Свинец тугоплавкий металл или нет

Обновлено: 17.06.2024

Свинец является химическим элементом из 14 группы, таблицы Д. И. Менделеева. Свинец получил 82 номер. Свинец является ковким и пластичным металлом серебристого оттенка, включая синеватый оттенок. Элемент повсеместнораспространен по поверхности Земли, легко добывается и поддается влиянию. Первые украшения и свинцовые предметы роскоши (Бусинды) с применением металлургической деятельности, дают право утверждения, что плавление металла как свинца, стала первой в истории человечества около 6400 г. до н. э. Самым старым изделием из свинцового сплава считается женская статуэтка в одежде из храма Осириса (3100 – 2900 гг. до н.э.). Древний Рим производил до 80 тыс. тонн свинца в год, в том числе для водопровода. На территории Руси металл нашел применение в обустройстве крыш, для печатей при создании грамот. Происхождения слов «свинец» до сих пор не ясно, на латинском языке название произошло от слова plumber (водопроводчик).

Алхимики связывали элемент с Сатурном. К 1840 г. промышленная революция спровоцировала выработку свинца до уровня 100 тыс. тонн, а ко второй пол. XIX ст. производилось уже 250 тыс. тонн. До 1990 годов элемент активно применяли в типографии.

Свинец характеристика

Компонент редко обнаруживается в самородном виде. Существует более 80 минеральных пород с включением элемента, например: церуссит, галенит, англезит.

Технологические свойства и характеристики металла

Свинец получил типичные особенности и технологические свойства своей группы и характеризуется повышенной тяжестью, и плотностью с традиционным серым оттенком. При контакте с воздухом металл теряет блеск.

Несмотря на высокую плотность металл проявляет существенную мягкость, при комнатной температуре на нем можно оставить след ногтем.

Плотность свинца и его масса

Масса элемента равняется 82, что является причиной большого веса. Кристаллическая решетка получила кубическую форму. В углу модели молекулы и посредине всех граней находится атом.

Высокая масса относит вещество в состав списка тяжелых компонентов. При нагревании плотность материала падает.

Какая температура плавки свинца?

Свинец не является тугоплавким веществом, что выделяет его из прочих плотных элементов. Вещество легко можно деформировать и прокатать в фольгу.

Температура полного плавления свинца – 327,46 °С. Что бы узнать какая точная температура плавления свинца достаточно применить формулу F = 1,8 °C + 32. Таким образом плавление свинца происходит при температуре 620,6 F.

Температура кипения элемента наступает при – 1749 °С. Чтобы провести процедуру литья необходимо довести компонент до 400–450 °С.

Стоит отметить что при температуре -7,26 К, компонент получает сверхпроводимость. При плавлении компонент получает текучие свойства, увеличивается вязкость и изменяется поверхностное напряжение.

Механические свойства

Высокая пластичность стала причиной плохих прочностных качеств.

Сопротивление разрыву – до 13 Мпа (у железа показатель – 250 МПа).
Твердость по Бринеллю составляет – 3,2 – 8 НВ.
Предел при сжатии – до 50 Мпа.
Удлинение материала не более 50-70%.

Теплопроводность в два раза меньше, чем у Феррума, в 11 раз ниже показателя меди и составляет 33,5 вт/(м·К). При комнатной температуре значение теплоемкости – 0,12 кДж/(кг·К).

Электропроводность в нормальных условиях проявляет плохую электропроводность: удельное сопротивление равно 0,22 Ом-кв. мм/м. У меди такой показатель достигает 0,017.

Сопротивление коррозии

По своим инертным свойствам свинец приближается к категории благородных металлов. Высокий порог вступления в реакцию и наличие оксидной пленки, обеспечивают высокую сопротивляемость ржавчине. Серная кислота, а также угольный ангидрид, растр сероводорода не воздействует на элемент. В городской местности уровень коррозии может достигать -0,00068 мм/год.

Свинец стойкий к хромовой, концентрированной уксусной, фосфорной кислоте. Компонент быстро разрушается в азотной и разбавленной уксусной кислоте и концентрированной серной (90%).

Области применения свинцовых сплавов

Свинец активно применяется для источника тока полученного химическим путем. Около ¾ всей массы произведенного металла используется для создания свинцовых аккумуляторов. Несмотря на конкуренцию щелочных источников энергии, свинец вырабатывает электричество более высокого напряжения. Элемент применяется для обмоток сверхпроводящих трансформаторных систем. Компонент был одним из первых замеченных веществ со свойствами сверхпроводимости. Свинцовый сплав (баббит) нашел применение в создании подшипников, благодаря антифрикционным свойствам. Свинец широко применяется для создания электрических предохранительных систем благодаря возможности создания легкоплавких соединений с другими металлами (кадмием или оловом).

