WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

«Применение d–металлов в технике. Рассмотрев химические свойства d-металлов, представим – по необходимости кратко! – важнейшие области их применения. Скандий Впервые ...»

-- [ Страница 1 ] --

1

Лекция № 6

Применение d–металлов в технике.

Рассмотрев химические свойства d-металлов, представим – по

необходимости кратко! – важнейшие области их применения.

Скандий

Впервые металлический скандий был получен только в 1937 г. В.

Фишером с помощью электролиза безводного ScCl3.

Сегодня мировое потребление металлического скандия составляет 500 — 1000 кг в год.1 Главным по объёму применением металлического скандия является его использование в алюминиево-скандиевых сплавах.2 Значительный интерес для авиакосмической и атомной техники имеют тугоплавкие интерметаллические соединения скандия с рением (температура плавления до 2575 °C).

Титан 2 Свойства металлического титана существенно зависят от его чистоты.

Только в 1925 году голландские ученые ван Аркель и де Бур нашли способ получения титана с чистотой 99,9%, который и проявляет замечательные свойства – легкость, прочность, ковкость, стойкость к коррозии.

В настоящее время мировое производство металлического титана достигает 100 тыс. тонн в год.

Современный способ получения титана состоит из нескольких стадий.

Сначала исходную руду (оксид титана рутил TiO2) с помощью хлора (в присутствии углерода) при нагревании переводят в четыреххлористый титан:

TiO2 + С + 2Сl2 TiCl4 + CO Четыреххлористый титан в обычных условиях представляет собой жидкость с температурой кипения 136°C.

Далее TiCl4 подвергается металлотермии (магнием или натрием):

TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2.

Эта реакция идет в стальных реакторах при 900°C. В результате образуется так называемая титановая губка, пропитанная магнием и хлоридом магния. Их испаряют в герметичном вакуумном аппарате при 950°C, а титановую губку затем спекают или переплавляют в компактный металл. Это – основной промышленный метод.

Для получения более чистого титана и поныне используется иодидный метод, предложенный ван Аркелем и де Буром. Металлотермический губчатый титан превращают в иодид TiI4, который затем возгоняют в вакууме. На своем пути пары иодида титана встречают раскаленную до 1400°C титановую проволоку. При этом иодид разлагается, и на проволоке нарастает слой чистого титана. Этот метод производства титана малопроизводителен и дорог, поэтому в промышленности он применяется крайне ограниченно.( http://www.12vsk.lv/kim/titan.htm ) Металлический титан - основа высокопрочных сплавов для авиации, судостроения и ракетной техники.3 Вторым важнейшим потребителем титана является металлургия. Он входит в состав сотен марок сталей и сплавов. В нержавеющие стали его вводят для предотвращения межкристаллитной коррозии. В жаростойких высокохромистых сплавах он уменьшает размер зерна, делая структуру металла однородной и мелкокристаллической. В других жаростойких сплавах титан служит упрочняющим элементом.

Одно из замечательных свойств титана — его необычная стойкость к коррозии. На пластинке из титана за 10 лет пребывания в морской воде не появилось и следа ржавчины (за такой срок от железной пластинки остались бы лишь воспоминания). Расчеты показывают, что если бы этот эксперимент начался тысячу лет назад, например, когда проходило крещение Руси, то к нашему времени коррозия смогла бы проникнуть в глубь титана всего на 0, миллиметра.4 (http://khimiya.narod.ru/ti.htm ) Ванадий Первый сравнительно чистый (96%) ванадий получил в 1869 г. Г. Роско прокаливанием хлористого ванадия в струе водорода. Но только в 1927 году Марден и Рич получили ванадий чистотой 99,8% путем восстановления пятиокиси ванадия металлическим кальцием:

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO Этот металлотермический способ получения чистого ванадия используют до сих пор. Мировое потребление металлического ванадия составляет около 60 тыс.

тонн в год и очень быстро растет (на долю России приходится порядка 60% мировых запасов ванадия).

