Hoofdstuk 6, Paragraaf 1, 2 en 3

Al het chemie in ’t groot - chemische industrie.

Grondstoffen
Grondstoffen - verbindingen/ elementen (meestal verbinding)
Uitzondering = zwavel

Materialen
Materiaal = word toegepast om vorm te geven aan voorwerpen.
BV van materialen - polymeren, composieten + baksteen, beton, glas.
Materialen - bijna nooit zuivere stoffen.
Materialen - gemaakt in ’t groot (per jaar wereldproductie van 10tallen miljoenen tonnen plastics + staal, miljoenen tonnen aluminium, koper, rubber)
Onderscheid tussen 4 hoofdgroepen- metalen, natuurlijke polymeren, synthetische polymeren, composieten.
Metalen zijn elementen maar bijna alle andere zijn (mengsels van) verbindingen.
Polymeren - ketenvormige moleculen- repeterende brokstukken.

Natuurlijke Polymeren
Natuurlijke polymere materialen- BV hout, wol, linnen, katoen, leer- weinig stroom en warmte geleiden- kleine duurzaamheid- nemen gemakkelijk vocht op en houden warmte vast.
Polymeren in chemische fabrieken - synthetische/ plastics/ kunststoffen
(kunststof ook een gewone stof)

Syntethische polymeren
Syntethische polymeren- kunststoffen- BV plastic, piepschuim, polyester, kunsthars, nylon- 70 jaar geleden gemaakt - zeer duurzaam - goed voor levensduur, slecht voor afval.
Plastic- polytheen- meest geproduceerd- bestaat uit ‘aaneengeregen’ etheenmolecullen. Etheen: dus grondstof.
Als etheen door propeen vervangen- polypropeen- ook plastic-veel harder + stugger. Andere- polystyreen(piepschuim),polyvinylchloride (PVC).
Met netwerkmoleculen- harder.
2 verschillende molecuulsoorten- BV syntetische rubber- styreen, butadieen.
Polymeren van levende organismen - natuurlijke BV cellulose, zetmeel, eiwit, rubber etc.

Composieten
Composieten- combinatie materialen- BV gewapend beton, beenderen. Beton- cement, grind, vlechtwerk betonijzer- veel grotere treksterkte. Beenderen- apathiet, collageen- apathiet voor stevig, collageen voor soepel. Nylon versterkt met grafiet vesels lijkt hier beetje op.

Overige materialen
Overige materialen- gebakken klei, marmer, gips, glas -toepassingen bekend. Glas gemaakt van zand en soda- zeer duurzaam - daarom inzamelen.

Verhittings gedrag van verschillende materialen
Gedrag bij verhitting (Spaceshuttle met keramisch materiaal bedekt- geen andere stof goed):
Polymeren- minst hittebestendig- anders week en vervormbaar (thermoplast).
Netwerkpolymeren-niet week-thermoharder
Alle polymere materialen- uiteindelijk ontleden- omdat bijna alle polymeren van koolstof, waterstof, zuurstof zijn treedt verkoling op.

Elementen
Ruim 100 verschillende elementen - klein deel in vrije natuur - BV goud, zwavel, koolstof, stikstof, zuurstof.
Grootste deel - verbindingen - daarom eerst vrijmaken- BV aluminium
Samenstelling van aardkorst - samen 8 elementen 98 %- alle 8 (zuurstof, silicium, aluminium, ijzer, calcium, natrium, kalium, magnesium) in verbindingen
BV. zand - zuurstof + silicium
Kiezelsteen- calcium silicium, zuurstof
Klei - aluminium, silicium, zuurstof
Daarom aandeel van zuurstof en silicium grootst.

Niet-Metalen
20 niet-metalen: Halogenen- fluor, chloor, broom, jood (chloor vernietigd longblaasjes)
Edelgassen- helium, neon, argon (gaan geen verbinding aan met andere stoffen)- neon in verlichtingsbuizen, helium: licht, argon: tegen verstuiving van gloeidraad in gloeilampen.
Koolstof- als diamant en grafiet (kristallijne vorm), ook roet, cokes, Noritpoeder (amorfe stof), kristallinevorm: sprake van regelmatig patroon. Grafiet- voor potloodstiften, smeermiddel. Diamant- boorkoppen.
Fosfor- wit/ rood. Wit -licht ontvlambaar (P4). Rood- veel minder ontvlambaar (P).
Zwavel- komt voor in vulkanische streken- toegepast voor vulkaniseren van rubber.
Zuurstof en Stikstof - hoofdkomponenten van lucht
Waterstof- kleinste dichtheid- erg brandbaar- raketbrandstof- verbrandt dan met zuurstof.

Metalen
Van elementen ruim 70 = metalen BV goud, zilver, ijzer koper, lood, tin, zink.
Alle metalen - hebben een glimmend oppervlak, geleiden elektrische stroom, kunnen vervormd worden, kunnen in gesmolten toestand met elkaar vermengd worden.
Als metaal zuiverder is - makkelijker te buigen - daarom soms met opzet verontreinigd (legering)
Legeringen - door mengen - vaak andere eigenschappen (BV staal roestvrij met nikkel en chroom) - ook smeltpunt geheel anders
BV. in sprinklers - smeltzekering - bismuth, cadmium, zink, tin - smeltpunt 68 C
Messing - koper, zink
Brons - koper, tin
Soldeer - tin , lood
Zilveramalgaam - zilver, kwik
Duraluminium - aluminium, koper
Roestvrij staal - ijzer, chroom/nikkel
Edele metalen - word niet aangetast door water of lucht.
Goud,zilver, platina - edel - grote duurzaamheid - siervoorwerpen.
Onedel metalen - word aangetast door water en lucht. - glimmend oppervlak niet goed te zien door buitenlaag oxide.
Natrium + kalium - erg onedel - contact met vochtige lucht - bewaard in paraffine olie. (Natrium in natriumlampen op snelwegen)
Halfedel metalen - word aangetast door water en lucht.
Koper + kwik - halfedel - Koper in elektriciteitsdraden + waterleidingbuizen, Kwik in thermometer - enig metaal dat bij kamer temperatuur vloeibaar is.
Metalen met lage dichtheid - lichte metalen (BV natrium drijft op water)
Magnesium en aluminium toegepast in luchtvaart. Titaan hoge smeltpunt en licht - supersonische vluchten en ruimtevaart.
Zware metalen - grote dichtheid - meerderheid.
Aantal zware metalen - giftig (cadmium, kwik, thallium, lood)

Corrosie
Corrosie- ongewenste aantasting van metalen door stoffen uit omgeving- jaarlijks 5 – 7,5 miljard euro schade aan dingen.
Meeste corrosie aan staal voorwerpen- roestvorming (ook wegrotten gebruikt)- als juiste maatregelen worden getroffen dan kan dat 1 miljard euro per jaar besparen.
Roestvorming- oxidatie van ijzer- verloopt sneller in een vochtige omgeving. Eigenschappen van roest zijn ook anders: poreus, brokkelig, veel minder stevig, neemt veel meer ruimte in dan het ijzer. Laatste eigenschap zorgt voor meest schade- in gewapend beton zet ijzer uit en beton wordt weggedrukt. Dan wordt het gebouw open gedrukt erdoor.
Ook andere gevaren van roest. BV een buisje dat radioactief water leidt in een kerncentrale kan kapotgedrukt worden door roestende stalen ondersteuning.
Roestpreventie: In principe 2 manieren om roest tegen te gaan- Stofeigenschappen veranderen door legeren met andere metalen (bv nikkel) zodat het niet roest, het nadeel is dat bij beschadiging roestvorming uiteindelijk toch toeslaat en dat het duur is. Men kan ook ijzer ‘inpakken’ door BV:
Verchromen en vernikkelen: op ijzer dun laagje niet roestend metaal aanbrengen- duur, ziet mooi uit.
Galvaniseren: laagje zink toebrengen- zink roest - vormt ondoordringbaar laagje zinkoxide- niet mooi maar goedkoop
Coaten: laagje verf of menie aanbrengen
Plastificeren: stevig laagje zacht plastic aanbrengen- kan niet afbladderen als verf.
Er is helaas niet alles over roest bekend hoewel er veel onderzoek naar gedaan wordt.

Productie van Aluminium
Aluminium-gebruikt voor veel dingen-20 miljoen ton per jaar-daarvoor 95 miljoen ton bauxiet (aluminium erts). Zuiveringsproces:

Productiefases-winning +zuivering van bauxiet, bereiding van aluminium door elektrolyse, verdere verwerking van aluminium.
Winning +zuivering van bauxiet- door een groot aantal bewerkingen krijg je zuiver aluminiumoxide (Al2O3).
Elektrolyse- om de aluminium te krijgen moet je aluminiumoxide ontleden- daarom elektrolyse (thermolyse op zich mogelijk maar onpraktisch vanwege 5000C). Omdat Al2O3 als vaste stof geen stroom geleid- eerst vloeibaar maken. Het zuurstof komt bij de + en de aluminium bij de -. Doordat dichtheid van aluminium groter is zakt het naar beneden. Met zuurstof- reageert met + elektrode (koolstof, C) om CO te produceren. Daarom elektrode steeds vervangen.
Verdere verwerking van aluminium- vloeibare aluminium wordt gemengd met BV koper om een legering te maken- daarna tot ‘broodjes’ verwerkt en naar walsen en smeden.
Aldel- aluminiumfabriek- importeert Al2O3 uit Suriname. Per jaar- 96000 ton aluminium-348 elektrolyseovens in gebruik- 900 kg vloeibare aluminium per dag.
Voor energie- tijdens elektrolyse 100000 Ampère door de vloeistof gevoerd- opgewekt in energie centrale-voor productie 1 ton aluminium- 5000 m3 aardgas verbrand. (51% van prijs gaat naar grondstoffen en energie).

