Химия в промышленности (стр. 6 )

Для улучшения качества металлических материалов исключи­тельно важное значение приобрела порошковая металлургия, вклю­чающая процессы производства металлических порошков и спечен­ных из них изделий.

В современной порошковой металлургии можно выделить два основных направления:

1) создание материалов и изделий с такими характеристиками (состав, структура, свойства, которые в настоящее время невозможно достичь известными мето­дами плавки;

2) изготовление традиционных материалов и изделий при более выгодных технико-экономических показателях производ­ства. Обработкой металлических порошков удается достичь важных для практических целей свойств материалов. Например, вольфрам, получаемый в инертной атмосфере в вольтовой дуге, хрупок. Прес­сованием порошка вольфрама и последующим спеканием изделий в атмосфере водорода изготавливают прочные металлические брус­ки, которые можно ковать, катать из них листы и штамповать.

Неметаллические материалы принято разделять на две группы — органические и неорганические.

Среди неметаллических органических материалов можно выде­лить природные и синтетические.

К важнейшим синтетическим полимерным материалам относят пластмассы, эластомеры, химические волокна и полимерные покры­тия. В отличие от металлических материалов они имеют высокую устойчивость в агрессивных средах, низкую плотность, высокую стойкость к истиранию, хорошие диэлектрические и теплоизоляцион­ные свойства. Из них несложно изготовить детали и аппараты слож­ной конструкции. Недостатком многих полимерных материалов яв­ляется их склонность к старению и невысокая термическая стабиль­ность (до 250 °С). Наиболее известны материалы на основе фенолформальдегидных смол, поливинилхлорида, полиэтиленов и фторопластов.

Среди других полимерных материалов следует отметить каучуки и различные материалы на их основе, такие, как бутил-каучук, силиконовые и фторкаучуки и т. д.

Неметаллические органические материалы составляют лишь небольшую долю используемых в современной технике и промыш­ленности материалов. Их номенклатура насчитывает десятки тысяч названий и быстро увеличивается. Состав и технологические усло­вия получения многих из них запатентованы и представляют боль­шую ценность.

Группа неметаллических неорганических материалов включает керамику, фарфор, стекло, силикатные цементы и бетоны, графит и

многое другое. Их можно также разделить на две группы — природ­ные и искусственные. К первым относятся различные горные поро­ды — незаменимый конструкционный материал для изготовления крупногабаритных сооружений.

Искусственные материалы неорганического происхождения весь­ма разнообразны и широко используются благодаря кислотостойкости в виде самостоятельных конструкционных материалов или для футеровки различных аппаратов. Наиболее распространены различ­ные виды искусственных силикатных материалов, получаемых плав­лением: стекло (с. 189), кварц, ситаллы, эмали, цементы (с. 189).

Особое место среди неметаллических неорганических материалов занимает керамика. Керамическими материалами называют любые поликристаллические материалы, получаемые спеканием неметал­лических порошков природного или искусственного происхождения. Перспективность керамики как материала будущего обусловлена его многофункциональностью, доступностью сырья, относительно низкими энергетическими затратами при получении, большой без­опасностью и экологическими преимуществами керамического произ­водства.

Композиционные материалы (композиты) состоят из пластичной основы (матрицы) и наполнителя — включений специальных ком­понентов. Они очень многообразны. Условно можно выделить кера­мика-металлические материалы (керметы), наполненные органиче­ские полимеры (норпласты), газонаполненные материалы (пены).

В качестве основы (матрицы) используются металлы и сплавы, полимеры, керамика. Они обеспечивают связь между составляющи­ми компонентами, прочность и пластичность под действием нагрузок. Значительно разнообразнее применяемые наполнители, особенно для композитов на основе пластмасс, от которых зависит прочность и жесткость композитов. Из наполнителей следует выделить метал­лические и углеродные волокна, дисперсные тугоплавкие металлы с размером частиц от 0,01 до 0,06 мкм, нитевидные кристаллы кар­бида и нитрида кремния.

Композиты с полимерными матрицами получают более широкое распространение, чем на основе металлов или керамики.

Пока еще основными потребителями композитов являются авиа­ционная и космическая промышленность. Их использование не только позволяет получать высокоэкономичные и надежные конст­рукции, но и дает возможность реализовать перспективные аэро­динамические схемы, например истребитель с крылом обратной стреловидности. По многим главным физико-химическим свойствам — прочности, ударной вязкости, усталостной прочности и др.— ком­позиты выигрывают у традиционных материалов в 5 раз, а иногда и более.

