Свойства на алкалоземните метали и техните съединения
Практическа работа
По дисциплина "Най-новите технологии за производство на фероплани"
Тема на работа: Теория и практика за получаване на лигатури и модификатори с алкалоземни метали.
Цел на работата: Консолидиране на теоретични знания и придобиване на практически умения в производството на сложни феросплави, лигатури и модификатори.
Свойства на алкалоземните метали и техните съединения
Алкалоземните метали (ALH) Be, Mg, Ca, Sr и Ba принадлежат към II група на периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев. Особеността на електронната конфигурация на атомите Be (2s 2 ), Mg (Зs 2 ), Ca (4s 2 ), Sr (5s 2 ) и Ba (5s 2 ) определя техните физични и химични свойства. Имат изразени метални свойства, имат висок химичен афинитет към кислорода и много ниска разтворимост в желязото.
При 1600°C 2,2% (мол) Mg, 0,078% (мол) Ca се разтварят в течно желязо; 0,018% (мол) Sr и 0,00012% (мол) Ba.
Калций, стронций и барий обикновено се наричат алкалоземни метали, тъй като техните хидроксиди, подобно на хидроксидите на алкални метали, имат алкални свойства, а оксидите на тези метали са подобни на огнеупорността на оксидите на алуминия и тежките метали.
Поради високото налягане на парите, използването на тези метали в тяхната чиста форма в стоманодобивната и леярната промишленост е трудно. Освен това алкалоземните метали в тяхната чиста форма са скъпи и оскъдни. Нарастващото търсене на AGM в металургията обаче налага производството им под формата на сплави.
Някои свойства на SHM са дадени по-долу:
Индикатори Mg Ca Sr Ba
Атомна маса 24,31 40,08 37,62 137,34
Атомен радиус, nm 0,160 0,197 0,215 0,235
Плътност, g/cm3 1,74 1,54 2,63 3,76
точка на топене, °C650 842 770 727
кипене 1095 1495 1390 1860
земна кора, % 2,35 3,25 0,035 0,05
Чистият магнезий се получава главно чрез електролиза на магнезиев хлорид. Магнезият е активен и много лек метал. Металният магнезий се използва главно за производството на различни леки сплави (Mg-A1-Zn, Mg-Mn, Mg-Zn-Zr). Тези сплави се използват в самолетостроенето, ракетната техника, автомобилостроенето и уредостроенето. В металургията магнезият се използва като редуциращ агент при магнезиево-термично производство на такива метали като титан и цирконий. Магнезият се използва и като десулфуратор и модификатор при производството на сферографитен чугун с нодуларен и вермикулитен графит. В индустрията на органичния синтез магнезият се използва за производството на множество органични вещества, елементоорганични съединения.
MgO оксидът има точка на топене 2800°C. Той е добър изолатор, имащ електрическо съпротивление, по-голямо от това на AGM оксидите.
Магнезият може да образува две съединения с въглерода - MgC2 и MgC3, чиято топлина на образуване е съответно ∆H°298 = -87,9 kJ/mol и - 79,53 kJ/mol. И двата карбида са крехки и се разлагат при нагряване над 800°C.
В природата магнезият се среща под формата на карбонати [Mg CO3, (Ca, Mg) CO3], хлориди (Mg C12 ∙ 6H20 и др.), сулфати (Mg SO4 ∙ H2O и др.), силикати (3MgO ∙ 2SiO2 ∙ 2H2O и др.), магнезиев оксид хидрат Mg (OH) 2 и други минерали s.
Чистият магнезий се получава чрез електролиза на хлоридни съединения, може да се получи и чрез метални и въглеродни термични процеси във вакуум. Вакуумният металотермичен процес, когато силиций се използва като редуциращ агент, се описва чрез реакцията: 2(MgO)t + 2(CaO)t + [Si]напр. = 2 Mgg + (Са2SiO4)t. Най-високият добив на магнезий се постига от смес от Mg O: CaO:SiO2 = 2:2:1. Магнезият се изпарява в реакционната зона, след това кондензира във водоохлажданата зона на металната реторта и след охлаждане се екстрахира под формата на друзи.
Калцият е много активен елемент, който лесно се свързва със сяра, азот, халогени и редуцира почти всички метали при нагряване. В тази връзка се използва за отстраняване на сяра от стомана и други сплави, за легиране на оловни сплави, за възстановяване от оксиди и други съединения на метали като уран, хром, цирконий, рубидий, цезий и др.
Свойството на калция да се изпарява лесно се използва широко в производството на чист метал.Зарядът, състоящ се от оксиди на калций и алуминий, се нагрява при 1200 ° C във вакуум от 1-2 Pa. Редукцията се извършва съгласно реакцията 6CaOt + 2AlZh = 3Sapar + 3CaO ∙ A12Oztv Процесът се извършва в топлоустойчиви реторти. Парите от калций се отстраняват от реакционната зона и кондензират върху студените части на ретортата.
CaO оксидът е огнеупорно вещество с точка на топене 2600°C и точка на кипене 2850-3630°C. Карбидите на калций и други алкалоземни елементи са здрави и огнеупорни.
Стронций се използва в сплави на различни цветни метали при модифициране на стомана и чугун; стронциеви съединения се използват в химическата промишленост.
В производството на стомана стронций се използва за дезоксидация, десулфуризация. Стронцийът е по-силен дефосфоризатор на стомана от калция.
Процесът на дезоксидация на стомана от стронций може да бъде представен чрез реакцията:
Стронций се съдържа в 30 минерала, но в малки количества (стотни и хилядни от %). Минералите целестит Sr3Od и стронцианит SrCO3 се използват в промишлеността.
Промишленото производство на феросплави, съдържащи стронций, е ограничено, въпреки че въглеродно-термичният метод е усвоенполучаване на комплексна сплав (5-15% Sr; 51-65% Si; 0,5-10% Ca; 0,1-6% Mg; 0,1-6% Ba; 0,1-6% A1).
Високият химичен афинитет на стронция към кислорода определя и високите енергийни разходи за неговото намаляване. Високият химичен афинитет на бария към кислорода (Vaj + O2 = 2BaOt; ∆G°983-1900 k = -1114400 + 225,2 J/mol) прави възможно използването му като дезоксидант при топенето на стомана и сплави. Въпреки това, поради редица причини (икономически, екологични и др.), Металният барий се използва в промишлеността в ограничени количества при производството на лагерни и печатни сплави, в сплави с никел за радиолампи, като геттер (абсорбер) във вакуумната техника, в състава на защитни материали като елемент, който добре поглъща рентгенови лъчи и γ-лъчи.
С кислорода барият образува съединения Ba2O, BaO, BaO2 и BaO4; бариевият оксид се топи при 1923°C, нестабилен е на въздух и е токсичен.