Teмa 9. Хімічна промислова сировина і вироби на її основі 1 страница

До важливих видів хімічної продукції відносять про­дукцію неорганічної хімії, яка включає неорганічні кислоти та содові продукти (луги), мінеральні добрива, хімічні засоби захис­ту рослин, неорганічні промислові гази.

Кислоти — це речовини, які містять водень та дисоціюють у воді з утворенням позитивних іонів водню (Н⁺). Присутність цих іонів у розчині обумовлює його гострокислий смак та здатність змінювати забарвлення хімічних індикаторів. Чим більше іонів водню міститься у водяному розчині кислоти, тим вона сильніша, тобто більш активно взаємодіє з іншими речовинами.

До сильних неорганічних кислот належать: сірчана, азотна, соляна та інші, які повністю дисоціюють, тобто відщеплюють атоми водню у водяних розчинах. Всі вони являють собою за но­рмальних умов прозорі рідини, які мають кислий смак, руйнівно діють на організм людини та вимагають обережного до себе ста­влення.

Сірчана кислота — вид хімічної продукції, який має найбільше загальнопромислове застосування. Вона є одною із ак­тивних та дешевих кислот. Висока активність та порівняно неве­лика вартість сірчаної кислоти визначають величезні масштаби її виробництва та надзвичайно різноманітне застосування майже в усіх галузях народного господарства. Наприклад, найбільш знач­ним споживачем сірчаної кислоти — приблизно 40% її загально­го обсягу виробництва — є виробництво мінеральних добрив: суперфосфату, сульфату амонію тощо.

Значна частина таких важливих у господарському відношенні продуктів, як фосфорна, соляна, оцтова та інші кислоти виготов­ляються за допомогою сірчаної кислоти.

У металообробній промисловості сірчана кислота використо­вується для підготовки чорних металів до захисного покриття.

Виробництво барвників, лаків, лікарських речовин, деяких пластмас, багатьох отрутохімікатів, ефірів, спиртів було б немо­жливим у сучасних масштабах без сірчаної кислоти.

Сірчана кислота застосовується при виробництві штучного шовку, в текстильній промисловості.

У харчовій промисловості сірчана кислота використовується для виготовлення крохмалю, патоки та інших продуктів.

Транспорт використовує свинцеві сірчанокислотні акумулятори.

Сірчана кислота використовується для виробництва більшості вибухових речовин та інших органічних сполук.

Концентрована сірчана кислота H₂SO₄ — важка масля­ниста рідина без кольору та запаху; присутність домішок надає їй жовтуватого чи більш темного кольору.

Основні фізичні властивості сірчаної кислоти: густина, тем­пература кипіння та кристалізації залежать від її концентрації. Найбільш розповсюджена сірчана кислота концентрації 94% має густину при нормальних умовах 1,85 г/см³, температуру кипіння 296°С та температуру кристалізації -30°С. 100%-на сірчана кис­лота, маючи таку ж густину, кристалізується при +10°С. Розчин сірчаного ангідриду SO₃ в 100 % сірчаній кислоті називається олеумом.

Специфічною особливістю сірчаної кислоти є її відношення до води. По-перше, вона є сильним водовідбірним засобом — об­вуглює вуглеці (крохмаль, целюлозу, рослинні та тваринні тка­нини), обезводнюючи їх, інтенсивно поглинає воду із неконцентрованих кислот, вологих газів, тощо; по-друге, при взаємодії сірчаної кислоти з водою виділяється велика кількість тепла, то­му розбавляти сірчану кислоту водою слід обережно, додаючи кислоту у воду, а не навпаки, інакше вона може нагрітися до ки­піння з виділенням парів. У виробничих умовах розбавлення кис­лоти відбувається у спеціальних змішувальниках.

Концентрована сірчана кислота є сильним окисником, особ­ливо при підвищених температурах; вона окислює велику кіль­кість металів, вуглець (до SO₂), сірку (до SO₄) тощо. На холоді де­які метали пасивуються сірчаною кислотою, наприклад, хром, нікель, залізо та його сплави (чавун та сталь).

Азотна кислота — одна з важливих мінеральних кис­лот. Концентрована азотна кислота, як і розбавлена, використо­вується для виробництва мінеральних добрив; у хімічній промис­ловості — для одержання синтетичних смол та хімічних волокон, лакофарбових матеріалів, а також для виробництва інших хіміч­них сумішей, кислот, солей тощо; використовується для вироб­ництва пластмас, кіноплівок, вибухових речовин, ракетного па­лива; в металургії кольорових металів.

