Получение цветных и черных металлов

Обновлено: 05.10.2024

В настоящее время основным является двухстадийная схема производства стали — выплавка чугуна в доменной печи и передел его в сталь.

Продукцией черной металлургии являются чугуны (передельный и литейный), ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния и других элементов), и стальные слитки для произ­водства сортового проката и поковок крупных деталей машин.

Производство цветных металлов отличается большим разнообразием технологических процессов выплавки и определяется особенностями состава их руд.

Продукцией цветной металлургии являются как чистые металлы, так и их сплавы, а также слитки для производства сортового проката.

Материалы для производства металлов

Для производства металлов используют руды, флюсы, топливо, огне­упорные материалы.,

1. Рудой называют горные породы, содержащие металлы в количест- вах, обеспечивающих экономную их переработку. Так, например, желез- ные руды содержат 30—60 % металла. Содержание цветных металлов в рудах в лучшем случае составляет 2—5 %, а многих — доли процента (молибдена, например, до 0,02 %).

Руда состоит из минералов, содержащих металл в виде оксидов, суль­фидов, карбонатов и пустой породы (в основном кремнезема 8Ю2, глино­зема А1208), в составе которой находятся также примеси серы, фосфора, мышьяка и др.

2. Флюсом называют материалы, образующие при плавке шлак — лег- коплавкое соединение с пустой породой руды, золой топлива и другими неметаллическими включениями. Обычно шлак обладает меньшей плот- ностью, чем выплавляемый металл, поэтому он располагается над ним и может быть слит в процессе плавки.

При выплавке черных и некоторых цветных металлов в качестве флюсов используют кварцевый песок, состоящий в основном из 5Ю2, известняк СаС03, и другие соединения кальция или магния.

3. Топливом в металлургических процессах служит кокс, природный, доменный или коксовый газ, мазут.

Кокс получают путем сухой перегонки коксующихся каменных углей без доступа воздуха при температуре 1000—1100 °С. При такой обработке из угля извлекаются и ценные побочные продукты: бензол, фенолы, а так­же улавливается коксовый газ.

Природный газ состоит в основном из метана СН4.

Доменный газ является — побочным продуктом при выплавке чугуна в доменной печи, содержит значительное количество горючих составляю­щих (до 32 % СО, до 4 % Н2).

Мазут — тяжелый остаток перегонки нефти, содержит до 88 % С, 10—12 % Н$ и небольшое количество кислорода и серы.

4. Огнеупорные материалы применяют для внутренней облицовки (футеровки) плавильных печей и другого оборудования, находящегося йод действием высоких температур и расплавленных металлов и шлаков.

По химическому составу огнеупорные материалы подразделяют на кислые, основные и нейтральные.

Способы получения металлов из руд

Для получения металлов применяют следующие основные способы.

1. Пирометаллургический — один из самых древних способов получе­ния металлов, основанный на том, что необходимое для осуществления процесса выплавки металла тепло обеспечивается сжиганием топлива. Этот способ является пока основным для получения железа и его сплавов, меди и других металлов.

2. Электрометаллургический способ получения металлов осуществля­ется в дуговых, индукционных и других электрических печах или электро­лизом из расплавов и водных растворов химических соединений (на­пример, получение алюминия из глинозема А1208).

3. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании ме­таллов из руд различными растворителями и в последующем выделении их из раствора. Выщелачивание может осуществляться как на поверх­ности земли, так и под землей с помощью системы скважин. Этот способ широко применяется для получения, например, меди, а в последнее вре­мя — урана и некоторых других металлов.

4. Химико-металлургический способ объединяет химические и пиро-металлургические процессы, например титан получают путем восстанов­ления тетрахлорида Т1С14 магнием и последующей плавкой в электроду­говых печах.

Наряду с рассмотренными в последнее время для получения деталей и металлов весьма широкое применение получает способ порошковой металлургии.

. Материалы, применяемые для производства чугуна

Чугун выплавляют из железных руд пирометаллургический способом в доменных печах, используя для этого твердое топливо — кокс и флюсы.

1. Железные руды содержат железо в виде оксидов, гидратов оксидов, карбонатов. Пустой породой в железных рудах обычно является кварцит или песчаник, глинистые вещества.

К основным железным рудам относятся:

магнитный железняк, содержит до 65 % железа в виде оксида Ре304. (Соколовское и Сарбайское месторождения, КМА — Курская магнитная аномалия и др.);

красный железняк, содержит до 60 % железа в виде оксида Ре203 (Криворожское и Атасуйское месторождения, КМА и др.);

бурый железняк, содержит до 55 % железа в виде гидратов оксидов пРе203 • тН20 (Керченское, Лисаковское, Аятское и др. месторождения);

шпатовый железняк, содержит до 40 % железа в виде углекислой соли РеС03 (Бакальское, Криворожское месторождения).

Более 48 % разведанных мировых запасов железных руд находятся в Советском Союзе.

