Общие способы получения металлов кратко: Урок №33. Общие способы получения металлов

Содержание

Общие способы получения металлов.

Общие способы получения металлов.

Природные соединения металлов:

хлориды

сильвинит КСl ∙ NaCl, каменная соль NaCl;

сульфиды

серный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;

карбонаты

мел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит MgCO3,

доломит CaCO3 ∙ MgCO3;

сульфаты

глауберова соль Na2SO4 ∙ 10 h3O, гипс CaSO4 ∙ 2Н2О;

оксиды

магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3 ∙ Н2О.

нитраты

чилийская селитра NaNO3;

 

Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией.

Способы получения металлов из руд.

1Электрометаллургический способ - это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl (расплав) Na+ + Cl-

катод Na+ + e à Na0 ¦ 2

анод 2Cl - - 2e à Cl20 ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl (распл.) – (э. ток)à 2Na + Cl2

Современный способ получения алюминия был изобретен в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар.

Al2O3 (расплав) Al3+ + AlO33–

катод Al3+ +3e à Al 0 ¦ 4

анод 4AlO33– –12 e à 2Al2O3 +3O2 ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al2O3(распл.) – (э. ток)à 4Al + 3O2 .

2. Пирометаллургический способ - это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: неметаллических: кокс, оксид углерода (II), водород; металлических: алюминий, магний, кальций.

Алюмотермия:

Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3

Получают железо, хром.

Восстановление оксидов металлов водородом (водородотермия):

Cu +2O + h3 (t)à Cu0 + h3O

Получают малоактивные металлы – медь, вольфрам.

Получение чугуна:

В вертикальной печи кокс окисляется до СО, затем происходит постепенное восстановление железа из руды:

3Fe2O3 + CO (t)à 2Fe3O4 + CO2 ,

Fe3O4 + 4CO (t)à 3FeО + 4CO2

FeO + CO (t)à Fe+ CO2

Восстановление углём (коксом):

ZnO + C (t)à Zn + CO

Получают цинк, никель.

3. Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте: CuO + h3SO4 = CuSO4 + h3O, затем проводят реакцию замещения:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий.

Если для восстановления требуется оксид металла, то в процессе переработки сначала получают оксид:

а) из сульфида – обжигом в кислороде: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

б) из карбоната – разложением: СаСО3 (t)à СаО + СО2

Чугун и сталь.

Производство железа основано на карботермическом восстановлении оксидных металлсодержащих руд.

1) Сульфидные и другие руды вначале подвергают окислительному обжигу: 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.

2)Восстановление оксидных руд осуществляется в доменных печах, при этом протекают следующие реакции:

3Fe2O3 + CO (t)àCO2 + 2Fe3O4, Fe3O4 + CO(t)àCO2 + 3FeO, FeO + CO(t)àCO2 + Feили FeO + C (t)àCO + Fe.

Полученное железо насыщено углеродом. 3)Затем происходит «выжигание» углерода в сталеплавильных или конверторных печах с образованием стали.

Получение металлов — урок. Химия, 8–9 класс.

Рудами называют минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых технически возможно и экономически целесообразно получать чистые металлы.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, а также соответствующая отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления катионов металла с помощью различных восстановителей.
Существует несколько способов получения металлов:

  • пирометаллургический,
  • электрометаллургический.

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода \(C\), оксида углерода(\(II\)) \(CO\), водорода h3, металлов — алюминия \(Al\), магния \(Mg\).

pirometalurg.jpg

Цех пирометаллургического производства

  

1. Восстановление металлов из их оксидов с помощью углерода (в виде кокса, раньше — в виде древесного угля) или оксида углерода(\(II\)) называется карботермией.

 

Например, олово восстанавливают из оловянного камня углеродом:

Sn+4O2−2+C0⟶t°Sn0+C+4O−22.

 

Медь восстанавливают из куприта оксидом углерода(\(II\)):

Cu+12O−2+C+2O−2⟶t°2Cu0+C+4O−22.

 

2. Восстановление металлов из их оксидов с помощью металлов называется металлотермией.

 

Например, хром восстанавливают из оксида хрома(\(III\)) при помощи алюминия (алюминотермия

):

Cr+32O−23+2Al0⟶t°2Cr0+Al+32O−23.

 

 

Титан восстанавливают из оксида титана(\(IV\)) магнием:

Ti+4O2−2+2Mg0⟶t°Ti0+2Mg+2O−2.

 

3. Восстановление металлов из их оксидов с помощью водорода. Таким образом получают металлы с высокой степенью чистоты.

 

Например, так восстанавливают вольфрам из оксида вольфрама(\(VI\)):

W+6O3−2+3H02⟶t°W0+3h3+1O−2.

  

4. Руды, образованные сульфидами металлов, предварительно подвергают обжигу (окисляют кислородом воздуха), а затем металл восстанавливают из образовавшегося оксида.

 

Например, цинковую обманку (сульфид цинка) подвергают обжигу (при этом образуется оксид цинка и диоксид серы), а затем полученный оксид цинка восстанавливают углеродом: 

1) 2Zn+2S−2+3O02⟶t°2Zn+2O−2+2S+4O−22;       2) Zn+2O−2+C0⟶t°Zn0+C+2O−2.

 

Электрометаллургия — восстановление металлов из растворов или расплавов их соединений под действием электрического тока (электролиз).


В процессе электролиза за счёт электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

 

elektro_ceh.jpg

Электролизный цех металлургического завода

  

1. Восстановление активных металлов электролизом из расплавов их солей (галогенидов).

 

Например, натрий можно получить из расплавленного хлорида натрия под действием электрического тока:

2Na+1Cl−1⟶электролиз2Na0+Cl02.

 

2. Восстановление металлов средней активности и неактивных металлов электролизом из растворов их солей.

 

Например, олово образуется при электролизе раствора хлорида олова(\(II\)):

Sn+2Cl2−1⟶электролизSn0+Cl02.

  

Медь образуется при электролизе раствора сульфата меди(\(II\)):

2Cu+2S+6O−24+2H+12O−2⟶электролиз2Cu0+O02+2h3+1S+6O−24.

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Металлургия — это наука о промышленных способах получения металлов. Различают черную и цветную металлургию.

Черная металлургия — это производство железа и его сплавов (сталь, чугун и др.).

Цветная металлургия — производство  остальных металлов и их сплавов.

Широкое применение находят сплавы металлов. Наиболее распространенные сплавы железа — чугун и сталь.

Чугун — это сплав железа, в котором содержится 2-4 масс. % углерода, а также кремний, марганец и небольшие количества серы и фосфора. 

Сталь — это сплав железа, в котором содержится 0,3-2 масс. % углерода и небольшие примеси других элементов.

Легированные стали — это сплавы железа с хромом, никелем, марганцем, кобальтом, ванадием, титаном и другими металлами. Добавление металлов придает стали дополнительные свойства. Так, добавление хрома придает сплаву прочность, а добавление никеля придает стали пластичность.

Основные стадии металлургических процессов:

  1. Обогащение природной руды (очистка, удаление примесей)
  2. Получение металла или его сплава.
  3. Механическая обработка металла

 

 

Большинство металлов встречаются в природе в виде соединений. Наиболее распространенный металл в земной коре — алюминий. Затем железо, кальций, натрий и другие металлы.

 

Нахождение металлов в природе
Активные металлы — в виде солейМеталлов средней активности — в виде оксидов и сульфидовМалоактивные металлы -в виде простых веществ
Хлорид натрия NaCl

 

 

 

Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) классическими «химическими» методами получить из соединений нельзя. Такие металлы в виде ионов — очень слабые окислители, а в простом виде — очень сильные восстановители, поэтому их очень сложно восстановить из катионов в простые вещества. Чем активнее металл, тем сложнее его получить в чистом виде — ведь он стремится прореагировать с другими веществами.

Получить такие металлы можно, как правило,

электролизом расплавов солей, либо вытеснением из солей другими металлами в жестких условиях.

Натрий в промышленности получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl = 2Na + Cl2

Калий получают пропусканием паров натрия через расплав хлорида калия при 800°С:

KCl + Na = K↑ + NaCl

Литий можно получить электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl2

Цезий можно получить нагреванием смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция:

Са + 2CsCl = 2Cs + CaCl2

Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

MgCl→  Mg + Cl2

 

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

CaCl2 → Ca + Cl2

 

Барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200 °C:

4BaO+ 2Al = 3Ba + Ba(AlO2)2

 

Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия Al2O3 в криолите Na3AlF6:

2Al2O3 → 4Al + 3O2

 

 

Металлы малоактивные и неактивные восстанавливают из оксидов углем, оксидом углерода (II) СО или более активным металлом. Сульфиды металлов сначала обжигают.

 

3.1. Обжиг сульфидов

 

При обжиге сульфидов металлов образуются оксиды:

2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2

Металлы получают дальнейшим восстановлением оксидов.