Концентрована азотна кислота HNO₃ — безбарвна чи злегка жовтувата прозора рідина з різким задушливим запахом, під дією світла повільно розкладається з виділенням двоокису азоту NO₂, який надає їй у залежності від ступеня розкладу заба­рвлення від жовтого до буро-червоного; пари NO₂, які виділя­ються, утворюють з вологою повітря дрібні крапельки жовто-бурого туману, тому азотна кислота мовби «димить» на повітрі; при нагріванні ці процеси посилюються. Густина та температура кристалізації азотної кислоти, як і у сірчаної, залежать від її кон­центрації. Концентрована (98%-на) кислота має густину 1,5г/см³ і кристалізується, тобто застигає, при температурі -42°С, кипить при температурі +86°С, у розведеної кислоти (56%-ї) густина 1,4 г/см³.

Специфічною особливістю азотної кислоти є її сильні окис­лювальні властивості, особливо концентрованої, під дією якої де­які органічні суміші (папір, вугілля, масла тощо) навіть займа­ються.

Соляна кислота HCl — це безбарвний з гострим задуш­ливим запахом розчин хлористого водню (HCl) у воді; домішки на­дають їй жовтого чи, рідше, зеленуватого кольору. Соляна кислота сильно «димить» на повітрі внаслідок виділення хлористого водню та утворення з вологою повітря дрібних крапель «туману». Хлорис­тий водень у звичайних умовах — безбарвний газ, який обмежено розчиняється у воді. Так, при кімнатній температурі та нормально­му тискові його максимальна розчинність становить 42%, тому то­варні види соляної кислоти, які випускаються промисловістю, ма­ють концентрацію значно меншу, ніж сірчана та азотна кислоти (максимально 35—36%). її густина та температура кристалізації, як і інших кислот, залежить від концентрації (табл. 9.1).

Таблиця 9.1

Властивості соляної кислоти

Властивості	Показники властивостей
Концентрація, %		31,5
Густина, г/см^3	1,18	1,16	1,11	1,05
Температура кристалізації, °С	-32	-48	-68	-15

Складна залежність температури кристалізації пояснюється утворенням гідратів (HCl • n Н₂О) з різною точкою замерзання.

Основним методом одержання хлористого водню є си­нтез водню та хлору із водних розчинів кухонної солі. Синтез про­водять у вертикальній печі з пальником, що знаходиться в ниж­ній її частині. Пальник складається з двох труб: по одній подаєть­ся хлор, а по другій — водень. На виході вони з'єднуються, зго­раючи з утворенням хлористого водню та утворюючи факел із те­мпературою 2400°С. Охолоджений до 100°С хлористий водень поглинається водою, при цьому одержується «Кислота соляна синтетична технічна», вона випускається марок А та Б, що відрі­зняються концентрацією та якістю:

• марка А має концентрацію > 34,5%, домішок < 75·10^-4 %;

• марка Б вищого ґатунку має концентрацію 33,0 %, домішків 64,10^%;

• марка Б першого ґатунку — концентрацію 31,5%, домішок 64 • 10^-4%.

Використовують ці марки в хімічній промисловості для виро­бництва хлоридів металів та неметалів, продуктів органічного синтезу, каучуків, лакофарбових матеріалів тощо; в металообро­бці та металургії для очистки металу від окалини; для дублення шкіри; при бурінні нафтових свердловин тощо.

У виробництві особливо чистої соляної кислоти для харчової та медичної промисловості та для хімічних реактивів синтетич­ний хлористий водень більш ретельно очищається від домішок, крім того, апаратура для його отримання виготовляється з більш стійких матеріалів, наприклад, із кварцового скла.

Дедалі більшого значення набуває застосування хлористого водню, який виділяється у вигляді побічного продукту при виро­бництві органічних сполук. Ці види кислоти випускаються при спеціальних технічних умовах з концентрацією не менше 24,5— 30% і можуть використовуватись для тих же цілей, що і синтетич­ні. Вартість такої кислоти набагато нижча.

«Соляна кислота технічна» виготовляється, за технічними умова­ми у невеликих обсягах найбільш давнім, сульфатним методом, в якому хлористий водень утворюється внаслідок хімічної реакції ку­хонної солі NaCl і сірчаної кислоти. Одержана кислота забруднена до­мішками іонів реагуючих речовин, поступово її випуск припиняється.

