В виде чего встречается латунь в природе: Латунь. Большая российская энциклопедия

Цветные металлы в Рязани

Как известно, руды различных металлов – это невосполнимый ресурс планеты. И, к сожалению, не очень большой. Во всяком случае, уже сейчас добыча металлов в мире неуклонно сокращается. Зато растут свалки, замусоренные пустыри и обочины дорог. Выход один: утилизация и повторное использование однажды уже использованных металлов. Это позволит хотя бы отчасти восполнить невосполнимые в принципе ресурсы, а так же сбережет природу. 

Сбор металлолома в Рязани – бывшее любимое развлечение советских пионеров, а сегодня – один из способов заработка лиц без определенного места жительства. Но и в СССР, и сегодня в России утилизацией металлолома занимаются специализированные предприятия. Причем в России, в том числе и в Рязани, традиционно обработка черного и цветного лома осуществляется зачастую разными предприятиями. Поэтому, увидев объявление куплю лом в Рязани, не стоит тащить туда старый чугунок без предварительного звонка. 

Цветные металлы содержат практически любые современные изделия: посуда, элементы мебельных или строительных конструкций, изделия проволочные, старые суда, лодки и катера, промышленное оборудование морально или физически устаревшее, и многое другое. Не нужно вывозить все это на свалку. Даже если вы не нуждаетесь в деньгах, все равно лучше отвезти ненужные металлические изделия в пункт приема металлолома: ведь скупка лома очистит город, даст работу перерабатывающим предприятиям. Приемка металлолома осуществляется в любых объемах. 

Цветными металлами называют любые сплавы, в которые не входит железо. Их подразделяют на тяжелые и легкие металлы. У легких металлов плотность меньше 3 г/см куб. В отдельную группу выделяют редкие и благородные металлы, к которым относятся золото, платина, серебро. Эти металлы обычно относят ювелирам, хотя и обычные приемные пункты лома цветных металлов в Рязани от них не откажутся. Но все-таки следует помнить, что в промышленных масштабах используют титан, латунь, свинец, медь, алюминий.

Алюминий в природе в чистом виде не встречается. Он входит в состав бокситов, нефелинов, глинозема, корундов. Это очень легкий металл серебристого цвета с температурой плавления 600° С. Он легко образует сплавы практически с любыми металлами. В чистом виде это мягкий металл, но различные добавки значительно повышают его твердость. Когда-то из сплавов алюминия делали кастрюли. Возможно, они еще сохранились у кого-то. 

Примерно 28% алюминия расходуется на производство банок для напитков, пищевой тары, фольги и упаковок. 17% используют в различных транспортных средствах: самолетах, военной технике, железнодорожных пассажирских вагонах и автомобилях. 16% заключены в конструкциях зданий. 8% проводят электроэнергию в высоковольтных линиях электропередачи и в других электрических устройствах, 7% — в бытовых приборах и мебели. 6% необходимы для машиностроения и промышленного оборудования, остальное – для производства телевизионных антенн, пигментов и красок, космических кораблей и судов. Принимается такой цветмет в Рязани, как алюминий пищевой, алюминиевую тару (алюминиевые банки, аэрозольные баллоны), алюминий бытовой (столовые приборы, алюминиевые кастрюли), алюминиевый профиль, алюминиевую стружку, алюминиевый лом, алюминиевый картер.

Второй широко распространенный цветной лом в Рязани – это медь. На воздухе поверхность меди моментально окисляется и покрывается оксидной пленкой. В природе можно встретить медь в чистом виде, но чаще она идет в качестве одной из составляющих медной руды. Это первый металл, освоенный человеком, благодаря простоте выплавки ее из руды и невысокой температуре плавления. Это произошло около 7000 лет назад.  

Медь в чистом виде имеет красноватый оттенок. Это пластичный и мягкий металл с высокой тепло- и электропроводностью. Поэтому очень часто из меди изготавливают проволоку, а так же другие токопроводящие детали электрооборудования. Очень важно, что медь не искрит при работе, поэтому ее можно использовать в огне- и взрывоопасных средах. К полезным свойствам меди можно отнести и ее антибактериальное воздействие, поэтому из меди охотно делали посуду. Наиболее часто встречаются сплавы меди с оловом (бронза) и с цинком (латунь). Нередко использование меди при изготовлении музыкальных инструментов и колоколов.  