 

3.2. Восстановление металлов углем

 

Чистые металлы можно получить восстановлением из оксидов углем. При этом до металлов восстанавливаются только оксиды металлов, расположенных в ряду электрохимической активности после алюминия

 

 

Например, железо получают восстановлением из оксида углем:

2Fe2O3 + 6C → 2Fe + 6CO

ZnO + C → Zn + CO

Оксиды металлов, расположенных в ряду электрохимической активности до алюминия, реагируют с углем с образованием карбидов металлов:

CaO + 3C → CaC2 + CO

 

3.3. Восстановление металлов угарным газом

 

Оксид углерода (II) реагирует с оксидами металлов, расположенных в ряду электрохимической активности после алюминия

 

 

Например, железо можно получить восстановлением из оксида с помощью угарного газа:

2Fe2O3 + 6CО → 4Fe + 6CO2

 

 

3.4. Восстановление металлов более активными металлами

 

Более активные металлы вытесняют из оксидов менее активные.  Активность металлов можно примерно оценить по электрохимическому ряду металлов:

 

 

Восстановление металлов из оксидов другими металлами — распространенный способ получения металлов. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний.  А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.

Например, цезий взрывается на воздухе.

Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.

Например: алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:

3CuO + 2Al  =  Al2O3 + 3Cu

Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.

CuO + Mg = Cu + MgO

 

Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:

2Fe2O3 + 4Al → 4Fe + 2Al2O3

При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.

 

 

Активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

Например, при добавлении меди (Cu) в раствор соли менее активного металла – серебра (AgNO3) произойдет химическая реакция:

2AgNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + 2Ag

Медь покроется белыми кристаллами серебра.

При добавлении железа (Fe) в  раствор соли меди (CuSO4) на железном гвозде появился розовый налет металлической меди:

CuSO4  + Fe = FeSO4 + Cu

При добавлении цинка в раствор нитрата свинца (II) на цинке образуется слой металлического свинца:

Pb(NO3)2  + Zn = Pb + Zn (NO3)2

 

 

3.5. Восстановление металлов из оксидов водородом

 

Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Как правило, взаимодействие оксидов металлов с водородом протекает в жестких условиях – под давлением или при нагревании.

CuO + H2 = Cu + H2O

 

 

 

 

 

Чугун получают из железной руды в доменных печах.

Печь последовательно загружают сверху шихтой, флюсами, коксом, затем снова рудой, коксом и т.д.

 

1- загрузочное устройство, 2 — колошник, 3 — шахта, 4 — распар, 5 — горн, 6 — регенератор

 

Доменная печь имеет форму двух усеченных конусов, соединенных основаниями. Верхняя часть доменной печи — колошник, средняя — шахта, а нижняя часть — распар.

В нижней части печи находится горн. Внизу горна скапливается чугун и шлак и отверстия, через которые чугун и шлак покидают горн: чугун через нижнее, а шлак через верхнее. 

Наверху печи расположено автоматическое загрузочное устройство. Оно состоит из двух воронок, соединенных друг с другом. Руда и кокс сначала поступают в верхнюю воронку, а затем в нижнюю.

Из нижней воронки руда и кокс поступают в печь. во время загрузки руды и кокса печь остается закрытой, поэтому газы не попадают в атмосферу, а попадают в регенераторы. В регенераторах печной газ сгорает. 

 

Шихта — это железная руда, смешанная с флюсами.

Снизу в печь вдувают нагретый воздух, обогащенный кислородом, кокс сгорает:

C + O2 = CO2

Образующийся углекислый газ поднимается вверх и окисляет кокс до оксида углерода (II):

CO2 + С = 2CO

Оксид углерода (II) (угарный газ) — это основной восстановитель железа из оксидов в данных процессах. Последовательность восстановления железа из оксида железа (III):

Fe2O3 → Fe3O4 (FeO·Fe2O3) → FeO → Fe

Последовательность восстановления оксида железа (III):

3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

FeO + CO → Fe + CO2

Суммарное уравнение протекающих процессов:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

При этом протекает также частичное восстановление примесей оксидов других элементов (кремния, марганца и др.). Эти вещества растворяются в жидком железе.

Чтобы удалить из железной руды тугоплавкие примеси (оксид кремния (IV) и др.). Для их удаления используют флюсы и плавни (как правило, известняк CaCO3 или доломит CaCO3·MgCO3). Флюсы разлагаются при нагревании:

CaCO3 → CaO + CO2

и образуют с тугоплавкими примесями легкоплавкие вещества (шлаки), которые легко можно удалить из реакционной смеси:

CaO + SiO2 → CaSiO3

 

Металлургия: общие способы получения металлов.

Металлургия — это комплексная отрасль промышленности, которая занимается производством металлов.

Поскольку большинство металлов в природе существует в виде различных соединений, то химическая суть металлургических процессов заключается в восстановлении металлов:

Me+n + nē → Me0

В зависимости от того, какой используется восстановитель и каковы условия, при которых проводят процессы восстановления различают пиро-, гидро-, электро- и биометаллургию.

Пирометаллургия (от греч. огонь и металлургия) представляет собой все химические способы восстановления металлов из руд, осуществляемые с применением  высоких температур.

В качестве восстановителей в пирометаллургии используют уголь (кокс), оксид углерода (II), водород, активные металлы, кремний.

Оксидные руды чаще всего восстанавливают коксом или оксидом углерода  (II)  — этот процесс носит название карботермия:

Fe2O3 i Fe3O4 plus C

Для извлечения металлов пирометаллургическим способом из сульфидных руд их сначала подвергают предварительному отжигу:

2PbS plus 3O2 ravno 2PbO plus 2SO2

А затем, полученный оксид восстанавливают коксом:

PbO pl

Тугоплавкие металлы, например, молибден и вольфрам, восстанавливают водородом:

Если восстановителями химически активные металлы, то этот пирометаллургический способ называют металлотермия. В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. Способ металлотермии позволяет восстанавливать металлы не только из оксидов, но и с галогенидов:

Cr2O3 pl

Известен способ восстановления металлов кремнием, называемый силикотермией:

2MgO pl

Гидрометаллургия представляет собой метод получения металлов, заклющийся в преобразовании природных соединений металлов в растворимую форму с последующим восстановлением металла из раствора. О возможности применения гидрометаллургических процессов для извлечения металлов еще в 1763 г.. Говорил М. В. Ломоносов. Гидрометаллургического способами добывают благородные (золото, серебро, платину), цветные (медь, никель, цинк, кобальт), редкие (цирконий, гафний, тантал) и другие металлы:

NiSO4 + Zn = Ni + ZnSO4

К преимуществам данного способа относится возможность его использования для получения металлов при их малом содержании в руде,  которую невозможно перерабатывать обычными способами; снижение во многих случаях загрязнения окружающей среды, например, при обжиге сульфидных руд.

Электрометаллургия — это способ получения металлов с применением электрического тока —  электролиза. Электролизом расплавов получают самые активные металлы (от лития до марганца в ряду активности), электролизом водных растворов — менее активные (Zn, Cu, Ni, Cr и т.д.).

Биометалургия основана на биохимических процессах, протекающих при использовании микроорганизмов. Известно, что микроорганизмы типа литотрофы (с лат. – «поедающие камни») могут преобразовывать нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты. Сейчас с применением микроорганизмов добывают медь (в США данный метод достигает 10% от общего ее  производства), уран, рений, серебро, никель, свинец, а также некоторые редкие металлы.

Урок 10. общая характеристика и способы получения металлов - Химия - 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 10. Общая характеристика и способы получения металлов

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён веществам, которые относят к группе металлов, и их взаимодействиям. В ходе урока школьники познакомятся с общими способами получения металлов.

Глоссарий

Алюмотермией называют реакции, протекающие между оксидами металлов и алюминием, с образованием соответствующего свободного металла и оксида алюминия.

Гидрометаллургия - вытеснение металлов из руд с помощью растворов различных реагентов без применения высоких температур.

Катион – положительно заряженный ион, который притягивается к катоду в процессе электролиза.

Кристаллическая решётка вещества – это структура с геометрически упорядоченным расположением частиц (атомы, молекулы либо ионы) в определённых точках пространства.

Ко́вкость – способность металлов и сплавов подвергаться изменению при обработке давлением.

Магниетерми́я – метод металлотермии, процесс восстановления элементов из их оксидов, хлоридов, фторидов магнием.

Металлическая связь – химическая связь между атомами в металлическом кристалле, возникающая за счёт обобществления их валентных электронов.

Пирометаллургия - восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов – алюминия, магния.

Пласти́чность - свойство твердых тел необратимо деформироваться при действии механических нагрузок.

Теплопрово́дность – способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела, осуществляемому хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.).

Электро́лиз – физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ.

Эле́ктроотрица́тельность – количественная характеристика способности атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары.

Электропроводность – способность тела или среды проводить электрический ток, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

На сегодняшний день известно 118 элементов, 96 из которых являются металлами. Открыты и исследованы они были в разное время.

Рис.1 Хронология открытия элементов.

В таблице Д. И. Менделеева Металлы располагаются ниже диагонали бор-астат.

Рис. 2 Положение металлов в периодической системе Д.И.Менделеева.

Объединены эти элементы в группу металлов по нескольким сходным признакам: относительно большие радиусы атомов, во внешнем слое малое количество электронов (1-3). Например, для атомов калия и железа:

При сближении атомов, валентные орбитали соседних атомом перекрываются, образуется металлическая связь.

Рис.3 Металлическая связь

Вещества с металлической связью реализуют металлические кристаллические решетки, в которых узлы представлены атомами или катионами, а обобществлённые электроны электростатически притягиваются катионами, обеспечивая стабильность и прочность. Такое строение объясняет физические и химические свойства металлов.

