С электрохимической точки зрения металлами называются элементы, имеющие в процессе реакций преимущественную тенденцию к отдаче электронов, в отличие от металлоидов, стремящихся к их присоединению.
Многочисленность металлов, различия в их свойствах, методах получения и областей потребления определяет необходимость их классификации по отдельным группам.
В современных условиях используют промышленную классификацию металлов, которая отражает исторически сложившуюся структуру металлургической промышленности и, как следствие этого, структуру подготовки инженерно-технических кадров нашей страны.
Согласно промышленной классификации все металлы делятся на две группы: черные и цветные (в зарубежной практике металлы обычно делят на железные и нежелезные).
К черным металлам относятся железо и его сплавы, марганец, и хром, производство которых тесно связано с металлургией чугуна и стали. Все остальные металлы относятся к, цветным. Название «цветные металлы» довольно условно, так как фактически только золото и медь имеют ярко выраженную окраску. Все остальные металлы, включая черные, имеют серый цвет с различными оттенками — от светло-серого до темно-серого.
Цветные металлы.
Цветные металлы условно делятся на пять групп:
1. Основные тяжелые металлы: медь, никель, свинец, цинк и олово. Своё название они получили из-за больших масштабов производства и потребления, большого («тяжелого») удельного веса в народном хозяйстве.
2. Малые тяжелые металлы: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт. Они являются природными спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно, но производят в значительно меньших количествах.
3. Легкие металлы: алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций, стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую среди всех металлов плотность (удельную массу).
4. Благородные металлы: золото, серебро, платина и платиноиды (палладий, родий, рутений, осмий, иридий). Эта группа металлов обладает высокой стойкостью к воздействию окружающей среды и агрессивных сред.
5. Редкие металлы. В свою очередь подразделяются на подгруппы:
а) тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий, ванадий;
б) легкие редкие металлы: литий, бериллий, рубидий, цезий;
в) рассеянные металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен, теллур;
г) редкоземельные металлы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды;
д) радиоактивные металлы: радий, уран, торий, актиний и трансурановые элементы.
В металлургической промышленности используют почти все виды полезных ископаемых.
Основным сырьем для получения металлов являются руды – горные породы, содержащие в своем составе металл или металлы в количествах, которые при современном уровне развития обогатительной и металлургической техники могут быть экономически выгодно извлечены в товарную продукцию.
Руды состоят из минералов – природных химических соединений, подразделяющихся на рудные (ценные) и пустую породу. К пустой породе относят минералы, не содержащие извлекаемых элементов; эти породы чаще всего представлены кварцем, карбонатами, силикатами, алюмосиликатами.
8. Цветные металлы. Окружающий мир — 2 класс
Хотя с металлургической точки зрения пустая порода не представляет ценности, безотходные технологии должны полностью использовать все сырьевые ресурсы. Пустая порода может с успехом применяться при получении ряда строительных материалов (цемент, шлаковата, шлаковая брусчатка и пр.)
Состав руды определяют химическим анализом. Кроме химического состава для практических целей необходимо знать и вид присутствующих в сырье минералов (минералогический состав), и распределение всех компонентов сырья между минералами (фазовый состав).
В зависимости от вида присутствующих металлсодержащих минералов руды цветных металлов делятся на группы:
1) сульфидные, в которых металлы находятся в форме сернистых соединений. Примером таких руд могут служить медные, медно-никелевые и свинцово-цинковые руды;
2) окисленные, в которых металлы присутствуют в форме различных кислородсодержащих соединений (оксидов, карбонатов, гидроксидов и т. д.). К этой группе относятся алюминиевые, окисленные никелевые, оловянные руды, руды ряда редких металлов;
3) смешанные, в которых металлы могут находитьсякаквсульфидной, так и в окисленной форме (медные руды);
4) самородные, содержащие металлы в свободном состоянии. В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь и платина.
Сульфидные руды по форме размещения в земной коре делятся на сплошные, состоящие почти полностью из сульфидных минералов, и вкрапленные, когда сульфиды в виде мелких включений присутствуют в пустой породе. Вкрапленные руды, как правило, беднее сплошных.
По числу присутствующих металлов руды классифицируются на монометаллические и полиметаллические (комплексные). Большинство руд цветных металлов являются полиметаллическими и содержат минимум два ценных компонента. Наиболее сложными по составу являются медные, медно-никелевые и свинцово-медно-цинковые руды. Они содержат до 10-15 ценных металлов.
Руды цветных металлов, как правило, очень бедные и содержат всего несколько процентов, а часто и доли процента основного металла. Концентрация ценных элементов-спутников обычно во много раз меньше. Однако многие сопутствующие элементы по ценности значительно превосходят основные компоненты руды. Примерная стоимостная оценка двух видов руд приведена в таблице 1.
