คนสมัยใหม่รายล้อมไปด้วยโลหะต่างๆ ในชีวิตประจำวัน สินค้าส่วนใหญ่ที่เราใช้มีสารเคมีเหล่านี้ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเพราะผู้คนพบวิธีการที่หลากหลายในการรับโลหะ
โลหะคืออะไร
เคมีอนินทรีย์เกี่ยวข้องกับสารที่มีคุณค่าเหล่านี้สำหรับผู้คน การได้รับโลหะช่วยให้บุคคลสามารถสร้างเทคโนโลยีที่สมบูรณ์แบบขึ้นเรื่อย ๆ ที่ช่วยปรับปรุงชีวิตของเรา พวกเขาคืออะไร? ก่อนพิจารณาวิธีการทั่วไปในการรับโลหะ จำเป็นต้องเข้าใจว่ามันคืออะไร โลหะเป็นกลุ่มขององค์ประกอบทางเคมีในรูปแบบของสารธรรมดาที่มีคุณสมบัติเฉพาะ:
• การนำความร้อนและไฟฟ้า
• ความเหนียวสูง
• แวววาว
คนแยกแยะได้ง่ายจากสารอื่นๆ ลักษณะเฉพาะของโลหะทั้งหมดคือการมีประกายพิเศษ ได้จากการสะท้อนแสงตกกระทบบนพื้นผิวที่ไม่ส่งผ่าน ความเงางามเป็นสมบัติทั่วไปของโลหะทั้งหมด แต่จะเด่นชัดที่สุดในสีเงิน
เปิดจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบองค์ประกอบทางเคมีดังกล่าว 96 ชนิด แม้ว่าจะไม่ใช่ทุกองค์ประกอบที่ได้รับการยอมรับจากวิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการ แบ่งออกเป็นกลุ่มตามคุณสมบัติเฉพาะ โลหะต่อไปนี้ถูกแยกออกด้วยวิธีนี้:
• อัลคาไลน์ – 6;
• ดินอัลคาไลน์ – 6;
• เฉพาะกาล – 38;
• เบา – 11;
• เซมิเมทัล – 7;
• แลนทาไนด์ – 14;
• แอคติไนด์ – 14.
รับโลหะ
ในการทำโลหะผสม คุณต้องหาโลหะจากแร่ธรรมชาติให้ได้ก่อน องค์ประกอบพื้นเมืองคือสารที่พบในธรรมชาติในสภาวะอิสระ ได้แก่ แพลตตินั่ม ทอง ดีบุก ปรอท พวกมันถูกแยกออกจากสิ่งเจือปนด้วยกลไกหรือด้วยความช่วยเหลือของสารเคมี
โลหะอื่นๆ ถูกขุดโดยการแปรรูปสารประกอบของพวกมัน พบได้ในฟอสซิลต่างๆ แร่คือแร่ธาตุและหิน ซึ่งรวมถึงสารประกอบโลหะในรูปของออกไซด์ คาร์บอเนตหรือซัลไฟด์ เพื่อให้ได้มาซึ่งใช้กระบวนการทางเคมี
วิธีการรับโลหะ:
• ลดออกไซด์ด้วยถ่านหิน
• รับดีบุกจากหินดีบุก;
• ถลุงแร่เหล็ก
• เผาสารประกอบกำมะถันในเตาเผาพิเศษ
เพื่ออำนวยความสะดวกในการสกัดโลหะจากหินแร่ สารต่างๆ ที่เรียกว่าฟลักซ์จะถูกเพิ่มเข้าไป ช่วยขจัดสิ่งสกปรกที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ดินเหนียว หินปูน ทราย จากกระบวนการนี้ ได้สารประกอบที่หลอมละลายได้เรียกว่าขี้เถ้า
ในกรณีที่มีสิ่งเจือปนจำนวนมาก แร่จะถูกทำให้สมบูรณ์ก่อนที่จะถลุงโลหะโดยเอาส่วนประกอบส่วนใหญ่ที่ไม่จำเป็นออก วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษานี้คือ การลอยตัว แม่เหล็ก และแรงโน้มถ่วง
โลหะอัลคาไล
การผลิตโลหะอัลคาไลจำนวนมากเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น เนื่องจากพบได้ในธรรมชาติในรูปของสารประกอบเคมีเท่านั้น เนื่องจากเป็นสารรีดิวซ์ การผลิตจึงมีต้นทุนพลังงานสูง มีหลายวิธีในการแยกโลหะอัลคาไล:
• ลิเทียมสามารถรับได้จากออกไซด์ของมันในสุญญากาศหรือโดยอิเล็กโทรไลซิสของคลอไรด์ที่หลอมเหลวซึ่งเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการแปรรูปสปอดูมีน
• โซเดียมถูกสกัดโดยการเผาโซดากับถ่านหินในถ้วยใส่ตัวอย่างที่ปิดสนิทหรือโดยอิเล็กโทรไลซิสของคลอไรด์ละลายด้วยการเติมแคลเซียม วิธีแรกใช้เวลานานที่สุด
