Metalen en legeringen zijn zo dicht bij ons leven gekomen dat we er soms niet eens aan denken. Al in 4-3 millennia voor Christus vond de eerste kennismaking van de mens met goudklompjes plaats. Sindsdien is er veel tijd verstreken en is de metaalverwerking elk jaar alleen maar verbeterd.
Zink speelde hierin een grote rol. Legeringen op basis daarvan worden in veel industrieën gebruikt. In dit artikel zullen we kijken naar zinklegeringen en hun rol in ons leven.
Overgangsmetaal
Zink staat bekend als een blauwachtig wit bros overgangsmetaal. Het wordt gewonnen uit halfmetaalertsen. Het proces om zuiver zink te verkrijgen is vrij complex en tijdrovend. Allereerst wordt erts met 1-4% zink verrijkt door selectieve flotatie. Door dit proces worden concentraten (55% Zn) verkregen. Vervolgens moet u zinkoxide krijgen. Hiervoor worden de resulterende concentraten gecalcineerd in ovens in een gefluïdiseerd bed. Pas vanafzinkoxide, je kunt dit metaal in zijn pure vorm krijgen, en er zijn twee manieren om dit te doen.
Zink verkrijgen
De eerste is elektrolytisch, gebaseerd op de behandeling van zinkoxide met zwavelzuur. Als resultaat van deze reactie wordt een sulfaatoplossing gevormd, die wordt gezuiverd van onzuiverheden en wordt onderworpen aan elektrolyse. Zink wordt afgezet op aluminium kathoden, die vervolgens wordt gesmolten in inductieovens. De zuiverheid van het aldus verkregen zink is ongeveer 99,95%.
De tweede methode, de oudste, is distillatie. De concentraten worden verhit tot een zeer hoge temperatuur (ongeveer 1000°C), er komen zinkdampen vrij, die door condensatie neerslaan op kleivaten. Maar deze methode geeft niet zo'n zuiverheid als de eerste. De resulterende damp bevat ongeveer 3% van verschillende onzuiverheden, waaronder zo'n waardevol element als cadmium. Daarom wordt Zn verder gezuiverd door segregatie. Bij een temperatuur van 500°C wordt het enige tijd verdedigd en wordt een zuiverheid van 98% verkregen. Voor verdere productie van legeringen is dit voldoende, want dan wordt zink toch gelegeerd met dezelfde elementen. Als dit niet genoeg is, wordt rectificatie toegepast en wordt zink verkregen met een zuiverheid van 99,995%. Beide methoden maken het dus mogelijk om zeer zuiver zink te verkrijgen.
Een onafscheidelijk paar metalen
Meestal is lood als onzuiverheid aanwezig in zinklegeringen. In de natuur wordt dit onafscheidelijke paar metalen vrij vaak gevonden. Maar in feite verslechtert een hoog loodgeh alte in een zinklegering de fysieke eigenschappen ervan, waardoor een neiging tot interkristallijne corrosie ontstaat als hetinhoud hoger is dan 0,007%. Lood en zink worden meestal samen aangetroffen in tinbrons en messing.
Als we het hebben over de eutectische werking van deze twee elementen, is het belangrijk op te merken dat ze tot een temperatuur van 800°C niet met elkaar vermengen en twee verschillende vloeistoffen vertegenwoordigen. Tijdens snelle afkoeling treedt een gelijkmatige verdeling van Pb op in de vorm van afgeronde insluitsels langs de korrelgrenzen. Zink-loodlegering wordt gebruikt om drukplaten te maken vanwege het feit dat het zeer snel oplost in zuur. Meestal worden loodonzuiverheden uit zink verwijderd met behulp van een destillatiemethode.
Koper zinklegering
Messing is een legering die al voor onze jaartelling bekend was. In die tijd was zink nog niet ontdekt, maar het erts werd veel gebruikt. Voorheen werd messing verkregen door het legeren van smithsoniet (zinkerts) en koper. Pas in de 18e eeuw werd deze legering voor het eerst gemaakt met metallisch zink.
In onze tijd zijn er verschillende soorten messing: eenfasig en tweefasig. De eerste bevatten ongeveer 35% zink, terwijl de laatste 50% en 4% lood bevatten. Eenfasige messing is zeer ductiel, terwijl de tweede variëteit wordt gekenmerkt door broosheid en hardheid. Nadat we het toestandsdiagram van deze twee elementen hebben bekeken, kunnen we concluderen dat ze een reeks elektronische fasen vormen: β, γ, ε. Een interessante variëteit van messing is topak. Het bevat slechts tot 10% zink en heeft daardoor een zeer hoge ductiliteit. Tompak wordt met succes gebruikt voor de productie van staalbekleding en bimetaal. voor hemgebruikt om munten en imitatiegoud te maken.
