Техническая классификация редких металлов
Обновлено: 04.05.2024
металлы, относительно недавно вошедшие в сферу пром. применения. Как правило, для Р. м. характерна малая распространённость в земной коре. Однако к Р. м. относят и такие, к-рые содержатся в природе в довольно больших кол-вах, но по ряду причин (высокая степень рассеянности, сложность и дороговизна технологич. методов извлечения) объём произ-ва и применение их сравнительно невелики. Р. м. принято делить на 5 групп: лёгкие (литий, бериллий, рубидий, цезий), рассеянные (галлий, индий, таллий), редкоземельные (скандий, иттрий, лантан и все лантаноиды), тугоплавкие (цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, рений), радиоактивные (франций, радий, актиний, полоний, технеций, торий, протактинии, уран и все трансурановые элементы). Эта классификация весьма условна - нек-рые Р. м. могут быть отнесены к разным группам: так, тугоплавкий металл рений - в то же время типичный рассеянный элемент. Мн. Р. м. постепенно перестают быть редкими (напр., ванадий, молибден). В иностр. технич. литературе для Р. м. начали применять термин "менее обычные металлы" (less common metals).
Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .
Полезное
Смотреть что такое "РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ" в других словарях:
Редкие металлы — металлы, относительно недавно вошедшие в сферу промышленного применения; как правило, мало распространены в земной коре. Объем производства и применения редких металлов сравнительно невелики из за высокой степени рассеянности или сложности… … Энциклопедический словарь по металлургии
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ — металлы, относительно недавно вошедшие в сферу промышленного применения; как правило, мало распространены в земной коре. Объем производства и применения редких металлов сравнительно невелики из за высокой степени рассеянности или сложности… … Металлургический словарь
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ — название группы металлов (св. 50), использующихся в небольших количествах или относительно новых в технике. Количество редких металлов в земной коре составляет 0,53% по массе (0,41% приходится на титан). К редким металлам относят: элементы I… … Большой Энциклопедический словарь
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ — РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ, название группы металлов (св. 50), использующихся в небольших количествах или относительно новых в технике. Количество редких металлов в земной коре составляет 0,53% по массе (0,41% приходится на титан). К редким металлам относят … Энциклопедический словарь
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ — см. Металлы редкие. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ — см … Большая политехническая энциклопедия
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ — РЕДКИЕ металлы, группа металлов (более 50), используемых в небольших количествах или относительно новых в технике. К редким металлам относят, например, щелочные металлы (кроме натрия и калия), редкоземельные и актиноиды, титан, молибден, вольфрам … Современная энциклопедия
Редкие металлы — РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ, группа металлов (более 50), используемых в небольших количествах или относительно новых в технике. К редким металлам относят, например, щелочные металлы (кроме натрия и калия), редкоземельные и актиноиды, титан, молибден, вольфрам … Иллюстрированный энциклопедический словарь
редкие металлы — Условное название группы металлов (> 50), относит. недавно вошедших в сферу промышл. применения и производимых в огранич. кол вах; делятся на 5 групп: легкие (Li, Rb, Cs, Be), рассеянные (Ga, In, Tl, Ge, Те, Re), редкоземельные (Sc, Y, La и… … Справочник технического переводчика
Редкие металлы — Редкие элементы условное название большой группы (около 50) элементов: лития, бериллия, галлия, индия, германия, ванадия, титана, молибдена, вольфрама, редкоземельных элементов, инертных газов и др. Большинство редких элементов металлы, поэтому… … Википедия
Редкие металлы — условное название группы металлов (свыше 50), перечень которых дан в таблице. Это металлы, относительно новые в технике или ещё мало используемые и освоенные. Масштабы производства и области применения их ещё не стабилизировались и… … Большая советская энциклопедия
Редкие металлы
Р е дкие мет а ллы, условное название группы металлов (свыше 50), перечень которых дан в таблице. Это металлы, относительно новые в технике или ещё мало используемые и освоенные. Масштабы производства и области применения их ещё не стабилизировались и продолжают быстро развиваться. Термин появился в литературе примерно в 20-е гг. 20 в. За рубежом редкими металлами иногда называются «менее обычные металлы» (Less Common Metals). Большинство редких металлов мало распространены, а часто и рассеяны в земной коре; их извлечение из сырья и получение в чистом виде связаны с большими технологическими трудностями. В этом причины относительно позднего открытия, изучения и технического освоения редких металлов.
