Чистые металлы. Чище, еще чище! I. Реакции металлов с неметаллами
Очень долго считались хрупкими и некоторые другие металлы - хром, молибден, вольфрам, тантал, висмут, цирконий и т. д. Однако так было до тех пор, пока не научились их получать в достаточно чистом виде. Как только это удалось, оказалось, что эти металлы очень пластичны даже при низких температурах. Кроме того, они не ржавеют и обладают еще целым рядом ценных свойств. Теперь эти металлы широко применяются в различных отраслях промышленности.
Но что же такое - чистый металл? Оказывается, на это тоже нельзя дать однозначного ответа. Условно по чистоте металлы делятся на три группы - технически чистые, химически чистые и особо чистые. Если сплав содержит не менее 99,9 процента основного металла - это техническая чистота. От 99,9 до 99,99 процента - химическая чистота. Если же 99,999 и более - это особо чистый металл. В обиходе ученые применяют и другое определение чистоты - по количеству девяток после запятой. Говорят: «чистота три девятки», «чистота пять девяток» и т. д.
Поначалу промышленность вполне удовлетворяли химически, а часто даже и технически чистые металлы. Но научно-техническая революция предъявила гораздо более жесткие требования. Первые заказы на сверхчистые металлы поступили от атомной промышленности. Десятитысячные, а порой и миллионные доли процента некоторых примесей делали негодными уран, торий, бериллий, графит. Получение сверхчистого урана было, пожалуй, главной трудностью при создании атомной бомбы.
Затем предъявила свои требования реактивная техника. Сверхчистые металлы потребовались для получения особо жаропрочных и жаростойких сплавов, которые должны были работать в камерах сгорания реактивных самолетов и ракет. Не успели металлурги справиться с этим заданием, как поступила новая «заявка» - на полупроводники. Эта задача была потруднее - во многих полупроводниковых материалах количество примесей не должно превышать миллионной доли процента! Пусть эта мизерная величина не смущает вас. Даже и при такой чистоте, где один атом примеси приходится на 100 000 000 000 атомов основного вещества, в каждом его грамме все еще содержится более 100 000 000 000 «чужих» атомов. Так что это далеко не идеальная чистота. Впрочем, абсолютной чистоты и не бывает. Это идеал, к которому надо стремиться, но достичь которого на данном уровне развития техники невозможно. Даже если чудом и удастся получить абсолютно чистый металл, то в него тут же проникнут атомы других веществ, содержащихся в воздухе.
Показателен в этом отношении курьезный случай, происшедший со знаменитым немецким физиком Вернером Гейзенбергом. Он работал с масс-спектрографом в своей лаборатории. И вдруг прибор показал в подопытном веществе наличие атомов золота. Ученый изумился, поскольку этого никак не могло быть. Но прибор упорно «стоял на своем». Недоразумение разъяснилось лишь тогда, когда ученый снял и спрятал свои очки в золотой оправе. Отдельные атомы золота, «вырвавшиеся» из кристаллической решетки оправы, попали в исследуемое вещество и «смутили» исключительно чувствительный прибор.
А ведь это происходило в лаборатории, где воздух чист. Что же говорить о современных промышленных районах, воздух которых все больше и больше загрязняется отходами производства?
Мы начали эту главу с разговора о том, что в одном случае наличие посторонних примесей в металле - это хорошо, а в другом - плохо. Более того, сначала мы говорили, что сплавы имеют лучшую прочность и жаростойкость, чем чистые металлы, а теперь, оказывается, чистые металлы обладают самыми высокими свойствами. Противоречия никакого нет. Во многих случаях сплав более прочен, более жаростоек и т. д., чем любой из металлов, входящих в его состав. Но эти качества усиливаются многократно, когда все компоненты сплава выполняют определенную, необходимую для человека задачу. Когда в нем нет ничего «лишнего». А это значит, что сами компоненты должны быть как можно более чистыми, содержать в себе минимальное количество «посторонних» атомов. Поэтому сейчас вопрос о чистоте получаемых металлургических продуктов приобретает все большую и большую остроту. Как же решают эту проблему?
На металлургических заводах, где производят большое количество металла, идущего на обычные изделия, все шире применяется вакуум. В вакууме металл плавят и разливают, и это дает возможность предохранить его от попадания вредных газов и молекул других веществ из окружающего воздуха. А в некоторых случаях плавку ведут в атмосфере нейтрального газа, что еще больше предохраняет металл от нежелательного «проникновения».
Чистые металлы
металлы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы повышенной чистоты (99,90-99,99%), металлы высокой чистоты, или химически чистые (99,99-99,999%), металлы особой чистоты, или спектрально-чистые, Ультрачистые металлы (свыше 99,999%).
