Metale nieżelazne.

Metale nieżelazne:

• Aluminium
• Magnez
• Beryl
• Tytan
• Cynk
• Miedź
• Cyna
• Ołów
• Metale szlachetne

• Antymon
• Nikiel
• Kobalt
• Chrom
• Mangan
• Krzem
• Wolfram
• Molibden
• Tantal

Aluminium

Materiałem wyjściowym do otrzymania aluminium są jego związki

z tlenem Al

2

O

3

.

Występują w glinie, kaolinie i boksycie. Na skalę przemysłową aluminium

otrzymywane jest z boksytu.

Boksyt występuje we Francji, w Indiach, USA, Brazylia, Rosji, Węgrzech,

Rumunii, Grecji.

Otrzymywanie aluminium odbywa się w dwóch procesach:

1. Otrzymywanie czystego tlenku węgla Al

2

O

3

z boksytu metodą Bayera.

2. Redukcja tlenku glinowego przez termoelektrolizę.

Procesy:

• Kruszenie
• Suszenie
• Mieszanie
• Działanie w autoklawie
• Rozcięczanie
• Rozdzielanie
• Zagęszczanie
• Filtrowanie
• Parowanie
• Kalcynacja

 Al

2

O

3

Własności aluminium

hutniczego i najwyższym

stopniu czystości:

• Dobrze się spawa
• Lutuje
• Obrabia plastycznie

Szerokie

Zastosowanie:

• Budowa urządzeń
• Naczyń i pojemników
• Budownictwo
• Elektrotechnika

Stan

Lane

Utwardzone

obróbką

plastyczną na

zimno

Wyżarzone

zmiękczaj

ąco

Stopień

czystości [%]

99,9

8

99,5

0

99,98

99,50

99,98 99,50

R

m

[MPa]

40-

60

90-

12

0

110-140

130-180

40-70

70-

90

R

e

[MPa]

13-

22

30-

40

100-130

100-150

15-40

20-

40

Twardość

Brinella

12-

18

24-

32

2-30

33-40

15-19

18-

23

Wydłużenie [%]

50-

40

25-

18

5-4

8-4

55-30

35-

30

Stopy aluminium:

W porównaniu z czystym aluminium,

wszystkie stopy aluminium odznaczają

się podwyższoną wytrzymałością.

Dodatki stopowe wpływają na:

współczynnik rozszerzalności

cieplnej, przewodność elektryczną,

trwałość i odkształcalność.

Pierwiastki stopowe to: miedź, krzem,

magnez, cynk i mangan.

Magnez

Najważniejsze surowce do otrzymania magnezu to:
• Karnalit: KCl*MgCl

2

*6H

2

O

• Magnezyt: MgCO

3

• Dolomit: CaCO

3

*MgCO

3

Minerały te występują prawie wszędzie w skorupie

ziemskiej w dużych ilościach.

Otrzymywanie magnezu odbywa się w dwóch

następujących po sobie etapach:

1. Otrzymywanie czystego chlorku magnezu,
2. Termoelektroliza.

Magnez otrzymywany jest też przez redukcję tlenku

magnezu węglem. Odpada konieczność wytwarzania
MgCl

2

. Wadą jest większe zużycie materiałów i energii.

Elektroliza

Zastosowanie magnezu:

• Wytrzymałość na rozciąganie 100

MPa, wzrasta dwukrotnie po obróbce
plastycznej na zimno.

• Stosowany jest niemal wyłącznie jako

składnik stopowy

• Czysty magnez znajduje

zastosowanie w pożarnictwie jako
środek odtleniający.

Działanie dodatków stopowych

w stopach magnezu:

• Aluminium – wytrzymałość doraźna i twardość
• Cynk – do 2% podwyższa wytrzymałość

zmęczeniową i wytrzymałość na rozciąganie

• Mangan – odporność na korozję
• Krzem zwiększa lejność
• Cyrkon – zarodki krystalizacji, podwyższona

wytrzymałość bez zmiany wydłużenia względnego

• Tor i cer – zwiększa żaroodporność

Beryl

• Lekki metal ma duże znaczenie techniczne
• Jest trujący
• Duża przepuszczalność promieniowania

rentgenowskiego stosowany w lampach
rentgenowskich

• Mała absorpcja neutronów – technika

jądrowa

Tytan

• Duża wytrzymałość przy dobrej odporności

na korozję i niewielkiej gęstości

• Stopy tytanu uzyskują duże wytrzymałości

na rozciąganie – np.: TiA17Mo4 R

m

=1340M

Pa a granica plastyczności wynosi 1230
MPa.

• Łatwość obróbki skrawaniem
• Zła spawalność, - zaleca się łączenie

nitowane

Cynk

Najważniejsza ruda to blenda cynkowa – ZnS,
pozostałość to siarka, i domieszki ołowiu, żelaza,
miedzi, kadmu.
Występuje na wszystkich kontynentach i w
Niemczech.

Blendę praży się przy dostępie powietrza i
otrzymuje się blendę prażoną. Dalsza
obróbka to destylacja lub elektroliza.