Эксперты полагают, что сегодня разведанных запасов меди человечеству хватит лет на 60, причем на долю России приходится всего около 3,2% от мировых запасов. Из этого можно понять, как важно собирать и повторно использовать каждое медное и медесодержащее изделие. Собирая и утилизируя лом в Рязани  может несколько восполнить недостаток меди. 

Свинец так же известен людям с далекой древности. Он содержится в сульфидных полиметаллических рудах, в которых встречаются так же медь, сурьма, мышьяк, олово, алюминий, висмут, золото и серебро. Соединения свинца отрицательно сказываются на здоровье человека, но не так давно люди еще не знали этого, и поэтому свинец широко использовался  быту для изготовления различных красок, посуды, водопроводных труб, для украшения и даже в косметике. Однако, у свинца немало полезных свойств, которые позволяют использовать его в технике. 

Титан, в отличие от свинца, открыл людям свои полезные свойства совсем недавно, но сразу же занял большое место в технике и в медицине. Ученые называют его металлом будущего.

Латунь – что это. Лом латуни, обзор цен, мировой рынок.

Лом латуни, обзор цен, мировой рынок латуни.

Лом латуни широко востребован на рынке вторичного сырья, дело в том, что добыча, обогащение и производство с нуля – весьма затратное производство, именно поэтому, а вовсе не из экологических соображений или же с целью восполнения природных ресурсов в нашей стране так хорошо развит рынок вторичного сырья. Наша компания Медник Консалтинг, благодаря умению анализировать и прогнозировать состояние рынка всегда может предложить вам продать лом латуни по максимально высокой цене. Давайте посмотрим динамику цен на лом латуни в недалеком прошлом, по сути самые высокие индексы цен были зимой, затем началось падение, которое достигло своего максимума к концу июля и лишь после этого цены на лом латуни начали немного расти

По состоянию на конец августа 2015 года индексы цен на латунь были

• Латунная лента 1,1807 +3,33%
• Латунный лист 1,3527 +3,36%
• Латунная проволока 1,5741 +0,23%
• Латунный пруток 1,5251 +2,99%
• Латунная труба 1,6805 +2,22%
• Латунный шестигранник 1,5162 +2,99%
• Латунь. Сводный 1,4715 +2,44%

В среднем, по прогнозам аналитиков, рост цен на латунь к ноябрю 2015года составит примерно 3%.

Прием и переработка лома латуни.

Мировые запасы меди и медьсодержащей руды ограничены, кроме того ее добыча обогащение весьма трудозатратный процесс, именно поэтому во всем мире существует система переработки медных сплавов, в том числе и переработка лома латуни. Компания Медник консалтинг давно представлена на рынке, именно поэтому сдать лом латуни в нашу компанию выгодно, мы не только предлагаем хорошие цен на лом латуни, но так же делаем это оперативно, наши специалисты быстро определят категории лома латуни, произведут ее сортировку, а в дальнейшем отправят на переработку. Крупногабаритный лом латуни на предприятиях по переработке целесообразно подвергнуть предварительным этапам переработки лома цветных металлов, таким как прессовка или запуск в шредер, кроме того используются плавильные установки и литейные модули, много изобретений в этой области, защищенных патентами, в основном они лишь отличаются способами плавления и устройствами самих печей, основные из них

Один из способов переплавки лома меди и ее сплавов, в т. ч. латуни состоит в том, что спрессованный лом в блоки загружают в тигель печи, нагревают на 100°C больше, чем температура плавления, а затем разливают медь в изложницы. Здесь отличие еще в том, что высота расплава 1метр. Далее производят поэтапный слив переработанного лома меди, сначала сливают порядка 10% в ковш или желоб и затем сливают в изложницы для получения блоков весом в полтонны, вторым этапом сливают 80% из средней части тигеля печи и получают чушки по 25 кг, и оставшуюся часть сливают третьим этапом и так же получают из нее блоки по 500кг.

Латунь, сфера и области применения.