в процессе выплавки чугуна выполняет роль не только горючего, но и восстановителя железа из руды. Этим требованиям удов­летворяет твердое топливо — кокс.

при выплавке чугуна в доменной печи служат известняк СаС03 или доломитизированный известняк, состоящий из СаСОэ иЭДцС03. Их назначение — перевод пустой породы (в основном ЗЮ2 и А1203) в шлак, а также связывание и удаление находящейся в топливе и руде серы.

Основы технологии черных металлов

Основной способ производства черных металлов — получение чугуна из руды и последующая его переработка в сталь. Для получения стали используют также металлолом. В последние годы начало развиваться непосредственное получение стали из железных руд.

Производство чугуна. Чугун получают в доменных печах высокотемпературной (до 1900 °С) обработкой смеси железной руды, твердого топлива (кокса) и флюса. Флюс (обычно известняк СаС03) необходим для перевода в расплавленное состояние пустой породы (состоящей в основном из Si02 и А1203), содержащейся в руде, и золы от сжигания топлива. Эти компоненты, сплавляясь друг с другом, образуют доменный шлак, который представляет собой в основном смесь силикатов и алюминатов кальция, близкую по составу к портландцементу.

Доменная печь — очень большое инженерное сооружение. Полезный объем печи — 2000…3000 м3, а суточная производительность — 5000…7000 т. В печь (рис. 7.1) сверху через устройство 3 загружают шихту, а снизу через фурмы 7 подают воздух. По мере продвижения шихты вниз ее температура поднимается. Кокс, сгорая в условиях ограниченного доступа кислорода, образует СО, который, взаимодействуя с оксидами железа, восстанавливает их до чистого железа, окисляясь до С02. Железо плавится и при этом растворяет в себе углерод (до 5 %), превращаясь в чугун. Расплавленный чугун 9 стекает в низ печи, а расплав шлака 2, как более легкий, находится сверху чугуна. Чугун и шлак периодически выпускают через летки 1 и 8 в ковш. На каждую тонну чугуна получается около 0,6 т огненно-жидкого шлака.

Доменный шлак — ценное сырье для получения строительных материалов: шлакопортландцемента, пористого заполнителя для бетонов — шлаковой пемзы, шлаковой ваты и др.

Чугун главным образом (около 80 ) идет для производства стали, остальная часть чугуна используется для получения литых чугунных изделий.

В зависимости от состава различают белый и серый чугуны. Белый чугун твердый и прочный, содержит большое количество цементита; в сером из-за присутствия кремния цементит не образуется и углерод выделяется в виде графита.

Производство стали. Сталь получают из чугуна и железного металлолома и специальных добавок, в том числе и легирующих элементов, плавлением в мартеновских печах, конверторах или электрических печах.

Рис. 7.1. Схема доменной печи: 1 — летка для выпуска жидкого чугуна; 2 — расплавленный шлак; 3 — загрузочное устройство; 4 — газоотводная труба; 5 — капли расплавленного чугуна; 6 — капли шлакового расплава; 7 — фурма для подачи воздуха; 8 — летка для выпуска расплавленного шлака; 9 — жидкий чугун

Выплавка стали — сложный процесс, складывающийся из целого ряда химических реакций между сырьевой шихтой, добавками и топочными газами. Выплавленную сталь разливают на слитки или перерабатывают в заготовки методом непрерывной разливки.

Изготовление стальных изделий. Стальные слитки — полуфабрикат, из которого различными методами получают необходимые изделия. В основном применяют обработку стали давлением: металл под действием приложенной силы деформируется, сохраняя приобретенную форму. При обработке металла давлением практически нет отходов. Для облегчения обработки сталь часто предварительно нагревают. Различают следующие виды обработки металла давлением: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.

Наиболее распространенный метод обработки — прокатка; им обрабатывается более 70 получаемой стали.

При прокатке стальной слиток пропускают между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего заготовка обжимается, вытягивается и в зависимости от профиля прокатных валков приобретает заданную форму (профиль). Прокатывают сталь в основном в горячем состоянии. Сортамент стали горячего проката — сталь круглая, квадратная, полосовая, уголковая равнобокая и неравнобокая, швеллеры, двутавровые балки, шпунтовые сваи, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля и др.

При волочении заготовка последовательно протягивается через отверстия (фильеры) размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При волочении в стали появляется так называемый наклеп, который повышает ее твердость. Волочение стали обычно производят в холодном состоянии, при этом получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготовляют проволоку, трубы малого диаметра, а также прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка — обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заготовке заданной формы. Ковкой изготовляют разнообразные стальные детали (болты, анкеры, скобы и т. д.).

Штамповка — разновидность ковки, при которой сталь, растягиваясь под ударами молота, заполняет форму штампа. Штамповка может быть горячей и холодной. Этим способом можно получать изделия очень точных размеров.

Прессование представляет собой процесс выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. ]J Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Этим способом можно получать профили различного сечения, в том числе прутки, трубы небольшого диаметра и разнообразные фасонные профили.