Черная металлургия потребляет до 95% производимого металлического ванадия. Он используется как легирующая добавка к стали, чугуну, титановым сплавам. Ванадий резко повышает твердость, ковкость, износоустойчивость, жаропрочность и коррозионную стойкость сплавов.

Взаимодействуя с растворенным в стали и чугуне углеродом ванадий образует тугоплавкий (tпл. = 28000С) карбид :

Карбид ванадия образует твердую фазу и распределяется в расплаве в виде огромного числа тонкодисперсных включений, которые препятствуют росту зерен железа при кристаллизации расплава.6 Это способствует образованию мелкокристаллической структуры металла.

Г.Форду приписывается фраза: «Если бы не было ванадия – не было бы автомобиля». Добавка доли процента ванадия делает сталь мелкозернистой.

Такая сталь легче переносит удар и изгиб, упорнее сопротивляется истиранию, лучше противостоит разрыву. Вот почему такие ответственные узлы и детали автомобиля, как двигатель, клапанные пружины, рессоры, оси, валы, шестерни изготовляют из ванадиевой стали.

В 1854 году Р.Бунзену удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. Именно электролиз и является главным современным способом получения очень чистого металлического хрома.

Совершенно чистый (без газовых примесей и углерода) хром довольно вязок, ковок и тягуч. При малейшем загрязнении углеродом, водородом, азотом и т.д. становится хрупким, ломким и твердым. Это, однако, не мешает многим практическим областям применения хрома, а потому значительные его количества получают алюмотермическим способом.



Мировое потребление металлического хрома составляет около 25 тыс.

тонн в год.7 Ещё более значительно производство и потребление феррохрома (сплав, содержащий до 60% хрома). Мировое производство феррохрома различных марок в 2005 г. составило около 6,5 миллионов тонн!

Именно в форме феррохрома в сплавы и вводится хром – один из самых важных легирующих элементов, применяемых в черной металлургии. Хром в небольших количествах придает сталям твердость и прочность. Из хромсодержащих сталей изготавливают лопатки газовых турбин и детали реактивных двигателей. При значительных содержаниях хрома в сталях (12% и более) они приобретают значительную корозионную стойкость и становятся особым конструкционным материалом – нержавеющими сталями.

Чистый электролитический хром используется для нанесения металлических покрытий в электронике. Тонкие пленки из хрома наносят на жесткие диски компьютеров, индикаторные панели телевизоров и жидкокристаллические дисплеи.

Хром применяется и как износоустойчивый и красивый материал для гальванических антикоррозионных и декоративных покрытий.

Марганец Впервые металлический марганец был получен ещё в 1774 году Юханом Готлибом Ганом. Сегодня мировое производство марганца составляет 7-7, млн. тонн в год. Около 90% всего производимого марганца потребляется для изготовления легированных сталей. Поэтому из руд обычно выплавляют не чистый марганец, а высокопроцентный сплав Мn с железом и углеродом — ферромарганец (70-95 % Мn). Выплавку его из смеси марганцевых и железных руд ведут в электрических печах. Восстановитель – кокс:

Более чистый металлический марганец получают восстановлением его прокаленных оксидов алюминием. Так как алюминий очень бурно реагирует с диоксидом марганца, используют прокаленный пиролюзит (MnO2). При прокаливании пиролюзита образуется оксид марганца (Мn3O4), который с алюминием реагирует более спокойно:

Марганец повышает износостойкость стали и предел прочности на разрыв. Он заменяет дефицитный никель при выплавке нержавеющих сталей.