Кроме сходного строения атомов у металлов можно выделить группу общих физических свойств: электро- и теплопроводность, пластичность, ковкость, металлический блеск. Эти свойства позволяют человеку широко применять металлы в жизни.

Атомы металлов имеют небольшие значения электроотрицательности:

Все металлы имеют исключительно восстановительные свойства, т.е. способны только отдавать электроны.

Силу восстановительных свойств можно отобразить в электрохимическом ряду напряжения металлов. Используя эти данные, можно записать уравнения взаимодействия металлов с водой.

Например:

Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2

3Fe+ 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Электрохимический ряд напряжения металлов можно использовать для прогнозирования взаимодействия и получения металлов: Металл способен вытеснять (восстанавливать) из солей те металлы, которые стоят правее него, а также вытеснять водород из разбавленных кислот.

Например:

CuSO4 + Fe –> FeSO4 + Cu

NiSO4 + Zn –> Ni + ZnSO4

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Основные способы получения металлов: пирометаллургия, гидрометаллургия, электрометаллургия.

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, медь восстанавливают из куприта Cu2O прокаливанием с углем (коксом):

SnО2+ 2С = Sn + 2СО↑; Cu2O + С = 2Cu+ СО ↑.

Алюминотермия и магниетермия способы получения металлов, основанные на восстановлении металлов из их соединений (оксидов, галогенидов и др.) более активными металлами (Al и Mg). Например:

tо

2Al + 3BaO → 3Ba + Al2O3

TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2

Металлотермические опыты получения металлов впервые осуществил русский ученый Н. Н. Бекетов в XIX в.

Восстановительные свойства металлов проявляются при взаимодействии с неметаллами. Например:

H2O

2Al + 3I2 → 2AlI3 (инициатором реакции является вода)

to

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3 (реакция горения)

2Na + S → Na2S (реакция идет самопроизвольно при смешивании серы и натрия)

Основными восстановителями для получения металлов являются С, СО, Н2.

Например:

Кроме восстановителей для получения металлов ещё используют электрохимический способ – электролиз.

Электролиз получил широкое распространение в металлургии цветных металлов и в ряде химических производств. Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путём электролиза.

Сущность электролиза заключается в выделении из электролита частиц вещества при протекании через электролитическую ванну постоянного тока и осаждении их на погруженных в ванну электродах. Цель процесса - получение возможно более чистых незагрязнённых примесями металлов.

Рис. 6. Процессы, протекающие при электролизе.

Схема электролизной ванны: 1 - ванна, 2 - электролит, 3 - анод, 4 - катод, 5 - источник питания

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

Задания необходимо решать с использование ряда напряжения металлов:

Задание 1: Составьте уравнение реакций взаимодействия металлов с кислотами, расставьте коэффициенты и найдите их сумму.

Al + Н24

Fe + Н24

Алюминий и железо стоят левее водорода в ряду напряжения металлов, поэтому могут вытеснить водород из разбавленных кислот. При прохождении реакции наблюдаем выделение водорода в виде мелких пузырьков.

Коэффициенты расставляем, уравнивая количество атомов одного элемента до и после стрелки.

Сумма коэффициентов в уравнении с алюминием : 9 (2+3+1+3).

В уравнении с железом: 4 (1+1+1+1).

Задание 2: Составьте уравнение реакций взаимодействия металлов с солями, расставьте коэффициенты и найдите их сумму.

PbSO4 + Fe →

Zn+CuCl2

Свинец стоит в ряду напряжения металлов правее железа, поэтому будет вытеснен из соли более активным металлом (Fe):

PbSO4 + Fe = FeSO4 + Pb,

Аналогичные рассуждения можно применить в следующей реакции:

Zn+CuCl2 = ZnCl2 + Cu (цинк более активный, чем медь).

Так медь, которая в ряду активностей металлов стоит после водорода, не будет реагировать с хлоридом цинка, поэтому реакция замещения не будет проходить.

ZnCl2 + Cu →

Коэффициенты расставляем, уравнивая количество атомов одного элемента до и после стрелки.

Сумма коэффициентов в уравнении с цинком: 4 (1+1+1+1).

В уравнении с железом: 4 (1+1+1+1).

Общие способы получения металлов | Подготовка к ЦТ и ЕГЭ по химии

Общие способы получения металлов.

Природные соединения металлов:

хлоридысильвинит КСl ∙ NaCl, каменная соль NaCl;
сульфидысерный колчедан FeS2, киноварь HgS, цинковая обманка ZnS;
карбонатымел, мрамор, известняк СаСО3, магнезит MgCO3,

доломит CaCO3 ∙ MgCO3;

сульфатыглауберова соль Na2SO4 ∙ 10 H2O, гипс CaSO4 ∙ 2Н2О;
оксидымагнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3 ∙ Н2О.
нитратычилийская селитра NaNO3;

  

     Минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения и пригодные для промышленного получения металлов, называются рудами.

        Отрасль промышленности, которая занимается получением металлов из руд, называется металлургией.

Способы получения металлов из руд.

  1. 1. Электрометаллургический способ — это способы получения металлов с помощью электрического тока (электролиза). Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы.

При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов:

NaCl (расплав) Na+ + Cl

катод  Na+ +  e → Na0     ¦ 2

анод    2Cl—  — 2e  → Cl20 ¦ 1

суммарное уравнение: 2NaCl (распл.) – (э.ток) 2Na + Cl2

Современный  способ получения алюминия был изобретен в 1886 году. Он заключается в электролизе раствора оксида алюминия в расплавленном криолите. Расплавленный криолит растворяет Al2O3, как вода растворяет сахар.

Al2O3 (расплав) Al3+ + AlO33–

катод                   Al3+ +3e → Al 0              ¦ 4

анод    4AlO33– –12 e → 2Al2O3 +3O2  ¦ 1

суммарное уравнение: 2Al2O3(распл.) – (э.ток) 4Al + 3O2 .

 

  1. Пирометаллургический способ — это восстановление металлов из их руд при высоких температурах с помощью восстановителей: неметаллических: кокс, оксид углерода (II), водород; металлических: алюминий, магний, кальций.
Алюмотермия:

Fe+32O3 +2Al = 2Fe0 + Al2O3

Получают железо, хром.
Восстановление оксидов металлов водородом (водородотермия):

Cu +2O + H2 (t)→   Cu0 + H2O

Получают малоактивные металлы – медь, вольфрам.
Получение чугуна:

В вертикальной печи кокс окисляется до СО, затем происходит постепенное восстановление железа из руды:

3Fe2O3 + CO (t)→   2Fe3O4 + CO2 ,

Fe3O4 + 4CO (t)→ 3FeО + 4CO2

FeO + CO  (t)→ Fe+ CO2

 

Восстановление углём (коксом):

ZnO + C (t)→   Zn + CO

Получают цинк, никель.

 

  1. Гидрометаллургический способ основан на растворении природного соединения с целью получения раствора соли этого металла и вытеснением данного металла более активным. Например, руда содержит оксид меди и ее растворяют в серной кислоте: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O, затем проводят реакцию замещения:

CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.

Таким способом получают серебро, цинк, молибден, золото, ванадий.

Если для восстановления требуется оксид металла, то в процессе переработки сначала получают оксид:

а) из сульфида – обжигом в кислороде: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

б) из карбоната – разложением: СаСО3 (t)→ СаО + СО2

 

Общие способы получения металлов

Урок химии 11 класс. Тема Общие способы получения металлов

Учитель химии –Мещерякова Е.В.

Тип урока: Урок развивающего контроля, обобщение и углубление знаний посредством исследований экспериментального характера.

Форма проведения урока: урок - исследования

Обучающиеся: 11класса

Цель: Раскрыть особенности способов получения металлов

Задачи :

Воспитательные: обеспечить условия для овладения формами и методами самовоспитания, самокритики через приобретение опыта взаимодействия и совместной деятельности и общения со сверстниками.

Развивающие: продолжить развивать умения и навыки самостоятельного определения цели и задачи урока и познавательной деятельности, планировать пути достижения целей, умение использовать УУД.

Образовательные: обобщить знания о способах получения металлов, проследить особенности процесса получения металлов, сделать вывод об особых свойствах металлов и способах их получения.

Планируемый результат обучения, в том числе и формирование УУД:

Личностные: в результате обучающиеся продолжат формирование устойчивого познавательного интереса и становление смыслообразующей функции познавательного мотива, способности к самоопределению, ведению здорового образа жизни,развивать сопереживания, эмоционально-нравственную отзывчивость на основе развития способности к восприятию чувств других людей.

Универсальные учебные действия (метапредметные)

Метапредметные: в результате обучающиеся смогут:

находить и систематизировать сведения в различных источниках: тексте учебника, систематизированные таблицы и схемы, делать выводы и обобщения на основе анализа различных источников информации, аргументированно высказывать свое мнение, анализировать ход и результаты проделанных опытов, делать записи с помощью опорных и ключевых слов

Предметные: в результате обучающиеся получат знания об общих и особых свойствах металлов, причинах особых свойств металлов, углубят знания об общих способах получения.

