Ringkasan umum


Sampai saat ini, logam tahan api - vanadium, kromium, niobium, tantalum, molibdenum dan tungsten digunakan terutama untuk paduan paduan berdasarkan logam seperti besi, nikel, kobalt, aluminium, tembaga, dan dalam jumlah yang sangat terbatas di kawasan industri lain, misalnya di lampu listrik dan industri kimia.
Untuk paduannya, logam yang mengandung 1-2% pengotor sudah cukup. Logam tahan api dengan kandungan pengotor seperti itu sangat rapuh dan tidak cocok untuk digunakan sebagai bahan struktural. Namun, keuletan logam tahan api meningkat seiring dengan meningkatnya kemurniannya, dan masalah penggunaannya sebagai bahan struktural menjadi sangat nyata setelah berkembangnya metode untuk memproduksi logam-logam ini dengan kandungan pengotor yang sangat rendah.
Logam tahan api biasanya diperoleh dengan mereduksi garam atau oksidanya dengan logam aktif atau hidrogen, serta dengan elektrolisis.
Vanadium diperoleh dengan mereduksi pentoksidanya dengan kalsium atau vanadium triklorida dengan magnesium atau kalsium. Vanadium paling murni diperoleh dengan metode iodida, serta pemurnian elektrolitik dalam garam cair.
Cara sederhana untuk mendapatkan kromium yang cukup murni adalah dengan pengendapan elektrolitik dari larutan air. Namun, kromium elektrolitik mengandung sejumlah besar oksigen dan hidrogen. Kromium yang sangat murni diperoleh dengan metode iodida, serta dengan distilasi vakum dan pemurnian hidrogen dari kromium yang secara teknis murni.
Niobium biasanya terdapat di alam bersama dengan tantalum. Oleh karena itu, ketika memperoleh logam-logam ini dalam bentuk murni, diperlukan pemisahan yang hati-hati. Setelah pemisahan, tantalum murni diperoleh dengan mereduksi fluorotantalatnya dengan natrium atau logam aktif lainnya. Niobium diekstraksi dari niobium karbida atau oksida, yang terbentuk ketika tantalum dan niobium dipisahkan. Niobium juga dapat diperoleh dengan elektrolisis kalium fluoroniobat dan reduksi niobium pentaklorida dengan hidrogen. Untuk pemurnian akhir, tantalum dan niobium dilebur dalam ruang hampa tinggi.
Molibdenum dan tungsten diperoleh dengan mereduksi oksida murni, klorida atau garam amoniumnya dengan hidrogen.
Perlu dicatat bahwa setelah ekstraksi dari bijih, sebagian besar logam tahan api berbentuk bubuk atau spons. Oleh karena itu, untuk memperolehnya dalam bentuk padat, digunakan metode metalurgi serbuk, peleburan busur, dan, baru-baru ini, peleburan berkas elektron yang sangat efektif.

Sifat fisik dan kimia logam tahan api murni


Logam tahan api yang dibahas di sini termasuk dalam subkelompok VA (vanadium, niobium dan tantalum) dan VIA (kromium, molibdenum dan tungsten).
Beberapa sifat fisik logam tahan api murni diberikan dalam tabel. 25.

Di antara sifat fisik lainnya dari logam tahan api murni, penampang yang relatif kecil untuk penangkapan neutron termal harus diperhatikan: niobium 1.1, molibdenum 2.4, kromium 2.9 dan lumbung tungsten 4.7. Tungsten dan molibdenum paling murni pada suhu mendekati nol mutlak adalah superkonduktor.
Hal ini juga berlaku untuk vanadium, niobium dan tantalum, yang suhu transisinya ke keadaan superkonduktor masing-masing adalah 5,9 dan 4,5° K.
Sifat kimia logam tahan api murni sangat berbeda. Kromium tahan terhadap udara dan air pada suhu kamar. Ketika suhu meningkat, aktivitas kromium meningkat dan secara langsung bergabung dengan halogen, nitrogen, karbon, silikon, boron dan sejumlah elemen lainnya, dan terbakar dalam oksigen.
Vanadium aktif secara kimia. Ia mulai berinteraksi dengan oksigen, hidrogen dan nitrogen pada suhu di atas 300° C. Vanadium bereaksi dengan halogen secara langsung ketika dipanaskan hingga 150-200° C.
Molibdenum stabil di udara dan oksigen pada suhu kamar, tetapi ketika dipanaskan di atas 400° C ia mulai teroksidasi secara intensif. Ia tidak bereaksi secara kimia dengan hidrogen, tetapi menyerapnya dengan lemah. Molibdenum aktif berinteraksi dengan fluor pada suhu biasa, mulai berinteraksi dengan klorin pada 180 ° C, dan hampir tidak bereaksi dengan uap yodium.
Tungsten juga stabil di udara dan oksigen pada suhu kamar, tetapi teroksidasi kuat bila dipanaskan di atas 500° C. Tungsten tidak bereaksi dengan hidrogen hingga titik leleh. Bereaksi dengan fluor pada suhu kamar, dengan klorin pada suhu di atas 300 ° C dan bereaksi sangat sulit dengan uap yodium.
Dari logam yang dipertimbangkan, tantalum dan niobium murni memiliki ketahanan korosi tertinggi. Mereka stabil dalam asam klorida, sulfat, nitrat dan asam lainnya dan agak kurang stabil dalam basa. Di banyak lingkungan, tantalum murni mendekati platinum dalam hal ketahanan kimianya. Ciri khas tantalum dan niobium adalah kemampuannya menyerap hidrogen, nitrogen, dan oksigen dalam jumlah besar. Ketika dipanaskan di atas 500° C, logam-logam ini teroksidasi secara intensif di udara.
Untuk kemungkinan penggunaan logam tahan api pada suhu tinggi, kecenderungannya untuk teroksidasi sangatlah penting. Dari logam yang dipertimbangkan, hanya kromium murni yang memiliki ketahanan tinggi terhadap oksidasi. Semua logam tahan api lainnya teroksidasi secara intensif pada suhu di atas 500-600° C. Tingginya ketahanan kromium terhadap oksidasi disebabkan oleh pembentukan lapisan oksida tahan api padat pada permukaannya, yang melindungi logam dari oksidasi lebih lanjut. Tidak ada lapisan oksida pelindung yang terbentuk pada permukaan logam tahan api lainnya.
Oksida molibdenum dan vanadium sangat mudah melebur (titik lelehnya masing-masing 795 dan 660 ° C) dan mudah menguap. Oksida niobium, tantalum, dan tungsten memiliki titik leleh yang relatif tinggi (masing-masing 1460, 1900, dan 1470 ° C), tetapi volume spesifiknya secara signifikan melebihi volume spesifik logam terkait. Oleh karena itu, lapisan oksida, meskipun ketebalannya sangat kecil, retak dan terkelupas dari logam, sehingga oksigen dapat mengakses permukaannya yang bersih.