Марганец обычно вводят в сталь вместе с другими элементами – хромом, кремнием, вольфрамом. Однако есть сталь, в состав которой, кроме железа, марганца и углерода, ничего не входит. Это так называемая сталь Гадфилда. Она содержит 1...1,5% углерода и 11...15% марганца. Сталь этой марки обладает огромной износостойкостью и твердостью. Ее применяют для изготовления дробилок, которые перемалывают самые твердые породы, деталей экскаваторов и бульдозеров. Твердость этой стали такова, что она не поддается механической обработке, детали из нее можно только отливать. http://n-t.ru/ri/ps/pb025.htm Высокочистый металлический марганец получают электролизом раствора его сульфата MnSO4. Современный вариант этого способа разработан российским электрохимиком Р.И.Агладзе.9 Полученный таким образом металл используется в электронике для создания перспективных полупроводников (MnGa2Se4 и др.) и для производства высокооктановых добавок к бензину. Цирконий, ниобий, молибден Эти три элемента роднят не только их свойства, но и то, что они в металлической форме производятся для нужд самых высокотехнологических отраслей – атомной, аэрокосмической и электронной. Промышленные способы получения чистых металлов были разработаны довольно поздно. Цирконий был получен иодидным методом в 20-е г. ХХ в., ниобий и чистый молибден, способный к ковке, лишь в начале ХХ в. Мировое потребление чистых металлов (без учета их ферросплавов и других продуктов) для металлического циркония составляет 4–5 тыс. тонн в год,14 металлического молибдена – около 17 тыс. тонн в год, металлического ниобия – 450 тонн в год.

Цирконий имеет очень малое сечение захвата тепловых нейтронов.

Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния, и его сплавы применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов, теплообменников и других конструкций ядерных реакторов. Добавка ниобия (в виде сплава феррониобия) к специальным сортам стали резко повышает устойчивость сварных швов из этих сталей. Стали, содержащие от 1 до 5 % ниобия, отличаются исключительной жаростойкостью и применяются для устройства котлов высокого давления и реактивных двигателей. Более 75% молибдена применяют для легирования жаростойких и жаропрочных сталей, используемых в авиакосмической индустрии, энерготурбинах, автостроении. Молибденовая проволока (лента) служит для изготовления высокотемпературных печей, вводов электрического тока в лампочках.

Молибден также используется для легирования урана. Гафний, тантал, вольфрам, рений Это группа тяжелых тугоплавких металлов. Среди них вольфрам – первый по тугоплавкости (tпл = 34100С).

В промышленности эти металлы получают совсем недавно. Первый промышленный способ получения гафния18 был разработан в 50-е годы ХХв., тантала – в 1922, вольфрама – в конце XIX в., рения – в 30-е годы ХХ Мировое потребление чистых металлов (без учета их ферросплавов и других продуктов) для металлического гафния составляет около 50 тонн в год, металлического тантала – около 1400 тонн в год, металлического вольфрама – около 2000 тонн в год, металлического рения – около 40 тонн а год.

Сегодня больше 90% гафния потребляет ядерная энергетика для производства регулирующих стержней атомных реакторов. Из тантала изготовляют теплообменники, нагреватели, тигли для вакуумной плавки металлов. Применяют при изготовлении электролитических конденсаторов и ответственных деталей электронных приборов (до 30% потребления металлического тантала). Благодаря хорошей биосовместимости с живыми тканями человека, используют для костного протезирования.

Важнейшее применение вольфрама - быстрорежущие стали (17,5–18,5% вольфрама) и сплавы.21 Из вольфрамовой стали и других сплавов, содержащих вольфрам или его карбиды, изготовляют танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей. Основой при производстве инструментальных и жаропрочных сплавов является ферровольфрам (68–86% W, до 7% Mo и железо). В форме ферровольфрама используется около 90-95% всего потребляемого вольфрама.



Pages:     || 2 | 3 | 4 |
 



Похожие работы:

«Кафедра Общая и прикладная экология КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 280200 Защита окружающей среды и специальности 280201 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 1 УДК 544.77 ББК 24.6 К60 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой общей и прикладной экологии Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в...»

«РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины ЭКОЛОГИЯ Направление подготовки 110100 Агрохимия и агропочвоведение По профилю 110100.62 Агроэкология Квалификация (степень) бакалавр сельского хозяйства Форма обучения очная Орел 2011 год Составители: Игнатова Г. А., к.с.-х.н. 20г. Рецензент Степанова Е. И., к.с-х. наук, доцент 20г. Программа разработана в соответствии с ФГОС ВПО по направлению 110100 Агрохимии и агропочвоведения и примерной учебной программы Экологии, рекомендуемой для профиля подготовки...»

