Неорганічні матеріали з рудних і водно-мінеральних ресурсів

Лекція 4

Використання неорганічних природних матеріалів

1. Неорганічні матеріали з рудних і водно-мінеральних ресурсів

2. Реорганічні матеріали з природної будівельної, гірнохімічної сировини та нерудних корисних копалин

Рудні ресурси - залізна й марганцева руди, боксити, хроміти, мід­ні, свинцево-цинкові, нікелеві, вольфрамові, молібденові, олов'яні, сурманові руди, руди шляхетних металів тощо.

Водно-мінеральні ресурси (гідромінеральні, мінеральні ресур­си морської води, мінеральні ресурси океану). Основними видами водно-мінеральних ресурсів є підземні прісні і мінералізовані води, залізо, свинець, уран, золото, натрій, хлор, бром, магній, поварена сіль, марганець, а також рудоносні жили, шари континентального шельфу й залізно марганцеві включення на глибинах океану (близько 79% мі­неральних ресурсів знаходиться під водою Світового океану).

Залізні руди - мінерали магнетит, магномагнетит, титаномагне­тит, сидерит, залозисті хлорити; марганцеві руди - мінерали піролюзит, родопит, олигонит і ін.; боксити - алюмінієві руди; хроміти - руди хрому. Перераховані вище й інші рудні ресурси служать сиро­виною для одержання чорних і кольорових металів і сплавів.

До чорних металів і їхніх сплавів відносяться: залізо і залізовугле­цеві сплави (сталі і чавуни). У групу кольорових металів включають: мідь, алюміній, магній, кобальт, берилій, титан, цинк, свинець, хром, нікель, золото, срібло, платину і сплави на їхній основі.

Залізо - У чистому виді залізо практично не використо­вується. Широке застосування мають залізовуглецеві сплави - сталі й чавуни.

Сталь - сплав заліза з вуглецем, зі вмістом вуглецю до 2,14%. Ці сплави розділяють на вуглецеві й леговані (до їхнього складу вводять леговані елементи).

Леговані сталі - сталі, у які спеціально вводять один чи декілька легуючих елементів для одержання заданих властивостей. До легу­ючого елемента відносяться: хром, нікель, молібден, вольфрам, ва­надій, титан, ніобій, тантал, алюміній, бор, кремній, марганець та ін. Легуванням можна підвищити міцність і в'язкість сталі, збільшити красностійкість (збереження високої твердості при підвищених тем­пературах), підвищити опір зносу й корозії, додати сталі особливі фі­зичні і хімічні властивості.

Марганець підвищує міцність сталі і властивості інструмента, що ріжуть, виготовленого з цієї сталі.

Кремній сприяє росту міцності і твердості сталі, але знижує її пластичність. Легування кремнієм підвищує корозійну стійкість, жа­ростійкість і магнітну проникність сталі і знижує втрати на гістерезис.

Хром поліпшує механічні властивості сталі й збільшує прогартованість. При вмісті хрому більш 13 % сталь здобуває корозійну стій­кість. Такі сталі застосовують, як нержавіючі. Хром перешкоджає росту зерна при нагріванні сталі.

Нікель підвищує межу пружності сталі, при цьому не знижується її ударна в'язкість. Нікель збільшує прогартованість сталі, пере­шкоджає росту зерна при нагріванні і знижує короблення сталі при термічній обробці.

Для позначення марок сталей прийнята літеро-цифрова система. Умовна позначка, виражена буквами й цифрами, показує зразко­вий хімічний склад сталі. При вмісті легуючого компонента в межах 1% цифру не ставлять. Наприклад, сталь марки 30ХГС-Ш чи А роз­шифровується так: 30 - 0,30 вуглецю; 1 % - хрому; 1 % - марганцю; 1 % - кремнію; Ш - особо високоякісні.

Якщо наприкінці маркування стоїть буква А, то це означає, що дана сталь відноситься до категорії високоякісних сталей. Якщо легу­ючі елементи складають більше 1%, то це вказується в марці, наприклад, 12Х18Н9 (0,12 %-С).

Сірим називають чавун, у якому весь вуглець чи велика його час­тина знаходиться у виді графіту. Такий чавун у зламі має сірий колір через велику кількість графіту. Крім вуглецю в чавуні присутні по­стійні домішки: кремній, марганець, сірка, фосфор і ін. Кремній спри­яє графітизації чавуна.

Сірі чавуни застосовують для виготовлення методом лиття дета­лей і виробів, що випробують невеликі навантаження в роботі. Вико­ристовують їх для виготовлення посуду, прасок, корпусів м'ясорубок, корпусів замків, швейних машин, деталей холодильників, мотоци­клів, автомобілів тощо.