Холодное профилирование — процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике, а из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания — упрочненную холодносплющенную арматуру.

Читать далее: Цветные металлы и сплавы Коррозия металлов и способы защиты от нее Соединение стальных конструкций Стальная арматура Стальной прокат и стальные конструкции Термическая обработка стали Углеродистые и легированные стали Свойства сталей Строение и свойства железоуглеродистых сплавов Общие сведения о металлах и сплавах

Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

Металлургия — это наука о промышленных способах получения металлов. Различают черную и цветную металлургию.

Черная металлургия — это производство железа и его сплавов (сталь, чугун и др.).

Цветная металлургия — производство остальных металлов и их сплавов.

Широкое применение находят сплавы металлов. Наиболее распространенные сплавы железа — чугун и сталь.

Чугун — это сплав железа, в котором содержится 2-4 масс. % углерода, а также кремний, марганец и небольшие количества серы и фосфора.

Сталь — это сплав железа, в котором содержится 0,3-2 масс. % углерода и небольшие примеси других элементов.

Легированные стали — это сплавы железа с хромом, никелем, марганцем, кобальтом, ванадием, титаном и другими металлами. Добавление металлов придает стали дополнительные свойства. Так, добавление хрома придает сплаву прочность, а добавление никеля придает стали пластичность.

Основные стадии металлургических процессов:

1. Обогащение природной руды (очистка, удаление примесей)
2. Получение металла или его сплава.
3. Механическая обработка металла

1. Нахождение металлов в природе

Большинство металлов встречаются в природе в виде соединений. Наиболее распространенный металл в земной коре — алюминий. Затем железо, кальций, натрий и другие металлы.

2. Получение активных металлов

Активные металлы (щелочные и щелочноземельные) классическими «химическими» методами получить из соединений нельзя. Такие металлы в виде ионов — очень слабые окислители, а в простом виде — очень сильные восстановители, поэтому их очень сложно восстановить из катионов в простые вещества. Чем активнее металл, тем сложнее его получить в чистом виде — ведь он стремится прореагировать с другими веществами.

Получить такие металлы можно, как правило, электролизом расплавов солей, либо вытеснением из солей другими металлами в жестких условиях.

Натрий в промышленности получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl = 2Na + Cl₂

Калий получают пропусканием паров натрия через расплав хлорида калия при 800°С:

KCl + Na = K↑ + NaCl

Литий можно получить электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl₂

Цезий можно получить нагреванием смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция:

Са + 2CsCl = 2Cs + CaCl₂

Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

Барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при 1200 °C:

4BaO+ 2Al = 3Ba + Ba(AlO₂)₂

Алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия Al₂O₃ в криолите Na₃AlF₆:

3. Получение малоактивных и неактивных металлов

Металлы малоактивные и неактивные восстанавливают из оксидов углем, оксидом углерода (II) СО или более активным металлом. Сульфиды металлов сначала обжигают.

3.1. Обжиг сульфидов

При обжиге сульфидов металлов образуются оксиды:

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

Металлы получают дальнейшим восстановлением оксидов.

3.2. Восстановление металлов углем

Чистые металлы можно получить восстановлением из оксидов углем. При этом до металлов восстанавливаются только оксиды металлов, расположенных в ряду электрохимической активности после алюминия.

Например , железо получают восстановлением из оксида углем:

2Fe₂O₃ + 6C → 2Fe + 6CO

ZnO + C → Zn + CO

Оксиды металлов, расположенных в ряду электрохимической активности до алюминия, реагируют с углем с образованием карбидов металлов:

CaO + 3C → CaC₂ + CO

3.3. Восстановление металлов угарным газом

Оксид углерода (II) реагирует с оксидами металлов, расположенных в ряду электрохимической активности после алюминия.

Например , железо можно получить восстановлением из оксида с помощью угарного газа:

3.4. Восстановление металлов более активными металлами

Более активные металлы вытесняют из оксидов менее активные. Активность металлов можно примерно оценить по электрохимическому ряду металлов:

Восстановление металлов из оксидов другими металлами — распространенный способ получения металлов. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний. А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.

Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.

Например : алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:

3CuO + 2Al = Al₂O₃ + 3Cu

Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.

CuO + Mg = Cu + MgO

Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:

При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.

Активные металлы вытесняют менее активные из растворов их солей.

Например , при добавлении меди (Cu) в раствор соли менее активного металла – серебра (AgNO₃) произойдет химическая реакция:

2AgNO₃ + Cu = Cu(NO₃)₂ + 2Ag

Медь покроется белыми кристаллами серебра.

При добавлении железа (Fe) в раствор соли меди (CuSO₄) на железном гвозде появился розовый налет металлической меди:

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

При добавлении цинка в раствор нитрата свинца (II) на цинке образуется слой металлического свинца:

3.5. Восстановление металлов из оксидов водородом

Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Как правило, взаимодействие оксидов металлов с водородом протекает в жестких условиях – под давлением или при нагревании.

