KALAY VE EKONOMİSİ (PDF) İNDİR
Kalay:
Kalay dövülebilir ve sünek bir metaldir. Kolayca tel ve levha haline getirilebilir. Kuvvetli asitlerden, alkalilerden ve asit tuzlarından etkilenir. Havada ısıtıldığında SnO2 oluşturur. Klor ve oksijenle birleşerek seyreltik asitlerden hidrojeni uzaklaştırır. Oda sıcaklığında dövülebilir olmasına karşın ısıtıldığında kırılganlaşır.
Fiziksel Özellikler:
Erimesi ve öteki metallerle alaşımları oluşturması sırasında önemsiz bir buharlaşma görülür. Pek çok başka metalle alaşım yapar ve onlara sertlik ve dayanıklık kazandırır. Bu metallerden yalnızca bazıları küçük ölçülerde; erime noktasındaki saf kalayda eriyebilirler. Kalay, özellikle erime noktası yüksek metallerle serbest olarak alaşım yapar. Bakır, nikel, gümüş ve altın, sıvı kalayda oldukça iyi çözünürler. Kalay oksitin, oluştuğu yüzeylerde sertleştirici bir etkisi vardır. Erimiş haldeki kalay; demir, çelik, bakır ve bakır-yoğun alaşımlara uygulandığında yüzeylerine tutunarak parlak bir kaplama oluşturur. Kalay kaplamak, altındaki metalin oksitlenmesini önler, şekil verilebilir ve lehimlenebilir özelliğiyle metalin sonraki işlemlerine olanak sağlar. Kalayın iki allotropik şekli vardır: Beta kalay (beyaz kalay) ve alfa kalay (gri kalay).
Kimyasal Özellikleri:
Hem kuvvetli asitlerle hem de kuvvetli bazlarla reaksiyona girebildiğinden iki yönde etkili bir metaldir. Saf suyun, üzerinde bir etkisi yoktur. Sulu çözeltilerde, oksijen korozyon olayını hızlandırır. Oksijenin yokluğu halinde ise, kalayın yüksek potansiyeli (0.75 V) yüzeyinde asitlerin etkisini bile azaltacak bir hidrojen tabakası oluşmasına neden olur.
Normalde yüzeyi ve kalınlığı sıcaklıkla doğru orantılı olarak artan ince bir oksit tabakasıyla kaplıdır. Havasız ortamlardaki bir kalay kaplı çelik, asitli çözeltilerle ilişkiye sokulduğunda negatif potansiyelde bir kalay-demir çifti oluşur. Bu olay sırasında kalay kaplama, anot olarak kullanılır ve molekül yığılmasına demir değil kendisi uğrar. Aksi bir durumda, eriyen demirin; başlıca kullanım alanı olan konservecilikte tadı ve görüşü bozması nedeniyle işlem bir temel taşı oluşturmaktadır.
Kalay; hidrojen, azot, karbondioksit ve gaz amonyakla direk olarak reaksiyona girmez. Nemli olduğunda kükürtdioksit kalayı etkiler. Klor, brom ve iyotla kolaylıkla, fosforla oda sıcaklığında yavaşça reaksiyona girer. Halojen asitleri, özellikle sıcak ve derişik oldukları zaman, kalayla şiddetle tepkimeye girer. Sıcak sülfürik asit, kalayı eritir. Nitrik asitle yavaşça tepkir; ancak asit derişik olduğunda hidratlı kalay oksit haline gelir. Sülfürlü, klorosülfürik ve pirosülfürik asitlerle hızla reaksiyona girer. Fosforik asidin kalayı eritici etkisi, öteki mineral asitlerinden oldukça azdır. Laktik aist, sitrikasit, tartarik asit ve okzalik asit gibi organik asitlerle atmosfer ortamında yavaşça tepkir. Amonyum hidroksit ve sodyum karbonat gibi sulandırılmış çözeltilerin üzerindeki etkisi zayıftır; fakat sodyum ve potasyum hidroksit gibi kuvvetli alkaliler soğuk ve sulandırılmış olduklarında kalayı eriterek (+4) değerlikle kalay bileşikleri oluştururlar. Potasyum peroksisül-fat, demir klorür ve sülfat ile kalay klorür gibi oksitleyici tuzlar ve çözeltileri kalayı eritirler.