Sifat mekanik logam tahan api murni dan pengaruh pengotor pada sifat ini


Karena semua logam tahan api yang dijelaskan memiliki kisi yang berpusat pada benda, sifat mekaniknya memiliki sejumlah ciri khas logam dengan struktur seperti itu. Sifat mekanik logam tahan api (kekuatan tarik, keuletan, kekerasan) sangat bergantung pada adanya pengotor di dalamnya. Dampak negatif dari pengotor dalam jumlah kecil terhadap sifat plastiknya sangatlah besar.
Peran yang menentukan dalam mengubah karakteristik mekanis logam yang berpusat pada tubuh dimainkan oleh pengotor interstisial seperti karbon, nitrogen, oksigen, dan hidrogen yang memasuki ruang interstisial.
Jadi, dalam molibdenum yang dilebur dalam tungku busur, kandungan karbon dapat dikurangi menjadi 0,01%, dan kandungan gas dapat dikurangi hingga nilai yang sangat kecil, misalnya oksigen menjadi 1 bagian per juta. Batang seperti itu dapat ditekuk tanpa kerusakan hingga suhu sekitar -50° C, tetapi patah selama uji tumbukan.
Dengan peleburan zona, kandungan karbon dalam molibdenum dapat dikurangi dari 0,01 menjadi 0,002% ke bawah. Selama pengujian tumbukan, batang yang dibersihkan zonanya mempertahankan keuletannya hingga -140°C. Hal ini dengan jelas menunjukkan bahwa keuletan molibdenum (serta logam tahan api lainnya) merupakan fungsi dari kemurniannya terhadap pengotor interstisial. Dibebaskan dari kotoran ini, molibdenum dan logam tahan api lainnya dengan mudah tahan terhadap pemrosesan dingin (penggulungan, pengecapan, dan operasi serupa lainnya).
Tingkat pemurnian molibdenum dari oksigen memiliki pengaruh yang sangat kuat pada suhu transisi ke keadaan rapuh: pada 0,01% O2 ditambah 300° C, pada 0,002% O2 - ditambah 25° C, dan pada 0,0001%) O2 - dikurangi 196° DENGAN.
Saat ini, kristal molibdenum tunggal besar dengan panjang sekitar 500 mm dan penampang 25x75 mm sedang ditanam (dengan metode peleburan zona dengan pemanasan berkas elektron). Kristal tunggal ini mencapai kemurnian material yang tinggi dengan kandungan pengotor interstisial total kurang dari 40 bagian per juta. Kristal tunggal molibdenum paling murni dicirikan oleh plastisitas yang sangat tinggi hingga suhu helium cair.
Kristal tunggal molibdenum dapat ditekuk 180 derajat tanpa kerusakan; dari kristal tunggal molibdenum dengan diameter 12 mm, deformasi dingin dapat menghasilkan kawat dengan diameter 30 mikron dan panjang 700-800 m atau foil dengan ketebalan 50 mikron, yang dapat dicap dingin dengan gambar, yang sangat penting untuk mendapatkan sejumlah bagian penting untuk perangkat vakum listrik.
Kristal tunggal dari logam tahan api lainnya - tungsten, vanadium, niobium, tantalum - diperoleh dengan menggunakan metode serupa. Tungsten saat ini diproduksi melalui peleburan zona berkas elektron dalam bentuk kristal tunggal dengan diameter sekitar 5 mm dan panjang sekitar 250 mm dengan kepadatan dan kemurnian tinggi (99,9975% W). Tungsten ini bersifat plastik bahkan pada suhu -170° C.
Kristal tunggal tungsten yang diperoleh dengan peleburan berkas elektron dapat menahan pembengkokan dua kali pada suhu kamar, yang menunjukkan suhu transisi logam ini yang sangat rendah dari keadaan ulet ke keadaan rapuh. Untuk tungsten biasa, awal transisi ke keadaan rapuh adalah pada suhu di atas 700 °C.
Kristal tunggal tungsten mudah tahan terhadap pengerjaan dingin dan saat ini digunakan untuk pembuatan kawat, bahan batang, lembaran dan produk setengah jadi lainnya. Niobium kristal tunggal dapat berubah bentuk pada suhu kamar hingga kompresi 90% dan mempertahankan keuletan yang cukup tinggi pada suhu nitrogen cair (-194°C). Kristal tunggal tantalum yang dikompresi 80% juga masih memiliki keuletan yang cukup dalam pembuatan kawat.
Daktilitas yang sangat baik, pengerasan kerja yang minimal, ketahanan terhadap korosi yang tinggi, dan stabilitas yang baik merupakan karakteristik logam tahan api dengan kemurnian tinggi yang diperoleh dalam bentuk kristal tunggal melalui peleburan zona berkas elektron. Vanadium, niobium dan tantalum dalam bentuk ingot polikristalin dari peleburan berkas elektron atau kristal tunggal yang dimurnikan dengan peleburan zona tidak menjadi rapuh bahkan dengan pendinginan yang sangat dalam.

Penerapan logam tahan api murni


Penggunaan logam tahan api murni (dan di masa depan jelas hanya akan digunakan dalam bentuk ini) berkembang dalam dua arah utama: 1) untuk pesawat supersonik, peluru kendali, roket dan pesawat ruang angkasa; 2) untuk peralatan elektronik. Dalam kedua kasus tersebut, diperlukan logam paling murni, yang memiliki keuletan sangat tinggi, yang, seperti kita lihat di atas, dicapai dengan pemurnian mendalam logam tahan api dari pengotor interstisial.
Baja dan paduan tahan panas berbahan dasar nikel dan kobalt, yang dapat beroperasi pada suhu 650-870 ° C, tidak lagi memenuhi persyaratan teknologi penerbangan dan roket supersonik. Diperlukan bahan dengan kekuatan jangka panjang yang cukup pada suhu di atas 1100°C. Bahan tersebut adalah logam tahan api murni (atau paduan berdasarkan bahan tersebut), yang mampu mengalami deformasi plastis.
Untuk pembuatan kulit pesawat supersonik dan rudal, diperlukan lembaran molibdenum dan niobium murni, yang memiliki kekuatan spesifik lebih besar daripada tantalum dan tungsten, hingga 1300 °C.
Bagian dari turbin air-jet, roket dan turbojet beroperasi dalam kondisi yang lebih parah. Untuk pembuatan suku cadang ini yang beroperasi pada suhu hingga 1370 ° C, disarankan untuk menggunakan molibdenum dan niobium murni, tetapi pada suhu yang lebih tinggi hanya tantalum dan tungsten yang cocok. Untuk pekerjaan pada suhu di atas 1370° C, minat terbesar adalah pada tantalum murni dan paduannya, yang memiliki keuletan yang relatif tinggi pada suhu tersebut dan tidak kalah dengan tungsten dalam ketahanan panas.
Bagian turbin gas beroperasi dalam kondisi yang paling parah. Untuk bagian seperti itu, niobium murni dan paduan berdasarkan itu, yang memiliki ketahanan oksidasi yang dapat diterima, paling cocok.
Logam tahan api paling murni dapat digunakan dalam berbagai aplikasi dalam teknologi elektronik dan vakum. Tantalum adalah pengambil yang baik dan banyak digunakan dalam produksi tabung vakum. Niobium digunakan dalam teknologi vakum listrik untuk pembuatan anoda, kisi-kisi, tabung dan bagian lainnya. Molibdenum dan tungsten digunakan dalam perangkat vakum listrik dan tabung radio untuk pembuatan filamen, elektroda, kait, liontin, anoda, dan kisi-kisi.
Kristal tunggal tungsten dengan kemurnian tinggi dan bebas pori digunakan sebagai pemanas katoda pada perangkat vakum listrik, untuk kontak listrik, pada sakelar vakum, sebagai input ke instalasi vakum - di mana tidak adanya gas merupakan faktor penting.
Logam tahan api murni yang diproduksi menggunakan peleburan berkas elektron akan diterapkan langsung dalam produksi perangkat elektronik mini. Yang menarik adalah pelapis yang terbuat dari logam tahan api murni yang diperoleh dengan penyemprotan atau dekomposisi termal senyawa logam tahan api.
Vanadium dan niobium murni, karena penampangnya yang kecil untuk menangkap neutron termal, juga berhasil digunakan dalam energi nuklir. Vanadium digunakan untuk pembuatan pipa berdinding tipis untuk reaktor nuklir dan cangkang elemen bahan bakar, karena tidak bercampur dengan uranium dan memiliki konduktivitas termal yang baik serta ketahanan korosi yang cukup.
Niobium murni tidak berinteraksi dengan lelehan natrium dan bismut, yang sering digunakan sebagai pendingin, dan tidak membentuk senyawa rapuh dengan uranium.
Tantalum murni, karena ketahanannya terhadap korosi yang tinggi, digunakan untuk pembuatan suku cadang peralatan kimia yang beroperasi di lingkungan asam agresif, misalnya, dalam produksi serat buatan. Belakangan ini tantalum sering diganti di sini dengan niobium murni, yang lebih murah dan melimpah di alam. Kromium murni memiliki aplikasi serupa. Contoh-contoh ini masih jauh dari menghilangkan area penerapan logam tahan api paling murni yang terus berkembang.

07.02.2020

Sebelum membeli rak rak di Kyiv, seorang pengusaha harus memahami jenis, tujuan, dan nuansa pembeliannya. Mari kita pertimbangkan semua hal utama dan...

07.02.2020

Sebelum Anda mengambil kabel ekstensi pertama yang Anda temukan di konter dan membayar uang untuk itu, Anda perlu mencari tahu sendiri apakah perangkat tersebut cocok dalam hal panjang kabel, jumlah soket,...