CuO + H₂ = Cu + H₂O

4. Производство чугуна

Чугун получают из железной руды в доменных печах.

Печь последовательно загружают сверху шихтой, флюсами, коксом, затем снова рудой, коксом и т.д.

1- загрузочное устройство, 2 — колошник, 3 — шахта, 4 — распар, 5 — горн, 6 — регенератор

Доменная печь имеет форму двух усеченных конусов, соединенных основаниями. Верхняя часть доменной печи — колошник, средняя — шахта, а нижняя часть — распар.

В нижней части печи находится горн. Внизу горна скапливается чугун и шлак и отверстия, через которые чугун и шлак покидают горн: чугун через нижнее, а шлак через верхнее.

Наверху печи расположено автоматическое загрузочное устройство. Оно состоит из двух воронок, соединенных друг с другом. Руда и кокс сначала поступают в верхнюю воронку, а затем в нижнюю.

Из нижней воронки руда и кокс поступают в печь. во время загрузки руды и кокса печь остается закрытой, поэтому газы не попадают в атмосферу, а попадают в регенераторы. В регенераторах печной газ сгорает.

Шихта — это железная руда, смешанная с флюсами.

Снизу в печь вдувают нагретый воздух, обогащенный кислородом, кокс сгорает:

Образующийся углекислый газ поднимается вверх и окисляет кокс до оксида углерода (II):

CO₂ + С = 2CO

Оксид углерода (II) (угарный газ) — это основной восстановитель железа из оксидов в данных процессах. Последовательность восстановления железа из оксида железа (III):

Последовательность восстановления оксида железа (III):

FeO + CO → Fe + CO₂

Суммарное уравнение протекающих процессов:

При этом протекает также частичное восстановление примесей оксидов других элементов (кремния, марганца и др.). Эти вещества растворяются в жидком железе.

Чтобы удалить из железной руды тугоплавкие примеси (оксид кремния (IV) и др.). Для их удаления используют флюсы и плавни (как правило, известняк CaCO₃ или доломит CaCO₃·MgCO₃). Флюсы разлагаются при нагревании:

и образуют с тугоплавкими примесями легкоплавкие вещества (шлаки), которые легко можно удалить из реакционной смеси:

Общая характеристика технологии черных металлов

В каких отраслях промышленности используют цветные металлы

Цветные металлы отличаются от черных. Цветных металлов много, а к черным относятся только железо, его сплавы. Часто к черным металлам относят ванадий, марганец, хром.

В Европе цветные металлы называют нежелезными, происхождение этих названий точнее отражает суть и свойства наших героев.

• Англичане называют их non-ferrous metals.
• Для немцев их название — Nichteisenmetalle, Buntmetalle.
• Французы обозначили цветные металлы как меtaux non-ferreux.

Алюминий.

Обладая высокой электропроводностью, алюминий в чистом виде широко применяется там, где это свойство важно, к примеру, для изготовления проводов линий электропередач.

Широко используются и алюминиевые сплавы, которые разделяются на две группы: упрочняемые и не упрочняемые.

Упрочняемые сплавы, которые подвергаются термообработке, известны под названиями дуралюмин и авиаль, в составе их содержится медь, цинк и определенное сочетание магния с кремнием.

Помимо термической обработки, такие сплавы подвергаются естественному старению и закалке, что увеличивает их прочностные характеристики. Из этих видов сплавов создаются высокопрочные конструкции с малой массой для применения в аэрокосмической промышленности.

Не упрочняемые термической обработкой сплавы, широко применяются в транспортном машиностроении для изготовления узлов самых разнообразных транспортных средств.

Медь стала первым металлом, которым человек стал пользоваться, и случилось это, скорее всего, за много тысячелетий до нашей эры. Кроме этого медь была первым материалом, который был использован для передачи электричества. Ее основными техническими характеристиками являются высокая электропроводность и ковкость.

Чистая медь широко применяется в электротехнической промышленности для изготовления кабельных изделий и различного вида проводов. Также, она используется в производстве электрогенераторов, радиоаппаратуры, телеграфного и телефонного оборудования.

В других отраслях чаще используются ее сплавы. Особенно популярны латуни, которые содержат цинк и другие элементы для придания необходимых свойств. Они обладают великолепными механическими характеристиками, легко обрабатываются, поэтому широко применяются в химической промышленности и машиностроении для изготовления различных емкостей и трубопроводов. Также они используются, повсеместно, для производства бытовых товаров различного назначения.

Кроме них широко применяются бронзы, содержащие, в качестве основной составляющей сплава, олово.

Состав отрасли

Виды цветной металлургии включают в себя отрасли, связанные с получением определенных видов металлов. Так, укрупнено можно выделить следующие отрасли:

• производство меди;
• производство алюминия;
• производство никеля и кобальта;
• производство олова;
• производство свинца и цинка;
• добыча золота.