• โพแทสเซียมได้มาจากอิเล็กโทรไลซิสของเกลือที่ละลายหรือโดยการส่งผ่านไอโซเดียมผ่านคลอไรด์ นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ที่หลอมเหลวและโซเดียมเหลวที่อุณหภูมิ 440 ° C
• ซีเซียมและรูบิเดียมถูกขุดโดยการลดคลอไรด์ของพวกมันด้วยแคลเซียมที่ 700–800 °C หรือเซอร์โคเนียมที่ 650 °C การได้มาซึ่งโลหะอัลคาไลในลักษณะนี้จะใช้พลังงานมากและมีราคาแพงมาก
ความแตกต่างระหว่างโลหะและโลหะผสม
แทบไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างโลหะกับโลหะผสม เนื่องจากแม้แต่สารที่บริสุทธิ์และเรียบง่ายที่สุดก็มีสิ่งสกปรกจำนวนหนึ่ง แล้วความแตกต่างระหว่างพวกเขาคืออะไร? โลหะเกือบทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรมและในภาคอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศนั้นใช้ในรูปแบบของโลหะผสมที่ได้รับโดยเจตนาโดยการเพิ่มส่วนประกอบอื่น ๆ ลงในองค์ประกอบทางเคมีหลัก
โลหะผสม
เทคโนโลยีต้องการวัสดุโลหะที่หลากหลาย ในเวลาเดียวกันองค์ประกอบทางเคมีบริสุทธิ์นั้นไม่ได้ถูกนำมาใช้จริงเนื่องจากไม่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับมนุษย์ สำหรับความต้องการของเรา เราได้คิดค้นวิธีต่างๆ เพื่อให้ได้โลหะผสม คำนี้หมายถึงวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันในระดับมหภาคที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมี 2 ตัวขึ้นไป ในกรณีนี้ ส่วนประกอบโลหะจะมีอิทธิพลเหนือโลหะผสม สารนี้มีโครงสร้างเป็นของตัวเอง ในโลหะผสม ส่วนประกอบต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
• เบสที่ประกอบด้วยโลหะตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป;
• การเพิ่มเติมเล็กๆ น้อยๆ ของการดัดแปลงและการผสม;
• สิ่งสกปรกที่ไม่ถูกกำจัด (เทคโนโลยี ธรรมชาติ สุ่ม)
โลหะผสมเป็นวัสดุโครงสร้างหลัก ในด้านเทคโนโลยีมีมากกว่า 5,000 ตัว
ประเภทโลหะผสม
ถึงแม้จะเป็นโลหะผสมหลายชนิด แต่โลหะผสมที่ทำจากเหล็กและอลูมิเนียมก็มีความสำคัญต่อผู้คนมากที่สุด เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในชีวิตประจำวัน ประเภทของโลหะผสมนั้นแตกต่างกัน นอกจากนี้ยังแบ่งตามเกณฑ์หลายประการ ดังนั้นจึงใช้วิธีการต่างๆ ในการผลิตโลหะผสม ตามเกณฑ์นี้ พวกเขาจะแบ่งออกเป็น:
• นักแสดงซึ่งได้จากการตกผลึกหลอมของส่วนประกอบผสม
• แป้งที่เกิดจากการกดส่วนผสมของแป้งแล้วนำไปเผาที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ บ่อยครั้งที่ส่วนประกอบของโลหะผสมดังกล่าวไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบทางเคมีอย่างง่าย แต่ยังรวมถึงสารประกอบต่างๆ เช่น ไททาเนียมหรือทังสเตนคาร์ไบด์ในโลหะผสมแข็ง การเพิ่มในปริมาณที่กำหนดจะเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุที่เป็นโลหะ
วิธีการรับโลหะผสมในรูปแบบของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปหรือเปล่าแบ่งออกเป็น:
• โรงหล่อ (ซิลูมิน เหล็กหล่อ);
• ดัด (เหล็ก);
• ผง (ไทเทเนียม ทังสเตน).