06.02.2020

Geotekstil atau geofabric yang ditujukan untuk jalur taman adalah bahan yang murni secara biologis. Benang tipis yang ditekan membuatnya. Dalam desain lansekap...

Logam murni

logam dengan kandungan pengotor rendah. Tergantung pada tingkat kemurniannya, ada logam dengan kemurnian tinggi (99,90-99,99%), logam dengan kemurnian tinggi, atau murni secara kimia (99,99-99,999%), logam dengan kemurnian khusus, atau murni spektral, Logam ultra murni (lebih dari 99,999 % ).


Ensiklopedia Besar Soviet. - M.: Ensiklopedia Soviet. 1969-1978 .

Lihat apa itu “Logam murni” di kamus lain:

    logam murni- Logam dengan kandungan pengotor rendah (< 5 мас. %). Выделяют м. повыш. чистоты (от 99,90 до 99,99 %) и особой чистоты (от 9,999 до 99,9999 %). Тематики металлургия в целом EN pure metals … Panduan Penerjemah Teknis

    Logam atau paduan dengan kandungan pengotor rendah. Tergantung pada tingkat kemurniannya, logam dibedakan lih. kemurnian, atau murni secara teknis (99,0 99,90%). meningkatkan kemurnian (99,90 99,99%), kemurnian tinggi, atau murni secara kimia (99,99 99,999%). spesial... ... Kamus Besar Ensiklopedis Politeknik

    logam murni- logam dengan kandungan pengotor rendah (< 5 мас. %). Выделяют металлы повышенной чистоты (от 99,90 до 99,99 %) и особой чистоты (от 9,999 до 99,9999%); Смотри также: Металлы щелочные металлы ультрачистые металлы тяжелые металлы …

    LOGAM MURNI- melihat tingkat kemurnian logam atau paduannya... Kamus metalurgi

    Zat sederhana yang dalam kondisi normal mempunyai sifat-sifat yang khas: konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, koefisien konduktivitas listrik suhu negatif, kemampuan memantulkan gelombang elektromagnetik dengan baik... ...

    - (dari bahasa Yunani metallon, aslinya milikku, bijih, milikku), sederhana dalam va, yang dalam kondisi normal memiliki sifat karakteristik: konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, koefisien suhu negatif. konduktivitas listrik, kemampuan yang baik... ... Ensiklopedia fisik

    logam ultra murni- logam ultra-murni dengan kemurnian tinggi yang fraksi massa pengotornya tidak melebihi 1 · 10 3%. Tahapan utama teknologi produksi logam ultra murni: memperoleh senyawa kimia murni, mereduksinya menjadi... ... Kamus Ensiklopedis Metalurgi

    Logam dengan kemurnian tinggi, terutama logam murni, logam yang kandungan total pengotornya tidak melebihi 1․10 3% (berat). Tahapan utama teknologi produksi kimia: memperoleh senyawa kimia murni, mereduksinya menjadi... ... Ensiklopedia Besar Soviet

    logam radioaktif- logam yang menempati tempat dalam Tabel Periodik unsur dengan nomor atom lebih besar dari 83 (Bi), memancarkan partikel radioaktif: neutron, proton, partikel alfa, beta, atau kuanta gamma. Ditemukan di alam: At, Ac, Np, Pa, Po... Kamus Ensiklopedis Metalurgi

    logam transisi- unsur Ib dan VIIIb dari subkelompok Tabel Periodik. Kulit bagian dalam atom logam transisi hanya terisi sebagian. Ada logam d yang pengisian bertahapnya terjadi 3d (dari Se ke Ni), 4d (dari Y ke ... ... Kamus Ensiklopedis Metalurgi

DISTILASI VAKUM LOGAM REFRAKTORI PERIODE KE-4 (Mn, Cr, Fe, Ni, Co)

Logam yang paling tahan api dan mudah menguap yang saat ini didistilasi adalah mangan, kromium, besi, nikel, dan kobalt. Semua logam ini adalah bagian dari paduan teknis yang paling penting.

Sifat mekanik dan fisik paduan berdasarkan besi, nikel dan unsur tertentu lainnya, terutama sifat berbagai paduan tahan panas, sangat ditentukan oleh kemurnian bahan awal. Telah diketahui bahwa inklusi non-logam dan sejumlah pengotor yang membentuk eutektik yang dapat melebur secara tajam memperburuk banyak sifat paduan: keuletan, tahan panas, tahan korosi, dll. Pengotor yang sangat berbahaya dalam semua logam ini adalah timbal, bismut, kadmium, belerang, fosfor, nitrogen, dan oksigen. Dalam hal ini, produksi logam murni periode ke-4 sangat menarik baik dari sudut pandang mempelajari sifat-sifatnya maupun untuk mempelajari pengaruh aditif paduan terhadap perubahan sifat-sifat paduan.Logam murni diperlukan dalam teknologi vakum untuk pembuatannya. elektroda, untuk anoda tabung sinar-X dan untuk produksi beberapa bagian perangkat ion.Besi murni hampir tidak berinteraksi dengan uap merkuri.Dapat digunakan dalam tabung dengan katoda oksida, yang sangat sensitif terhadap kontaminasi sekecil apa pun. Besi murni memiliki permeabilitas magnet yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk melindungi medan magnet. Nikel dengan kemurnian tinggi diperlukan untuk melapisi berbagai logam tahan api. Sejumlah besar logam murni periode ke-4 dikonsumsi oleh industri kimia untuk pembuatan berbagai senyawa. Informasi rinci tentang pengaruh pengotor terhadap sifat-sifat logam tersebut dapat ditemukan dalam monografi.