Особенно быстро производство редких металлов развивается после 2-й мировой войны 1939—45. Они необходимы для таких новых отраслей техники, как скоростная авиация, ракетостроение, электроника, атомная энергетика. Естественно, что по мере увеличения производства и потребления этих металлов термин «редкие металлы» утрачивает первоначальное значение.
На основании близости физико-химических свойств, сходства технологии производства и по некоторым др. признакам составлена техническая классификация редких металлов, приведённая в табл. Эта классификация весьма условна: многие элементы могут быть отнесены к разным группам одновременно; так, Rb, Cs — и лёгкие, и рассеянные элементы; типичный рассеянный элемент Re — в то же время тугоплавкий металл; а типичные тугоплавкие металлы V и Hf — одновременно рассеянные элементы; Ti принадлежит и к тугоплавким, и к лёгким металлам, и т. д.
Лёгкие редкие металлы обладают малой плотностью (от 0,54 г/см 3 для Li до 1,87 г/см 3 для Cs), химически весьма активны. По свойствам и методам получения они близки к лёгким цветным металлам (Al, Mg, Ca, Na). См. Лёгкие металлы.
Тугоплавкие редкие металлы относятся к числу переходных металлов IV, V, VI, и VII групп периодической системы; в их атомах происходит достройка электронами d-yровней. Они характеризуются высокими температурами плавления (от 1670 °С для Ti до 3410 °С для W), образованием тугоплавких металлоподобных соединений с рядом неметаллов (карбидов, нитридов, силицидов, боридов, бериллидов). См. Тугоплавкие металлы.
Рассеянные редкие металлы большей частью находятся в форме изоморфной примеси в минералах др. элементов и извлекаются попутно из отходов металлургического и химического производства; например, Ga — в производстве окиси Al2О3 (глинозёма), In — из отходов производства Zn и Рb. См. Рассеянные элементы.
Редкоземельные металлы характеризуются большой близостью химических свойств. В рудном сырье эти металлы сопутствуют друг другу и разделить их — задача весьма сложная. Для разделения используют метод экстракции органическими растворителями и ионообменные процессы. См. Редкоземельные элементы, Лантаноиды.
Радиоактивные металлы. В этой группе объединены радиоактивные элементы, встречающиеся в природе (Fr, Ra, Po, Ac, Th, Pa, U) и искусственно полученные (Tc, Np, Pu и др.). Наиболее важное практическое значение из этих элементов имеют уран и плутоний (в производстве ядерной энергии). См. Радиоактивные элементы.
В рудном сырье редкие металлы обычно содержатся в небольших концентрациях, и сырьё часто является сложным, комплексным. Поэтому большое значение в технологии извлечения редких металлов имеют обогащение руд и химические процессы выделения, разделения и очистки соединений редких металлов. Как правило, редкие металлы не выплавляют непосредственно из рудных концентратов, а восстанавливают различными методами из чистых химических соединений. В металлургии редких металлов широко используют разнообразные методы: восстановление окислов и солей газами, углеродом или металлами (см. Металлотермия), термическую диссоциацию соединений, электролиз в водных и расплавленных средах, вакуумную, дуговую, электроннолучевую и зонную плавку и др. Для тугоплавких металлов, кроме того, большое распространение получили методы порошковой металлургии.
Техническая классификация редких металлов
Редкие металлы принято подразделять на пять групп по некоторым общим признакам: близости физико-химических свойств, совместному нахождению в рудном сырье и сходству методов выделения из сырья.
Ниже дана характеристика каждой из групп технической классификации, приведенной в табл. 5.
Металлы этой группы расположены в I и II группах периодической системы Менделеева, обладают малым удельным весом (литий — 0,53; бериллий — 1,85; рубидий — 1,55; цезий — 1,87) и отличаются высокой химической активностью. Их химические соединения, окислы, хлориды обладают высокой химической прочностью и с трудом восстанавливаются до металла. По этому признаку они близки к легким цветным металлам, алюминию, магнию, кальцию и натрию.