Познавательные УУД: формировать умения работать с информацией, с текстом учебника. выполнять логические операции самостоятельно выделять и формулировать познавательную цель всего урока и отдельного задания.

Коммуникативные УУД: формировать речевую деятельность, навыки сотрудничества, находить общее решение, умение аргументировать своё предложение, взаимоконтроль и взаимопомощь по ходу выполнения задания.

Регулятивные УУД: формирование умения строить жизненные планы, прогнозировать, слушать собеседника, управлять своей деятельностью, принимать и сохранять учебную задачу; проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве, в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи, проявлять инициативность и самостоятельность; оценивать. Корректировать знания.

Понятия: Металл, руда, массовая доля, металлургия, пирометаллургия, гидрометаллургия, металлотермия, электролиз, сверх чистые металлы

Образовательная технология: Технология развития критического мышления, метод проектов

Учебник Габриелян О.С. Химия 11 класс. М., Просвещение, 2014, электронное приложение к нему;

Ресурсы: Мультимедиа, таблица «Периодическая система химических элементов», «Электрохимический ряд напряжения металлов», раздаточный материал.

Технологическая карта урока

Содержание учебного материала.

Деятельность

учителя

Деятельность

обучающихся

ФОУД

Формирование УУД

Комментарий, примечание

1. Организационно-мотивационный этап урока

Организационный момент.

Цель: мотивирование учащихся к учебной деятельности посредством создания эмоциональной обстановки;

Приветствие, проверка готовности к уроку. Инструктирует обучающихся относительно форм работы на уроке

Приветствуют учителя,

Настраиваются на урок, психологически готовятся к общению.

проверка наличия необходимого учебного материала на парте

Обучающиеся поделены на 6 групп для решения контекстных задач. На уроке каждая из групп выступит и в роли докладчика, и в роли защитника или оппонента, и в роли эксперта,подводящего итог дискуссии.

По ходу урока обучающиеся заполняют таблицу:

Ф

Коммуникативные УУД

Личностные УУД

установка на здоровый образ жизни;

Создание благоприятного для обучения климата. Воспитательный момент.

Поднятие жизненного тонуса и укрепление здоровья.

Актуализация опорных знаний и создание мотивационной установки.

Стадия «Вызов», актуализация имеющихся знаний, пробуждение познавательного интереса к изучаемой теме,

определение направлений

Учителя подводят к формулировке темы (постановка учебной задачи).

Формулирование темы, целей и задач урока

Учитель химии читает эпиграф.

Эпиграф: 
«Мощь и сила науки – во множестве фактов, 
цель – в обобщении этого множества». 
Д.И. Менделеев 

Нам предстоит продолжить химическое путешествие в сказочное «Царство металлов». Чтобы не заблудиться и не сбиться с пути нам понадобится дорожная карта. У Вас на столах находятся дорожные листы с инструктивной картой.

Желаю все удачи!

С древних времен по средние века было известно 7 металлов, которые соотносились с известными тогда планетами.

Возьмите дорожный лист.

Соотнесите за 15 секунд название металла, его химический знак, произношение в химической формуле кто смелый прошу к доске.

Историческая справка

  • «Металлом называется твердое, непрозрачное и светлое тело, которое в огне плавится и холодное ковать можно».

М. В. Ломоносов.

Откуда пришло это слово «Металл», Что оно обозначает ? Вам было дано задание узнать этимологию слова «Металл»

Пожалуйста, Ваш ответ.

Древние алхимики говорили: «Семь металлов создал свет по числу семи планет и что под влиянием лучей планет в недрах Земли и рождаются эти металлы. Вы согласны?

Отправляемся в подземное Царство, Недра Земли.

Возьмите дорожную карту.

Сульфаты, фосфаты, карбонаты

  • Барит BaSO4

  • Апатит Ca5(PO4)3(F,CI)

  • Мрамор CaCO3

  • Магнезит MgCO3

  • Малахит Cu2(OH)2CO3

Сказочное царство.

«Нет во всем мире земли, где бы хранилось столько богатств, где бы были так могучи силы недр…»

А.Е.Ферсман

Как связаны между собой природные соединения и массовая доля металла?

На что указывает массовая доля металла в соединении?

Что такое минерал? Горная порода? Руда?

Какова этимология этих понятий?

  • Минерал

  • Металл

  • Руда

Исходя из определения руда, сформулируйте тему урока:

?

Минерал Металл

Руда Металлургия

Тема урока. ПОЛУЧЕНИЕ

Металлургия

О чем же мы с вами сегодня будем говорить на уроке? Что станет предметом обсуждения?

Способы получения металлов

От чего зависит способ получения металлов

Это и будет задачей нашего урока.

Диалог с учителем

Работают с информацией, представленной на слайде, с целью поиска и выделения необходимой информации;

Интерактивная .доска.

Задание № 1 «Планеты».

Самопроверка.

Проверьте! Исправьте ошибки. Поставьте оценки. Сдайте дорожные листы.

Этимология

Греческое слово «металлон» - «земляные работы» , «раскопки», позднее «руда»

Латинское «металлуль» - руда и выплавляемый из него металл

Французское «металь» - пришло в Россию

Заданием №2 «Природные соединения металлов»

Руда – минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно.

Определяют тему урока.

Целеполагание.

Определяют цель урока

Ф

Личностные УУД

Формирование мотивационной основы учебной деятельности

Познавательные УУД

Формирование целостной картины мира

Коммуникативные УУД

Регулятивные УУД

принимать и сохранять учебную задачу;

2. Процессуально -содержательный этап урока

1.Особенности

свойств металлов

2.Способы получения металлов.

Как узнать активность металла?

С какими веществами реагирует металлы?

Активность металлов определяют химические свойства

неметалл

вода

Металл + кислота

соль

оксид

щелочь (р-р)

органические вещества

Возьмите дорожную карту.

Чтобы продолжить наше путешествие в

«Царство металлов» и узнать как их можно получить необходимо разгадать загадку.

Возьмите дорожную карту.

Вывод.

Пользуясь ЭХР напряжения металлов можно узнать возможность протекания химических реакций с участием металлов. Химическая активность влияет на получение металлови как их можно получить.

Проведем эксперимент.

Вывод. Положение металла в ЭХ напряжения указывает на протекание химической реакций в водных растворах с участием металлов.

  • Как вы думаете какой способ получения металлов лежит в основе данного эксперимента.

  • Чтобы ответить на этот вопрос вам необходимо изучить текст параграфа 18. Общие способы металлов.

Какой способ получения металла лежит в основе эксперимента?

В чем особенности процесса?

Вывод. Промышленные способы получения металлов.

слайды презентации.

Микробиологический метод.

Основан на использовании жизнедеятельности некоторых бактерий. Они растут в кислой среде и способы работать при высоких температурах. Тиановые бактерии способны переводить нерастворимые сульфиды в растворимые сульфаты. Используют как дополнительный способ выделения металлов из медных и урановых руд.

Физкультминутка.

Теперь немного отдохнем, глазами поведем и в таблице Д.И.Менделеева найдем.

Переведите с химического на общепринятый язык следующие выражения:

  • Не все то аурум, что блестит.

  • Феррумный характер

  • Слово - аргентум, а молчание – аурум

  • За купрумный грош удавился

Назовите самый, самый металл

легкий –
тяжелый –
твердый –
тугоплавкий –
легкоплавкий –
жидкий –

Теперь можно дальше исследовать «Царство металлов

Задание № 3. Химические свойства металлов

Составьте уравнения реакций. Укажите причины, по которым химические реакции не идут

Задание №4. «Загадка »

Дана схема.

Металл + «МАТЬ ВСЕХ

«КУПРИОТ» (конц.)

КИСЛОТ» = КУПОРОС + СЕРНИСТЫЙ ГАЗ + aqua

1.Определите химические формулы.

2. Укажите окислитель, восстановитель.

3.Составьте электронный баланс.

Дорожная карта. Задание № 5

Работают с информацией, представленной учителем.

Формулируют собственное мнение и аргументируют его.

Обосновывают выбор написания.

Задание № 6. Получения металлов.

Дополните схему «Общие способы получения металлов»

Получение информации из текста учебника

Объединяются в пары.

Заполняют таблицу

Работают с текстом учебника

Гимнастика для глаз.

Ф

И

И

И

П

И

И

И

Коммуникативные УУД

умение находить несколько вариантов решения проблемы;
Личностные УУД

Формировать умение способности к саморазвитию

Коммуникативные

Регулятивные УУД

проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве

.

Познавательные УУД

Извлечение необходимой информации.

Коммуникативные (умение работать в группе, слушать собеседника, выражать свои мысли)

Регулятивные УУД

в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи;

ПознавательныеУУД

Познавательные

Смысловое чтение и извлечение необходимой информации.

Познавательные УУД

Выведение следствий и причино-следственных связей

Познавательные

Смысловое чтение и извлечение необходимой информации.

Работа в группах

Умения и навыки работы в сотрудничестве:

- умение коллективного планирования;
умения взаимопомощи в группе в решении общих задач;
- навыки делового партнерского общения;
- умение находить и исправлять ошибки в работе других участников группы.

3. Этап закрепления и проверки.

Проверка знаний.

Работа в группах.

Решение контекстных задач.

Дорожная карта.

Молодцы! Вы успешно справились!