Doğada Bulunuşu:
En büyük kalay üreticisi ülkeler, Malaysiya, Endonezya, Tayland, Bolivya, Kongo Demokratik Cumhuriyeti, Avustralya, Nijerya ve Çin’dir. Kalayı en yoğun olarak içeren mineral “kassiterit”tir. Bu mineral, kalınlığı fazla olmayan çözeltiler halinde birikmiştir. Dünyadaki kalay cevherleri ise genellikle alüvyonlu bölgelerde bulunur. Bugün kalay çağdaş madencilik teknolojisi sayesinde, içindeki kalay oranı ancak %0.01′i bulan cevherlerden ekonomik olarak elde edilir. Yoğun olarak kalay içeren damarlar Bolivya’da ve İngiltere Cornvall’da bulunur. Buralarda kassiterit minerali, yeraltında soğuyan granit kayalar arasında sıkışmış durumdadır.
Elde Edilişi:
Doğada kalayı en yoğun olarak içeren kassiterit minerali, alüvyonlu birikintilerden üç yolla elde edilir.
1. Irmakların getirdiği alüvyonların taranmasıyla;
2. Belli bir düşüye sahip akarsu bölgelerinde hidrolik olarak;
3. Açık havza yöntemiyle. Kassiteritin iyi taneleri bir çakıl taşından 2.5 kez daha ağırdır ve %70.77 oranında kalay içerir.
Bileşikleri:
Kalay (+2) bileşikleri:
Kalay 2-bromür: Sarı toz şeklindedir. Sulandırılmış hidroklorik asit, su, alkol, eter ve asetonda çözünür. Havada oksitlenerek rengi kahverengi olur. Spesifik ağırlığı: 5.117 (17°C), erime noktası: 215°C- kaynama noktası: 619°C.
Kalay 2-klorür: Beyaz kristalin yapıda bir katıdır. Havdan oksijen alarak çözünmeyen oksiklorür haline dönüşür. Suda, alkalilerde, tartarik asitte ve alkolde çözünür. Kalayın hidroklorik asitte çözülmesiyle elde edilir. Havada 2 mg/m3 oranında bulunur. Bazı bileşikleri indirgeyici olarak kullanılır.
Kalay kromat: Kahverengi ve toz halindedir. Suda hemen hemen çözünmez. SnCl2 ve sodyum kromatin reaksiyonuyla elde edilir. Zehirli olup porselen yapımmda kullanılır.
Kalay 2-fluorid: Beyaz, parlak, acı ve tuzlu bir tadı olan kristalin yapıda bir tozdur. Erime noktası: 212-214 °C. Alkolde ve eterde çözünmez, ancak suda çözünür. Diş macunlarındaki fluoridin sağlanmasında kullanılır.
Kalay oksit:Kahverengi-siyah toz. Asitlerle ve kuvvetli bazlarla reaksiyona girer. Suda çözünmez. Spesifik ağırlığı: 6.3; erime noktası: 1.080°C (60 mm). CO2 akımında kalay hidroksitin ısıtılmasıyla elde edilir; indirgeyici olarak kullanılır.
Kalay sülfat: Ağır, beyaz ya da sarımsı kristaller halindedir. Suda ve sülfürit asitte çözünür. Kalay oksite sülfürik asit eklenmesiyle elde edilir. Zehirleyici olup, otomobil pistonlarının kaplanmasında kullanılır.
Kalay sülfit: Koyu gri ya da siyah kristain tuz. Spesifik ağırlığı: 5.08; erime noktası: 880 °C., kaynama noktası: 1.230°C. Derişik hidroklorik asitte bozunurak erir, suda çözünmez. Zehirleyicidir ve havada 2 mg/m3 oranında bulunur. Hidrokarbonların polimerizasyonunda katalizör olarak kullanılır.