Подобно легким цветным металлам легкие редкие металлы получаются в свободном состоянии либо электролизом расплавленных солей, либо металлотермическими методами.
Тугоплавкие редкие металлы относятся к числу переходных элементов IV, V и VI групп периодической системы, у которых при переходе одного элемента к соседнему происходит достройка внутренних электронных уровней (так называемых d-уровней).
Эта особенность строения атомов определяет высокую прочность кристаллической решетки рассматриваемых металлов, что сказывается на их повышенной твердости, высоких температурах плавления (от 1660° для титана до 3400° для вольфрама, являющегося самым тугоплавким из всех металлов), высокой антикоррозионной устойчивости и переменной валентности, обусловливающей многообразие химических соединений этих элементов.
Все металлы рассматриваемой группы образуют весьма тугоплавкие, твердые и химически, устойчивые соединения с рядом металлоидов, обладающих малыми атомными радиусами (так называемых «фаз внедрения»). К ним относятся карбиды, нитриды, силициды и бориды, имеющие важное практическое применение.
Тугоплавкие редкие металлы взаимодействуют со многими другими металлами периодической системы, образуя твердые растворы и различные интерметаллические соединения, что широко используется в технике при производстве различных сплавов и высококачественных сталей.
В связи с высокими температурами плавления тугоплавких металлов в технологии их производства широко используется метод порошковой металлургии, заключающийся в получении металла в форме порошка с последующим его превращением в компактный металл путем прессования и спекания.
Близость свойств тугоплавких металлов определяет общность многих областей их применения. Так, кроме использования этих металлов в качестве легирующих добавок к сталям, многие из них применяются в виде тугоплавких твердых карбидов в составе твердых сплавов, а в чистом виде используются в электротехнике и электровакуумной технике.
Общим признаком этой группы является отсутствие или редкая распространенность собственных минералов этих металлов.
Металлы данной группы встречаются обычно в виде изоморфных примесей в ничтожных концентрациях в кристаллах других минералов. Поэтому рентабельное извлечение рассеянных редких металлов возможно только из отходов производств основных металлов.
Так, галлий, встречающийся в бокситах, извлекается из промежуточных продуктов и отходов алюминиевого производства. Галлий вместе с индием, таллием и германием часто встречается в цинковых и свинцовых рудах, и поэтому соединения этих металлов извлекаются из промежуточных продуктов и отходов цинкового и свинцового производств.
Германий часто встречается в углях и извлекается из отходов, получаемых при их переработке.
Селен и теллур, рассеянные в различных сульфидных минералах, извлекаются либо при металлургической переработке этого сырья, либо из отходов сернокислотного производства.
Рений как спутник молибдена извлекается попутно при переработке молибденового сырья.
Гафний, содержащийся в виде примеси в циркониевых минералах, извлекается при производстве циркония или его соединений.
Таким образом, сырьевые источники производства рассеянных редких металлов весьма разнообразны. К ним относятся отходы газовых заводов, шламы медерафинирующих заводов, пыли обжиговых и плавильных печей, отходы цинкового, свинцового и алюминиевого производств и т. д.
Рений и гафний, являющиеся спутниками соответственно молибдена и циркония, по свойствам близки к тугоплавким металлам и могут также рассматриваться в составе этой группы.
К этой группе относятся лантан и следующие за лантаном 14 элементов (от церия 58 до лутеция 71).
Близость физико-химических свойств лантаноидов объясняется одинаковым строением внешних электронных уровней их атомов, так как при переходе одного элемента к другому у лантаноидов происходит заполнение глубоко лежащих недостроенных (4f) электронных уровней.
Близко примыкают к лантаноидам скандий и иттрий.
В рудном сырье редкоземельные металлы всегда сопутствуют друг другу. На первых стадиях переработки сырья они обычно выделяются в виде смеси окислов или других соединений. Дальнейшее разделение соединений редкоземельных элементов представляет большие технологические трудности.