Получение никеля тесно связано с местом добычи никелевых руд, которые расположены на Кольском полуострове и в Норильском районе Сибири. Многие отрасли цветной металлургии отличаются многоступенчатым металлургическим переделом промежуточных продуктов.

На этом основании эффективен комплексный подход. Это сырье для получения других сопутствующих металлов. Утилизация отходов сопровождается получением материалов, использующихся не только в других отраслях тяжелого машиностроения, но и в химической и строительной отраслях.

Никель

Чистый никель используется в качестве защитного антикоррозионного покрытия поверхностей от воздействия химически активных веществ.

Кроме этого, из него изготавливаются различные котлы, цистерны и тигли, обладающие высокой коррозионной стойкостью, и применяемые в химической, текстильной, пищевой промышленности. Широко используется никель при производстве различного вида аккумуляторов и электродов для топливных элементов.

В некоторых областях используется порошкообразный никель в качестве катализатора химических процессов. К примеру, он применяется в реакциях гидрогенизации спиртов, циклических альдегидов ароматических и непредельных углеводородов.

Маркировка

По ГОСТу весь транспортируемый лом должен маркироваться с указанием:

• наименования;
• обозначения ГОСТа;
• обозначения вида вторсырья;
• марки сплава.

Маркировка цветных металлов и сплавов должна прочно крепиться на грузе во время перевозки и хранения.

Чтобы определить марку металла, нужно заглянуть в марочник, специальный документ со всеми маркировками интересующего вас металла или сплава.

Многочисленность цветных металлов и различные характеристики потребовали их классификации по отдельным видам.

Сегодня в ходу промышленная систематизация, отражающая исторически установившиеся составляющие металлургической индустрии и одноименной науки.

Само наименование не отражает полностью суть цветмета.

Только золото и медь являются окрашенными, а остальные имеют обычные серо-черные оттенки.

Наукой принято выделять следующие виды цветных металлов и сплавов:

• легкие;
• тяжелые;
• благородные;
• тугоплавкие;
• рассеянные;
• редкоземельные;
• радиоактивные.

Отрасль цветной металлургии сегодня в России находится на подъеме и включает в себя:

• металлодобычу;
• обогащение руды;
• металлоплавку.

Основные цветные металлы

К основным цветным металлам можно отнести:

Алюминий – отличный электропроводник. Он пластичен, что является и его достоинством, и недостатком.

Для придания прочности к нему добавляют:

Такие сплавы применяют для производства:

• самолетов;
• морских и речных кораблей;
• космических шаттлов;
• в строительстве;
• в пищевой промышленности.

Алюминий и его сплавы – самый дешевый вид лома цветмета.

Найти его можно в различных предметах быта, включая:

Медь – часто встречающийся цветной металл.

Также обладает хорошими характеристиками:

• пластичен;
• хороший электропроводник;
• хороший теплопроводник.

Она в больших количествах востребована в сплавах, используется в различных хозяйственных отраслях.

Известен ее сплав с цинком и оловом – латунь.

Ее можно встретить в:

Найти медь для металлолома можно в:

• силовых кабелях;
• водопроводных трубах;
• бытовых изделиях.

Медь высоко ценится в пунктах сдачи вторсырья.

Редкие

Редкоземельные металлы используются для улучшения качеств других металлов, они стали широко применяться с развитием промышленного производства в 20 веке.

Это следующие металлы:

Само название говорит о том, что в земной коре очень мало этих цветных металлов. Также ранее тугоплавкие оксиды, которые образуют редкие цветные металлы, именовали «землями». Добывают их из оксидов.

Сегодня редкоземельные металлы можно встретить во всех цифровых устройствах:

• смартфонах;
• плеерах;
• компьютерах;
• в гибридных двигателях;
• в другой электронике.

Сплавы из них обладают высокими характеристиками, например:

• антикоррозионными;
• прочностными;
• жаростойкими.

Тяжелые

Рассмотрим тяжелые цветные металлы, собрав их в несколько списков.

Самые тяжелые цветные металлы на Земле:

Редко встречается в почве, поэтому это, как правило, самый дорогой цветной металл.

Также к этой группе относят:

Все они
имеют высокую плотность,соответственно, и большой вес, от этого и название – тяжелые.
Широко известен и применяется во многих отраслях свинец, содержащийся в:

Из него изготавливают:

Также свинец используют при создании защитных фартуков от облучения.

Имеет такие характеристики:

• низкая теплопроводность;
• пластичность;
• токсичность.

Поэтому применять свинец нужно осторожно, соблюдая все правила техники безопасности.

Оловом раньше называли сплав свинца и серебра.

Сегодня олово используется в металлургической промышленности и производстве различных сплавов, которые входят в состав:

• подшипников;
• упаковочной фольги;
• бронзы;
• пищевой жести;
• проводов.

Никель – тяжелый цветной металл с высокими жаропрочными и антикоррозионными характеристиками. Применяется никель в сплавах. В нержавейке – это основной компонент.