До содових продуктів належать:

• каустична сода, чи їдкий натр, чи гідроксид натрію NaOH;

• кальцінована сода, чи карбонат натрію, чи вуглекислий на­трій, чи натрієва сіль вугільної кислоти NaHСО₃;

• харчова чи питна сода, чи бікарбонат натрію, чи двовугле­кислий натрій NaHCO₃.

Каустична сода застосовується в хімічній, нафтохімічній, целю­лозно-паперовій, текстильній промисловості, кольоровій металургії.

Кальцинована сода застосовується для виробництва каустич­ної соди, мила, скла, а також в електронній, шкіряній, фармацев­тичній, лакофарбовій та інших галузях.

Харчова сода використовується в харчовій промисловості, ме­дицині, для виготовлення вогнегасників — під дією на неї кислот вона розкладається з виділенням та шипінням СО₂.

Луги — це тверді безбарвні речовини, крім каустичної соди, які постачаються також і у водному розчині, милкі на дотик, ду­же гігроскопічні, розчиняються у воді з виділенням тепла. На по­вітрі вступають у взаємодію з вуглекислим газом.

Особливо сильними властивостями відзначається каустична сода. Вона роз'їдає папір, шкіру, тканини тощо; у випадку попа­дання в очі призводить до часткової чи повної втрати зору; діє на скло, фарфор.

Каустична та кальцинована сода досить гігроскопічні — легко поглинають воду та розпливаються у вологих умовах у суцільну масу, при цьому NaOH, приєднуючи з повітря вуглекислий газ СО₂, покривається кіркою, що утворює на її поверхні Na₂CO₃.

Двовуглекисла сода NaHCO₃ у вологому повітрі поступово розкладається з виділенням СО₂ та переходить в Nа₂СО₃.

Властивості та якість, принцип маркування (найменувань) то­варних видів содових продуктів обумовлені, як і для кислот, спо­собом їх виробництва.

Споживачам каустична сода постачається у вигляді розчину чи у твердому стані під назвою «Натр їдкий» декількох видів та марок, якість та принцип маркування яких визначаються способом виробництва. На даний час основна маса NaOH виробляється електрохімічним методом — розкладом (електролізом) концентрованого водного розчину кухонної солі NaCl електрострумом — та хімічним способом із кальцинованої соди.

Електрохімічний метод має два різновиди: в одному випад­ку використовується твердий (стальний) катод та фільтруюча ді­афрагма; в іншому — рідкий ртутний катод, в обох випадках за­стосовуються графітові аноди. Електроліз відбувається у ваннах-електролізерах, до яких підводиться постійний (випрямлений) струм з перетворювальною підстанцією, яка в більшості випадків приєднується до цеху електролізу. При проходженні струму че­рез розчин NaCl, який є електролітом, відбувається його розклад (дисоціація):

NaCl ↔ Na⁺ + Сl^-

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН­^-.

При цьому позитивні іони, в даному випадку Na⁺ та Н⁺, напра­вляються до катода, а негативні — Сl^- та ОН^- — до анода. Які з цих іонів будуть розряджатись на електродах (катоді та аноді), буде залежати від режиму електролізу, в основному від щільності струму. Саме в умовах процесу принципова відмінність цих двох способів. Режим роботи ванни з твердим (стальним) катодом пі­дібраний таким чином, що на катоді розряджаються тільки іони водню Н⁺, а на аноді — іони хлору. Іони, які залишилися в роз­чині Na⁺ та ОН^- , утворюють розчин лугу NaOH. Продукти елект­ролізу — їдкий натр і хлор, що виділився на анодові, можуть реа­гувати між собою з утворенням хімічних сумішей. Щоб перешкодити цьому, анод відокремлюють від катода пористою діафрагмою, яка і дала назву цьому способу електролізу та одержаної ним марки їдкого натру — «діафрагмовий». Умови цього процесу не дозволяють повністю розкласти кухонну сіль, яка ча­стково залишається в готовому продукті (до 38%). Отриманий ді­афрагмовим способом розчин їдкого натру має низьку концент­рацію (приблизно 10%), тому його потім упарюють до товарної концентрації (приблизно 50%) та відправляють споживачам під назвою «Розчин діафрагмовий», марка РД.

