металлы

У тебя есть кольцо на пальце? Он сделан из золота, серебра, платины или другого природного металла? Затем задумайтесь: металл в кольце на вашем пальце старше планеты, на которой вы стоите.

ЧТО ТАКОЕ «МЕТАЛЛ»?

С научной точки зрения, металлы — это природные химические элементы, которые обычно являются твердыми, блестящими и хорошо проводят как тепло, так и электричество. Примеры включают железо, золото, серебро, медь, цинк, никель и т. Д., но также и элементы, которые мы обычно не считаем металлами. Один из них — натрий — металл, который мы регулярно употребляем в пищу: натрий — это мягкий серебристо-белый металл, который обычно связывается с хлором, образуя хлорид натрия или поваренную соль.

Другой — астатин, который был обнаружен в 1940 году в лаборатории, где он был создан искусственно. В природе он не был обнаружен до 1943 года. Астатин очень радиоактивен, и считается, что всего лишь одна унция его существует на Земле. Из 118 известных существующих химических элементов 88 — металлы.

НАСТОЯЩАЯ АЛХИМИЯ

Итак, откуда взялись все эти металлы? Вот очень упрощенное объяснение:

Все элементы, включая металлы, сделаны из одного и того же материала: атомарного материала — электронов, нейтронов и протонов. Атомы разных элементов можно отличить друг от друга по количеству содержащихся в них протонов. (Число нейтронов и электронов может варьироваться даже среди атомов одного и того же элемента. ) Например, атом водорода содержит только один протон.В атоме золота 79. Это верно для каждого из бесчисленных атомов водорода и золота во Вселенной.

Если бы вы могли найти способ смешать 79 атомов водорода в один атом, у вас был бы атом с 79 протонами, и, следовательно, у вас был бы атом золота. И это почти именно то, что происходит … за исключением того, что происходит внутри звезд.

ЗОЛОТО В ИХ ЗВЕЗДАХ

Примерно 13,7 миллиарда лет назад материя впервые появилась в виде атомов двух самых легких элементов: водорода с одним протоном и гелия с двумя.Они остаются, безусловно, самыми распространенными элементами во Вселенной.

Спустя многие миллионы лет эти первые атомы водорода и гелия собрались в облака пыли и газа, настолько огромные, что их пришлось бы измерять в световых годах (1 световой год = 6 триллионов миль или 9,5 триллионов километров). Облака в конце концов поддались собственной огромной гравитации и рухнули, образуя первые звезды. А звезды были разрушителями атомов — достаточно горячими, чтобы расщепить эти атомы водорода и гелия и снова соединить их вместе, преобразовав их в более крупные атомы различных, более тяжелых элементов.

Например, если вы соедините два атома водорода вместе, у вас будет атом с двумя протонами — или гелий. Соедините три атома водорода вместе, и вы получите атом с тремя протонами — литием, первым и самым легким металлом. Соедините три гелия вместе, и вы получите атом с шестью протонами — углерод. Это то, что происходит со всеми звездами, которые вы видите на ночном небе. В массивных из них процесс может приводить к производству все более и более тяжелых элементов, включая такие металлы, как титан (22 протона) и железо (26 протонов).Если они особенно массивны, они могут производить самые тяжелые металлы, такие как золото (79 протонов) и уран (92 протона). Это одна из вещей, которые делают звезды, и именно так в природе образуются все элементы, включая все эти блестящие металлы.

Итак, как они сюда попали?

НА ЗЕМЛЮ

В первые несколько миллиардов лет после Большого взрыва родились миллиарды и миллиарды звезд, как мы только что описали. Многие из них были чрезвычайно массивными (в сотни раз больше нашего Солнца), а массивные звезды живут относительно недолго — всего несколько миллионов лет в некоторых случаях (меньшие звезды могут жить миллиарды лет) — а затем умирают, взрываясь как сверхновые.

И когда эти массивные звезды взорвались миллиарды лет назад, они изгнали созданные ими тяжелые элементы, отправив их в космос. Им пришлось, так сказать, «засеять» вселенную элементами, в том числе металлами. И его сверхмассивные, непостижимые количества — триллионы, триллионы и триллионы мегатонн. Это означает, что когда позже образовались новые звезды, они уже были «засеяны» металлами, оставленными этими сверхновыми.

Одной из тех более поздних, богатых металлами звезд было наше собственное Солнце.Беглый взгляд на эту историю:

  • Около 4,5 миллиарда лет назад массивное космическое облако пыли и газа, засеянное множеством более тяжелых элементов, схлопнулось, начав процесс образования новой звезды.
  • Большая часть водорода и гелия в облаке стала частью новообразованной звезды. Остальная пыль и газ, включая металлы, скопились в расплавленной массе, вращаясь вокруг новой звезды. Вращающееся движение расплющивало массу (представьте, как крутится тесто для пиццы) в расплавленный вращающийся диск.
  • За миллионы лет, когда диск охладился, его части слиплись здесь и там, и эти сгустки стали планетами в нашей солнечной системе. А металлы в пыли? Они стали всеми металлами на всех планетах, включая нашу.

Наша доля: На Земле много металла. Почти треть массы планеты составляет железо, большая часть которого находится в ядре планеты. Еще 14 процентов — магний, 1,5 процента — никель и 1,4 процента — алюминий.Это 49 процентов планеты. Остальные металлы Земли, включая «драгоценные» металлы, такие как золото, серебро, платина и палладий, существуют только в следовых количествах. Остальное — неметаллическая часть — составляет около 30 процентов кислорода и 15 процентов кремния, а также меньшее количество множества других неметаллических элементов.

СМОТРЕТЬ! БЛЕСК!

На протяжении как минимум нескольких миллионов лет люди и их предки использовали инструменты, сделанные из таких материалов, как дерево, кость и камень, чтобы облегчить себе жизнь.Это не сильно облегчило их жизнь: Homo sapiens были относительно примитивными кочевыми охотниками и собирателями на протяжении почти всего своего существования. Затем, около 10 000 лет назад, они начали открывать способы работы с «новым» материалом: металлом.

Первые металлы, использованные людьми, были металлами, с которыми у первых мастеров по металлу не было особо много работы, чтобы сделать их пригодными для использования. Это самородные металлы — металлы, которые встречаются в природе в чистом виде или естественным образом смешиваются с другими элементами таким образом, чтобы сохранить их полезные свойства.К ним относятся медь, олово, свинец, серебро и золото.

Кто-то мог только что найти самородки этих металлов в русле реки или в корнях выкопанного дерева и подумать, что они привлекательны. Возможно, они забили их каменными молотками и обнаружили, что они могут придавать им форму. Это могло привести к использованию металлов в ювелирных изделиях или украшениях или к изготовлению металлических инструментов и оружия, таких как топоры, ножи и мечи, — значительное улучшение по сравнению со старыми каменными инструментами. Все это в конечном итоге привело к активным поискам металлов, открытию шахт, торговле металлами между разными народами и рождению металлургической промышленности.Как бы то ни было, это случилось — это произошло во многих местах по всему миру.