Из никеля делают:

• монеты;
• броню;
• химическую аппаратуру;
• проволоку;
• фольгу;
• нить;
• порошок;
• щелочные аккумуляторы.

Олово

Из чистого олова, в основном, получают белую жесть, которую используют для изготовления консервных банок.

Очень популярными в различных отраслях являются сплавы из этого цветного материала. Например, при книгопечатании используются шрифты, отлитые из гарта, который представляет собой сплав олова со свинцом и сурьмой.

Очень востребованным является баббит, получаемый методом сплавления олова со свинцом, сурьмой и медью. Из этого сплава изготавливается огромное количество деталей, в частности подшипников, рабочая поверхность которых высокоустойчива и обладает низким коэффициентом трения.

Безопасность

Весь цветной лом должен в обязательном порядке проверяться на:

• наличие радиационных и вредных химических загрязнений;
• взрывоопасность.

При транспортировке металлолом требуется сопровождать документацией о радиационной и взрывобезопасности.

Концентрация вредных веществ должна не превышать значений, указанных в ГОСТ 12.1.005.

Минприроды России выделило пять классов химической, радиационной и взрывоопасности лома цветмета:

1. Опасные отходы с большим вредом для экосистемы. Сюда входят ртуть, полоний и плутоний.
2. Высокоопасные отходы, на выведение последствий которых природе требуется тридцать лет. Это сплавы свинца, кобальта и молибдена.
3. Умеренная опасность, при которой для восстановления экологии необходимо десять лет. Это лом с примесью меди, никеля, железа, цинка, алюминия и серебра.
4. Малоопасные отходы, выведение последствий занимает три года. Сюда относят лом бронзы.
5. Низкая опасность, такой лом не наносит ущерба экологической среде. Это наиболее распространенный класс среди цветного скрапа.

Из-за предполагаемого вреда человеку и природе, все операции с цветным ломом требуют наличия лицензии у пунктов, принимающих вторичные цветные металлы. Проверку на все виды опасности осуществляют по следующей схеме:

Свинец и цинк.

Хотя свинец и цинк добываются на одних и тех же природных месторождениях, области их применения значительно отличаются. Устойчивость свинца к агрессивным воздействиям позволяет использовать его в качестве защитных покрытий телефонных и телеграфных проводов. В химическом производстве из него делают специальное оборудование.

Цинк в чистом виде, зачастую, применяется для изготовления оцинкованного железа. И тот и другой метал, широко используются в различных сплавах для изготовления узлов оборудования в машиностроении, металлургии, медицине и других отраслях народного хозяйства.

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.

Специфика отрасли

Руды цветных металлов, как было выше сказано, содержат малое количество добываемого элемента. Поэтому на тонну той же меди необходимо до 100 т руды. Из-за большой потребности в сырье цветная металлургия, по большей части, располагается вблизи своей сырьевой базы.

Цветные руды для своей переработки требуют большого количества топлива или электроэнергии. Энергетические затраты достигают половины общих затрат, связанных с выплавкой 1 т металла. В связи с этим металлургические предприятия располагаются в непосредственной близости от производителей электроэнергии.

Производство редких металлов в основном основано на восстановлении из соединений. Сырье поступает с промежуточных этапов обогащения руд. Из-за небольших объемов и трудности производства получением редких металлов занимаются лаборатории.

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.

Особенности цветных металлов

Каждый из металлов этой группы обладает свойствами, которые и определяют в большинстве его принадлежность к ней. Это также обусловливает применение цветных металлов во многих областях промышленности.

Так, к примеру, большинству из них присуща высокая теплоёмкость и теплопроводность, что даёт им способность быстро охлаждаться после сварки. Есть и обратная сторона этого: при работе с такими металлами, как магний и медь, необходимо разогревать их непосредственно перед сваркой, а в течение самого процесса нужно применять сильные источники тепла, чтобы они не охлаждались.

Еще одним характерным свойством является снижение механических свойств. Ввиду этого необходимо аккуратно работать с ними, чтобы избежать деформации.

Цветные металлы в процессе нагревания активно вступают в реакцию с газами. Наглядно демонстрируют это свойство титан, молибден и тантал.

Эта группа металлов способны долго находиться в эксплуатации, но их нужно защищать от кислорода, который разрушает металлы. Для этого проводники, к примеру, покрываются защитным лаком. Предварительно металл поддается процедуре грунтования в два слоя.

Цветные металлы, список которых представлен выше, в промышленности используются не все. В данном случае речь идет о распространенном тяжелом металле – меди. У нее высокая теплопроводность, электропроводность и пластичность.

Сплавы меди нашли широкое применение в такой отрасли промышленности, как машиностроение, а все благодаря тому, что этот тяжелый металл хорошо сплавляется с другими.

Лекция по технологии на тему «Черные металлы. Цветные металлы и их сплавы»

В недрах земли металлы представлены наиболее обширно. Все они, кроме ртути, являются твердыми веществами, обладающими характерным металлическим блеском и способностью хорошо пропускать электричество и тепло.