Metode yang paling umum untuk memurnikan logam tahan api periode ke-4 adalah pengikatan kimia pengotor sebagai hasil proses redoks (seringkali dengan pengolahan dengan hidrogen), diikuti dengan degassing dan distilasi pengotor selama peleburan dalam ruang hampa. Pemrosesan logam cair dalam ruang hampa telah meluas selama 5-10 tahun terakhir. Ini digunakan tidak hanya untuk logam murni, tetapi juga untuk baja dan paduan lainnya. Tanpa dapat membahas secara rinci pekerjaan-pekerjaan yang relevan, yang cakupan permasalahannya jauh melampaui cakupan topik ini, kami akan membatasi diri hanya pada uraian pekerjaan penyulingan logam-logam tersebut dan penyulingan pengotor logam. . Informasi rinci mengenai peleburan vakum logam dan penghilangan pengotor gas dapat ditemukan di sejumlah kumpulan artikel dan monografi.

Dari logam-logam yang dibahas dalam paragraf ini, besi, nikel, dan kobalt termasuk dalam subkelompok besi golongan VIII tabel periodik. Sebagai pengotor utama dalam logam-logam ini, selain unsur-unsur terkait, terdapat tembaga, silikon, mangan, kromium, aluminium, karbon, fosfor, belerang dan gas (N 2, 0 2, H 2). Karena kesamaan sifat unsur-unsur terkait, tingkat pemurniannya selama distilasi rendah, tetapi penambahan kecil logam-logam ini berdampak kecil pada sifat-sifat unsur utama. Semua logam murni dari subkelompok besi bersifat ulet pada suhu kamar dan bahkan lebih rendah lagi, dan nikel bersifat ulet hingga suhu helium cair (4,2°K). Namun, peningkatan kandungan gas dan beberapa pengotor logam dapat menyebabkan peningkatan suhu transisi logam dari keadaan ulet ke keadaan getas. Oleh karena itu, besi yang mengandung >0,005% 0 2 menjadi rapuh pada suhu 20°C. Kobalt memiliki keuletan yang lebih rendah dibandingkan besi atau nikel, yang mungkin disebabkan oleh kemurniannya yang tidak memadai. Ketiga logam yang dipertimbangkan memiliki nilai tekanan uap yang serupa. Distilasinya biasanya dilakukan pada suhu 20-50 °C di atas titik leleh, meskipun semuanya menyublim dalam ruang hampa pada suhu > 1100 °C.

Tidak seperti logam dari subkelompok besi, kromium dan mangan dengan kemurnian tinggi bersifat rapuh pada suhu kamar. Bahkan konsentrasi kecil pengotor seperti karbon, belerang, nitrogen, dan oksigen secara tajam memperburuk sifat mekaniknya. Untuk kromium yang paling murni, suhu transisi dari keadaan getas ke keadaan plastis mendekati 50°C. Namun, suhu ini dapat dikurangi dengan memurnikan logam lebih lanjut.

Saat ini diyakini bahwa penyebab utama kerapuhan kromium pada suhu kamar adalah adanya nitrogen dan oksigen di dalamnya dalam jumlah <0,001%. Suhu di mana kromium berubah menjadi wujud plastik meningkat tajam dengan penambahan aluminium, tembaga, nikel, mangan, dan kobalt. Ada kemungkinan bahwa efek besar pemurnian kromium dari nitrogen dapat diperoleh dengan menyulingnya dalam volume terisolasi.

Mangan bersifat rapuh di seluruh rentang keberadaan fase α (hingga 700° C), sedangkan fase suhu tinggi (β- dan γ-Μπ) cukup plastis. Alasan kerapuhan α-Μn belum cukup dipelajari.

Kromium dan mangan memiliki tekanan uap yang signifikan di bawah titik lelehnya. Kromium menyublim dalam ruang hampa dengan laju yang nyata di atas 1200°C. Karena titik leleh kromium sekitar 1900°C, mustahil untuk melelehkannya dalam ruang hampa karena adanya sublimasi. Biasanya, peleburan logam asli atau kondensat dilakukan dalam gas inert pada tekanan lebih dari 700 mm Hg. Seni. Mangan disuling baik dengan sublimasi maupun dari fase cair.

Biasanya, distilasi semua logam tersebut dapat menghasilkan kondensat dengan kemurnian ~99,99%. Namun, pembersihan yang sangat efisien hanya dapat dilakukan bila menggunakan kondensor dengan gradien suhu. Distilasi kromium dan mangan dipelajari secara rinci terutama oleh Kroll dan di laboratorium penulis.

Distilasi mangan dalam ruang hampa pertama kali dijelaskan oleh Tiede dan Birnbrauer. Geiler mempelajari proses ini secara rinci dan menyelidiki sejumlah sifat mangan dengan kemurnian tinggi yang dihasilkan. Distilasi dilakukan dalam tabung kuarsa dengan panjang 600 mm dan diameter 100 mm. Mangan diuapkan dalam wadah magnesit dan dikondensasikan pada wadah serupa lainnya. Logam dipanaskan dengan arus frekuensi tinggi. Penguapan dilakukan pada suhu ~1250 °C dalam ruang hampa 1-2 mm Hg. Seni. Logam aluminotermik dengan kemurnian ~99% dan mangan teknis (~96–98%) digunakan sebagai bahan awal. Hasil distilasi tunggal ditunjukkan pada tabel. 48. Hasil logam murni adalah -50% dari berat beban. Dengan parameter proses yang ditentukan dan beban 2,7 kg, diperoleh 0,76 kg logam murni dalam waktu 5 jam. Pada instalasi Geyler, kemungkinan interaksi antara logam dan material pipa tidak dihilangkan, sehingga dalam beberapa percobaan, distilat terkontaminasi silikon.