МЕТАЛЛУРГИЯ

Примерно 8000 лет назад люди начали открывать, что они могут изменять металл. Возможно, они обнаружили это случайно, или, возможно, люди просто проявили творческий подход, или, может быть, это была комбинация того и другого. В любом случае были разработаны новые процессы для изменения металлов, а затем для создания совершенно новых, которых вообще не было в природе, — с огромным улучшением качества. В течение следующих нескольких тысяч лет горное дело и металлообработка стали неотъемлемой частью большинства культур на Земле, а металл стал одним из наиболее изменяющих цивилизацию веществ в истории человечества.Каждый из этих новых процессов включал в себя огонь, и вполне вероятно, что эксперименты с одним приводили непосредственно к следующему. Самые важные достижения:

  • Отжиг. Это просто процесс нагрева металла до вишнево-красного цвета. Это восстанавливает старый, хрупкий металл до его исходного пластичного состояния, позволяя обрабатывать его и продлевая срок его службы. Отжиг можно проводить при относительно низких температурах (медь можно отжигать в костре). Впервые это было сделано около 6000 г. до н.э.C., где-то на Ближнем Востоке и, возможно, примерно в то же время в Европе и Индии.
  • Плавка. В этом процессе металлы плавятся в жидкое состояние, что дает гораздо больше свободы для придания им различных форм. Металлы были впервые выплавлены около 5000 г. до н.э., после разработки более совершенных обжиговых печей для гончарных изделий, в которых можно было производить гораздо более высокую температуру, чем можно было бы получить на простом открытом огне.
  • Производство сплавов. Это процесс смешивания разных металлов, пока они находятся в расплавленном состоянии.Это началось около 3300 г. до н. Э. (начало бронзового века) с первым производством бронзы — смеси меди и олова, которая намного тверже и долговечнее любого из ее компонентов.
  • Добыча. С дальнейшим усовершенствованием технологии обжига и последующей возможностью достижения более высоких температур были разработаны методы, позволяющие извлекать металлы из руды. Впервые это было сделано с железом на Ближнем Востоке около 1500 г. до н.э., что ознаменовало начало железного века.
  • Плавка, производство сплавов и добыча практиковались древними народами в Европе, Азии, Южной Америке и даже на севере, вплоть до Мексики, но не в остальной части Северной Америки или в Австралии, пока не прибыли европейцы. Эти простые процессы остаются основой, вероятно, самой крупной и успешной отрасли в истории человечества: металлургической промышленности.

утюг

Железо — самый распространенный металл на Земле. Но, как и с большинством металлов, добраться до него сложно, потому что он очень редко встречается в природе в чистом виде.Чаще всего он присутствует в оксидах железа — молекулах, состоящих из железа и кислорода, которые встречаются в железной руде в смеси с горными породами. Чтобы получить железо, вам нужно избавиться от кислорода и камней. Вот наиболее распространенный сегодня процесс:

  • Приготовление: После добычи железную руду измельчают в порошок. Затем используются огромные магнитные барабаны для отделения бедной железом руды от богатой железом. (Богатая железом руда прилипает к барабанам; остальная часть отпадает.) Богатый железом порошок смешивают с глиной и превращают в гранулы размером с мрамор, которые затем подвергаются термической закалке. Это позволяет более эффективно сжигать на следующем этапе — плавке.
  • Плавка: окатыши плавятся в печи вместе с коксом — углем, который был переработан в почти чистый углерод — и известняком. Сильное тепло разрывает железо-кислородные связи в руде, высвобождая кислород в виде газа, который связывается с углеродным газом, выделяющимся из горящего кокса, с образованием CO2 (диоксида углерода). CO2 выходит из верхней части печи, а чугун, лишенный кислорода, плавится (примерно при 2800 ° F) и собирается на дне печи.Известняк также плавится и связывается с примесями, образуя расплавленные отходы, известные как шлак. Шлак легче железа, и его непрерывно удаляют из верхней части печи.
  • Результат: продуктом этого процесса является чугун из сплава железа. Он имеет относительно высокое содержание углерода, около 5 процентов, что делает его очень хрупким, поэтому чугун в основном бесполезен, за исключением производства других сплавов железа, особенно стали.

СТАЛЬ

Сегодня около 98 процентов чугуна, производимого во всем мире, идет на производство стали, самого широко используемого металла или металлического сплава в истории. Процесс начинается с заливки расплавленного чугуна в сталеплавильные печи, где он обрабатывается для удаления любых оставшихся примесей и снижения содержания углерода до 0,1–2%. Это одна из главных характеристик стали: все, кроме очень немногих из сотен различных типов стали, содержат углерод на таком уровне. Это снижает хрупкость, увеличивая при этом прочность и твердость. В зависимости от типа производимой стали в смесь затем добавляются различные элементы. Два примера:

  • Марганцевая сталь, или мангаллой, на 13 процентов состоит из марганца, что делает ее чрезвычайно ударопрочной.Это делает мангаллой популярным для использования в горнодобывающих инструментах, оборудовании для дробления горных пород и в бронировании военной техники.
  • Нержавеющая сталь — это на самом деле название широкого диапазона сталей, но все они имеют одну общую черту: хром от 10 до 30 процентов, в зависимости от типа. Хром на поверхности нержавеющей стали связывается с кислородом воздуха, образуя слой оксида хрома, который придает нержавеющей стали очень твердый, блестящий вид и делает ее устойчивой к коррозии. А если он поврежден или поцарапан, хром снова связывается с кислородом, и образуется новый слой, поэтому он самовосстанавливается. Нержавеющая сталь используется в самых разных продуктах — от кухонной утвари и хирургического оборудования до скульптуры на открытом воздухе. (Он также на 100% пригоден для вторичной переработки.)

АЛЮМИНИЙ

Наиболее распространенной рудой, используемой для производства алюминия, является боксит, глиноподобное вещество, которое примерно на 50 процентов состоит из глинозема — алюминия, связанного с кислородом. Как и в случае с железом, получение алюминия означает избавление от кислорода и минералов в руде.Этот процесс намного сложнее, чем добыча железа, и был разработан только в конце 1800-х годов. (Алюминий был идентифицирован как уникальный элемент только в 1808 году.) Первая часть системы, наиболее часто используемой сегодня, называется процессом Байера в честь австрийского химика Карла Байера, который изобрел его в 1877 году.

Процесс Байера: бокситы добывают и измельчают, затем смешивают с водой и щелочью и нагревают в резервуарах. Это тепло и щелочь заставляют глинозем в руде растворяться в воде, а примеси опускаются на дно.Затем вода с высоким содержанием глинозема сливается сифоном и фильтруется для удаления дополнительных примесей, а затем перекачивается в огромные отстойники, где воде дают возможность выпадать в осадок. Остается белый кристаллический порошок, который на 99% состоит из оксида алюминия. Кристаллы промывают и дают высохнуть.

Следующий этап известен как процесс Холла-Эру, названный в честь двух химиков, которые разработали его — независимо друг от друга — в 1886 году. В этом процессе кристаллы оксида алюминия (вместе с минералами, которые способствуют разложению оксида алюминия) становятся выплавляется при температуре около 1760 ° F в стальных чанах.Но этого недостаточно, чтобы разорвать связи алюминий-кислород в оксиде алюминия; они намного прочнее, чем связи железо-кислород. Таким образом, через расплавленный материал проходит мощный электрический ток, который приводит к разрыву связей. Кислород выделяется в виде газа и притягивается к углеродным стержням, подвешенным над расплавленной смесью, где он связывается с углеродом с образованием газа CO2 (как в процессе плавки чугуна). Освободившийся алюминий плавится и собирается на дне кастрюли. На данный момент это алюминий чистотой 99,8%.

Алюминий используется в самых разных областях в чистом виде (алюминиевая фольга изготавливается из почти чистого алюминия) и чаще всего в сплавах, смешанных с такими элементами, как кремний, медь и цинк. Некоторые из них прочнее стали и имеют дополнительное преимущество — они намного легче. Обычно используется в посуде, банках для безалкогольных напитков и автомобильных блоках двигателя.

ПЛАТИНОВЫЙ

Платина — блестящий серебристо-белый металл, который встречается очень редко и обладает некоторыми уникальными качествами: это один из самых плотных металлов, но он очень ковкий; он чрезвычайно устойчив к коррозии под воздействием температуры, ржавчины или воздействия таких материалов, как кислоты; и он имеет очень высокую температуру плавления — 3215 ° F (температура плавления золота составляет всего 1064 °, а у железа — 1535 °. Платина существует в природе в чистом виде, но чаще встречается в смеси с другими элементами, включая кислород, медь и никель. Более 90 процентов платины, добываемой сегодня в мире, поступает всего с четырех месторождений: трех в России и одного в Южной Африке. Производство довольно сложное.

Чтобы получить одну унцию платины, необходимо добыть более десяти тонн руды. Краткое описание процесса выглядит следующим образом:

  • Руда добывается, измельчается в порошок и смешивается с водой и химикатами.Через смесь продувается воздух, образуя пузырьки, к которым прилипают крошечные частицы платины. Пузырьки поднимаются на поверхность емкости, образуя мыльную пену. Пена собирается, сушится и плавится при температуре выше 2700 ° F. Более тяжелые частицы — металлы — опускаются на дно печи. Более легкие примеси собираются на поверхности расплавленного металла и удаляются. Затем используются сложные химические процессы для отделения платины от меди, никеля и других металлов, которые все еще присутствуют, до тех пор, пока, наконец, не будет получена чистая платина.

блестящие биты

  • Железная руда выплавляется в доменной печи: перегретый воздух — до 2200 ° F — «вдувается» в печь, заставляя ее гореть намного сильнее, чем в противном случае. Типичная доменная печь на сталелитейном заводе работает 24 часа в сутки, 365 дней в неделю, до 20 лет, прежде чем ее необходимо будет заменить.
  • Чистая сталь очень восприимчива к ржавчине. Оцинкованная сталь — это сталь, покрытая цинком, который очень устойчив к ржавчине.
  • Основной химический ингредиент рубинов, изумрудов и сапфиров: алюминий.
  • Для чего используется большая часть чрезвычайно редких металлов платины? Каталитические нейтрализаторы — устройства на автомобилях, используемые для очистки выхлопных газов. Платина — исключительно хороший катализатор: она помогает преобразовывать токсичные газы в выхлопных газах, такие как окись углерода, в нетоксичные газы.
  • Это миф, что среди коренных американцев не было обработки металлов. Многие племена действительно имели давние традиции обработки меди, особенно в районе Великих озер, где металл был в изобилии.
  • Вся платина, добытая в истории, могла поместиться в подвал среднего дома.

Эта статья перепечатана с разрешения Читателя для ванной комнаты из 24-каратного золота дяди Джона . Информаторы из Института читателей ванных комнат обнаружили бесценную коллекцию удивительных, удивительных, головокружительных и веселых статей. 24-каратное золото наполнено малоизвестной историей, случайным происхождением, странными новостями, секретами знаменитостей и городскими легендами.

С 1987 года Институт читателей ванных комнат возглавил движение за тех, кто сидит и читает в ванной (и везде в этом отношении).Серия «Читалка для ванной комнаты дяди Джона», насчитывающая более 15 миллионов напечатанных книг, является самой продолжительной и самой популярной серией подобного рода в мире.

Если вам нравятся книги «Сегодня я узнал», я гарантирую, что вам понравятся книги Института читателей ванных комнат, так что ознакомьтесь с ними!

Откуда берутся металлы?

Чтобы ответить на вопрос о происхождении металлов, сначала нам нужно дать определение слову «металл». Чистые металлы — основные элементы материи. 118 известных элементов либо обнаружены в природе, либо созданы в лаборатории.Большинство этих элементов — металлы, но есть небольшое количество неметаллических элементов, таких как углерод, и несколько «промежуточных» элементов, называемых металлоидами.

Ознакомьтесь с изделиями из металла от IMS!

Что такое металлы?

Металлы обладают определенными физическими свойствами, которые отличают их от неметаллов и металлоидов. Самая очевидная разница в том, что металлы очень хорошо проводят тепло и электричество. В твердом состоянии они обычно твердые и имеют глянцевый блеск. Еще одним важным качеством металлов является то, что они пластичны, что означает, что им можно коваться молотком или обрабатывать их, придавая им различную форму.Их также можно плавить и отливать в формы или резать станками для создания полезных предметов.

Все металлы, которые мы находим на Земле, возникли миллиарды лет назад. Внутри сверхгорячей среды звезд простые атомы водорода и гелия слились вместе, образуя более тяжелые элементы. После того, как первоначальные звезды взорвались, пыль и газ от взрыва попали в нашу местную галактику и были вовлечены в создание нашей собственной солнечной системы. Частицы, кружащиеся вокруг нового Солнца, слипались в планеты, включая Землю.

Как сделать металл?

В ее ядре содержится много металла на Земле, особенно железа. Металл неравномерно разбросан по земной коре, смешан с горными породами, кислородом и другими элементами. Некоторые виды горных пород, например гранит, содержат лишь следовые количества металла. Металл, который мы используем для изготовления зданий, компьютеров, автомобилей и грузовиков, а также многих других продуктов, поступает из подземных залежей минеральных руд, содержащих высокие концентрации металла.

Самые ранние люди обнаружили небольшие кусочки металлов, содержащихся в естественных количествах, таких как медь, олово и золото, которые они вбивали в украшения и другие предметы.Они научились смешивать металлы вместе для создания новых металлов, называемых сплавами, которые улучшили их характеристики. Например, смешивая медь с оловом, они создали бронзу, которая намного тверже и лучше для оружия, чем чистая медь. Важным металлическим сплавом является сталь, представляющая собой железо с небольшим количеством углерода.

Обзор металлических изделий

Как производятся металлические сплавы

Первый шаг в производстве металлических сплавов начинается с добычи руды из земли. Затем руда должна быть переработана для извлечения металла из неметаллов, таких как горная порода.Процесс извлечения может включать:

  • измельчение руды в порошок
  • нагревает до высоких температур
  • ополаскивание водой или химической ванной
  • фильтрация осадка
  • осаждает жидкость
  • Подача электрического тока для разрыва прочных химических связей

После извлечения металла его можно использовать в самых разных целях, от алюминиевых банок до стальных лесов, от оцинкованных крыш до электронных схем.

Чтобы узнать о широком ассортименте металлических прутков, листов, листов, труб, труб и других профилей из алюминия, стали, нержавеющей стали, чугуна, латуни и бронзы, посетите Industrial Metal Supply.

18 различных типов металла (факты и области применения) — изготовление из металла

Многое произошло со времен бронзового века. Существуют тысячи различных типов и марок металла, и каждый из них разработан для очень специфических применений.

Каждый день вы будете регулярно контактировать с десятками видов металлов.Вот интересное руководство, которое расскажет вам о некоторых из этих распространенных металлов и о том, где вы их найдете.