Productie van ijzer
Ijzer - thermolyse 3000C- daarom onpraktisch- daarom koolstof mono-oxide om zuurstof als het ware van de ijzeroxide af te plukken- dit gebeurd in een hoogoven.
Het proces:

Cokesfabriek-Steenkool is groot deel C-atomen (in de molecuul)-door te verhitten zonder zuurstof -ontleedt het en komt er een stof die vrijwel alleen uit C-atomen bestaat-bijproduct: cokesovengas, teerachtig vloeistof.
Hoogoven: een 40-meter hoog gebouw-afwisselend cokes en ijzererts gestort- In windverhitter lucht tot 1000C verwarmt- onderin hoogovens- daar reageert dat met cokes- ondermaat lucht dus koolstofmonooxide gevormd- exotherme reactie (warmte loopt op to 2000C)- CO gaat omhoog -reageert met ijzererts - eindproducten CO2 en Fe- ijzer zakt naar onder + smelt(smeltpunt 1535C) - komt als ruwijzer aan onderkant uit (in ijzer zit nog opgeloste koolstof, 5 massaprocent, daarom wordt ijzer vloeibaar gehouden)
Staalfabriek: ruwe ijzer komt in oxystaalconverter- Schroot wordt toegevoegd- holle lans tot vlak boven vloeistof spiegel neergelaten en zuivere zuurstof onder hoge druk op ijzerbad wordt geblazen- hierdoor reageert wat koolstof met zuurstof- warmte komt vrij- warmte wordt gebruikt door endotherme reactie van schroot (ijzerroest) en koolstof. Door schroot bij te voegen stijgt temp. niet zo veel en recycle je het ook. Door deze reactie daalt het koolstofgehalte van vloeibaar ijzer tot 0,5 massaprocent. Dit is het staal en word dmv een continu-gietproces in plakken en staven gemaakt.
Afgasverwerking: cokesovengas- door water geleid (om grote deeltjes uit te wassen)- rest wordt gedroogt en als brandstof gebruikt.
Hoogovengas- bestaat uit stikstof, koolstof mono-oxide, koolstofdioxide- alleen koolstof mono-oxide brandbaar- hele zootje met water gewassen - gedroogd-als brandstof ingezet.
Enige ijzer en staal fabriek in NL- hoogovens IJmuiden. Gevestigd- noordzeekust 800 hectare- 16000 mensen werken- groot deel in ploegendienst, in toeleveringsbedrijven- 25000 arbeidsplaatsen. Per jaar: 6 miljoen ton staal en staalproducten- jaaromzet: 3 miljard euro. Hiervan ter waarde van 1.5 miljard euro in buitenland afgezet- 1.5% van de totale NL export.
Voor productie van staal- ijzererts en kolen- ijzererts uit Australië, Brazilië, Canada, Venezuela, Zweden en steenkool uit VS, Australië, Canada, Indonesië, Polen. Per jaar - 7.5 miljoen ton ijzererts, 3, 7 miljoen ton steenkool. Daarnaast- toeslagstoffen+schroot.
Grote schepen- rechtstreeks IJmuiden binnen- eigen zeehaven-open verbinding naar zee. Afvoer - 40% per zeeschip en 30% per binnenschip.
Intern vervoer- via rails (150 km in totaal)-25 locomotieven (meesten op afstand bestuurbaar), 600 spoorwagens
Op het terrein- veel instalaties- meeste steenkool in cokes fabriek omgezet naar harde poreuze cokesbrokken. Eerst omzetten in knikkers(pellets) of brokken(sinter). Zuurstof voot oxystaalfabrieken- van zuurstoffabriek.
In hoogovens- 3 van de 4 in gebruik- 7.5 miljoen ton ijzererts en 3 miljoen ton cokes verbruikt per jaar- grondstoffen-inname per hoogoven: 400 ton per uur (dag en nacht aan).Ijzer aftap: 190 ton per uur.
In staalfabriek- porties van 250 ton in ruw ijzer in oxystaalconverter- 25 ton schroot bij- 15 000m3 zuivere zuurstof toegeblazen.
Afgasverwerking- deel van brandbare gas verbruikt en deel naar elektriciteitscentrale- per jaar produceert zo veel gas dat bij verbranding evenveel energie oplevert als 1 miljard m3 aardgas.