Archive for июня, 2015

Главная » 2015 » June




Jun
30
2015

Молибден

К открытию молибдена причастны трое ученых: сначала швед Карл Шееле из молибденовой кислоты получил оксид MoO3 (1778 г.), затем француз П. Гьельм восстановил его углем и получил металл с примесями (1782 г.), а после Й. Берцелиус добился получения чистого молибдена в результате соединения оксида и водорода.

Добывают молибден по всей планете, поскольку он относительно равномерно распределен как по земной коре, так и в водах океанов. Этот элемент находится и в угле, и в нефти, но наибольшее его количество – в полевых шпатах.
Молибден

Молибден: физические свойства

Внешне молибден представляет собой металл традиционной светло-серой окраски. Он относится к категории тугоплавких, однако более чистый он становится более мягким. Главные характеристики молибдена:

  • плотность (н. у.) – 10,22 г/см³
  • температура плавления – 2620°C (2890 K)
  • температура кипения – 4639°C (4885 K)
  • теплопроводность при 300 K – 138 Вт/(м·К)

Молибден: химические свойства

Элемент Mo устойчив до уровня в 400°C, после которого он окисляется. На сегодня получены несколько оксидов молибдена, включая триоксид МоО3, оксид молибдена (IV) МоО2 и др. Также существуют карбиды – Mo2C и MoC, представляющие собой кристаллические высокоплавкие вещества.
молибден где применяется
Молибден присутствует в более чем 20 видов минералов. Самыми распространенными можно считать:

  • >молибденит - MoS2
  • молибдит - Fe(MoO4)3·nH2O
  • вульфенит - PbMoO4
  • повеллит - СаМоО4

Молибден: где применяется

Повсеместная добыча молибдена в мире обусловлена, прежде всего, нуждами мировой металлургии. Этот металл выступает в качестве легирующего компонента для большинства коррозионностойких и жаропрочных сталей. Кроме того, он незаменим для придания металлу повышенных прочностных характеристик и повышения вязкости. Не обходятся без молибдена и производители электрических лампочек и высокотемпературных печей. Химическая промышленность применяет Mo и его соединения в качестве катализаторов химических реакций, пигментов для красителей и пр.
применение молибдена
Еще одной сферой применения молибдена является медицина: чистый Mo помогает врачам диагностировать онкологические заболевания. Этот же элемент можно обнаружить в составе материала для зеркал мощных газодинамических лазеров.

Биологическая роль

Молибден нельзя назвать распространенным элементом, однако он присутствует в каждом человеческом организме. Более того, нехватка Mo в теле человека способна нарушить важнейшие биологические процессы, вызвав тем самым серьезные заболевания. Известно, что наибольшая концентрация молибдена присутствует в следующих продуктах: в молоке, печени, злаковых, бобовых, листовых овощах.

Jun
30
2015

Никель

Человечество, добывавшее медь в 17 веке, часто сталкивалось с веществом, похожим на медную руду. И только во второй половине 18 века достоинства этого «побочного» продукта были исследованы. Очень скоро металлурги выяснили, насколько ценным является никель для металлических сплавов, и какие широкие перспективы открывает его повсеместное применение.

Никель: описание

Очень тягучий, ковкий, этот серебристо-жёлтый металл сегодня добывают в сульфидных и никелевых рудах. На настоящее время выявлено 53 минерала, в которых содержится элемент Ni, и практически все они образовывались в условиях высоких температур и давления. Никель тяжело найти в живых организмах или поверхностных водах, однако он является частым спутником меди.
никель руда

Никель: физические свойства

Никель – это очень пластичный металл, который прекрасно поддается обработке, в том числе давлением.  Основные свойства:

  • плотность (при н. у.) – 8,902 г/см³
  • температура плавления – 1453°C (1726 K)
  • температура кипения – 2732°C (3005 K)
  • теплопроводность при 300 K – 90,9 Вт/(м·К)
  • модуль упругости – 196-210 ГПа
  • удельное электрическое сопротивление – 0,0684 мкОм∙м

Ферромагнитные свойства никеля делают этот металл непременным атрибутом магнитных сплавов и материалов, для которых характерно минимальное значение коэффициента теплового расширения.

Никель: химические свойства

Никель можно отнести к металлам средней химической активности. Для него характерно медленное замещение водорода в кислотах, поэтому он стоек к образованию коррозий, а также достаточно устойчив в воде, щелочах и на воздухе. Своей химической стойкости никель обязан довольно плотной защитной оксидной пленке.
никель металл
Химический элемент Ni может образовывать два оксида и два гидроксида:

  • оксид NiO
  • оксид Ni2O3
  • гидроксид Ni(OH)2
  • гидроксид Ni(OH)3

Чтобы растворить никель, его порошок помещают в азотную или горячую концентрированную серную кислоту:

3Ni+8HNO3 = 3Ni(NO3)2+2NO+4H2O

Ni+2H2SO4 = NiSO4+SO2+2H2O

Сплав железа с никелем

Сочетание «железо-никель» является достаточно удачным, причем сплав с 36% никеля и 64% железа имеет собственное название – инвар. Данное вещество обладает однофазной внутренней структурой, характеризуется высокой плотностью (8130 кг/м³) и относительно небольшим температурным коэффициентом линейного расширения. Основные сферы применения сплава «железо плюс никель» – детали часовых механизмов, эталоны длины, мерные проволоки, несущие конструкции лазеров и др.
Применение никеля

Применение никеля

Для чего нужен никель в наши дни? Элемент Ni, который тонкой пленкой наносится на металлы, надежно защищает их от коррозии (никелирование). Также никель участвует в создании разнообразных жаропрочных сплавов, аккумуляторов и химических катализаторов. Этот металл востребован медициной (протезирование) и производителями монет. Наконец, он является «участником» различных процессов, касающихся радиационных технологий (крайтроны и детекторы электронного захвата).

Jun
30
2015

Тантал

Открытие тантала состоялось в 1802 году, однако для получения первого образца чистого металла понадобилось еще 100 лет. Нахождение этого редкого элемента в земной коре крайне незначительно (0,0002 %). При этом он встречается как в виде стабильного (181Та), так и в виде радиоактивного изотопа (180mТа).

Тантал находят в гранитных, щелочных, кабонатитных месторождениях, где он может присутствовать в составе более чем 60-ти минералов, включая колумбит-танталит, манганотанталит, воджинит, лопарит и др. Этот металл добывается Египте, Таиланде, Франции, Нигерии, Канаде, странах СНГ. Самым же крупным месторождением танталовых руд в мире считается австралийское – Гринбушес.

Свойства тантала

Главная особенность тантала – исключительная химическая стойкость перед сильными кислотами и расплавами ще­лочных металлов. Нагрев этого металла на воздухе до 200-300оС приводит к его окислению, сопровождаемому образованием газонасыщенного слоя  под окисной пленкой.
Тантал
Физические характеристики тантала:

  • плотность – 16,6 г/см3
  • температура плавления – 2996°С
  • температура кипения – 5425°С
  • теплота сгорания – 1346 кал/г
  • теплопроводность при 20оС – 0,13 кал/см-сек-град
  • коэффициент линейного расширения при 20-500оС – 6,6*10-6

Сплавы тантала

Чтобы понять, для чего нужен тантал, стоит обратить внимание на его химические характеристики. Этот металл наделен слабыми химическими свойствами, поэтому не растворяется даже в царской водке. Эта его устойчивость используется при создании различных сплавов, в том числе идущих на изготовление металлических конструкций.

Лучшей легирующей добавкой тантала считают вольфрам, ниобий и молибден. Наиболее популярным и востребованным является сплав тантала и вольфрама (в количестве 10%), который отличается очень высоким пределом прочности – 96 кГ/мм2. Не менее распространен сплав тантала с гафнием, который выпускается в виде проката: листов, проволоки, полос, трубок и т.д.

Применение тантала

танталовые конденсаторы применение
Применение тантала и его многочисленных сплавов весьма разнообразно:

  • сухие электролитические кон­денсаторы
  • нагреватели в вакуумных печах
  • катоды косвенного нагрева
  • основа для производства ряда кислот (H2SO4, HCl, HNO3 и др.)

Благодаря стойкости металла к коррозии применение танталовых конденсаторов в радарных аппаратах и других электронных системах позволяет увеличить срок эксплуатации передатчиков до 10-12 лет. Используют тантал и ювелиры: этим металлом они часто заменят платину при изготовлении оболочек браслетов и часов.

Интересна и биологическая роль тантала, ведь он прекрасно воспринимается человеческим организмом, а потому идёт на производство пластин для черепных коробок, глазных протезов и материалов для сшивания нервных волокон.
тантал фольга

Стоимость тантала

Стоимость тантала зависит от вида проката и на 05.15 г. составляла (за 1 кг):

  • лист – $780
  • пентаоксид – $300
  • порошок – $590
  • проволока – $1360
  • пруток – $1180
Jun
30
2015

Плутоний

Этот металл называют драгоценным, однако не за красоту, а за незаменимость. В периодической системе Менделеева этот элемент занимает ячейку под номером 94. Именно с ним ученые связывают свои самые большие надежды, и именно плутоний они называют самым опасным металлом для человечества.

Плутоний: описание

По внешнему виду это серебристо-белый металл. Он является радиоактивным и может быть представлен в виде 15 изотопов, имеющих различные периоды полураспада, к примеру:

  • Pu-238 – около 90 лет
  • Pu-239 – около 24 тысяч лет
  • Pu-240 – 6580 лет
  • Pu-241 – 14 лет
  • Pu-242 – 370 тысяч лет
  • Pu-244 – около 80 миллионов лет

Оружейный плутоний
Этот металл нельзя добыть из руды, поскольку он является продуктом радиоактивного превращения урана.

Как получают плутоний?

Производство плутония требует расщепления урана, что можно осуществить только в атомных реакторах. Если же говорить о присутствии элемента Pu в земной коре, то на 4 миллиона тонн урановой руды будет приходиться всего 1 грамм чистого плутония. И этот грамм образуется путем естественного захвата нейтронов ядрами урана. Таким образом, чтобы получить это ядерное горючее (обычно – изотоп 239-Pu) в количестве нескольких килограмм необходимо проведение сложного технологического процесса в атомном реакторе.

Свойства плутония

плутоний
Радиоактивный металл плутоний обладает следующими физическими свойствами:

  • плотность 19,8 г/см3
  • температура плавления – 641°C
  • температура кипения – 3232°C
  • теплопроводность (при 300 K) – 6,74 Вт/(м·К)

Плутоний радиоактивен, поэтому теплый на ощупь. При этом для этого металла характерна самая низкая теплопроводность и электропроводность. Жидкий плутоний является самым вязким из всех существующих металлов.

Малейшее изменение температуры плутония приводит к моментальному изменению плотности вещества. В целом же, масса плутония постоянно меняется, поскольку ядра этого металла находятся в состоянии постоянного деления на более мелкие ядра и нейтроны. Критическая масса плутония – так называют минимальную массу делимого вещества, при которой протекание деления (цепной ядерной реакции) остается возможным. К примеру, критическая масса оружейного плутония – 11 кг (для сравнения, критическая масса высокообогащенного урана – 52 кг).

Синтез плутония

Уран и плутоний – основное ядерное горючее. Чтобы получить плутоний в больших количествах применяется две технологии:

  • облучение урана
  • облучение трансурановых элементов, полученных из отработанного топлива

Синтез плутония
Оба способа представляют собой отделение плутония и урана в результате протекания химической реакции.

Для получения чистого плутония-238 применяется нейтронное облучение нептуния-237. Этот же изотоп участвует в создании оружейного плутония-239, в частности, он является промежуточным продуктом распада. $1 млн. – именно столько составляет цена за 1 кг плутония-238.

Jun
30
2015

Марганец

Марганец имеет огромное значение для металлургии. Достаточно сказать, что без этого металла практически невозможно варить сталь. Неудивительно, что появление мартеновского способа плавления сталей многократно увеличило интерес к этому химическому элементу.

Получение марганца в промышленности

Марганец
Марганец получают тремя способами:

  1. Алюминотермический способ – восстановление оксида Mn2O3 в результате прокаливания пиролюзита: 4MnO2 = 2Mn2O3+O2, Mn2O3+2Al = 2Mn+Al2O3
  2. Восстановление железосодержащих оксидных марганцевых руд коксом
  3. Получение чистого металлического марганца электролизом

Марганец: физические свойства

Марганец принадлежит к группе черных металлов. Химический элемент Mn обладает следующими физическими свойствами:

  • плотность (н. у.) – 7,21 г/см³
  • температура плавления – 1517 K
  • температура кипения – 2235 K
  • теплопроводность при 300 K – 6,87 Вт/(м·К)
  • электропроводность: 0,00695·106 Ом−1·см−1

Окислительные свойства марганца

Марганец в металлургии

Повышенное содержание марганца в стали положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках сплавов. Широкое применение марганца в промышленности обусловлено способностями его ферросоединений «раскислять» стали при плавке. Практически это означает удаление из сплава кислорода и связывание серы. При повышении уровня Mn до 12-13 % сплав получает повышенную прочность и износостойкость (сталь Гадфильда, применение которой позволяет производить не восприимчивые к ударным нагрузкам железнодорожные крестовины, военные каски, тюремные оконные решетки и т.п.) Не менее востребован манганин, включающий 13% Mn: этот сплав отличает высокое электрическое сопротивление при неизменности температуры.

Окислительные свойства марганца

Диоксиды марганца идут на изготовление гальванических марганцево-цинковых элементов, где MnO2 выступает в роли окислителя-деполяризатора. Этот же оксид, равно как и KMnO4, являются основными окислителями в технологиях тонкого и промышленного органического синтеза.

Марганец: применение в медицине

Марганец: применение в медицине
Марганец в количестве 12 мг содержится в теле каждого человека. Почти половина сосредоточена в костях, остальная часть – мягкие ткани и мозг. Элемент Mn принадлежит к группе 10-ти жизненно необходимых человеку металлов, в частности, он отвечает за создание металлокомплексов с нуклеиновыми кислотами, аминокислотами и белками.

Самым известным лекарственным препаратом на основе марганца является перманганат калия или марганцовка (КМпО4). Это отличное кровоостанавливающее и антисептическое средство, имеющее высокую окислительную способность. Среди прочих лекарств – хлорид Mn (II) и сульфат Mn (II), применяемые медиками для лечения малокровия.

Нагревание марганцовки позволяет получить чистый кислород:

2KMnO4 = K2MnO4+MnO2+O2

Jun
30
2015

Палладий

Внешне палладий сильно напоминает серебро и платину, однако он заметно более легкий и мягкий. Он входит в группу платиновых металлов, причем, наряду с самой платиной в природе может встречаться в самородном состоянии. Обычно это смесь золота, серебра, палладия и иридия. На сегодня открыты лишь несколько месторождений палладистой платины (до 40% Pd).
Палладий
В целом же это крайне редкий металл, который встречается в различных соединениях: алмазные россыпи в Британской Гвинее – в составе потарита (PdHg, где содержание палладия достигает 34,8%), самородное золото в Бразилии – порпецит (Pd – 10-11%). Наконец, палладий находят в каменных и железных метеоритах – примерно 2-7 грамм на тонну.

Физические свойства

Палладий – это металл платиновой группы. Цвет палладия – серебристо-белый, больше напоминающий окраску серебра. Основные физические свойства элемента:

  • твердость (плотность) – 12,02 г/см3 (у серебра – 10,49 г/см3, у платины – 21,40 г/см3)
  • температура плавления – 1552°С
  • температура кипения – 3980°С
  • предел прочности на растяжение – 18,5 кг/мм2 (добавление 4% рутения и 1% родия увеличивает этот показатель в 2 раза)

Палладий металл
Металл Pd настолько мягок, что комфортно обрабатывается при комнатной температуре. При этом ему присуще такое свойство, как двукратное увеличение твердости при холодной ковке. Основными же способами обработки палладия выступают холодная прокатка и штамповка.

Химические свойства

Палладий уникален в своём роде с точки зрения строения наружной электронной оболочки. Она заполнена полностью, поэтому металл наделен невероятно высокой химической стойкостью. Однако противостоять действию сильных окислителей Pd в состоянии лишь до уровня в 500°С. Палладий участвует в образовании огромного числа комплексных соединений, которые широко применяются в различных отраслях промышленности.