Потребности общества в новых материалах непрерывно растут, что обусловлено следующими причинами:

1) развитие новых научно-технических направлений (робототех­ники, информатики, гибких химических производств), требующих принципиально новых материалов со специфическими функциями;

2) повышение стоимости традиционного сырья (в том числе для производства энергии);

3) значительное усиление требований к охране окружающей сре­ды, что привело к удорожанию традиционного химического пере­дела и замене его в ряде случаев новыми технологическими про­цессами;

4) развитие технологических процессов с использованием экст­ремальных воздействий (плазмы, сверхвысоких и сверхнизких дав­лений и температур, облучений и др.).

Таким образом, новые материалы должны удовлетворять разно­образные потребности общества, а их технология обязана быть эко­номичной в условиях растущего дефицита сырья и стоимости энергии.

3. Взаимоконтроль

Фронтальный опрос по изученной теме в форме беседы

4.Итоги занятия Д/з записи в тетрадях, подготовить презентации, схемы, таблицы к уроку 5

Урок 5.

Тема: Производство металлов: чугуна, стали, алюминия в промышлен-ности.

Цель: - изучить виды сырья, вспомогательных материалов, основной химический процесс, побочные процессы, особенности технологического процесса, основной продукт, свойства, применение, утилизация побочных продуктов при производстве металлов;

- развивать умение логически излагать свои мысли, сравнивать, анализировать и делать выводы по изученной теме.

Ход урока:

1. Начало занятия. Сообщения задач

2..Предъявление нового материала.

1. Современная химическая промышленность выпускает десятки тысяч продуктов. Все многообразие химико-технологических процес­сов можно свести к пяти основным группам: механическим, гидро­динамическим, тепловым, диффузионным (массообменным) и хими­ческим.

Механические — это процессы дробления, измельчения, агломерации, транспортирования твердых материалов, гранулиро­вания и т. п.

Гидродинамические — это процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам, перемешивания, псевдоожи­жения, очистка газов от пыли и тумана и др.

Тепловые — это процессы нагревания, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. д.

Диф­фузионные (массообменные) — это процессы сорбции, ректификации, растворения, кристаллизации, сушки и т. д.

Наиболее важна и многообразна группа химических процессов, связанных с изменением химического состава и свойств веществ.

К ним относятся:

·  процессы горения — сжигание топлива, серы, пи­рита и других веществ;

·  пирогенные процессы — коксование углей, крекинг нефти, сухая перегонка дерева;

·  электрохимические про­цессы — электролиз растворов и расплавов солей, электроосаждение металлов;

·  электротермические процессы — получение карбида каль­ция, электровозгонка фосфора, плавка стали;

·  процессы восстанов­ления — получение железа и других металлов из руд и химических соединений;

·  термическая диссоциация — получение извести и гли­нозема;

·  обжиг, спекание — высокотемпературный синтез силикатов, получение цемента и керамики;

·  синтез неорганических соедине­ний — получение кислот, щелочей, металлических сплавов и других неорганических веществ;

·  гидрирование — синтез аммиака, метано­ла, гидрогенизация жиров;

·  основной органический синтез веществ на основе оксида углерода (II), олефинов, ацетилена и других орга­нических соединений;

·  полимеризация и поликонденсация — получе­ние высокомолекулярных органических соединений и на их основе синтетических каучуков, резин, пластмасс и т. д.

Каждое химическое производство состоит из трех взаимосвязан­ных стадий:

1) подготовка сырья и подвод реагирующих компонентов в зону реакции;

2) химическое превращение;

3) отвод продуктов и непрореагировавших веществ из зоны ре­акции, выделение целевого продукта.

2. Практическая часть

Домашняя групповая работа учащихся с дополнительной литературой.

Учащиеся в группах дома составляют опорный конспект по производству чугуна, стали, алюминия в промышленности, используя дополнительную литературу.

Доводят до сведения своих товарищей в виде презентаций, схем, таблиц.

План работы:

·  сырье,

·  вспомогательные материалы,

·  основной химический процесс,

·  побочные процессы,

·  особенности технологического процесса,

·  основной продукт,

·  свойства,

·  применение,

·  утилизация побочных продуктов при производстве металлов.

3.Итоги занятия

Д/з записи в тетрадях, подготовить презентации, схемы, таблицы к уроку 6.

Урок 6.

Тема: Производство неорганических соединений: аммиака, азотной кислоты, стекла в промышленности.

Цель: - изучить виды сырья, вспомогательных материалов, основной химический процесс, побочные процессы, особенности технологического процесса, основной продукт, свойства, применение;

- развивать умение логически излагать свои мысли, анализировать и делать выводы по изученной теме, творческие способности у учащихся;