У залежності від вмісту домішок випускають РД вищого і пер­шого сорту. Більш якісний їдкий натр утворюється при використан­ні ртутного катода. Жорсткий режим електролізу в цьому випадку (щільність струму в 10 разів вища, ніж у діафрагмовому методі) призводить до того, що на катоді розряджаються іони натрію Na⁺, який утворює з ртуттю амальгаму NaHgn; її виводять із електролізу та розкладають в окремому апараті — розчинникові з водою:

2NaHgn + 2Н₂О → 2NaOH + H₂ +2nHg.

Ртуть, яка виділилася, повертається у процес. Утворення їдко­го натру в ізольованому від електролізеру розчиннику значно скорочує можливість попадання в нього NaCl та інших домішок, крім того, тут відразу утворюється луг товарної концентрації (не менше 42%), який направляється споживачеві під назвою «роз­чин ртутний» (РР). Даний процес є технічно більш прогресивним, але розширення його споживання поки що стримується економі­чними міркуваннями.

Випуск NaOH у вигляді розчину (марки РД та РР) є переважним і лише 10% загального обсягу становить виробництво твердого їдкого натру. Твердий продукт має високу концентрацію (до 95—99 %) і кращу якість, бо в процесі зневоднення розчину додатково видаляють­ся сторонні домішки; крім того, зручніше та вигідніше його зберігання та транспортування. Випускаються марки ТД і ТР, що означає — твер­дий діафрагмовий та твердий ртутний. Вони застосовуються на вироб­ництвах, де необхідна висока чистота речовини — в органічному син­тезі, фармацевтичній промисловості при одержанні чистих матеріалів, наприклад, металічного натрію в лабораторних умовах тощо.

Зневоднення розчину називається також плавкою — це склад­ний процес, який вимагає додаткового палива, електроенергії, металоємного обладнання. Діафрагмовий розчин зневоджується в котлах із лугостійкого чавуну, а ртутний — в котлах із чистого нікелю для запобігання забруднення його оксидами заліза. Все це підвищує вартість твердого їдкого натру.

Найбільшу кількість їдкого натру все ще виробляють хімічним способом: дією на кальциновану соду вапняного молока:

Na₂CO₃ + Са(ОН)₂ → 2 NaOH + CaCO₃.

Цим способом одержують марки РХ і ТХ, які означають роз­чин хімічний та твердий хімічний відповідно. Вони у великій кі­лькості забруднені домішками, особливо вуглекислим натрієм (до 2%), тому їх виробництво скорочується.

Кальцинована сода NaCO₃ виробляється в промислово­сті двома методами: аміачним та із нефелінової сировини.

При аміачному способі сода одержується шляхом насичення водного концентрованого розчину кухонної солі аміаком (NH₃) з наступною його обробкою вуглекислим газом (СО₂); при цьому утворюється бікарбонат натрію (NaHCO₃), який випадає в осад; його зневоднюють, нагріваючи до температури приблизно 160°С; цей процес розкладу бікарбонату називається кальцинацією, вна­слідок нього утворюється кальцинована сода.

Відносно новим є спосіб одержання соди з природних нефелі­нових руд. Вони містять оксиди алюмінію, натрію, калію та крем­нію. При комплексній переробці цієї сировини поряд з кальцино­ваною содою утворюється ряд цінних продуктів: глинозем, цемент, поташ (К₂СО₃), сульфат калію та інше. При цьому виро­бництво є майже безвідходним. Одержана цим методом «Сода кальцинована технічна з нефелінової сировини» має велику на­сипну щільність — більше 1,0 г/см³ порівняно з аміачною (0,5 г/см³), яка розпилюється і тому незручна для використання, упа­ковки та транспортування. За вмістом зайвих домішок аміачна сода більш якісна, бо із нефелінів у готову продукцію переходять сульфат і карбонат калію, загальний вміст яких в 1-му сорті до 3,5%, в 3-му до 13%. Проте для основних споживачів кальцінованої соди, таких як скляна та целюлозно-паперова промислово­сті, кольорова металургія, ряд хімічних виробництв і таке інше, ці домішки не є шкідливими і не перешкоджають її викорис­танню.

В електронній, нафтохімічній та ряді інших галузей, де необ­хідна більш чиста сода, застосовують аміачну. Крім зазначених видів кальцінованої соди, в нашій країні використовується так звана «тяжка сода», яка відрізняється більшою щільністю (0,9 — 1,0 г/см³), що зручно для споживачів, а також високоякісна хімі­чно чиста сода. На даний час більше 80% кальцинованої соди ви­робляється аміачним методом, але безвідходна технологія пере­робки нефелінів є більш перспективною.