Memungkinkan Anda menghemat sumber daya energi (kokas, batu bara), memperoleh hasil produk jadi yang lebih besar dari bahan mentah, memperpendek siklus produksi sekaligus meningkatkan kualitas dan memperbaiki keadaan ekologis atmosfer. Inilah metalurgi, yaitu reduksi logam dengan menggunakan hidrogen.

Prasejarah, atau Maju ke masa lalu untuk logam murni

Metalurgi telah menemani umat manusia sejak Zaman Perunggu dan Besi. Bahkan abad ke-14 SM. e. orang zaman dahulu melebur besi dengan metode tungku. Prinsipnya adalah mereduksi bijih besi dengan batubara pada suhu yang relatif rendah yaitu 1000 °C. Hasilnya, mereka mendapat kritsa - spons besi, kemudian ditempa untuk mendapatkan blanko, dari mana barang-barang rumah tangga dan senjata dibuat.

Sudah di abad ke-14, tungku primitif dan tanur sembur mulai muncul, yang meletakkan dasar bagi proses metalurgi modern: tanur sembur, perapian terbuka, dan konverter. Kelimpahan batu bara dan bijih besi menjadikan metode ini sebagai metode utama sejak lama. Namun, meningkatnya persyaratan untuk kualitas produk, penghematan sumber daya, dan keamanan lingkungan menyebabkan fakta bahwa pada pertengahan abad ke-19 mereka mulai kembali ke akarnya: menggunakan reduksi langsung logam murni. Instalasi modern pertama muncul pada tahun 1911 di Swedia, memproduksi sejumlah kecil logam yang diproduksi menggunakan hidrogen dengan kemurnian 99,99%. Saat itu, konsumen satu-satunya adalah laboratorium penelitian. Pada tahun 1969, sebuah pabrik dibuka di Portland (AS), memproduksi hingga 400 ribu ton logam murni. Dan sudah pada tahun 1975, 29 juta ton baja diproduksi di dunia dengan menggunakan metode ini.

Kini produk-produk tersebut diharapkan tidak hanya oleh industri penerbangan, pembuatan instrumen, perusahaan yang memproduksi instrumen medis dan elektronik, tetapi juga oleh banyak pihak lainnya. Teknologi ini telah memperoleh keuntungan khusus dalam metalurgi non-ferrous, tetapi dalam waktu dekat juga “metalurgi besi hidrogen”.

Jika dalam tabel periodik unsur DI Mendeleev kita menggambar diagonal dari berilium ke astatin, maka di kiri bawah sepanjang diagonal akan ada unsur logam (ini juga termasuk unsur subkelompok samping, disorot dengan warna biru), dan di kanan atas - unsur bukan logam (disorot dengan warna kuning). Unsur-unsur yang terletak dekat diagonal - semilogam atau metaloid (B, Si, Ge, Sb, dll.) memiliki karakter ganda (disorot dengan warna merah muda).

Seperti dapat dilihat dari gambar, sebagian besar unsurnya adalah logam.

Berdasarkan sifat kimianya, logam adalah unsur kimia yang atomnya melepaskan elektron dari tingkat energi eksternal atau pra-eksternal, membentuk ion bermuatan positif.

Hampir semua logam memiliki jari-jari yang relatif besar dan sejumlah kecil elektron (dari 1 hingga 3) pada tingkat energi terluar. Logam dicirikan oleh nilai elektronegativitas yang rendah dan sifat pereduksi.

Logam yang paling khas terletak pada awal periode (dimulai dari periode kedua), kemudian dari kiri ke kanan sifat logamnya melemah. Pada golongan dari atas ke bawah, sifat logam meningkat seiring dengan bertambahnya jari-jari atom (karena bertambahnya jumlah tingkat energi). Hal ini menyebabkan penurunan keelektronegatifan (kemampuan menarik elektron) unsur dan peningkatan sifat pereduksi (kemampuan menyumbangkan elektron ke atom lain dalam reaksi kimia).

Khas logam adalah unsur s (unsur golongan IA dari Li sampai Fr. unsur golongan PA dari Mg sampai Ra). Rumus elektronik umum atomnya adalah ns 1-2. Mereka dicirikan oleh bilangan oksidasi + I dan + II.

Kecilnya jumlah elektron (1-2) pada tingkat energi terluar atom logam pada umumnya berarti bahwa elektron-elektron ini mudah hilang dan menunjukkan sifat pereduksi yang kuat, sebagaimana tercermin dari nilai keelektronegatifan yang rendah. Ini menyiratkan terbatasnya sifat kimia dan metode memperoleh logam khas.

Ciri khas logam khas adalah kecenderungan atomnya membentuk kation dan ikatan kimia ionik dengan atom nonlogam. Senyawa logam khas dengan nonlogam adalah kristal ionik dari “metalanion nonlogam”, misalnya K + Br -, Ca 2+ O 2-. Kation logam khas juga termasuk dalam senyawa dengan anion kompleks - hidroksida dan garam, misalnya Mg 2+ (OH -) 2, (Li +)2CO 3 2-.