Сталь

Это самый распространенный металл в современном мире.

Сталь по определению — это просто железо (элемент), смешанное с углеродом. Это соотношение обычно составляет около 99% железа и 1% углерода, хотя это соотношение может немного отличаться.

Интересный факт: В 2017 году во всем мире было произведено более 1,8 миллиарда тонн стали (половина из которых была произведена в Китае).Средний африканский слон весит около 5 тонн. Если бы вы сложили слонов друг на друга, чтобы образовать действительно своеобразный мост на Луну (что на самом деле невозможно), он все равно был бы не таким тяжелым, как вес стали, производимой каждый год.

На самом деле существует много разных видов стали. Вот обзор основных типов:

Углеродистая сталь

Это основная сталь, хороший углерод и железо, хотя могут быть добавлены другие очень небольшие количества других элементов.

Три основные категории — это сталь с низким, средним и высоким содержанием углерода. Чем больше углерода, тем тверже и сильнее. Меньше углерода — дешевле, мягче и проще в производстве.

Углеродистая сталь чаще всего используется в качестве конструкционного строительного материала, в простых механических компонентах и ​​в различных инструментах.

Легированная сталь

Считайте это генетически модифицированной сталью. Легированная сталь производится путем добавления в смесь других элементов. Это изменяет свойства и, по сути, делает металл настраиваемым.Это чрезвычайно распространенный вид металла, потому что его производство, как правило, очень дешево.

Обычные легирующие элементы для стали включают марганец, ванадий, хром, никель и вольфрам. Каждый из этих элементов по-разному изменяет свойства металла.

Например, легированная сталь может придать дополнительную прочность высокопроизводительным зубчатым колесам, повысить коррозионную и износостойкость медицинских имплантатов, а также увеличить давление, с которым могут справиться трубопроводы. Обычно его считают рабочей лошадкой в ​​мире металла.

Нержавеющая сталь

Технически это разновидность легированной стали, но в таких массовых количествах существует так много видов, что обычно ей присваивается отдельная категория. Эта сталь специально ориентирована на устойчивость к коррозии.

Это в основном просто сталь с заметным содержанием хрома. При коррозии хром создает супертонкий барьер, замедляющий образование ржавчины. Если соскрести преграду, сразу образуется новая.

Вы увидите это много на кухнях; ножи, столы, посуда, все, что соприкасается с пищей.

Не очень забавный факт: То, что что-то сделано из нержавеющей стали, не означает, что не может ржаветь. Различные составы в разной степени предотвращают ржавление. Нержавеющая сталь, используемая для обработки соленой воды, должна быть особенно устойчивой к коррозии, чтобы не гнить. Но все виды нержавеющей стали ржавеют, если за ними не ухаживать должным образом.

Если вы хотите узнать больше о нержавеющих сталях (и о том, как их идентифицировать), щелкните здесь, чтобы получить мое руководство.

Железо (кованое или литое)

Несмотря на то, что это очень старомодный металл (особенно распространенный в «железный век»), он все еще находит множество современных применений.

Во-первых, это основной ингредиент стали. Но помимо этого, вот еще несколько приложений и объяснение того, почему используется железо:

  • Кухонная посуда (например, сковороды) — Пористая поверхность позволяет кулинарным маслам пригорать и создавать естественную антипригарную поверхность
  • Дровяные печи — Чугун имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, поэтому печь может выдерживать высокие температуры
  • Тяжелая техника основания и рамы — этот тяжелый металл снижает вибрацию и обеспечивает жесткость.

Интересный факт: Железо — шестой по распространенности элемент во Вселенной.

Алюминий

Что касается металлов, то это действительно современный металл. Впервые алюминий был произведен в 1825 году, и с тех пор он стал основой для некоторых крупных достижений.

Например, из-за своего удивительного отношения прочности к весу это металл, который в значительной степени отвечает за полет и доставку человека на Луну. Он легко формируется (податлив) и не ржавеет, поэтому отлично подходит для банок с газировкой. И, что (возможно), самое главное, из него можно сделать очень тонкий лист, который можно использовать для приготовления барбекю из свежевыловленной рыбы до идеального влажного состояния.

Хотя процесс производства алюминия немного сложнее, чем некоторых других металлов, на самом деле это чрезвычайно распространенный металл. Это самый распространенный цветной металл (не содержащий железа) на планете.

Пока он не ржавеет, он окисляется. На самом деле железо — единственный металл, который по определению «ржавеет». При контакте с солью алюминий подвержен коррозии. Тем не менее, , а не , подвергнется коррозии при контакте с водой. Это делает алюминий действительно полезным для изготовления таких вещей, как пресноводные лодки.

Магний

Магний — действительно крутой металл. Это примерно 2/3 веса алюминия и сопоставимая прочность. Из-за этого это становится все более распространенным явлением.

Чаще всего это сплав. Это означает, что он смешивается с другими металлами и элементами, чтобы получить гибридный материал с определенными свойствами. Это также может упростить использование в производственных процессах.

Одно из самых популярных применений магния — автомобильная промышленность.Магний считается шагом вперед по сравнению с алюминием, когда речь идет о высокопрочных материалах для снижения веса, и он не является астрономически более дорогим.

Некоторые места, где вы можете увидеть магний на мощных автомобилях, находятся в колесных дисках, блоках двигателя и картерах трансмиссии.

Однако у магния есть недостатки. По сравнению с алюминием он легче подвержен коррозии. Например, он подвергнется коррозии при контакте с водой, а алюминий — нет.

В целом это примерно вдвое дороже алюминия, но на производстве с ним справиться быстрее.

Интересный факт: Магний действительно огнеопасен и горит очень горячо. Металлическую стружку, опилки и порошок необходимо аккуратно утилизировать во избежание взрывов.

Медь

Медь — еще один старомодный металл. Сегодня вы часто будете видеть его в виде сплава (подробнее об этом позже) или в достаточно чистом состоянии.

Общие приложения включают электронику, водопроводные трубы и гигантские статуи, олицетворяющие свободу. Медь образует патину или окисленный слой, который фактически предотвращает дальнейшую коррозию.По сути, он станет зеленым и перестанет разъедать. Это может длиться веками.

Статуя Свободы сделана из меди и покрыта слоем патины , или оксидным слоем, что придает ей зеленовато-голубой оттенок.

Если вам нужна дополнительная информация о том, почему этот металл становится зеленым, то эта статья может показаться вам интересной.

Латунь

Латунь — это сплав меди и цинка. Полученный желтый металл действительно полезен по ряду причин.

Его золотистый цвет делает его очень популярным для украшения. Этот металл часто используется в антикварной мебели в качестве ручек и ручек.

Кроме того, он чрезвычайно пластичен, что означает, что его можно выковывать и формовать. Вот почему он используется для духовых инструментов , таких как тубы, трубы и тромбоны. Им легко придать форму (условно говоря), и они прочные.

Латунь также является отличным материалом для подшипников, поскольку она хорошо скользит по другим металлам.

Еще одно отличное свойство латуни — это то, что она никогда не искрит. Например, стальной молоток может вызвать искру, если по нему ударить определенным образом. Латунный молоток этого не делает. Это означает, что латунные инструменты отлично подходят для областей, где могут быть легковоспламеняющиеся газы, жидкости или порошки.

бронза

Это сделано в основном из меди, но также содержит около 12% олова. В результате получается металл, который тверже и жестче, чем обычная медь.

Бронза также может быть сплавом с другими элементами.Например, распространенными легирующими элементами являются алюминий, никель, цинк и марганец. Каждый из них может очень заметно изменить металл.

Бронза имеет огромное историческое значение (как в бронзовом веке) и ее легко найти. Часто это можно увидеть в массивных церковных колоколах. Бронза твердая и прочная, поэтому во время удара она не трескается и не сгибается, как другие металлы. Так же звучит лучше.

Современное использование включает скульптуры и искусство, пружины и подшипники, а также гитарные струны.

Интересный факт: Бронза была первым искусственным сплавом.

Цинк

Это интересный металл своей полезностью.

Сам по себе он имеет довольно низкую температуру плавления, что делает его очень простым в отливке. Материал легко течет при плавлении, и получаемые куски получаются относительно прочными. Его также очень легко расплавить, чтобы переработать.

Цинк — очень распространенный металл, который используется в покрытиях для защиты других металлов.Например, часто можно увидеть оцинкованную сталь, которая в основном представляет собой сталь, погруженную в цинк. Это поможет предотвратить ржавление.

Интересный факт: Ежегодно производится около 12 миллионов тонн цинка, половина из которых идет на цинкование.

Титан

Это действительно потрясающий современный металл. Впервые он был обнаружен в 1791 году, впервые создан в чистом виде в 1910 году и впервые изготовлен вне лаборатории в 1932 году.

Титан на самом деле очень распространен (седьмой по содержанию металл на Земле), но его действительно сложно очистить.Вот почему этот металл такой дорогой. Это также действительно стоит:

  • Титан биосовместим, а это значит, что ваше тело не будет сопротивляться и отвергать его. Медицинские имплантаты обычно изготавливают из титана.
  • Его соотношение прочности к весу выше, чем у любого другого металла. Это делает его чрезвычайно ценным для всего, что летает.
  • Это действительно коррозионно-стойкое покрытие.
  • Нитрид титана (титан, который вступает в реакцию с азотом в вакууме высокой энергии) — безумно твердое покрытие с низким коэффициентом трения, которое наносится на металлорежущие инструменты.

Интересный факт: Причина того, что титан сопротивляется коррозии, заключается в том, что он мгновенно вступает в реакцию с кислородом, создавая очень тонкий и прочный барьер, защищающий металл. Если соскрести барьер, мгновенно образуется новый. Это вроде как самоисцеление.

Бонусный забавный факт: Титан не встречается в природе сам по себе. Он всегда связан с другим элементом.

Вольфрам

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления и самый высокий предел прочности на разрыв среди всех чистых металлов. Это делает его чрезвычайно полезным.

Около половины всего вольфрама используется для производства карбида вольфрама. Это безумно твердый материал, который используется для изготовления режущих инструментов (для горнодобывающей и металлообрабатывающей промышленности), абразивов и тяжелого оборудования. С его помощью можно легко резать титан и жаропрочные жаропрочные сплавы.

Он получил свое название от шведских слов « tung sten », что означает «тяжелый камень». Это примерно в 1,7 раза больше плотности свинца.

Вольфрам также является популярным легирующим элементом.Поскольку его температура плавления настолько высока, он часто сплавлен с другими элементами, чтобы сделать такие вещи, как сопла ракет, которые должны выдерживать экстремальные температуры.

Адамантий

Это неправда.

К сожалению.

Никель

Никель — действительно распространенный элемент, который используется повсюду. Чаще всего он применяется в производстве нержавеющей стали, где повышает прочность и коррозионную стойкость металла. Фактически, почти 70% мирового никеля используется для производства нержавеющей стали.

Интересно, что никель составляет всего 25% в составе пятицентовой американской монеты.

Никель также является обычным металлом, используемым для гальваники и легирования. Его можно использовать для покрытия лабораторного и химического оборудования, а также всего, что должно иметь действительно гладкую полированную поверхность.

Интересный факт: Никель получил свое название от средневекового немецкого фольклора. Никелевая руда очень похожа на медную руду, но когда старые горняки не могли добыть из нее медь, они обвинили в этом озорного спрайта по имени Никель.

Кобальт

Это металл, который долгое время использовался для изготовления синего пигмента в красках и красителях. Сегодня он в основном используется для изготовления износостойких высокопрочных стальных сплавов.

Кобальт очень редко добывают сам по себе, это побочный продукт производства меди и никеля.

Олово

Олово действительно мягкое и податливое. Он используется в качестве легирующего элемента для изготовления таких вещей, как бронза (1/8 олова и 7/8 меди). Это также основной ингредиент олова (85–99%).

Интересный факт: Когда вы сгибаете кусок жести, вы слышите нечто, называемое «жестяной крик». Это пронзительный звук реорганизации кристаллической структуры (называемый двойникованием ).

Свинец

Свинец действительно мягкий и податливый, а также очень плотный и тяжелый. У него очень низкая температура плавления.

В 1800-х годах было обнаружено, что свинец на самом деле является довольно токсичным веществом. Вот почему в наше время он не так распространен, хотя не так давно его все еще находили в красках и пулях.

Свинец — это нейротоксин, который, помимо прочего, может вызывать повреждение головного мозга и проблемы с поведением.

Тем не менее, он все еще используется в современном мире. Например, он отлично подходит для защиты от радиации. Его также иногда добавляют в медные сплавы, чтобы облегчить их резку. Смесь свинца и меди часто используется для улучшения характеристик подшипников.

Кремний

С технической точки зрения кремний — это металлоид. Это означает, что он обладает как металлическими, так и неметаллическими качествами.

Например, он похож на металл. Он прочный, блестящий, гибкий и имеет высокую температуру плавления. Однако он ужасно проводит электричество. Отчасти поэтому он не считается полноценным металлом.

Тем не менее, это обычный элемент, который можно найти в металлах. Использование его для легирования может немного изменить свойства металла. Например, добавление кремния к алюминию облегчает сварку.

Откуда берутся металлы?

Компьютеры.Смартфоны. Ювелирные изделия. Небоскребы. Автомобили. Оглянись! Повсюду вы увидите объекты, которые не могли бы существовать без металла. Можете ли вы представить себе жизнь без этого прочного блестящего вещества?

Металл нужен даже человеческому организму! Он использует кобальт для производства красных кровяных телец. Цинк помогает иммунной системе. Высокие уровни ртути и меди могут вызвать серьезные проблемы. Даже вашим костям нужна помощь одного типа металла — кальция!

Да, металлы очень важны. Они помогают сохранить здоровье людей.Люди также используют металлы для создания объектов, которые меняют мир. Но откуда все эти металлы?

Некоторые металлы находятся в земной коре. Кобальт, железо и никель широко распространены в природе. А также золото, цинк, олово, медь и многие другие. Однако редко можно найти много металлов в больших количествах отдельно от других материалов. Чаще встречающиеся в природе металлы смешивают с горными породами и минералами.

Когда металл смешивают с горными породами и минералами, он называется рудой. Перед использованием металлов люди должны удалить их из руды. Этот процесс называется плавкой. Это включает нагрев металла до температуры плавления. После расплавления металл можно отфильтровать для удаления других материалов.

Металлы, встречающиеся в природе, хрупкие. Они также подвержены ржавчине и коррозии. Чтобы сделать материалы более прочными и долговечными, люди смешивают металлы вместе с другими веществами. В результате получился металлический сплав.