Где применяется палладий?

Очевидно, что такой металл не могла обойти стороной ювелирная промышленность. Палладий очень красив, особенно в сочетании с камнями, никогда не тускнет и отлично обрабатывается. Этот металл используется для «отбеливания» золота: доля палладия в белом золоте составляет 1/7 часть.

Pd относительно дешёв, поэтому является наиболее доступным из всей линейки платиновых металлов. Если же учесть, что палладий наделен основными свойствами элементов данной группы, с его помощью удается значительно удешевить производство различных изделий, к примеру, зубных протезов или некоторых деталей сложной электротехники.
Где применяется палладий
Еще одно интересное качество палладия – его реакция на контакт с угарным газом. Как известно окись углерода CO является крайне опасным ядом, не имеющим запаха, цвета и вкуса. Обычная бумажка, смоченная в растворе хлористого палладия, моментально отреагирует на превышение содержания CO в воздухе (свыше 0,02 мг/л): она почернеет, поскольку в контакте с СО соединение PdCl2 начинает восстанавливаться в палладиевую чернь.

Используется палладий и в противогазах: небольшая добавка Pd выступает здесь в роли простейшего катализатора доокисления воздуха.

Палладий: цена

Но, что дороже – палладий или золото? Платина или палладий? Ответить на этот вопрос поможет сравнение цены грамма каждого из этих металлов (по состоянию на середину 2015 года):

  • Золото – $37,8
  • Платина – $34,6
  • Палладий – $21,7
  • Серебро – $0,5
Jun
30
2015

Ниобий

Набор свойств этого металла уникален, поэтому среди сфер его применения – и медицина, и производство монет, и алмазная промышленность. Прежде всего, в случае с ниобием отмечается его высокая устойчивость к большинству химических веществ, а также податливость к обработке при низких температурах. Для этого металла также характерна высокая температура перехода, что является определяющим фактором для производителей магнитов и сверхпроводящих кабелей.

Ниобий: химические свойства

Химическая устойчивость ниобия проявляется во взаимодействии с азотной, соляной, серной и ортофосфорной кислотами. Растворить металл можно лишь в сильно концентрированной едкой щелочи или концентрированной серной кислоте, предварительно нагрев ниобий до 150°C.
Ниобий
Соединения Nb с другими химическими элементами:

  • добавление графита приводит к созданию твёрдых и жаропрочных карбидов – NbC и Nb2C
  • добавление серы позволяет получать сульфиды – NbS, NbS2 и NbS3
  • с натрием ниобий образует нитриды – NbN и Nb2N
  • прокаливание на воздухе приводит к окислению металла – Nb2О5

Физические свойства Ниобия

Наиболее интересная особенность ниобия – возможность обработки давлением при небольших температурах и одновременное сохранение параметров и свойств металла при высоких температурах. Это хорошо видно по пределу прочности металла и его относительному удлинению:

  • предел прочности при 20оС – 342 Мн/м2
  • предел прочности при 800оС – 312 Мн/м2
  • отн. удл. при 20оС – 19,2%
  • отн. удл. при 800оС – 20,7%

Основные физические свойства ниобия:

  • плотность – 8,57 г/см3 (20°С)
  • температура плавления – 2500°С
  • температура кипения – 4927°С
  • теплопроводность при 0°С – 51,4 вт/(м·К)
  • теплопроводность при 600°С – 56,2 вт/(м·К)
  • удельное объемное электрическое сопротивление (0°С) – 15,22·10-8 ом·м (15,22·10-6 ом·см)
  • твердость по Бринеллю чистый ниобий – 450 Mн/м2
  • твердость по Бринеллю технический ниобий – 750-1800 Mн/м2

При добавлении в состав сплава ниобия элементов азота, водорода, кислорода или углерода его пластичность уменьшается, а твердость повышается.
Ниобий: применение

Ниобий: применение

Металлургия нуждается в данном металле, как в элементе, заметно улучшающем характеристики сталей и сплавов. Промышленность использует ниобий для производства самых ответственных изделий:

  • оболочки реакторов урановых и плутониевых установок
  • трубы для газо- и нефтепроводов
  • трубы и ёмкости для расплавленных металлов
  • детали электролитических конденсаторов
  • огнеупорные материалы
  • арматура для ламп
  • специальные стекла
  • карбиды
  • всевозможные изделия для химической промышленности, отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью и т.д.

Ниобий: цена
Кроме этого ниобий востребован в медицине (производство имплантатов), электронике и космической промышленности.

Ниобий: цена

В зависимости от того, в каком виде предлагается ниобий, цена за грамм этого металла может существенно варьироваться. Так, по состоянию на второй квартал 2015 года цена ниобия на российском рынке составляла (за кг):

  • в виде оксида (марка НБО-1) – 2470 руб. ($50)
  • в виде порошка (марка НБП1В) – 8900 руб. ($80)
  • в виде проволоки (марка НБ1) – 12900 руб. ($260)
  • в слитках (марка НБ1) – 11950 руб. ($240)
  • в штабиках (марка НБШ-1) – 9850 руб. ($200)

Таким образом, цена за грамм ниобия может составлять 2,4-12,9 рублей.

Jun
30
2015

Цирконий

Этот химический элемент, который впоследствии с атомной массой в 91,224 г/моль занял 40-е место в таблице Д.И. Менделеева, был получен шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом в начале XIX века. За основу был взят оксид ZrO2, который обнаружили в драгоценном камне, привезенном еще одним ученым – Мартином Генрихом Клапротом – с Цейлона. Успешным оказалось воздействие на фторцирконат калия металлического натрия:

К2[ZrF6] + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Цирконий
Итогом опытов стало получение чистого циркония – блестящего, серебристо-белого металла, невероятно пластичного, но вместе с тем достаточно плотного. Впоследствии выяснилось, что Zr прекрасно поддается обработке – горячей и холодной (ковка, прокатка, штамповка), но практически полностью теряет свои лучшие качества, получая неметаллические примеси.

Физические свойства Циркония

Известны 2 кристаллические модификации циркония:

  • α-цирконий – гексагональная плотноупакованная решетка (а = 3.228Å; с = 5,120Å)
  • β-цирконий – кубическая объемноцентрированная решетка (а = 3,61Å)

Получение β-формы из α-формы возможно при нагревании металла до 862°С.

Цирконий обладает следующими физическими свойствами:

  • плотность циркония – 6,45 г/см3 (при нормальных условиях, т.е. при 20°С)
  • температура плавления – 1825°С
  • температура кипения 3580-3700°С
  • удельная теплоемкость (25-100°С) – 0,291 кдж/(кг·К) [0,0693 кал/(г·°С)]
  • коэффициент теплопроводности (50°С) – 20,96 вт/(м·К) [0,050 кал/(см·сек·°С)]
  • температурный коэффициент линейного расширения (20-400°С) – 6,9·10-6
  • удельное электрическое сопротивление (20°С) – 44,1 мком·см

чистый цирконий
Металл, имеющий в качестве примесей водород, углерод, азот или кислород, заметно увеличивает в своей хрупкости. Чистый же цирконий наделен:

  • модулем упругости (20 °С) – 97 Гн/м2(9700 кгс/мм2)
  • пределом прочности при растяжении – 253 Мн/м2 (25,3 кгс/мм2)
  • твердостью по Бринеллю – 640-670 Мн/м2 (64-67 кгс/мм2)

Коррозионная стойкость циркония

Защита от коррозии – вот то качество, которое в случае с цирконием зачастую ставится во главу угла. Данный элемент не растворим ни в щелочах, ни в азотной или соляной кислотах. Это прекрасный легирующий элемент, который делает любые многокомпонентные магниевые сплавы на порядок более коррозионно-устойчивыми.
Цирконий применение
Помимо коррозионной защиты цирконий способен заметно улучшать и другие качества сплава: сохранять его вязкость, повышать ударопрочность, а в медных сплавах – сохранять электропроводность на фоне значительного упрочнения. Всего нескольких десятых процента Zr в магниевом сплаве увеличивают его прочность вдвое. Почти то же можно сказать и об алюминиевых сплавах, которые при наличии циркония на порядок повышают свои эксплуатационные характеристики.