Logam golongan A yang membentuk diagonal amfoter pada Tabel Periodik Be-Al-Ge-Sb-Po, serta logam-logam di sekitarnya (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) tidak menunjukkan sifat logam yang khas. properti. Rumus elektronik umum atomnya ns 2 n.p. 0-4 melibatkan variasi bilangan oksidasi yang lebih besar, kemampuan yang lebih besar untuk mempertahankan elektronnya sendiri, penurunan bertahap dalam kemampuan reduksi dan munculnya kemampuan oksidasi, terutama dalam bilangan oksidasi tinggi (contoh tipikal adalah senyawa Tl III, Pb IV, Bi v) . Perilaku kimia yang serupa merupakan karakteristik sebagian besar (elemen d, yaitu elemen golongan B pada Tabel Periodik (contoh tipikal adalah elemen amfoter Cr dan Zn).

Perwujudan sifat dualitas (amfoter), baik logam (basa) maupun nonlogam, disebabkan oleh sifat ikatan kimianya. Dalam keadaan padat, senyawa logam atipikal dengan nonlogam sebagian besar mengandung ikatan kovalen (tetapi kurang kuat dibandingkan ikatan antar nonlogam). Dalam larutan, ikatan-ikatan ini mudah diputus, dan senyawa-senyawa tersebut terdisosiasi menjadi ion-ion (seluruhnya atau sebagian). Misalnya, logam galium terdiri dari molekul Ga 2; dalam keadaan padat, klorida aluminium dan merkuri (II) AlCl 3 dan HgCl 2 mengandung ikatan kovalen kuat, tetapi dalam larutan AlCl 3 terdisosiasi hampir seluruhnya, dan HgCl 2 - menjadi dalam jumlah yang sangat kecil (dan kemudian menjadi ion HgCl+ dan Cl-).


Sifat fisik umum logam

Karena adanya elektron bebas ("gas elektron") dalam kisi kristal, semua logam menunjukkan sifat umum karakteristik berikut:

1) Plastik- kemampuan untuk dengan mudah berubah bentuk, diregangkan menjadi kawat, dan digulung menjadi lembaran tipis.

2) Kilau metalik dan opacity. Hal ini disebabkan adanya interaksi elektron bebas dengan cahaya yang mengenai logam.

3) Konduktivitas listrik. Hal ini dijelaskan oleh pergerakan terarah elektron bebas dari kutub negatif ke kutub positif di bawah pengaruh beda potensial yang kecil. Bila dipanaskan, daya hantar listriknya menurun, karena Ketika suhu meningkat, getaran atom dan ion di titik-titik kisi kristal meningkat, yang mempersulit pergerakan terarah “gas elektron”.

4) Konduktivitas termal. Hal ini disebabkan oleh tingginya mobilitas elektron bebas, yang menyebabkan suhu dengan cepat menjadi seimbang dengan massa logam. Konduktivitas termal tertinggi ditemukan pada bismut dan merkuri.

5) Kekerasan. Yang paling sulit adalah krom (memotong kaca); logam alkali paling lembut - kalium, natrium, rubidium, dan cesium - dipotong dengan pisau.

6) Kepadatan. Semakin kecil massa atom suatu logam dan semakin besar jari-jari atomnya, maka semakin kecil pula logam tersebut. Yang paling ringan adalah litium (ρ=0,53 g/cm3); yang terberat adalah osmium (ρ=22,6 g/cm3). Logam dengan massa jenis kurang dari 5 g/cm3 dianggap “logam ringan”.

7) Titik leleh dan titik didih. Logam yang paling mudah melebur adalah merkuri (mp = -39°C), logam yang paling tahan api adalah tungsten (mp = 3390°C). Logam dengan suhu leleh di atas 1000°C dianggap tahan api, di bawah – titik leleh rendah.

Sifat kimia umum logam

Agen pereduksi kuat: Me 0 – nē → Me n +

Sejumlah tegangan mencirikan aktivitas komparatif logam dalam reaksi redoks dalam larutan air.

I.Reaksi logam dengan nonlogam

1) Dengan oksigen:
2Mg + O 2 → 2MgO

2) Dengan belerang:
Hg + S → HgS

3) Dengan halogen:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Dengan nitrogen:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3 N 2

5) Dengan fosfor:
3Ca + 2P – t° → Ca 3 P 2

6) Dengan hidrogen (hanya logam alkali dan alkali tanah yang bereaksi):
2Li + H 2 → 2LiH

Ca + H 2 → CaH 2

II. Reaksi logam dengan asam

1) Logam dalam rangkaian tegangan elektrokimia hingga H mereduksi asam non-pengoksidasi menjadi hidrogen:

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2

2Al+ 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2

6Na + 2H 3 PO 4 → 2Na 3 PO 4 + 3H 2

2) Dengan asam pengoksidasi:

Ketika asam nitrat dengan konsentrasi berapa pun dan asam sulfat pekat berinteraksi dengan logam Hidrogen tidak pernah dilepaskan!

Zn + 2H 2 SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

4Zn + 5H 2 SO 4(K) → 4ZnSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

3Zn + 4H 2 SO 4(K) → 3ZnSO 4 + S + 4H 2 O

2H 2 SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO 3 + 4Mg → 4Mg(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

AKU AKU AKU. Interaksi logam dengan air

1) Aktif (logam alkali dan alkali tanah) membentuk basa larut (alkali) dan hidrogen:

2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2

Ca+ 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2) Logam dengan aktivitas sedang dioksidasi oleh air ketika dipanaskan menjadi oksida:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Tidak aktif (Au, Ag, Pt) - tidak bereaksi.