Предметы из латуни встречаются нам в повседневной жизни практически на каждом шагу это вентиля газопроводные и водопроводные, водопроводные фитинги, латунные гайки, латунные болты, листы, прут и латунная проволка. Раньше квартирные номера так же изготавливались из латуни, колеблющиеся блесны, монеты, старые дверные ручки так же из латуни. Часто встречаем информацию, что галантерейные и античные изделия, украшающие дома типа вазы, браслеты, столовые приборы так же изготавливались из латуни, однако это неверно, в те времена не было способов отливки и сплавления именно латуни или бронзы, а так как в чистом виде в природе медь не встречается, а как правило залегает вместе с железосодержащими сульфидными рудами, и так же в те времена не было способов полной очистки руды, то все эти изделия старины можно скорее назвать латуннобронзовыми с большим количеством дополнительных примесей типа марганца, олова, свинца. В целом латунь популярна благодаря своим физико-химическим свойствам, и она хорошо обрабатывается давлением в горячем и в холодном состоянии, все это и определяет основные направления ее использования – изготовление мелких деталей, отливок, катанных полуфабрикатов- латунные полосы, латунные листы, латунные ленты.

Цинк | Музей наук о Земле

Вернуться к статьям о горных породах и минералах

Питер Рассел и Тарсика Тарманатан

Цинк (Zn) представляет собой голубовато-белый блестящий металл, который является хрупким при комнатной температуре, но становится ковким при 100 градусах Цельсия. Цинк — один из самых распространенных элементов в земной коре. Он содержится в почве, воздухе и воде, а также в пищевых продуктах. Цинк применялся в Риме и Китае более 2000 лет назад в качестве компонента латуни ( см. Что на Земле зима 2003 г. выпуск, цинко-медный сплав ). Коммерческое производство цинка началось в Европе только в середине 18 века, а в Соединенных Штатах — до 1860 года. Металлический цинк никогда не был обнаружен в природе. Подавляющее большинство месторождений цинка содержат минерал свинца, галенит, и минералы свинца и цинка добываются вместе. Другими металлами, которые встречаются с цинком, являются серебро и медь. Цинково-медные руды можно было переплавлять в латунь. Цинк также существует в виде различных солей и соединяется с другими элементами, такими как хлор, кислород и сера, с образованием соединений цинка.

Цинк добывается более чем в 50 странах, при этом Канада является ведущим производителем, за ней следуют Россия, Австралия, Перу, США и Китай. Месторождения цинксодержащих руд обнаружены в большинстве провинций Канады, а также на Юконе и Северо-Западных территориях. Сульфид цинка (ZnS), сфалерит, является наиболее распространенным минералом, содержащим цинк.

Рудник Пайн-Пойнт 

В 1898 году местные жители показали галенит старателям, отправлявшимся на золотые прииски Клондайк. К 1930 октября компания Northern Lead Zinc Limited начала работы по свинцово-цинковым воронкам. Великая депрессия остановила эту работу. В отчетах компании указано более 500 000 тонн запасов. В 1951 году была основана компания Pine Point Mines. Затем в начале 1960-х годов гораздо более крупная компания Consolidated Mining and Smelting Company (теперь называемая Cominco) начала строительство большой мельницы и 50 домов. Вскоре в городке Пайн-Пойнт появились все удобства современного сообщества. В 1981 году население составляло 1861 человек. В то время добывалось около 10 000 тонн руды в день. За 25 лет Cominco добыла цинка и свинца на сумму более 2 миллиардов долларов (в сегодняшних ценах). Низкие цены на цветные металлы и высокие затраты на восстановление вынудили Cominco закрыть производство в 1919 году.88, а шахта и городок были реабилитированы.

Шахта Red Dog, Аляска

Pine Point была закрыта в то же время, когда Cominco занималась разработкой шахты Red Dog на Аляске. Совокупное содержание свинца и цинка на руднике Red Dog составляет в среднем 24% с кредитом около 90 граммов серебра на тонну. Cominco решила сосредоточить свои ресурсы на разработке рудника Red Dog, который имеет самый большой годовой объем производства и является самым прибыльным цинковым рудником в мире.

Шахта Кидд-Крик (Фалконбридж)

Шахта Kidd Creek (Falconbridge) в Тимминсе, Онтарио, производит руду, содержащую цинк, медь, свинец, серебро и кадмий.

Цинковая руда. Нанисивик, Баффинова Земля, Нунавут. Собрание Музея наук о Земле Университета Ватерлоо.

Использование цинка

Цинк необходим для здоровой жизни людей и животных. Это необходимо для работы различных ферментов. Это необходимо для роста кожи и костей. Прежде всего, организм использует цинк для переработки пищи и питательных веществ. Когда цинк сплавляется с другими металлами, он становится хорошим проводником электричества. Цинк-бромидные и цинк-никелевые силовые элементы относятся к новейшим типам аккумуляторов.

