Басқа металл құмалары
Анатты металл – алюминий
Біздер алюминийге үйреніп,онымен күнделікті өмірде кездесіп,көзбен көріп,қолмен ұстаймыз. Алюминий әлем шеңберінен шығып,ғарыш кеңістігіне де, алыстағы Айға,Шолпан жұлдызына да жетті. Алюминийдің өмірде қолданылуы – оның физикалық қасиетіне тікелей тәуелді болады. ол күміс түсті және 660,240С балқып, 23270С қайнайды. Меншікті салмағы 2,699,яғни ол күмістен –төрт,мыстан-үш жарым, темірден –үш еседей жеңіл. Ол жылуды өте жақсы,темірден үш есе артық өткізеді. Оның сыртқы бетіндегі аса жұқа тотықты қабыршағы өзіне түскен жарықтың 90 пайызын кері қайырады. Осы сияқты қасиеттер оның өндірісте пайдаланылу тиімділігін арттырады. Мысалы,ғасырымыздың бірінші ширегіндегі ЯК-1 самолетіндегі ағашты,қаңылтырды алюминиймен алмастыра отырып жасалған ЯК -3 самолетінің салмағы 300 кг жеңілдеп,қанатының ауданы 17,5 шаршы метрден 14,5 шаршы метрге кеміп, жылдамдығы 70 км-ге артты. Жалпы барлық самолет салмақтарының 70-80 пайызы, ал ракеталардың 20-30 пайызы алюминийдің үлесіне тиеді. Тіпті алғашқы ұшырылған жасанды Жер серігінің өзі де осы алюминий құймасынан жасалған. Жер серігінің өзі де осы алюминий құймасынан жасалған.
Әдетте, таза алюминий жұмсақ. Егер оның құрамына болмашы ғана металл енсе, оның мықтылығы ондаған есе артады. Мәселен, құрамында 4 пайыз мыс,0,5 пайыз марганец пен магний бар алюминий құймасын дюралюминий дейді. Ол өзінің жеңілдігін сақтай отырып, өзге қасиеттерінің бәрін жақсартады. Мысалы, дыбыстан да жылдам ұшатын ТУ -144 самолеттерінің сырты ауадағы үйкеліс әсерінен 130 градусқа дейін қызады. Мұндай жағдайда өз беріктігін жоғалтпай қайта салмағын 12 пайызға жеңілдететін құйма бар.
А л ю м и н и й. Академик А.Е.Ферсман алюминийді ХХ ғасыр элементі, сондықтан бұл ғасырды алюминий дәуірі деуге де болады деген. Күнделікті пайдаланылып жүрген ыдыс-аяқтан бастап, космосты шарлап жүрген ракеталар осы алюминийден жасалады. Қоғамдық шаруашылықтың барлық салаларында алюминий қолданылмайтын сала жоқ. Алюминийдің осылай қысқа мерзім ішінде жоғары бағаға ие болуы оның химиялық және физикалық қасиеттерінде болып отыр. Алғаш рет дат ғалымы Х.К.Эрстед 1825 жылы таза алюминий алды, ал 1854 жылы француз химигі А.С.Сентклер Дэвиль оны өндірісте өндіру тәсілін ашты. Сол кезде алюминий өте жоғары бағаланып, оның бір фунты алтын есебімен 40 сом болатын, алюминий алу өте қымбатқа түскен, онан жүзік, сақина және басқадай заттар жасалып сыйлықтар орнына жүрген. Алюминий созылмалы, жұмсақ, жеңіл металл, оттегімен жақсы қосылыстар түзе алады, сондықтан ол басқа металдарды оттегімен босатып таза металға айналдырады. Темір тотығын алюминий үгіндісімен араластырып магниймен жандырған кезде көп қызу (3000°С) бөлінеді. Осы қасиеті баяу балқитын металдарды (титан, ванадий, хром) алуға пайдаланылады. Алюминий, магний және литий қосындылары самолет құрылысында, ракета жасауда жиі қолданылады. Самолеттің 65–66% (моторсыз салмағы) және мотордың төрттен бір бөлігі алюминий қоспаларынан істеледі. Вагон жасау, машина құрылыстары, электр өндірістері және басқа толып жатқан шаруашылық салаларында алюминий және оның қоспалары маңызды орын алады. Бояу өндірісінде, үй жабдықтарын даярлауға, прожектордың айнасы ретінде қолданылатын алюминийді басқа металмен алмастыру қиынға соққан болар еді. Бұл күндері ғалымдар алюминийдің тағы басқа да қосындыларын алу мәселесімен шұғылдануда. Бұған мысал ретінде «Салют-6» космос станциясында В.Коваленок пен А.Иванченковтың жасаған тәжірибелерін айтуға болады.
Алюминий тотығы асыл тас түрінде (жақұт, гауһар) адам баласына ертеден белгілі болатын. Корундты қайрақтар ретінде техникада ХІХ ғасырдың орта кезінен, ал «тасмұрт» түрінде 1950 жылдардан бері пайдалана бастаған. Бұл «жақұтмұрттың» текше милиметрі 1500 килограмм салмақ көтереді, ондай алып күшке ешбір төзімді металл шыдамайды. Осыған орай «жақұтмұрт» техниканың көптеген салаларынан орын алады. Гауһар болмаса қолдағы сағаттың дұрыс жүруі де екі талай. Сағаттағы тас көп болған сайын ол уақытты дәл көрсетіп отырады, өйткені сағат механизмдерінің жүрісі біркелкі болып реттеледі.
Жер қыртысына таралуы жағынан алюминий үшінші орында, орта есеппен оның мөлшері 8,8%, табиғатта жүздеген минералы бар, олардың көпшілігі алюмосиликаттар. Олардың ішіндегі өндірістік маңызы бар минералдары каолинит, алунит және нефелин. Геохимиялық жағынан алюминий оттегіне жақын, тұрақты валенттілігі үш. Алюминийдің минералдары баяу ериді, ал эндогенді процесстерде ол дала шпаттарының, слюдалардың және басқадай алюмосиликаттардың кристалдық торына орналасады. Алюминий су құрамында және организмде өте аз, ол биологиялық жер қабаттарында шамалы ғана. Табиғи жағдайда алюминий жер бетінде болған мүжілу процестерінің қалдығы болып саналады, сондықтан да эплювиальды бокситттер жиналады, бұлар негізгі алюминий рудалары болып есептеледі. Пайда болу жағынан алып қарағанда алюминий үш түрлі боксит кендерін түседі.
Руда іздеу және оны барлау жұмыстарының дұрыс жолға қойылуы және геологтардың (Е.Д.Шлыгин, Г.Е.Быков, И.С.Быкова, П.Л.Безруков) жемісті еңбектерінің нәтижесінде Аманкелді, Шығыс және Батыс Торғай, Мұғалжар секілді бокситті аудандар ашылды. Олар сырт көрінісі жағынан біркелкі болғанымен, зерттей келгенде бірнеше морфогенетикалық түрлерге бөлінеді. Торғай облысындағы Арқалық, Жоғарғы және Төменгі Ашутас және Үштөбе кен орындары астауға ұқсас ойпаңдағы алюмосиликатты және карбонатты жыныстар аралығында ұзыннан-ұзақ созылған руда қабаттары болып кездеседі. Бұлардан басқа республика территориясында Батыс Торғайда, Софьевка және Майбалық, Талды-Ащысайда көп тараған карсты кен орындары кездеседі. Бұл кен орындары әр дәуірлерде пайда болған карбонатты жыныстардың қалың қабаты арасына орналасқан.
Республикамызда алюминий өндірісіне бокситтен басқа да жарамды шикізат қорлары бар. Олар: алунит, андалузит, диаспор, нефелинді сиениттер, корунд, кианит және басқалар. Олардың көпшілігі Орталық Қазақстандағы қайталамалы кварцит алқаптарында қалыптасқан, алуниттің қоры және құнарлылығы Одақтағы басқа аудандарда кездесетін алуниттен анағұрлым мол.
Титан құймалары
Титан (Tіtanіum), Tі – элементтердің периодтық жүйесінің IV тобындағы хим. элемент, атомдық нөмірі 22, атомдық массасы 47,88. Табиғатта массалық саны 46 – 50 болатын 5 тұрақты және жасанды жолмен алынған 5 радиоактивті изотоптары бар. Титанды алғаш ТіО2 түрінде ағылшындық әуесқой-минеролог У.Грегор ашқан (1790). 1795 ж. неміс химигі М.Г. Клапрот (1743 – 1817) Грегор тапқан “менакит” элементі металдың табиғи тотығы ТіО2 екендігін анықтады, ал таза күйіндегі титанды нидерландық зерттеушілер А. ван Аркел мен де Бур алды (1925). Бос күйінде кездеспейді, тек оксидтер түрінде болады. Титан кең тараған элемент, жер қыртысындағы салмақ мөлшері 0,57%. Құрамында титаны бар 70-тен астам минералдардың ішіндегі ең маңыздылары: рутил (оның түрөзгерістері анатаз бен буркит), ильменит, титаномагнетит, перовскит, лопарит, титанит(сфен), лейкоксен. Түсі күмістей ақ, созылғыш және берік; 882°С-тан төмен температурада кристалдық торы гексагональды тығыз жинақталған (°-Ті), одан жоғары – кубтық көлемді орталықтандырылған (°-Ті); тығызд. 4,505 г/см3 (°-Ті) және 4,32 г/см3 (°-Ті), балқу t 1668°С, қайнау t 3330°С. Титан химиялық активті ауыспалы элемент, тотығу дәрежесі +4, сирек +3, +2. 500 – 550°С-қа дейінгі температурада металл бетінде оксид қабаты пайда болатындықтан ауада, теңіз суында, ылғал хлорда, хлоридтер мен азот қышқылы ерітінділерінде, күкірт қышқылы мен сілтілердің сұйытылған ерітінділерінде коррозияға тұрақты. Бөлме температурасында HCl, H2SO4, CCl3COOH, HCOOH, қыздырғанда оттек (400 – 500°С), азот (600°С-тан жоғары), көміртек және кремниймен (1800°С-тан жоғары) әрекеттесіп, сутек және басқа да ауа газдарын өзіне сіңіреді. Фтормен 150°С-та, хлормен 300°С-та, иодпен 550°С-та әрекеттесіп, сәйкес галогенидтерін түзеді. Бор, көміртек, селен, кремниймен әрекеттесіп, металға ұқсас қосылыстар түзеді. Титан қосылыстарының балқуы қиын, өте қатты, түстері әр түрлі болып келеді. Титанды өндірісте кентас концентраттарын хлорлап, алынған TіCl4-ті магниймен (кейде натриймен) тотықсыздандырып, титан кірмесін (губка) алады. Оны вакуумдық доғалы пештерде балқытып, кесек металл алынады. Титан авиация, зымыран, кеме, автомобиль жасауда қолданылатын беріктігі жоғары титан құймаларын (Al, V, Mo, Mn, Cr, Sі, Fe, Sn, Zr, Nb, т.б.) дайындауға және радиоэлектроникада қажетті аспаптар мен қондырғылар жасауда кеңінен қолданылады. [1]
Титан құймалары техникада маңызды орын алады. Әсіресе, авиацияда таптырмас материал ретінде қолданылады. Көптеген ерекше қасиеттері бар:беріктігі жоғары,иілімді,ыстыққа төзімді, коррозияға шыдамды.