IV. Perpindahan logam yang kurang aktif oleh logam yang lebih aktif dari larutan garamnya:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Dalam industri, mereka sering tidak menggunakan logam murni, tetapi campurannya - paduan, di mana sifat menguntungkan suatu logam dilengkapi dengan sifat menguntungkan logam lainnya. Jadi, tembaga memiliki kekerasan yang rendah dan tidak cocok untuk pembuatan suku cadang mesin, sedangkan paduan tembaga dan seng ( kuningan) sudah cukup keras dan banyak digunakan dalam bidang teknik mesin. Aluminium mempunyai keuletan yang tinggi dan cukup ringan (densitas rendah), namun terlalu lunak. Berdasarkan itu, paduan dengan magnesium, tembaga dan mangan disiapkan - duralumin (duralumin), yang, tanpa kehilangan sifat menguntungkan dari aluminium, memperoleh kekerasan tinggi dan cocok untuk konstruksi pesawat terbang. Paduan besi dengan karbon (dan bahan tambahan logam lainnya) sudah dikenal luas besi cor Dan baja.

Logam bebas adalah pemulih. Namun, beberapa logam memiliki reaktivitas yang rendah karena adanya lapisan film oksida permukaan, pada tingkat yang berbeda-beda, tahan terhadap bahan kimia seperti air, larutan asam dan basa.

Misalnya, timbal selalu dilapisi dengan lapisan oksida; peralihannya ke dalam larutan tidak hanya memerlukan paparan reagen (misalnya, asam nitrat encer), tetapi juga pemanasan. Lapisan oksida pada aluminium mencegah reaksinya dengan air, namun dihancurkan oleh asam dan basa. Film oksida lepas (karat), terbentuk pada permukaan besi di udara lembab, tidak mengganggu oksidasi besi lebih lanjut.

Di bawah pengaruh pekat asam terbentuk pada logam berkelanjutan film oksida. Fenomena ini disebut pasif. Jadi, secara terkonsentrasi asam sulfat logam seperti Be, Bi, Co, Fe, Mg dan Nb dipasivasi (dan kemudian tidak bereaksi dengan asam), dan dalam asam nitrat pekat - logam A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th dan kamu.

Ketika berinteraksi dengan zat pengoksidasi dalam larutan asam, sebagian besar logam berubah menjadi kation, yang muatannya ditentukan oleh kestabilan bilangan oksidasi suatu unsur dalam senyawa (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ dan Fe 3 +)

Aktivitas reduksi logam dalam larutan asam ditransmisikan melalui serangkaian tekanan. Sebagian besar logam dipindahkan ke dalam larutan dengan asam klorida dan asam sulfat encer, tetapi Cu, Ag dan Hg - hanya dengan asam sulfat (pekat) dan asam nitrat, dan Pt dan Au - dengan "regia vodka".

Korosi logam

Sifat kimia logam yang tidak diinginkan adalah penghancuran aktifnya (oksidasi) ketika bersentuhan dengan air dan di bawah pengaruh oksigen terlarut di dalamnya. (korosi oksigen). Misalnya, korosi pada produk besi dalam air telah diketahui secara luas, akibatnya terbentuk karat dan produk tersebut hancur menjadi bubuk.

Korosi logam juga terjadi di air karena adanya gas terlarut CO 2 dan SO 2; lingkungan asam tercipta, dan kation H+ digantikan oleh logam aktif dalam bentuk hidrogen H 2 ( korosi hidrogen).

Area kontak antara dua logam yang berbeda bisa sangat korosif ( korosi kontak). Pasangan galvanik terjadi antara satu logam, misalnya Fe, dan logam lain, misalnya Sn atau Cu, yang ditempatkan dalam air. Aliran elektron berpindah dari logam yang lebih aktif, yaitu ke kiri pada rangkaian tegangan (Re), ke logam yang kurang aktif (Sn, Cu), dan logam yang lebih aktif mengalami kehancuran (terkorosi).

Oleh karena itu, permukaan kaleng (besi yang dilapisi timah) akan berkarat jika disimpan di tempat yang lembab dan ditangani secara sembarangan (besi akan cepat rusak bahkan setelah muncul goresan kecil, sehingga setrika dapat bersentuhan dengan uap air). Sebaliknya, permukaan ember besi yang digalvanis tidak lama berkarat, karena kalaupun ada goresan, bukan besinya yang terkorosi, melainkan seng (logam yang lebih aktif daripada besi).

Ketahanan korosi untuk logam tertentu meningkat bila dilapisi dengan logam yang lebih aktif atau saat dilebur; Jadi, melapisi besi dengan kromium atau membuat paduan besi dan kromium menghilangkan korosi pada besi. Besi krom dan baja mengandung kromium ( besi tahan karat), memiliki ketahanan korosi yang tinggi.

elektrometalurgi, yaitu memperoleh logam dengan elektrolisis lelehan (untuk logam paling aktif) atau larutan garam;

pirometalurgi, yaitu perolehan logam dari bijih pada suhu tinggi (misalnya, produksi besi dalam proses tanur sembur);

hidrometalurgi, yaitu pemisahan logam dari larutan garamnya oleh logam yang lebih aktif (misalnya, produksi tembaga dari larutan CuSO 4 melalui aksi seng, besi atau aluminium).

Logam asli kadang-kadang ditemukan di alam (contoh tipikal adalah Ag, Au, Pt, Hg), namun logam lebih sering ditemukan dalam bentuk senyawa ( Bijih logam). Kelimpahan logam bervariasi di kerak bumi: dari yang paling umum - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) hingga yang paling langka - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.