История открытия цветных металлов

Обновлено: 07.07.2024

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы, и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники.

Оценить

Тема: «Цветные металлы и сплавы»

Введение _______________________________________________ 3

Глава 1. Цветные металлы _________________________________4

1.1.История открытия и использование цветных металлов и

их сплавов ____________________________________________ 4

1.2. Виды цветных металлов _______________________________5

Глава 2.Сплавы цветных металлов _________________________ 7

Список использованных источников _______________________11

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы, и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами. Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, за счёт искусственного и естественного старения и т. д. Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением — ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке.

Из цветных металлов и сплавов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.

Глава1. Цветные металлы.

История открытия и использования цветных металлов и их сплавов.

Пре­ж­де чем на­учить­ся до­бы­вать и пла­вить ру­ду, лю­ди не по­зд­нее 9-го тыс. до н. э. по­зна­ко­ми­лись со свой­ст­ва­ми ме­тал­лов, на­хо­дя и об­ра­ба­ты­вая са­мо­род­ки ме­тал­лов (зо­ло­та, ме­ди и др.) и ме­тео­рит­ное же­ле­зо. Са­мо­род­ная медь (обыч­но поч­ти не со­дер­жит при­ме­сей) в ре­зуль­та­те уда­ров ка­мен­ным ору­ди­ем ста­но­вит­ся бо­лее твёр­дой. По­сле изо­бре­те­ния го­ря­чей куз­неч­ной об­ра­бот­ки про­цесс из­го­тов­ле­ния мед­ных из­де­лий стал бо­лее рас­про­стра­нён­ным (эпо­ха эне­о­ли­та). Ов­ла­де­ние ис­кус­ст­вом плав­ки и по­лу­че­ния не­об­хо­ди­мой фор­мы лить­ём при­ве­ло к рос­ту про­изводства ме­ди и рас­ши­ре­нию её при­ме­не­ния Брон­зо­вые из­де­лия от­ли­ча­лись боль­шей ус­той­чи­во­стью про­тив кор­ро­зии, уп­ру­го­стью, твёр­до­стью, ост­ро­той лез­вия. Кро­ме то­го, из брон­зы лег­че бы­ло от­ли­вать все­воз­мож­ные из­де­лия, т. к. она име­ет бо­лее низ­кую температуру плав­ле­ния, чем медь, и луч­ше за­пол­ня­ет ли­тей­ную фор­му. Бо­лее ши­ро­кое при­ме­не­ние брон­зы (вза­мен ме­ди) оз­на­ча­ло пе­ре­ход от мед­но­го к брон­зо­во­му ве­ку. В брон­зо­вом ве­ке уже бы­ли из­вест­ны т. н. семь ме­тал­лов древ­но­сти – медь, зо­ло­то, сви­нец, се­реб­ро, же­ле­зо, ртуть и оло­во, ко­то­рые встре­ча­ют­ся в при­ро­де пре­имущественно в ви­де са­мо­род­ков или суль­фи­дов. Боль­шин­ст­во ме­тал­лов в то вре­мя по­лу­ча­ли в ви­де рас­пла­ва.

В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др. Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п. Техническая медь, содержащая не более 0,1 % примесей, применяется для различных видов проводников тока.

Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

1.2 Виды цветных металлов.

Цветные металлы. К цветным металлам, наиболее широко применяемым в технике, относятся медь, алюминий, олово, свинец, цинк, магний, титан. В чистом виде некоторые цветные металлы используют редко, в основном их применяют в виде сплавов. Цветные металлы - это наиболее дорогой и ценный технический материал.

Алюминий - серебристо-белый металл.

Широкое применение алюминия обусловлено его малой плот­ностью (2,7 г/см3), высокой пластичностью, т.е. способностью обраба­тываться давлением, высокой коррозионной стойкостью. Она получа­ется за счет того, что алюминий быстро покрывается окисной плен­кой (Al2O3), предотвращая проникновение агрессивных веществ к основному металлу. Кроме того, алюминий обладает хорошей тепло- и электропроводностью.

по распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди конструкционных металлов. В земной коре содержится около 7,5 % Аl, в то время как железа - всего 5,1 %. Алюминий входит в состав всех глин, полевого шпата, боксита и других горных пород.

Медь - металл красновато-розового цвета с кристаллической структурой в виде ГЦК. По электропроводности медь занимает второе место после серебра. Поэтому она - важнейший материал для изго­товления электропроводников (провода, шины, кабеля и т.п.). Медь имеет также высокую теплопроводность, в связи с чем ее широко используют в теплообменниках (радиаторы, холодильники и т.п.). Медь и ее сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке. На основе меди получены сплавы с очень ценными свойствами. Однако медь относится к тяжелым металлам, ее плот­ность 8,94 г/см3. Чистая медь обладает небольшой прочностью и высо­кой пластичностью. Медь отлично обрабатывается, давлением, но плохо - резанием и имеет плохие литейные свойства, поскольку дает большую усадку. Чистую медь и ее малолегированные сплавы широко используют в электротехнике и других видах производства. Медь - один из первых металлов, с которыми познакомился человек. Хотя в земной коре меди немного (до 0,01%), однако извест­ны ее богатые месторождения, в которых встречаются даже самород­ки. Медь и ее сплавы обладают многими ценными свойствами, что определило ее широкое применение.