Kalay (+4) Bileşikleri:
Kalay bromür:Beyaz, katı ve kristalin yapıdadır. Suda ve alkolde çözünür. Spesifik ağırlığı: 3.3; erime noktası:3 l°C;kaynama noktası:203 °C.
Kalay klorür:Sodyum klorürle çift tuz oluşturur. Renksiz kostik kıvı. Suyla birleşince kristal yapılı bir katıya dönüşür. Spesifik ağırlığı: 2.27; -33°C de tüter, 114°C’de kaynar. Soğuk suda ve alkolde çözünür, sıcak suda bozu-nur; zehirleyicidir. Seramiklerin kaplanmasında, şekerin beyazlatılmasında kullanılır.
Kalay kromat: Kahverengi-sarı, kristalin toz. Suda fazla çözünmez. Kronik asitle kalay hidroksitin reaksiyonundan elde edilir. Zehirleyiciolup porselen boyanmasında kullanılır.
Kalay peroksit:Değişik ölçülerde su içeren beyaz anhidrik toz. Spesifik ağırlığı: 6.6-6.9; erime noktası: 1.127°C. 1.800°C’de süblimleşir. Derişik sülfürik asitte ve hidroklorik asitte çözünür, suda çözünmez. Doğada kassiterit mineralinden elde edilir. Kalay tuzlarının eldesinde, tekstilde ve kozmetikte kullanılır.
Kalay 2-sülfit:Sarı-kahverengi toz. Derişik hidroklorik asitte çözünür, suda çözünmez. Spesifik ağırlığı: 4.42-4.6; erime noktası: 600°C. Deriyi ve gözleri tahriş eder. Taklit altm kaplamada ve boya maddesi yapımında kullanılır.
Üretilen kalayın yaklaşık %40’ı çelik levhaların kaplanmasında kullanılır. Böylece yiyecek ve konserve kapları olan teneke, daldırma veya elektroliz yoluyla elde edilir. Teneke ve sert kalaydan yapılmış süs veya kullanım eşyaları siyah vernikle kaplanarak sıkça kullanılır.
Bu maksatla ergitilmiş kalay veya kalay-bakır alaşımına daldırılan demir veya çelik teneke levhalar çaydanlık, tepsi ve şamdan gibi çeşitli ev eşyaları biçiminde işlenirler. Bundan sonra bu malzemeler beziryağı, kurutucu maddeler ve boyalarla hazırlanan siyah vernikle cilâlanırlar.
Kalay mekanik olarak zayıf olduğundan bakır, kurşun, çinko, demir, kadmiyum, antimon, nikel, kobalt, titan ve zirkonyum ile alaşım halinde kullanılır. Kurşunlu kalaya lehim denir. Son zamanlarda kalay içermeyen ve alüminyum, silisyum, fosfor, manganez vb. elementlerin bakırla yaptığı ikili alaşımlara bu elementlerin tuncu denmekle beraber, bronz (tunç) ismi ile kalay-bakır alaşımı hatırlanmaktadır. Bronzdaki kalay, korozyonu (paslanmayı) önlemekte ve bakırın mekanik özelliklerini iyileştirmektedir. Buna antimon da katılarak makina yatakları gibi dayanıklı parça ve eşyaların yapımında kullanılır.
Kalay-4-klorür bileşiği özel kaplama, ağartma, duyarlı kâğıt imali işlerinde kullanılır. Makina yağlarının özelliklerinin ıslahında, reaksiyonlarda katalizör olarak, ayna yapımında, sabunlardaki parfümü tesbit etmek için de kullanılır. Kalay-4-oksit seramik sırlarında, tekstilde ve cam üretiminde işe yarar. Kalay-2-klorür kimyasal madde, boya, fosfor, polimer üretiminde indirgeyici olarak ve galvanize edici, ayna sırlayıcı ve yağlama yağlarını temizleyici olarak kullanılır. Kalay sülfat boyamada ve kalay kaplamada kullanılır.