К этой группе относятся естественные радиоактивные элементы: полоний, радий, актиний и актиноиды (торий, протактиний, уран) и искусственно полученные заурановые элементы; нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, атений и центурий.
Радиоактивные свойства металлов этой группы в значительной степени определяют особенности их технологии, приемы работы с ними, а также области их использования.
Актиноиды, так же как и редкоземельные элементы, характеризуются тем, что переход от одного элемента к другому осуществляется путем достройки глубоко расположенных 5f электронных уровней и в этом отношении группа актиноидов аналогична лантаноидам.
В рудном сырье естественные радиоактивные элементы встречаются совместно. Часто им сопутствуют редкоземельные металлы.
Как известно, естественные и некоторые искусственно полученные металлы группы актиноидов играют важнейшую роль в производстве атомной энергии.
Редкие металлы
условное название группы металлов (свыше 50), перечень которых дан в таблице. Это металлы, относительно новые в технике или ещё мало используемые и освоенные. Масштабы производства и области применения их ещё не стабилизировались и продолжают быстро развиваться. Термин появился в литературе примерно в 20-е гг. 20 в. За рубежом Р. м. иногда называются «менее обычные металлы» (Less Common Metals). Большинство Р. м. мало распространены, а часто и рассеяны в земной коре; их извлечение из сырья и получение в чистом виде связаны с большими технологическими трудностями. В этом причины относительно позднего открытия, изучения и технического освоения Р. м.
Особенно быстро производство Р. м. развивается после 2-й мировой войны 1939—45. Они необходимы для таких новых отраслей техники, как скоростная авиация, ракетостроение, электроника, атомная энергетика. Естественно, что по мере увеличения производства и потребления этих металлов термин «Р. м.» утрачивает первоначальное значение.
На основании близости физико-химических свойств, сходства технологии производства и по некоторым др. признакам составлена техническая классификация Р. м., приведённая в табл. Эта классификация весьма условна: многие элементы могут быть отнесены к разным группам одновременно; так, Rb, Cs — и лёгкие, и рассеянные элементы; типичный рассеянный элемент Re — в то же время тугоплавкий металл; а типичные тугоплавкие металлы V и Hf — одновременно рассеянные элементы; Ti принадлежит и к тугоплавким, и к лёгким металлам, и т. д.
Лёгкие Р.м. обладают малой плотностью (от 0,54 г/см 3 для Li до 1,87 г/см 3 для Cs), химически весьма активны. По свойствам и методам получения они близки к лёгким цветным металлам (Al, Mg, Ca, Na). См. Лёгкие металлы.
Тугоплавкие Р. м. относятся к числу переходных металлов IV, V, VI, и VII групп периодической системы; в их атомах происходит достройка электронами d-yровней. Они характеризуются высокими температурами плавления (от 1670 °С для Ti до 3410 °С для W), образованием тугоплавких металлоподобных соединений с рядом неметаллов (карбидов (См. Карбиды), нитридов (См. Нитриды), силицидов (См. Силициды), боридов (См. Бориды), бериллидов (См. Бериллиды)). См. Тугоплавкие металлы.
Рассеянные Р. м. большей частью находятся в форме изоморфной примеси в минералах др. элементов и извлекаются попутно из отходов металлургического и химического производства; например, Ga — в производстве окиси Al2О3 (глинозёма), In — из отходов производства Zn и Рb. См. Рассеянные элементы.
В рудном сырье Р. м. обычно содержатся в небольших концентрациях, и сырьё часто является сложным, комплексным. Поэтому большое значение в технологии извлечения Р. м. имеют обогащение руд и химические процессы выделения, разделения и очистки соединений Р. м. Как правило, Р. м. не выплавляют непосредственно из рудных концентратов, а восстанавливают различными методами из чистых химических соединений. В металлургии Р. м. широко используют разнообразные методы: восстановление окислов и солей газами, углеродом или металлами (см. Металлотермия), термическую диссоциацию соединений, электролиз в водных и расплавленных средах, вакуумную, дуговую, электроннолучевую и зонную плавку и др. Для тугоплавких металлов, кроме того, большое распространение получили методы порошковой металлургии.