Олово очень мягкий металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Оно разделяется на шесть марок (ГОСТ 860-41): ОВЧ-000, О1ПЧ, 01, 02, 03, 04. Самое чистое олово - марки ОВЧ-000, содержащее 99,999% олова и 0,001% примесей. Олово в чистом виде применяют для лужения жести.

Цинк - это хрупкий металл белого цвета с голубоватым оттенком. В зависимости от химического состава установ­лены шесть марок цинка (ГОСТ 3640-47): ЦВ (99,99% цинка), Ц0, Ц1, Ц2, ЦЗ, Ц4 (99,50% цинка). Цинк используют для покрытия изделий (цинкование), чтобы предохранить их от атмосферной коррозии.

Магний - самый легкий металл из всех применяемых в технике (удельный вес его 1,74). Он легко воспламеняется и при его горении возникает высокая температура. Наиболее •опасны в этом отношении порошок, тонкая лента, мелкая стружка и т. п. Механические свойства магния низкие, поэтому он находит ограниченное применение в технике. В литейном деле из магния выплавляют высокопрочный магниевый чугун. Чаще всего магний используют в виде сплавов с алюминием, цинком.

Титан - металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий (плавится при 1725° С) и легкий, стойкий на воздухе и даже в атмосфере морского климата. По распространенности титан занимает четвертое место среди конструкционных металлов, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Прочность его вдвое больше, чем у железа, и почти в шесть раз больше, чем у алюминия. Ценными свойствами титана являются его высокие химическая и коррозийная стойкость. Титан обладает высокой пластичностью. Он хорошо куется, легко прокатывается в листы, ленты и даже в фольгу. Наибольшее применение титан находит в виде сплавов для изготовления лопастей газовых турбин и производства жаропрочных сталей.

Глава 2. Сплавы цветных металлов.

Медные сплавы. Важнейшими сплавами на основе меди яв­ляются латунь и бронза.

Латунь - это сплав меди с цинком. Кроме цинка, латунь содержит и другие элементы, но в меньшем, чем цинк, количестве. Латунь маркируют буквой Л, за которой стоят цифры, указывающие на содержание меди, например латунь марки Л80 состоит из 80% меди и 20% цинка. Если в латунь вводится 1% свинца, то она будет обозначаться ЛС59-1 и содержать 59% меди, 40% цинка и 1% свинца. Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью, пластичностью, легко поддаются прокатке, ковке и вытяжке. В технике находят применение латуни, содержащие от 10 до 42% цинка. В зависимости от назначения латуни могут быть обрабатываемыми давлением, литейными и специальными. Латуни, обрабатываемые давлением, используют для радиаторных трубок, прокладок, труб и т. д. Из литейных латуней изготовляют червячные винты, зубчатые колеса, подшипники и т. д. Специальные латуни, обладающие более высокими механическими свойствами, чем литейные латуни, применяют для изготовления химически стойких деталей, конденсаторных трубок и водяной арматуры. Латунные изделия, получаемые холодной обработкой (наклеп), для смягчения и пластичности подвергают отжигу рекристаллизации на 350-450° С.

Бронза - это сплав меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Название бронзы зависит от второго компонента. Важнейшими из бронз являются оловянистые, свинцовистые, алюминиевые и кремнистые.

Бронзы маркируют следующим образом: сначала пишут буквы Бр., означающие бронзу, затем буквы, показывающие, какие элементы введены в бронзу, и далее цифры, указывающие на содержание этих элементов в процентах. Например, бронза марки Бр.ОЦС6-6-3 означает, что в ней содержится 6% олова, 6% Цинка, 3%. свинца и остальные (85%) медь. 62

Оловянистые бронзы обладают хорошими литейными свойствами, коррозийной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо сопротивляются износу и трению. Оловянистые бронзы в основном применяют для деталей, работающих на трение, - подшипников скольжения, червячных колес и т. п.

Алюминиевые бронзы содержат до 10% алюминия. Они обладают прочностью, высокими антифрикционными и технологическими свойствами, устойчивостью в атмосферных условиях и морской воде. Введение в алюминиевую бронзу железа, марганца и других элементов еще больше повышает ее механические свойства. Химический состав специальных бронз, например Бр. АЖН10-4-4, следующий: алюминия - 9,5-11,0%; марганца 3,5- 5,5%; железа - 3,5-5,5%; остальное - медь.

Алюминиевые бронзы применяют как антифрикционный материал, изготовляя из них подшипники, втулки, червячные колеса и т. д.

Кремнистые бронзы содержат 2-3% кремния. Они обладают высокими литейными свойствами и коррозийной стойкостью. Из таких бронз изготовляют пружинящие детали, проволоку, ленту и т. д.

Никелевые бронзы обладают высокой вязкостью и кислотостойкостью, сохраняют механические свойства даже при повышенных температурах.

Бериллиевые бронзы (2% бериллия) обладают исключительно высокими свойствами - хорошо упрочняются термической обработкой, имеют предел прочности σ_ь = 130-150 кгс/мм 2 и твердость НВ 370-400. Бериллиевые бронзы применяют, например, для изготовления ударного инструмента, зубил, молотков, не дающих при ударе искр. Пружины из бериллиевой бронзы выдерживают до 25 млн. колебаний, в то время как стальные закаленные пружины в таких же условиях разрушаются после 3 млн. колебаний.

