of 8 /8
102 SILOSI - SINTERIRANJE naboranih čeličnih ploča koje su po rubovima ojačane plosnatim željezom (si. 23a). Ploče se na gradilištu spajaju zavarivanjem vertikalnih pojačanja, tako da u bridovima šesterokutnih (si. 23b i c) i osmerokutnih ćelija nastaje trokutast šupalj stup koji prenosi vertikalno opterećenje. Nosivost se toga stupa može povećati ako se šuplji prostor ispuni betonom i osigura sprezanje betona i čelika. Čelični se silosi štite od korozije naličem, a kad se pretfabricirani elementi spajaju na gradilištu samo vijcima, mogu se zaštititi i galvanskom prevlakom. LIT.: W. Fischer, Silos und Bunker in Stahlbeton. VEB, Berlin 1966. - В. Mađarević, Rukovanje materijalom. Tehnička knjiga, Zagreb 1972. - M. i A. Reimbert, Silos. Bauverlag, Wiesbaden-Berlin 1975. - G. Timm, R. Windeis, Silos. Beton-Kalender 1984. Ernst & Sohn, Berlin 1984. - R. Ciesielski, A. Mitzel, W. Stachurski, J. Suwalski, Behälter, Bunker, Silos, Schornsteine und Fernsehtürme. Ernst & Sohn, Berlin 1985. V. Čandrlić SINTERIRANJE, okrupnj avanj e sitnozrnih ruda i koncentrata zagrijavanjem do temperature površinskog talje- nja (temperature sinteriranja) na kojoj se zrna sljepljuju u čvrste, ali porozne aglomerate, tzv. sinter (od srednjovisoko- njemačkog sinter, sinder žeravica, troska). Sinteriranje je često potrebno u preradbi sitnozrnih ruda i koncentrata, npr. kad se zbog toga svog svojstva ili ne mogu preraditi ili se prerađuju s velikim teškoćama nekim specifičnim procesom. Među ostalim, oni se teško transportiraju, uzrokuju velike gubitke prašenjem, njihovi slojevi pružaju prevelik otpor strujanju plinova, imaju loša nasipna svojstva i si. Kako je, osim toga, temperatura površinskog taljenja obično ~1000 °C ili viša, pri sinteriranju se iz sirovine često izdvajaju i štetne i nepoželjne tvari, npr. kristalna voda, ugljik-dioksid iz karbonata, sumpor i arsen, a dobiva se porozan sinter (si. 1). SI. 1. Sinter Sinteriranje se primjenjuje u ekstraktivnoj metalurgiji (v. Metalurgija, TE 8, str. 440) za pripremu komadnih uložaka od koncentrata rude za preradbu u reakcijskim pećima (v. Reakcijske peći, TE 11, str. 486). Tako se sinteriranjem oksidnih sitnozrnih željeznih ruda priprema uložak za visoke peći (v. Gvožđe, TE 6, str. 319). Tada je aglomeriranje glavna svrha sinteriranja. U proizvodnji metala od sulfidnih ruda, međutim, sinteriranjem se uz aglomeraciju provode i kemijske reakcije tzv. oksidacijskog prženja (v. Cink, TE 2, str. 649; Olovo, TE 9, str. 595), pa se to običava nazivati aglomeracij- skim prženjem. I u proizvodnji nekih građevnih materijala sinteriranjem se aglomerira uz istodobne kemijske reakcije. Tako se, npr., sinteriranjem, koje se naziva pečenjem, oblikuju crepovi i opeke (v. Opeka, TE 9, str. 604), te keramički proizvodi (v. Keramika, TE 7, str. 63). U proizvodnji nekih drugih materijala sinterira se samo radi ostvarivanja kemijskih reakcija, npr. u proizvodnji cementa (v. Cementi, TE 2, str. 585) i glinice (v. Aluminij, TE 1, str. 227). Međutim, u proizvodnji cementa i lakih građevnih materijala procesi sinteriranja odvijaju se u reakcijskim pećima, pa se tada govori о pečenju, a u proizvodnji glinice о kalcinaciji, a ne о sinteriranju. Posebno i vrlo važno područje sinteriranja čine mnogo- brojni procesi za dobivanje proizvoda aglomeracijskim obliko- vanjem od metalnog ili nemetalnog praha. Za takve postupke upotrebljavaju se nazivi sinterska metalurgija ili metalurgija praha. Sinteriranje za aglomeracijsko oblikovanje mnogo je starije od sinteriranja u ekstraktivnoj metalurgiji. Tako se već u Egiptu (<— 3000. god.) izrađivao željezni alat postupkom koji ima dosta zajedničkoga sa suvremenim aglomera- cijskim oblikovanjem. Oko 1750. počeo se proizvoditi platinski prah radi proizvodnje predmeta od platine grijanjem i vrućim kovanjem. Prvi industrijski proizvodi metalurgije prahova bile su žarne niti za električne žarulje, i to najprije od ugljena, zatim od osmija, od 1900. od volframa (F. Hanamann), a nešto poslije od tantala i cirkonija. Tada se od praha najprije priređivala suspenzija koja se lijevala. Odljevak se zatim sušio i zagrijavao da se ispari vezivo i dobije konačan proizvod. Danas se volframske niti izrađuju postupcima sinterske metalurgije. Od proizvodnje volframnih žarnih niti razvila se proizvodnja sinteriranih matrica od kobalta i volfram-karbida za izvlačenje žica, a zatim za proizvodnju sinteriranih dijelova brzoreznih alata od tih i drugih materijala. Istodobno su se razvili postupci za proizvodnju sinteriranih poroznih materijala, feritnih jezgara za elektroničku industriju, magnetnih jezgara i različitih proizvoda od volframa, bakra i nikla. Početkom tridesetih godina počela se razvijati industrijska proizvodnja mnoštva proizvoda od željeznog praha. Velik razvoj sinterske metalurgije bio je uvjetovan naglim razvojem automobilske industrije, a poslije drugoga svjetskog rata razvojem svemirske i nuklearne tehnike, pa se danas proizvodi mnoštvo izradaka od željeznog i bakrenog praha, od praha tvrdih metala (volframa, molibdena, niobija, kroma, titana) i metala koji služe u nuklearnoj tehnici (berilija, urana, cirkonija, torija, tantala). F. Heberlein i T. Huntington prvi su 1897. u Engleskoj primijenili sinteriranje za aglomeracijsko prženje u oplemenjivanju sulfidnih ruda i koncentrata. W. Job je predložio (1902) da se u mješavinu za sinteriranje piritnih izgorjelina dodaje i ugljen, a E. J. Savelsberg već 1905. predlaže da se sitnež željezne rude sinterira u mješavini sa sitnim ugljenom i koksom. A. S. Dwight i R. L. Lloyd uveli su 1907. traku za sinteriranje ruda bakra, a zatim i primjenu podtlaka za usisavanje zraka i drugih plinova koji mogu biti potrebni za reakcije pri sinteriranju kroz rudnu posteljicu. Prvo industrijsko postrojenje za sinteriranje tipa Dwight-Lloyd uvedeno je 1911. u SAD, a 1914. je J. E. Greenawalt patentirao pravokutnu posudu, tavu, za sinteriranje. A. Markotić S. Miloševski Ž. Viličić SINTERIRANJE U EKSTRAKTIVNOJ METALURGIJI Sinteriranje se danas najviše primjenjuje u oplemenjivanju željeznih ruda, a dominiraju uređaji tipa Dwight-Lloyd, kojima se dobiva više od 95% svjetske proizvodnje sintera. Proces sinteriranja. Mješavina za sinteriranje sastoji se od rude ili koncentrata, dodataka i povratnog sintera {povratka). Dodaci su topitelji (vapnenac, dolomit ili vapno) i gorivo (sitni koks ili ugljen). Udio goriva čini 4··*10% mase mješavine. Povratak se dodaje radi bolje propusnosti šarže, ali u ograničenim količinama, da se previše ne smanji proizvodnost postrojenja. Granulometrijski sastav mješavine osobito je važan za proizvodnost. Maksimalna veličina zrna ne treba biti veća od 6 mm, a za dodatke je optimalna 2··*5 mm. Ako su zrna manja od 1 mm, za preradbu je potrebno njihovo okrupnjavanje. To se čini mikropeletiziranjem u bubnjevima. Pritom, što su veličinom rudna zrna veća, veća je i propusnost njihovih slojeva za plinove i vertikalna brzina sinteriranja. Na propu- snost plina utječe i bazičnost sintera. Bazični sinter ima nekoliko puta veću propusnost od kiselog ili neutralnog sintera, jer je u kiselom sinteru veći udio silikata, a zbog toga se više materijala rastali i djelomično zapuni pore. Zato se upotrebom bazičnoga umjesto kiselog sintera povećava proi- zvodnost uređaja za 10··-12%. Pri kontinuiranom sinteriranju u postrojenjima s rešetka- stom trakom (si. 2) na nju se najprije nanosi tanki sloj povratka {posteljica) veličine zrna 10··-20 mm, pa ovlažena i promiješana mješavina s udjelom vlage od 4··-6%. Zadatak je posteljice da spriječi propadanje mješavine kroz traku i zaštiti posljednju rešetku od visokih temperatura. Sloj mješa- vine na posteljici može biti visok 180··-500 mm, a najčešće je 250··-400 mm. Ekshaustorom se ispod rešetke proizvodi

