「高校化学 金属と合金」の版間の差分
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== 鉄鋼 ==
=== 銑鉄 ===
鉄鉱石からの鉄の精錬では、赤鉄鉱 Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> などの鉄鉱石を溶鉱炉でとかし、炭素などを加えて還元し、また不純物をとりのぞくため'''石灰石''' CaCO<sub>3</sub> を加える。石灰石によりシリカSiO<sub>2</sub>やアルミナAl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>などの脈石(岩石を構成する成分のこと。)が分離される。
このようにして得た鉄を'''銑鉄'''(せんてつ)という。 [[File:Hochofenprozess.PNG|thumb|400px|高炉プロセスの概略図。<br>
石灰石は、鉱石中のケイ酸塩と反応し'''スラグ''' CaSiO<sub>3</sub> を形成し、銑鉄に浮かぶので、これを溶鉱炉から分離する。スラグはセメントの原料になるので、スラグは廃棄せず分離して回収する。▼
Trocken -und Vorwärmzone:乾燥および予熱<br>
Reductionzone :還元の領域 。 Kohlungzone :浸炭の領域<br>
Schmelzzone :融解の領域 。 <br>
Roheisen :銑鉄<br>
schlacke :スラグ<br>
<br>
Erz :鉱石 。 koks :コークス 。 zuschläge :追加物<br>
<br>
Gichtgas :高炉ガス<br>
]]
▲石灰石は、鉱石中のケイ酸塩と反応し'''スラグ''' CaSiO<sub>3</sub> を形成し、スラグは比重が銑鉄より軽いため、スラグは銑鉄に浮かぶので、これを溶鉱炉から分離する。スラグはセメントの原料になるので、スラグは廃棄せず分離して回収する。
また、炭素や石灰石などの添加は、融点を下げる役割も有る。凝固点降下と同じ原理である。一般に混合物は融点が下がる。
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しかし鋳鉄は割れやすいため、鋳造以外の他の用途には不便である。
丈夫な鉄を得るには銑鉄の炭素量を適量に減らす必要があり、転炉で酸素を加えて燃焼させて取り除く。転炉には、酸素吹き込み転炉などを用いる。この酸素吹き込みの酸化熱が、鉄を溶かし続ける熱源に使える。
炭素含有量を減らして炭素Cを0.02%~2%ほど含む鉄を鉄を'''鋼'''(こう)という。
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添加物のため融点は下がり、およそ1400℃で融解し、溶鉱炉の底に溶けた鉄がたまる。
なお、1200℃での反応の式について、温度が高くなりすぎると、逆方向に反応が進んでしまいCO<sub>2</sub>によるFeの酸化が起きるので、1200℃程度を保つ必要がある。
鋼にCrやNiを混ぜた合金が'''ステンレス鋼'''である。このステンレス鋼は化学的な耐食性が高い。
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=== バイヤー法 ===
アルミニウムの天然の鉱石は'''ボーキサイト'''(bauxite)といい、ボーキサイトの化学式はAl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>・nH<sub>2</sub>Oである。ボーキサイトに濃い水酸化ナトリウム溶液NaOHを加えてアルミン酸ナトリウム2Na[Al(OH)<sub>4</sub>]が得られる。正確にはテトラヒドロキソアルミン酸ナトリウムという。
:<math>\mathrm{ Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] } </math>
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:<math>\mathrm{ Na[Al(OH)_4] \rightarrow Al(OH)_3+ NaOH } </math>
生じたAl(OH)<sub>3</sub> を分離して、このAl(OH)3を1200℃に加熱して酸化アルミニウム
これらのボーキサイトからアルミナまでの工程を'''バイヤー法'''という。
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> は'''アルミナ'''という。アルミナは融点が高く、約2000℃の融点なので、融点を次の融解塩電解という処理で下げる。
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溶融したアルミナを電気分解によって、精錬する。
また、このように添加物を加えて融点を下げ、溶融させて電解する方法を'''融解塩電解'''または'''溶融塩電解'''という。
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== 合金 ==
[[File:Sauce boat.jpg|thumb|right|ステンレス鋼のソースボート(肉汁ボート)]]
[[File:Dewotine D.333 Cassiopée F-ANQB Algérie 1938.jpg|thumb|200px|ジュラルミンが航空機に用いられた例。画像は旅客機 D.333 。フランス国 Dewoitine社。]]
[[File:Jug Egypt Louvre OA7436.jpg|thumb|200px|真鍮(黄銅)の水差し。この画像の水差しは14世紀のエジプトで用いられていた。]]
2種類以上の金属を溶融して混合したあとに固めるなどした金属材料を合金という。一般に合金では、もとの金属単体よりも硬さが増す。ここでいう「硬い」とは「変形しづらい」という意味であり、割れにくいとは限らないので注意。
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組成
Cu Sn
銅Cuとすず(錫)Snの合金。亜鉛などの第三元素を加えた場合も青銅と呼ぶ場合がある。第三元素を添加せず、銅とすずのみを主成分とする青銅を、すず青銅という。
青銅はブロンズ(bronze)ともいう。
特徴: 合金化により硬くなり、強度が高まる。鏡として用いられる場合もある。(青銅鏡)
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