Во всех случаях получения металлов лежит окислительно – восстановительный процесс.

Для получения сверчистых металлов используют следующие методы:

Зонной плавки

Разложение летучих соединений на поверхности

Переплавка в вакууме

(видеофрагмент)

Историческая справка

  • «Металлы во Вселенной».

  • Мощное столкновение галактик входящих в состав супергалактики Антенна, порождает гигантские сгустки, обогащенные металлами –железа, магния, кремния, раскаленными до миллионов градусов

Задание №7

«Угадай-ка »

Воспринимают информацию.

сообщаемую учителем.

Выполняют задания

письменно в тетради

Осуществляют:

взаимопроверку;

Выполняют задания

письменно в тетради, заполняют схему.

Г

И

Коммуникативные УУД

умение отвечать на вопросы

- умение спрашивать,

- умение управлять

4. Объяснение домашнего задания.

Домашнее задание.

§ 18 с.232 – 234, № 28 с.264

Получите медь из сульфида меди (II) используя различные способы получения металлов.

По желанию

Творческое задание:

Составить синквейн

Ф

5. Рефлексивный этап урока.

Подведем итоги. Возьмите дорожную карту и заполните

На этом уроке

узнал?

я запомнил?

научился?

удивился?

Дополните, пожалуйста, графы таблицы, если вы хотите еще что-то добавить, и запишите вопросы, которые у вас появились.

Спасибо за внимание!

И

Рефлексивные умения:

умение отвечать на вопрос

Сокращение металлов (извлечение из руды)

Существует 3 основных метода извлечения металлов из руды.

Это восстановление руды с помощью углерода, восстановление расплавленной руды с помощью электролиза и восстановление руды с помощью более химически активного металла.

Добыча с использованием углерода

Металлы, такие как цинк, железо и медь, присутствуют в рудах как их оксидов . Каждый из этих оксидов нагревается с углеродом для получения металла.

Оксид металла теряет кислорода и, следовательно, восстанавливается .Углерод получает кислорода и поэтому окисляется .

Электролиз

Ионные вещества могут быть разбиты на на элементы, из которых они сделаны электричеством, в процессе, называемом электролизом .

Чтобы электролиз работал, ионы должны быть свободными, чтобы двигаться . Когда ионное соединение растворено в воде или расплавлено, ионы освобождаются от ионной решетки.Эти ионы могут свободно двигаться. Раствор или расплавленное ионное соединение называют электролитом .

Во время электролиза:

  • Положительно заряженные ионы движутся к отрицательному электроду. Ионы металлов заряжены положительно, поэтому металлы образуются на отрицательном электроде (катоде).

  • Отрицательно заряженные ионы движутся к положительному электроду. Неметаллические ионы, такие как оксидные ионы и хлоридные ионы, заряжены отрицательно, поэтому на положительном электроде (аноде) образуются газы, такие как кислород или хлор.

Восстановление галогенидов металлов с металлами

Во многих случаях углерод не может быть использован для восстановления оксида металла до металла, поскольку металл реагирует с углеродом, образуя вместо этого карбид.

Эту проблему можно избежать, сначала превратив руду в хлорид, а затем восстановив хлорид с помощью более химически активного металла, такого как магний или натрий. Это метод, используемый для извлечения титана.

В этом видео представлены все 3 метода (экстракция с использованием углерода, электролиз и использование более химически активного металла):

,
Замечания по пересмотру общих принципов и процессов выделения металлов
 

Типы руд:

Руды можно разделить на четыре группы

  • Родные руды: Эти руды содержат металл в свободном состоянии, например.Серебряное золото и т. Д. Они обычно образуются в присутствии камней или аллювиальных примесей, таких как глина, песок и т. Д.

  • Окисленные руды : Эти руды состоят из оксидов или оксисолей (например, карбонатов, фосфатов) и силикатов металлов. Важные оксидные руды включают Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 . 2H 2 O и т. Д., А также важные кабонатные руды: известняк (CaCO 3 ), Calamine (ZnCO 3 ) и т.п.

  • Сульфированные руды : Эти руды состоят из сульфидов металлов, таких как железо, свинец, ртуть и т. Д. Примерами являются железные пириты (FeS2). галена (PbS), киноварь (HgS)

  • Галогенидные руды : Металлических галогенидов очень мало в природе. Хлориды являются наиболее распространенными примерами рогового серебра (AgCl), карналлита KCl. MgCl 2 . 6Н 2 О и плавиковый шпат (CaF 2 ) и т. Д.

Металлургия:

Это процесс извлечения металла из его руд.Для получения металла в чистом виде проводятся следующие операции.

Концентрация

Физический метод

Гравитационное разделение : порошкообразные руды перемешивают с водой или промывают проточным потоком воды. Тяжелые частицы руды песка, глины и т. Д. Смываются.

Процесс пенной флотации : Мелкоизмельченная руда вводится в воду, содержащую небольшое количество нефти (например,грамм. Сосновое масло). Смесь интенсивно перемешивается с воздухом, образуется пена, которая увлекает вместе с ней металлические частицы за счет сил поверхностного натяжения. Пена переносится в другую ванну, где руда, не содержащая брикетов, оседает .

Froth Floatation Process

Электромагнитный сепаратор : . Магнитный сепаратор состоит из ленты, движущейся над двумя роликами, один из которых является магнитным. Порошкообразная руда сбрасывается на ленту на другом конце.Магнитная часть руды притягивается магнитным роликом и падает рядом с роликом, в то время как немагнитная примесь падает дальше от

Electro Magnetic Separator

Химические методы

Прокаливание : Карбонатные или гидратированные оксидные руды подвергаются действию тепла, чтобы вытеснить воду из гидратированного оксида и диоксид углерода из карбоната.

Примеры:

ZnCO 3 -> ZnO + CO 2

CaCO 3 -> CaO + CO 2

Al 2 O 3 × 2H 2 O -> Al 2 O 3 + 2H 2 O

2Fe 2 O 3 × 3H 2 O -> 2Fe 2 O 3 + 3H 2 O

Обжарка: Сульфидные руды либо подвергаются действию тепла и воздуха при температурах ниже их температур плавления, чтобы вызвать химические изменения в них.

Примеры:

2PbS + 3O 2 -> 2PbO + 2SO 2

PbS + 2O 2 -> PbSO 4

2ZnS + 3O 2 -> 2ZnO + 2SO 2

ZnS + 2O 2 -> ZnSO 4

CuS + 2O 2 -> CuSO 4

2Cu 2 S + 3O 2 -> 2Cu 2 O + 2SO 2

Выщелачивание: Это включает обработку руды подходящим реагентом, чтобы сделать ее растворимой, в то время как примеси остаются нерастворимыми.Руда извлекается из раствора подходящим химическим методом.

Al 2 O 3 + 2NaOH -> 2 NaAlO 2 + H 2 O

Сокращение свободного металла:

Плавка:

Восстановление металла из руды в процессе плавки

Несколько восстановителей, таких как натрий, магний и алюминий, используются для восстановления.

Прокаленную или обжаренную руду смешивают с углеродом (углем или коксом) и нагревают в реверберационной или доменной печи.

Углерод и окись углерода, образующиеся при неполном сгорании углерода, восстанавливают оксид до металла.

Electro Magnetic Separator

Флюс:

Руды, даже после концентрации, содержат некоторое земное вещество, называемое пустой породы, которое нагревается в сочетании с этим земным веществом, образуя легкоплавкий материал. Такое вещество известно как флюс, а легкоплавкий материал, образующийся в процессе восстановления, называется шлаком.

  • Кислотные флюсы , такие как кремнезем, бура и т. Д., Используются, когда материал является основным, таким как известь или другие оксиды металлов, такие как MnO, FeO и т. Д.

  • Основные флюсы , такие как CaO, известняк (CaCO 3 ), магнезит (MgCO 3 ), гематит (Fe 2 O 3 ) и т. Д., Используются, когда материал кислый, такой как диоксид кремния, P 4 O 10 и т. Д.

Очистка

Металлы, полученные с помощью вышеуказанных методов восстановления из концентрационных руд, обычно не загрязнены. Таким образом, нечистый металл подвергается некоторому процессу очистки, известному как рафинирование, для удаления нежелательных примесей. Различные процессы для этого

а) Процесс сгущения б) Процесс дистилляции

в) Купелирование г) Полинг

д) Электролитическое рафинирование е) Бессемеризация

Термодинамические основы металлургии:

ΔG = ΔH-TS

или ΔG 0 = -RT ln K

Electro Magnetic Separator

Элемент A может уменьшить элемент B, если значение ΔG для окисления А до АО ниже значения ΔG для окисления В до ВО.