Таблица 1 – Ценностная структура медной и окисленной никелевой руд
компонент руды
компонент руды
Медная руда
Окисленная никелевая руда
При переработке сложных по составу руд необходимо добиваться полного комплексного использования всех ее ценных составляющих, т. е. безотходной технологии. Об уровне технического развития металлургического предприятия и его технологии в первую очередь судят по коэффициенту комплексности использования сырья, который определяется как отношение стоимости извлеченных в товарную продукцию компонентов к их стоимости в исходной руде.
Руды, как и другие полезные ископаемые, образуют естественные скопления, которые называются месторождениями. Содержание ценных элементов в месторождениях значительно выше их среднего содержания в земной коре. Самый распространенный металл в природе – алюминий (7,5%), наиболее редкие – полоний и актиний (их кларк близок к 10 -15 ).
Распространенность в земной коре некоторых металлов характеризуется следующими величинами, %:
Ряд металлов, например рассеянных, собственных месторождений не образует. Обычно в очень небольших концентрациях они присутствуют в виде примесей в минералах основных цветных металлов.
Все используемые при производстве цветных металлов процессы подразделяются на две группы: пирометаллургические и гидрометаллургические.
Пирометаллургические процессы проводятся при высоких температурах чаще всего с полным и реже с частичным расплавлением материалов, гидрометаллургические процессы — в водных средах при температурах максимально до 300 0 С.
Выделяемые иногда в отдельную группу электрометаллургические процессы могут быть как пиро-, так и гидрометаллургическими. Отличительной особенностью этих процессов является использование электроэнергии в качестве движущей энергетической силы для их протекания.
Пирометаллургические процессы
Пирометаллургические процессы по характеру поведения участвующих в процессе компонентов иих конечным результатам можно разделить на три группы: обжиг, плавка и дистилляция.
Обжиг — металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500-1200°С) с целью изменения химического состава перерабатываемого сырья. Обжиговые процессы, за исключением обжига со спеканием, являются твердофазными. В цветной металлургии применяют следующие виды обжига: кальцинирующий, окислительный, восстановительный, хлорирующий и фторирующий.
Плавка – пирометаллургический процесс, проводимый при температурах, обеспечивающих в большинстве случаев полное расплавление перерабатываемого материала.
Различают две разновидности плавок – рудные и рафинировочные. По характеру протекания химических реакций рудные плавки подразделяют на виды: восстановительная, плавка на штейн, электролиз расплавленных солей, металлотермическая, реакционная. Некоторые металлы получают проведением восстановительной или окислительной плавки. В случае переработки сульфидного сырья содержащуюся в рудах серу часто используют в качестве топлива и химического реагента.
Рафинировочные плавки проводят с целью очистки полученных металлов от примесей. В их основе лежат различия в физико-химических свойствах основного металла и металлов-примесей. Различают разновидности рафинировочных плавок: окислительное (огневое) рафинирование, ликвационное, сульфидирующее рафинирование, хлорное рафинирование. Могут использоваться дистилляционные процессы – процессы испарения вещества при температуре несколько выше точки его кипения. Дистилляция с целью рафинирования называется ректификацией.
При получении металлов высокой степени чистоты также используют различные специальные методы: зонная плавка (в металлургии алюминия, вольфрама), иодидное рафинирование титана и др.
Гидрометаллургические процессы
Эта группа процессов проводится при низких температурах на границе раздела чаще всего твердой и жидкой фаз. Любой гидрометаллургический процесс состоит из трех основных стадий: выщелачивания, очистки растворов от примесей и осаждения металла из раствора.
Применяющиеся на действующих предприятиях цветной металлургии технологические процессы в большинстве случаев далеко не полностью удовлетворяют современным требованиям. Ряд процессов и их аппаратурное оформление устарели и нуждаются в замене новыми, более совершенными.
Современные металлургические процессы получения цветных металлов и, тем более, процессы ближайшего будущего должны удовлетворять по меньшей мере следующим основным требованиям:
1) высокая удельная производительность применяемых аппаратов;
2) высокая производительность труда (выпуск продукции на одного работника в количественном или стоимостном выражении);
3) высокая степень извлечения всех ценных составляющих;
4) высокая степень комплексности использования сырья;
5) минимальные энергетические затраты за счет использования внешних источников тепловой энергии или электричества;
6) максимальное использование вторичных энергоресурсов;
7) обеспечение возможности комплексной механизации и автоматизации всех операций;
8) использование простой, дешевой, долговечной и удобной в работе, пуске, наладке и ремонте аппаратуры;
9) обеспечение возможности создания непрерывных, поточных, полностью автоматизированных технологических линий получения металлов;
10) обеспечение безопасных и безвредных условий труда и охраны окружающей природы.
Источник:
Е.П. Большина «Высокие технологии в металлургии. Ч.1 производство цветных металлов» Новотроицк 2008 г.
Сайт содержит техническую и нормативную информацию по металлургии.
Все материалы размещенные на сайте предоставляются бесплатно.
Источник: markmet.ru
Цветные металлы — свойства, группы, применение
Цветные металлы — особый класс нержавеющих металлов и сплавов, в составе которых нет железа. Сюда входят олово, медь, цинк, никель, серебро, золото. Металлы называются цветными, потому что каждый из них имеет определенный окрас. Они отличаются прочностью и долговечностью, поскольку формируют на своей поверхности защитную оксидную пленку и проявляют устойчивость к негативным факторам внешней среды.
В начале XX века насчитывалось около 20 наименований нежелезных металлов, а сегодня их количество уже превышает 70. Добычей, обогащением руд и выплавкой таких материалов занимается цветная металлургия. Способ производства — высокотемпературная плавка. За каждым изделием стоит долгая и кропотливая работа — металлы подвергаются механической обработке и проходят через ковку, сварку, прессование, штамповку, грунтование и прочие процессы.
Свойства
Цветные металлы обладают высокой тепло– и электропроводностью, коррозионной стойкостью, стабильностью в температурном диапазоне и инертностью к воздействию агрессивной среды. В отличие от железа, они не реагируют на влагу и кислород, растворяют газы при нагревании (кроме интертных) и с легкостью взаимодействуют с ними.
Группы
Ученые подразделяют цветные металлы на несколько групп:
- Тяжелые. Олово, медь, никель, цинк, свинец и т.п. Добываются из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. Мировое производство металлов данной категории достигает нескольких миллионов тонн в год.
- Легкие. Алюминий, титан, магний, натрий, калий, кальций, бериллий, стронций, барий и другие элементы этой группы имеют самую низкую удельную массу среди остальных нежелезных металлов.
- Благородные. Золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий и иридий входят в число редких драгоценных металлов и отличаются повышенной стойкостью к окислению и коррозии.
- Малые. Представители группы — ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, висмут и т.п. Добываются в небольшом количестве вместе с тяжелыми металлами.
- Тугоплавкие. Известны как самые износостойкие металлы. К ним относится цирконий, ванадий, хром, вольфрам, молибден и другие элементы с высокой плотностью и температурой плавления.
- Редкоземельные. Представлены 17 металлами серебристо–белого цвета: гольмий, тулий, скандий, самарий, европий, диспрозий, лютеций, прометий и т.д. Обладают одинаковыми химическими свойствами.
Применение
В последние годы спрос на цветные металлы резко увеличился. Они влияют на развитие многих отраслей промышленности и широко применяются в авиа– и машиностроении, радиоэлектронике, ракетной и атомной технике, сфере высоких технологий, а также в быту.
Нежелезные металлы — незаменимое сырье в производстве металлопроката, крупных конструкций и небольших изделий.
Вы можете заказать цветные металлы и сплавы на нашем сайте. На странице каталога представлен широкий ассортимент товаров с подробным описанием и ценами. Стоимость за 1 кг зависит от вида материала и варьируется от 135 до 2200 рублей. Денежные средства принимаем на расчетный счет. Подробнее об условиях покупки цветного металла в Москве и регионах России читайте здесь.
Источник: ferrolabs.ru
На какие группы делятся цветные металлы?
«Черные металлы», «цветные металлы» — это металлургические, а не химические термины. Но я, отвечая на вопрос, буду думать все же о химии, которую я люблю, не в последнюю очередь, за ее научные строгость и определенность. Да простит меня металлургия.
Какие металлы называют цветными
Цветными называют, в первую очередь, те металлы и сплавы металлов, которые, в противоположность черным, не содержат железа. Это отражено в их английском названии «non-ferrous metals». Если перевести буквально, «нежелезные металлы». Ferrum (латынь) — «железо», название химического элемента.
Помимо железа и его сплавов к цветным металлам не относят также хром, марганец и содержащие их сплавы.
Интересная особенность цветных металлов заключается в том, что они умеют образовывать на своей поверхности окислительную (оксидную) плёнку, которая тормозит глубинное разрушение металла на воздухе. Железо так не может, поэтому гораздо больше страдает от коррозии.
Что касается цвета, то, хм. не такие уж цветные металлы и цветные. Большинство окрашено в привычные оттенки металлического серого.
Из цветных металлов с ярким необычным цветом я сейчас вспомню, пожалуй, только медь и золото.
Группы цветных металлов
С классификацией все сложно, потому что классификация эта. условна!
Цветные металлы могут быть, например:
- тяжелыми (свинец, олово, медь, а также никель и цинк);
- легкими (алюминий, титан, магний);
- драгоценными/благородными (тройка: золото, серебро, платина);
- малыми (кадмий, сурьма, висмут, ртуть);
- редкими (индий, галлий, цирконий).
А могут выделяться и другие подгруппы. А какие-то отбрасываться. Некоторые металлы вообще гуляют из группы в группу.
Ту же ртуть могут относить как к малым, так и к тяжелым цветным металлам. Или объединить, назвав ее малым тяжелым цветным металлом.
Короче, все сложно и запутано. Деление тяжелые-легкие, однако, присутствует почти всегда (спасибо и на том).
Понимаете теперь, почему химия мне нравится больше металлургии? Там гораздо меньше непоняток с различными классификациями.
Источник: travelask.ru