Минералы, встречающиеся в природе в земной коре, играют жизненно важную роль в нашей повседневной жизни. Но мало кто из нас когда-либо устанавливает связь между этими предметами, приборами и материалами, которые мы используем и которые помогают нам облегчить нашу жизнь. Ниже приведен список нескольких материалов и приспособлений, в которых используется цинк.

• Антисептические мази
• Препараты от прыщей и ядовитого плюща
• Препараты для ног спортсмена
• Батарейные электроды
• Латунь (20-45% цинка)
• Лосьон Каламин для лечения кожных заболеваний
• Керамические глазури
• Химические катализаторы
• Косметика
• Шампуни от перхоти
• Дезодорант
• Мази от опрелостей
• Сухие батареи
• Краситель
• Электронные устройства
• Люминесцентные лампы
• Антипирены
• Клеи
• Люминесцентные циферблаты на часах
• Мази
• Краски
• Новые пенни Канады и США
• Фармацевтика
• Пластмасса предотвращает растрескивание
• Краски для печати
• Замедляет коррозию корпусов судов, трубопроводов, автомобилей
• Обшивка крыши
• Резиновые изделия
• Листовой цинк
• Солнцезащитный крем
• Текстиль
• Телевизионные экраны
• Консерванты для древесины
• Рентген

Для защиты от ржавчины цинк наносится тонким слоем на изделия из железа и стали. Этот процесс называется цинкованием. Более половины потребляемого цинка идет на цинкование. Цинкование осуществляется несколькими способами. Обычно металл погружают в расплавленный цинк. Это также может быть сделано гальванопокрытием или нанесением краски на слой соединения цинка. Более половины потребляемого цинка идет на цинкование. Цинк продлевает жизнь среднему автомобилю. Около 7,7 кг цинка используется для защиты среднего автомобиля от ржавчины. Еще 9килограммы используются для изготовления литых деталей из цинка, таких как дверные ручки и замки, и каждая шина содержит около четверти килограмма цинка, необходимого для отверждения резины.

В последнее время металлический цинк применяется в зданиях благодаря его длительному сроку службы, не требующему технического обслуживания, и его способности адаптироваться к различным стилям дизайна. Архитекторы хвалят тонкий цвет цинка, который говорит, что его цвет становится богаче по мере того, как материал адаптируется к конкретным атмосферным условиям и прекрасно сочетается с другими строительными материалами, такими как бетон и дерево. С ним также легко работать, чтобы формировать сложные формы.

В США цинк добывают в нескольких штатах. Аляска производит больше всего, за ней следуют Теннесси и Миссури.

Свинцово-цинковые месторождения в долине Миссисипи

Свинцово-цинковые месторождения в долине Миссисипи представляют собой семейство рудных месторождений, образованных морской водой, протекающей через осадочные породы, включая известняк, доломит, соль и сланцы. Рассолы (морская вода) текут через эти недавно отложившиеся отложения, реагируя с известняком и изменяя его добавлением магния из воды. Кальций в кальците замещается магнием, образуя минерал доломит. Эта реакция обычно разрушает окаменелости в известняке и образует отверстия в скалах, которые затем являются хорошими местами для образования свинцово-цинковых минералов. Рассолы, протекающие через другие отложения, такие как сланцы, могут поглощать из них свинец и цинк. Затем вода течет через доломиты, которые теперь находятся на глубине, где нефть мигрирует сквозь породу. Нефть мигрирует вверх, увлекая за собой серу. Сера из нефти взаимодействует с рассолами, содержащими сульфид свинца и цинка, в отверстиях доломита, отлагая галенит и сфалерит. Бактериальное действие способствует этому процессу. Позже образуются другие минералы, такие как кальцит.

Месторождения долины Миссисипи находятся на среднем западе Соединенных Штатов. Их также можно найти в Нависивике на Баффиновой Земле. Аляска производит больше всего, за ней следуют Теннесси и Миссури.

Свинцово-цинковые месторождения обнаружены в доломитах южного Онтарио. Причина, по которой нас не добыли, заключается в том, что отверстия, образовавшиеся в доломите до минерализации, не были достаточно большими, чтобы вместить промышленные залежи. Эти типы месторождений распространены во всем мире.