102 SILOSI - SINTERIRANJEtehnika.lzmk.hr/tehnickaenciklopedija/sinteriranje.pdf · ispuni betonom i osigura sprezanje betona i čelika. Čelični se silosi štite od korozije naličem,

  • Author
    others

  • View
    9

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of 102 SILOSI - SINTERIRANJEtehnika.lzmk.hr/tehnickaenciklopedija/sinteriranje.pdf · ispuni betonom i...

  • 102 SILOSI - SINTERIRANJE

    naboranih elinih ploa koje su po rubovima ojaane plosnatim eljezom (si. 23a). Ploe se na gradilitu spajaju zavarivanjem vertikalnih pojaanja, tako da u bridovima esterokutnih (si. 23b i c) i osmerokutnih elija nastaje trokutast upalj stup koji prenosi vertikalno optereenje. Nosivost se toga stupa moe poveati ako se uplji prostor ispuni betonom i osigura sprezanje betona i elika.

    elini se silosi tite od korozije naliem, a kad se pretfabricirani elementi spajaju na gradilitu samo vijcima, mogu se zatititi i galvanskom prevlakom.

    LIT.: W. Fischer, Silos und Bunker in Stahlbeton. V E B , Berlin 1966. - . M aarevi, Rukovanje m aterijalom . Tehnika knjiga, Zagreb 1972. - M. i A . Reim bert, Silos. Bauverlag, W iesbaden-Berlin 1975. - G. Timm, R. Windeis, Silos. Beton-K alender 1984. Ernst & Sohn, Berlin 1984. - R. Ciesielski, A . M itzel, W. Stachurski, J. Suwalski, Behlter, Bunker, Silos, Schornsteine und Fernsehtrm e. Ernst & Sohn, Berlin 1985.

    V. andrli

    S IN T E R IR A N J E , okrupnj avanj e sitnozrnih ruda i koncentrata zagrijavanjem do temperature povrinskog taljenja (temperature sinteriranja) na kojoj se zrna sljepljuju u vrste, ali porozne aglomerate, tzv. sinter (od srednjovisoko- njemakog sinter, sinder eravica, troska). Sinteriranje je esto potrebno u preradbi sitnozrnih ruda i koncentrata, npr. kad se zbog toga svog svojstva ili ne mogu preraditi ili se prerauju s velikim tekoama nekim specifinim procesom. Meu ostalim, oni se teko transportiraju, uzrokuju velike gubitke praenjem, njihovi slojevi pruaju prevelik otpor strujanju plinova, imaju loa nasipna svojstva i si. Kako je, osim toga, temperatura povrinskog taljenja obino ~1000 C ili via, pri sinteriranju se iz sirovine esto izdvajaju i tetne i nepoeljne tvari, npr. kristalna voda, ugljik-dioksid iz karbonata, sumpor i arsen, a dobiva se porozan sinter (si. 1).

    SI. 1. Sinter

    Sinteriranje se primjenjuje u ekstraktivnoj metalurgiji (v. Metalurgija, TE 8, str. 440) za pripremu komadnih uloaka od koncentrata rude za preradbu u reakcijskim peima (v. Reakcijske pei, TE 11, str. 486). Tako se sinteriranjem oksidnih sitnozrnih eljeznih ruda priprema uloak za visoke pei (v. Gvoe, TE 6, str. 319). Tada je aglomeriranje glavna svrha sinteriranja. U proizvodnji metala od sulfidnih ruda, meutim, sinteriranjem se uz aglomeraciju provode i kemijske reakcije tzv. oksidacijskog prenja (v. Cink, TE 2, str. 649; Olovo, TE 9, str. 595), pa se to obiava nazivati aglomeracij- skim prenjem.

    I u proizvodnji nekih graevnih materijala sinteriranjem se aglomerira uz istodobne kemijske reakcije. Tako se, npr., sinteriranjem, koje se naziva peenjem, oblikuju crepovi i opeke (v. Opeka, TE 9, str. 604), te keramiki proizvodi (v. Keramika, TE 7, str. 63). U proizvodnji nekih drugih

    materijala sinterira se samo radi ostvarivanja kemijskih reakcija, npr. u proizvodnji cementa (v. Cementi, TE 2, str. 585) i glinice (v. Aluminij, TE 1, str. 227). Meutim, u proizvodnji cementa i lakih graevnih materijala procesi sinteriranja odvijaju se u reakcijskim peima, pa se tada govori peenju, a u proizvodnji glinice kalcinaciji, a ne sinteriranju.

    Posebno i vrlo vano podruje sinteriranja ine mnogobrojni procesi za dobivanje proizvoda aglomeracijskim oblikovanjem od metalnog ili nemetalnog praha. Za takve postupke upotrebljavaju se nazivi sinterska metalurgija ili metalurgija praha.

    Sinteriranje za aglom eracijsko oblikovanje m nogo je starije od sinteriranja u ekstraktivnoj metalurgiji. Tako se ve u Egiptu (

  • SINTERIRANJE 103podtlak od 4-*T6kPa. Time se u mjeavinu usisava za izgaranje potreban zrak. Proces zapoinje paljenjem mjeavine plinom ili elektrinom energijom i njezinim zagrijavanjem na temperaturu od 1200 1400 C. Tokom procesa podtlak pod trakom osigurava jo i prolaz plinova od izgaranja kroz mjeavinu i time njeno predgrijavanje izmjenom njihove topline. Vertikalna je brzina takvog sinteriranja 25 mm/min, pa je potrebno 10-15 min da se zona izgaranja premjesti od povrine do posteljice. Nakon padanja s kraja trake gotovi se sinter drobi i klasira. Povrat ine frakcije s esticama manjim od 5 mm. Frakcije s esticama veim od 5 mm otpremaju se na dalju preradbu ili na skladitenje.

    . , ZrakPaljenje

    (77

    .

    V / \

    , / .1

    Izlazniplinovi

    }.*V2

    3

    \-4

    123

    h ' 4

    Tem peratura

    SI. 3. Shematski presjek po visini sloja i temperaturni profil u razliitim fazama, a paljenje m jeavine, b stanje nakon l - 2 m in , stanje nakon 8---10m in , d zavretak procesa; 1 zona sinteriranja, 2 zona zagrijavanja i suenja, 3 zona

    (hladne) m jeavine, 4 posteljica, 5 zona gotovog sintera

    linearna zavisnost izmeu koliine zraka i vertikalne brzine sinteriranja, koja je proporcionalna propusnosti mjeavine za plin. Proizvodnost (kapacitet) ureaja za sinteriranje moe se poboljati poveanjem propusnosti mjeavine za plin uz isti podtlak. Propusnost mjeavine za plin raste i s poveanjem njene vlanosti, ali samo do odreene njene optimalne vrijednosti (si. 4).

    Smjer trake

    SI. 2. Princip sinteriranja na trakama, presjek kroz sloj mjeavine.1 zona sinteriranja, 2 zona skruivanja, 3 ulazna mjeavina, 4 zona

    kondenzacije, 5 zona suenja, 6 zona kalcinacije, 7 posteljica

    Takvo voenje sinteriranja uvjetuje specifinu raspodjelu procesne temperature (si. 3). Pritom brzina procesa uglavnom zavisi od koliine zraka koja se privodi mjeavini ili od udjela kisika u zraku ako se upotrebljava kisikom obogaeni zrak. Poveanjem koliine mjeavini privedenog zraka intenzivira se ne samo izgaranje goriva nego i izmjena topline. Postoji

    1100 1500C

    U dio vlage u mjeavini

    SI. 4. Zavisnost relativne propusnosti sloja od vlanosti, ako je indeks

    propusnosti suhe mjeavine 1

    Podtlak pod slojem mjeavine koji je potreban za proces proporcionalan je visini njenog sloja. Pri konstantnom podtlaku s poveavanjem visine sloja smanjuje se koliina usisanog zraka i vertikalna brzina sinteriranja. Meutim, time se poveava i temperatura privedenog zraka u procesnoj zoni, tj. poveava se dovoenje topline. Time se poveava temperaturna razina procesa i poboljava kvaliteta sintera. Prema tome, poveanje debljine sloja dvojako utjee na proces: smanjuje se vertikalna brzina sinteriranja i dobiva se kvalitetniji sinter. Konani uinak zavisi od meusobnog odnosa tih faktora. Noviji se postupci sinteriranja vode pod veim podtlakom (20 kPa i vie).

    Izgaranje goriva odvija se u uskoj zoni debljine manje od 20 mm (si. 2). Temperatura je paljenja koksa 700---750 C, a antracita 750--*800C. Upotrebom koksa postie se temperatura do 1400 C, a proces izgaranja prestaje kad udio kisika u mjeavini za sinteriranje postane manji od 5-6%. Vertikalna brzina sinteriranja proporcionalna je koncentraciji kisika, pa se obogaivanjem zraka kisikom moe poveati proizvodnost ureaja za sinteriranje.

    U posljednje vrijeme dovodi se plinom predgrijani zrak na povrinu mjeavine. Predgrijani zrak dovodi toplinu u gornje dijelove mjeavine i povisuje temperaturu zone

    T a b l i c a 1PR IM JER TO PLIN SK E B IL A N C E PR O C E SA SIN T E R IR A N JA

    E L JE Z N IH R U D A

    D ovedena toplina Utroena toplina

    MJ % MJ %

    Izgaranje goriva 227,9 77,5 Isparivanje vlage 22,6 7,7Izgaranje sulfida 0,5 0,2 D isocijacija hidrata i

    isparivanje hidratne vode

    34,2 11,6

    Energija potrebna za paljenje

    33,5 11,4

    Toplina m jeavine 10,1 3,4 Razgradnja karbonata 56,9 19,3Toplina usisanog

    zraka2,4 0,8 D isocijacija oksida 15,9 5,4

    Toplina egzoterm nih reakcija

    20,0 6,7 Toplina izlaznih plinova

    42,6 14,5

    Toplina gotovog sin- tera

    Gubici topline

    93,9

    28,3

    31,9

    9 ,6

    U kupno 294,4 100,0 U kupno 294,4 100,0

  • 104 SINTERIRANJEizgaranja. Tako se smanjuje brzina hlaenja taline, a time i unutranje naprezanje u sinteru, to mu poboljava kvalitetu. Optimalna je temperatura predgrijanog zraka 1100 C. U SSSR, Njemakoj i vedskoj zrak se predgrijava na temperaturu od 600---800C. Pritom se ugljen u mjeavini sui i djelomino izgara, pa se tedi 50*60% goriva. U tabi. 1 prikazan je primjer toplinske bilance sinteriranja.

    Fizikalno-kemijski procesi u mjeavini. U mjeavini se, u zavisnosti od temperature, odvijaju fizikalno-kemijski procesi, uzrokujui transformaciju komponenata prisutnih u mjeavini. To su razgradnja hidrata i karbonata, oksidacijsko-redukcijski procesi i reakcije meu vrstim esticama.

    Razgradnja hidrata. Veina mjeavina za sinteriranje sadri hidrate eljeznih oksida i hidratnu vodu minerala jalovine. Pri zagrijavanju na temperature do 300 C minerali gube vodu. Hidroksilne skupine (OH) naputaju kristalnu reetku na temperaturama do 1000 C. Dehidratiranje se zavrava u zoni suenja i predgrijavanja. Vrlo je nepovoljno ako se taj proces odvija u zoni izgaranja, to je redovito u mjeavini s krupnijom rudom. Tada se snizuje temperatura u zoni izgaranja i poveava potroak goriva.

    Razgradnja karbonata zapoinje na temperaturi vioj od 400 C raspadanjem siderita (FeC 03), a zavrava se na temperaturi 895 C raspadanjem kalcij-karbonata (CaC03). Reakcije su endotermne, a zavravaju se za 3---4 minute. Dodatkom vapnenca krupnoe manje od 2 mm poveava se brzina razgradnje, pa to pospjeuje sinteriranje.

    Oksidacijsko-redukcijski procesi zavise od koliine kisika u oksidima mjeavine. U sinteriranju eljeznih ruda procesi zapoinju termikom disocijacijom pojedinih oksida, a temperatura ovisi koncentraciji kisika u sloju.

    Osim disocijacije, zbivaju se i procesi redukcije eljeznih oksida djelovanjem ugljik-monoksida i ugljika na temperaturama niim od temperature disocijacije. To su sljedei redukcijski procesi:

    3Fe20 3 + > 2Fe304 + C 02, (1)Fe30 4 + -> 3 FeO + C 02,r (2)

    FeO + ^ Fe + C 02, (3)FeO + C> Fe + CO. (4)

    Endotermne su reakcije (1), (2) i (4).S porastom potroka goriva poveava se broj mikrozona

    u kojima dominira redukcijska atmosfera, pa temperatura redukcijskih procesa ovisi potroku goriva. Zbog toga s porastom potroka goriva raste udio ugljik-monoksida pa se eljezni oksidi intenzivnije reduciraju uz poveanje udjela oksida Fe30 4 u gotovom sinteru, a moe se pojaviti i metalno eljezo. Takav je sinter vrlo vrst, ali je manje reaktivan. Ta dva svojstva moraju biti uravnoteena, jer ekstremne vrijednosti vrstoe ili reaktivnosti bitno smanjuju kvalitetu sintera.

    Ako je udio goriva u mjeavini nedovoljan, u sloju prevladava oksidacijska atmosfera. Tada se pri sinteriranju npr. magnetitnih ruda na temperaturama niim od 1380 C u sinteru pojavljuje hematit koji nastaje reakcijom

    4Fe30 4 + 0 2^> 6 Fe20 3. (5)Oksidaciji su posebno podloni magnetitni koncentrati sitnije granulacije zbog vee dodirne povrine sa zrakom. Kako je proces (5) egzoterman, dobiva se kvalitetan i vrst sinter iako

    4 6 8 10 12 14

    U dio ugljika u mjeavini

    je udio goriva u sinteru nedovoljan. Na si. 5 prikazan je mineralni sastav sintera prema udjelu ugljika u mjeavini.

    Reakcije meu vrstim esticama odvijaju se u zonama predgrijavanja i izgaranja. Te su reakcije veoma vane za kvalitetu proizvoda sinteriranja, jer neki od produkata takvih reakcija utjeu na svojstva i kvalitetu gotovog sintera. To su fajalit (2Fe0*Si02), koji nastaje kad je bazinost mjeavine niska i kalcij-ferit (2 C a0 F e20 3), koji nastaje kad je bazinost mjeavine poviena. Ti su minerali eutektikog sastava s temperaturom taljenja niom od talita njihovih komponenata.

    Mineralni sastav sintera, pa i njegova struktura, znatno se razlikuju od mineralnoga sastava koji je imala mjeavina prije taljenja. Taj sastav ovisi bazinosti nastale taline, jer pri nioj bazinosti prevladavaju fajalitne taline, a pri vioj bazinosti kalcij-feritne taline. Tako se prema karakteristikama mineralnog sastava razlikuju tri skupine sintera.

    U prvu skupinu ubrajaju se sinteri niske bazinosti (omjer CaO/SiO2

  • SINTERIRANJE 105pa je stupanj uklanjanja sulfatnog sumpora 60-80%. Pri oksidaciji sumpora oslobaa se toliko topline da se u sinteriranju eljeznih ruda s udjelom od nekoliko postotaka sumpora ta okolnost uzima u obzir u toplinskoj bilanci.

    Arsen, najee kao arsenopirit (Fe[AsS]), mnogo je rjei u ulaznoj mjeavini, ali se i tee uklanja. Na temperaturama viim od 500 C oksidira se u vrlo stabilni As20 5, koji se u uvjetima sinteriranja ne moe ukloniti. Djelomino uklanjanje mogue je uz povean potroak goriva i dodatak 2-5% 12 u mjeavinu. Tada nastaje plinoviti AsCl3, pa se tako uklanja do 60% arsena.

    Kvaliteta i svojstva sintera. Uspjenost sinteriranja prosuuje se prema kemijskom i mineralnom sastavu, vrstoi, reduktivnosti, poroznosti i mogunosti mekanja sintera.

    S obzirom na kemijski i mineralni sastav sintera od eljeznih ruda, kontrolira se udio eljeza, FeO, S i02, CaO, MgO, A120 3 i sumpora. Promjene udjela metalnog eljeza moraju biti u granicama 0,50%, promjene udjela S i02 u granicama 0,25%, a promjene udjela FeO u granicama 1,50%.

    Reduktivnost sintera odreena je njegovom sposobnou da u kontaktu s redukcijskim plinom oslobaa kisik. Reduktivnost ovisi kemijskom i mineralnom sastavu, a osobito poroznosti. Poroznost sintera iznosi 20-50%, a oko 95% reakcijske povrine sintera ine pore promjera manjeg od 0,5 mm. Sinteri s veim udjelom staklastih tvari i faj alita slabije su reaktivni.

    vrstoa sintera u prvom redu ovisi potroku goriva pri sinteriranju. Vei udio goriva u sloju omoguuje stvaranje veih koliina taline, zbog viih temperatura, to poveava vrstou sintera. Na vrstou utjee i bazinost sintera. Vea bazinost omoguuje stvaranje kalcij-silikata, a spreava formiranje faj alita, pa to poveava vrstou sintera. Dodatkom magnezij-oksida, dolomita ili vapnenca poveava se vrstoa. vrstoa sintera odreuje se u uvjetima koji vladaju u talionikim peima, u prvom redu u visokim peima (optereenje, temperatura, sastav redukcijskog plina). Mehanika vrstoa odreuje se ispitivanjem u bubnju koji rotira ili bacanjem s neke odreene visine.

    Brzina mekanja odreuje se prema trajanju taljenja sintera. Trai se da sinter brzo omekava i da se vrlo brzo tali, uz uvjet da ima visoku temperaturu taljenja.

    Hlaenje je zavrna faza sinteriranja. Za vrijeme hlaenja treba sniziti temperaturu gotovog sintera od nekoliko stotina stupnjeva na 100-150 C, dakle na temperaturu koja omoguuje dalju obradbu (drobljenje, klasiranje^, transport). Sinter se hladi vodom ili zrakom, i to neposredno na traci ureaja za sinteriranje ili u posebnih hladionicima. Danas je ee hlaenje zrakom. Ako se hladi na traci, ona mora biti dovoljno duga, tako da 60*70% duljine trake slui za sinteriranje, a ostatak za hlaenje. Brzina hlaenja ne smije biti vea od 30---70 C/min, jer bi prevelika brzina hlaenja uzrokovala tetna unutranja naprezanja u sinteru.

    zakretanjem, pa se nakon nasipanja mjeavine proces ponavlja. Proizvodni kapacitet takvih ureaja ovisi broju i povrini tava, a najee iznosi 19 *-301 sintera dnevno po etvornom metru povrine tave.

    Danas se najvie upotrebljava Dwight-Lloydov ureaj za kontinuirano sinteriranje (si. 7). Sastoji se od niza meusobno povezanih metalnih segmenata s reetkastim dnom. Segmenti su na kotaima koji se gibaju tranicama gonjeni elektrinim motorom. Brzina je gibanja usklaena s procesom sinteriranja, tako da se sinteriranje zavrava prije nego to mjeavina stigne do mjesta na kojem sinter pada s trake. Brzina gibanja trake iznosi 1-4m/min. Kroz traku odozgo nanie struji zrak djelovanjem podtlaka (8-16 kPa) odravanog ekshaustorom.

    SI. 7. Traka D wight-Lloydova ureaja za sinteriranje u montai

    SI. 8. Ureaj za plinsko paljenje m jeavine

    SI. 9. Tehnoloka shema sinteriranja u eljezari Skopje. 1 bunkeri za m jeavinu, 2 transportna traka, 3 m ijeanje i vlaenje m jeavine, 4 mikro- peletizator, 5 bunkeri za ulaganje na traku, 6 traka za sinteriranje, 7 ureaj za paljenje, 8 zona sinteriranja, 9 zona hlaenja, 10 drobilica, 11 i 12 primarno i sekundarno sito, 13 bunker za sinter, 14 bunker za povratak, 15 ciklonski kolektor za vrue p linove, 16 elektrostatski filtar, 17 dimnjak, 18 ciklonski kolektor za hladne p linove, 19 mehaniki filtar, 20 dim njak, 21 ciklon za otprai-

    vanje zraka iz radnog prostora

    Ureaji za sinteriranje. Sinterirati se moe diskontinuiranim i kontinuiranim postupkom. Diskontinuirani se postupak sve vie naputa, pa se danas grade samo ureaji za kontinuirano sinteriranje.

    Ureaji za diskontinuirano sinteriranje imaju dvije ili vie pravokutnih tava s reetkastim dnom koje se mogu okretati oko okomite osovine. Proces je u principu jednak onome na trakama. Nakon to se zavri sinteriranje, tave se prazne

    Proizvodni kapacitet ureaja ovisi povrini trake (najee 50--*600m2). Projektiraju se ureaji s povrinom trake i do 1000 m2. Uinci suvremenih ureaja nekoliko su stotina do nekoliko desetaka tisua tona sintera dnevno.

    Na si. 8 prikazan je ureaj za paljenje plinom sloja mjeavine, a na si. 9 shema postrojenja za kontinuirano sinteriranje.

    A. Markoti S. Miloevski

  • 106 SINTERIRANJE

    SINTERIRANJE U PROIZVODNJI GRAEVNIH MATERIJALA

    Za proizvodnju graevnih materijala bez upotrebe reakcij- skih pei najvanija je proizvodnja klinkera portland-cementa (v. Cementi, TE 2, str. 585) od gline i vapnenca uz dodatak eljezo-oksida i pijeska sinteriranjem na reetki. Sirovine se sitne i mijeaju, pa se tako dobivena smjesa mijea sa zrnjem povratnog klinkera i vrstim gorivom (sitnozrnatim koksom ili antracitom). Da bi se dobio kvalitetan klinker portland-cementa, mora u uloku za sinteriranje biti oko polovinu povratnog klinkera. Taj je postupak ekonomski opravdan kad su njegovi trokovi za gorivo nii od trokova za gorivo potrebno za proizvodnju klinkera u rotacijskim peima.

    Slinim se postupkom ponegdje proizvode i dodaci razliitim vrstama cementa i cement za proizvodnju nekih vrsta betonskih blokova. Tada su sirovine neke vrste jalovine, industrijskog pepela i troske.

    SINTERSKA METALURGIJAPostupcima sinterske metalurgije (metalurgije praha) dobi

    vaju se proizvodi koji se ne mogu proizvoditi drugim postupcima, odnosno koji se drugim postupcima ne mogu ekonomino proizvoditi. Procesi sinterske metalurgije obino imaju tri faze: pripremu (dobivanje praha), konsolidaciju (ioblikovanje preanjem ili vibracijskim zgunjavanjem) i ojaavanje (sinteriranje). Poslije sinteriranja ponekad je potrebna doradba izradaka.

    Dobivanje i svojstva praha. Ve prema specifinim zahtjevima prah se dobiva razliitim postupcima. To su sitnjenje (pogotovu mljevenje), ponekad uz kalciniranje i kemijske reakcije (si. 10), atomiziranje (rasprivanje taline u plinovima ili kapljevinama), kondenzacija metalnih para (pogotovu za

    SI. 10. Shem a tipinog postupka dobivanja praha u proizvodnji feritnih materijala

    dobivanje sublimata), redukcija oksida ili halogenida u vrstim ili plinovitim sredinama, razlaganje metalnih karbonila ili hidrida, te elektroliza ili redukcija otopina soli, obino kombinirana sa sitnjenjem.

    Svojstva praha koja su bitna za aglomeracijsko oblikovanje sinteriranjem obuhvaaju: svojstva estica praha, svojstva mase estica i svojstva u vezi sa upljinama u masi estica.

    Svojstva estica praha ovise u prvom redu postupku dobivanja praha. Najvanija su svojstva praha: dimenzije, oblik i gustoa estica, povrina estica, te veliina i orijentacija kristala u esticama. Za odreivanje dimenzija estica obino je dovoljno razlikovati estice koje se dobivaju kao prosjev i osjev na situ s oicama od 44 . Oblik je estica teko utvrditi, pa sve metode za utvrivanje oblika imaju svojih nedostataka. Oblik se najee opisuje odstupanjem od kugle jednaka obujma i omjerom duljine, irine i visine estica. Gustoa je praha manja od gustoe kompaktnog materijala, pa to moe biti mjera njihove poroznosti. Budui da sve reakcije izmeu dviju razliitih vrsta praha poinju na povrinama estica, za oblikovanje je vrlo vana njihova povrina. Dimenzije i orijentacija kristala u esticama utjeu na njihovu aktivnost (sklonost reagiranju s okolinom) i na intenzivnost prijelaza tvari kroz graninu povrinu. Ta aktivnost ovisi i omjeru mase i povrine estica. to su, naime, estice praha manje, to je omjer izmeu povrine i mase vei, pa je i ta aktivnost vea. I defekti kristalne strukture povrine estica i njihova konfiguracija utjeu na aktivnost praha, jer su estice s vie defekata i one s otrim bridovima aktivnije.

    Osim toga, aktivnost estica i ukupna aktivnost praha ovise i kemijskim svojstvima osnovne tvari. Tako se povrinski slojevi oksida na esticama praha od nekih metala (npr. bakra, eljeza, nikla, volframa, molibdena) mogu reducirati u redukcijskoj atmosferi na temperaturi sinteriranja, dok je takva redukcija oksida drugih metala (npr. aluminija, berilija) nemogua. Na esticama tih drugih metala debljina oksidnih slojeva usporeno raste s trajanjem izloenosti utjecaju oksidansa (tabi. 2), a udio je oksida to vei to je estica manja (tabi. 3). Oksidni slojevi znatno utjeu na proizvodnju izradaka od tih materijala. Prah kojem se oksidni slojevi mogu reducirati pri sinteriranju ima veu aktivnost. Tada se mogu utvrditi i optimalni udjeli oksida u prahu uz koje se postiu potrebna svojstva proizvoda.

    T a b l i c a 2D E B L JIN A O K SID N O G FILM A N A A L U M IN IJU ISTO E 99,6% , N A Z R A K U PRI SO BN O J T E M P E R A T U R I

    Izlo en ost djelovanju zraka

    daniD ebljina film a

    0 01 0,00252 0,0054 0,00658 0,00816 0,0088

    T a b l i c a 3O V ISN O ST U D JE L A O K SID A U A LU M IN IJSK O M

    P R A H U K R U PN O I ESTIC A

    Prom jer estica

    Volum ni udio oksida%

    0,1 301,0 310 0,3

    100 0,031000 0,003

    Svojstva praha vana za aglomeracijsko oblikovanje sinteriranjem jesu: prosjena dimenzija i raspodjela dimenzija estica, specifina povrina, gustoa i sposobnost teenja. Prva su dva svojstva granulometrijska te se odreuju granulo- metrijskim metodama. Zbog utjecaja povrine estica na njihovu aktivnost specifina povrina praha (omjer ukupne povrine estica i njihove mase) vaan je inilac koji utjee

  • SINTERIRANJE

    na tok sinteriranja i na kvalitetu izradaka. Specifina povrina praha priblino je proporcionalna dimenzijama estica, ali odstupanja od te proporcionalnosti mogu biti vrlo velika, to ovisi obliku estica. Tako je npr. specifina povrina eljeznog praha dobivenog redukcijom eljezo(III)-oksida mnogo vea nego eljeznog praha jednakih dimenzija estica dobivenog razlaganjem eljezo-karbonila.

    Pod gustoom praha obino se razumijeva njegova prividna (nasipna) gustoa (omjer mase nasutog praha i njegova obujma). Ona ovisi gustoi estica praha, obliku i dimenzijama estica te raspodjeli dimenzija estica ali i trenju meu esticama, prostornoj zbijenosti estica i metodi odreivanja te gustoe. Obino je prividna gustoa to manja to je specifina povrina praha vea, jer je tada i vee trenje meu esticama. To pravilo, meutim, ne vrijedi kad je trenje meu esticama vrlo malo, npr. kad su estice kuglaste. Openito vrijedi da je prividna gustoa to manja to je oblik estica nepravilniji. esto se odreuje i udarna gustoa, i to laganim lupkanjem po mjernoj posudi u koju je usuta odreena masa praha. Udarna je gustoa uvijek vea od prividne gustoe, jer se lupkanjem svladava trenje, pa se poveava zbijenost estica.

    Sposobnost teenja karakterizirana je vremenom potrebnim da odreena masa praha (obino 50 g) istee kroz otvor standardiziranog oblika. To je svojstvo mjera trenja praha stijenke otvora. Istovrsni prahovi jednakih dimenzija estica teku bre to su im estice po obliku blie kuglicama. Metalni prah s oksidnim slojem tee dobro, ali mu se nakon redukcije oksida moe smanjiti sposobnost teenja. Ta je sposobnost vrlo vano svojstvo za konsolidaciju. Tako je, npr., strojno konsolidacijsko kalupljenje praha s malom sposobnou teenja mogue samo uz vibracije, dok se prah koji ima vrlo malu sposobnost teenja moe kalupi ti samo runo.

    Svojstva praha s obzirom na upljine karakterizirana su ukupnim obujmom upljina Vu, ukupnim obujmom upljina meu esticama Vc i ukupnim obujmom pora u esticama Vp (VP= V U- V C), zatim brojem upljina nc meu esticama i prosjenim obujmom upljine meu esticama VJnc. Ta su svojstva vrlo vana jer upljine ine 60-70% ukupnog obujma praha.

    Konsolidacija. U sinterskoj metalurgiji pod konsolidacijom se razumijeva oblikovanje praha u oblik izratka dovoljne vrstoe koji moe podnijeti sinteriranje. Najea je konsolidacija preanjem, ali i uzastopnim tlaenjem i grijanjem, samim grijanjem ili istodobnim tlaenjem i grijanjem.

    Mehanizam vezanja estica i stvaranje koherentne mase konsolidacijom nisu dovoljno objanjeni. To se pokuava rastumaiti povrinskim cementiranjem (staljivanje slojeva susjednih estica), povrinskim meuatomnim djelovanjem (adhezija, hladno zavarivanje), i mehanikim povezivanjem estica. Pretpostavlja se da grijanje u toku konsolidacije smanjuje otpore konsolidaciji smanjenjem elastinosti i tvrdoe materijala. Konsolidacija preanjem moe se uspjenije rastumaiti mehanikim vezanjem estica. Preanjem praha s esticama nepravilna oblika dobivaju se gui i vri izraci nego kad se tlai prah s esticama pravilna oblika. To moe biti i zbog hladnog zavarivanja estica.

    Na rezultat konsolidacije preanjem utjeu: brzina poveanja tlaka i maksimalni tlak, oblik upljine kalupa, temperatura, materijal i stanje povrine kalupa, nain preanja i upotreba maziva. Maziva se najee dodaju prahu prije konsolidacije samo da bi se smanjilo trenje meu esticama i trenje praha povrine s kojima prah dolazi u dodir kad to trenje stvara tekoe. Maziva se, osim toga, dodaju da bi se stvorile upljine meu esticama, pogotovu kad se proizvode porozni sinterirani materijali. Za mazivo upotrebljavaju se stearinska kiselina, stearati litija, kalcija i cinka, volfram(IV)- -sulfid, grafit i parafin. Udio maziva u prahu unutar je 0,25*-1%. Maziva jo slue za zatitu kalupa, matrica i igova. Mazivo mora pri sinteriranju izgorjeti bez tetnih ostataka, mora se lako mijeati s prahom i ne smije ometati njegovo teenje.

    Jednosmjerno kompaktiranje najvaniji je postupak konsolidacije hladnim preanjem. Prah se obino sipa u kalupe koji su s donje strane zatvoreni mirujuim igom, a tlai se drugim igom s gornje strane tlakom od 102-IO3MPa. Uz te tlakove postiu se omjeri zgunjavanja od 1,5:1 do 3,5:1 (omjer nasipnog obujma i obujma otpreka), to ovisi tlaku i stlaivosti praha (omjer gustoe otpreka i gustoe praha). Nakon preanja izvlai se gornji ig, a izradak se istisne donjim igom. Broj otpreaka u minuti moe biti 5*200, ovisno sloenosti otpreka. Postoje i strojevi za dvoradno preanje s oba iga za proizvodnju jednostavnih otpreaka.

    Izostatiko preanje (v. Keramika, TE 7, str. 73) hladno je preanje u fleksibilnim kalupima koji se izvana tlae kapljevinom. Prednost je izostatikog preanja to se dobivaju otpreci jednolike gustoe, dok mu je nedostatak to se ne moe postii tonost dimenzija otpreaka koja se postie jednosmjernim kompaktiranjem. Izostatiko preanje upotrebljava se za proizvodnju malih serija velikih otpreaka (duljine do 2m) koji se nakon sinteriranja dorauju, otpreaka sloena oblika i otpreaka koji moraju imati jednoliku gustou.

    Drugi postupci konsolidacije. Uz hladno preanje u kalupima primjenjuju se i drugi postupci konsolidacije: kontinuirano hladno i vrue valjanje (proizvodnja specijalnih traka i limova), kontinuirano kompaktiranje (proizvodnja izradaka neograniene duljine i veeg presjeka), kompaktiranje velikim energijama (u krutim kalupima pomou visoko- tlanih brzohodnih prea ili pomou eksploziva), lijevanje u suspenziji kao u proizvodnji keramikih proizvoda (v. Keramika, TE 7, str. 71), vibracijska konsolidacija (preanje u kalupima uz vibracije) te vrue preanje (u kalupima grijanim u peima ili indukcijski). Vrue se preanje primjenjuje kad se prah ne moe dovoljno kompaktirati ili kad se konsolidacija vodi istodobno sa sinteriranjem. Tome treba pribrojiti ekstru- diranje, tancanje i valjanje, koji se vode na viim temperaturama u kombinaciji s prethodnim izostatikim preanjem ili lijevanjem u suspenziji.

    Ojaavanje sinteriranjem vodi se u razliitim peima (tabi. 4), ovisno procesnim temperaturama. To mogu biti arni i kontipuirani postupci.

    Izbor atmosfere u peima za sinteriranje ovisi tome da li je za vrijeme sinteriranja potrebno ostvariti ili sprijeiti neku kemijsku reakciju. To, dakle, moe biti redukcijska (vodik, amonijak, ugljik(II)-oksid, ugljikovodici) ili neutralna atmosfera (argon, helij, ugljik(IV)-oksid, duik). Ponekad se sinterira u vakuumu.

    107

    T a b l i c a 4PEI Z A SIN T E R IR A N JE U SIN TER SK O J M E T A L U R G IJI

    U O V ISN O STI PR O C ESN IM T E M P E R A T U R A M A

    Procesnetem perature Vrste pei

    C

    1100 plinske pei

    1150 f kromnikla1300 otporne pei kantala A1350 s otpornicim a J silicij-karbida1800 od I m olibdena2500 ( volframa

    2750 pei s kratkospojnim ugljinim cijevima

    3000 pei s konsolidatim a kao otpornicima

    3200 indukcijske pei

    Transportom materijala u vrstom stanju pri sinteriranju konsolidata bez pojave kaplje vite faze, dakle na temperaturi nioj od talita njegovih sastojaka, mijenaju se i njegova svojstva (si. 11). Mehanizam tog transporta vrlo je sloen, ali se moe promatrati kao da je osnovni proces difuzija upljina, bez obzira da li su to pore na povrini estica ili upljine meu esticama, zatim smanjenje broja upljina i s/erifikacija upljina nepravilna oblika. Zbog toga se smanjuje poroznost

  • 108 SINTERIRANJEmaterijala, a poveava njegova gustoa. Na gustou materijala utjeu dimenzije estica konsolidata, tlak preanja za konsolidaciju, te temperatura i tlak u toku sinteriranja.

    Ako, meutim, konsolidat sadri jedan ili vie sastojaka niskog talita, tada se temperatura sinteriranja odabere tako da se rastale samo niskotaljivi sastojci, pa je osnovni mehanizam sinteriranja transport materijala kroz granicu faza izmeu vrste tvari i taline. Zatim slijedi ovrivanje taline postepenom pretvorbom u vrstu otopinu zbog porasta koncentracije vrste tvari u njoj. Tako se postie velika gustoa proizvoda. Pritom je bitno da je udio sastojaka niskog talita manji od udjela sastojaka visokog talita.

    SI. 11. O visnost prom jene svojstava materijala temperaturi u toku sinteriranja. 1 poroznost, 2 gustoa, 3 elektrina otpornost, 4 vrstoa, 5 veliina estica

    Dodatna obradba sinteriranih izradaka moe obuhvaati: plastinu deformaciju te toplinsku i strojnu obradbu.

    Plastinom deformacijom obrauju se proizvodi sinteriranja konvencionalnim postupcima (v. Plastina obradba metala, TE 10, str. 309).

    Toplinskom obradbom poboljavaju se svojstva sinteriranih izradaka kaljenjem, temperiranjem ili ponovnim sinteriranjem (v. Toplinska obradba metala). Izraci se ponovno sinteriraju da bi se uklonili uinci prethodnih operacija, pa se tim postupkom obino poveava kovkost i gustoa, a smanjuje vrstoa materijala. Procesi se takva sinteriranja nazivaju dvostepenim sinteriranjem.

    Strojnom obradbom najee se dotjeruje oblik izratka, kad je to potrebno, ili njegova povrina (bruenjem4, poliranjem, abrazijom i dr.).

    Proizvodi sinterske metalurgije mogu se razvrstati u proizvode od teko taljivih metala, poroznih, frikcijskih, elektrotehnikih i keramiko-metalnih materijala (tzv. kerme- ta), cementiranih karbida, te od materijala potrebnih u ureajima za svemirske letove i u nuklearnoj tehnologiji.

    Proizvodi od teko taljivih metala obuhvaaju metale visoka talita (volfram, renij, tantal, molibden, niobij, osmij, bor, titan, torij, cirkonij, vanadij i njihove slitine), od kojih se metalurgijom praha proizvode kompaktni metali. Uobiajenim postupcima ekstraktivne metalurgije, naime, dobiva se od ruda teko taljivih metala samo njihov prah. Tipian je takav primjer dobivanje praha od volframovih oksidnih ruda njihovom redukcijom vodikom. Od toga se praha najprije dobiva vrlo slabo veziv konsolidat koji se prije sinteriranja uvruje u mufolnoj pei. To i sinteriranje nakon toga provode se u atmosferi vodika, da se sprijei ponovna oksidacija. Nakon toga se izraci mogu obraivati na zraku pri temperaturi od 900 1200 C postupcima kojima se poveava vrstoa, kovkost i gustoa materijala.

    Volframove slitine najvanije su slitine teko taljivih metala.

    Proizvodi od poroznih materijala karakterizirani su brojem pora u odreenom obujmu i stupnjem njihove povezanosti. Meu tim proizvodima najvaniji su: samopodmazivi dijelovi strojeva i filtarska sredstva (si. 12). Meu prvima posebno su vani samopodmazivi leajevi. Filtarska sredstva od sinteriranih materijala (v. Filtracija, TE 5, str. 415) tipini su proizvodi sinterske metalurgije koji se dobivaju preanjem bez konsolidacije. Porozni proizvodi slini su sinteriranim filtarskim

    sredstvima, a upotrebljavaju se za plinske difuzore, za zatitu od plamena i za priguivanje zvuka.

    Proizvodi od frikcijskih materijala sastoje se od metala i esto od nemetala. Najvaniji su proizvodi spojnike ploe, konike trake i obloge. Njihovu osnovnu strukturu ini metalna matrica (od bakra ili bakrenih bronci) u koju su ugraene estice drugog metala (olovo, eljezo, metali visokog talita) koji je netopljiv u materijalu matrice ili pak nemetala (silicij(IV)-oksid, korund, azbest, grafit).

    SI. 12. Tipini proizvodi od poroznih m aterijala dobivenih procesim a sinterske m etalurgije, a dijelovi sam opodm azivih leaja, b elem enti strojeva, filtarska

    sredstva

    Sinterirani elektrotehniki proizvodi obuhvaaju feritne magnetske jezgre, arne elemente, kontakte i dijelove elektronikih elemenata (v. Elektronika, sastavni dijelovi, TE 4, str. 450; v. Elektrotehniki materijali, TE 5, str. 58 i 70; v. Keramika, TE 7, str. 74). Proizvode se i sinterirani materijali od slitina aluminija, nikla i kobalta (alnico), jer su vri od lijevanih materijala.

    Kermeti su nastali kao rezultat nastojanja da se dobiju materijali koji imaju vrstou keramikih materijala i toplinsku vodljivost metala na visokim temperaturama, te kovkost metala dovoljnu za obradbu na niskim temperaturama. Najvaniji meu kermetima sastoje se od tvrde i meke faze. U jednoj skupini kermeta tvrda je faza titan-karbid, a meka neka slitina (krom-nikal, krom-kobalt, krom-nikal-kobalt, nikal-aluminij, nikal-molibden). U drugoj skupini tvrda su faza boridi cirkonij a, tantala ili kroma, a meka razni metali. Meu kermete se ubrajaju i neki sinterirani proizvodi dobiveni od pahuljica aluminija s velikim udjelom aluminij- (Ill)-oksida, te neki dobiveni od nikla i torija.

    Proizvodi od cementiranih karbida slue za izradbu brzoreznog alata (v. Alati, TE 1, str. 77). Budui da oni imaju tvrdu fazu od nemetala (volfram-karbid, ili u multikarbidnoj fazi od karbida volframa i molibdena, tantala i niobij a, odnosno od karbida volframa, titana i tantala) i meku fazu kao matricu, od kobalta, oni su zapravo kermeti, ali se obino posebno promatraju. Osim za izradbu brzoreznih alata, proizvodi od cementiranih karbida upotrebljavaju se i u proizvodnji jezgri i vrhova protuoklopnih projektila, dijelova otpornih na mehaniko troenje, kalupa i alata za bruenje, sapnica za pjeskarenje, zubi pneumatika za snijeg, rudarskih svrdala, ventila za pumpe te razliitih vodilica.

    Sinterirani strojni dijelovi (si. 13) proizvode se od sinteriranih materijala kad je takva proizvodnja ekonominija nego proizvodnja konvencionalnim postupcima. Tako se sinterira-

  • SINTERIRANJE - SINTEZA, ORGANSKA 109njem mogu ekonomino proizvoditi laki zupanici u serijama veim od 50 000 komada. Velika je prednost takve proizvodnje da se potpuno iskoritava sirovina, a izradak ima vrlo tone dimenzije, pa nije potrebna naknadna obradba.