Алюминиевые сплавы. Они получаются добавкой к алюминию меди, цинка, магния, кремния, марганца и других компонентов. Такие сплавы имеют небольшой удельный вес и высокие механические свойства.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы , упрочняемые термической обработкой, могут быть следующих марок: АК6, АК8, АК2, АК4. Они обладают высокой прочностью и пластичностью, поэтому из них изготовляют полуфабрикаты ковкой, прокаткой и прессованием. Сплавы АК2 и АК4 содержат никель и являются жаропрочными. Они применяются после термической обработки для изготовления поршней, головок цилиндров, работающих при повышенных температурах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относится также дюралюминий марок Д1, Д6, Д16, Д18. Дюралюминий выпускается в виде листов, прессованных и катаных профилей, прутков и штамповок. Сплав Д18 применяют для заклепок, так как он может расклепываться в любое время после старения.

Для повышенной коррозийной стойкости дюралюминий покрывается (плакируется) чистым алюминием. Плакированием называют горячую прокатку слитков дюралюминия вместе с листами чистого алюминия. Сплавы АМц и АМг термическому упрочнению не подвергают. Из них изготовляют трубопроводы и сварные масляные резервуары.

Литейные алюминиевые сплавы почти не стареют естественно. Их прочностные свойства повышаются искусственным старением.

Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины - сплавы алюминия с кремнием. Силумины обладают высокими механическими свойствами и большой жидкотекучестью, позволяющей отливать сложные и тонкостенные детали.

Магниевые сплавы . Подобно алюминиевым магниевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Прочность и пластичность магниевых сплавов ниже, чем у алюминиевых. Удельный вес магниевых сплавов-1,74. Характерной особенностью термообработки магниевых сплавов является длительная выдержка их при закалке и отпуске. Деформируемые магниевые сплавы марок МА1, МА2, МА5, МА8 применяют для изготовления высоконагруженных деталей самолетов, а литейные сплавы марок МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5 - для изготовления деталей двигателей, корпусов приборов, колодок колесных тормозов автомобилей и корпусов фотокамер. Сплавы на магниевой основе отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо обрабатываются резанием. Они нашли широкое применение в машиностроении и в частности в авиастроении. Из магниевых сплавов изготавливают фасонные отливки, а также полуфабрикаты – листы, плиты, прутки, профили, трубы, проволоки.

Исходя из рассмотренной в реферате информации, можно сделать вывод, что на сегодняшний день цветные металлы и их сплавы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Ценными свойствами цветных металлов и их сплавов являются высокие химическая и коррозийная стойкость. В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.В пищевой промышленности широко применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов – для обертки кондитерских и молочных изделий, а также в больших количествах используется алюминиевая посуда (пищеварочные котлы, поддоны, ванны и т. д.).

Список использованных источников

1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1981.

История открытия месторождений цветных и редкоземельных металлов

Несмотря на то что промышленность цветных металлов Сибири имела почти двухсотлетнюю историю до прихода советской власти, она находилась в полном упадке. Поэтому в период социалистической индустриализации страны создание промышленности цветных металлов являлось острой народно-хозяйственной проблемой. Страна нуждалась в цинке, свинце, олове и никеле. Нужны были и такие редкие металлы, как вольфрам, молибден, кобальт и т. д.

В XVIII в. и первой половине XIX в. основным признаком месторождений меди, серебра, свинца, цинка было наличие древних, или, как их называют, «чудских», выработок. Небольшие шахты, штреки, шурфы и различной величины ямы встречались на многих месторождениях медных и серебро-свинцовых руд как на территории Алтая, так и Кузнецкого Алатау. Эти выработки свидетельствовали о когда-то довольно широко развитом на юге Сибири горном промысле. Время проведения этих выработок различно: многие из них, по-видимому, насчитывают несколько тысяч лет.

Поиски месторождений цветных металлов в Сибири начались широким фронтом на огромной территории от Казахстана на западе до Берингова пролива на востоке. Основное внимание было обращено на районы, где цветная металлургия в большей или меньшей степени была развита еще в дореволюционное время. В Кузнецко-Минусинском районе главные усилия были направлены на открытие и изучение месторождений меди, в Рудном Алтае — на полиметаллы, в Забайкалье — на полиметаллы, олово и редкие металлы, в Ангарском районе — на медь, полиметаллы и драгоценные металлы.

Норильское полиметаллическое месторождение

Раньше и быстрее других была освоена Норильская группа месторождений, расположенная в северной оконечности Ангарского рудного района, у пересечения его с Пясинско-Хатангским рудным районом. В начале 20-х годов Н. Н. Урванцев начал изучать геологию, рудные и угольные месторождения, рельеф, гидрогеологию, растительность, климат, население и транспортные связи района.

Норильское полиметаллическое месторождение образовалось вместе с внедрением магмы, богатой железом и магнием, вдоль глубинных разломов. Она поступала из глубоких зон земной коры и в процессе движения ассимилировала вмещающие породы, что усилило в ней процессы дифференциации. Еще на глубине произошло отделение от основной магмы расплавов, содержащих соединения металлов с серой — сульфидов, в составе которых были медь, никель, кобальт, а также летучие вещества — сера, селен, теллур и т. д. В этом сульфидном расплаве концентрировалась платина и ее спутники — осмий и иридий. Процесс отделения сульфидного расплава от основного сплина называют ликвацией, отсюда и название процесса образования месторождений — ликвационный. Поднявшаяся магма внедрилась между разными по составу породами, так как здесь ниже залегают угленосные толщи, а выше — трапповые вулканические породы. Остывание крупного внедрившегося магматического очага происходило в условиях низких температур и сравнительно невысоких давлений. В процессе остывания дифференциация магмы продолжалась При этом в нижней части магматического тела скапливался наиболее тяжелый материал, в котором концентрировалась в виде вкрапленности, отдельных линз и гнезд отделившаяся раньше сульфидная магма, а выше располагалась более кислая и более легкая магма. После застывания интрузивный массив оказался сложенным как бы слоями, состоящими из различных по основности и весу изверженных пород, хотя все они были производными основной и ультраосновной магм. В конечном итоге более основные породы и руды располагались в нижней части интрузивного массива, более кислые — безрудные — в верхней. Такие интрузивные тела геологи называют дифференцированными интрузиями.