Двовуглекислий натрій — бікарбонат натрію — виді­ляється в процесі одержання кальцинованої соди, але використо­вувати його у вигляді товарного продукту не можна через велику кількість домішок, зменшення вмісту яких ускладнюється незна­чною розчинністю NaHCО₃ у воді (приблизно 9% при 90°С та 16% при 80°С) та розкладом його вже при 100°С. Тому в промисловості харчову соду одержують із кальцинованої соди Na₂CO3, пропускаючи через розчин соди вуглекислий газ:

Na₂CO₃ + СО₂ + Н₂О → 2 NaHCO₃.

Висушений осад NaHCО₃ являє собою дрібний білий порошок з насипною щільністю 0,9 г/см³, який при дії на нього кислот роз­кладається з виділенням вуглекислого газу СО₂ (з шипінням). Він містить менше домішок порівняно з кальцинованою содою. То­варний продукт постачають під назвою «натрій двовуглекислий» підприємствам харчової, медичної, хімічної промисловості, а та­кож для виготовлення вогнегасників, тощо.

Продукція неорганічної хімії постачається споживачеві партіями. Партією називається однорідний за своїми якісними показниками продукт, який направляється на одну адресу, супро­воджується одним документом про якість. Документ містить:

а) найменування чи товарний знак підприємства-виробника;

б) найменування продукту, його вид, марку та сорт;

в) номер партії та транспортуючої ємкості (цистерни);

г) дату її виготовлення та результати аналізу з підтверджен­ням якості продукції відповідно до вимог стандарту, згідно з яким вона виготовлена і на який повинне бути посилання.

Кислоти транспортуються в цистернах, бочках, скляних пля­шках чи перекачуються по кислотопроводу. Матеріали ємкостей залежать від виду кислоти та її концентрації. Концентровані кис­лоти пасивують деякі метали (залізо, алюміній тощо), тому ємко­сті для зберігання технічної сірчаної кислоти виготовляють із сталі марки Ст.З, а для азотної— із алюмінію. Для концентрова­них кислот, а також більш якісних (поліпшеної, акумуляторної) для уникнення попадання в ці останні домішок заліза, використо­вують нержавіючі кислотостійкі сталі чи футерують ємкості кис­лотостійкими матеріалами. Для соляної кислоти використовують стальні (із Ст. 3) гумовані цистерни чи бочки.

Сірчана, азотна неконцентрована та соляна кислоти можуть також транспортуватися та зберігатися в скляних бутлях ємкістю до 40 л, поміщених у плетені кошики, дерев'яні чи поліетиленові обрешітки, які ущільнені соломою чи дерев'яною стружкою. Для концентрованої азотної кислоти це заборонено, бо вона викликає займання органічних речовин. Для соляної та розведеної сірчаної кислоти можна використовувати поліетиленові ємкості. Слід ма­ти на увазі, що сильні окисники (концентрована сірчана кислота, азотна будь-якої концентрацій) руйнують поліетилен. Урахову­ється також температура кристалізації (замерзання) рідкої проду­кції. Так, наприклад, олеум зберігають в опалюваних приміщен­нях, транспортують в утеплених цистернах чи мають прилад для підігріву.

Кальциновану соду та бікарбонат натрію упаковують у бага­тошаровий паперовий мішок, а твердий їдкий натр — у стальні (Ст. 3) чи картонні барабани, в поліетиленові мішки, вкладені в барабани. Застосовується і дрібна розфасовка їдкого натру у ви­гляді пластин-лусок у скляні чи поліетиленові банки вагою 2—З кг, які вкладаються в дерев'яні чи картонні ящики.

Соду (NaCО₃ та КаНСО₃) можуть транспортувати також нава­лом в содовозах чи спеціальних вагонах. При зберіганні та транспортуванні твердих содових продуктів слід захищати їх від вологи. їдкий натр технічний у вигляді розчину транспортують у цистернах із сталі Ст.З, сталевих чи поліетиленових бочках, а призначений для промисловості штучного волокна та медичної — в ємкостях із нержавіючої сталі чи гумованих.

Слід звернути увагу на гарантійний термін зберігання цієї продукції. Так, наприклад, азотна кислота з часом розкладається, тому гарантійний термін її зберігання становить 1 місяць з дня виготовлення в літню пору та 3 місяці — в інші пори року. По за­кінченні гарантійного терміну продукт перед використанням по­винен бути перевіреним на відповідність вимогам стандарту.

Кислоти та содові продукти є їдкими речовинами, є небезпеч­ними для здоров'я людини. Тому при їх зберіганні слід дотриму­ватись вимог безпеки. На упаковці чи ємкостях повинні бути на­несені попереджувальні написи, а в накладних стояти штемпель: «Небезпечно», «Бережись опіку», «їдка речовина» чи «Кислота». Пари, гази чи пил цих речовин мають отрутні властивості і при попаданні в дихальні шляхи викликають отруєння, а при контакті зі шкірою, слизовими оболонками — опіки, втрату зору. Розлиті сірчана та азотна кислоти можуть бути причиною пожежі в складських приміщеннях, викликаючи спалах органічних речо­вин, тому заборонено зберігати разом з кислотами сторонні, осо­бливо горючі предмети.

Склади та площі для зберігання кислот повинні бути обладна­ні засобами пожежогасіння та нейтралізації. Для азотної кислоти, наприклад, нейтралізаторами є розчини аміаку, соди, рідкого ми­ла, вапняного молока; для розведення використовується вода.

Розлиту сірчану кислоту не можна змивати водою, її слід засипати піском чи попелом, а потім нейтралізувати розчином їдкого натру.

При попаданні їдкої речовини на шкіру чи в очі слід промити ушкоджене місце сильним струменем води та звернутися до лікаря.

Teмa 10. Руди металів і промислова сировина на їх основі

Метали класифікують за такими ознаками, як колір, фізичні та хемічні властивості, характер залягання в земній корі, ступінь чистоти тощо.

1. За кольором метали поділяють на чорні та кольорові.

Чорні метали мають темно-сірий колір, схильні до поліморфних перетворень. До чорних металів належить залізо. На сьогодні його використовують найбільше.

Кольорові метали найчастіше мають червоний, жовтий і білий кольори. Вони дуже пластичні, деякі з них мають відносно низькі температури плавлення.

2. За фізичними та хімічними властивостями, а також характе­ром залягання в земній корі кольорові метали поділяють на:

- легкі (алюміній, берилій, титан, літій, натрій, калій тощо);

- важкі (мідь, кобальт, нікель, свинець, цинк, кадмій, стибій, ртуть);

- благородні (золото, срібло, платина та платиноїди);

- трудноплавкі (вольфрам, молібден, ніобій, тантал, ванадій, хром тощо);

- розсіяні (галій, індій, талій);

- рідкісноземельні (ітрій, скандій, лантан і всі лантаноїди);

- радіоактивні (технецій, францій, уран тощо).

3. За ступенем чистоти метали поділяють на технічно чисті (містять до 0,1-0,5% домішок), хімічно чисті (містять до 0,01-0,1% домішок) і надчисті. Дуже чисті метали використовують у ракетній техніці, надзвуковій авіації, а також у хімічній промисловості та медицині. Проте чисті метали не завжди задовольняли вимоги техніки, а тому людство здавна використовує сплави.

До чорних металів належать: технічне залізо, чавун, сталь, хром, марганець.

Чавун — це сплав заліза з вуглецем (вміст його становить по­над 2 % за масою) та іншими елементами.

До складу чавуну входить також кремній (Si) — від 0,5 до 3,6% і марганець (Мn) — від 0,5 до 1,5%; фосфор (Р) — 0,2% і сі­рка (S) — 0,1—0,2%. Кремній сприяє графітизації (виділенню графіту), марганець перешкоджає графітизації, але знешкоджує сірку, яка робить чавун крихким і є шкідливою домішкою. Фос­фор поліпшує рідиннотекучість і в розмірі 1% не знижує механі­чних властивостей.

Вуглець у складі чавуну може перебувати у вигляді хімічної сполуки з залізом — карбідом заліза, може бути у вільному стані, тобто у вигляді графіту, і може бути частково у вільному, частко­во у сполученому стані.

На властивості чавуну значною мірою впливає кількісне спів­відношення вмісту зв'язаного і вільного вуглецю, а також форма графітових включень.

