Залізо, сталь та інші метали

Баштові крани, мости, інші споруди роблять зі сталі, яка містить до 0,2% углеродаЖелезо і сталь – найважливіші метали. Сталь отримують з заліза. З неї роблять безліч предметів – від нафтових вишок до канцелярських скріпок. Поряд з 80 чистими металами людям відомо чимало сплавів – сумішей металів, якості яких відрізняються від якостей чистих металів. Баштові крани, мости, інші споруди роблять зі сталі, яка містить до 0,2% вуглецю. Вуглець робить сталь міцніше, причому вона зберігає ковкість. Сталь покривають фарбою для захисту від корозії.

Залізо і сталь

Залізо – це елемент. Його добувають з руди – сполуки заліза з киснем. Велика частина видобутого заліза йде на виробництво сталі, сплаву заліза з вуглецем. Найбільш поширені залізні руди: магнетит і гематітНаіболее поширені залізні руди: магнетит (вгорі) і гематит (внизу). Залізо видобувається з руди в доменних печах. Цей процес називається плавкою. У печі через шар залізної руди, вапняку і коксу продувають дуже гаряче повітря. Кокс являє собою майже чистий вуглець, його отримують нагріванням вугілля. Вуглець коксу з’єднується з киснем, утворюючи монооксид вуглецю, який потім «витягує» кисень з руди, залишаючи чисте залізо, і утворює діоксид вуглецю. Це приклад реакцій відновлення. Руда, кокс і вапняк надходять у піч. Вапняк реагує з наявними в руді домішками, утворюючи шлак. Усередині печі розпечене повітря реагує з вуглецем. Утворюється монооксид вуглецю. При цьому температура в печі підвищується до 2000 ° С. Потім оксид вуглецю реагує з киснем руди, відновлюючи її до заліза. Розплавлений шлак витікає з нижньої частини печі. Його використовують у будівництві доріг. Наприкінці розплавлене залізо виводиться назовні. Доменна піч безперервно функціонує 10 років, поки її стінки не почнуть руйнуватися. Висота доменної печі 30 метрів, товщина її стін 3 метри.

Залізо, що отримується з руди, містить вуглець (близько 4%) та інші домішки, зокрема сірку. Домішки роблять залізо крихким, тому більшу його частину переробляють в сталь. При цьому з заліза видаляються домішки. У сталевих скріпках близько 0,08% вуглецю. Інструменти роблять із сталі, що містить хром, ванадій і до 1% вуглецю. Сталь отримують при впливі на розплавлене залізо кисню. Часто в залізо додають невелику кількість сталевого брухту. Кисень реагує з вуглецем, що містяться в залозі, при цьому утворюється монооксид вуглецю, використовуваний як паливо. Після очищення в сталі залишається не більше 0.04% вуглецю; його кількість залежить від марки сталі. Сталь отримують також шляхом переплавки сталевого брухту в дугової електропечі. Для одержання сталі розплавлене залізо і сталевий брухт заливають у піч, звану конвертером. У конвертер під високим тиском закачується майже чистий кисень. При його реакції з вуглецем виходить монооксид вуглецю (див. так само статтю “Хімічні реакції”). Інший спосіб отримання сталі – переплавлення сталевого брухту в дугової електропечі. Потужний електричний струм (див. статтю “Електрика”) розплавляє лом. Розплавлений шлак витікає з нижньої частини печі. Його використовують у будівництві доріг.

Сплави

Сплавом називається суміш двох або більше металів або металу і іншої речовини. У чистих металах атоми «упаковані» в тісні ряди. Ряди можуть ковзати відносно один одного, що робить метал мягкімТак, латунь – це сплав міді і цинку. Латунь міцніше міді, її легко обробляти, і вона не схильна до корозії. У чистих металах атоми «упаковані» в тісні ряди (рис. зліва). Ряди можуть ковзати відносно один одного, що робить метал м’яким. У сплаві інші атоми зміцнюють метал, т.к. зсув рядів вже невозможенПрі різких зрушеннях рядів метал ламається. У сплаві інші атоми зміцнюють метал (див. рис. Праворуч), тому що зсув рядів вже неможливий. Тому сплави міцніше чистих металів.
Багато металів самі по собі занадто м’які, щоб їх можна було використовувати, зате їх сплави можуть витримувати великий тиск і високі температури (див. статтю “Тепло і температура”). Сталь – це сплав заліза і вуглецю, неметалла. Додаючи невеликі кількості інших металів, можна отримати різновиди сталі. Ножі та виделки роблять із нержавіючої сталі – сплаву сталі, хрому і нікелю. Сплави сталі з марганцем надзвичайно міцні і використовуються в промисловості для виготовлення ріжучих інструментів. Алюмінієво-магнієві сплави легкі, міцні і не схильні до корозії. З них роблять велосипеди і літаки (див. статтю “Політ”).

Найважливіші метали і сплави

Алюміній. Дуже легкий сріблясто-білий метал, не схильний до корозії. Його отримують з бокситів шляхом електролізу. З алюмінію роблять електропроводи, літаки, кораблі (див. статтю “Плавучість”), автомобілі, банки для напоїв, фольгу для приготування їжі. Алюмінієві банки для напоїв дуже легкі та міцні.

Латунь. Ковкий сплав міді і цинку. З латуні роблять прикраси, орнаменти, музичні інструменти, гвинти, кнопки для одягу.

Бронза. Відомий з найдавніших часів ковкий, не схильний до корозії сплав міді та олова.

Кальцій. М’який сріблясто-білий метал. Входить до складу вапняку і крейди, а також кісток і зубів тварин. Кальцій в людському організмі міститься в кістках і зубах. Він використовується у виробництві цементу і високо якісної сталі.

Хром. Твердий сірий метал. Використовується у виробництві нержавіючої сталі. Хромом покривають металеві вироби в захисних цілях і для додання їм дзеркального блиску.

Мідь. Ковкий червонуватий метал. З міді роблять електропроводи, резервуари для гарячої води. Мідь входить до складу латуні, бронзи, мельхіору.

Мельхіор. Сплав міді і нікелю. З нього роблять майже всі «срібні» монети.

Золото. М’який неактивний яскраво-жовтий метал. Використовується в електроніці і в ювелірній справі.

Залізо. Ковкий сріблясто-білий ферромагнетик. Добувається в основному з руди в доменних печах. Використовується в інженерних конструкціях, а також у виробництві сталі і сплавів. У нашій крові теж є залізо.

Свинець. Важкий ковкий отруйний синювато-білий метал. Видобувається з мінералу галеніту. З свинцю роблять електричні батареї, даху та екрани, що захищають від рентгенівських променів.

Магній. Легкий сріблясто-білий метал. Горить яскраво-білим полум’ям. Використовується для сигнальних вогнів і феєрверків. Входить до складу легких сплавів. У святкових ракетах є магнії і інші метали.

Ртуть. Важкий сріблясто-білий отруйний рідкий метал. Використовується в термометрах, входить до складу зубної амальгами і вибухових речовин.

Платина. Ковкий сріблясто-білий неактивний метал. Використовується як каталізатор, а також в електроніці та у виробництві ювелірних виробів. Платина не вступає в реакції. З неї роблять прикраси.

Плутоній. Радіоактивний метал. Утворюється в ядерних реакторах при бомбардуванні урану і використовується у виробництві ядерної зброї (див. статтю “Ядерна енергія і радіоактивність”).

Калій. Легкий сріблястий метал. Дуже хімічно активний. Калієві сполуки входять до складу добрив.

Срібло. Ковкий сірувато-білий метал. Добре проводить тепло і електрику. З нього роблять прикраси та столові прилади. Входить до складу фотоемульсії (див. статтю “Фотографія і фотоапарати”).

Припой. Сплав олова та свинцю. Плавиться при порівняно низькій температурі. Використовується для спайки проводів в електроніці.

Натрій. М’який сріблясто-білий хімічно активний метал. Входить до складу кухонної солі. Використовується у виробництві натрієвих ламп і в хімічній промисловості.

Сталь. Сплав заліза з вуглецем. Широко застосовується в промисловості. Нержавіюча сталь – сплав сталі з хромом – не схильна до корозії і використовується в авіакосмічній промисловості (див. статтю “Ракети та космічні апарати”).

Олово. М’який ковкий сріблясто-білий метал. Шаром олова сталь захищають від корозії. Входить до складу таких сплавів, як бронза і припій.

Титан. Міцний білий ковкий метал, не схильний до корозії. З титанових сплавів роблять космічні апарати, літаки, велосипеди.

Вольфрам. Твердий сірувато-білий метал. З нього виготовляють нитки ламп розжарювання і деталі електронних приладів. Зі сталі з Нитка вольфрамом роблять розжарювання ріжучі інструменти.
Уран. Сріблясто-білий радіоактивний метал, джерело ядерної енергії. Застосовується при створенні ядерної зброї.

Ванадій. Твердий отруйний білий метал. Надає міцність сталевим сплавам. Використовується як каталізатор при виробництві сірчаної кислоти.

Цинк. Синювато-білий метал. Видобувається з цинкової обманки. Використовується для гальванізації заліза, виробництва електробатареек. Входить до складу латуні.

Переробка металів

Переробка – це повторне використання сировини, спосіб зберегти природні ресурси. Метали легко піддаються переробці, тому що їх можна переплавити і отримати метал такої ж якості, як і той, що виходить безпосередньо з руди. Переплавляти сталь і алюміній нескладно і вигідно. Мідь, олово, свинець також піддаються переплавки. Залізні і сталеві предмети можна витягти з купи відходів за допомогою сильного магніту. Більшу частину стали для переробки добувають зі старих автомобілів і верстатів, але частину її одержують з фабричних металевих тирси і навіть побутових відходів. Сталевий брухт змішують з розплавленим залізом і отримують нову сталь.

Для переробки алюмінієвих банок необхідно в 20 разів менше енергії, ніж для виробництва нового алюмініяАлюміній – НЕ ферромагнетик, але алюмінієві відходи можна відокремити від залізного брухту за допомогою електромагніту. Більше половини банок для напоїв роблять з алюмінію, отриманого шляхом переробки. Щоб дізнатися, зроблена банку із сталі або алюмінію, візьми магніт. До сталевої банку він прилипне, а до алюмінієвої – ні. Переробка металобрухту вимагає значно менше енергії, ніж отримання металу з руди, і відходів при переробці менше. Теоретично метал можна переробляти скільки завгодно разів. Для переробки алюмінієвих банок необхідно в 20 разів менше енергії, ніж для виробництва нового алюмінію.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Парадокси руху