Определение общего признака, по которому известная группа элементов относится к так называемым «редким», вызывает затруднения, так как группа редких элементов включает большую часть элементов периодической системы Д.И. Менделеева (61 из 100).
Как видно из табл. 1, редкие элементы, оконтуренные квадратами, расположены в разных группах периодической системы и соответственно обладают разными свойствами. Ни по расположению в периодической системе элементов, ни по общности физико-химических свойств нельзя объединить эти элементы в единую группу.
Представление о том, что общим признаком редких элементов является их малая распространенность в природе, также не обосновано, как это видно из табл. 2, показывающей распространенность различных элементов в земной коре (в исследованной ее части — около 16 км глубины). Таблицы состава земной коры, первоначально составленные Кларком, были впоследствии значительно уточнены.
Большой вклад в дело изучения распространенности элементов в земной коре внесли советские ученые академики В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, А.П. Виноградов, В.Г. Хлопин и др.
Редкие металлы в табл. 2 подчеркнуты. Из данных таблицы видно, что большинство так называемых «редких металлов» имеет малое распространение в земной коре. Однако многие из них значительно более распространены, чем давно известные и хорошо освоенные в технике металлы. Так, титан занимает десятое место в ряду распространенности элементов. Содержание его в земной коре выше, чем содержание таких общеизвестных и широко распространенных элементов, как углерод, медь, никель и многие другие.
Такие редкие металлы, как цирконий, ванадий, литий, бериллий, церий, которые сравнительно недавно начали применяться в технике, в земной коре содержатся в больших количествах, чем такие распространенные в технике металлы, как свинец, олово, ртуть, серебро.
Помимо представления о распространенности (процентном содержании в земной коре), необходимо учитывать также и степень рассеянности того или иного элемента, т. е. его способность накапливаться в рудных месторождениях.
Например, германий и галлий содержатся в земной коре в больших количествах, чем сурьма, серебро, висмут; элементы таллий и индий более распространены, чем золото и ртуть.
Однако галлий, индий, таллий и германий представляются нам значительно более редкими, чем ртуть, сурьма, золото и серебро, вследствие их неспособности или весьма ограниченной способности к образованию самостоятельных минералов и месторождений. Они рассеяны в виде изоморфной примеси в кристаллах других минералов.
Рассеянность, отсутствие концентрированных скоплений этих элементов задержали на долгое время их открытие, которое стало возможным только после разработки метода спектрального анализа, позволяющего обнаружить и количественно определить элементы, содержащиеся в весьма малых количествах.
Таким образом, малая распространенность в земной коре хотя и является характерной для большей части редких металлов, все же не служит общим признаком всей этой группы, как это иногда ошибочно считают.
Редкие металлы получили применение в технике значительно позже, чем другие металлы. Это обстоятельство и является наиболее общим признаком для всех редких металлов.
Таким образом, выделение группы редких металлов (или редких элементов) не является результатом какой-либо разряботанной научной классификации элементов, а сложилось исторически.
В группу «редких» вошли элементы, которые по ряду причин позже вступили в орбиту промышленного использования.
Одной из причин позднего технического освоения редких металлов служит то обстоятельство, что большинство из них было открыто относительно недавно в конце XVIII или в XIX в. (табл. 3).
Помимо малой распространенности и рассеянности редких металлов, затруднивших и задержавших их открытие и техническое освоение, надо также учитывать и технологические трудности извлечения их из сырья.
Следует отметить, что большая часть металлов, применявшихся в самые древние эпохи (железо, золото, медь, олово, ртуть, свинец, серебро, мышьяк, сурьма), встречается в природе в самородном состоянии или образует химически неустойчивые соединения, из которых они легко восстанавливаются.
Легкость добычи этих металлов и послужила одной из причин их раннего технического освоения.
В табл. 4, составленной академиками В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом, показан рост использования различных химических элементов и их соединений в разные исторические эпохи. Из данных таблицы видно, что все металлы, отнесенные к группе так называемых «редких», начали осваиваться промышленностью не ранее XIX столетия.
Читайте также: