Studiul Materialelor Metalice, Nemetalice și Materialelor Compozite

Studiul materialelor metalice,nemetalice si materialelor compozite

Extracţia materialelor, şi exemple de metale neferoase

şi feroase

Cu aproximativ doua sute de ani in urma, Lomonosov,in lucrarea sa “Bazele metalurgiei si arta mineritului” definea metalele astfel: “ Metalele sunt corpuri strălucitoare care se pot ciocani “

Intr-un lexicon german publicat in 1897 metalele erau caracterizate după cum urmează: “ Acele elemente care sunt bune conducătoare de căldura si electricitate, poseda luciu metalic, sunt netransparente in anumite proporţii in grosime”.

Pe baza cunoştinţelor căpătate pana in prezent, metalele pot fi definite ca elemente chimice cu structura cristalina care, spre deosebire de nemetale, prezintă proprietăţi fizico – chimice, mecanice si tehnologice.

Metalele care nu conţin fier se numesc metale neferoase. Acest grup include aproximativ 70 de elemente, de la aluminiu- metalul cel mai răspândit in scoarţa terestră - până la elementele artificiale cum este plutoniul, care nu se găsesc niciodată in natura.

Caracteristici

-majoritatea metalelor au un luciu caracteristic, deşi unele se corodează repede

-majoritatea metalelor rămân in stare solida la temperatura camerei ( deşi mercurul este lichid)

-majoritatea metalelor sunt bune conducătoare de căldura si electricitate

Aluminiul (Al)

Aluminiul, deşi este metalul cel mai răspândit din scoarţa terestra, o mare parte din el nu poate fi extrasa economic. Aluminiul este un metal ce reacţionează uşor cu alte substanţe, de aceea nu se găseşte niciodată singur, in “stare libera”. Majoritatea aluminiului este combinata chimic cu elemente de care nu poate fi separat cu uşurinţa.

Principalul minereu din care se extrage aluminiul este bauxita, care este bogata in alumina hidratata- oxid de aluminiu combinat cu apa. Zăcăminte de bauxita se găsesc in multe părţi ale lumii, inclusive in Australia, Jamaica, Guineea si Rusia. Aluminiul se obţine din bauxita prin electroliza apei- utilizarea unui curent electric care separa elementele unui compus chimic.

EX: statuia lui Eros din Londra, a fost dezvelita in anul 1893. Ea este făcută din aluminiu turnat, un metal rar si scump la acea vreme.

Cuprul (Cu)

Cuprul a fost unul din primele metale folosite, deoarece cantităţi mici din el apar in unele locuri in stare libera. Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura de cupru), calcopirita sau criscolul (ferosulfura de cupru), cupritul (oxidul cupros) si malachitul si azuritul (ambele forme ale carbonatului basic de cupru) .

Aliajele cuprului sunt: alama şi bronzul.

Surse importante de minereuri de cupru: SUA, Rusia, China, Zambia, Chile si Canada.

Metoda folosita pentru extracţia de cupru depinde natura minereului. Daca cuprul se găseşte in stare libera, el poate fi separat prin sfărâmarea minereului in bucăţi mici si amestecarea sa cu apa. Cuprul, fiind relativ greu, se depune pe fund.

Zincul ( Zn)

Prima utilizare a zincului a fost pentru obţinerea alamei, un aliaj de cupru si zinc. In acea vreme oamenii credeau ca obţin o forma a bronzului, care este un aliaj de cupru si staniu. Alama

s-a fabricat pentru prima data in jurul anului 1000 i. Hr. de poporul mossynoeci din N-E Turciei, iar mai târziu de perşi si români. Acest aliaj se obţine prin încălzirea cuprului cu mangal (o forma de carbon) si calamina pulverizata ( carbonat de zinc). Ca si aluminiul, zincul este rezistent la coroziune deoarece, expus la aer, pe suprafaţa sa se formează un strat de oxid protector.

Principalul minereu de zinc folosit astăzi este sfaleritul, sau blenda (sulfura de zinc)

Zăcăminte : America de Nord, Rusia, Australia, Peru, Japonia si Polonia.

Zincul poate fi extras din minereurile sale prin electroliza. Metalul se formează in forma de vapori care se condensează si apoi se solidifica .

Plumbul (Pb)

Era cunoscut de vechii egipteni, dar primii utilizatori pe scara larga a acestui metal au fost romanii, care l-au folosit la conductele de apa. Principala sursa de plumb este sulfura de plumb. Pentru obţinerea metalului, se încălzeşte sulfurq la aer, pentru a se transforma in oxid de plumb.

Acesta se reduce la plumb prin încălzirea cu carbon intr-un cuptor, iar apoi se înlătură impurităţile.

Staniul

Face parte din metalele neferoase mai scumpe, deoarece minereul sau principal( oxidul de staniu) se găseşte in concentraţii foarte mici. Pentru extracţia 200g de minereu, e necesara exploatarea unei tone de pământ. Staniul a fost prima dat aliat cu cuprul, obţinându-se bronzul.

Nichelul

Principalul minereu al nichelului este sulfura sa, care de obicei se găseşte amestecata cu alte minereuri. După separare, minereul de nichel se arde in prezenta oxigenului pentru producerea oxidului de nichel.

Extracţia aurului

Se obţine prin exploatarea rocilor aurifere si apoi sfărâmarea acestora pentru eliberarea metalului. Aurul este extrem de atractiv si nu-si pierde niciodată luciul, de aceea este o alegere evidenta pentru fabricarea bijuteriilor sau placarea unor articole făcute din metale mai ieftine. Este rar, costisitor de extras si foarte căutat, el este extrem de valoros.

Aurul participa la puţine reacţii chimice, de aceea se găseşte in stare libera. Aurul apare in roca de cuart si in nisipuri formate din aceasta roca, Insa fiecare tona de nisip poate conţine 30g aur, chiar si intr-un zăcământ bogat.

Zăcăminte: Africa de Sud, America de Nord, Rusia si Australia

Metalele feroase sunt elemente chimice aflate, de obicei în stare solidă la temperatura obişnuită, care au luciu caracteristic şi sunt bune conducătoare de căldură şi electricitate.

Câteva dintre metalele feroase sunt fierul, fonta şi oţelul.

Despre multe obiecte – un cui, o cheie, un cârlig, vergelele unui grilaj, şinele de cale ferată – se spune că sunt din fier. Puţini oameni ştiu, însă, că această afirmaţie nu este adevărată; nu există obiecte din fier pur. Folosit singur, fierul n-ar fi de interes practic şi nu s-ar produce în cantităţi mari. Dacă este, însă, combinat cu alte elemente chimice, formează aliajele, care au proprietăţi mai bune decât ale fierului pur.

Aliajele fierului sunt fontele şi oţelurile. Ele conţin fier şi carbon şi se obţin într-un cuptor special. În acest cuptor înalt numit furnal pe la partea superioară se introduc

- minereu de fier

- cocs, care conţine carbon, şi care, prin ardere, degajă multă căldură, crescând temperatura în furnal; în plus, cocsul contribuie la transformarea fierului în fontă;

- calcar, piatră de var, care facilitează îndepărtarea părţii nefolositoare din minereu.