Такой характер происхождения руд обусловил и особенности строения Норильских медно-никелевых месторождений. В них выделяются два типа руд и рудных тел. Вкрапленные руды, образующие крупные тела, занимают основание дифференцированных интрузий. Сплошные богатые сульфидные руды образуют небольшие жилы, линзы и гнезда, залегающие среди вкрапленных бедных руд.

Кроме полиметаллических месторождений, содержащих руды меди, никеля, кобальта, платиноидов, позволяющих попутно получить селен, в этом районе разведано угольное месторождение. Угольные пласты, как указывалось, нередко подстилают рудоносные дифференцированные интрузии. Каменные угли Норильского месторождения высокого качества и содержат коксующиеся марки. Однако подрудное залегание каменных углей усложняет условия добычи как углей, так и вышележащих руд.

Месторождения Кузнецко-Минусинского района

Второй центр развития промышленности цветных металлов расположен на юге Красноярского края. В Кузнецко-Минусинском рудном районе до 1917 г. было известно много рудопроявлений и месторождений меди различного возраста, типа и масштаба. Некоторые из них отрабатывались. Меньше было известно о наличии редкоземельных металлов на этой территории. К числу самых ранних находок редкоземельных металлов можно отнести вольфрамовый минерал шеелит на прииске Веселом в Восточном Саяне (1903), а также найденный в 1893 г. П. К. Яворовским на гольце Ивановском молибденит. В 1911 г. были открыты шеелит и молибденит в руде Глафиринского месторождения на реке Улень. Эта находка повысила ценность всей группы месторождений. В 1916—1917 гг. при разведках Карышской группы месторождений был открыт молибденит и сделана первая попытка организовать его добычу. Таковы были скудные сведения о цветных и редкоземельных металлов на территории Кузнецко-Минусинского района в предреволюционные годы. В 1930—1934 гг.

Под руководством В. С. Домарева были проведены с применением геофизических методов тщательные поисковые и разведочные работы на многих группах месторождений меди: Юлинской, Уленьской, Карышской, Темирской, Маинской, Базырской, Копьевской, Печищенской и др.

Месторождения цветных металлов Кузнецко-Минусинского района ориентировочно можно разделить на две возрастные группы: древнюю — нижнепалеозойскую и более молодую — среднепалеозойскую.

К первой относятся некоторые контактово-метасоматические месторождения, формировавшиеся или на контакте интрузивных массивов и вмещающих их пород, или на месте ослабленных, трещиноватых зон, захватывающих не только вмещающие породы, но и интрузивные тела вблизи контакта. Примеры таких месторождений — Уленьская, Карышская, Туимская группы. Характерный признак их — комплексный характер руд. В них находятся в промышленных количествах соединения не только меди, но также вольфрама, молибдена и в небольшом количестве золото. Вторая особенность этих месторождений — неправильная форма рудных тел. Третья особенность месторождений — небольшая величина: запасы меди колеблются в пределах 30—60 тыс. т.

К месторождениям этого возраста относятся гидротермальные жильные оруденения. В таком месторождении, как Темирское, сложная система жил распространена вблизи контакта с древним интрузивным массивом. В Маинском развита система линзовидных тел среди эффузивных тел. Среди гидротермальных жильных месторождений выделяют два основных типа руд — сплошные сульфидные и вкрапленные. В составе сплошных сульфидных руд Маинского месторождения содержится медь, цинк, кобальт, встречаются также соединения никеля.

В рудах Темирского месторождения цинк, кобальт и никель практически отсутствуют, зато (особенно во вкрапленных рудах) в небольших количествах постоянно присутствуют молибденит и шеелит. В сплошных сульфидных рудах Темирского месторождения количество магнитного колчедана, как правило, небольшое. В рудах Майны золото отсутствует, в темирских же рудах оно имеется, хотя содержание его не очень высокое. Темирское молибденово-медное месторождение представляет собой наиболее крупное из этой группы месторождений.

Другая, сравнительно молодая, среднепалеозойская рудоносная группа месторождений характеризуется большим разнообразием как типов месторождений, так и полезных компонентов, в них находящихся. В этот этап эффузивная деятельность оказалась тесно связанной с глубинным магматизмом. Она несколько сходна с магматизмом платформ, где эффузивные проявления рядом переходных тел связываются в непрерывный комплекс с интрузивными плутоническими телами, хотя и имеют отличительные черты.

В эпоху среднего палеозоя Кузнецко-Мннусинский рудный район представлял собой, несомненно, жесткую консолидированную область. Последняя в герцинский этап движений земной коры реагировала на них формированием как новых расколов, так и подновлением более древних разломов.

Межгорные Северо- и Южно-Минусинская впадины несут черты, унаследованные от тех структур, которые были сформированы раньше, в нижнепалеозойское время. Такой же характер присущ поднятиям — Кузнецкому Алатау, Центральному и др.

Многочисленные месторождения и рудопроявления различных цветных и редкоземельных металлов образованием связаны не только с глубинными проявлениями магмы, но и с эффузивными вулканическими процессами.

Среди месторождений меди такого происхождения можно выделить ряд типов. Прежде всего выделяются месторождения самородной меди, приуроченные к сильно измененные основным эффузивам. Медьсодержащие рудные тела в этом случае представляют сильно окварцованные эффузивы, частично замещенные минералом желтовато- зеленого цвета сложного состава — эпидотом.

Этот тип медного оруденения сходен с известным очень крупным месторождением самородной меди, расположенным в штате Мичиган, в районе Верхнего Озера.

Кроме того, выделяют сульфидные месторождения меди, образующие гнезда и небольшие линзы в эффузивах. Известны сульфидные месторождения меди, приуроченные к кварцево-кальцитовым, кварцево-кальцитово-баритовым жилам, располагающимся в толще эффузивно-осадочных пород среднего палеозоя. Выделяют сульфидные месторождения меди, образующие кварцево-кальцитовые тела и располагающиеся в зонах разломов, отделяющих эффузивно-осадочные среднепалеозойские отложения от известковых тел протерозоя и нижнего палеозоя. Известны, наконец, жильные тела кварцевого и кварцево-кальцитового состава, имеющие сложный кобальтово-никелево-медный характер оруденения и залегающие в толще эффузивов среднего палеозоя.

Месторождения редкоземельных металлов на территории России

Месторождения самородной меди по происхождению связаны с пачкой кислых эффузивов, залегающих в нижней части эффузивно-осадочной среднепалеозойской толщи и распространены в районах развития этой пачки, т. е. главным образом в так называемой Сыдо-Ербинской впадине, сформировавшейся в середине Центральною поднятия.

• Сульфидные гнездовые месторождения приурочены и связаны с верхней пачкой основных эффузивов, которые широко развиты в Южно-Минусинской впадине.
• Сульфидные жильные месторождения, по образованию связанные с нижней пачкой основных эффузивов, встречаются в Северо-Минусинской впадине.
• Сульфидные тела, приуроченные к крупным разломам, развиты в Кузнецком Алатау или вдоль разломов, ограничивающих с севера Южно-Минусинскую впадину.
• Сложное кобальтово-никелево-медное оруденение строго приурочено к зоне стыка Саяно-Алтайского и Кузнецко-Минусинского рудных районов.

Из указанных типов практический интерес имеют месторождения самородной меди, а также месторождения, приуроченные к крупным разломам.

Очень характерным профилирующим металлом среднепалеозойского металлогенического этапа является свинец. Причем в большинстве случаев свинцовое оруденение так или иначе связывается с глубинной магматической деятельностью, хотя месторождения этого металла наблюдаются изредка и в эффузивах, а также в образованиях, имеющих явно переходной характер от интрузий к эффузивам (Карасук). Свинцовое оруденение широко развито в Кузнецком Алатау, в Батеневском кряже, в хребте Крыжина, вблизи железорудных месторождений среднепалеозойского возраста (Ирбинское месторождение).

Не менее характерны для этого металлогенического этапа редкометальные рудопроявления, связанные образованием со щелочными сиенитами и гранитами. Можно выделить различные типы редкометальных рудопроявлений: пегматитовый, скарновый, гидротермальный и др. Наличие свинцовой и редкометальной рудоносности дает возможность в ряде случаев определить возраст рудных узлов.

Все такого рода проявления редкометального оруденения, несомненно, должны быть отнесены к среднепалеозойскому этапу геологической истории.

К этому металлогеническому этапу приурочена особенно интересная как с теоретической, так и с практической точек зрения рудоносность. Именно структуры полуплатформенного типа и этапы, завершающие один цикл движений земной коры и начинающие другой, наиболее рудоносны, а следовательно, наиболее перспективны для нахождения в них крупных месторождений металлов.

Профилирующим минералом рудных богатств Кузнецко-Минусинского района является молибденит. Впервые наличие молибденита в жилах Сорского месторождения обнаружил в 1923 г. А. Н. Чураков.

Первоначальная разведка сорских молибденовых жил показала, что масштаб оруденения здесь небольшой. Сорскому месторождению угрожали долгие годы забвения. Однако в 1938 г. геологу А. Месянинову удалось установить, что на самом деле молибденовое оруденение здесь интенсивно — все интрузивное тело оказалось раздробленным и как бы пропитанным кварцем, содержащим молибден. Разведка Соры была продолжена, и в 1950 г. началось строительство первого крупного горнообогатительного редкометального предприятия в Кузнецко-Минусинском районе.

В 1951 г. обнаружили новый участок, где, кроме молибденового оруденения, встречены были медное и полиметаллическое В 1953 г. обнаружили и другую редкометальную рудоносность в пределах рудного поля Соры. В 1954 г. Сорское предприятие вступило в строй действующих.

В этом районе найден ряд месторождений молибдена, некоторые из них как по строению, так и по масштабу оруденения весьма сходны с Сорским, и их освоение — дело будущего.

Сорское месторождение не единственное, которое имеет сложную историю открытия. Так, на востоке Хакасии, где в рельефе начинают преобладать пологие увалистые холмы и возвышенности, на правом берегу реки Коксы высится островерхая вершина. На ней в XVIII в. неизвестный рудознатец открыл Коксинское медное месторождение. В 1949 г. геолог Г. Г. Ильиных обнаружил в этом месторождении еще целый ряд рудопроявлений редкоземельных металлов, а спустя год на склонах этой горы геолог И. П. Коропец открыл в среднепалеозойских эффузивах самородную медь. М. М. Тетяев все эти рудопроявления — и медное, и редкометальное — объединил в единый, практически одновозрастный рудный узел, образовавшийся в среднепалеозойское время.

Открытие ряда новых месторождений редкоземельных металлов послужило тому, что Кузнецко-Минусинский рудный район занял важное место в развитии цветной металлургии России.

Месторождения Восточного Забайкалья

Большая заслуга в изучении месторождений Восточного Забайкалья принадлежит академику С. С. Смирнову. Он дал первую метэллогеническую схему этого района, а также описал минералогию зон окисления сульфидных месторождений. В Восточном Забайкалье структуры геосинклинальной природы образовались в середине мезозоя на складчатом фундаменте, сформированном в древние эпохи палеозоя. В конце мезозоя вся область превратилась в складчатую. Интенсивно и многократно проявлялись интрузивные процессы. Наиболее древние проявления магматизма надо отнести к центральной структуре, в которой преобладает мощная серия песчано-сланцевых отложений. В южной и северной структурах магматические проявления были заметно моложе и различались по составу. К югу в фундаменте преобладающими породами являются карбонатные отложения нижнего палеозоя, перекрытые молодыми вулканогенными породами. К северу в фундаменте преобладают измененные метаморфизованные толщи протерозоя и самых низов палеозоя (кембрия).

Смирнов выделял на территории Восточного Забайкалья три зоны. В центре — зону с оловянно-вольфрамовым оруденением, обычно приурочивающимся к особо прогнутым и подвижным зонам геосинклинальных областей. К югу от нее располагается зона с полиметаллическим и редкометальным оруденением, связанная происхождением с щелочными разновидностями гранитов, появление которых было предопределено карбонатным составом вмещающих пород. К северу находится зона с молибденово-золотым оруденением, характерным для более жестких частей земной коры. На основании этого геологи в 30-х годах открыли и изучили на этой территории множество золотоносных редкометальных месторождений.

Интересные и перспективные месторождения меди, молибдена, комплексные месторождения свинца и редкоземельных металлов. Редкометальные месторождения послужили основой для проектирования и строительства в этом районе России крупных горнообогатительных предприятий.

Цитаты и изречения о металлах

Подобно Солнцу, растапливающему воск, но делающим твердым глину, золото расширяет великие сердца, но заставляет сжиматься ничтожные.
Антуан де Ривароль (1753–1801) — французский писатель

Древняя цветная металлургия

Ключевыми техническими преобразованиями бронзового века, продолжавшегося в течение двух тысячелетий, принято считать освоение ирригационного земледелия и полного металлургического цикла производства металлов, включавшего добычу руды, выжиг древесного угля, подготовку материалов, выплавку и рафинирование чернового металла, литье, ковку, волочение проволоки, другие виды металлообработки и рециклинг металлолома.

В этот период были освоены технологии выплавки и обработки металлов, получивших название «семь металлов древности»: меди, золота, свинца, серебра, железа, ртути и олова. Общепризнано, что определяющую роль в техническом прогрессе в бронзовую эпоху сыграло появление литых топоров, мечей и мотыг – основных видов орудий труда и оружия. Основой цивилизации стала металлургия меди и бронзы.

Топор. Село Кобан, Северная Осетия. Конец 2-го – начало 1-го тысячелетия до н.э.

Для производства меди повсеместно использовались как окисленные, так и сернистые руды. Месторождения меди обычно делятся на две зоны. Верхняя часть, находящаяся над уровнем грунтовых вод, представляет собой зону окисления. В ней располагаются минералы, основу которых составляют легковосстановимые оксиды меди – малахит, азурит. Нижняя, основная часть месторождения формируется сульфидными рудами – халькопиритом (CuFeS₂) и халькозином (Сu₂S). Содержание меди в сульфидных рудах намного ниже, чем в окисленных. После истощения верхних слоев человеку пришлось использовать более бедные сульфиды, а это потребовало разработки принципиально новых (инновационных) металлургических технологий.

Древние металлурги нашли решение проблемы. Было обнаружено, что добавление в шихту в достаточном количестве (около 30 %) красноватого или коричневого материала приводит к увеличению объема выплавки и повышению качества меди. Этим материалом была железная руда в виде гематита или лимонита, часто присутствующая на открытых частях месторождений халькопирита. Добавление железной руды принципиально изменяло процесс выплавки меди. Одним из продуктов реакций восстановления становился монооксид железа. При температуре около 1200 °С он реагировал с SiO₂ пустой породы с образованием фаялита (Fe₂SiO₄), который превращался в основную составляющую жидкого шлака. Таким образом, железная руда играла роль флюса. Такая технология имела определяющее влияние на дальнейшее развитие металлургии. Шлак, образующийся при выплавке меди, практически идентичен шлаку, который позднее получался при выплавке железа в сыродутных горнах.

При использовании сернистых руд требовалось проведение ряда подготовительных операций. Широко практиковалось окисление раздробленной руды на воздухе в течение длительного времени. Благодаря воздействию влажного воздуха и атмосферных осадков руда обогащалась кислородом и теряла часть серы. Важную роль играл предварительный обжиг сернистой руды, при котором происходили выгорание серы и разрыхление руды. Его проводили в кучах, в специально устраиваемых ямах, а также в особых сооружениях – стойлах. Размеры стойл были значительны: их каменные стены достигали 12,5 м в длину и 1,5 м в ширину.

Повышение температурного уровня плавки зависело, прежде всего, от совершенствования техники и технологии дутья. Определяющую роль играло использование естественного дутья – силы ветра. Эффективными были печи, встраиваемые в естественный ландшафт. Они часто строились с подветренной стороны холма, имели соединяющиеся горизонтальный и вертикальный каналы, были обложены камнями и обмазаны глиной. В этом случае достигался «эффект трубы», усиливавший приток воздуха в агрегат. В поду некоторых печей были металлоприемники – углубления для установки горшков, в которые через специальные отверстия стекал металл.

Значительный прогресс последовал вслед за изобретением простейших ручных, а затем и ножных мехов. Они изготовлялись из шкур животных и представляли собой примитивный тип насоса с резервуарами, приспособленными для наполнения их воздухом. Ручные и ножные мехи широко использовались уже в 3-м тысячелетии до н. э. Металлургические печи с искусственным дутьем были, как правило, прямоугольными или цилиндрическими, с толстыми стенками высотой до 1 м, сложенными из камня и изнутри обмазанными глиной, целиком глинобитными или выложенными из кирпича.

Выплавленные из руды слитки меди содержали значительное количество шлаковых включений. Их отделяли ударами молотов. Рафинирование черновой меди осуществляли в тиглях и небольших горнах. При этом на расплавленную черновую медь дутьевыми трубками подавали воздух, основная масса оставшихся в ней примесей, кроме благородных металлов (золота и серебра), окислялась и формировала шлак.

История алюминия

Первое упоминание о металле, который по описанию был похож на алюминий, встречается в первом веке нашей эры у Плиния Старшего (рисунок 1). Согласно изложенной им легенде, некий мастер преподнес императору Тиберию необычайно легкий и красивый кубок из серебристого металла. Даритель сообщил, что получил новый металл из обычной глины. Очевидно, он ожидал благодарности и покровительства, но вместо этого лишился жизни. Недальновидный правитель приказал обезглавить мастера и разрушить его мастерскую, чтобы предотвратить обесценивание золота и серебра.

Но это всего лишь предание. А факты? Первый шаг к получению алюминия сделал прославленный Парацельс (рисунок 2) в 16 веке. Он выделил из квасцов «квасцовую землю», содержавшую окись неведомого тогда металла. А в середине 18 века эксперимент повторил немецкий химик Андреас Маргграф (Andreas Marggraf). Он назвал окись алюминия словом «alumina» (от латинского «alumen» – вяжущий). С этого момента о существовании алюминия стало известно науке, однако, не будучи найденным в чистом виде, металл не получил настоящего признания.

Рисунок 1 – Гай Плиний Секунд	Рисунок 2 – Парацельс

В 1808 году англичанин Хэмфри Дэви (Humphry Davy) (рисунок 3) пытался выделить алюминий методом электролиза. Это ему не удалось, но ученый все же дал металлу его современное название. Успехом увенчались эксперименты датчанина Ханса-Кристиана Эрстеда (Hans Christian Оrsted) (рисунок 4)в 1825 году. Пропустив хлор через раскаленную смесь глинозема с углем, он получил хлористый алюминий. Нагрев его с амальгамой калия, Эрстед выделил металл, по своим свойствам похожий на олово. Ученый сообщил об этом в малоизвестном журнале и прекратил эксперименты. Эстафету принял немец Фридрих Вёлер (Friedrich Wöhler) (рисунок 5), который в итоге потратил 18 лет работы на то, чтобы получить алюминий в виде слитка.

Рисунок 3 – Хэмфри Дэви	Рисунок 4 – Ханс-Кристиан Эрстед

В 1854 году французский химик и промышленник Сент-Клер Девиль (Henri Saint-Claire Deville) (рисунок 6) разработал более дешевый способ. Он использовал в качестве восстановителя натрий, заменив им дорогостоящий калий. На Всемирной выставке 1855 года в Париже «серебро из глины» произвело фурор. Император Наполеон III, за столом которого особо почетным гостям подавали приборы из алюминия, загорелся мечтой снабдить свою армию кирасами из легкого металла. Он оказал Девилю мощную поддержку, и тот построил несколько алюминиевых заводов. Но произведенный им металл по-прежнему оставался дорогим. Из него делали лишь ювелирные украшения и предметы роскоши.

Рисунок 5 – Фридрих Вёлер	Рисунок 6 – Сент-Клер Девиль

Более дешевый способ производства крылатого металла появился лишь к концу 19-го века. Его одновременно и независимо друг от друга разработали американский студент Чарльз Холл (Charles Hall) (рисунок 7) и французский инженер Поль Эру (Paul Héroult) (Рисунок 8). Предложенный ими электролиз расплавленной в криолите окиси алюминия давал прекрасные результаты, но требовал большого количества электроэнергии. При строительстве первого завода эту проблему решили, разместив предприятие рядом со знаменитым Рейнским водопадом в Швейцарии.

Рисунок 7 – Чарльз Холл	Рисунок 8 – Поль Эру

Работавший в России австрийский инженер Байер (Carl Josef Bayer) (рисунок 9) создал технологию получения глинозема, которая сделала новый способ еще более дешевым. Процессы Байера и Холла-Эру до сих пор применяются на современных алюминиевых заводах.