, то есть ΔG (A → AO) <ΔG (B → BO)

Извлечение алюминия:

Важные руды алюминия:

  • Боксит: Al 2 O 3 × 2H 2 OКриолит: Na 3 AlF 6

  • Полевой шпат: K 2 OAl 2 O 3 × 6SiO 2 или KAlSi 3 O8

  • Слюда: K2O × 3Al 2 O 3 × 6SiO 2 × 2H 2 O

  • корунд: Al 2 O 3

  • Алюминий или алунит: K 2 SO 4 × Al 2 (SO 4 ) 3 × 4Al (OH) 3

Очистка бокситов

Electro Magnetic Separator

Электролиз плавленого чистого глинозема (метод Холла и Хервлета)

Electrolysis of fused pure alumina

Добавление криолита (Na 3 AlF 6 ) и плавикового шпата (CaF 2 ) делает глинозем хорошим проводником электричества и снижает температуру плавления с 2323 до 1140 К.реакция, происходящая при электролизе. Electrolysis of fused pure alumina

Рафинирование алюминия:

Графитовые стержни, погруженные в стержень из чистого алюминия и сплава Cu – Al в нижней части нечистого алюминия, работают как проводники. При электролизе алюминий осаждается на катоде из среднего слоя, и эквивалентное количество алюминия поглощается средним слоем из нижнего слоя (нечистый алюминий). Следовательно, алюминий переносится снизу вверх через верхний слой, а примеси остаются позади.Полученный таким образом алюминий имеет чистоту 99,98%.

Гидрометаллургия (экстракция растворителем)

Извлечение растворителя является новейшей техникой разделения и стало популярным благодаря своей элегантности, простоте и скорости. Метод основан на принципах преимущественной растворимости.

Экстракция растворителем или жидкость-жидкость основана на принципе, согласно которому растворенное вещество может распределяться в определенном соотношении между двумя несмешивающимися растворителями, одним из которых обычно является вода, а другим органический растворитель, такой как бензол, четыреххлористый углерод или хлороформ.В определенных случаях растворенное вещество может быть более или менее полностью переведено в органическую фазу.

Извлечение железа:

а) Важные железные руды:

Гематит Fe 2 O 3 (красный оксид железа)

Лимонит Fe 2 O 3 × 3H 2 O (гидратированный оксид железа)

Магнетит Fe 3 O 4 (магнитный оксид железа)

Electrolysis of fused pure alumina

Извлечение чугуна:

Extraction of Cast Iron:

Извлечение меди:

руд меди:

  • Медный взгляд (халькоцит): Cu 2 S

  • Пирит меди (халопирит): CuFeS 2

  • Малахит: Cu (OH) 2 × CuCO 3

  • Куприт или Рубиновая медь: Cu 2 O

  • Азурит: Cu (OH) 2 × 2CuCO 3

Extraction of Cast Iron:

Очистка металлов:

Зональное рафинирование (фракционная кристаллизация): Этот метод используется для получения чрезвычайно чистых металлов.Этот метод основан на том принципе, что, когда расплавленному раствору нечистого металла дают остыть, чистый металл кристаллизуется, а примеси остаются в расплаве.

Электроочистка: В этом методе нечистый металл превращается в блок, который образует анод, в то время как катод является стержнем или пластиной из чистого металла. Эти электроды суспендированы в электролите, который представляет собой раствор растворимой соли металла, обычно двойной соли металла. Когда электрический ток пропускается, ионы металла из электролита осаждаются на катоде в виде чистого металла, в то время как эквивалентное количество металла растворяется с анода и поступает в раствор электролита в виде иона металла.Растворимые примеси, присутствующие в аноде из неочищенного металла, попадают в раствор, в то время как нерастворимые примеси оседают ниже анода в виде анодного шлама.

Ван-Аркель Метод: В этом методе металл превращается в летучее нестабильное соединение, такое как йодид, оставляя после себя примеси. Полученное таким образом нестабильное соединение разлагается для получения чистого металла.
Extraction of Cast Iron:

Cupellation и Poling используются для рафинирования металлов, при этом cupellation содержит примеси других металлов со следами свинца, которые удаляются из серебра путем нагревания нечистого серебра со струей воздуха в cupel (кастрюля овальной формы, составленная из костного пепла ) в котором свинец окисляется до оксида свинца (PbO), который, будучи летучим, выходит, оставляя после себя чистое серебро.Полинг используется для рафинирования таких металлов, которые содержат примеси собственного оксида. В этом процессе расплавленный нечистый металл хранится с зелеными деревянными столбами. При высокой температуре расплавленного металла древесина выделяет метан, который восстанавливает оксид металла до свободного металла.

Extraction of Cast Iron:

Extraction of Cast Iron:

Особенности курса

  • 728 видео лекций
  • Редакция Примечания
  • Предыдущий год Документы
  • Карта разума
  • Планировщик обучения
  • NCERT Solutions
  • Дискуссионный форум
  • Тестовая бумага
  • с Video Solution

,
Новая комбинированная технология деформации «Угловое прессование с прокаткой по равному каналу», позволяющая получать металлы и сплавы с суб-ультра-мелкозернистой структурой

1. Введение

Исследования и разработки, направленные на получение высокопрочных металлов и Сплавы в настоящее время представляют большой научный и практический интерес. Производство металлов с уникальными свойствами может быть возможно путем уменьшения зерна за счет осуществления интенсивной пластической деформации во всем объеме деформируемой заготовки.

Недавно был разработан ряд новых процессов формования металла, предназначенных для получения металла с суб-ультрамелкозернистой структурой, основной принцип которого относится к реализации простой схемы сдвига в процессе деформации. Равномерное канальное угловое прессование заготовок [1] ​​в матрицах различных конструкций является одним из таких методов. Он обеспечивает интенсивную пластическую деформацию без значительного изменения исходных размеров поперечного сечения заготовки. Однако он имеет существенный недостаток - длина исходной заготовки ограничена пространством используемого оборудования, т.е.по рабочему ходу пуансона пресса. Кроме того, этот метод деформации не обеспечивает непрерывного процесса прессования. Вот почему этот способ получения суб-ультрамелкозернистой металлической структуры не нашел промышленного применения. Это все еще предмет исследования с использованием относительно небольших образцов в лабораторных условиях.

Целью данной работы является разработка и исследование нового метода деформации, позволяющего изготавливать заготовки большой длины с суб-ультрамелкозернистой структурой при низких затратах энергии.. ] и гладких [3] валков (рис. 1), что по сравнению с обычным сжатием в ступенчатой ​​матрице с равными каналами частично снимает ограничения на размеры исходных заготовок.

Рисунок 1.

Схема комбинированного процесса «прокатка-прессование» с гладкими валками (а) и калиброванными валками (б).

Суть предлагаемого способа деформации заключается в следующем. Заготовка, предварительно нагретая в начале деформации, подается на формовочный валок и подается на вальцы через силы контактного трения, захватывающие ее в зазоре валка. На выходе он проталкивается по каналам равнопроходной пошаговой матрицы. Следующая заготовка подается в тот момент, когда заготовка полностью освобождается от зазора валков. Пройдя через рулоны и попав в матрицу, она выталкивает из матрицы ранее деформированную заготовку.Процесс прессования в этом случае реализуется за счет использования контактных сил трения, действующих на поверхности контакта между металлом и вращающимися валками. Этот процесс, как отмечено выше, может применяться с использованием гладких и калиброванных рулонов. Сравнительный анализ показывает, что более позднее использование является наиболее оптимальным решением, поскольку для его проталкивания через каналы матрицы требуется меньшее абсолютное сжатие заготовки во время ее прокатки. Кроме того, можно контролировать расширение заготовки в валках, что в случае использования гладких валков должно быть рассчитано [4].

Для реализации процесса «прокатка-прессование» необходимо, чтобы проекция на ось X суммы сил, создаваемых валками в зоне деформации (обозначенная как P ROLL ) была больше, чем усилие, необходимое для проталкивания заготовки по каналам матрицы (обозначено как P PRESS ), то есть:

Проекция на ось X суммы всех сил, действующих в зоне деформации (рисунок 2) ) описывается

Рисунок 2.

Схема сил при деформации.

PROLL = 2bav∫γ1ατavRcosθdθ − 2bav∫0γτavRcosθdθ − 2bav∫0αpavRsinθdθ E2

, где b 1 и b av - ширина заготовки после деформации и средняя ширина; τ от и р от - средние касательные и нормальные напряжения; R - радиус валков; θ - текущий угол; α - угол захвата; γ и γ 1 - это углы, характеризующие протяженность зон продвижения и запаздывания соответственно.