Цирконий в металлургии

Цирконий – металл, широко используемый в металлургии. Прежде всего, его применяют в качестве высокоэффективного раскислителя (по этим свойствам Zr оказался лучше титана и марганца). Также цирконий способствует сохранению вязкости сталей, наделяя при этом их стойкостью к большим ударным нагрузкам. Наконец, элемент Zr выводит из сплава газы и серу, а значит, способствует сохранению пластичности металла.

Для примера: металлический сплав без циркония выдерживает ударную нагрузку в 900 кг. Лишь 0,1-процентная добавка Zr повышает её до 1600 кг.

В цветной металлургии цирконий выступает в качестве легирующего элемента, а также используется для повышения теплостойкости алюминиевых сплавов.

Jun
30
2015

Цинк

Своё название цинк получил с лёгкой руки Парацельса, назвавшего этот металл «zincum» («zinken»). В переводе с немецкого это означает «зубец» – именно такую форму имеют кристаллиты металлического цинка.

Нахождение цинка в природе

В чистом виде цинк в природе не встречается, однако он содержится в земной коре, в воде и даже практически в каждом живом организме. Его добыча чаще всего осуществляется из минералов: цинкита, виллемита, каламина, смитсонита и сфалерита. Последний является наиболее распространенным, а его основную часть составляет сульфид ZnS. Сфалерит в переводе с греческого – обманка. Такое название он получил из-за трудности определения минерала.
Нахождение цинка в природе
Zn можно обнаружить в термальных водах, где он постоянно мигрирует, осаждаясь в виде того же сульфида. В роли главного осадителя цинка выступает сероводород. В качестве биогенного элемента цинк активно участвует в жизни многих организмов, причем некоторые из них концентрируют в себе этот элемент (отдельные виды фиалок).

Наиболее крупными месторождениями минералов с содержанием Zn располагают Боливия и Австралия. Основные месторождения цинка в России находятся в Восточно-Сибирском и Уральском регионах. Общие прогнозируемые запасы страны – 22,7 млн. т.

Цинк: производство

Главное сырье для добычи цинка – это полиметаллическая руда, содержащая сульфид Zn в количестве 1-4 %. В дальнейшем это сырьё обогащается селективной флотацией, позволяющей получить цинковый концентрат (до 50-60 % Zn). Его помещают в печи, превращая сульфид в оксид ZnO. Затем обычно применяется дистилляционный (пирометаллургический) способ получения чистого Zn: концентрат обжигается и спекается до состояния зернистости и газопроницаемости, после чего восстанавливается коксом или углем при температуре 1200-1300°C. Простая формула показывает, как из оксида цинка получить цинк:

ZnO+С=Zn+CO

Данный способ позволяет добиться 98,7-процентной чистоты металла. Если же необходима чистота в 99,995%, применяется технологически более сложная очистка концентрата ректификацией.
применение цинка

Физические и химические свойства цинка

Элемент Zn, с атомной (молярной) массой 65,37 г/моль занимает в таблице Менделеева ячейку под номером 30. Чистый цинк – это металл сине-белого цвета с характерным металлическим блеском. Его основные характеристики:

  • плотность – 7,13 г/см3
  • температура плавления – 419,5оС (692,5 К)
  • температура кипения – 913оС (1186 К)
  • удельная теплоемкость цинка – 380 дж/кг
  • удельная электропроводность – 16,5*10-6 см/м
  • удельное электрическое сопротивление – 59,2*10-9 ом/м (при 293 К)

Контакт цинка с воздухом приводит к образованию оксидной пленки и потускнению поверхности металла. Элемент Zn легко образует оксиды, сульфиды, хлориды и фосфиды:

2Zn+О2=2ZnО

Zn+S=ZnS

Zn+Сl2=ZnСl2

3Zn+2Р=Zn3Р2

Цинк взаимодействует с водой, сероводородом, отлично растворяется в кислотах и щелочах:

Zn+Н2О=ZnО+Н2

Zn+Н2S=ZnS+Н2

Zn+Н2SO4=ZnSO42

4Zn+10НNО3=4Zn(NО3)2+NН4NО3+3 Н2О

Zn+2КОH+2Н2О=К2[Zn(ОН) 4]+Н2

Также цинк взаимодействует с раствором CuSO4, вытесняя медь, поскольку она менее активна, нежели Zn, а значит, первой выводится из раствора соли.