Знаете ли вы какие-нибудь металлические сплавы? Один из самых распространенных металлических сплавов — сталь. Он сделан из железа и углерода.Нержавеющая сталь — это сплав, который часто используется для изготовления столовой посуды. Это смесь железа, углерода, хрома и молибдена.

Вы когда-нибудь видели украшение из розового золота? Это сплав золота и меди. Как насчет чугунной сковороды? Чугун — еще один сплав. Это смесь железа и углерода. Другой распространенный сплав — бронза, состоящая из меди и олова.

Какие предметы, которые могут содержать металлы, вы используете каждый день? А как насчет металлических сплавов? Вы едете в школу на автобусе или другом транспортном средстве? Скорее всего, он сделан из стали. Стулья в вашем классе могут быть изготовлены из железа, алюминия или нержавеющей стали. Если вы используете какую-либо цифровую технологию, вероятно, она содержит золото, серебро, медь или платину. Как только вы начнете замечать весь металл вокруг себя, трудно остановиться!

Стандарты: NGSS.PS1.A, NGSS.PS1.B, CCRA.R.4, CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.SL.1, CCRA.R.10, CCRA.W. 2, CCRA.L.1, CCRA.L.2

фактов о металле для детей

Некоторые химические элементы называются металлами . Они составляют большинство элементов периодической таблицы. Эти элементы обычно имеют следующие свойства:

  1. Они могут проводить электричество и тепло.
  2. Они легко формируются.
  3. Они имеют блестящий вид.
  4. Они имеют высокую температуру плавления.

Большинство металлов остаются твердыми при комнатной температуре, но это не обязательно. Ртуть жидкая. Сплавы — это смеси, в которых хотя бы одна часть смеси представляет собой металл. Примеры металлов: алюминий, медь, железо, олово, золото, свинец, серебро, титан, уран и цинк. Хорошо известные сплавы включают бронзу и сталь.

Изучение металлов называется металлургией.

Сходства металлов (свойства металлов)

Большинство металлов твердые, блестящие, они кажутся тяжелыми и плавятся только при очень высоких температурах.Куски металла издают звон колокольчика при ударе чего-то тяжелого (они звонкие). Тепло и электричество могут легко проходить через металл (он проводящий). Кусок металла можно разбить на тонкий лист (он ковкий) или растянуть на тонкую проволоку (он пластичный). Металл трудно разобрать (у него высокая прочность на разрыв) или разбить (у него высокая прочность на сжатие). Если надавить на длинный тонкий кусок металла, он гнется, а не сломается (он эластичный).

Не все металлы обладают этими свойствами.Свинец, например, очень мягкий, а тепло и электричество не проходят через железо так же хорошо, как через медь.

Использование металлов

Мост в России металлический, вероятно, железный или стальной.

Металлы очень полезны людям. Из них делают инструменты, потому что они могут быть прочными и легко поддающимися обработке. Из железа и стали строили мосты, здания или корабли.

Некоторые металлы используются для изготовления таких предметов, как монеты, потому что они твердые и не изнашиваются быстро.Например, медь (блестящая и красного цвета), алюминий (блестящая и белая), золото (желтая и блестящая), а также серебро и никель (также белые и блестящие).

Некоторые металлы, например сталь, можно делать острыми и оставаться острыми, поэтому их можно использовать для изготовления ножей, топоров или бритв.

Редкие металлы с высокой стоимостью, такие как золото, серебро и платина, часто используются для изготовления ювелирных изделий. Металлы также используются для изготовления крепежа и шурупов. Кастрюли, используемые для приготовления пищи, могут быть сделаны из меди, алюминия, стали или железа.Свинец очень тяжелый и плотный, и его можно использовать в качестве балласта на лодках, чтобы не допустить их опрокидывания или защитить людей от ионизирующего излучения.

Сплавы металлов

Многие изделия, сделанные из металлов, на самом деле могут быть сделаны из смесей, по крайней мере, одного металла с другими металлами или с неметаллами. Эти смеси называются сплавами. Некоторые распространенные сплавы:

Люди впервые начали делать вещи из металла более 9000 лет назад, когда они открыли, как получать медь из руды.Затем они научились делать более твердый сплав — бронзу, добавляя к ней олово. Около 3000 лет назад они открыли железо. Добавляя небольшое количество углерода в железо, они обнаружили, что из них можно сделать особенно полезный сплав — сталь.

Металлы в химии

В химии металл — это слово, обозначающее группу химических элементов, обладающих определенными свойствами. Атомы металла легко теряют электрон и становятся положительными ионами или катионами. Таким образом, металлы не похожи на два других вида элементов — неметаллы и металлоиды.

В периодической таблице мы можем провести зигзагообразную линию от элемента бора (символ B) до элемента полония (символ Po). Элементы, через которые проходит эта линия, — это металлоиды. Элементы, расположенные вверху и справа от этой линии, являются неметаллами. Остальные элементы — это металлы.

Большинство свойств металлов обусловлено тем, что атомы в металле не очень крепко держатся за свои электроны. Каждый атом отделен от других тонким слоем валентных электронов.Однако некоторые металлы разные. Примером может служить металлический натрий. Он мягкий, плавится при низкой температуре и настолько легкий, что плавает на воде. Однако людям не следует пробовать это, потому что еще одно свойство натрия состоит в том, что он взрывается при соприкосновении с водой.

Большинство металлов химически стабильны и не вступают в реакцию легко. (Некоторые металлы действительно вступают в реакцию. Это щелочные металлы, такие как натрий (символ Na), и щелочноземельные металлы, такие как кальций (символ Ca).) Когда металлы действительно вступают в реакцию, они часто реагируют с кислородом.Оксиды металлов являются основными. Оксиды неметаллов кислые. Тем не менее, большинство элементов периодической таблицы — металлы.

Соединения, в которых атомы металлов соединены с другими атомами, образуя молекулы, вероятно, являются наиболее распространенными веществами на Земле. Например, поваренная соль — это соединение натрия.

Металлы в истории

Кусок чистой меди, найденной как самородная медь

Считается, что использование металлов отличает людей от животных.До того, как стали использовать металлы, люди делали инструменты из камня, дерева и костей животных. Сейчас это называется каменным веком.

Никто не знает, когда был найден и использован первый металл. Вероятно, это была так называемая самородная медь, которую иногда находят большими кусками на земле. Люди научились делать из него медные инструменты и другие вещи, хотя для металла он довольно мягкий. Когда его плавили на огне, люди научились делать сплав под названием бронза, который намного тверже и прочнее меди.Из бронзы делали ножи и оружие. Это время в истории человечества примерно после 3300 г. до н.э. часто называют бронзовым веком, то есть временем бронзовых орудий и оружия.

Примерно в 1200 году до нашей эры некоторые люди научились делать железные орудия труда и оружие. Они были даже тверже и прочнее бронзы, и это было преимуществом на войне. Время железных орудий и оружия теперь называется железным веком. Металлы были очень важны в истории человечества и цивилизации. Железо и сталь сыграли важную роль в создании машин.Золото и серебро использовались в качестве денег, чтобы люди могли торговать, то есть обмениваться товарами и услугами на большие расстояния.