Odporność i zastosowanie:

Cynk jest odporny na działanie gorącej wody,

zanieczyszczonego powietrza, roztwory soli, zasady,

kwasy, kwaśne środki żywnościowe (powstające sole

cynku powodują zatrucia i schorzenia jelit).

Zastosowanie to: cynkowanie stali, stopy cynku,

dodatek do stopów np.: miedzi, naczynia do urządzeń

galwanicznych, odlewy modelowe, blachy do pokryć

dachowych, ochrona katodowa kadłubów okrętów

Stopy cynku są używane do odlewania i do obróbki

plastycznej. Wykonuje się odlewy ciśnieniowe, korpusy

gaźników, elementy zegarów, małe części maszyn, w

przemyśle radiowotelewizyjnym, mało obciążone

łożyska...

Miedź

Najważniejsza ruda to chalkopiryt – CuFeS

2.

Największe złoża są w Ameryce, Afryce Rosji,
Skandynawii, Hiszpanii i Niemczech.

Chalkopiryt w czasie prażenia oddaje część siarki.
Następnie jest topiony w piecu szybowym i
konwektorach do wytopu miedzi. Produkty poddaje
się dalszej obróbce.

W trakcie wytopu, przedmuchiwania, rafinacji i
elektrolizy uzyskuje się produkty uboczne: cynk,
ołów, kadm, wanad,
Molibden, selen, nikiel, srebro, złoto platynę i
pallad.

Znane są stopy miedzi: brązy i mosiądze.

Wpływ dodatków na przewodność

miedzi:

Cyna

Najważniejsza ruda to kamień cynowy – kasteryt SnO

2

.

Kopalnie znajdują się Boliwii, Indii, Indonezji i Afryce.

Cyna jest metalem drogim. Wzbogacona ruda cynowa jest
redukowana węglem w piecach szybowych lub
płomieniowych.
Otrzymana cyna surowa jest oczyszczana przez przetapianie.

Nie jest trująca – używana w przemyśle spożywczym.
Szerokie zastosowanie do lutowania (lutowanie miękkie)
I jako dodatek stopowy – brązów, spiży i białych metali.

Ołów

Najważniejszą rudą jest galena PbS. Występuje w Ameryce, Meksyku,
Australia Europa.
Ołów otrzymuje się przez prażenie (wydziela się siarka) i redukcję
tlenku ołowiu koksem w piecach szybowych.

Ze względu na odporność na działanie kwasu siarkowego jest używany
w przemyśle chemicznym.
Znajduje zastosowanie jako płyty akumulatorowe, osłony kabli.
Osłona przed promieniowaniem rentgenowskim.
Składnik stopowy cyny do lutowania miękkiego.

Nikiel

Uzyskiwany głównie z rud siarczkowych – milerytu (nikiel i żelazo są
zmieszane z siarką), która jest wymieszana z chalkopirytem.
Występuje w Kanadzie Rosji i Chinach.

Ruda jest prażona (częściowe wydzielenie siarki) i topiona w piecach.

Nikiel daje się spawać, lutować i obrabiać skrawaniem.
Podczas obróbki na zimno umacnia się silnie.
Pod względem odporności na korozję przewyższa miedź.

Nikiel jest stosowany rzadko w postaci czystej. 80% produkcji używana
jest do stopów.

Stopy mają dużą wytrzymałość (stop Monela R

m

=500 MPa) także odporność

na działanie chemiczne oraz stopy z chromem – na korozję i temperaturę.
Zastosowano jako elementy grzejne, łopatki turbin, filtry do kwasów itp.

Kobalt

Występuje w postaci minerałów siarczkowych razem z
miedzią i niklem.

W przyrodzie występuje o liczbie masowej 59. Przez
napromieniowanie neutronami można wytworzyć
radioaktywny izotop
- kobalt 60, który wysyła promieniowanie gamma.

Głównie stosowany jako składnik stopowy. Uzyskuje się
wysokiej jakości stale.

Chrom

Najważniejsza ruda to chromit – FeCr

2

O

4

.

Występuje w Rosji, Afryce, Indii, Turcji, na Węgrzech.

Z rudy otrzymuje się w piecu łukowym przez redukcję węglem
stopiony żelazochrom.
Czysty chrom (99%) przez redukcję z aluminium.

Stosowany jest głównie jako składnik stopowy.
Jest też stosowany do chromowania wybłyszczającego.

Metale szlachetne.

Do metali szlachetnych zalicza się srebro i złoto oraz sześć platynowców:
rutyl, rod, pallad, osm, iryd i platyna. Występują częściowo samorodnie.

Odznaczają się dużą odpornością chemiczną.
Ze względu na cenę służą do wyrobu biżuterii, monet i naczyń stołowych.

Porównanie cen:
Wolfram/ srebro /złoto/ iryd/ platyna /osm
1 : 2,5 :100 : 290 : 300 : 420

W technice znalazły zastosowanie tylko w ważnych elementach.