Kim loại màu và quý hiếm - Tài liệu, ebook, giáo trình, hướng dẫn

7 trang | Chia sẻ: maiphuongtt | Lượt xem: 1991 | Lượt tải: 1

Bạn đang xem nội dung tài liệu Kim loại màu và quý hiếm, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Ngày nay ở trên thế giới đã sản xuất được hơn 70 kim loại màu và quý hiếm. Có thể nói rằng không có lĩnh vực nào là không sử dụng kim loại màu: điện, điện tử, chế tạo máy bay, ôtô, công nghiệp hoá học, giao thông, xây dựng, kỹ thuật mới: nguyên tử, tên lửa, du hành vũ trụ và công cụ, vật dụng hàng ngày.1. Đồng: Kim loại có màu hồng, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm. Khối lượng nguyên tử 63,54. Trọng lượng riêng 8,93g/cm3. Nhiệt độ chảy 10830C. Nhiệt độ sôi 23600C.Đồng là một trong số kim loại quan trọng bậc nhất của công nghiệp. Nó có nhiều tính năng ưu việt: độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao, ít bị ôxi hoá, có độ bền cao và độ chống ăn mòn tốt. Đồng có khả năng tạo nhiều hợp kim với các kim loại màu khác cho nhiều tính chất đa dạng.Đồng được dùng nhiều nhất trong kỹ thuật điện (chiếm khoảng 50% tổng lượng đồng). Trong lĩnh vực này người ta dùng đồng làm dây và thanh dẫn điện, dùng làm các chi tiết trong máy điện. vô tuyến điện, điện tín, điện thoại v.v..Với mục đích này đồng được dùng ở các dạng sạch (trên 99,95%Cu) để bảo đảm độ dẫn điện cao.Một phần lớn đồng được dùng để chế tạo đồng thau, đồng thanh và các hợp kim khác dùng trong chế tạo máy, chế tạo tàu biển, ôtô và nhiều thiết bị khác (25 - 30% tổng lượng đồng). Hợp kim đồng với Niken có tính chống ăn mòn cao và dễ gia công, được dùng để chế tạo máy chính xác, y cụ, hoá tinh vi và dùng để dập tiền kim loại.Đồng là vật liệu tốt để chế tạo thiết bị hoá học: thiết bị chân không, thiết bi trao đổi nhiệt, nồi chưng cất v.v..Đồng còn được dùng làm chất cho thêm vào thép kết cấu để tăng tính chống ăn mòn và tăng giới hạn chảy cuả thép. Ngoài ra đồng còn được dùng trong xây dựng. Muối đồng dùng để chế tạo sơn, thuốc trừ sâu và thuộc da.Trong thời gian gần đây người ta có xu hướng dùng vật liệu thay thế đồng như dùng nhôm thay thế đồng trong kỹ thuật điện, dùng hợp kim cơ sở kẽm thay thế cho đồng thanh. Những biện pháp đó chỉ có tính chất tiết kiệm đồng mà không hề làm giảm vai trò quan trọng của đồng.2. Niken Kim loại có màu xám, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm. Khối lượng nguyên tử 58,71. Trọng lượng riêng 8,9g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy 1455oC. Nhiệt độ sôi 3075oC.Niken có nhiều tính năng đặc biệt. Niken cứng nhưng lại dẻo, dễ cán kéo và rèn nên dễ gia công thành nhiều dạng khác nhau: tấm mỏng, băng, ống. Niken có nhiệt độ chảy cao, vì vậy được dùng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt độ cao. Niken không bị ôxi hoá khi để lâu trong không khí ngay cả ở nhiệt độ cao đến 500oC. Độ bền chống ăn mòn và độ bền cơ của Niken cao hơn các kim loại màu khác. Niken, cũng như sắt và Coban, có từ tính. Niken tạo thành hợp kim