Поскольку эти металлы долгое время были деньгами, многие люди думали, что поиск металлов — это способ разбогатеть. Было много раз, когда золото находили, и люди быстро перемещались в больших количествах в эти места, например, в Центральную и Южную Америку после 1500 года и во многие места после 1800 года (Соединенные Штаты Америки, Канада, Австралия, Новая Зеландия). Зеландия и Южная Африка).Их часто называют Золотыми Рашами.

Металлы в астрономии

В астрономии металл — это любой элемент, кроме водорода или гелия. Это потому, что эти два элемента (а иногда и литий) — единственные, которые образуются вне звезд. На небе в телескоп можно увидеть признаки металлов, а затем астроном знает, что есть звезды.

Связанные страницы

Образы для детей

  • Цинк, неблагородный металл, реагирующий с кислотой

  • Мировой импорт металлов и руды в 2005 г.

Свойства металлов Урок

Для большинства людей металл — это другое слово, обозначающее железо, сталь или подобное твердое блестящее вещество.

Но соответствует ли это определение истинным свойствам металлов?

Да… и нет.

Прежде чем мы объясним, вы должны знать, что большинство элементов в периодической таблице — металлы.

Металлы находятся в центре и в левой части таблицы Менделеева. Их можно дополнительно классифицировать как щелочные металлы, щелочноземельные металлы, переходные металлы и основные металлы.

Урок по науке о металлах

Свойства металлов

Элемент — это вещество, состоящее из одного вида атомов; его нельзя разделить на более простые части.Например, элемент гелий (вспомните воздушные шары) состоит исключительно из атомов гелия.

Элементы обычно классифицируются как металлов или неметаллов (хотя некоторые элементы имеют характеристики обоих; они называются металлоидами ).

Три свойства металлов:

  • Блеск: Металлы блестят при резке, царапинах или полировке.
  • Ковкость: Металлы прочные, но податливые, что означает, что их можно легко сгибать или придавать форму.На протяжении веков кузнецы могли формировать металлические предметы, нагревая металл и ударяя по нему молотком. Если бы они попробовали это с неметаллами, материал бы лопнул! Большинство металлов также пластичны , что означает, что их можно вытягивать для изготовления проволоки.
  • Электропроводность: Металлы отлично проводят электричество и тепло. Поскольку они также пластичны, они идеально подходят для электропроводки. (Вы можете проверить это, используя некоторые предметы домашнего обихода. Продолжайте читать, чтобы узнать, как это сделать!)

Дополнительные свойства металлов

Высокая температура плавления : Большинство металлов имеют высокие температуры плавления, и все, кроме ртути, являются твердыми при комнатной температуре.

Звонкий : Металлы часто издают звенящий звук при ударе.

Реакционная способность : Некоторые металлы подвергаются химическому изменению (реакции) сами по себе или с другими элементами и выделяют энергию. Эти металлы никогда не встречаются в чистом виде, и их трудно отделить от минералов, в которых они содержатся. Калий и натрий являются наиболее химически активными металлами. Они бурно реагируют с воздухом и водой; калий воспламеняется при контакте с водой!

Другие металлы вообще не вступают в реакцию с другими металлами.Это означает, что их можно найти в чистом виде (например, золото и платина). Поскольку медь относительно недорога и имеет низкую реакционную способность, ее можно использовать для изготовления труб и проводки.

Пять групп металлов:

Благородные металлы обнаруживаются как чистые металлы, потому что они не вступают в реакцию и не соединяются с другими элементами с образованием соединений. Поскольку они не реагируют, они не подвержены коррозии. Это делает их идеальными для украшений и монет. Благородные металлы включают медь, палладий, серебро, платину и золото.

Щелочные металлы очень реактивны. Они имеют низкую температуру плавления и достаточно мягкие, чтобы их можно было разрезать ножом. Калий и натрий — два щелочных металла.

Щелочноземельные металлы содержатся в соединениях с множеством различных минералов. Они менее реакционны, чем щелочные металлы, а также тверже и имеют более высокие температуры плавления. В эту группу входят кальций, магний и барий.

Переходные металлы — это то, о чем мы обычно думаем, когда думаем о металлах.Они твердые и блестящие, прочные и легко поддаются форме. Они используются во многих промышленных целях. В эту группу входят железо, золото, серебро, хром, никель и медь, некоторые из которых также являются благородными металлами.

Poor Metals довольно мягкие, и большинство из них мало используются сами по себе. Однако они становятся очень полезными при добавлении к другим веществам. Бедные металлы включают алюминий, галлий, олово, таллий, сурьму и висмут.

Сплавы: сильные комбинации

Свойства этих разных металлов можно комбинировать, смешивая два или более из них вместе.Полученное вещество называется сплавом . Некоторые из наших самых полезных строительных материалов на самом деле являются сплавами. Сталь, например, представляет собой смесь железа и небольшого количества углерода и других элементов; комбинация, которая одновременно сильна и проста в использовании. (Добавьте хром, и вы получите нержавеющую сталь. Проверьте свои кухонные кастрюли и сковороды, чтобы узнать, сколько из них сделано из нержавеющей стали!)

Другие сплавы, такие как латунь (медь и цинк) и бронза (медь и олово), легко формуются и красивы.Бронза также часто используется в судостроении, поскольку она устойчива к коррозии в морской воде.

Титан намного легче и менее плотный, чем сталь, но такой же прочный; и хотя он тяжелее алюминия, он вдвое прочнее. Кроме того, он очень устойчив к коррозии. Все эти факторы делают его отличным сплавом. Титановые сплавы используются в самолетах, кораблях и космических кораблях, а также в красках, велосипедах и даже портативных компьютерах!

Золото, как чистый металл, настолько мягкое, что при изготовлении ювелирных изделий оно всегда смешивается с другим металлом (обычно серебром, медью или цинком).Чистота золота измеряется в карат . Самое чистое, что вы можете получить в ювелирных изделиях, — это 24 карата, что составляет около 99,7% чистого золота. Золото также можно смешивать с другими металлами, чтобы изменить его цвет; белое золото, которое популярно для ювелирных украшений, представляет собой сплав золота и платины или палладия.

Металл из руды

Руды — это горные породы или минералы, из которых можно извлечь ценное вещество — обычно металл. Некоторые распространенные руды включают галенит (свинцовая руда), борнит и малахит (медь), киноварь (ртуть) и боксит (алюминий). Наиболее распространенными железными рудами являются магнетит и гематит (минерал ржавого цвета, образованный железом и кислородом), которые содержат около 70% железа.

Существует несколько процессов очистки железа от руды. Более старый процесс заключается в сжигании железной руды с использованием древесного угля (углерода) и кислорода с помощью сильфонов. Углерод и кислород, включая кислород в руде, соединяются и покидают железо. Однако железо не нагревается до полного расплавления и содержит силикаты, оставшиеся от руды.Его можно нагреть и выковать из кованого железа .

В более современном процессе используется доменная печь для нагрева железной руды, известняка и кокса (угольный продукт, а не безалкогольный напиток). В результате реакции происходит отделение железа от кислорода в руде. Этот «чугун» необходимо дополнительно перемешать, чтобы получить кованое железо. Его также можно использовать для другой важной цели: при нагревании углеродом и другими элементами он становится более прочным металлом, называемым , сталью .

Принимая во внимание этот процесс, неудивительно, что железо не использовалось примерно до 1500 г. до н.э. Но некоторые чистые металлы — золото, серебро и медь — использовались и раньше, а легированная бронза, как полагают, была открыта шумерами около 3500 г. до н.э. Но алюминий, один из важнейших металлов в современном мире, не был открыт до 1825 года нашей эры и не использовался широко до 20 века!