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Чистые металлы" в других словарях:
чистые металлы - Металлы с низким содержанием примесей (< 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 … Справочник технического переводчика
Металлы или сплавы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы ср. чистоты, или технически чистые (99,0 99.90%). повыш. чистоты (99,90 99,99%), высокой чистоты, или химически чистые (99,99 99,999%). особой… … Большой энциклопедический политехнический словарь
чистые металлы - металлы с низким содержанием примесей (< 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 …
ЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ - смотри Степень чистоты металла или сплава … Металлургический словарь
Простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны… …
- (от греч. metallon, первоначально шахта, руда, копи), простые в ва, обладающие в обычных условиях характерными св вами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэфф. электропроводности, способностью хорошо… … Физическая энциклопедия
ультрачистые металлы - высокочистые, особочистые металлы, в которых массовая доля примесей не превышает 1 10 3%. Основные стадии технологии производства ультрачистых металлы: получение чистых химических соединений, восстановление их до… … Энциклопедический словарь по металлургии
Высокочистые металлы, особо чистые металлы, металлы, суммарное содержание примесей в которых не превышает 1․10 3% (по массе). Основные стадии технологии производства У. м.: получение чистых химических соединений, восстановление их до… … Большая советская энциклопедия
радиоактивные металлы - металлы, занимающие места в Периодической системе элементов с атомный номер больше 83 (Bi), испускающие радиоактивные частицы: нейтроны, протоны, альфа, бетачастицы или гамма кванты. В природе обнаружены: At, Ac, Np, Pa, Ро … Энциклопедический словарь по металлургии
переходные металлы - элементы Iб и VIIIб подгруппы Периодической системы. У атомов переходных металлов внутренние оболочки заполнены только частично. Различают d металлы, у которых происходит постепенное заполнение 3d (от Se до Ni), 4d (от Y до… … Энциклопедический словарь по металлургии
металлы или сплавы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы ср. чистоты, или технически чистые (99,0 - 99.90%). повыш. чистоты (99,90 - 99,99%), высокой чистоты, или химически чистые (99,99 - 99,999%). особой чистоты, или спектрально-чистые (св. 99,999% осн. металла).
- - активы после исключения из них обязательств...
Словарь бизнес терминов
- - общий объем инвестиций за вычетом вложений, осуществленных за счет амортизации основных фондов...
Словарь бизнес терминов
- - металлы или сплавы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы ср. чистоты, или технически чистые. повыш. чистоты, высокой чистоты, или химически чистые...
Большой энциклопедический политехнический словарь
- - общие валовые капиталовложения за вычетом отчислений на амортизацию...
Словарь бизнес терминов
- - валовые инвестиции за вычетом инвестиций, осуществленных за счет сумм амортизации основных фондов...
Большой экономический словарь
- - общие валовые капиталовложения за вычетом отчислений на амортизацию. Их реализация увеличивает основные фонды на ту же величину...
Большой экономический словарь
- - расчетная величина, определяемая путем вычитания из суммы активов сумм ее обязательств...
Большой бухгалтерский словарь
- - ...
- - ....
Энциклопедический словарь экономики и права
- - ....
Энциклопедический словарь экономики и права
- - металлы с низким содержанием примесей...
Большая Советская энциклопедия
- - См. за чистую белку...
История слов
- - чи́стые мн. разг. Деньги, остающиеся после вычетов, удержаний...
Толковый словарь Ефремовой
- - Чистоганом - счетом Ср. Baares Geld. Ср. Argent comptant...
Толково-фразеологический словарь Михельсона
- - На чистыя деньги. Чистоганомъ - счетомъ. Ср. Baares Geld. Ср. Argent comptant...
Толково-фразеологический словарь Михельсона (ориг. орф.)
- - наличными, черным налом, чистыми деньгами, налом, чистоганом, наличманом, наличкой,...