Вулканогенные месторождения массивных сульфидов

Вулканогенные месторождения массивных сульфидов являются основным источником меди, цинка, свинца, серебра и золота. Было обнаружено, что эти отложения активно формируются при температуре 350 градусов по Цельсию. Гидротермальные источники на раскидистых гребнях дна океана, такие как те, что находятся в восточной части Тихого океана, активно осаждают сульфиды металлов. Эти отложения образуются в результате выброса раствора на морское дно.

Сфалерит или сульфат цинка. Коллекция Музея наук о Земле Университета Ватерлоо.

Минералы зоны окисления

Сульфид цинка окисляется и обогащается при взаимодействии с атмосферой, естественно кислой дождевой водой и близлежащими горными породами и минералами (см. «Copper the Red Metal», Wat on Earth, зимний выпуск 2003 г.). Сульфид цинка заменяют сульфатом цинка. Этот раствор просачивается через отложения. Образуются окисленные минералы, такие как гемиморфит, а ниже в отложениях сульфат реагирует с известняком и другими породами, содержащими кальций, с образованием карбоната цинка (смитсонит).

Превращение меди в золото

Медный пенни помещают в чашу для выпаривания и нагревают со смесью раствора гидроксида натрия и цинка. Становится серебристым. Пенни затем нагревают в пламени горелки, и он внезапно становится золотым!

Процедура

1. Поместите около 5 г цинковой пыли в чашку для выпаривания.
2. И достаточно раствора NaOH, чтобы покрыть цинк и заполнить блюдо примерно на одну треть.
3. Поставьте посуду на плиту или плиту, пока раствор не закипит.
4. Подготовьте медную монету, тщательно очистив ее легким абразивом (хорошо подойдут губки Brillo).
5. Используя тигельные щипцы или пинцет, поместите очищенную монету в смесь в чашке.
6. Подержите монету в тарелке 3-4 минуты. Вы сможете сказать, когда покрытие будет завершено.
7. Выньте монетку, вымойте ее и промокните насухо бумажными полотенцами. (Не втирать. )
8. С помощью пинцета поднесите монетку с покрытием к пламени горелки. Производство золотого цвета происходит немедленно.
9. Через 3-5 секунд извлеките монету, промойте ее и высушите.

Реакции

1. Первой реакцией является покрытие меди цинком: Цинк реагирует с гидроксидом натрия с образованием цинката натрия, Na2ZnO2. Этот продукт затем восстанавливается медным пенни до металлического цинка. Эта реакция придает монете серебристый цвет.
2. Вторая реакция – образование латунного сплава. Этот сплав придает пенни золотой цвет. Тепло вызывает сплав цинка и меди.

Раствор

Раствор гидроксида натрия 6 М: Растворите 240 г NaOH на литр.

Этот эксперимент был взят из «Химической демонстрации» Ли Р. Саммерлина и Джеймса Л. Или-младшего, 1985, Американское химическое общество, Вашингтон, округ Колумбия.

Веб-ресурсы

*Ссылки были удалены, так как эта статья была опубликована в  ноября 2003 г.  и ни один из веб-сайтов, использованных для написания этой статьи, больше не использовался.

12.3: Металлы и руды — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Цели обучения

• Определить важные металлы и описать их извлечение из основных руд.
• Перечислите различные металлы, их использование и их сплавы.
• Опишите воздействие производства металлов на окружающую среду.

Большинство металлов встречаются в виде горных пород в земной коре. Эти руды содержат достаточное количество полезных ископаемых с важными элементами, включая металлы, которые можно экономично извлекать из породы. Металлические руды, как правило, представляют собой оксиды, сульфиды, силикаты (табл. 9).0015 \(\PageIndex{1}\)) или «самородные» металлы (например, самородная медь), которые обычно не концентрируются в земной коре, или «благородные» металлы (обычно не образующие соединений), такие как золото (рис. \ (\PageIndex{1}\)). Руды должны быть переработаны для извлечения интересующих металлов из пустой породы и из рудных минералов.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Три обычных руды. (слева) железная руда, (в центре) марганцевая руда — псиломелан и (справа) свинцовая руда — галенит и англезит.

Сплавы

Сплав представляет собой смесь, состоящую из двух или более элементов, по крайней мере один из которых является металлом. Вы, вероятно, знакомы с некоторыми сплавами меди (такими как латунь и бронза) и железа (сталь). Сплавы могут быть одного из двух основных типов. В одном типе, называемом сплавом замещения , различные атомы просто заменяют друг друга в кристаллической структуре. В другом типе, называемом сплавом внедрения , более мелкие атомы, такие как углерод, размещаются между более крупными атомами в кристаллической упаковке.