Углы γ и γ 1 можно найти с помощью методологии, описанной в работе [5]. Интегрировать уравнение (2) предполагая, что b av = b 1 :

PROLL = 2b1RτAV (sinα − sinγ1) −2b1RτAV (sinγ − 0) −2b1RpAV (−cosα + 1) E3

Замена в этом уравнении 1 −cosα = α22, sinα = α, sinγ1 = γ1, sinγ = γ, и, принимая во внимание, что τAV = pAVμ = σSμ, мы получаем

PROLL = 2b1RσSμ1 (α − γ1) −2b1RσSμ1γ − 2b1RσSα22E4

, где μ 1 0 - коэффициент трения в зоне деформации при прокатке.Наконец, мы получаем

PROLL = 2b1RσSμ1 (α − γ1 − γ − α22μ1) E5

При использовании рифленых валков, уравнение. (5) принимает вид:

PROLL_CAL = 2RσSμ1 [b1 (α − γ1 − γ − α22μ1) + havα] E6

, где h av - средняя высота заготовки в зоне деформации. В работе [6] была получена формула для определения сил прессования в угловой матрице равного канала. Преобразовав эту формулу с учетом конфигурации каналов равнопроходной пошаговой матрицы, получим формулу для определения тоннажа в этой матрице:

PPRESS = 2σSμ2 [(2l1 + l2) (b1 + h2) + 2h22tgϕ2 + tgϕ⋅h23μ2 ] E7

При исследовании противодавления от матрицы были получены следующие зависимости:

Q1 = (2b1RσSμ1 (α − γ1 − γ − α22μ1) −σSμ2 [(2l1 + h2ctgϕ2) (b1 + h2)]) / sinϕE8Q2 = Q1cos (180 − ϕ) −2σSμ2sinϕ (l2 + h2ctgϕ2) (b1 + h2) E9

Зависимости (8) и (9) справедливы при использовании рулонов с гладким стволом.При использовании рифленых валков также необходимо учитывать силы трения в зоне деформации на боковом контакте металла с валками. С учетом допущений, принятых при определении силы противодавления Q 1 на первом этапе деформации с гладкими валками, сила противодавления Q 1C для процесса с калиброванными валками определяется по формуле:

Q1C = (2RσSμ1 [b1 (α − γ1 − γ − α22μ1) + hAVα] −σSμ2 [(2l1 + h2ctgϕ2) (b1 + h2)]) / sinϕE10

Когда силы проецирования находятся на вертикальной оси, все силы в зона деформации отменить.Следовательно, уравнение (9) для определения силы противодавления Q 2C в случае рифленых валков не изменяется. Для нормального хода процесса необходимо обеспечить:

При несоблюдении этого условия металл в области от линии, соединяющей центры валков с равнопроходной ступенчатой ​​матрицей, вытесняется, увеличивая его поперечные размеры, тем самым делая Процесс прессования невозможен.

Одним из основных факторов, влияющих на силу нажатия, является угол соединения каналов матрицы.Для определения оптимального угла соединения каналов равнопроходной ступенчатой ​​матрицы, допускающего значение силы сжатия меньше силы качения, была составлена ​​программа в редакторе Excel. Эта программа позволяет определить оптимальный угол соединения графически на основе построенной зависимости силы сжатия в зависимости от угла пересечения каналов, а силы качения, создаваемые валками, зависят от величины абсолютного сжатия. Для выполнения условия (11) усилия были перенесены на напряжения:

, где σ ROLL - напряжение в поперечном сечении заготовки на линии, соединяющей центры валков; σ ПРЕССА - это напряжение в поперечном сечении заготовки на входе в матрицу.В результате были получены графики , , , ROLL , , , , PRESS и , , S, в зависимости от угла и (рис. 3).

Рис. 3.

Графики для определения оптимального угла соединения каналов в матрице.

Также было проведено исследование кинематических параметров этого комбинированного процесса. Как отмечено выше, комбинированный метод деформации заготовок «прокатка-прессование» имеет преимущества перед ранее известными методами прессования, но у него есть один недостаток, заключающийся в том, что он все еще не обеспечивает непрерывность процесса, т.е.во время деформации партии заготовок последующая заготовка будет выталкивать предыдущую. Но после всех циклов деформации в матрице будет последняя не полностью деформированная заготовка. Для устранения этого недостатка была предложена схема комбинированного процесса «прокатка-прессование» с двумя парами валков и ступенчатой ​​матрицей с равными каналами (рис. 4) [7, 8].

Рисунок 4.

Комбинированный процесс «прокатка-прессование» с двумя парами валков.

Суть предлагаемого способа деформации заключается в следующем.Предварительно нагретый до температуры начала деформации заготовка подается на прокатные валки, которые захватывали ее в зазоре валков силами контактного трения, и на выходе из нее заготовка проталкивается через каналы равнопроходной ступенчатой ​​матрицы. После выхода заготовки из канальной матрицы она захватывается второй парой валков, которые полностью вытягивают заготовку из каналов матрицы. Преимущество этого метода заключается в том, что при реализации этого комбинированного процесса предлагаемая схема обеспечивает непрерывность процесса и устраняет ограничения на размеры исходных заготовок.

После выхода из матрицы деформированная заготовка будет перенаправлена ​​на вторую пару валков, которые должны вытащить ее из матрицы; для захвата заготовки второй парой валков необходимо обеспечить два условия [9]:

  1. Оптимальный угол захвата;

  2. Необходимо поддерживать оптимальную угловую скорость валков, чтобы заготовка, находящаяся в контакте с валками, не заедала и не скользила.

Конечная толщина заготовки (на выходе из матрицы) и диаметр рулона должны быть известны, чтобы обеспечить оптимальный захват.Определение оптимальной скорости вращения валков немного сложнее, поскольку необходимо учитывать влияние матрицы на скорость заготовки. На фиг.5 показана кинематическая схема этого метода деформации. Здесь V 01 - скорость металла на входе в первую пару валков; V 11 - скорость движения металла на выходе первой пары валков; V 02 - скорость движения металла на входе второй пары валков; V 12 - скорость движения металла на выходе второй пары валков; V R1 - скорость прокатки в первой паре валков; V R2 - скорость прокатки во второй паре валков; ω R1 - окружная скорость первой пары валков; ω R2 - окружная скорость второй пары валков; q - обратное давление матрицы.

Рис. 5.

Кинематическая схема процесса «прокатка-прессование» с двумя парами валков.

Уравнения были приняты на следующих допущениях:

  1. оптимальный угол захвата был принят 18 °;

  2. , так как вся конструкция находится на одном стане, можно считать, что обе пары валков питаются от одного электродвигателя. Поэтому окружные скорости их равны.

В результате получаются следующие формулы для нахождения необходимого диаметра валков:

D2CAL = RROL_1 (1 + SAV1) cosα2 + h2E15

3.Компьютерное моделирование

Следующим этапом изучения этого процесса стало моделирование в программном комплексе DEFORM. Целью этого моделирования было исследование напряженно-деформированного состояния металла при реализации комбинированного процесса «прокатка-прессование». Первоначально целью было получить успешную модель, в которой первая пара рулонов захватила заготовку, после чего она пересекла все каналы матрицы, на выходе которой попала вторая пара рулонов, которые вытянули заготовку из матрица (рисунок 6).

Рисунок 6.

Стадия успешной модели с калиброванными валками: (a) заготовка находится в 1-й паре валков, (b) заготовка находится в 1-й паре валков и в матрице, (c) заготовка (d) заготовка находится в матрице, а во 2-й паре валков, (e) заготовка находится во 2-й паре валков.

Для исследования напряженного состояния было проведено исследование параметра «эффективная деформация» (рисунок 7), который включает компоненты деформации в следующем виде:

Рисунок 7.

Напряженное состояние заготовки.

εEQ = 23 (ε1-ε2) 2+ (ε2-ε3) 2+ (ε3-ε1) 2E16

, где ε 1 , ε 2 и ε 3 являются основными деформациями ,

Для исследования напряженного состояния было проведено исследование параметра «эффективное напряжение» (рисунок 8), который определяется следующим образом:

Рисунок 8.

Напряженное состояние заготовки.

σEQ = 12 (σ1-σ2) 2+ (σ2-σ3) 2+ (σ3-σ1) 2E17

, где σ 1 , σ 2 и σ 3 являются основными напряжениями ,

Для детального изучения напряженно-деформированного состояния было проведено моделирование процесса «прокатка-прессование» путем изменения основных геометрических и технологических факторов, которые оказывают существенное влияние на процесс. Анализ влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние этого процесса показал, что такие факторы, как угол пересечения каналов матрицы, коэффициент трения, температура и длина каналов матрицы, оказывают существенное влияние по распределению напряжений и накопленной пластической деформации по всему объему заготовки при реализации комбинированного процесса.

Изучение температурных условий этого процесса (рис. 9) показало, что распределение температуры по сечению заготовки неравномерно. Большая разница температур (до 40 °) может привести к неоднородности физических свойств. Поэтому для выравнивания разности температур в поперечном сечении рекомендуется проводить предварительный нагрев матрицы.

Рисунок 9.

Исследование температурных условий.

При исследовании влияния наклона заготовки (рис. 10) на напряженно-деформированное состояние металла установлено, что реализация наклона образца не только положительно влияет на распределение Накапливается пластическая деформация и эквивалентные напряжения в заготовке, но также способствует восстановлению первоначальной формы поперечного сечения, что в некоторых случаях может сыграть важную роль.

Рисунок 10.

Влияние наклона на напряженно-деформированное состояние.

4. Лабораторные эксперименты

После моделирования лабораторные эксперименты по деформации медных заготовок проводились комбинированным процессом «прокатка-прессование». В качестве материала для исследования был взят медный сплав марки М1. Перед процессом «прокатки-прессования» все образцы были отожжены, нормализованы и отпущены. Режимы термообработки приведены в таблице 1. Для эксперимента были изготовлены заготовки с размерами ч, × , б, × , = 16 × 30 × 200 мм.

Режим термообработки Температура, ° C Время, мин. Зона колец
Отжиг 600 Н 90 903 Нормальная 903 600 16 Воздух
Закалка 700 16 Вода

На разработанном стенде был проведен лабораторный эксперимент для реализации комбинированного процесса «прокатка-прессование» с использованием. гладких валков (рисунок 11) на базе прокатного стана ДУО-250.Это было сделано в три прохода.

Рисунок 11.

Экспериментальный стенд для реализации комбинированного процесса «прокатка-прессование».