    Sinterirani materijali za svemirske letove tipini su proizvodi koji se ne mogu proizvesti konvencionalnim postupcima ili se tim postupcima vrlo teko proizvode. To su u prvom redu izraci od poroznih materijala male gustoe, najee od volframa i srebra, od berilija, od estica torija obloenih niklom, od slitina s oksidima kroma i magnezija, te samopod- mazivi leaj i s molibden(IV)-sulfidom kao mazivom. Zbog vrlo velike toksinosti berilija i torija operacije se s njima moraju voditi u zatvorenim spremnicima bez izravnog dodira sa zaposlenim osobljem. Zbog pirofornosti torija mora se s proizvodima koji ga sadre raditi u atmosferi argona ili helija.

    SI. 13. N eki strojni elem enti proizvedeni procesim a sinterske metalurgije

    Proizvodi za nuklearnu tehniku. Meu tim su proizvodima najvanije gorivne tablete od urana ili torija, te gorivne ipke (cijevi od slitina s berilijem i cirkonijem napunjene nuklearnim gorivom). Sinteriranje se primjenjuje obino zato to su ti materijali u blizini talita nestabilni, a na temperaturama su sinteriranja stabilni. Sirovine od kojih se ti proizvodi dobivaju vrlo su toksine, a neke i piroforne, pa treba raditi u zatvorenim spremnicima, odnosno u atmosferi argona ili helija.

    . ViliiLIT.: . . , . -

    , 1961. - D. F. Ball, J. D ortnell, J. D avison , A . G rieve, R. W. Id, A gglom eration o f Iron Ores. H einem an Educational B ook s, L td ., London 1973. - W. Schatt, Pulverm etallurgie der Sinter- und V erbundw erkstoffe. V E B D eutscher V erlag fr Grundstoffindustrie, Leipzig 1977. - . . , . H. , A . H. , . C. , . , 1978. - . M ajerak, H utnctvo surovho eleza. II. A glom eracia. V ysok kola technick, K oie 1081. - . . , . , 1984. - E. F. Vegman, A R eference B ook for Blast Furnace Operators. Mir Publishers, M oscow 1984. - M etals H andbook, V ol. 7. Pow der M etallurgy. American Society for M etals, M etals Park, O hio 91984.

    A. Markoti S. Miloevski . Vilii

    SINTEZA, ORGANSKA, priprava kemijskih organskih spojeva definirane strukture od jednostavnih i dostupnih spojeva jednom kemijskom reakcijom ili s vie njih. Katkada je za postizanje tog cilja potrebno provesti desetak pa i vie pojedinanih reakcija. Organska je sinteza bitan dio organske kemije, tj. kemije ugljikovih spojeva (v. Ugljik), i osnova je organskoj kemijskoj industriji, a najee je usmjerena pripravljanju organskih spojeva za specifine svrhe. Tako npr. kemiari koji se bave kemijom prirodnih spojeva sintetiziraju spojeve koji su ve dobiveni iz prirodnih izvora, ponajprije zato da bi tako dokazali njihovu strukturu i objasnili kako oni nastaju u prirodi. esto se na osnovi teorijskih pretpostavki proriu posebna svojstva nekih spojeva koji do tada nisu naeni u prirodi ni pripravljeni u laboratoriju, a sintezom se te teorijske pretpostavke pokuavaju potvrditi. Za prouavanje kompleksnih prirodnih spojeva, npr. proteina i njihova mogueg enzimskog djelovanja, sintetiziraju se modelni spojevi na kojima se prouava djelovanje pravih spojeva. Danas su proizvodi organske sinteze postali integralni dio svjetske ekonomije, ali i svakodnevnog ivota. Uinak organske sinteze bit e sve vei s poveanjem znanja materijalima i s unapreivanjem uvida u bioloke mehanizme, omoguujui tako i pripravu novih tehnikih i graevnih materijala, poljoprivrednih kemikalija, vanih lijekova pa i materijala koji e moi nadomjestiti dijelove ljudskog tijela.

    U ovom se lanku opisuju samo principi planiranja sinteze i laboratorijske.mogunosti njene provedbe. Tehnika strana pojedinih reakcija, potrebna aparatura i postrojenje, reakcij- ski uvjeti i provedba u industrijskom mjerilu opisani su u lancima pojedinim vanijim organskim reakcijama ili klasama organskih spojeva te u openitim lancima kemijskoj tehnologiji (v. Procesna aparatura, TE 11, str. 209; v. Procesna tehnika, TE 11, str. 229).

    M oderna se kem ija poela jae razvijati poetkom X IX . st. M eutim , razvoj organske sinteze u tim godinam a zaostaje zbog vjerovanja da organski spojevi mogu nastati samo u ivim organizmima i da ih nije m ogue pripraviti u laboratoriju. Ta tzv. vitalistika teorija zadrala se do polovice prolog stoljea, iako je ve 1828. njem aki kemiar F. W hler sintetizirao ureu iz anorganskog amonij-cijanata

    N H 4C NO H 2N C O N H 2. (1)

    D akle, dobio je spoj za koji se do tada vjerovalo da m oe nastati sam o u ivom organizmu. To je bio dokaz da nema otre granice izm eu organskih i anorganskih spojeva, a to je potvreno i kasnijim slinim sintezam a drugih organskih spojeva, kao to su octena kiselina (H . K olbe, 1845) i metan (M. P. E . Berthelot, 1856). Te godine oznauju i kraj vitalistike teorije. Od tada zapoinje razvoj sinteze ne sam o organskih spojeva koji nastaju u prirodi ve i takvih koji se m ogu dobiti sam o u laboratoriju. D aljem razvoju sinteze pridonijela je predodba organskim radikalima kao organskim ekvivalentnim a atoma (J. Liebig i F. W hler). Radovi A . W. H ofm anna na am iiiim a, A . W. W illiam sona na eterim a i C. A . Wurtza na ugljikovodicim a doveli su do izolacije itava niza sintetskih organskih spojeva. Friedel-Craftsova reakcija pom ou AICI3 uvedena je 1877. L. C laisen i W. H . Perkin tih godina razvili su reakciju kondenzacije, a 1901. V. Grignard m etodu za dobivanje organom agnezijevih halogenida, dragocjenih spojeva za organsku sintezu. T. Curtius, E . Beckm ann i G. G abriel istrauju kemiju duikovih spojeva i objavljuju seriju radova sintezi tih spojeva. Od 1875. E . Fischer razvija kem iju ugljikohidrata, purina i proteina (prve sinteze proteina). Od 1890. do 1910. sintetiziraju se analgetici i hipnotici (aspirin, veronal, novokain). Od 1925, kada se kao sirovina za sintezu organskih spojeva poinje upotrebljavati nafta, proizvode se velike koliine otapala, polim ernih materijala, gum e i um jetnih tekstilnih vlakana. Farm aceutska se industrija naglo razvija. Napredak u znanstvenoj tehnologiji (instrum entalne m etode analize) odraava se i u sintetskoj kem iji. U posljednjih etrdesetak godina sintetizirani su vrlo sloeni prirodni spojevi iz reda steroida, zatim kinin, m orfin, rezerpin, klorofil, vitamin B 12, porfirin, sintetski peptidi (oksitocin , 1954), proteini, inzulin (1965), ribonukleaza (1969) i m nogi drugi. Razvoj sinteze na polimernim nosaima (npr. M errifieldova sinteza peptida) om oguio je prim jenu i potpuno automatiziranih postupaka sinteze.

    Za sintezu nekog organskog spoja veinom postoji vie razliitih putova. Tako se, npr., sinteza acetona, CH3COCH3, moe ostvariti ako se kao polazna sirovina upotrijebi etil-ace- tat, acetonitril, acetaldehid ili 2-metilpropen :

    2CH3C00QH5 NaOCWC^ OH > 3225

    % CH3COCH3 + CO, + QH5OH, (2)

    NMgI

    CH3CN + CH3MgI CH3CCH3 , (3)