Стали представляют собой очень важный класс сплавов. Многие типы сталей в основном состоят из железа с различным содержанием углерода, хрома, марганца, никеля, молибдена и бора. Стали широко используются в строительстве из-за их прочности, твердости и коррозионной стойкости. Большинство крупных современных сооружений, таких как небоскребы и стадионы, поддерживаются стальным каркасом (см. рисунок ниже).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Уиллис-Тауэр (ранее называвшаяся Сирс-Тауэр) в Чикаго когда-то была самым высоким зданием в мире и до сих пор остается самым высоким зданием в Западном полушарии. Использование стальных колонн позволяет строить более высокие, прочные и легкие здания.

Медь, латунь и бронза

Медь — это химический элемент с символом Cu (от латинского: cuprum ) и атомным номером 29. Это мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокими тепловыми и электрическая проводимость. Свежая открытая поверхность чистой меди имеет розовато-оранжевый цвет. Медь используется как проводник тепла и электричества, а также как строительный материал.

Медь является одним из немногих металлов, которые могут встречаться в природе в металлической форме, пригодной для непосредственного использования (самородные металлы). Это привело к очень раннему использованию человеком в нескольких регионах, начиная с ок. 8000 г. до н.э. Тысячи лет спустя это был первый металл, выплавленный из сульфидных руд, c. 5000 г. до н.э., первый металл, отлитый в форму, c. 4000 г. до н.э. и первый металл, который был специально сплавлен с другим металлом, оловом, для создания бронзы, c. 3500 г. до н.э.

Большинство промышленных руд представляют собой сульфиды, особенно халькопирит (CuFeS ₂ ), борнит (Cu ₅ FeS ₄ ) и, в меньшей степени, ковеллит (CuS) и халькоцит (Cu _{2 90 297 С).}

Cu ₂ S, превращается в оксиды:

2 Cu ₂ S + 3 O ₂ → 2 Cu ₂ O + 2 SO ₂

Закись меди затем превращается в медь при нагревании:

2 Cu ₂ O → 4 Cu + O ₂

Медь входит в состав различных металлических сплавов, таких как стерлинговое серебро, используемое в ювелирных изделиях, мельхиор, используемый для изготовления морского оборудования и монет, и константан, используемый в тензорезисторах и термопарах для измерения температуры. Бронза, сплав меди и олова , используется с древних времен. В бронзовом веке для изготовления оружия, инструментов и декоративных предметов чаще использовались металлы, а не камень. Латунь, сплав меди и цинка, широко используется в музыкальных инструментах, таких как труба и тромбон. Сплавы обычно используются в промышленных изделиях, потому что свойства этих смесей металлов часто превосходят свойства чистого металла. Бронза тверже меди и легче отливается. Латунь очень пластична, а ее акустические свойства делают ее пригодной для изготовления музыкальных инструментов (рис. \(\PageIndex{1}\)).

Рисунок \(\PageIndex{3}\) Бронзовый шлем и труба из латуни. Медные сплавы широко используются в производстве монет; Здесь показаны два примера: американские десятицентовые монеты после 1964 года, которые состоят из сплава мельхиора, и канадские десятицентовые монеты, выпущенные до 1968 года, которые состоят из сплава, состоящего из 80 процентов серебра и 20 процентов меди. (Источник: Википедия)

Железо и сталь

Раннее применение железа для производства инструментов и оружия стало возможным благодаря широкому распространению железных руд и легкости восстановления соединений железа в рудах углеродом. Железная руда восстанавливается коксом в доменной печи (рис. \(\PageIndex{1}\)). Доменная печь загружается железной рудой, обычно гематитом Fe 9.0296 2 O ₃ или магнетит Fe ₃ O ₄ вместе с коксом (уголь, который был отдельно обожжен для удаления летучих компонентов). Через смесь продувают воздух, предварительно нагретый до 900 °C, в количестве, достаточном для превращения углерода в монооксид углерода:

2 C + O ₂ → 2 CO

В результате этой реакции температура поднимается примерно до 2000 °C Окись углерода восстанавливает железную руду до металлического железа ^[112]

Fe ₂ O ₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO ₂

Некоторое количество железа в высокотемпературной нижней части печи непосредственно реагирует с коксом: ^[112]

2 Fe ₂ O ₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO _{2 90 297}

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Доменная печь для преобразования оксидов железа в металлическое железо. (a) В печь загружают чередующиеся слои железной руды (в основном Fe2O3) и смеси кокса (C) и известняка (CaCO3). (b) Эта доменная печь в Магнитогорске, Россия, была самой большой в мире, когда она была построена в 1931.