З кольорових металів і сплавів найбільше застосування в техніці знаходять мідь, алюміній і сплави на мідній, алюмінієвій і магнієвій основі. Мідь - червоно - рожевого кольору. У чистому виді мідь за­стосовують головним чином у електротехніці як провідник струму. Значна кількість міді йде для виготовлення сплавів на мідній основі. Сплави міді з цинком, а іноді з добавками невеликих кількостей дея­ких інших елементів називають латунню. З кольорових сплавів лату­ні є найпоширенішими.

Бронзами називають сплави міді з оловом (бронзи олов'яні), алю­мінієм, кремнієм, берилієм, свинцем (бронзи безолов'яні). Крім осно­вних зазначених елементів бронзи, додатково легують фосфором, цинком, марганцем, залізом, нікелем, титаном. Застосовують бронзи для виробництва деформованих і литих напівфабрикатів і виробів.

Олов'яні бронзи - сплави міді з оловом застосовують у литому вигляді й використовують як антифрикційний матеріал. Унаслідок високої корозійної стійкості у воді й парі з олов'яної бронзи відлива­ють арматуру (крани, трійники й ін.).

Алюміній - метал срібло-білого кольору, легкий, легкоплавкий, м'який і пластичний, має високу електропровідність. Це дозволяє широко використовувати його в електротехніці, а низька питома вага визначила застосування алюмінію для виробництва на його основі легких сплавів; алюмінієві сплави широко застосовують у всіх га­лузях машинобудування, що полегшує вагу конструкцій і підвищує їхню міцність і довговічність.

Всі алюмінієві сплави можна розділити на дві основні групи:

- сплави, які деформуються;

- ливарні сплави;

Титан використовується як розкислювач при виплавці сталей і до­дання їм спеціальних властивостей, для модифікації чавунів, у ливар­них сплавах алюмінію й магнію, для виготовлення твердих сплавів.

Нікель - пластичний сріблисто-білий метал, відзначається висо­кою корозійною стійкістю в повітряній атмосфері, у воді, розчинах органічних кислот. Мінеральні кислоти, особливо азотна, сильно діють на нікель. Чистий нікель добре полірується і здобуває при­ємний зовнішній вигляд і блиск, що зберігається тривалий час. Ні­кель не токсичний, не руйнує вітамінів і широко використовується як захисно-декоративне покриття столових приладів, посуду. Нікель також широко застосовується для захисту від корозії інструментів, приладів для вікон і дверей, металевих меблів, деталей велосипедів, мотоциклів і автомобілів тощо. Нікель використовують у виробни­цтві лужних акумуляторів. Значна частина нікелю застосовується як легуючий елемент у спеціальних сталях, що володіють високими механічними, антикорозійними, магнітними чи електричними влас­тивостями.

Хром широко використовується для хромування металевих ви­робів. Хромове покриття забезпечує високу корозійну стійкість і зносостійкість сталевих деталей і виробів. Хромуванню піддають інструменти, деталі годинників, велосипедів, друкарських машинок, мотоциклів, автомашин тощо.

Хром є необхідним елементом для виробництва хімічних сполук, використовуваних у шкіряній (дубителі) і текстильної (барвники) промисловості.

Більш половини цинку, що добувається, застосовують як метал для захисно-дєкоративних покриттів сталевих виробів і листового ме­талу, на які він наноситься шляхом гарячого чи електролітичного оцинкування.

Олово - один із самих м'яких і пластичних металів. Легко розгортається у фольгу, тому що при деформації олово рекристалі-зується при кімнатній температурі.

Вольфрам є незамінним матеріалом для виго­товлення ниток розжарення електричних ламп, деталей електроваку­умних приладів у радіоелектроніці й рентгенотехніці.

Срібло стійке в багатьох кисло­тах, лугах і розчинах солей. Легко розчиняє срібло азотна кислота Срібло в чистому вигляді застосовується для виготовлення корозійностійкого хімічного посуду і як каталізатор хімічних реакцій. Значна кількість срі­бла витрачається у фото- і кінопромисловості для виробництва світло­чутливої плівки й паперу.

Золото -один з найважчих металів, має яскраво-жовтий колір із сильним металевим блиском. Золото добре обробляється тиском, відзначається високою корозійною стійкістю в звичайній атмосфері, а також у кислотах, лугах і розчинах солей. Воно не змінюється від дії сірководню, але розчиняється в царській горілці (1:3-азотна:соляна), у хлорній і бромній воді. Чисте золото через його м'якість застосовується рідко. Твердість золота значно підвищується при сплавці з міддю.

Для виготовлення ювелірних виробів, крім міді, додають срібло і палладій. Залежно від вмісту золота встановлені проби 333, 375, 500, 583,750,958.

Платина має високу корозійну стійкість, на неї не діє царська го­рілка і хлорна вода. Це незамінний матеріал при виготовленні тиглів і чашок для хімічних лабораторій і при виготовленні термопар для високих температур.

У ювелірному виробництві застосовують платину 950-й проби для виготовлення кілець, браслетів, оправ діамантів тощо.

Дата добавления: 2013-12-14