Самолет жасауда қолданылатын конструкциялық құймалардың тығыздығы аз,ыстыққа төзімді.Титан құймалары алюминий құймаларына қарағанда сәл ауырлау да, беріктігі 10 есе жоғары. 700-8000С температураға төзімді титан құймаларын алу жүзеге асырылды. Қасиеттері өзгермейді. 3000 км/сағ жылдамдықпен ұшатын самолеттерге титан құймаларын көп қолдану қолға алынды. ТУ-144 жолаушылар лайнеріндегі мотогондол, элерон, бұру рульдері титан құймаларынан жасалған.
Басқа металл құмалары
MgSO4.7H2O; сілтілік металлдармен қос тұз түзеді: Ме2SO4 ×MgSO4×6H2O Қолдану: Ti, Zr, V, U алу үшін Mg–термия Mg–ға Al, Zn, Mn қосылған «электрон» деген балқыма ең жеңіл конструкционды материал, берік, ракета, авиация, автомобиль құрылысында колданылады.
Ванадий көбіне болатқа қосылатын болғандықтан, оны көбіне темірмен аралас құйма – ф е р р о в а н а д и й (20 – 25%) түрінде өндіреді. 0,1 – 0,25% ванадий қосылса ондай болат берік, серпімді, үзілмейтін, қажалмайтын болады; ол көбіне автомашиналар өндірісіне мотор, цилиндр, рессор, ось жасауға жұмсалады. Алюминий құймаларына араластырса олардың қаттылығы, өңдеуге икемділігі, теңіз суына шыдамдылығы (гидросамолет, глиссер қайық) артады.
Ванадийлі болат өте берік болғандықтан одан жасаған конструкциялардың салмағын 30% кемітуге болады. Мысалы, темір жол вагонын алсақ, оның салмағың 2,5 – 3 тоннаға кемітуге болады, сонда жылына әр вагоннан 5 – 6 жүз сом, оны миллиондап шағарылатын вагон санына көбейтсек миллиардтаған сом үнем болады.
Ниобий және тантал.Ниобий мен тантал к о л у м б и т Fe(NbO3)2 және т а н т а л и т Fe(TaO3)2 минералды түрінде Кола түбегінде, Уралда кездеседі.
Бұларды жеке күйде алу өте қиын, мысалы ниобий 1844 жылы ашылғанмен, оны алудың әдісі тек 1970 жылы табылды.
Ниобий мен тантал коррозияға ерекше тұрақты, тіпті ол жағынан платинадан да артық. Өздері платинадан көп арзан балғандықтан химиялық ыдыс, химиялық аппаратардың негізгі бөлімдерін жасауда платинаны ығыстырып шығарып келе жатыр.
Бұл металдардың бtо өте жоғары болғанымен, қыздырылмаған күйде оларды механикалық өндеу, жаю (прокат), созу, соғу оңай. Ниобий мен танталдың карбидтері, аса қатты зат ретінде, кесуші – тілуші қуралдардың өткір ұшын жасауға таптырмайтын заттар. Ұзақ қыздыруға, үлкен қысымға шыдамды, сондықтан турбинаға, реактивті самолетке керекті құймаларға 1 - 4% риобий болуы міндет.
Демек, жеңіл, коррозияға тұрақтылық,иілгіштік қасиеттеріне байланысты металл құймалары авиацияда да кеңінен қолданылады.
Қолданылған әдебиеттер:
1.Жайлауов С. Химиялық элементтер әлемінде . Алматы «Мектеп» 1984 ж
2.Фадеев Г.Н. Мир металлов и сплавов. Москва «Просвещение» 1991 г
3.Бусев А.И. Определения,понятия,термины в химии , Москва «Просвещение» 1979 г.
4.Глинка Н.А. Общая химия. 1973 г