Zink en staal
Bijna in elk huis vind je gegalvaniseerde dingen: emmers, potten, kokend water, enz. Ze zijn allemaal betrouwbaar beschermd tegen roest dankzij zink. Figuurlijk gesproken is staal natuurlijk bedekt met dit metaal en logischerwijs hebben we het niet over een legering. Aan de andere kant, wetende hoe verzinken plaatsvindt, kan het tegenovergestelde worden beweerd. Het feit is dat zink smelt bij een zeer lage temperatuur (ongeveer 400 ° C), en wanneer het in vloeibare toestand het staaloppervlak binnenkomt, diffundeert het erin.
De atomen van beide stoffen zijn zeer nauw met elkaar verbonden en vormen een ijzer-zinklegering. Om deze reden kunnen we gerust stellen dat Zn niet op het product wordt "gelegd", maar erin "ingebed". Dit is waar te nemen in een normale huishoudelijke situatie. Er verschijnt bijvoorbeeld een kras op een gegalvaniseerde emmer. Begint het hier te roesten? Het antwoord is ondubbelzinnig - nee. Dit komt omdat wanneer vocht binnendringt, zinkverbindingen beginnen af te breken, maar tegelijkertijd vormen ze een soort bescherming voor staal. In de meeste gevallen zijn dergelijke zinklegeringen dus ontworpen om producten tegen corrosie te beschermen. Natuurlijk kunnen ook andere stoffen, zoals chroom of nikkel, voor deze doeleinden worden gebruikt, maar de kosten van deze producten zullen vele malen hoger zijn.
Tin en zink
Deze legering is niet minder populair dan de andere die we al hebben beoordeeld. In 1917-1918 werd het in Bulgarije veel gebruikt om speciale vaten te maken die lange tijd warme vloeistof vasthielden.(analogen van moderne thermosflessen). Tegenwoordig wordt zink-tinlegering op grote schaal gebruikt in de radio- en elektrische industrie. Dit komt doordat de samenstelling met een Zn-geh alte van 20% zeer goed wordt gesoldeerd en de polijsting van de aanslag lang behouden blijft.
Als anti-corrosie coating kan deze legering natuurlijk ook gebruikt worden. De kenmerken zijn vergelijkbaar met die van cadmiumcoating, maar zijn tegelijkertijd goedkoper.
Eigenschappen van zinklegeringen
Natuurlijk verschillen alle composities met dit metaal van elkaar in percentage. Over het algemeen hebben zinklegeringen goede giet- en mechanische eigenschappen. Eerst en vooral is corrosiebestendigheid. Bovenal manifesteert het zich in een atmosfeer van droge schone lucht. Mogelijke manifestaties van corrosie zijn te zien in industriële steden. Dit komt door de aanwezigheid van zoutzuurdampen, chloor en zwaveloxiden in de lucht, die condenseren met vocht, waardoor het moeilijk is om een beschermende film te vormen. Koper-tin-zink is een legering die wordt gekenmerkt door hoge beschermende eigenschappen. Het is deze samenstelling die het minst gevoelig is voor corrosie, vooral in een industriële atmosfeer. Als we het hebben over de gieteigenschappen van zink, dan zijn deze natuurlijk afhankelijk van de legeringselementen in zijn legeringen.
Dus, bijvoorbeeld, aluminium maakt hun structuur homogeen, fijnkorrelig, veredelt het, vermindert het negatieve effect van ijzer. Een ander belangrijk legeringselement is koper. Het verhoogt de kracht en vermindertinterkristallijne corrosie. De koper-zinklegering heeft een hoge slagvastheid, maar verliest tegelijkertijd gedeeltelijk zijn gieteigenschappen.
Toepassingsgebieden van zink en zijn legeringen
In feite zijn onderdelen gemaakt van zinklegeringen in onze tijd heel gewoon. Ondanks dat plastic metalen producten vervangt, kunnen ze in sommige gevallen niet meer weg. Zo is de automobielindustrie een industrie die niet zonder zinklegeringen kan. Filters, carburateurs, carburateur- en brandstofpomphuizen, wieldoppen, uitlaatdempers - dit alles en nog veel meer is gemaakt met behulp van verbindingen van dit chemische element.
Door het feit dat zinklegeringen goede gieteigenschappen hebben, worden er complexe onderdelen van verschillende vormen uit gegoten met een minimale wanddikte. De bouw is een ander gebied waarop deze legeringen onmisbaar zijn. Gewalst zink wordt gebruikt voor dakbedekking, buizen en goten. Ondanks het feit dat er een tendens is om de productie van zinklegeringen te verminderen, is het niet mogelijk om hun productie stop te zetten vanwege de relatieve goedkoopheid en mechanische eigenschappen van het materiaal.