Цинк может находиться не только в твердом или пылеобразном виде, но и в виде газа. В частности, пары цинка возникают при сварочных работах. В данном виде Zn представляет собой яд, который становится причиной появления цинковой (металлической) лихорадки.

Сульфид цинка: физические и химические свойства

Свойства ZnS представлены в таблице:

Сульфид цинка: свойства

Jun
30
2015

Уран

В нормальных условиях радиоактивный элемент уран – это металл, имеющий большую атомную (молекулярную) массу – 238,02891 г/моль. По этому показателю он занимает второе место, т.к. тяжелее него только плутоний. Получение урана связано с последовательным выполнением целого ряда технологических операций:

  • концентрирование породы, её дробление и осаждение тяжелых фракций в воде
  • выщелачивание концентрата или кислородная продувка
  • перевод урана в твёрдое состояние (оксид либо тетрафторид UF4)
  • получение уранилнитрата UO2(NO3)2 путем растворения сырья в азотной кислоте
  • кристаллизация и прокаливание до получения оксида UO3
  • восстановление водородом до получения UO2
  • получение тетрафторида UF4 путем добавления газообразного фтористого водорода
  • восстановление металлического урана при помощи магния или кальция

уран металл

Минералы урана

Наиболее распространенные минералы U:

  • Настуран (уранинит) – самый известный оксид, который называют «тяжелой водой»
  • Карнотит
  • Тюямунит
  • Торбернит
  • Самарскит
  • Браннерит
  • Казолит
  • Клевеит

Производство урана

По данным российской компании Росатом, входящей в число мировых лидеров глобального уранового рынка,  всего на планете в 2014 году было добыто свыше 3 тысяч тонн урана. При этом, по словам представителей горнорудного дивизиона данной госкорпорации, объем российских запасов этого металла составляет 727,2 тысяч тонн (3-е место в мире), что гарантирует бесперебойную поставку необходимого сырья в течение многих десятилетий.

Уран: химические свойства

Основные химические свойства урана представлены в таблице:

Уран: химические свойства

Элемент U, подобно кюрию и плутонию, является искусственно получаемым элементом семейства актиноидов. Его химические свойства во многом схожи с характеристиками фольфрама, молибдена и хрома. Для урана характерна переменная валентность, а также склонность к образованию (UO2)+2 – уранила, являющегося комплексным ионом.

Методы обогащение урана

Как известно, природный U содержит 3 изотопа:

  • 238U (99,2745%)
  • 235U (0,72%)
  • 234U (0,0055%)

Под обогащением урана понимается увеличение в металле доли изотопа 235U – единственного, который способен на самостоятельную цепную ядерную реакцию.

Чтобы понять, как обогащают уран, необходимо учитывать степень его обогащения:

  • содержание 0,72% – может использоваться в некоторых энергетических реакторах
  • 2-5% – применяется в большинстве энергетических реакторов
  • до 20% (низкообогащенный) – для экспериментальных реакторов
  • более 20% (высокообогащенный или оружейный) – ядерные реакторы, оружие.

Как обогащают уран? Существует множество методов обогащения урана, но наиболее применимыми являются следующие:

  • электромагнитный – разгон элементарных частиц в специальном ускорителе и их закручивание в магнитном поле
  • аэродинамический – продувка газообразного урана через специальные сопла
  • газовое центрифугирование – находящийся в центрифуге урановый газ движется и по инерции отталкивает тяжелые молекулы к стенкам центрифуги
  • газодиффузионный метод обогащения урана – «просеивание» легких изотопов урана через мелкие поры специальных мембран

Где используется уран?

Где используется уран?

Основная сфера применения урана – топливо для ядерных реакторов, реакторов атомных электростанций, ядерных силовых установок. Кроме этого, изотоп 235U используется в ядерном оружии, в то время как необогащенный металл с высокой долей 238U позволяет получать вторичное ядерное топливо – плутоний.


Рубрики



Архив блога