Большая часть производимого железа очищается и перерабатывается в сталь. Сталь производится из железа путем удаления примесей и добавления таких веществ, как марганец, хром, никель, вольфрам, молибден и ванадий, для получения сплавов со свойствами, которые делают материал пригодным для конкретных целей. Большинство сталей также содержат небольшой, но определенный процент углерода (0,04–2,5%). Однако большая часть углерода, содержащегося в железе, должна быть удалена при производстве стали; в противном случае избыток углерода сделал бы железо хрупким. Однако сталью называют не одно вещество — это семейство сплавов железа с углеродом или различными металлами.

Примеси в железе из доменной печи включают углерод, серу, фосфор и кремний, которые необходимо удалить.

• Удаление серы : Сначала необходимо удалить серу в отдельном процессе. Порошок магния продувают через расплавленное железо, и сера реагирует с ним, образуя сульфид магния. Это образует шлак на поверхности чугуна, который можно удалить. \[ Mg + S \rightarrow MgS \label{127} \]
• Удаление углерода: Все еще нечистое расплавленное железо смешивают с железным ломом (из рециклинга) и смесь обдувают кислородом. Кислород реагирует с оставшимися примесями с образованием различных оксидов. Углерод образует монооксид углерода. Поскольку это газ, он удаляется из железа! Этот угарный газ можно очистить и использовать в качестве топливного газа.
• Удаление других элементов: Такие элементы, как фосфор и кремний, реагируют с кислородом с образованием кислотных оксидов. Их удаляют с помощью негашеной извести (оксида кальция), которую добавляют в печь во время продувки кислородом. Они реагируют с образованием соединений, таких как силикат кальция или фосфат кальция, которые образуют шлак поверх железа.

Чугун уже упоминался выше. В этом разделе рассматриваются типы железа и стали, которые производятся в результате процесса производства стали.

• Кованое железо: Если весь углерод удаляется из железа, чтобы получить железо высокой чистоты, оно известно как кованое железо. Кованое железо довольно мягкое, легко обрабатывается и имеет небольшую структурную прочность. Когда-то из него делали декоративные ворота и перила, но в наши дни вместо него обычно используют мягкую сталь.
• Мягкая сталь: Мягкая сталь представляет собой железо, содержащее примерно до 0,25% углерода. Присутствие углерода делает сталь прочнее и тверже, чем чистое железо. Чем выше процент углерода, тем тверже становится сталь. Мягкая сталь используется для многих вещей — гвоздей, проволоки, кузовов автомобилей, судостроения, балок и мостов, среди прочего.
• Высокоуглеродистая сталь: Высокоуглеродистая сталь содержит до 1,5% углерода. Присутствие дополнительного углерода делает его очень твердым, но также делает его более хрупким. Высокоуглеродистая сталь используется для режущих инструментов и каменных гвоздей (гвозди, предназначенные для забивания в бетонные блоки или кирпичную кладку без изгиба). Высокоуглеродистая сталь имеет тенденцию к разрушению, а не к изгибу при неправильном обращении.
• Специальные стали: сплавы железа с другими металлами (таблица \(\PageIndex{1}\)).

Анимация сталелитейного производства

Видео \(\PageIndex{1}\) Процесс производства стали.

Алюминий

Алюминий находится слишком высоко в электрохимическом ряду (ряде реакционной способности), чтобы извлекать его из руды с помощью восстановления углерода. Требуемые температуры слишком высоки, чтобы быть экономичными. Вместо этого его извлекают электролизом. Руда сначала превращается в чистый оксид алюминия с помощью процесса Байера, а затем подвергается электролизу в растворе в расплавленном криолите — еще одном соединении алюминия. Оксид алюминия имеет слишком высокую температуру плавления, чтобы подвергаться электролизу самостоятельно. Обычной алюминиевой рудой является боксит. Боксит – это, по существу, нечистый оксид алюминия. Основные примеси включают оксиды железа, диоксид кремния и диоксид титана.