Чавун, в якому весь вуглець перебуває у зв'язаному із залізом стані у вигляді Fe₃C (карбід заліза), називається білим чавуном (за білим кольором зламу). Він не містить видимих під мікроско­пом включень графіту. Білий чавун дуже твердий (НВ 450—550) і крихкий, погано піддається технологічній обробці і тому має обмежене використання. Він, в основному, переробляється в сталь. Для поліпшення експлуатаційних характеристик (підви­щення зносостійкості, жаростійкості, корозієстійкості) до складу чавуну вводять леговані елементи: нікель, хром, вольфрам, алю­міній і т. ін. Білі леговані чавуни дуже міцні, зносостійкі, жаро­стійкі, тому з них виготовляють гальмові колодки, ножі екскава­торних ковшів, деталі дробарок, котлів і т. ін.

Графітизовані чавуни — це чавуни, які мають видимі під мік­роскопом включення графіту в структурі після ствердіння та в результаті накладення зовнішніх дій (термічних, силових та ін­ших) у твердому стані.

До числа графітизованих чавунів належать: чавун з пластин­частим графітом, чавун з вермикулярним графітом, чавун з куля­стим графітом, ковкий чавун, половинчастий чавун (з двох скла­дових: «білої» (ледебуритно-карбідно-перлітної) та «сірої» (перлітно-феритно-графітної)).

У доменному виробництві виплавляють 3 види чавунів — переробний, ливарний і спеціальний (феросплави).

Переробний чавун відповідно до ДСТУ 3133-95 призначений для сталеплавильного виробництва, виготовляють марок ПІ і П2; для ливарного виробництва — марок ПЛІ, ПЛ2, ПЛЗ; фосфорис­тий — марок ПФ1, ПФ2, ПФЗ; високоякісний — марок ПВК1, ПВК2, ПВКЗ.

Ливарний чавун використовується для виробництва машино­будівних ливарних чавунів в чавуноливарних виробництвах.

Для самостійного використання з нього одержують ливарні деталі для різноманітних механізмів і машин ливарними мето­дами.

Переваги чавуну полягають у високих ливарних властивостях і невеликій ціні (у порівнянні зі сталлю). Температура розплавлення чавуну на 300—400°С нижча, ніж у сталі, що скорочує процес ливарництва.

Чавуни за рахунок вмісту графіту добре обробляються різан­ням, а також утворюється більш чиста поверхня готових виробів, ніж при обробці сталі.

Чавун має високу твердість і низьку пластичність, він крих­кий, тому його неможливо піддавати пластичній деформації. Че­рез низьку пластичність і високий вміст вуглецю чавун погано зварюється. Хімічні властивості його низькі, він піддається всім видам іржавіння.

Ливарний чавун менш крихкий, добре обробляється різанням через високий вміст кремнію, який сприяє графітизації, має добрі антифрикційні властивості, великий опір стисненню, достатньо високу міцність при розтягненні, згинанні, різанні, стискуванні.

Використовується в машинобудуванні як найбільш дешевий спосіб виготовлення деталей.

Маркується літерою Л і числами, які показують вміст крем­нію. Випускають сім марок ливарного чавуну: Л1; Л2; ЛЗ; Л4; Л5; Л6; Л7. Чим вище число, тим менший вміст кремнію (Л1 — 3,6% Si; Л7 —0,8% Si).

Залежно від вмісту марганцю, фосфору, сірки ливарний чавун ділиться на чотири групи (І, II, III, IV), п'ять класів (А, Б, В, Г, Д) і чотири категорії (І, II, III, IV).

Машинобудівні чавуни. За формою графітових включень ма­шинобудівні ливарні чавуни діляться на:

• сірі чавуни — форма графітових включень у вигляді пластин;

• високоміцні — включення графіту кулеподібної форми;

• ковкі чавуни — включення графіту вермикулярної форми. Держстандарт установлює 8 марок сірого чавуну: СЧ-10; СЧ-15; СЧ-20; СЧ-25; СЧ-30; СЧ-35; СЧ-40; СЧ-45. Принципи маркування сірого чавуну: СЧ — сірий чавун (його назва за сірим кольором зламу). Число показує середню величину тимчасового опору розри­ву: σ_в = 100 МПа або 10 кгс/мм². Твердість цих чавунів НВ = 143...255; δ = 0,2—0,5 %. Хімічний склад: С = 3,2 - 3,5%; Si = 1,9— 2,5%; Мп = 0,5—0,8 %; Р = 0,1—0,3%; S <= 0,125%.

Дата добавления: 2015-04-30