Kalay alaşımlarının başlıcaları şunlardır:
-
Kalay kurşun alaşımları. Bunlar, kalay esaslı yumuşak lehimlerde; kap kacak yapımında, oyuncak imalinde; bazı hacim ölçekleri imalinde kullanılır.
-
Kalay-antimon alaşımları. Genellikle içinde bakır bulunan bu alaşımları (Britannia metali veya İngiliz metali) sofra eşyası, rulman yatakları,vb. imalinde kullanılır.
-
Kalay-kurşun-antimon alaşımları. Bazen içinde bakır bulunan bu alaşımlar (örneğin, kalay esaslı antifriksiyon metaller) döküm yöntemiyle imalatta (özellikle rulman yataklarında) ve sargı olarak (packing) kullanılır.
-
Kalay-kadmiyum alaşımları. Bazen içinde çinko bulunan alaşımlar antifriksiyon metalleri olarak kullanılır.
-
Bronz, döküm kalıbı alaşımı, fosfor bronzu
Başlıca Kalay Alaşımları
Bronzlar (tunçlar); Bakır, kalay ile çok önemli olan tunçları teşkil eder. Topların tuncu dayanıklılık bakımından önemlidir. Çanların tuncu, top tuncuna göre kalayın daha çok oranda bulunduğu tunçtur. Bu tunç kırılabilir, fakat çok tınlar.
Bakır alüminyum ile çok sert bir tunç meydana getirir. Silisli ve fosforlu tunçlar da vardır.
Bakır, çinko ile pirinci oluşturur. Çinko ve nikel ile de mayekor (taklit gümüşü) yapar.
Denge diyagramından da görüldüğü gibi kalayın çözünürlük sınırı 20 0C‘ de % 1’den az iken, sıcaklığın artışı ile hızla artarak ötektoid yatayında % 15.8 kalay olur.
Bakır – kalay alaşımları bakırca zengin a, b, d, e fazlarından oluşur.dökülmüş alaşım a, katı eriyik matrisi içinde tipik öbeklenme ve dendrit içeren tanecikler şeklinde oluşan a+b ötektoid yapısını gösterir. Bu faz sert ve mavi renktedir. Ötektoid yapıya mikroskopta büyütülerek bakıldığında, d ana fazı içinde a hücreleri şekilnde görülür. Yüksek sıcaklıklarda bekletilen alaşımlarda kaly çözünürlülüğünü azaltan a+d çökelmesi oluşur.
Kalay miktarının artması ile, kalayca zengin dendritler arası bölgeler oluşur. Düşük kalaylı alaşımlarda ise dendrit içerisinde çözünmüş kalayın yüksek sıcaklıklarda uzun bekletmelerle dendritler arası bölgelere difüzyonu sağlanır. Bunların iyi yatak malzemesi olmamasının nedeni yumuşak ana yapı içindeki d çökeltileridir.
Kalay bronzları :
Fosfor ilavesiyle oksit giderildiği için az miktarda fosfor ihtiva eder. Eskiden fosfor bronzu denilmesine rağmen bu uygun değildir. Ancak fosfor alaşım elemanı olarak ilave edilebilir ve aşınma dayanımı artırılabilir. En çok %9 kalay ihtiva eden dövme kalay bronzları soğuk çekilebilir ve haddelenebilirler. %10-12 kalay ihtiva eden dökme kalay bronzları daha çok kullanılırlar. Bunların döküm kabiliyeti iyidir, aşınmaya dayanıklıdırlar. Örneğin aşırı yüklenen ve yüksek hızla çalışan sonsuz vida çarkı ve özellikle kaymalı yatak malzemesi olarak kullanılırlar. Deniz suyuna dayanıklıdırlar.
Babbitt Metali:
Babbit metali beyaz metal olarak da bilinmektedir. Alaşımın yüzeyinde kaplanması sonucu yüzeyde meydana gelmektedir. 1839 yılında Isaac Babbitt tarafından bulunmuştur. Babbit metalinin ağırlık ve basınca dirençi oldukça fazladır.