với nhiều tính chất quý: bền, dẻo, chịu axit, chịu nóng, điện trở cao.Niken được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: chế tạo máy, hàng không, kỹ thuật tên lửa, chế tạo ôtô, máy hoá, kỹ thuật điện, chế tạo dụng cụ, công nghiệp hoá học, dệt và thực phẩm.Thép không rỉ thường chứa 6 - 8% Ni (18 - 20%Cr) dùng làm vật liệu chống ăn mòn và chống axit trong công nghiệp đóng tàu, thiết bị hoá học.Hợp kim chịu nóng niken với crôm (niken là thành phần chủ yếu) là vật liệu vô cùng quan trọng. Hợp kim này dùng để chế tạo cánh động cơ phản lực, ống chịu nóng và nhiều chi tiết của máy bay phản lực và tuyếc bin khí.Nicrôm là hợp kim chứa 75 - 85%Ni, 10 - 20% Cr và một ít sắt dùng làm dây nung. Hợp kim này có điện trở cao và không bị ôxi hóa ở nhiệt độ cao.Hợp kim pecmaloi là hợp kim niken với sắt có độ thẩm từ lớn, được dùng trong kỹ thuật điện.Niken còn được dùng để bảo vệ các kim loại màu khác khỏi bị ăn mòn bằng cách mạ. Một số lượng lớn niken dùng để chế tạo acquy kiềm có dung lượng cao và bền vững. Ngoài ra niken còn được dùng làm chất xúc tác thay cho platin đắt tiền. 3. Chì Kim loại có màu xám xanh, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm. Khối lượng nguyên tử 207,19. Trọng lượng riêng 11,34g/cm3. Nhiệt độ chảy 327,4oC. Nhiệt độ sôi 1740oC.Chì chiếm địa vị quan trọng trong công nghiệp. Nó có các tính chất đặc biệt sau: mềm dẻo, trọng lượng riêng lớn, nhiệt độ chảy thấp, nhiệt độ sôi cao, độ bền hoá học lớn. Dưới tác động của axit bề mặt chì tạo nên một lớp màng bảo vệ chắc. Chì có khả năng tạo hợp kim với nhiều kim loại khác màu khác.Chì được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, công nghiệp hoá học, hàng không, ôtô, máy kéo.Trong kỹ thuật điện chì được dùng làm vỏ cáp điện chống ăn mòn (khoảng 15 - 20% tổng lượng chì)Công nghiệp acquy dùng chì rất nhiều (khoảng hơn 30% tổng lượng chì). Sườn cực acquy làm bằng hợp kim chì với antimon, bột hoạt là hỗn hợp chì và oxit chì.Trong công nghiệp hoá học và luyện kim màu chì được dùng ở dạng lá để lót các thiết bị hoá học và bể điện phân nhằm chống tác động của dung dịch axit.Chì được dùng trong hợp kim đồng thanh, đồng thau, hợp kim hàn. Các hợp kim này dùng trong chế tạo máy và kỹ thuật điện (hợp kim hàn dùng tới 15% tổng lượng chì). Hợp kim chữ in là hợp kim cơ sở chì có thêm atimon và thiếc.Kỹ thuật năng lượng hạt nhân dùng chì để hấp thụ tia γ. Chì được dùng trong quốc phòng để chế tạo trái phá và lõi đạn. Ngoài ra người ta còn dùng chì ở dạng hợp chất têtraêtin pha vào xăng, dạng ôxit dùng làm sơn, dùng trong công nghiệp cao su, sứ, thuỷ tinh.4. Kẽm:Kim loại có màu xám, kết tinh ở dạng lục diện. Khối lượng nguyên tử 65,37. Trọng lượng riêng 7,13g/cm3. Nhiệt độ chảy 419,6oC. Nhiệt độ sôi 906oC.Trong số kim loại màu kẽm là kim loại đứng vào hàng thứ ba về mức sản xuất sau nhôm và đồng. Kẽm có độ bền chống ăn mòn cao. Trong không khí kẽm bị bao phủ một lớp oxit mỏng bảo vệ cho kim loại không bị ôxi hoá tiếp. Kẽm dễ dàng tạo hợp kim với nhiều kim loại màu khác cho các hợp kim có giá trị. Ngoài ra kẽm còn có tính đúc tốt.Kẽm được dùng phổ biến nhất để tráng mạ lên sắt ở dạng tấm, ống, dây và các dạng chi tiết khác. Sắt được tráng kẽm có khả năng chống ăn mòn cao trong điều kiện thường cũng như trong điều kiện khí công nghiệp và không khí vùng biển.Hợp kim cơ sở kẽm có pha thêm nhôm, đồng, magiê có độ bền cơ học cao được dùng để chế tạo các chi tiết trong đầu máy, ổ trục toa xe thay cho đồng thanh và babit.Kẽm là cấu tử của hợp kim cơ sở đồng: đồng thau, babit và đồng thanh. Riêng để sản xuất đồng thau cần tới 15% tổng lượng kẽm.Kẽm được dùng để chế tạo pin. Trong luyện kẽm được dùng để làm sạch dung dịch và dùng trong quá trình thu vàng, bạc từ dung dịch xianua.Oxit kẽm là nguyên liệu chính để sản xuất bột màu, sơn, men và dùng trong sản xuất cao su, vải sơn v.v. Clorua kẽm dùng để tẩm gỗ chống mục và tẩy trắng vải.5. Thiếc:Kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng tứ diện. Khối lượng nguyên tử 118,69. Trọng lượng riêng 7,3g/cm3. Nhiệt độ chảy 231,9oC. Nhiệt độ sôi 2270oC.Thiếc thuộc kim loại khan hiếm. Thiếc có các tính chất đặc biệt: mềm dẻo, dễ dát mỏng, nhiệt độ chảy thấp. Người ta có thể cán thiếc thành lá mỏng tới 0,005mm. Trong điều kiện thường thiếc rất bền vững dưới tác động hoá học, vì vậy thiếc được dùng rất phổ biến chức năng chống ăn mòn. Thêm vào đó các sản phẩm oxi hoá của thiếc hoàn toàn không độc với cơ thể con người. Vì vậy thiếc được dùng trong công nghiệp thực phẩm. thiếc còn cho những hợp kim chất lượng với các kim loại màu khác.Lĩnh vực chủ yếu sử dụng thiếc là làm đồ hộp (sắt tây). Khoảng 40% tổng lượng thiếc dung vào mục đích này.Như đã biết thiếc dùng để sản xuất đồng thanh, hợp kim hàn và babit. Đối với lĩnh vực này yêu cầu hơn 50% tổng lượng thiếc, trong đó một cửa hàng để sản xuất hợp kim hàn.Một số lượng thiếc dùng ở dạng lá mỏng để bao gói. Gần đây người ta dùng thiếc trong hợp kim với nhôm và titian dùng trong kỹ thuật du hành vũ trụ.6. Nhôm: Kim loại màu có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng lập phương. Khối lượng nguyên tử 26,98. Trọng lượng riêng 2,7g/cm3. Nhiệt độ chảy 660oC. Nhiệt độ sôi 1800oC.Nhôm là một trong những kim loại công nghiệp trẻ. Nhôm có một số tính chất đặc biệt: nhẹ, không rỉ, dễ gia công, có khả năng tạo hợp kim với nhiều kim loại màu khác có độ bền cơ học và độ bền chống ăn mòn. Đến giữa thế kỉ 20 nhôm chiếm vị trí đầu tiên trong số kim loại màu về mức sản xuất và ứng dụng.Nhôm và hợp kim của nó được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không. Nó là vật liệu chính trong máy bay. Sở dĩ như vậy là vì nhôm nhẹ khoảng ba lần so với thép và hợp kim đồng, thêm vào đó độ bền của hợp kim nhôm khá cao.Nhôm cũng cần thiết để chế tạo xe tăng, tàu chiến, pháo v.v..để trang bị cho quốc phòng.Công nghiệp điện nhôm ở vị trí thứ hai sau đồng. Cùng có độ dẫn điện như nhau dây nhôm có trọng lượng bằng nửa dây đồng. Trong ngành điện nhôm được dùng làm dây dẫn và cáp điện, động cơ loại bé, biến thế công suất bé, tụ điện, thiết bị chiếu sáng.Do tính chất cơ học bảo đảm, kết hợp với trọng lượng riêng bé và độ dẫn điện lớn đã làm cho nhôm và hợp kim nhôm được sử dụng nhiều trong chế tạo máy. Nhôm và hợp kim của nó có tính đúc tốt, dễ điền đầy khuôn, nên bảo đảm độ chính xác cao đối với các chi tiết phức tạp.Trong máy hoá thường dùng nhôm vì nó có tính chống ăn mòn cao. Người ta dùng nhôm để chế tạo các thiết bị, bình để chứa và chuyên chở axit nitric. Trong công nghiệp thực phẩm nhôm được dùng để làm các hàng thùng, bình đựng sữa, bia và các chất lỏng khác.Trong những năm gần đây nhôm được dùng rộng rãi trong cấu kiện nhà ở.7. Magiê: Kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng lục diện. Khối lượng nguyên tử 24,3. Trọng lượng riêng 1,73g/cm3. Nhiệt độ chảy 650oC. Nhiệt độ sôi 1105oC.Magiê là kim loại nhẹ. Cùng với kim loại khác nó tạo nên hợp kim siêu nhẹ.Hợp kim cơ sở magiê là vật liệu kết cấu chất lượng cao. Nó bền như hợp kim cơ sở nhôm, gang, thép nhưng nhẹ hơn 25% so với hợp kim nhôm. Hợp kim này chủ yếu dùng trong chế tạo máy bay (hộp tốc độ, cacburatơ, nắp xilanh). Nó còn được chế tạo trong trang bị điện tử quân sự như thiết bị rađa và vận tải quân sự.Một lượng lớn magiê dùng để sản xuất hợp kim cơ sở nhôm để tăng tính bền nóng và tính chống ăn mòn.8. Titan: Kim loại có vẻ ngoài giống thép, kết tinh ở dạng lập phương thể tâm. Khối lượng nguyên tử 47,90. Trọng lượng riêng 4,51g/cm3. Nhiệt độ chảy1668oC. Nhiệt độ sôi 3400oC.Titan là kim loại rất trẻ. Công nghiệp sản xuất titan mới bắt đầu từ năm 1940, nhưng tốc độ phát triển rất nhanh. Tính chất đặc biệt của titan: nhẹ, ở trạng thái nguyên chất titan không đủ độ bền cơ học, nhưng cho thêm một lượng nhỏ kim loại khác titan trở nên bền vững như thép chất lượng cao, đồng thời có tính dẻo và bền mỏi như nhôm. Chi tiết chế tạo từ titan chỉ bằng 60% trọng lượng so với thép. Titan có tính chống ăn mòn cao hơn thép không rỉ. Nó bền vững hầu như đối với mọi môi trường axit, kiềm, muối, ẩm. Trong công nghiệp titan được sử dụng chủ yếu ở dạng hợp kim cơ sở titan, phổ biến là hợp kim với nhôm. Đối tượng quan trọng nhất sử dụng titan là kỹ thuật mới: máy bay phản lực, tên lửa và kỹ thuật hạt nhân. Titan còn được dùng trong sản xuất xe tăng, pháo với mục đích làm tăng độ bền và giảm trọng lượng.Trong ngành đóng tàu người ta sử dụng titan xem như vật liệu chống ăn mòn nước biển siêu đẳng. Trong công nghiệp hoá học titan được dùng để chế tạo các thiết bị chống ăn mòn cao.Cacbit titan là thành phần cơ bản trong hợp kim cứng.9. Antimon: Kim loại có màu trắng bạc ánh xanh, kết tinh ở dạng khối mặt thoi. Khối lượng nguyên tử 121,75. Trọng lượng riêng 6,69g/cm3. Nhiệt độ chảy 630,5oC. Nhiệt độ sôi 1635oC.Animon có tính chất đặc biệt: cứng và dòn. Nó hầu như không được sử dụng ở dạng kim loại, mà chỉ được sử dụng ở dạng hợp kim.Antimon được dùng nhiều nhất để chế tạo sườn cực acquy (chiếm 35% tổng lượng antimon). Trong trường hợp babit làm ổ trục, antimon là cấu tử quan trọng (chiếm 25% tổng lượng antimon). Một lĩnh vực quan trọng khác là sử dụng antimon để đúc hợp kim chữ in.10. Coban: Kim loại có vẻ ngoài giống thép (màu xám), kết tinh ở dạng lục diện xếp chặt. Khối lượng nguyên tử 58,93. Trọng lượng riêng 8,8 g/cm3. Nhiệt độ chảy 1490oC.Coban có từ tính, thường dùng trong thép hợp kim. Nó làm tăng tính chất cắt nhanh của thép, vì vậy được dùng nhiều trong chế tạo công cụ.Coban dùng làm chất dính trong hợp kim cứng, dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cao và còn được dùng trong kỹ thuật hạt nhân.11. Cađimi: Kim loại có màu bạc trắng bạc ánh xanh, kết tinh ở dạng lục diện. Khối lượng nguyên tử 112,41.Trọng lượng riêng 8,64 g/cm3. Nhiệt độ chảy 320,8oC. Nhiệt độ sôi 767oC.Cađimi dễ dàng dát mỏng và kéo sợi. Nó thường được dùng ở dạng hợp kim với đồng để làm tăng tính chất cơ học của đồng nhưng ít giảm độ dẫn điện, hợp kim dễ chảy với chì, bitmut, kẽm, dùng để chống cháy v.v..Cađimi dùng để mạ lên sắt cho chất lượng tốt hơn mạ kẽm và dùng làm thanh điều chỉnh nơtron trong lò phản ứng hạt nhân.12. Bitmut:Kim loại có màu trắng ánh hồng, kết tinh ở dạng khối mặt thoi. Khối lượng nguyên tử 208,98. Trọng lượng riêng 9,8 g/cm3. Nhiệt độ chảy 271oC. Nhiệt độ sôi 1680oC.Bitmut dòn, dễ chảy. Nó thường được sử dụng trong các hợp kim dễ chảy. Hợp chất Bitmut dùng làm thuốc trong y học.13. Molipđen: Kim loại có vẻ ngoài giống thép (màu xám), kết tinh ở dạng lập phương thể tâm. Khối lượng nguyên tử 95,95. Trọng lượng riêng 10,2g/cm3. Nhiệt độ chảy 2620 ± 10oC. Nhiệt độ sôi xấp xỉ 4800oC.Molipđen làm tăng tính cơ học của thép mở rộng phạm vi nhiệt độ ram, tôi và tăng tính cơ hàn của thép. Vì vậy lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của molipđen là luyện thép hợp kim (gần 90% tổng lượng molipđen)Hợp kim cơ sở moliphen với các kim loại màu khác có tính bền nóng cao (bền vững ở trên 870oC) dùng để chế tạo chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao phục vụ cho kỹ thuật tên lửa.Hợp chất moliphen được dùng để chế các hoá phẩm làm chất xúc tác trong công nghiệp thuỷ tinh và sứ.14. Vonfram Kim loại có vẻ ngoài giống thép (màu xám), kết tinh ở dạng lập phương thể tâm. Khối lượng nguyên tử 183,85. Trọng lượng riêng 19,35g/cm3. Nhiệt độ chảy 3395 ± 15oC. Nhiệt độ sôi 5900oC.Vonfram có nhiệt độ chảy và nhiệt độ sôi cao nhất trong số các kim loại.Lĩnh vực chủ yếu sử dụng vonfram là chế tạo thép hợp kim chứa vonfram, đặc biệt là thép cắt nhanh, thép dụng cụ và thép làm khuôn dập.Trong hợp kim cứng thành phần chủ yếu là cacbit vonfram. Hợp kim này bảo đảm tốc độ cắt và khoan nhanh dùng trong chế tạo máy và thăm dò mỏ.Vonfram kim loại dùng để chế tạo dây tóc bóng đèn, chi tiết đèn điện tử, điện cực. Trong công nghiệp hoá học vonfram được dùng làm chất xúc tác và chế tạo sơn chịu lửa, chịu nước.Trong những năm gần đây phát triển việc sử dụng vonfram trong hợp kim với crôm có tính bền nóng cao dùng trong động cơ tên lửa.15. Thuỷ ngân:Kim loại ở trạng thái lỏng, có màu trắng bạc ánh gương. Khối lượng nguyên tử 200,59. Trọng lượng riêng 13,6g/cm3.Thuỷ ngân dùng để sản xuất các dụng cụ đo lường kiểm tra, chỉnh lưu, đèn thuỷ ngân. Nó còn được dùng trong luyện kim để hoà tan vàng từ quặng và làm cực âm lỏng. Hợp chất thuỷ ngân được dùng trong y học và kỹ thuật quân sự (ngòi nổ). 16. Vàng: Kim loại có màu vàng, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm. Khối lượng nguyên tử 196,96. Trọng lượng riêng 19,26g/cm3. Nhiệt độ chảy 1063oC. Nhiệt độ sôi 2950oC.Vàng có các tính chất đặc biệt: độ bền hoá học rất cao, vẻ bề ngoài đẹp, độ dẫn điện lớn và độ dẻo rất lớn. Người ta có thể cán vàng thành lá mỏng tới 0,01μm và kéo thành dây rất mảnh (1 gam vàng có thể kéo thành dây dài 500m).Lĩnh vực chủ yếu sử dụng vàng là tiền tệ và trang sức. Vàng thường được dùng ở dạng hợp kim với bạc, đồng, platin, niken, thiếc. Vàng và hợp kim của nó dùng để hàn các chi tiết động cơ phản lực, tên lửa, máy bay siêu tốc, công tắc điện trong các thiết bị đặc biệt và hàn răng. Ngoài ra vàng là chất phủ có hiệu quả để phản xạ nhiệt và ánh sáng, được dùng trong vệ tinh nhân tạo và làm chất màu phủ trên kim loại, gỗ, sứ.17. Bạc: Kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm. Khối lượng nguyên tử 107,86. Trọng lượng riêng 10,5 g/cm3. Nhiệt độ chảy 960,5oC. Nhiệt độ sôi 2212oC.Cũng giống như vàng, bạc có độ bền hoá học cao, độ dẻo và độ dẫn điện lớn (bạc có độ dẫn điện lớn nhất trong số các kim loại).Bạc được dùng rộng rãi trong chế tạo thiết bị, ô tô, điện ảnh cũng như trong công nghiệp hoá học (chất xúc tác), điện, điện tử, quốc phòng, hạt nhân. Ngoài ra bạc còn được dùng làm đồ trang sức và mĩ nghệ.18. Platin (bạch kim): Kim loại có màu trắng xám, kết tinh ở dạng lập phương diện tâm. Khối lượng nguyên tử 195,09. Trọng lượng riêng 21,40g/cm3. Nhiệt độ chảy 1773,5oC. Nhiệt độ sôi 4250oC.Platin có tính trơ điển hình, độ bền hoá học rất lớn.Platin được dùng ở dạng kim loại và hợp kim. Nó được dùng làm chất xúc tác, mạ, cặp nhiệt điện, tiếp điểm, thiết bị bảo hiểm, thiết bị điện chính xác, cực âm và đối cực âm của ống Rơngen. Platin còn được sử dụng trong kỹ thuật hạt nhân và phản lực.Các kim loại khác thuộc nhóm platin có tính chất tương tự như platin. Chúng được dùng trong kỹ thuật điện, chế tạo máy và công nghiệp hoá học.19. Kim loại khác- Liti - kim loại có màu trắng bạc, kết tinh ở dạng lập phương thể tâm. Khối lượng nguyên tử 6,939. Trọng lượng riêng 0,531g/cm3. Nhiệt độ chảy 719oC. Nhiệt độ sôi 1370oC.Liti có đặc tính mềm và là kim loại nhẹ nhất (nhẹ hơn nhôm 5 lần). Liti và hợp chất của nó được dùng làm chất bôi trơn chịu nóng. chế tạo ăcquy kiềm, sản xuất gốm, sứ, thuỷ tinh và dùng trong công nghiệp cao su, y học. Liti còn được sử dụng trong chế tạo bom khinh khí.- Berili - kim loại có màu xám sáng, kết tinh ở dạng lục diện. Khối lượng nguyên tử 9,013. Trọng lượng riêng 1,847g/cm3. Nhiệt độ chảy 1285oC. Nhiệt độ s