ประเภทโลหะผสม
วิธีการรับโลหะนั้นต่างกัน ในขณะที่วัสดุที่ทำขึ้นนั้นมีคุณสมบัติต่างกัน ในสถานะของแข็งของการรวมตัว โลหะผสมคือ:
• เป็นเนื้อเดียวกัน (เครื่องแบบ) ประกอบด้วยผลึกประเภทเดียวกัน พวกเขามักจะเรียกว่าเฟสเดียว
• Heterogeneous (ต่างกัน) เรียกว่า multiphase เมื่อได้มา สารละลายที่เป็นของแข็ง (เฟสเมทริกซ์) จะถูกนำมาเป็นฐานของโลหะผสม องค์ประกอบของสารที่ต่างกันประเภทนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบขององค์ประกอบทางเคมี โลหะผสมดังกล่าวอาจมีส่วนประกอบต่อไปนี้: สารละลายที่เป็นของแข็งของสิ่งของคั่นระหว่างหน้าและการแทนที่ สารประกอบทางเคมี (คาร์ไบด์ อินเตอร์เมทัลไลด์ ไนไตรด์) ผลึกของสารธรรมดา
คุณสมบัติของโลหะผสม
ไม่ว่าจะใช้วิธีใดเพื่อให้ได้โลหะและโลหะผสม คุณสมบัติของพวกมันจะถูกกำหนดโดยผลึกอย่างสมบูรณ์โครงสร้างเฟสและโครงสร้างจุลภาคของวัสดุเหล่านี้ แต่ละคนแตกต่างกัน คุณสมบัติระดับมหภาคของโลหะผสมขึ้นอยู่กับโครงสร้างจุลภาค ไม่ว่าในกรณีใด พวกเขาแตกต่างจากลักษณะของเฟสซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึกของวัสดุเท่านั้น ความเป็นเนื้อเดียวกันในระดับมหภาคของโลหะผสมที่ต่างกัน (หลายเฟส) ได้มาจากการกระจายเฟสที่สม่ำเสมอในเมทริกซ์โลหะ
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของโลหะผสมคือความสามารถในการเชื่อม มิฉะนั้นจะเหมือนกับโลหะ ดังนั้น โลหะผสมจึงมีการนำความร้อนและไฟฟ้า ความเหนียว และการสะท้อนแสง (ความมันวาว)
โลหะผสมต่างๆ
วิธีการรับโลหะผสมที่แตกต่างกันทำให้มนุษย์สามารถประดิษฐ์วัสดุโลหะจำนวนมากที่มีคุณสมบัติและลักษณะที่แตกต่างกันได้ ตามจุดประสงค์ พวกเขาแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:
• โครงสร้าง (เหล็ก ดูราลูมิน เหล็กหล่อ). กลุ่มนี้ยังรวมถึงโลหะผสมที่มีคุณสมบัติพิเศษ ดังนั้นจึงมีความโดดเด่นด้วยคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่แท้จริงหรือคุณสมบัติต้านการเสียดสี ได้แก่ทองเหลืองและทองแดง
• สำหรับตลับลูกปืน (babbit).
• สำหรับอุปกรณ์วัดความร้อนไฟฟ้า (นิโครม แมงกานิน)
• สำหรับผลิตเครื่องมือตัด (ชนะ).
ในการผลิต ผู้คนยังใช้วัสดุโลหะประเภทอื่นๆ เช่น หลอมได้ ทนความร้อน ทนต่อการกัดกร่อน และโลหะผสมอสัณฐาน แม่เหล็กและเทอร์โมอิเล็กทริก (เทลูไรด์และซีลีไนด์ของบิสมัท ตะกั่ว พลวง และอื่นๆ) ก็ใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน
โลหะผสมเหล็ก
ในทางปฏิบัติ เหล็กที่หลอมบนโลกทั้งหมดมุ่งเป้าไปที่การผลิตเหล็กธรรมดาและเหล็กกล้าผสม นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตเหล็ก โลหะผสมเหล็กได้รับความนิยมเนื่องจากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ ได้มาจากการเพิ่มส่วนประกอบต่างๆ ลงในองค์ประกอบทางเคมีอย่างง่าย ดังนั้น ถึงแม้ว่าโลหะผสมของเหล็กต่างๆ จะทำขึ้นโดยใช้สารชนิดเดียว แต่เหล็กและเหล็กหล่อมีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ส่งผลให้พบการใช้งานที่หลากหลาย เหล็กส่วนใหญ่แข็งกว่าเหล็กหล่อ วิธีการต่างๆ ในการรับโลหะเหล่านี้จะช่วยให้คุณได้เกรดต่างๆ (ยี่ห้อ) ของโลหะผสมเหล็กเหล่านี้
ปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะผสม
เมื่อหลอมรวมโลหะบางชนิดและองค์ประกอบทางเคมีอื่นๆ ก็จะได้วัสดุที่มีลักษณะเฉพาะที่ดีขึ้น ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงของผลผลิตของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์คือ 35 MPa เมื่อได้โลหะผสมของโลหะนี้ที่มีทองแดง (1.6%) สังกะสี (5.6%) แมกนีเซียม (2.5%) ตัวเลขนี้จะเกิน 500 MPa
เมื่อรวมสัดส่วนที่แตกต่างกันของสารเคมีต่างๆ เข้าด้วยกัน ก็จะได้วัสดุโลหะที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ความร้อน หรือทางไฟฟ้าที่ได้รับการปรับปรุง บทบาทหลักในกระบวนการนี้เล่นโดยโครงสร้างของโลหะผสม ซึ่งก็คือการกระจายตัวของผลึกและประเภทของพันธะระหว่างอะตอม
เหล็กและเหล็ก
โลหะผสมเหล่านี้ได้มาจากการรวมเหล็กและคาร์บอน (2%) ในการผลิตวัสดุอัลลอยด์จะมีการเพิ่มนิกเกิล, โครเมียม, วานาเดียม เหล็กธรรมดาทั้งหมดแบ่งออกเป็นประเภท:
• คาร์บอนต่ำ (คาร์บอน 0.25%) ใช้สำหรับโครงสร้างต่างๆ
• คาร์บอนสูง (มากกว่า 0.55%) ออกแบบมาสำหรับเครื่องมือตัด
เกรดต่างๆ ของเหล็กอัลลอยใช้ในงานวิศวกรรมเครื่องกลและผลิตภัณฑ์อื่นๆ
โลหะผสมของเหล็กที่มีคาร์บอนซึ่งมีเปอร์เซ็นต์อยู่ที่ 2-4% เรียกว่าเหล็กหล่อ วัสดุนี้ยังมีซิลิกอน ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่มีคุณสมบัติทางกลที่ดีนั้นหล่อจากเหล็กหล่อ
โลหะอโลหะ
นอกจากเหล็กแล้ว ธาตุเคมีอื่นๆ ยังใช้ทำวัสดุโลหะต่างๆ อีกด้วย จากการรวมกันจึงได้โลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็ก ในชีวิตของผู้คน สื่อที่มีพื้นฐานมาจาก:พบประโยชน์สูงสุด
• ทองแดงเรียกว่าทองเหลือง. ประกอบด้วยสังกะสี 5-45% หากเนื้อหาของมันคือ 5-20% แสดงว่าทองเหลืองเรียกว่าสีแดงและถ้า 20-36% - สีเหลือง มีโลหะผสมของทองแดงกับซิลิกอน ดีบุก เบริลเลียม อลูมิเนียม พวกเขาเรียกว่าบรอนซ์ โลหะผสมเหล่านี้มีหลายประเภท
• ตะกั่ว ซึ่งเป็นตัวประสานทั่วไป (tretnik) ในโลหะผสมนี้ ดีบุก 2 ส่วนตกลงบน 1 ส่วนของสารเคมีนี้ ตลับลูกปืนผลิตโดยใช้แบ๊บบิตต์ ซึ่งเป็นโลหะผสมของตะกั่ว ดีบุก สารหนู และพลวง
• อลูมิเนียม ไททาเนียม แมกนีเซียม และเบริลเลียม ซึ่งเป็นโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กน้ำหนักเบาที่มีความแข็งแรงสูงและกลไกที่ยอดเยี่ยมคุณสมบัติ
วิธีการรับ
วิธีหลักในการรับโลหะและโลหะผสม:
• โรงหล่อซึ่งส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของส่วนประกอบที่หลอมเหลวต่างกันจะแข็งตัว เพื่อให้ได้โลหะผสมจะใช้วิธีการ pyrometallurgical และ electrometallurgical เพื่อให้ได้โลหะ ในตัวแปรแรก พลังงานความร้อนที่ได้จากกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่วัตถุดิบ วิธี pyrometallurgical ผลิตเหล็กในเตาเผาแบบเปิดและเหล็กหล่อในเตาหลอม ด้วยวิธีการทางไฟฟ้าโลหะ วัตถุดิบจะถูกให้ความร้อนในเตาเหนี่ยวนำหรือเตาอาร์คไฟฟ้า ในขณะเดียวกันวัตถุดิบก็อ่อนตัวเร็วมาก
• แป้ง ซึ่งผงของส่วนประกอบที่ใช้ทำโลหะผสม ด้วยการกดทำให้ได้รูปร่างที่แน่นอนแล้วจึงเผาในเตาอบพิเศษ