Номер 6, страница 109 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 14. Металлы в природе. Общие способы получения металлов. Металлургия. Глава 3. Неорганическая химия - номер 6, страница 109.

Условие.

6. Как получают слитки тугоплавких металлов?

Решение.

Решение 2.

Получение слитков тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден, тантал, ниобий и рений, сопряжено со значительными трудностями. Главная проблема заключается в их чрезвычайно высоких температурах плавления (например, у вольфрама — 3422 °C). Из-за этого традиционные методы плавки в керамических тиглях неприменимы, так как большинство материалов тиглей либо расплавятся, либо будут химически взаимодействовать с расплавом, загрязняя его. Кроме того, при высоких температурах тугоплавкие металлы активно поглощают газы из атмосферы (кислород, азот), что делает их хрупкими. Поэтому для получения качественных слитков применяют специальные технологии.

Методы порошковой металлургии

Этот подход позволяет получать твердые заготовки, не доводя металл до полного расплавления. Процесс включает несколько этапов:

1. Прессование: Чистый металлический порошок засыпают в пресс-форму и сжимают под высоким давлением. В результате получается так называемая "зеленая" заготовка (или штабик), которая имеет форму будущего слитка, но обладает низкой прочностью и высокой пористостью.
2. Спекание: Заготовку нагревают в специальной печи в защитной атмосфере (вакуум или водород) до температуры, составляющей 70–90% от температуры плавления металла. При такой температуре атомы на поверхности частиц порошка становятся подвижными и диффундируют в соседние частицы, "сваривая" их между собой. В результате заготовка уплотняется, ее прочность и плотность значительно возрастают.

Слитки, полученные методом порошковой металлургии, могут подвергаться дальнейшей обработке давлением (ковка, прокатка) для достижения еще большей плотности и улучшения механических свойств.

Специальные методы плавки

Для получения крупных, полностью плотных и особо чистых слитков используют методы плавки в контролируемой среде, где исключен контакт расплава с материалом тигля.

Вакуумно-дуговая плавка (ВДП)

В этом методе в качестве исходного материала используется расходуемый электрод, спрессованный из порошка или полученный спеканием. Электрод помещают в вакуумную камеру над водоохлаждаемым медным тиглем (кристаллизатором). Между концом электрода и затравкой на дне кристаллизатора зажигается мощная электрическая дуга. Тепло дуги расплавляет конец электрода, и капли металла падают в кристаллизатор. Поскольку стенки кристаллизатора интенсивно охлаждаются водой, на них образуется тонкая корка твердого металла ("гарнисаж"), которая защищает расплав от контакта с медью. По мере плавления электрода слиток постепенно нарастает снизу вверх. Вакуум обеспечивает удаление летучих примесей и газов.

Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Этот метод отличается высокой степенью очистки металла. В качестве источника тепла используется мощный пучок электронов, который генерируется электронной пушкой и направляется на исходный материал (шихту) в камере с высоким вакуумом. Шихта плавится в водоохлаждаемом медном поддоне, после чего жидкий металл стекает в водоохлаждаемый кристаллизатор, где и формируется слиток. Сочетание высокой температуры и глубокого вакуума позволяет эффективно удалять примеси с более низкой температурой кипения, чем у основного металла, включая растворенные газы. ЭЛП позволяет получать слитки тугоплавких металлов сверхвысокой чистоты.

Плазменно-дуговая плавка (ПДП)

В этом процессе для плавления используется струя низкотемпературной плазмы, генерируемая плазмотроном. В качестве плазмообразующего газа обычно используют инертный газ, например, аргон. Плазменная струя направляется на шихту, расположенную в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Этот метод позволяет плавить сырье в различной форме (порошок, лом, губка) и проводить процесс в атмосфере инертного газа, а не в глубоком вакууме, что иногда технологически проще.

Ответ: Слитки тугоплавких металлов получают двумя основными группами методов. Первый — методы порошковой металлургии, где спрессованный из порошка штабик спекается при высокой температуре без плавления. Второй — специальные методы плавки (вакуумно-дуговая, электронно-лучевая, плазменно-дуговая), при которых плавление происходит в вакууме или инертной среде с использованием водоохлаждаемых медных форм (кристаллизаторов) для предотвращения загрязнения расплава.