Измельченный боксит обрабатывают умеренно концентрированным раствором едкого натра. Используемые концентрация, температура и давление зависят от источника боксита и от того, какую именно форму оксида алюминия он содержит. Температуры обычно составляют от 140°С до 240°С; давление может достигать 35 атмосфер. С горячим концентрированным раствором гидроксида натрия оксид алюминия реагирует с образованием раствора тетрагидроксоалюмината натрия.

\[ Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \longrightarrow 2NaAl(OH)_4 \номер\]

Раствор тетрагидроксоалюмината натрия охлаждают и «заправляют» некоторым количеством ранее полученного гидроксида алюминия. Это дает место для осаждения нового гидроксида алюминия.

\[ NaAl(OH)_4 \longrightarrow Al(OH)_3 + NaOH \номер \]

Оксид алюминия (иногда называемый оксидом алюминия) получают путем нагревания гидроксида алюминия до температуры примерно 1100-1200°C.

\[ 2Al(OH)_3 \longrightarrow Al_2O_3 + 3H_2O \номер \]

Оксид алюминия подвергается электролизу в растворе в расплавленном криолите, Na ₃ AlF ₆ . Криолит — еще одна алюминиевая руда, но она редкая и дорогая, и в настоящее время большая ее часть производится химическим путем.

Использование алюминия

Алюминий обычно сплавляют с другими элементами, такими как кремний, медь или магний. Чистый алюминий не очень прочен, и его легирование добавляет ему прочности. Алюминий особенно полезен, потому что он

• имеет низкую плотность;
• прочен в сплаве;
• — хороший проводник электричества;
• имеет хороший внешний вид;
• устойчив к коррозии благодаря прочному тонкому слою оксида алюминия на его поверхности. Этот слой можно дополнительно укрепить, анодировав алюминий.

Анодирование по существу включает травление алюминия раствором гидроксида натрия для удаления существующего оксидного слоя, а затем превращение алюминиевого изделия в анод при электролизе разбавленной серной кислоты. Кислород, подаваемый на анод, вступает в реакцию с поверхностью алюминия, образуя оксидную пленку толщиной примерно до 0,02 мм. Помимо повышения коррозионной стойкости алюминия, эта пленка на данном этапе является пористой и также впитывает красители. (После этого он подвергается дополнительной обработке, чтобы сделать его полностью непористым.) Это означает, что вы можете изготавливать алюминиевые изделия со встроенным в поверхность цветом.

Некоторые виды использования включают:

Переработка

Алюминий — это материал, который можно многократно перерабатывать, и на его переработку уходит на 95 % меньше энергии, чем на производство первичного алюминия, что также ограничивает выбросы, включая парниковые газы. Сегодня около 75 процентов всего алюминия, произведенного в истории, почти миллиард тонн, все еще используется. ^[6]

Переработка алюминия обычно обеспечивает значительную экономию затрат по сравнению с производством нового алюминия, даже если принять во внимание затраты на сбор, разделение и переработку. ^[7] В долгосрочной перспективе можно добиться еще большей национальной экономии, если принять во внимание снижение капитальных затрат, связанных со свалками, шахтами и международными перевозками алюминия-сырца.

Воздействие производства стали и алюминия на окружающую среду

Воздействие производства стали и алюминия на окружающую среду можно проследить от добычи руд до производства конечной товарной продукции (т.е. стали и алюминия). Основными источниками выбросов на различных этапах производства являются продукты сгорания, такие как закись азота, двуокись углерода, окись углерода и двуокись серы, а также летучие пыли от работы оборудования. Воздействие различных выбросов на качество воздуха (т. е. образование смога, парниковый эффект, кислотные дожди и т. д.) будет более подробно рассмотрено в главе 13.

Серная кислота образуется при взаимодействии воды и кислорода с содержащими серу минералами и химическими веществами в горных породах. Многие металлы становятся подвижными по мере того, как вода становится более кислой, и при высоких концентрациях эти металлы становятся токсичными для большинства форм жизни. Существует также производство огромного количества загрязнителей сточных вод, опасных отходов и твердых отходов.

Резюме

• Металлические руды содержат достаточное количество полезных ископаемых с важными элементами, включая металлы, которые можно экономично извлекать из породы. Руды должны быть переработаны для извлечения интересующих металлов из пустой породы и из рудных минералов.
• Сплавы представляют собой смеси материалов, по крайней мере один из которых является металлом.