Коррозия: процесс и предотвращение

Вы когда-нибудь видели кусок серебра, который потерял свой блеск, или железо с красноватой ржавчиной на нем или даже с дырами в результате коррозии? Это происходит, когда кислород (обычно из воздуха) вступает в реакцию с металлом.Металлы с более высокой реакционной способностью (такие как магний, алюминий, железо, цинк и олово) гораздо более склонны к такому виду химического разрушения или коррозии .

Когда кислород реагирует с металлом, он образует оксид на поверхности металла. Для некоторых металлов, например алюминия, это хорошо. Оксид образует защитный слой, предохраняющий металл от дальнейшей коррозии.

С другой стороны, у чугуна и стали возникнут серьезные проблемы, если их не обработать для предотвращения коррозии.Красноватый оксидный слой, который образуется на железе или стали при реакции с кислородом, называется ржавчиной . Слой ржавчины постоянно отслаивается, подвергая большую часть металла коррозии, пока металл в конечном итоге не проедает.

Один из распространенных способов защиты железа — это покрытие его специальной краской, которая препятствует взаимодействию кислорода с металлом под краской. Другой метод — цинкование : в этом процессе сталь покрывается цинком. Кислород, молекулы воды и углекислый газ в воздухе вступают в реакцию с цинком, образуя слой карбоната цинка, который защищает от коррозии.Посмотрите вокруг своего дома, двора и гаража, чтобы увидеть примеры коррозии, а также гальванизации и других средств защиты металла от ржавчины.

Технологии: фейерверки и химия

Если вы посмотрите салют четвертого июля, то увидите прекрасные сочетания цветов и искр.

Как работает этот удивительный пиротехнический дисплей? Короткий ответ — химия. Более длинный включает в себя обзор свойств металлов.

Одним из основных ингредиентов петард, наземных и воздушных фейерверков (которые взрываются в небе) является черный порошок , изобретенный китайцами около 1000 лет назад.Это смесь нитрата калия (селитры), древесного угля и серы в соотношении 75:15:10. Черный порох используется для запуска антенн, а также вызывает взрывы, необходимые для создания специальных эффектов, таких как шум или цветной свет.

В бенгальских огнях черный порошок смешивают с металлическими порошками и другими химическими соединениями в форме, которая будет гореть медленно, сверху вниз. В простых ракетах-фейерверках черный порох заключен в трубку вокруг взрывателя. При зажигании порошок создает силу, которая приводит к равной и противоположной реакции, отталкивая фейерверк от земли, а затем заставляя соединения внутри него взорваться в воздухе.

Более сложные снаряды для фейерверков запускаются из миномета, трубы с черным порохом, которая при зажигании вызывает реакцию взрыва. Запал фейерверк-снаряда загорается, когда он поднимается в воздух, и в нужный момент взрыв внутри снаряда заставляет его заряды со специальными эффектами взорваться.

Яркая, красочная часть фейерверка вызвана «возбужденными» электронами в атомах различных соединений металлов и солей. Эти соединения представляют собой маленькие шарики, называемые звезды , сделанные из того же соединения, что и бенгальский огонь.

Металлы как красители

Различные металлы горят разными цветами; например, если горит соединение меди, его пламя будет сине-зеленого цвета. Кальций горит красным цветом, а калий горит пурпурным. В фейерверках металлы комбинируются для создания разных цветов.

Когда звездные соединения внутри фейерверка нагреваются, возбужденные атомы выделяют световую энергию. Этот свет делится на две категории: лампы накаливания и люминесценции. Накаливание — это свет, возникающий при нагревании: в фейерверках химически активные металлы, такие как алюминий и магний, при нагревании вызывают вспышку очень яркого света — иногда при температуре выше 5000 ° F!

Менее реактивные соединения не нагреваются до такой степени, что искры становятся тусклее. Люминесценция , с другой стороны, возникает из других источников и может возникать даже при низких температурах. Электроны в соединении поглощают энергию, делая их «возбужденными». Однако электроны не могут поддерживать этот высокий уровень, поэтому они возвращаются на более низкий уровень, высвобождая при этом световую энергию (фотоны).

Хлорид бария — химическое соединение, придающее фейерверкам светящийся зеленый цвет, а хлорид меди — синий. Для любого типа света важно использовать чистые ингредиенты, поскольку следы других соединений будут затемнять цвет.


Дополнительная литература по металлам:

Что такое металлические сплавы? | Маркхэм Металс

В мире металлообработки сплавы являются важной частью обеспечения того, чтобы все шло по плану и чтобы металл был настолько прочным и крепким, насколько это возможно. Прочтите все, что вам нужно знать о металлических сплавах.

Что такое сплав?

Сплав создается путем смешивания металла с другим компонентом, либо с другим металлом, либо с неметаллическим веществом.Металлические сплавы обычно получают путем плавления веществ, их смешивания и последующего охлаждения до комнатной температуры, в результате чего получается твердый материал.

Почему мы используем сплавы?

Многие чистые металлы, такие как золото, особенно мягкие, что делает их менее идеальными для определенных целей. Превращение их в сплав может повысить прочность металла, а также другие улучшенные химические свойства. Твердость, обрабатываемость и коррозионная стойкость — это другие свойства, которые могут быть добавлены или улучшены путем создания сплава.

Какие сплавы наиболее распространены?

Поскольку в металлообрабатывающей промышленности редко используются чистые металлы, обычно используется множество сплавов. Действительно, работа со сплавами является предпочтительным методом для большинства слесарей, поскольку они универсальны и обеспечивают более длительный срок службы, чем чистые металлы. Вот несколько наиболее распространенных сплавов:

Низкоуглеродистая сталь

Этот сплав также известен как «низкоуглеродистая сталь» и состоит из ок.В чистое железо добавлено от 05% до 0,25% углерода. Это наименьшее количество углерода, которое можно добавить в железо для производства стали. Он часто используется в вывесках, мебели, украшениях, ограждениях и гвоздях, среди прочего.

Чугун

Как и низкоуглеродистая сталь, чугун представляет собой металлический сплав углерода и железа. Содержание углерода обычно превышает 2%.

Нержавеющая сталь

Один из наиболее распространенных сплавов, нержавеющая сталь — это сплав, в основном состоящий из железа, смешанного с хромом, никелем или молибденом.Содержание добавляемого металла обычно составляет около 15-30%. Сплав нержавеющей стали часто используется в кухонной технике, медицинских инструментах, оборудовании и оборудовании.

Алюминиевый сплав

Как более мягкий металл, алюминий обычно легируют другими металлами для придания ему большей прочности и твердости. Марганец или медь часто используются в качестве материала сплава для создания этих желаемых свойств.

Какие сплавы являются наиболее распространенными?

Легирующие элементы — это материалы, добавленные к основному металлу.В сочетании они добавляют определенные химические или механические свойства. Чаще всего добавляются следующие элементы:

  • Никель — добавляет прочности.
  • Медь — делает металлы дисперсионно-упрочняемыми и повышает коррозионную стойкость.
  • Марганец — повышает прочность и жаростойкость.
  • Кремний — неметаллический легирующий элемент, повышающий прочность и понижающий температуру плавления.
  • Хром — увеличивает коррозионную стойкость, твердость и прочность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.