Они обладают уникальным сочетанием прочности и пластичности. Их можно ковать, сваривать, вытягивать в проволоку, прокатывать в листовой и сортовой прокат и использовать для литья. По химическому составу металлы классифицируют на черные и цветные.

Это разделение построено по очень простому принципу – в составе черных металлов и сплавов присутствует железо, а в цветных оно отсутствует. Естественно, что разница в химическом составе обуславливает и разнообразные физические свойства.

Свойства

В группу черных металлов входит железо и все его сплавы. Они составляют около 90% всего материала, который используется в экономике. В природе они встречаются редко, поэтому добывают материал путем обработки железной руды. Главным отличием черных металлов является то, что в их составе всегда есть железо. Цветные его не содержат, обычно встречаются еще и в разных цветах. От этого и появилось такое название. Цветные металлы отличаются друг от друга техническими возможностями и составом, а черные все между собой похожи, поскольку в основном состоят из железа.

Свойства чермета появляются только после изменения его состава, перечислим главные достоинства этого материала:

• легкая свариваемость;
• высокий показатель твердости;
• повышенная прочность;
• низкая себестоимость;
• устойчивость к механическим повреждениям;
• достаточный объем для использования в производственных целях.

Благодаря этим качествам черный металл больше используют в строительстве для создания сооружений гражданского и промышленного масштаба. Здания выдерживают высокую нагрузку и имеют долгий срок службы.

Цветные металлы стоят дороже из-за того, что их мало, но сплавы используются для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами.

• лом этого материала подходит для вторичного использования;
• он не подвергается коррозии;
• имеет высокую теплопроводность;
• легче весит, если сравнивать с черметом;
• более пластичен и гибок.

Чугун и сталь

Как правило, в производстве черные металлы проходят несколько стандартных фаз: добыча руды и её обработка в доменной печи. После этого получается чугун, из которого впоследствии получают любые виды стали и железных сплавов. Последние чаще используются в тяжелой промышленности. В отличие от них, цветные металлы —это более мягкое вещество, обладающее несколько другими свойствами, они используются в другой сфере.

В состав чугуна входит 93% железа и около 3-5% углерода, плюс остаточные элементы в незначительном количестве. Этот материал редко используется для производства, поскольку обладает хрупкостью. Его можно встретить при изготовлении некоторых видов труб, вентилей или же клапанов. Но большинство производимого объема чугуна (более 90%) перерабатывается в сталь.

Основные виды стали, которые изготавливаются из железа, это: углеродистая и низкоуглеродистая (закалённая) сталь, нержавеющая, феррито-хромовая, хромовая, мартенситно-хромовая, хром-ванадиевая, легированная, никелевая, вольфрамовая, молибденовая и марганцевая сталь.

Основные виды

В сравнении с черным, у цветного металла гораздо больше разновидностей. Добавление различных веществ в состав привело к тому, что материал стали классифицировать по семи группам. У цветного металла есть тугоплавкие, легкие и тяжелые, рассеянные, редкоземельные, радиоактивные, благородные, рассеянные материалы. Мы не будем перечислять все эти типы, а остановимся лишь на самых востребованных металлах и их свойствах:

• Свинец. По распространенности этот сплав занимает четвертое место в производственных процессах. Подходит для электропроводных элементов, но применяется не так часто, поскольку считается токсичным.

• Латунь. Она превосходит медь по прочности. Используется для производства труб, листового металла, фольги, проволоки.

• Цинк. Относится к тяжелым цветным металлам. Применяется для создания сплавов и в качестве антикоррозийной защиты для черных металлов. В чистом виде используется только в фармацевтической и производственной отрасли.

• Алюминий. Чаще остальных берется для производства из-за легкого веса. Не видоизменяется от внешних факторов, поэтому распространен на потребительском рынке.

У черного металла не так много сплавов, в промышленных целях используется только 2 разновидности:

• Сталь. Это используемый во многих отраслях черный металл. В нем содержится около 99% железа, остальное занимает углерод. При добавлении других веществ повышают прочность металла, защищают от коррозии, делают устойчивым к перепадам температуры. Некоторые марки стали используются для вторичного производства.

• Чугун. В нем содержится больше углерода (около 5%). Он используется в промышленности и производстве, но много весит, поэтому применим не везде. После эксплуатации чугун переливают в сталь.

Группа черных металлов

Ее основу составляют углеродистые и легированные стали. Кроме железа и углерода (его массовая доля не превышает 2,14%) они содержат:

• раскислители, минимизирующие количество кислорода в расплавленной стали;
• легирующие компоненты, улучшающие общие физические и отдельные служебные свойства.

Несмотря на высокие параметры прочности, износостойкости, хорошую пластичность и ударную вязкость, стали склонны к ржавлению. При этом они подвержены коррозии межкристаллической, атмосферной, химической и электрохимической. Исключение – нержавеющие сплавы. Они содержат в повышенном количестве хром, который в связи с железом и углеродом способствует высокой стойкости стали к ржавлению, язвенной и фреттинг-коррозии.

Также в эту группу входят чугуны белые, ковкие, серые и высокопрочные. Это тоже сплавы железа, углерода и легирующих веществ. Только массовая доля C превышает порог 2,15%. К тому же в чугуне углерод находится в виде неметаллических включений графита или цементита. Такая структура придает чугунам прочность, но делает хрупкими и снижает пластичность.

Все черные металлы имеют различные оттенки серого цвета и проявляют магнитные свойства. Исключение – отдельные марки пищевых легированных сталей. Они широко используются в качестве строительного и конструкционного материала.

Область применения

Из цветного металла создаются детали для автомобилей, кораблей и самолетов. С их помощью делают металлоконструкции, ювелирные украшения, предметы искусства. Сплавы цветметаллов применяют в промышленности и медицине. С их помощью создают оборудование, гиподермические иглы, инструменты для проведения операции. Иридий берется во время лучевой терапии, а золото с платиной используется в стоматологии.

Черные металлы активно применяют в пищевой отрасли, при создании электротехники и генерировании энергии. В строительстве домов, промышленных сооружений и автомобилей они используются чаще цветмета. Некоторые сплавы специально создают для суровых эксплуатационных условий, добавляя примеси, которые сделают материал устойчивей, надежней и пр.

Происхождение металлических отходов

Медные – это лом латуни, бронзы.

Самый ценный – электротехнический:

• трансформаторные шины;
• проводники;
• многожильные тросы.

Металлолом сдают в следующем виде:

• не обожженный;
• не окисленный;
• без эмали;
• без изоляции.

Примут и с включениями, но приемочная цена понизится.

Олово значительно дороже меди, но его меньше.

• подшипники;
• белая жестяная тара из-под продуктов;
• припой;
• трубопроводы.

Ценится у приемщиков сплав олова и свинца – баббит, один из дорогих.

Свинец принимают в виде:

• пластин;
• оплеток кабеля;
• переплавленный.

• аккумуляторов;
• типографского шрифта;
• телефонного кабеля.

Источники титана:

С большей охотой принимается алюминий:

• электротехнический;
• профильный;
• кабельный;
• пищевой.

В зависимости от того, где добыт металл, варьируется приемочная цена.

Цинковый лом и сплав этого металла с алюминием и магнием ценится в три раза выше, чем просто цинковые отходы. Называют такой сплав ЦАМ. Его в большом количестве можно найти в автомобиле.

Переработка

Из-за повышения оборотов производства и потребительского спроса все больше организаций занимается переработкой лома. Если не следить за отходами, то в скором времени экология и люди пострадают, поскольку некоторые материалы опасны для здоровья, окружающей среды.

Переработка доступна для черных и цветных металлов. Самое ценное для этого процесса сырье содержится в аккумуляторах, батареях и бытовой технике. Процесс переработки сырья подразумевает несколько этапов:

1. Прием металлолома, взвешивание и оплата.
2. Сортировка в специальном пункте по профилю и разновидности. Это самый трудоемкий этап, на который уходит много времени.
3. Деление материала на мелкие фрагменты для удобной транспортировки и дальнейшей переработки.
4. Очистка от примесей вручную или с использованием специальных приборов.
5. Переплавка материала для его повторного использования.

Крупным предприятиям сдача металла позволяет сократить расходы. Именно такие организации в основном и влияют на экологическую обстановку, поскольку потребители не производят отходы в таких масштабах.

Цветные и черные металлы используются почти во всех отраслях жизни человека. Умение отличать их друг от друга позволит заранее принять во внимание слабые и сильные стороны материала, а также заранее спланировать их переработку и повторное использование.

Сходства и различия

Сплав латуни по большей части состоит из меди, поэтому естественно, что они похожи

не только визуально, но и некоторыми свойствами. Чем больше меди в сплаве, тем сильнее их цвета будут схожи. На этом точные совпадения заканчиваются.

Визуально легко отличаются

сплавы латуни, где меди
менее 80%
. Они слегка похожи на золото, так как имеют выраженный желтый оттенок. Чем больше цинка, тем оттенок светлее.

Из-за этого латунь даже используют для подделки или имитации золота

. У меди же главный оттенок – красноватый, который часто отливает розовым.

При сильном понижении температуры латунь не теряет своей, сравнительно ограниченной, пластичности и не становится хрупкой

. Электричество и тепло проводит хуже.

Отличаются они по такому признаку, как твердость

Медь мягче

,
пластичнее
, а латунь, наоборот,
твердая
и придать ей какую-либо форму без применения отжига сложно.

Читайте также:

  
• Термостойкая эмаль по металлу ко 8101
  
• Монеты из недрагоценных металлов банк
  
• Цистерны для воды металлические
  
• Газель металлический фургон размеры
  
• Сделать птичку из металла