При повышении температуры можно запустить процесс роста зерна при деформации. Чтобы исключить этот рост, необходимо использовать температуру деформации, которая ниже начальной температуры рекристаллизации [10]. Исходя из этого, эксперимент проводился при температуре окружающей среды.

С увеличением числа проходов интенсивность рассеивания структуры увеличивается, но это также увеличивает упрочнение материала.В результате ресурс пластичности теряется, а дальнейшая деформация и использование в промышленности такого металла невозможны, поскольку происходит его разрушение. Для уменьшения плотности избыточных дислокаций и увеличения ресурса пластичности металл следует нагревать при температуре, которая ниже начальной температуры рекристаллизации. После определения этой температуры по уравнениям [11] был проведен лабораторный эксперимент. Все заготовки после процесса «раскатывание-прессование» были разрезаны на куски толщиной 5 мм и нагреты до температуры 100–270 ° С с продолжительностью выдержки 30 мин и охлаждением в воде.

Обработанные образцы изучали в двух срезах: поперечном и продольном с использованием оптического и просвечивающего электронных микроскопов (ПЭМ). Полученные образцы также испытывались на крутильно-растяжимой машине для испытания на растяжение и сжатие. Все образцы были изучены в средней плоскости образца, чтобы избежать влияния периферийных областей.

Подготовка тонких срезов к металлографическим исследованиям проводилась по стандартной методике; для исследования был использован оптический микроскоп Leica, оборудованный боксом для определения твердости.Для исследований на просвечивающем электронном микроскопе JEOL JEM 2100 были приготовлены тонкие фольги. Для этого из образца с использованием прецизионного отрезного станка отрезают заготовки толщиной 250 мкм, которые были подвергнуты тонкому шлифованию для снятия закаленного слоя. Затем образцы подвергались обработке в машине для электролитического разбавления Tenupol 5.

Для определения механических свойств меди после термической обработки и последующего процесса «прокатка-прессование» использовалась машина для испытаний на кручение МИ40КУ.Для испытаний использовали стандартные образцы цилиндрической формы в количестве 72 штук, диаметр рабочей части составлял 3 мм, рабочая длина составляла 15 мм, а скорость растяжения составляла 0,5 мм / мин. Это значение соответствует скорости деформации, равной 0,56 × 10 −3 с -1 .

5. Результаты и обсуждение

5.1. Микроструктура меди до и после процесса «прокатка-прессование»

На рисунке 12 представлены изображения микроструктуры меди в исходном состоянии и после предварительной термообработки.В структуре деформированной меди четко показаны близнецы (рис. 12а), после деформации и отжига зерна меди имеют более равноосную форму (рис. 12б).

Рис. 12.

Оптические фотографии микроструктуры исходной меди после предварительной термообработки: (а) исходная микроструктура, (б) отжиг, (в) закалка и (г) нормализация.

Для оценки эффективности процесса «прокатка-прессование» необходимо сравнить микроструктуру образцов меди до и после деформации.Фотографии микроструктуры, полученные при исследовании меди после процесса «прокатка-прессование», представлены на рисунке 13.

Рисунок 13.

Оптические фотографии микроструктуры меди после трех проходов «прокатка-прессование» процесс: (а) исходная микроструктура, (б) отжиг, (в) гашение и (г) нормализация.

Микроструктурные исследования деформированных медных заготовок комбинированным процессом показали, что до деформации медь имеет грубую структуру с двойниками.Зерна имеют средний размер, равный 100 мкм (рис. 13). После первого прохода структура интенсивно уменьшается до 40 мкм по сравнению с исходным состоянием. В поперечном сечении структура однородна и имеет равноосные зерна. Однако в продольном разрезе конструкция имеет ударный ход в радиальном направлении. Индивидуальные изменения в структуре меди после «прокатки-прессования» были исследованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии (рис. 14).

Рисунок 14.

Микроструктура меди после трех проходов процесса «прокатка-прессование» в ступенчатой ​​матрице с равными каналами, полученная с помощью просвечивающего электронного микроскопа: (а) исходная микроструктура, (б) отжиг, (в) гашение и (d) нормализация.

Во время прокатки после первого прохода уменьшается межграничное расстояние в обоих поперечных сечениях. Уменьшение этих расстояний происходит из-за начального сжатия зерен из-за деформации. Создание новых границ происходит медленно, а вся фрагментация происходит в равной канальной угловой матрице. В соответствии с правилом Холла-Петча прокатка в первых циклах приводит к увеличению прочности параметров меди за счет уменьшения интервала между границами в обоих сечениях.

Также было установлено, что второй проход комбинированного процесса приводит к созданию структуры смешанного типа: мелкие рекристаллизованные и деформированные. Такая структура создается за счет действия двух процессов: фрагментации в ECA-матрице и рекристаллизации при прокатке. В результате медь с такой структурой обладает высокой пластичностью и прочностью. После третьего прохода медная структура показывает большую часть границ большого угла.

Исследования ПЭМ показали, что после двух проходов в продольном направлении появляются удлиненные зерна, которые при следующих проходах приобретают более равноосную форму зерна.Также происходит увеличение части бордюров с большими углами. После трех проходов медь образует структуру с равноосной формой, а средний размер зерен равен 3,5 мкм.

Комплексное исследование различных предварительных термообработок на медных заготовках, деформированных в процессе «прокатки-прессования», показало, что предварительная термообработка практически не влияет на размер зерен чистой меди.

5.2. Механические свойства меди до и после процесса «прокатки-прессования»

Испытания по определению микротвердости по Виккерсу проводились с использованием оптического микроскопа Leica, оборудованного боксом для определения твердости (рис. 15).

Рисунок 15.

Определение микротвердости меди.

Результаты микротвердости и среднего диаметра зерна меди после термической предварительной обработки представлены в таблице 2. В отличие от других сплавов, медь имеет самую высокую твердость после медленного охлаждения на воздухе, а после быстрого охлаждения в воде жесткость становится самой низкой. После процесса «прокатки-прессования» были проведены измерения микротвердости по Виккерсу, испытания на растяжение и сжатие.

Процесс термообработки Микротвердость HV Средний диаметр зерна, мкм
Исходная микроструктура 97.5 100
Отжиг 104,6 125
Нормализация 109,5 105
Тушение 96,8 95

Таблица 2.

Микротвердость и средняя диаметр зерна меди после предварительной термообработки.

Прочностные характеристики представлены значениями предела текучести и растягивающего напряжения; пластические характеристики представлены значениями относительного сокращения и удлинения (таблица 3).

0 9030 5,7 7.2
Процесс термообработки Микротвердость HV Предел текучести, МПа Растягивающее напряжение, МПа ψ,%
0 9030 909 229,4 402 469 25,5 3,6
Отжиг 215,7 360 374 36,3 8.0
Нормализация 236,8 402 502 22,2
Тушение 246,1 460 560 26,0

Таблица 3.

Результаты механических испытаний меди после процесса "прокатка-прессование".

Наиболее интенсивное упрочнение меди происходит при относительно малых степенях деформации (два прохода), затем процесс упрочнения становится медленным, а при последующей деформации происходит динамическое ослабление; в результате структура менее обработана.

6. Выводы

В ходе теоретического исследования комбинированного процесса «прокатка-прессование» с равнопроходной ступенчатой ​​матрицей были получены следующие результаты:

  • Получены эмпирические уравнения для определения значений силы качения, прессования, и обратное давление от матрицы.

  • Составлена ​​программа для определения оптимального значения угла пересечения каналов в матрице, позволяющая быстро определить оптимальные условия для реализации этого комбинированного процесса.

  • Получены формулы для определения диаметров валков, значения которых обеспечат наилучший угол захвата заготовки.

  • В ходе компьютерного моделирования были изучены параметры напряженно-деформированного состояния, распределения температуры и влияние наклона заготовки на параметры процесса. Полученные результаты указывают на возможность получения деталей с суб-ультрамелкозернистой структурой при реализации комбинированного процесса «прокатка-прессование».”

После эксперимента по изучению влияния процесса“ прокатка-прессование ”на микроструктуру меди были получены следующие результаты:

  • После первого прохода структура меди интенсивно уменьшается до примерно 40 мкм.

  • Создание новых границ происходит медленно; вся фрагментация происходит в ECA-матрице.

  • После трех проходов в медных формах структура с равноосной формой и средним размером зерен равна 3.5 мкм.

  • Всестороннее изучение влияния различных предварительных термических обработок на структурные изменения в меди после процесса «прокатка-прессование» показало, что предварительная термическая обработка оказывает незначительное влияние на размер зерна чистой меди, возникающий в результате сильной пластической деформации.

В то же время, при практически одинаковом размере зерна структуры после процесса «прокатки-прессования», медь после закалки имеет более высокие значения предела текучести и растягивающего напряжения по сравнению с медью, полученной после других процессов термообработки. ,

Химическое видообразование и потенциальная мобильность тяжелых металлов в почве бывшего оловянного рудника

0
  • Журналы
  • Публикуйте с нами
  • Публикации о партнерстве
  • О нас
  • Блог

Обзор научного мира

+ Journal MenuPourFourJourself РецензентыДля редакторовСодержаниеСпециальные вопросыПоделиться The Scientific World Journal / 2012 / Статья Разделы статьи

На этой странице

АннотацияВведение ,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о