Рисунок 9 –Карл Байер

Новый промышленный материал был хорош всем, за исключением одного: для некоторых сфер применения чистый алюминий был недостаточно прочен. Эту проблему решил немецкий химик Альфред Вильм (Alfred Wilm), сплавлявший его с незначительными количествами меди, магния и марганца. Он открыл, что сплав в течение нескольких дней после закалки становится все прочнее и прочнее. В 1911 году в немецком Дюрене была выпущена партия названного в честь города дюралюминия, а в 1919 году из него был сделан первый самолет.

Так началось триумфальное шествие алюминия по миру. Если в 1900 году в год получали около 8 тысяч тонн легкого металла, то через сто лет объем его производства достиг 24 миллионов тонн [2].

История открытия цветных металлов

Кратко, понятно и подробно о современном металлургическом производстве

Производство чугуна 12

Доменная плавка

Рассмотрены следующие аспекты:

• основной способ переработки природного железорудного сырья с получением чугуна
• технология доменной плавки
• сущность доменного процесса
• получение расплавленного науглероженного металла (чугуна) и шлака
• выплавка чугуна из железорудных материалов в доменных печах

Внедоменное получение железа 6

Получение железа

• процессы получения железа и стали непосредственно из рудных материалов
• технологические методы, разработанные и реализованные в промышленных масштабах в разных странах
• технология производства металлизованных окатышей
• сырьё для производства окисленных окатышей

Производство стали 15

Сталеплавильное производство

• получение стали из чугуна или стального лома
• основы современного сталеплавильного производства
• сталеплавильные агрегаты металлургических заводов
• способы выплавки стали: кислородно-конвертерный и электросталеплавильный процессы

Производство ферросплавов 5

Ферросплавы

• сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, титаном и другими элементами
• способы производства ферросплавов
• дуговые печи сталеплавильного типа для производства ферросплавов
• производство ферросилиция, ферромарганца и феррохрома

Производство цветных металлов 7

Производство цветных металлов

Производство цветных металлов

• промышленное значение цветных металлов
• методы производства цветных металлов
• пирометаллургический, гидрометаллургический и металлотермический способ получения металлов
• производство меди, алюминия, магния и титана

Металлургия алюминия 8

Металлургия и вторичная металлургия алюминия

• история открытия и свойства алюминия
• получение и применение алюминия в различных отраслях производства
• вторичный алюминий и переработка лома
• современные печи для переплавки алюминиевого лома

Порошковая металлургия 15

Порошковая металлургия

• характерные особенности и методы порошковой металлургии
• производство и смешивание порошков
• механические и физико-химические способы получения порошков
• уплотнение и прессование металлических порошков
• спекание порошковых материалов
• электротехнические, магнитные материалы, жаропрочные, жаростойкие и композиционные материалы

Авторециклинг 4

Переработка автомобиля и автолома

• развитие автомобильной отрасли
• мировой опыт переработки автомобилей
• схема современного авторециклинга
• способы переработка автомобиля и автолома
• технологическая линия утилизации автомобилей по технологии HAMMEL

Переработка автомобиля и автолома

Твердые бытовые отходы 13

Твердые бытовые отходы

Твердые бытовые отходы

• классификация и утилизация ТБО
• общие принципы переработки ТБО
• захоронение, термическая и биотермическая переработка ТБО
• процессы сепарации ТБО
• технологический комплекс переработки ТБО

Коксохимическое производство 24

Производство кокса

• история зарождения и развития коксохимического производства
• использование разного вида углеродистых материалов: дерева, древесного угля, древесного кокса, каменного угля, каменноугольного кокс
• основные этапы развития отрасли и ее влияние на развитие металлургии и большой химии
• судьбы крупнейших специалистов, без которых развитие коксохима было бы невозможно

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНИКА

Представлены следующие разделы:

• Производство чугуна
• Внедоменное получение железа
• Производство стали
• Производство ферросплавов
• Производство цветных металлов
• Металлургия алюминия
• Порошковая металлургия
• Авторециклинг
• Твердые бытовые отходы
• Коксохимическое производство

ТЕМАТИЧЕСКИЕ РУБРИКИ

ШКОЛЬНИКАМ

СТУДЕНТАМ

ОСТАЛЬНЫМ

АНАЛИТИКА

Научные статьи и методические материалы о природных и вторичных ресурсах металлов, а также металлургических технологиях

Производство и наука

Методические материалы

Интерактивный учебник

ВИДЕОТЕКА

Лекции, фильмы, передачи, анимации и обучающее видео

Потенциал Забайкальского .

Обработка металлов .

Пластическая деформация .

Металлургические технологии .

Основоположники отечественной .

Русская средневековая .

ИНТЕРАКТИВ

Интерактивная картина мира металлов на ключевых этапах истории цивилизации

Энциклопедия «Металлургия и время»

Металлургические объекты

Обучающие игры

Основные рубрики портала

На сайте представлена полезная и нужная информация, структурированная по разделам

Экономика и экология

Капиталовложения в металлургические предприятия, мероприятия по защите окружающей среды улучшению экологической обстановки в металлургических регионах.

Техника и технология

События на отечественных металлургических предприятиях, инновационные технологии и оборудование, внедренные в производственный процесс.

События металлургии

Читайте также:

  
• Почему не держится краска на металле
  
• Разметка и резка металла
  
• Коррозия металла конспект урока
  
• Металлический каркас для ангара
  
• Старинные иконы печать на металле