Словарь синонимов
"ЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ" в книгах
Металлы-братья
автора Терлецкий Ефим ДавидовичМеталлы-братья
Из книги Металлы, которые всегда с тобой автора Терлецкий Ефим ДавидовичМеталлы-братья Натрий и калий можно назвать если и не металлами-близнецами, то уж наверняка металлами-братьями. И тот и другой относятся к щелочным металлам, и тот и другой имеют нечётные номера, занимая соседние клетки в таблице Менделеева, правда, в разных периодах; и тот
Драгоценные металлы
Из книги Ремонт и реставрация мебели и предметов антиквариата автора Хорев Валерий НиколаевичДрагоценные металлы Итак, седая старина вкладывает нам в руки три общеизвестные категории металлов и сплавов: черные, цветные и благородные. Последние также относятся к цветным, но их справедливо выделяют в особую группу. Тут все понятно – ни золото, ни серебро, ни
Металлы и металлургия
Из книги Ацтеки, майя, инки. Великие царства древней Америки автора Хаген Виктор фонМеталлы и металлургия И хотя старого доброго золота у инков обнаружилось большое количество, они на самом деле занимались добычей и других разнообразных металлов. Медь в сплаве с оловом давала им бронзу, которая играла очень важную роль и была единственным металлом,
Драгоценные металлы
Из книги Наживемся на кризисе капитализма… или Куда правильно вложить деньги автора Хотимский ДмитрийДрагоценные металлы Золото В первой части книги мы говорили, что золото является не самым лучшим способом долгосрочного вложения средств. Технологии его добычи совершенствуются, и цены на металл падают. Тем не менее в тот момент, когда инвесторы опасаются обесценивания
Драгоценные металлы
Из книги Как составить личный финансовый план и как его реализовать автора Савенок Владимир СтепановичДрагоценные металлы Бесконтрольный оптимизм может превратиться в манию. А одним из главных признаков мании является забвение уроков истории. Бенджамин Грэхем Обратите внимание на замечательное высказывание великого инвестора Бенджамина Грэхема – учителя Уоррена
Из книги Экстрасенсорика. Ответы на вопросы здесь автора Хидирян НоннаТретий день. А зори здесь тихие… и чистые-чистые, как слезы… Завтракаем. Подходит Андрей и торопит… чтоб уже выдвигались.Инструктаж. Спортивные снегоходы мощнее и выше.Выезжаем. Совсем другие ощущения.Чистое поле… несемся 90 км/ч. Красиво, скорость не ощущается. С
Металлы
Из книги Аюрведа для начинающих. Древнейшая наука самоисцеления и долголетия автора Лад ВасантМеталлы Кроме употребления лекарственных растений, Аюрведа использует целебные свойства металлов, драгоценностей и камней. Аюрведические учения говорят, что всё существующее в природе наделено энергией Вселенского Сознания.Все формы материи - просто внешнее
Металлы
Из книги Аюрведа и йога для женщин автора Варма ДжульетМеталлы Все металлы без исключения обладают целительной силой. Главное – правильно эту силу использовать. Контактируя с кожей, они излучают электромагнитные волны. Эти волны оказывают воздействие не только на кожу, но и на все органы и ткани тела. Но надо быть
Тяжелые металлы
Из книги Яды – вчера и сегодня автора Гадаскина Ида ДаниловнаТяжелые металлы В эту группу обычно включают металлы с плотностью большей, чем у железа, а именно: свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьму, олово, висмут и ртуть. Выделение их в окружающую среду происходит в основном при сжигании минерального топлива. В золе угля
Металлы
Из книги Энциклопедический словарь (М) автора Брокгауз Ф. А. автора Хохрякова Елена АнатольевнаМеталлы Железо общее Железо – один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом.В природной воде железо
Позволяет сэкономить энергоресурсы (кокс, уголь), получить больший выход готовой продукции из сырья, сократить цикл производства с одновременным повышением качества и улучшением экологического состояния атмосферы. Это металлургия, а именно – восстановление металлов с помощью водорода.
Предыстория, или Вперед в прошлое за чистыми металлами
Металлургия сопровождает человечество со времен бронзового и железного веков. Еще за 14 столетий до н. э. древние люди выплавляли железо кричным методом. Принцип заключался в восстановлении железной руды углем при сравнительно невысокой температуре 1000 °C. В итоге получали крицу – железную губку, затем ее проковывали до получения болванки, из которой изготавливали предметы быта и оружие.
Уже в XIV веке стали появляться примитивные горны и домницы, положившие начало современным металлургическим процессам: доменному, мартеновскому и конвертерному. Обилие каменного угля и железных руд надолго закрепили эти методы как основные. Однако, повышающиеся требования к качеству продукции, экономия ресурсов и экологическая безопасность привели к тому, что уже в середине XIX века стали возвращаться к истокам: использовать прямое восстановление чистых металлов. Первая современная такая установка появилась в 1911 г. в Швеции, выпускавшая малые партии полученных с помощью водорода металлов чистотой 99,99%. Потребителями тогда были лишь исследовательские лаборатории. В 1969 г. в Портленде (США) заработала фабрика, выпускавшая до 400 тыс. тонн чистых металлов. А уже в 1975 г. в мире этим способом выпускалось 29 млн тонн стали.
Сейчас такую продукцию ждут не только авиационная, приборостроительная отрасль, предприятия по изготовлению медицинских инструментов и электроники, но и многие другие. Особое преимущество эта технология получила в цветной металлургии, но в недалекой перспективе и «водородная черная металлургия».
В связи с развитием новых отраслей техники требуются металлы очень высокой чистоты. Например, в металле германии, используемом в качестве полупроводника, допустимо содержание на десять миллионов атомов германия только одного атома фосфора, мышьяка или сурьмы. В жаропрочных сплавах, применяемых в ракетостроении, совершенно недопустима даже ничтожная примесь свинца или серы.
Один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов – цирконий становится совершенно непригодным, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния, кадмия или бора, поэтому содержание этих элементов в материалах атомной энергетики не должно превышать 10 -6 . Электрическая проводимость меди снижается на 14 % при наличии примеси мышьяка лишь 0,03 %. Особенно большое значение имеет чистота металлов в электронной и вычислительной технике, а так же ядерной энергетике. Для металлических материалов термоядерных реакторов и полупроводниковых приборов содержание примесей не должно превышать 10 -10 %. Существует несколько методов очистки металлов.
1. Перегонка в вакууме. Этот метод основан на различии летучести металла и имеющихся в нем примесей.
2. Термическое разложение летучих соединений металлов. В основе данного способа лежат химические реакции, в которых металл с тем или иным реагентом образует газообразные продукты, разлагающиеся затем с выделением высокочистого металла. Рассмотрим принцип данного способа на примере карбонильного и йодидного методов.
А) Карбонильный метод. Этот метод применяется для получения высокочистых никеля и железа. Подлежащий очистке технический металл нагревают при данном методе в присутствии оксида углерода (II): Ni + 4CO = Ni(CO) 4 , Fe + 5CO = Fe(CO) 5
Полученные летучие карбонилы Ni(CO) 4 (температура кипения 43 °С) или Fe(CO) 5 (температура кипения 105 °С) перегоняют для очистки от примесей. Затем карбонилы разлагают при температуре выше 180 °С, в результате образуются чистые металлы и газообразный оксид углерода (II): Ni(CO) 4 = Ni + 4CO, Fe(CO) 5 = Fe + 5CO
Б) Йодидный метод. При данном методе очищаемый металл, например титан, нагревают вместе с йодом до температуры 900 °С: Ti + 2I 2 = ТI 4
Образующийся летучий тетрайодид титана поступает в реактор, в котором находится проволока из чистого титана, нагреваемая электрическим током до 1400 °С. При этой температуре тетрайодид титана термически диссоциирует: Til 4 = Ti + 2I 2
Чистый титан осаждается на проволоке, а йод снова возвращается в процесс очистки титана. Этим методом получают также чистый цирконий, хром и другие тугоплавкие металлы.
3. Зонная плавка. Замечательным методом очистки является так называемая зонная плавка. Зонная плавка заключается в медленном протягивании слитка очищаемого металла через кольцевую печь. Зонной плавке подвергаются металлы, прошедшие предварительную очистку до концентрации примесей приблизительно 1 %. Метод основан на различном содержании примесей в твердом и расплавленном металле . Процесс проводят путем медленного перемещения вдоль твердого удлиненного образца (слитка) узкой расплавленной зоны, создаваемой специальным нагревателем (кольцевая печь).
Участок (зона) слитка металла, который в данный момент находится в печи, переходит в расплавленное состояние.
Возникает две подвижные межфазные границы: на одной (вхождение металла в печь) происходит плавление, на другой (выход металла из печи) происходит кристаллизация.
В зависимости от растворимости примесей одни концентрируются в расплавленной зоне и перемещаются вместе с ней к концу слитка, примеси других металлов концентрируются в образующихся кристаллах и остаются за движущейся зоной, при неоднократном повторении процесса они перемещаются к началу слитка. Вследствие этого состав образующихся кристаллов отличается от состава расплава.
Для достижения высокой степени очистки обычно производят несколько проходов расплавленной зоны вдоль слитка металла. В результате средняя часть слитка получается наиболее чистой, ее вырезают и используют.
Метод зонной плавки позволяет получить особо чистые металлы с содержанием примесей 10 -7 -10 -9 %. Данный метод применяется для получения сверхчистых германия, висмута, теллура и др.
Основное достоинство данного метода - высокая эффективность. Недостатки метода - низкая производительность, высокая стоимость, большая продолжительность процесса.
4. электрохимический метод очистки металлов (рафинирование металлов).
