Електролітичне рафінування забезпечує отримання міді більш високої чистоти і дозволяє видобувати золото, срібло, селен, телур та інші домішки. Процес ведеться в електролізних ваннах 1 (рис. II.17), виготовлених з дерева з облицюванням всередині листами свинцю 2, асфальтом, бакелитом або метласькими плитками, що встановлюються на ізолюючих підставках 3. У ванну В якості електроліту 5 заливають 12 - 16-відсотковий водний розчин мідного купоросу в сірчаній кислоті.На анодний шину 7 навішують пластини з чорнової або рафінованої вогневим способом міді вагою 200 - 250 кг, товщиною 40 - 50 мм, на катодну шину 8 - тонкі (товщиною 0,6 мм) листи електролітичної міді. У процесі пропускання постійного струму силою 10 000 - 15 000 а при напрузі 0,3 в анодні пластини розчиняються і чиста мідь відкладається на катодних пластинах. За 10 - 12 днів на катодного пластині відкладається близько 100 кг міді. Витрата електроенергії становить 250 - 300 квт/год на 1 т (0,9 - 11 МДж/кг) міді. Цінні метали (золото, срібло та ін) осідають на дно разом зі шламом А Шлам випускається через отвір 6, звідки вони вилучаються за допомогою спеціальної обробки. Катодну мідь переплавляють і розливають на злитки. Мідь випускається п'яти марок: М0, М1, М2, МЗ і М4. Мідь марки М0 містить 99,95% міді, а мідь М4 - 99,0%.

Термодеревина: технологія, застосування, перспективи

Ще в давнину людина звернула увагу на зміну властивостей деревини під впливом високих температур. Не випадково дерев'яні клітки загороджувальних споруд та оборонних фортець в Київській Русі обов'язково обпалювали, продовжуючи тим самим їхній строк служби.

Перші дослідження з поліпшення якості деревини і зміни її властивостей шляхом термообробки були проведені ще в 30-40-х роках XX століття в Німеччині та Сполучених Штатах. Однак новітні дослідження і промислове виробництво термообробленої деревини почалися лише в 1990-і роки. Чималу роль зіграли високий попит на вироби з дерева, нестримне зростання цін на природну сировину, а також прагнення зберегти ліси планети і не дати зникнути рідкісним екзотичним породам.

Вибір деревини

Для термомодіфікаціі (Thermally Modified Timber - термічно оброблена деревина) може бути використана як свіжозрубана, так і висушена деревина. Якщо процес почати зі свіжезрубленої деревини, то її можна висушити в сушильній камері, а потім провести термічну обробку.

Термічно можна обробляти деревину як м'яких, так і твердих порід дерева: сосна, ялина, ялиця, кедр, береза​​, осика, дуб, ясен, модрина, вільха, бук, клен, липа та ін. Найбільшим попитом користується деревина м'яких порід, на чию частку припадає 88% споживання. Дана статистика свідчить про популярність використання термодревини у зовнішньому середовищі (фасади, природоохоронні конструкції тощо), де застосовуються сосна і ялина. Основною перевагою твердих порід є їх колір і якість поверхні, тому вони використовуються в інтер'єрі у вигляді підлогових покриттів, оздоблювальних стінових матеріалів або інших елементів декору. Для кожної деревної породи технологія (режим обробки) оптимізується окремо.

Зміна структури і хімреакцій

В результаті термічної обробки структура деревини змінюється. Нагрівання змінює ряд її хімічних і фізичних властивостей. На рис. 1 і 2 показані відмінності між структурою звичайної необробленої сосни та термообробленої.

Перед тим як описати процеси, що відбуваються при термічній обробці деревини, необхідно вказати, що основними складовими оболонки клітин деревини є целюлоза (40-58%), геміцелюлоза (15-38%) , лігнін (20-50 %) і екстрактивні речовини (0,8- 6,9%). Целюлози відповідає за механічну міцність і еластичність клітини. Геміцелюлоза є своєрідною цементуючою сполукою в клітинних стінках. Лігнін - це органічна полімерне з'єднання, що викликає одеревіння клітинних оболонок.

З нагріванням деревини при малих температурах спочатку випаровуються екстрактивні речовини - терпени, віск , фенол, жири. Вони не є структуротворними і видаляються дуже легко. Під дією більш високих температур (150 °С і вище) розкладається геміцелюлоза. В результаті відбувається зникнення живильного середовища для грибків і бактерій, зменшення обсягу матеріалу, зниження рівня його внутрішніх напружень і здатність до водопоглинання. У міру подальшого підвищення температури починають відбуватися структурні зміни і з целюлозою: деревина в ще більшій мірі втрачає здатність вбирати вологу і ,відповідно, менше піддається деформації. Крім того вона, як правило, стає твердішою, але в незначній мірі втрачає еластичність чи міцність на вигин. Для заготовок деревини різної товщини існують певні режими обробки. Так само як і при сушінні деревини, чим менше їх товщина, тим легше проходить процес модифікації.

Головна особливість термодревини як кінцевого продукту полягає в поєднанні високих фізико-механічних властивостей. Необхідно відзначити, що за своїми характеристиками термодеревина являє собою поєднання якісних властивостей хімічно обробленої деревини з екологічністю природної деревини.

Технологія термообробки

Обробка деревини проводиться в середовищі пересиченої водяної пари, при температурах понад 180 °С. Забезпечуючи захист, пар також впливає на хімічні зміни деревини. Слід відзначити важливий фактор: при термічній обробці не використовують ніяких хімічних добавок або яких-небудь речовин, окрім води і дерева, отже, в результаті такої обробки деревина залишатися екологічно чистим матеріалом. Технологічний процес не вимагає якихось значних обсягів стічних вод. Екстрактивні речовини, що виділяються з деревини, виводяться з камери у вигляді водного розчину і відокремлюються у спеціальному відстійнику.

Процес термічної обробки можна розділити на три фази (рис. 3).

Фаза 1. Нагрівання і сушка. Відбувається підвищення температури середовища та сушка деревини при високій температурі. За допомогою тепла і пари температура в камері інтенсивно піднімається приблизно до 100 °С. Після чого температура неухильно підвищується до 130 °С, при цьому відбувається сушка при високій температурі, вміст вологи знижується практично до нуля. Даний етап важливий з точки зору подальшого якісного проведення процесу термообробки. Під дією високих температур деревина стає еластичною і її опір деформації значно поліпшується.

Фаза 2. Термообробка. Після сушіння температура всередині камери збільшується до 180-220 °С. Фаза термообробки проводиться безпосередньо після фази високотемпературної сушки. Пар в якості захисного середовища не допускає горіння деревини. По досягненні необхідного рівня температура залишається незмінною на дві-три години, залежно від кінцевого призначення виробу.

Фаза 3. Охолодження. На останньому етапі температура в камері знижується. При цьому працює система водяного зрошення. Кінцева вологість деревини відіграє істотну роль для її експлуатаційних характеристик - пересушену деревину складно обробляти. Тому при зниженні температури до 80-90 °С деревина знову зволожується для того, щоб вміст вологи в ній дійшов до прийнятного рівня 5-7%. Залежно від породи деревини і температури термообробки фаза охолодження триває 5-15 годин. При проведенні процесу термомодіфікаціі деревини загальна теплова потреба всього на 25% вища, ніж при звичайному сушінні пиломатеріалів. Витрати електричної енергії такі ж, як і при звичайній сушінні деревини.

Устаткування для виробництва

Технологічний процес передбачає застосування води, пари і високих температур. Внаслідок наявності даних параметрів, а також завдяки складовим компонентам, що виділяється з деревини в процесі термообробки, в камері створюється корозійно-активне середовище. Тому обладнання для термообробки рекомендується виготовляти з нержавіючої сталі.

Термічна обробка деревини відбувається в спеціальній сушильній камері з доброю теплоізоляцією і герметичністю. Конструктивно камера для термообробки виконана у вигляді автоклава з щільно прилягаючими дверима для завантаження оброблюваного матеріалу; вона може виглядати як звичайна конвективна сушильна камера, однак з більш високою герметичністю огороджувальних конструкцій. Основними параметрами камери термообробки є габаритні характеристики, обсяг завантаження, кліматичні вимоги, потужність. Камери термообробки виготовляють невеликого обсягу завантаження, зазвичай 3-12 м3 деревини. Укладання пиломатеріалів у штабель на прокладки проводиться аналогічно як і при звичайній камерній сушці. Завантаження штабеля відбувається на візках по рейковому шляху (зазвичай вручну, так як вага штабеля невелика).

Для теплопостачання процесу термообробки в камерах використовуються системи масляного опалення (що спалюють мазут, газ). Також застосовуються інші рішення, наприклад теплопостачання від електрокалориферів. Система вентиляції також схожа з конвективними камерами: вентилятор, обдуваючи теплообмінники, або електрокалорифер знімають тепло і переносять до штабеля оброблюваного матеріалу. Устаткування камери термообробки має передбачати парогенератор. Сучасні системи проведення технологічних процесів оснащуються високоінтелектуальними системами автоматичного управління і камери для термомодіфікаціі деревини - не виняток. В контролер записуються різні режими обробки по яких і проводиться процес без втручання людини. До додаткового обладнання можна віднести систему утилізації відходів технологічного процесу.

Класи термообробки

Від рівня температури залежить те, яким властивості отримає продукт. Залежно від сфери застосування деревини рівень обробки можна ретельно оптимізувати. Так, фінська асоціація Thermowood виділяє два класи обробки - Thermo S (від англ. Stability - стабільність) і Thermo D (від англ. Durability - міцність). Ключовими властивостями даних класів є розмірна стабільність при перепадах вологості та температури навколишнього середовища (Thermo S), або дуже висока стійкість до гниття (Thermo D). У класі Thermo S обробка проводиться при температурі 185-190 °С. В класі Thermo D обробка проводиться при температурі 215-220 °С.

Крім зазначених класів також проводять обробку на більш низьких температурах (160-180 °С). При цьому ніяких значних змін фізичних властивостей в деревині не відбувається. Головне призначення цього режиму - надати декоративні властивості деревині: її колір темніє, набуває коричневий, червонуватий або жовтуватий відтінок. Дешеві, поширені породи дерева набувають вигляду дорогих.

Властивості термодревини

Термомодифікована деревина набуває такі властивості:

1. Довговічність. Термообробка істотно (в 15-25 разів) підвищує біологічну довговічність матеріалу (стійкість до біологічних впливів).

2. Гігроскопічність. Термообробка призводить до зменшення рівноважної вологості матеріалу в середньому на 40-50% по відношенню до необробленої деревині і суттєво зменшує проникнення води (в 3-5 разів). Поверхня термодерева НЕ пориста, а щільна, що знижує його здатність вбирати вологу з повітря.

3. Теплопровідність. У термодревини цей показник на 20-25% нижчий в порівнянні із звичайною деревиною, що дає можливість краще зберігати тепло в дерев'яних будинках.

4. Розмірна стабільність. Термодеревина має стабільність розмірів при перепадах температури і вологості навколишнього середовища.

5. Естетичні властивості. Однорідна зміна кольору (різних відтінків) по всій товщині. Можливість отримання деревиною благородного відтінку зістареного дерева. При обробці ефектно проявляється структура деревини, підвищуються її декоративні властивості. Недорогим породам деревини можливо надати зовнішнього вигляду цінних порід.

Практичне застосування

Унікальні технологічні властивості (основні - довговічність, низька гігроскопічність і розмірна стабільність) термодеревини роблять можливим її застосування в різних сферах.

Завдяки широким естетичним можливостям матеріал часто використовується дизайнерами для внутрішньої обробки. Стабільність геометричних розмірів термодеревини і стійкість до зовнішнього середовища (не боїться води і змін температурного режиму) сприяє її використанню у виробництві меблів, віконних рам, дверей, паркетної дошки. При виготовленні меблів можлива імітація деревини цінних порід. Крім цього, при механічних пошкодженнях меблі з термодеревини не вимагають підфарбовування через однорідність кольору по всьому перерізу матеріалу. У виробництві вікон оброблена деревина не потребує додаткового захисту і багаторазового фарбування протягом багатьох років експлуатації.

Один з напрямків використання термодревесини - це конструкційний матеріал для вуличного застосування. Наприклад, зовнішнє облицювання фасадів, якому не страшні ні коливання температури, ні вологість (сніг, дощ). Висока стійкість до гниття, резистентність до впливу грибків та шкідників дозволяють використовувати деревину у вигляді терасної дошки і садових доріжок. Термодревесіна відмінно підходить для обшивки саун і лазень. Деревина практично не вбирає вологу, не виділяє смолу. Крім того, утримуючи тепло, сама по собі вона істотно менше нагрівається, що робить перебування в парній більш комфортним.

Термодеревина немає собі рівних у жорстких умовах експлуатації. Наприклад, при обробці яхт в якості палубної дошки чи обшивки елементів інтер'єру. Практично 100%-ва вологість, пекуче сонце і вітер термодеревині не страшні. Стійкість до вологи дає можливість використовувати її в якості облицювального матеріалу, що знаходиться в безпосередній близькості з водою: територія поруч із басейном, інтер'єр аквапарку, ванн, штучних водоймищ і т.д.

Що в перспективі

З термообробленої деревини можуть виготовлятися комплектуючі, музичні інструменти, домашні речі, малі архітектурні форми, садово-паркові конструкції і т. п.

Використання дерева в будівництві стає все більш затребуваним. Донедавна природні недоліки деревини як будівельного матеріалу усувалися за допомогою хімічної обробки. В результаті виходив продукт, що має вигляд дерева, але аж ніяк не є зразком екологічної чистоти. У зв'язку з цим в Євросоюзі на початку 2004 року було введено заборону на використання хімічно-обробленого дерева. Таким чином, сьогодні термодеревина є вельми затребуваним і актуальним екологічно чистим будівельним матеріалом.

Використання термодеревини в якості матеріалу для несучих конструкцій в наш час є одним з пріоритетних напрямків наукових досліджень. В даний час рішення знайдено у вигляді композитного клеєного бруса (клеєний термобрус), що об'єднує ламелі з модифікованої і звичайної деревини. Функції термодеревини полягають у підтримці стабільності розмірів та протидія впливу зовнішнього середовища, а центральні ламелі з необробленого матеріалу служать для надання необхідної міцності. Крім клеєного бруса на ринку присутній і інший конструкційний матеріал - термічно оброблений масивний (профільований) брус. Одним з перспективних напрямків термомодіфікаціі деревини можна вважати переробку і використання низькоякісної деревини, зокрема берези.

Технологія виробництва алюмінію 

Алюміній - найбільш поширений метал, який ніколи не зустрічається в чистому вигляді. Для його добування необхідно застосувати деякі зусилля. Про особливості процесу виробництва алюмінію ми розповімо в статті.

АЛЮМІНІЙ: ЦІННІСТЬ І ПЕРЕВАГИ

Цей легкий метал з оксидною плівкою. Широке поширення алюмінію пояснюється перевагами, якими він володіє:

• гнучкість і пластичність;
• стійкість до корозії;
• висока електропровідність;
• легкість в переробці.

Матеріал дуже важливий для світової економіки, адже він є основою для різних видів промисловості.

ОСОБЛИВОСТІ  ВИРОБНИЦТВА АЛЮМІНІЮ

Отримання алюмінію відбувається за допомогою великих обсягів електроенергії, а тому цей процес вважається досить складним. Це пояснює той факт, що великі заводи з виробництва металу знаходяться поблизу потужних енергоджерел.Вся технологія видобутку і виробництва алюмінію поділяється на кілька важливих етапів:

• видобуток мінералів - бокситів;
• переробка сировини в глинозем;
• виробництво алюмінію шляхом електролізу.

Розглянемо детальніше кожну зі стадій роботи.Боксити являють собою гірську породу, що складається з оксиду алюмінію і різних мінеральних домішок. Це основа, без якої важко уявити собі технологію виробництва металу. Найчастіше в процесі видобутку бокситу руда «зрізається» з поверхні спеціальним обладнанням. У деяких випадках отримати алюмінієву руду можна лише за допомогою побудови спеціальних шахт, що дозволяють дістатися до матеріалу.Глинозем вважається ключовим джерелом при переробці алюмінію, проте для здійснення цього процесу потрібен такий елемент як кріоліт. Даний мінерал майже не зустрічається в природі, в результаті чого використовується його штучний аналог, що видобувається при взаємодії гідроксиду алюмінію з содою і плавиковою кислотою. Сам процес виробництва здійснюється шляхом електролізу. Так, спеціальна ванна наповнюється вже готовим кріолітом, який створює струмопровідну середу при достатньому нагріванні. У кожній ємності й відбувається процес електролізу. Кожні 30 хвилин у ванну опускається нова «доза» сировини. Вплив електроструму на хімічні сполуки металу і кисню призводять до його розриву. Внаслідок цього алюміній опускається на дно ванни, а кисень з вуглецем утворюють вуглекислий газ. Завдяки вакуумним ковшам кожні 2-4 дні з ємності витягується метал. З однієї ванни можна витягти приблизно одну тонну алюмінію. У розплавленому вигляді метал надходить в ливарний цех, в якому його переплавляють в печі для видалення зайвих домішок. Далі алюміній розливається у форми, де він приймає тверду форму. Вага кожного злитка варіюється від 6 до 25 кілограмів. Великі форми виплавки важать до 30 тонн, а заливка в таку ємність триває 2 години. Циліндричні заготівлі, своєю чергою, піддаються штампуванню певної форми через трафарет. Таким способом виготовляються й алюмінієві вироби.

ЗАСТОСУВАННЯ АЛЮМІНІЮ

Багато промисловостей вже десятки років не обходяться без цього металу. Зокрема, алюміній застосовується в наступних галузях:

• авіа-, судно- і машинобудування;
• залізничний транспорт;
• нафтова і хімічна промисловість;
• будівництво;
• електрика;
• фармацевтика;
• виробництво побутових виробів.

Атомно-кристалічна  будова металів

Під атомно-кристалічною структурою розуміють взаємне розташування атомів (іонів) у реальному кристалі. Залежно від будови (розташування атомів) тверді тіла поділяють на аморфні та кристалічні.

Аморфні тіла характеризуються хаотичним розташуванням атомів, тому, зберігаючи постійну форму, вони не мають певних (критичних) температур плавлення та кристалізації. Залежно від зовнішніх умов їхні властивості змінюються поступово. Аморфний стан металів реалізується за умов інтенсивного охолодження під час кристалізації.

За звичайних умов тверднення метали у твердому стані мають кристалічну будову. Для кристалічного стану характерним є певне закономірне розташування у просторі. Кожен атом (іон) у кристалі оточений визначеною кількістю найближчих атомів (сусідів), розташованих на однаковій відстані від нього.

З погляду внутрішньої будови вони мають неоднаковий ступінь упорядкованості структурних частинок - іонів, атомів, молекул. В аморфних тілах (каніфоль, скло, смола) спостерігається близький порядок розміщення частинок, який поширюється лише в межах кількох міжатомних відстаней. У кристалічних тілах, до яких належать усі метали, упорядковане розміщення характерне для як завгодно віддалених частинок. Тому говорять, що там спостерігається далекий порядок. Таке правильне, регулярне розміщення частинок у твердому тілі, що характеризується періодичною повторюваністю у всіх трьох вимірах, утворює просторову (кристалічну) ґратку (рис. 1.2).

До основних параметрів кристалічних ґраток належать:

• елементарна комірка - це найменша кількість (комплекс) атомів, яка при багаторазовому повторі у просторі дозволяє побудувати просторові кристалічну ґратку певної системи;
• відрізки, що дорівнюють відстаням до найближчих атомів (іонів) по координатних осях у тривимірному просторі, позначають літерами а, b, с;
• кути між цими відрізками позначають α, β, γ співвідношення відрізків і кутів визначає форму комірки;
• період або параметр ґратки дорівнює довжині ребра комірки у напрямку головних осей кристалічної ґратки. Параметри вимірюють у нанометрах (нм), ангстремах (Å);
• координаційне число (К) характеризує щільність пакування ґратки, визначає кількість найближчих і рівновіддалених атомів у певній кристалічній ґратці. Координаційне число простої кристалічної ґратки позначають К6 (літера означає тип ґратки, цифра - кількість атомів), об'ємоцентричної кубічної - К8; гранецентричної кубічної - К12; гексагональної - Г6; гексагональної щільного пакування - Г12;
• базис - це кількість атомів (іонів), які належать до однієї комірки;
• атомний радіус - половина відстані між центрами найближчих атомів у кристалічній ґратці певної кристалічної системи;
• коефіцієнт компактності - це відношення об'єму, який займають атоми (іони), до всього об'єму комірки цього типу.

Якщо якесь тіло становить один кристал, його називають монокристалом (від грецьк. - один, єдиний). Однак практично всі металеві вироби, що зустрічаються в машинобудуванні, складаються з величезної кількості кристалів (зерен різної форми і розмірів, дендритів), і тому їх називають полікристалами (від грецьк. - численний). Властивості полікристалічних матеріалів значною мірою залежать від форми і розмірів кристалів, проте їхня внутрішня будова є настільки ж закономірною, як у монокристалів.

Для характеристики атомно-кристалічної структури твердих тіл користуються поняттям елементарної комірки. Це найменший комплекс структурних частинок, багатократне пересування якого у просторі повністю відтворює будову кристалу.

Просторове розташування атомів у кристалічному тілі залежить від природи металу, характеру міжатомних зв'язків, температури, тиску. Прагнення атомів до найщільнішого розміщення приводить до значної кількості комбінацій їх взаємного розташування. Серед промислових металів найпоширенішими є утворення трьох основних типів кристалічних ґраток (рис. 1.3): об'ємоцентричної кубічної (ОЦК), гранецентричної кубічної (ГЦК) і гексагональної щільного пакування (ГЩП).