«Доктор биологических наук, профессор Александр Александрович Нейфах, возглавляющий лабораторию биохимической эмбриологии в Институте биологии развития АН СССР им. Н.К.Кольцова, — один из выдающихся представителей этой отрасли знания в нашей стране. А.А.Нейфах — автор около 150 научных публикаций и пяти монографий. Среди них выделяются такие фундаментальные работы, как Молекулярная биология процессов развития (1977), Проблемы регуляции в молекулярной биологии (1978), написанные в соавторстве с...»

«ПУТЬ ТРЕНЕРА автобиографические очерки с методическими материалами для практикующего бизнес-тренера На этой планете существует одна великая истина: независимо от того, кем ты являешься и что делаешь, когда ты по-настоящему чего-то желаешь, ты достигнешь этого, ведь такое желание зародилось в душе Вселенной. И это и есть твое предназначение на Земле. У человека одна-единственная обязанность: Следовать своей Судьбе до конца. В ней – все. И помни, что когда ты чего-нибудь хочешь, Вся Вселенная...»

«Лекция 3 Общая химическая технология полимеризационных полимеров Вопросы: 1. Общие закономерности реакции цепной полимеризации 2. Радикальная полимеризация 3. Ионная полимеризация 1. Полимеризацией называют реакцию соединения молекул мономера, протекающую за счет раскрытия кратных связей и не сопровождающуюся выделением побочных продуктов. Схема реакции полимеризации в общем виде может быть выражена уравнением nА ® (A)n Молекулы мономера, включенные в состав макромолекул, в результате раскрытия...»

«4 – технологию хранения и ввода в эксплуатацию свинцовых аккумуляторных батарей. 1.2. В процессе подготовки к работе в лаборатории подготовить ответы на контрольные...»

«ЧУКИЧЕВА ИРИНА ЮРЬЕВНА ЗАКОНОМЕРНОСТИ АЛКИЛИРОВАНИЯ ФЕНОЛОВ МОНОТЕРПЕНОИДАМИ И НАПРАВЛЕННЫЙ СИНТЕЗ ТЕРПЕНОФЕНОЛОВ 02.00.03 – Органическая химия Д И С СЕ РТ АЦ И Я на соискание ученой степени доктора химических наук Сыктывкар 2013 2 СОДЕРЖАНИЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ 5 ВВЕДЕНИЕ 6 КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АЛКИЛИРОВАНИЯ 1 14 ФЕНОЛОВ (краткий литературный обзор) Алкилирование как метод синтеза аналогов природных 1.1 14 терпенофенолов Катализаторы алкилирования – кислоты...»

«ХИМИЯ Учебно-методический комплекс по дисциплине для подготовки дипломированного специалиста по направлению 230000 Информатика и вычислительная техника специальности 230201 Информационные системы и технологии всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 1 УДК 54 ББК 24 Х 46 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде...»

«Р е д а к ц и о н н ы й с о в е т: академик Ф. Н. Капуцкий (пред.), профессор Г. А. Браницкий, академик О. А. Ивашкевич, доцент Т. П. Каратаева, профессор Л. П. Круль, академик А. И. Лесникович, доцент Е. А. Матюшенков, профессор В. В. Паньков, профессор Е. М. Рахманько, профессор Д. В. Свиридов (отв. ред.), профессор Е. А. Стрельцов, профессор О. И. Шадыро © БГУ, 2011 ISBN 978 985 518 561 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Химический из ведущихБелорусского государственного университета явля факультет ется одним...»

«МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР Государственный дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт ГИПРОДОРНИИ РУКОВОДСТВО ПО СОСТАВУ МАТЕРИАЛОВ РАЗДЕЛА ПРОЕКТА (РАБОЧЕГО ПРОЕКТА) ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Часть I Автомобильные дороги и мостовые переходы Одобрено Минавтодором РСФСР от 18 апреля 1984 г. протокол № 23 Москва 1984 Руководство разработано по заданию Главдортеха, утвержденному Минавтодором РСФСР 01.02.1983 г. В нем изложены основные методики расчета степени...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.