Babit metalinin alaşımları:
%90 kalay – %10 bakır
%89 kalay %7 antimon %4 bakır
%80 kurşun %15 antimon %5 kalay
Genellikle hacim merkezli malzemelerin kaynama noktasına çıkmasında kullanılırdı. Ancak günümüzde daha çok karmaşık cisimlerin ince yüzey kaplamasında bir çok metalle birleşik yapılarak kullanılır. Babit metali kolaylıkla zarar görebilmektedir. Ilk görünüşte kaynama yüzeyi için kötü bir seçim olarak görülmektedir. Bu alaşımın yapısı küçük sağlam kristallerinde yayılarak karışımın matriks yapısınını yumuşakmıştır.
İngiliz Metali:
P tipi alaşımlardan olup alüminyum görünümlü bir metaldir. Bu kompozitin alaşımı yaklaşık olarak %93 kalay %5 antimon ve %2 bakırdır.
Ilşk kez 1769-1770 de Vicker White Metal olarak üretildi. Daha sonra gümüş ile gelişimi 1846 yılında elektrotabakasal kaplama ile geliştirildi. Ingiliz metali ilk başlarda metalin yerine ev yapımı gümüş tabaklarda kullanıldı. Bu yüzden de bunlara elektortabakasal ingiliz metali denilmektedir.
Ilgiliz metali önceleri ucuz olması nikel –gümüş alaşımlarına oranla daha yaygın kullanılmasına sebep oldu.
İngiliz metalinin bileşiminde bazen antimon-bakır-kurşun-kadminyum-bizmut ve çinkoda bulunabilir.Bunların hepsi bir arada bulunmazken birtakımlarının bulunması ile yeni tür ingiliz metali alaşımı meydana getirtilir.
Başlıca karışımlar ve özellikleri:
%Sn |
%Sb |
%Cu |
%Pb |
Özellik |
93 |
3,5 |
3,5 |
|
Düşük ve orta IC motorda en sonda yer alır |
86 |
10,5 |
3,5 |
|
Düşür ve orta IC Motorda başta yer alır |
80 |
11 |
3 |
6 |
Genellikle yüksek kaynamada yer alır |
60 |
10 |
28,5 |
1,5 |
Elektriksel makinelerde yer alır |
40 |
10 |
1,5 |
48,5 |
Düşük eder,Genel erek, |
Lehim:
Kurşun ve kalayın bir araya gelerek oluşturmuş olduğu bir çeşit alaşımdır. 2 metali birbirine bağlamada kullanılır. Daha çok elektronik sanayinde ve su tesisatçılığında yaygın olarak kullanılır.
Lehimin kaynağı orta İngilizce de ki kelime saudur,eski Fransızca da ki soldurce ile Latince
deki solidare kelimelerinin birleşmesi sonucu ortaya çıkmıştır.
Kurşun Lehimi: Kalay kurşun lehimi %5 -%70 arasında ağırlık taşımaktadır. En iyi kalay konsantrasyonu en iyi lehimi ortaya koyar. Genellikle 2 çeşit karışım kullanılır. %60 Sn – %40 Pb ve %63 Sn – %57 Pb’dir. 63/37 karışım oranı ötektik karışım oranı ile aynı da değildir.
Kalay, teneke yapımında, kaplamacılıkta, çeşitli alaşımlar, lehim ve kimyasal madde yapımında kullanılır. Otomotiv endüstrisinde de motor yataklarında, kaporta, radyatör, yağ ve hava filtrelerinde kullanılır. Uçak ve gemi endüstrisi ile elektronik ve elektrik sanayinde geniş bir kullanım alanı vardır. Kimya sanayinde boya, parfüm, sabun, poliüretan üretiminden diş macunu yapımına kadar geniş bir alanda tüketilir. Bunların yanında, matbaacılıkta, mutfak malzemeleri ve cam endüstrisinde de kullanılmaktadır