Подшипники из свинцового сплава

20% всего объема компонента идет на создание оболочки силового кабеля для подземных и подводных линий. Свинец начали применять в военном деле во времена Римского государства, в качестве снарядов для катапульты. Современная промышленность производит из свинца пули и другие комплектующие для спортивного инвентаря, боевого и охотничьего оружия. Свинец популярен в качестве универсального припоя, включая случаи, когда соединить метал другим вариантом затруднительно.

Металл активно применяется для защиты от радиоактивного излучения, благодаря своей массе. Благодаря дешевизне компонент устанавливается в рентген кабинетах, и на ядерных полигонах.

Также элемент используется, как часть звукоизоляционного покрытия и в кровельном деле. Также материал используют в сейсмостойких фундаментах строений, и уплотнений между кладкой. Краска со свинцом используется на технических сооружениях (мосты, каркасные строения).

Домашние и промышленные способы

Для выделения и плавления чистого свинца, чаще всего используют галенит, как основу плавки. Способом флотации обогащают концентрат до 40-70%. Далее применяют несколько методов плавления:

Электротермическое плавление.
Способ термического плавления Ванюкова (расплавление в жидкой ванне).
Плавление в шахтной (ватержакетной) печи.

После химической обработки удаляют примеси других элементов, в результате чистота свинца достигает более 99%.

Главными производителями являются: страны ЕС (плавление 2200 килотонн), США (1400), КНР (1200), РФ (1100). Также широкое производство плавления компонента находится в Южной Корейской республике, Украине и Казахстане.

Приготовление расплава

Для начала плавления в домашних условиях подбирается емкость с жаростойкой ручкой, которая выдержит высокую температуру. Для такой функции подходит старый кухонный чайник или подобная бытовая утварь. В домашних условиях можно применять чугунную посуду, при отсутствии других вариантов используют консервные емкости, с использование плоскогубцев в виду высокой температуры операции. Заранее следует предусмотреть будущее место захвата банки инструментом. Для удобства, в жестяной банке можно проделать отверстие в районе ободка. Это даст возможность точно выливать металл с высокой температурой, в нужном месте, без потеков расплавленной массы снаружи емкости.

Обрабатываемый материал размельчают и избавляют массу от лишних включений любыми доступными способами. Чем лучше будет размельчен металл, тем быстрее он расплавится. Емкость необходимо надежно установить над источником огня и прогреть для ликвидации влаги и сторонних примесей.

Кипение свинца достигается при температуре более 1700 °C. В домашних условиях такую температуру создать невозможно, однако при температуре 700 °C элемент проявляет высокую летучесть. Таким образов при отсутствии специального оборудования и практической необходимости, не стоит доводить свинец до температуры с красным оттенком, в виду вредности испарений для окружающих лиц.

Процесс плавления и заливка

В подогреваемую емкость не стоит сразу погружать весь лом. Контактировать с нагретым дном будет только тонкий слой, а остальная приобретенная температура будет рассеиваться в массе свинца. Для эффективной плавки лучше бросить небольшое количество в уже разогретую ванну постепенно помещая остальные части. Это увеличит площадь разогретой массы с высокой температурой.

После разогрева всей массы лома. На поверхности образуется шлаковый слой, который нужно убрать ложкой с длинной ручкой или подобным средством. Если масса получила единую разогретую консистенцию ее стоит переместить в предварительно разогретую форму. Низкая температура плавления провоцирует быстрое застывание в кристаллический вид. Если форма не разогрета, свинец начнет неровно ложится прямо во время заливки, и изделие получится неоднородным с присутствием дефектов.

Рыболовные лаки

Свинцовые изделия, статуэтки или рыболовные снасти можно покрывать лаком, используемым рыбаками. У любителей рыбной ловли есть несколько функций для этого ингредиента. Однако с предотвращением оксидного слоя на поверхности, раствор также эффективно справляется. Производят жидкость для придания старым наживкам и грузилом былого блеска.

Методы избавления от оксида

Во время взаимодействия с воздухом между атомами металла и окружающей средой образуется ионная связь. Кислород отдает два электрона. На поверхности быстро возникает окислительный слой. Такая оксидная пленка способна предотвратить дальнейшее воздействие враждебной среды. Пленка, также становится барьером во время передачи электричества.

Оксидная пленка на продукте, изготовленном из свинца появляется через малый промежуток времени. Механическая очистка – довольно трудоемкое и бесполезное занятие. Сразу после успешного снятия слоя, образуя поле, и оголенные атомы вступают в связь с новыми атомами воздуха. Создать защиту для предмета можно при использовании масла подсолнуха. Также актуален вариант с графитовой смазкой и лаком.

Для домашнего обихода отлично подходит масло подсолнуха. Масло наливают в миску, после чего в жидкость помещают требуемое изделие из свинца. При правильной выдержки (около 5 минут), необходимо вытянуть изделие из масла и дать ему просохнуть на подготовленных салфетках.

В условиях производства для уменьшения распространения оксидных включений на поверхности деталей применяют графитовую смазку. Смазка не является редкой или дорогостоящей, однако в бытовых условиях она редко оказывается в наличии. Такое средство продается в автомагазинах и хозяйственных торговых точках. При должном отношении свинцовая поверхность будет длительное время демонстрировать блеск.

Графитовая смазка для свинца

Если оксидная пленка уже успешно покрыла поверхность, существуют способы ее удаления. Для этого, применяется концентрированный раствор кислоты. Для таких действий необходима специальная подготовка, включая наличие химического стеклянного инвентаря. Обычные столовые банки или миски не подойдут. Реактивные ингредиенты могут нанести вред человеку, оставить ожоги на теле.

Приветствуется использование защитных очков и маски.

Обрабатываемое изделие погружается в кислотный раствор. Необходимо подождать пока пленка оксида будет разрушена. После успешного подъема из раствора обрабатывается поверхность для защиты маслом или лаком.

Техника безопасности

Расплавленный свинец способен произвести значимые увечья и ожоги. Капля мгновенно пропалит одежду и попадет на открытую поверхность кожи. Жидкая форма свинца может при вытекании попасть на легко возгораемые предметы и спровоцировать пожар в помещении. Если в жидкий расплав проникает вода происходит резкая вспышка с распространением мелких брызг металла по всей площади. Такие включения могут попасть на кожу и глаза, что болезненно и опасно для органов человека. Таким образом, обязательно во время работы необходимо использование одежды, которая покроет все тело включая рукава, надевайте головной убор. Ткань должна быть с высокой огнеупорностью и термостойкостью. На лицо необходимо надеть маску и защитные очки.

Помещение, в котором проводят плавку, необходимо хорошо проветривать, ввиду токсичности испарения свинца. Если маски нет в наличии используйте ватно-марлевую повязку. При попадании в организм свинец может спровоцировать и усугубить ряд болезненных процессов, накапливаясь в органах, элемент вызывает острое отравление.

Свинец

Свинец — редкий минерал, самородный металл класса самородных элементов. Ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Известен с глубокой древности. Очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.

СТРУКТУРА

Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75Å, ионные радиусы: Рb 2+ 1,26Å, Рb 4+ 0,76Å. Двойниковые кристаллы по . Встречается в мелких округлых зёрнах, чешуйках, шариках, пластинках и нитевидных образованиях.

СВОЙСТВА

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м•К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см 3 (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м 2 ). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Содержание в земной коре — 1,6•10 −3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)₃(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.

Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.

Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате содержание примесей падает до менее чем 0,2 %[

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Образует вкрапленность в изверженных, главным образом кислых, горных породах, в м-ниях Fe и Мn ассоциирует с магнетитом и гаусманитом. Встречается в россыпях с самородными Au, Pt, Os, Ir.

В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

ПРИМЕНЕНИЕ

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.

Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl₂ в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с. 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO₂ широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.

Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH)₂•PbCO₃, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H₂S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлёвки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.

Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика).

Борат свинца Pb(BO₂)₂•H₂O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора.

Хлорид свинца PbCl₂, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH₄Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.

Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве жёлтых пигментов.

Нитрат свинца Pb(NO₃)₂ — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.

Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85—90 % Sn и 15—10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C₂H₅)₄Pb (умеренно летучая жидкость, пары которой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших — неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = +80 °С/13 мм рт. ст.; плотность 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.

Тугоплавкие металлы

Тугоплавкие металлы были выделены в отдельный класс благодаря объединяющему их свойству — высокой температуре плавления. Она выше, чем у железа, которая равна 1539 °C. Поэтому металлы данной группы и получили такое название. Они принадлежат к числу так называемых редкоземельных элементов. Так, например, по распространённости в земной коре ниобий и тантал составляют 3%, а цирконий только 2%.

По температурному показателю плавления кроме перечисленных, к ним относятся металлы, так называемой платиновой группы. Ещё их называют благородными или драгоценными.

Определённая схожесть строения атома обусловила схожесть их свойств. На основании этого можно обобщить некоторые черты проявления таких металлов в земной коре и определиться с технологией их добычи, производства и переработки.

Свойства тугоплавких металлов

За счёт того, что они расположены в соседних группах периодической таблицы, физические свойства у тугоплавких металлов достаточно близкие:

Плотность металла колеблется в интервале от 6100 до 10000 кг/м 3 . По этому показателю выделяется только вольфрам. У него он равен 19000 кг/м 3 .
Температура плавления. Она превышает температуру плавления железа и колеблется от 1950 °С у ванадия до 3395 °С у вольфрама.
Удельная теплоёмкость у них незначительно отличается друг от друга и находится в пределах от 200 до 400 Дж/(кг-град).
Коэффициент теплопроводности сильно меняется от элемента к элементу. Если у ванадия он равен 31 Вт/(м-град), то у вольфрама он достигает величины в 188 Вт/(м-град).

Физические свойства тугоплавких металлов

Химические свойства также достаточно схожие:

Очень похожее строение атома.
Обладают высокой химической активностью. Это свойство определяет основные трудности при сохранении стабильности их соединений.
Прочность межатомных связей определяет высокую температуру плавления. Это обстоятельство объясняет высокую механическую прочность, твёрдость и электрические характеристики (в частности сопротивление).
Проявляют хорошую устойчивость при воздействии различных кислот.

К основным недостаткам тугоплавких металлов относятся:

Низкая коррозийная стойкость. Процесс окисления происходит достаточно быстро. Его разделяют на две последовательные стадии. Непосредственное взаимодействие металла с кислородом окружающего воздуха, что приводит к образованию оксидной плёнки. На второй стадии происходит процесс диффузии (проникновения) атомов кислорода через образовавшуюся оксидную плёнку.
Трудности со свариваемостью тугоплавких металлов. Это вызвано высокой химической активностью к окружающему воздуху при высоких температурах, хрупкостью при насыщении различными примесями. Кроме того, трудно определить точку перегрева и практически невозможно контролировать повышение предела текучести.
Трудности их получения использования в чистом виде без примесей.
Необходимость применения специальных покрытий от быстрого окисления. Для сплавов, основу которых составляет вольфрам и молибден, разработаны силицидные покрытия.
Трудности, связанные с механической обработкой. Для качественной обработки их сначала необходимо нагреть.

Производство тугоплавких металлов

Все способы производства тугоплавких металлов основаны на методиках так называемой порошковой металлургии. Сам процесс происходит в несколько этапов:

На начальном этапе получают порошок металла.
Затем методами химического восстановления (обычно аммонийных солей или оксидов) выделяют требуемый металл. Такое выделение получается в результате воздействия на порошок водорода.
На завершающем этапе получают химическое соединение, называемое гексафторидом соответствующего металла, и уже из него сам металл.

Применение тугоплавких металлов

Начиная со второй половины двадцатого века тугоплавкие металлы стали применяться во многих отраслях промышленного производства. Порошки тугоплавких металлов используются для производства первичной продукции. Тугоплавкие металлы вырабатывают в виде проволоки, слитков, арматуры, прокатного металла и фольги.

Отдельное место такие металлы занимают в технологии выращивания лейкосапфиров. Они относятся к классу монокристаллов и называются искусственными рубинами.

Изделия из тугоплавких металлов входят в состав бытовых и промышленных электрических приборов, огнеупорных конструкций, деталей для двигателей авиационной и космической техники. Особое место занимают тугоплавкие металлы при производстве деталей сложной конфигурации.

Вольфрам

Этот металл открыли в далёком 1781 г. Его температура плавления равна 3380 °С. Поэтому он на сегодняшний день является самым тугоплавким металлом. Получают вольфрам из специального порошка, подвергая его химической обработке. Этот процесс основан на прессовании с последующим спеканием при высоких температурах. Далее его подвергают ковке и волочению на станках. Это связано с его наибольшей тугоплавкостью. Так получают волокнистую структуру (проволоку). Она достаточно прочная и практически не ломается. На конечном этапе его раскатывают в виде тонких нитей или гибкой ленты. Для проведения механической обработки необходимо создать защитную среду из инертного газа. В этой среде температура должна превышать 400 °С. При температуре окружающей среды он приобретает свойства парамагнетика. Ему присущи следующие недостатки:

сложность в создании условий для механической обработки;
быстрое образование на поверхности оксидных плёнок. Если в контакте имеются серосодержащие вещества, образуются сульфидные плёнки;
создание хорошего электрического контакта между несколькими деталями возможно только при создании большого давление.

Для улучшения свойств вольфрама (тугоплавкости, устойчивости к коррозии, износостойкости) в него добавляют легирующие металлы. Например, рений и торий.

Металл используется для производства нитей накаливания для осветительных и сушильных ламп. Его добавляют в сварочные электроды, элементы электронных ламп и рентгеновских трубок. Также применяется при производстве элементов ракет, в реактивных двигателях, артиллерийских снарядах.

Молибден

По внешнему виду и характеристикам очень похож на вольфрам. Главным отличием является то, что его удельный вес почти в два раза меньше. Его получают аналогичным образом. Он широко применяется в радиоэлектронной промышленности, для изготовления различных испарителей в вакуумной технике, разрывных электрических контактов. Как и вольфрам, он является парамагнетиком. Для изготовления электродов стекловаренных (стеклоплавильных) печей он просто незаменим.

Ниобий

Температура плавления ниобия составляет 2741 °С. По своим химическим, физическим и механическим свойствам очень напоминает тантал. Он достаточно пластичен. Обладает хорошей свариваемостью и высокой теплопроводностью даже без дополнительного нагрева. Как и все остальные металлы его получают из порошка. Конечные заготовки из ниобия – проволока, лента, труба.

Сам металл и его сплавы демонстрируют эффект сверхпроводимости. Его широко применяют для изготовления анодов, экранных и антидинатронных сеток в электровакуумных приборах. Благодаря хорошей пористости, его успешно применяют в качестве газопоглотителей. В микроэлектронике он идёт на изготовление резисторов в микросхемах.

Ниобий хорошо себя проявил в качестве легирующей добавки. Используется при создании различных жаростойких конструкций, агрегатов работающих в агрессивных и радиоактивных средах. Из сплава стали и ниобия изготавливают некоторые элементы реактивных двигателей. Благодаря его свойству не взаимодействовать с радиоактивными веществами при высоких температурах, например, с ураном, применяется при изготовлении оболочек для урановых элементов, отводящих тепло в реакторах.

Тантал

Внешне имеет светло-серый цвет с небольшим голубоватым оттенком. Температура плавления близка к 3000 °С. Хорошо поддается основным видам обработки. Его можно ковать, прокатывать, производить волочение для изготовления проволоки. Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов. Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.

Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.

Ввиду ряда своих уникальных качеств, считается незаменимым в ядерной, аэрокосмической и радиоэлектронной промышленности.

Рений

Был открыт позже всех из перечисленных ранее металлов. Он полностью оправдывает свое название «редкоземельный металл», потому что находится в небольших количествах в составе руды других металлов, таких как платина или медь. В основном его используют как легирующую добавку. Полученные сплавы приобретают хорошие характеристики прочности и ковкости. Это один из самых дорогих металлов, поэтому его применение приводит к резкому увеличению цены всего оборудования. Те не менее, его применяют в качестве катализатора.

Хром — уникальный металл. Широко применяется в промышленности благодаря своим замечательным свойствам: прочности, устойчивости к внешним воздействиям (нагреву и коррозии), пластичности. Достаточно твердый, но хрупкий металл. Имеет серо-стальной цвет. Весь необходимый хром извлекают из руды двух видов хромита железа или окиси хрома.

Основными его свойствами являются:

Даже при нормальной температуре обладает почти идеальным антиферромагнитным упорядочением. Это придаёт ему отличные магнитные свойства.
По-разному реагирует на воздействие водорода и азота. В первом случае сохраняет свою прочность. Во втором, становится хрупким и полностью теряет все свои пластические свойства.
Обладает высокой устойчивостью против коррозии. Это происходит благодаря тому, что при взаимодействии с кислородом на поверхности образуется тонкая защитная плёнка. Она служит для защиты от дальнейшей коррозии.

Он используется в металлургической, химической, строительной индустриях. Хром, как легирующая добавка, обязательно используется для производства различных марок нержавеющей стали. Особое место занимает при изготовлении такого материала как нихром. Этот материал способен выдерживать очень высокие температуры. Поэтому его используют в различных нагревательных элементах. Хромом активно покрывают поверхности различных деталей (металла, дерева, кожи). Это процесс осуществляется с помощью гальваники.

Токсичность некоторых солей хрома используют для сохранения древесины от повреждения, вредного воздействия грибков и плесени. Они также хорошо отпугивают муравьёв, термитов, насекомых разрушителей деревянных конструкций. Солями хрома обрабатывают кожу. Хром применяется при изготовлении различных красителей.

Благодаря высокой теплостойкости его используют как огнеупорный материал для доменных печей. Каталитические свойства соединений хрома успешно используют при переработке углеводородов. Его добавляют при производстве магнитных лент наивысшего качества. Именно он обеспечивает низкий коэффициент шума и широкую полосу пропускания.

Самый тугоплавкий металл

С древних времен человек научился обрабатывать и использовать в своей жизни металлы. Какие-то из них подходят для изготовления посуды и других товаров народного потребления, из других, например нержавеющая сталь, делают оружие и медицинские инструменты. А некоторые металлы и сплавы используются для строительства сложных технических механизмов, например космический корабль или самолет. Одной из характеристик, на которую обращают внимание при выборе того или иного материала, является его тугоплавкость.

Самый тугоплавкий металл вольфрам

Тугоплавкость металлов

Внимание этой характеристике уделяют все инженеры и конструкторы, работающие в машиностроении. В зависимости от величины этой характеристики, человек может рассчитать и определить в какую конструкцию можно применить те или иные тугоплавкие материалы.

Материалы, температура плавления который выше температуры плавления железа, равной 1539 °С, называются тугоплавкими. Самые тугоплавкие материалы:

тантал;
ниобий;
молибден;
рений;
вольфрам.

Тантал Молибден

Полный список содержит больше химических элементов, но не все из них получили распространенное применение в производстве и некоторые обладают меньшими температурами плавления или радиоактивны.

Вольфрам – самый тугоплавкий металл. На вид он светло-серого цвета, твердость и вес достаточно велики. Однако, он становится хрупким при низких температурах и его легко сломать (хладноломкость). Если нагреть вольфрам больше 400 °С, он станет пластичным. С другими веществами вольфрам плохо соединяется. Добывают его из сложных и редких минералов руд, таких как:

шеелит;
ферберит;
вольфрамит;
гюбнерит.

Переработка руды очень сложный и дорогостоящий процесс. Извлеченный материал формируют в бруски или готовые детали.

Вольфрам был открыт в XVIII веке, но долгое время не существовало печей, способных нагреваться до температуры плавления этого тугоплавкого металла. Ученые провели множество исследований и подтвердили, что вольфрам самый тугоплавкий металл. Стоит отметить, что по одной из теорий, сиборгий имеет большую температуру плавления, но не удается провести достаточное количество исследований, т.к. он радиоактивен и нестабилен.

Добавление вольфрама в сталь увеличивает ее твердость, поэтому его стали применять в изготовлении режущего инструмента, что увеличило скорость резания и тем самым привело к росту производства.

Высокая стоимость и трудность обработки этого тугоплавкого металла сказываются на сферах его применения. Он используется в тех случаях, когда нет возможности применить другой. Его достоинства:

устойчив к высоким температурам;
повышенная твердость;
прочный или упругий при определенных температурах;

Переработка металлической руды

Все эти характеристики помогают вольфраму найти широкое применение в различных сферах, таких как:

металлургия, для легированных сталей;
электротехника, для нитей накаливания, электродов и др.;
машиностроение, в изготовлении узлов зубчатых передач и валов, редукторов и многом другом;
авиационное производство, в изготовлении двигателей;
космическая отрасль, применяется в соплах ракет и реактивных двигателях;
военно-промышленный комплекс, для бронебойных снарядов и патронов, брони военной техники, в устройстве торпед и гранат;
химическая промышленность, вольфрам обладает хорошей коррозийной стойкостью к действию кислот, поэтому из него делают сетки для фильтров. Кроме того соединения с вольфрамом используют в качестве красителей тканей, в производстве одежды для пожарных и многом другом.

Такой перечень отраслей, где используется этот тугоплавкий металл говорит о том, что его значение для человечества очень велико. Ежегодно по всему миру изготавливают десятки тысяч тон чистого вольфрама и с каждым годом потребность в нем растет.

Получение тугоплавких материалов

Основная трудность, встречающаяся при получении тугоплавких металлов и сплавов, это их высокая химическая активность, которая мешает быть элементу в чистом виде.

Установка для получения тугоплавких металлов

Наиболее распространенной технологией получения считается порошковая металлургия. Существует несколько способов получить порошок тугоплавкого металла.

Восстановление с помощью триоксида водорода. Такой метод включает в себя несколько этапов, оборудование для обработки — это многотрубные печи, с диапазоном температур от 750 до 950 °С. Данный способ применяется для получения молибдена и вольфрама.
Восстановление водородом из перрената аммония. При температуре около 500 °С, на заключительном этапе, полученный порошок, отделяют от щелочей с помощью кислот и воды. Применяется для получения рения.
Соли различных металлов также применяются для получения порошка молибдена. Например, используют соль аммония металла и его порошок не более 15% от общей массы. Смесь нагревается до 500-850 °С при помощи инертного газа, а затем технология производства предусматривает провести восстановление водородом при температуре 850 — 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов

Полученный этими способами порошок в дальнейшем подвергают к спеканию в специальные формы, для дальнейшей транспортировки и хранения.

На сегодняшний день, эти способы получения чистых тугоплавких металлов продолжают дорабатываться и применяются новые техники извлечения материала из горных пород. С развитием ядерной энергетики, космической отрасли, металлургии, мы в скором времени сможем наблюдать появление новых методов, возможно более дешевых и простых.

Применение тугоплавких материалов

Сферы, в которых применяются тугоплавкие металлы и сплавы:

авиация;
ракетостроение;
электроника;
космический и военный комплекс.

Объединяет все эти сферы использование новейших технологий и процессов. В основном используются в электрических приборах, лампах, электродах, катодах, предохранителях и многом другом.

Применение вольфрама в космической промышленности Электровакуумные радиолампы

Нашли они свое применение и в ядерной энергетике. Тугоплавкие металлы применяют для производства труб ядерных реакторов, оболочек и других элементов АЭС.

В химической промышленности нашли свое применение вольфрам, для окраски тканей, и тантал, антикоррозионные свойства которого применяются при изготовлении посуды и аппаратуры.

Использование тугоплавких металлов в составе прокатных сталей усиливает определенные свойства тех. Это способствует увеличению прочности, температуре плавления и многим другим свойствам.

Ежегодно выпускается миллионы тонн тугоплавких металлов по всему миру. Они используются в составе различных сплавов и сталей. Без них невозможно изготовить качественный инструмент и материал. Развитие военно-промышленного комплекса, самолетостроения, кораблестроения, создание космических кораблей, безопасность в атомной промышленности невозможна без их применения.

Технические и пользовательские характеристики, а также свойства металла свинец

Свинец – металл, который тоже можно отнести к одним из известных с самых древних времен. Полагают, что выплавка его стала первым металлургическим процессом в истории человечества. За прошедшие тысячелетия свинец то мало использовался, то вновь «входил в моду», но никогда не забывался.

Причиной тому его интересные качества. И сегодня нами будут изучены физико-химические, механические и магнитные свойства, технические характеристики свинца, его сплавов и окиси, рассмотрены фото элемента и даны полезные советы по его использованию.

Физические и химические свойства свинца

Свинец – типичный металл, тяжелый, плотный, имеет голубовато-серый цвет. Блеск на воздухе быстро исчезает, так как металл покрывается защитной оксидной пленкой. Свинец довольно распространен и легко добывается, чем и объясняется его столь давняя известность.

При большой плотности, металл остается мягким: при температуре 20 С он легко царапается ногтем. Свинец ковкий, но из-за не слишком презентабельного вида и быстрой потери блеска, очень редко используется для изготовления декоративных предметов. В древности из него делали и украшения, и посуду.

Данное видео посвящено изучению свойств и характеристик свинца в химии и физике:

Плотность и масса

Молекулярная масса элемента равна 82, что уже указывает на приличную тяжесть вещества. Кристаллическая решетка – кубическая гранецентрированная: в углу куба расположен атом металла и в центре каждой грани.

Относится вещество к категории тяжелых металлов. Плотность по мере повышения температуры падает:

три температуре в 20 С плотность составляет 11,34 г/куб см;
при 327,6 С м10, 686 г/куб. см;
при 650 С – 10, 302 г/куб .см;
при 850 С – 10,078 г/куб. см.

Массу свинца вычисляют исходя из плотности, размеров образца и учитывая температуру. Последнее важно при выплавке металлов.

Далее поговорим про литейные свойства свинца.

Температуры плавления, литья и кипения

Несмотря на плотность свинец к тугоплавким веществам не относится, и его добавка к сплавам такое свойство не обеспечивает. Металл мягок и пластичен, легко прокатывается в очень тонкую фольгу.

Температура плавления – 327,46 С.
Температуры кипения – 1749 С.
Температура литья – 400–450 С.
При температуре ниже 7,26 К свинец становится сверхпроводником.

Расплавляясь, металл становится жидкотекучим, в диапазоне литья его вязкость поднимается от 1,89 до 1,23 МПа*С -2. Поверхностное натяжение в том же диапазоне изменяется от 4,4 до 4,0 кН/м.

Механические характеристики

При высокой пластичности металл не обладает стоящими прочностными характеристиками:

сопротивление разрыву составляет 12–13 МПа;
предел прочности при сжатии – 50 МПа;
твердость по Бринеллю – 3,2– ,8 НВ;
удлинение составляет 50–70%.

Наклеп или нагартовка – деформационное уплотнение, механическую прочность металла не увеличивает: дело в низкой температуре рекристаллизации.

Теплопроводность

Этот показатель у металла невелик: примерно в 2 раза меньше железа и в 11 раз меньше чем у меди:

теплопроводность – 33,5 вт/(м·К);
теплоемкость при нормальной температуре – 0,128 кДж/(кг·К).

Данное видео продолжит рассказ о свойствах свинца:

Электропроводность

Тепло- и электропроводность металлов довольно хорошо коррелируют друг с другом. Свинец не слишком хорошо проводит тепло и к лучшим проводникам электричества тоже не относится: удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м при сопротивлении той же меди 0,017.

Коррозионная стойкость

Свинец – металл неблагородный, однако по уровню химической инертности к таковым приближается. Низкая активность и способность покрываться оксидной пленкой и обуславливает достойную коррозионную стойкость.

Во влажной сухой атмосфере металл практически не корродирует. Причем в последнем случае сероводород, угольный ангидрид и серная кислота – обычные «виновники» коррозии, на него не влияют.

Показатели коррозии в разной атмосфере такие:

в городской (смог) – 0,00043–0,00068 мм/год,
в морской (соли) – 0,00041–0,00056 мм/год;
сельской – 0,00023– ,00048 мм/год.

Воздействие пресной или дистиллированной воды нулевое.

Металл устойчив к действию хромовой, плавиковой, концентрированной уксусной, сернистой и фосфорной кислоте.
А вот в разбавленной уксусной или азотной с концентрацией менее 70% быстро разрушается.
Так же действует и концентрированная – более 90%, серная кислота.

Газы – хлор, сернистый газ, сероводород на металл не действуют. Однако под влиянием фтористого водорода свинец корродирует.

На коррозионные качества его влияют другие металлы. Так, контакт с железом и медью никак не сказывается на коррозионной стойкости, а добавка висмута или цинка снижает стойкость вещества к кислоте.

Токсичность

И свинец, и все его органические соединения относятся к химически опасным веществам 1 класса. Металл очень токсичен, а отравление им возможно при многих технологических процессах: выплавка, изготовление свинцовых красок, добыча руды и так далее. Совсем не так давно, менее 100 лет назад, не менее распространены были и бытовые отравления, поскольку свинец добавляли даже в белила для лица.

Наибольшую опасность представляют собой пары металла и его пыль, поскольку в таком состоянии они легче всего проникает в организм. Основной путь – дыхательный тракт. Часть может усвоиться и через кишечно-желудочный тракт и даже кожу при непосредственном контакте – те же свинцовые белила и краски.

Попадая в легкие, свинец всасывается кровью, разносится по всему телу и скапливается в основном в костях. Главное его отравляющее действие связано с нарушениями в синтезе гемоглобина. Типичные признаки свинцового отравления сходны с анемией – усталость, головные боли, расстройства сна и пищеварения, но сопровождаются постоянными ноющими болями в мышцах и костях.
Длительное отравление может вызвать «свинцовый паралич». Острое отравление провоцирует повышение давления, склерозирование сосудов и так далее.

Лечение специфическое и длительное, поскольку вывести тяжелый металл из организма непросто.

О том, какими экологическими свойствами обладает свинец, расскажем ниже.

Экологические характеристики

Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.

К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.

Свинец – металл, имеющий промышленное значение. Несмотря на токсичность, в народном хозяйстве он используется слишком широко, чтобы можно было металл чем-то заменить.

Читайте также: