Можно ли разделить сплав на компоненты?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Есть такая шутливая пословица «фарш невозможно провернуть назад» и, к сожалению, эта пословица очень часто относится ко всему, что происходит с нами в жизни. Но нас сейчас интересует не приготовление котлет. Мы обсудим интересный вопрос из материаловедения. Как вы думаете, что произойдет если взять металлический сплав и попробовать превратить его в исходные компоненты, из которых этот металлический сплав был изготовлен?

Для того, чтобы ответить на поставленный вопрос, нам необходимо очень четко понимать что представляет собой металлический сплав.

Получение расплава
Получение расплава
Автор: KamranAydinov Источник: ru.freepik.com

Что такое сплав?

Сплав — это определенная система, полученная сплавлением нескольких, минимум двух компонентов, но возможно и больше их количество. Когда мы смотрим, например, на сталь, мы понимаем, что это некоторый новый материал, который образовался в результате взаимодействия двух старых исходных материалов.

Что происходит, когда мы сплавляем два металлических компонента? Логично предположить, что они вступают в некоторое взаимодействие на атомарном уровне. Когда это все произошло, мы получили общий расплав. Когда расплав стал гомогенным, то что можно про него сказать? Пожалуй, только одно — в этом расплаве встречаются атомы такие и такие в определенных состояниях и соотношении.

Для того, чтобы получить готовое изделие из такого сплава его нужно кристаллизовать. При кристаллизации атомы в металлическом сплаве, относящиеся к разным элементам, объединяются таким образом, что в общем-то получится сложная твёрдая кристаллизованная система. Она имеет особенности внутреннего упорядочивания этих элементов.

Самый простой и самый, наверное, известный способ упорядочивания элементов — это твёрдые растворы. В случае твердого раствора внедрения примесный элемент внедряется в основную решетку железа, а в случае замещения элемент замещает какое-то вакантное, удобное для него место. Такую штуку не очень просто разобрать.

Следующий вариант, который может образовываться — это химическое соединение. Совершенно не обязательно, что в химических соединениях будет присутствовать именно два металла. Возможно, варианты и с неметаллами. Представьте себе химическое соединение на секундочку и подумайте, как это дело разделять.

Следующий вариант, который может встречаться в металлических сплавах — это фаза внедрения. Фаза внедрения это что-то напоминающее твердый раствор. Образуется некоторая фаза, которая внедряется в структуру получаемого кристаллизуемого сплава и образует отдельную фазу, которую очень легко отделить. В результате формируются гетерогенные структуры, которые тоже выделяются в отдельный тип сплавов.

Есть еще такие штуки, как электронные соединения и фазы Лавеса. Там уровень связи такой же серьезный.

Для того, чтобы разделить эти атомы, нам нужно проявить способности супермена. Единственный вариант, который в теории можно просто разделить — это гетерогенные структуры. В случае более сложных ситуаций, где были химические соединения, твёрдые растворы внедрения и замещения, разные фазы и прочие варианты взаимодействия элементов в единой общей структуре, сотворить такое действие будет практически невозможно.

Как правило, это металлическая связь. Она образуется между положительными ионами металлов и общими электронами, которые свободно движутся по всему объёму. И хотя это слабое взаимодействие, разорвать его механически точно не выйдет. Тут полезно вспомнить варианты взаимодействий, которые встречаются в природе.

Как можно разделить сплав на компоненты?

Теоретически можно использовать химический способ разделения. Когда что-то растворяется, в растворе часто появляются атомы в «разделённом состоянии», если растворитель был подходящий. Эти атомы можно оттуда выковырять различными способами. Осаждениями, химическими реакциями, электролизами и другими способами. В общем мы можем взять оттуда атомы, которые там растворились и которые уже находятся в разъединенном состоянии и превратить их в исходные чистые элементы.

Но методики эти будут очень сложные и потребуют большого количества энергии. Но в общем-то нужно понимать, что если нам нужно разделить сплав и выделить из этого сплава исходные чистые элементы, химический способ для нас является самым предпочтительным.

Ещё можно рассматривать электролиз. Электролизом, как вы помните, получается алюминий из глины. И опять же, если очень просто описывать процесс, то мы берем глину, растворяем определенным образом в специальном составе, и потом через эту глину проводим электрический ток. В итоге на одном электроде выделяется одно вещество, а на другом электроде выделяется другое вещество. Это опять чистые компоненты.

Следующий не менее радикальный способ заключается в том, что материал нужно просто «буквально развалить до атомов». На этом способе держится масс-спектрометрия. Суть в том, что образец подвергается температурному воздействию и частички превращаются в пар, где, само собой, связи теряются. На самом деле этот момент следовало бы описать немного иначе, но сейчас важна суть.

Есть и более простые методики, но они не всегда сработают. Например, есть такая штука, как расслоение по плотностям. Он сработает далеко не всегда. Материалы следует расплавить и ждать, пока произойдёт гравитационное расслоение. Можно ускорить этот процесс центрифугированием.

Есть такая штука, как диффузионные механизмы. Диффузионные механизмы рано или поздно стараются выровнять структуру и инициировать разделение сплава на компоненты. Материаловедам известны случаи, когда брался металлический образец и у этого образца один конец получался в итоге из одного металла, а другой конец получался из другого металла. Происходило это только благодаря диффузионным процессам. Другое дело, что время, которое требовалось для такого разделения, исчислялось сотнями лет.

Получается, что физически разделить сплав возможно, но экономически делать такое совершенно нецелесообразно.

Изображение в превью:
Автор: vecstock
Источник: ru.freepik.com
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Изучаю физику и стараюсь познать устройство мира с её помощью. Делюсь наработками и открытиями с вами. Кандидат наук, научный сотрудник и когда-то преподаватель. Автор научных статей в рецензируемых журналах. Рассказываю интересное про популярную науку и физику на YouTube, заходите в гости! Читайте мои статьи на этой страничке ixbt и в Telegram-канале!

5 комментариев

Добавить комментарий

1
Да что два пальца обсосать…
1
Просто иногда нужно не только штаны протирать, а иногда мозги включать.
1
Чтобы разделить сплав из трёх металлов на его компоненты, можно использовать несколько методов, в зависимости от свойств и состава сплава. Вот основные способы:
### 1. **Механическое разделение**
Это подход, который подходит для сплавов, состоящих из различных металлов, обладающих значительными различиями в плотности, твердости или других физических свойствах.
— **Центробежная сепарация**: Используется для отделения компонентов по плотности. Если сплав состоит из двух или более металлов с различной плотностью, то можно использовать центробежные силы для их разделения.
— **Механическая обработка**: Например, можно использовать дробление или прессование, если компоненты имеют сильно различающуюся твердость.
### 2. **Химическое разделение**
Химическое разделение часто используется для сложных сплавов, где компоненты могут быть разделены с помощью растворителей или химических реакций.
— **Растворение в кислотах**: Например, если один из металлов растворим в кислоте, а другие — нет, можно растворить один компонент и отделить его от других. Например, для сплавов меди и олова можно использовать кислоту для растворения меди, оставив олово.
— **Осаждение**: Использование химических реакций для осаждения одного компонента из раствора, оставляя другие металлы.
### 3. **Термическое разделение**
Этот метод основан на разных температурах плавления компонентов сплава.
— **Фракционная перегонка**: Если один из металлов в сплаве имеет более низкую температуру плавления, его можно выпарить или расплавить при определённой температуре, а остальные компоненты останутся твёрдыми.
— **Применение температурных градиентов**: Использование печей с температурными градиентами позволяет разделить компоненты сплава по их температурам плавления.
### 4. **Электролитическое разделение (электролиз)**
Для некоторых сплавов, особенно если один из компонентов является более окисляемым, можно использовать электролиз.
— Например, если сплав состоит из меди и цинка, можно провести электролиз, при котором медь останется на катоде, а цинк будет выделяться на аноде.
### 5. **Спектроскопические методы**
Если сплав имеет сложный состав и состоит из малых количеств разных компонентов, можно использовать методы, такие как **рентгенофлуоресцентный анализ (XRF)** или **эмиссионный спектрометрический анализ** для определения состава и разделения на компоненты.
### Выбор метода:
— Если компоненты имеют разные температуры плавления или химические свойства, можно использовать термическое или химическое разделение.
— Если сплав представляет собой смеси с различными плотностями или твердостью, механическое разделение или центробежная сепарация могут быть более эффективными.
— Для точного анализа состава сплава можно использовать спектроскопические методы.
В зависимости от состава сплава, комбинирование этих методов может быть самым эффективным подходом для его разделен
940425@vkontakte
Не обязательно растворять в кислоте, с щёлочью тоже нелохо может получиться. Тот же никель Ренея, к примеру.
1
Вариантов много. Просто люди обленились и не хотят думать.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Актуальны ли еще кварцевые часы Casio G-Shock на примере модели GA-100-1A4DR

Последнее десятилетие прочно утвердило смарт-часы в качестве основного инструмента (уведомления, отслеживание параметров здоровья и конечно, время) на запястье. Почти вытеснили умные часы обычные...

Как часто нужно чистить сливной фильтр стиральной машины

Монета из кармана или оторвавшаяся пуговица могут попасть вместе с водой к сливному насосу. Чтобы такие предметы не мешали его работе, во многих стиральных машинах предусмотрен фильтр. Обычно он...

Почему от VR-шлемов до сих пор тошнит: ошибка, которую не могут исправить уже 30 лет

Apple Vision Pro возвращали более 25% покупателей. Причина — не в цене и не в играх, а в физиологии глаз. Всё упирается в зону Панума, из-за которой VR до сих пор вызывает тошноту.

✦ ИИ  Зачем хотели соединить Красное море с Мёртвым — и почему этого не сделали

Некоторые старые пляжи Мёртвого моря теперь отделены от воды полосой сухой земли. Озеро мелеет, а увеличить приток из Иордана непросто: воду реки используют для полива и снабжения городов. Поэтому...

Как Chrysler создал крылатые маслкары и чем они не устроили NASCAR

У Dodge Charger Daytona был длинный заострённый нос и антикрыло, поднятое высоко над багажником. Вскоре похожий силуэт появился у Plymouth Superbird. Обе машины продавались для обычных дорог, хотя...

Как выбрать сладкую хурму, которая не вяжет рот: 3 признака спелого плода

Хурма может выглядеть яркой и аппетитной, но после первого кусочка во рту появляется неприятное ощущение сухости, будто язык и нёбо стянуло. Причина — танины, или дубильные вещества,...