Metallit ja metalliseokset ovat tulleet elämäämme niin läheltä, että joskus emme edes ajattele niitä. Jo 4-3 vuosituhatta eKr. ihminen tutustui kimpaleisiin ensimmäisen kerran. Siitä on kulunut paljon aikaa, ja joka vuosi metallin käsittely on vain parantunut.
Sinkillä oli suuri rooli tässä. Siihen perustuvia seoksia käytetään monilla teollisuudenaloilla. Tässä artikkelissa tarkastellaan sinkkiseoksia ja niiden roolia elämässämme.
Siirtymämetalli
Sinkin tiedetään olevan sinertävänvalkoinen hauras siirtymämetalli. Se louhitaan puolimetallimalmeista. Puhtaan sinkin valmistusprosessi on melko monimutkainen ja aikaa vievä. Ensinnäkin 1-4 % sinkkiä sisältävä malmi rikastetaan selektiivisellä vaahdotuksella. Tällä menetelmällä saadaan konsentraatteja (55 % Zn). Seuraavaksi sinun on hankittava sinkkioksidi. Tätä varten saadut konsentraatit kalsinoidaan uuneissa leijukerroksessa. Vain alkaensinkkioksidia, voit saada tämän metallin puhtaassa muodossaan, ja siihen on kaksi tapaa.
Sinkin hankkiminen
Ensimmäinen on elektrolyyttinen, joka perustuu sinkkioksidin käsittelyyn rikkihapolla. Tämän reaktion seurauksena muodostuu sulfaattiliuos, joka puhdistetaan epäpuhtauksista ja altistetaan elektrolyysille. Sinkki kerrostetaan alumiinikatodeille, joka sitten sulatetaan induktiouuneissa. Näin saadun sinkin puhtaus on noin 99,95 %.
Toinen menetelmä, vanhin, on tislaus. Konsentraatit kuumennetaan erittäin korkeaan lämpötilaan (noin 1000 °C), sinkkihöyryt vapautuvat, jotka kondensoituessaan laskeutuvat saviastioihin. Mutta tämä menetelmä ei anna sellaista puhtautta kuin ensimmäinen. Tuloksena oleva höyry sisältää noin 3 % erilaisia epäpuhtauksia, mukaan lukien sellainen arvokas alkuaine kuin kadmium. Siksi Zn puhdistetaan edelleen erottamalla. 500 °C:n lämpötilassa se suojataan jonkin aikaa ja saadaan 98 %:n puhtaus. Seosten jatkotuotantoon tämä riittää, koska silloin sinkki seostetaan edelleen samoilla alkuaineilla. Jos tämä ei riitä, käytetään rektifikaatiota ja saadaan sinkkiä 99,995 %:n puhtaudella. Siten molemmat menetelmät mahdollistavat erittäin puhtaan sinkin saamisen.
Erottamaton metallipari
Yleensä lyijyä on sinkkiseoksissa epäpuhtautena. Luonnossa tämä erottamaton metallipari löytyy melko usein. Mutta itse asiassa sinkkiseoksen korkea lyijypitoisuus heikentää sen fysikaalisia ominaisuuksia, mikä aiheuttaa taipumusta rakeiden väliseen korroosioon, jos se onpitoisuus ylittää 0,007 %. Lyijyä ja sinkkiä löytyy yleisimmin yhdessä tinapronssista ja messingistä.
Jos puhumme näiden kahden alkuaineen eutektiikasta, on tärkeää huomata, että 800 °C:n lämpötilaan asti ne eivät sekoitu keskenään ja edustavat kahta erilaista nestettä. Nopean jäähdytyksen aikana Pb:n jakautuminen tapahtuu tasaisesti pyöristetyinä sulkeumaina pitkin raerajaa. Sinkki-lyijy-seosta käytetään painolevyjen valmistukseen, koska se liukenee erittäin nopeasti happoon. Useimmiten lyijy-epäpuhtaudet poistetaan sinkistä tislausmenetelmällä.
Kuparinkkiseos
Mesinki on metalliseos, joka tunnettiin jo ennen aikakauttamme. Sinkkiä ei tuolloin vielä löydetty, mutta malmia käytettiin laaj alti. Aikaisemmin messinki saatiin seostamalla smithsoniittia (sinkkimalmi) ja kuparia. Tämä metalliseos valmistettiin ensimmäisen kerran vasta 1700-luvulla käyttämällä metallista sinkkiä.
Messingillä on useita lajikkeita: yksivaiheinen ja kaksivaiheinen. Ensin mainitut sisältävät noin 35 % sinkkiä, kun taas jälkimmäiset sisältävät 50 % ja 4 % lyijyä. Yksivaiheiset messingit ovat erittäin sitkeitä, kun taas toiselle lajikkeelle on ominaista hauraus ja kovuus. Kun tarkastellaan näiden kahden elementin tilakaaviota, voimme päätellä, että ne muodostavat sarjan elektronisia vaiheita: β, γ, ε. Mielenkiintoinen messinkilajike on tompak. Se sisältää vain 10 % sinkkiä ja tämän ansiosta sillä on erittäin korkea sitkeys. Tompakia käytetään menestyksekkäästi teräsverhous- ja bimetallituotannossa. ennen häntäkäytetään kolikoiden ja kullan jäljitelmään.
Sinkki ja teräs
Melkein joka kodista löytyy galvanoituja esineitä: ämpäriä, kattiloita, kiehuvaa vettä jne. Kaikki ne ovat luotettavasti suojattu ruosteelta sinkin ansiosta. Kuvannollisesti puhuen tietysti teräs on päällystetty tällä metallilla, ja loogisesti ajatellen emme puhu seoksesta. Toisa alta, kun tiedetään kuinka galvanointi tapahtuu, voidaan väittää päinvastaista. Tosiasia on, että sinkki sulaa erittäin alhaisessa lämpötilassa (noin 400 °C) ja joutuessaan teräksen pintaan nestemäisessä tilassa se diffundoituu siihen.
Molempien aineiden atomit ovat erittäin tiukasti sidoksissa toisiinsa muodostaen rauta-sinkkiseoksen. Tästä syystä voimme turvallisesti sanoa, että Zn ei ole "ladattu" tuotteeseen, vaan "upotettu" siihen. Tämä voidaan havaita normaalissa kotitaloudessa. Esimerkiksi sinkittyyn kauhaan ilmestyy naarmu. Alkaako tässä ruostetta? Vastaus on yksiselitteinen - ei. Tämä johtuu siitä, että kosteuden tunkeutuessa sisään sinkkiyhdisteet alkavat hajota, mutta samalla ne muodostavat jonkinlaisen suojan teräkselle. Joten useimmissa tapauksissa tällaiset sinkkiseokset on suunniteltu suojaamaan tuotteita korroosiolta. Tietysti myös muita aineita, kuten kromia tai nikkeliä, voidaan käyttää näihin tarkoituksiin, mutta näiden tuotteiden kustannukset ovat moninkertaiset.
Tina ja sinkki
Tämä seos on yhtä suosittu kuin muut jo arvioimamme metalliseos. Vuosina 1917-1918 Bulgariassa sitä käytettiin laaj alti erikoisastioiden valmistukseen, jotka pitivät lämmintä nestettä pitkään.(nykyaikaisten termosten analogit). Nykyään sinkki-tinaseosta käytetään erittäin laajasti radio- ja sähköteollisuudessa. Tämä johtuu siitä, että koostumus, jonka Zn-pitoisuus on 20 %, juotetaan erittäin hyvin ja kerrostuksen kiillotus säilyy pitkään.
Tietenkin tätä seosta voidaan käyttää myös korroosionestopinnoitteena. Sen ominaisuudet ovat hyvin samank altaisia kuin kadmiumpinnoite, mutta samalla halvempi.
Sinkkiseosten ominaisuudet
Tietenkin kaikki tätä metallia sisältävät koostumukset eroavat toisistaan prosentteina. Yleensä sinkkiseoksilla on hyvät valu- ja mekaaniset ominaisuudet. Ensimmäinen ja tärkein on korroosionkestävyys. Ennen kaikkea se ilmenee kuivan puhtaan ilman ilmapiirissä. Mahdollisia korroosion ilmenemismuotoja on nähtävissä teollisuuskaupungeissa. Tämä johtuu kloorivetyhappohöyryjen, kloorin ja rikin oksidien läsnäolosta ilmassa, jotka tiivistyessään kosteuden kanssa vaikeuttavat suojakalvon muodostamista. Kupari-tina-sinkki on seos, jolle on tunnusomaista korkeat suojaominaisuudet. Tämä koostumus on vähiten altis korroosiolle, erityisesti teollisuusilmakehässä. Jos puhumme sinkin valuominaisuuksista, ne tietysti riippuvat sen seosten seosaineista.
Joten esimerkiksi alumiini tekee niiden rakenteesta homogeenisen, hienorakeisen, jalostaa sitä, vähentää raudan negatiivista vaikutusta. Toinen tärkeä seosaine on kupari. Se lisää voimaa ja vähentääkiteiden välinen korroosio. Kupari-sinkkiseoksella on suuri iskulujuus, mutta samalla se menettää osittain valuominaisuudet.
Sinkin ja sen seosten käyttöalat
Itse asiassa sinkkiseoksista valmistetut osat ovat aika yleisiä meidän aikanamme. Huolimatta siitä, että muovi korvaa metallituotteet, joissain tapauksissa niistä ei voida luopua. Esimerkiksi autoteollisuus on ala, joka ei tule toimeen ilman sinkkiseoksia. Suodattimet, öljypohjat, kaasuttimen ja polttoainepumppujen kotelot, pyöränsuojukset, äänenvaimentimet - kaikki tämä ja paljon muuta on valmistettu tämän kemiallisen alkuaineen yhdisteistä.
Sinkkiseoksilla on hyvät valuominaisuudet, joten niistä valetaan erimuotoisia monimutkaisia osia vähimmäisseinämäpaksuudella. Rakentaminen on toinen ala, jolla nämä seokset ovat välttämättömiä. Valssattua sinkkiä käytetään kattojen, putkien ja vesikourujen valmistukseen. Huolimatta siitä, että sinkkiseosten tuotantoa on taipumus vähentää, niiden valmistuksesta ei ole mahdollista luopua materiaalin suhteellisen halvan ja mekaanisten ominaisuuksien vuoksi.
