Какими ценными свойствами обладают цветные металлы

Цветные металлы и их сплавы очень востребованы, широко применяются во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. К ним относятся все металлы за исключением железа и его производных, которые классифицируются как черные металлы.

Практически все цветные металлы обладают следующими свойствами:

• Устойчивостью к коррозии и значительным перепадам температур;
• Пластичностью;
• Многосторонностью применения.

Кроме этого, важной особенностью цветных металлов является то, что их свойства можно изменить с помощью закалки, искусственного старения или термической обработки. Также они хорошо обрабатываются штамповкой, прокаткой, ковкой, сваркой, пайкой, прессованием и резкой.

Наиболее ценными цветными металлами являются: Алюминий; Медь; Никель; Олово; Свинец; Цинк; Магний.

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

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.

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.

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.

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 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.

Разделяем металлы по свойствам и группам

Условно цветные металлы различают на 2 большие группы — тяжелые и легкие.

Более подробная классификация проводится по свойствам (физико-химическим). Есть разделение на 5 и 7 групп.

Виды цветных металлов:

1. Легкие цветные металлы.
2. Тяжелые металлы.
3. Благородные.
4. Редкие и малые.
5. Рассеянные.
6. Радиоактивные.
7. Тугоплавкие.

Свойства цветных металлов разнообразны. Это устойчивость к коррозии, высокие электро-и теплопроводность, устойчивость во многих агрессивных средах.

Где применяются

Представьте мир без цветных металлов. Выбросите телефон и компьютер, вместе с ними ключи от машины. Отключите свет — ведь ток течет по проводам из цветмета. Газовую и электрическую плиту тоже придется выбросить, а готовить на костре или построить печку. Поэтому к этим разным и таким нужным человечеству металлам давайте относиться уважительно.

Невозможно представить современный мир без использования цветных металлов.

Электротехника, легировка сталей, сенсоры, диоды, термопары, инфракрасная оптика, военно-промышленный комплекс.

Знакомство с нежелезными металлами

Список цветных металлов обширен. Руд цветных металлов в разы больше.

Медь

Важными рудами на медь являются халькозин, борнит, халькопирит. Встречается и самородная медь, но редко. Про медь читайте здесь.

Добычу медных руд производят:

• США;
• Канада;
• Чили;
• Перу;
• Замбия;
• Россия.

Алюминий

Главное сырье на алюминий — бокситы. Руды бокситов — диаспор (его ювелирная разновидность султанит подробно описана здесь), гетит, бемит, каолинит. Подробнее про этот металл читайте на этой странице.

Российские месторождения бокситов находятся в областях:

• Архангельской;
• Белгородской;
• Свердловской;
• Челябинской.

Богатые запасы бокситов расположены в Корее, Венгрии, Югославии, Китае.

Значительные запасы бокситовых руд в Австралии, Бразилии, США, Франции.

Свинец

Главная руда на свинец — галенит, кроме него церуссит и англезит.

Галенит образует полиметаллические руды со сфалеритом и халькопиритом.

48 стран мира могут добывать на своей территории свинец.

Цинк

Основная цинковая руда — сфалерит. Это сульфид цинка, и в природе его естественными спутниками являются галенит и халькопирит.

Главные мировые запасы цинка находятся в Канаде, немногим отстают Китай, Австралия, США.

В России цинк добывают на Каменном Поясе. Есть месторождения в Сибири и Приморье.

Магний

Этого цветного металла в земной коре около 2%.

Руд, содержащих магний, около 60, но для промышленной добычи используют:

• доломит;
• магнезит;
• брусит;
• карналлит;
• морская вода.

Каждая страна обладает запасами магния. Магнезит находят в США, Испании, Австралии, Канаде, Югославии, Греции. Карналлит используют в странах СНГ.

Огромные запасы магния находятся в воде залива Кара-Богаз-Гол.

Никель

Никелевые руды могут быть сульфидные и силикатные. Подробнее о металле читайте здесь.

Сульфидные руды:

• халькопирит;
• пирротин;
• магнетит;
• пентландит.

Силикатные никелевые руды:

• гарниерит;
• гетит;
• ревдинскит;
• контронит;
• асболан.

Кобальт

В природе немного кобальтсодержащих руд, особенно пригодных для промышленного использования. Среди них кобальтин, скуттерудит, линнеит, шмальтин, эритрин.

По минеральному и химическому составу кобальтовые руды делятся на сульфидные, арсенидные, оксидные. В основном все руды комплексные, собственно кобальтовые встречаются только среди мышьяковых (арсенидных) руд.

За рубежом кобальтосодержащие месторождения находятся в Канаде, Финляндии, Австралии, Африке.

В России — на Урале, в Красноярском крае, на Кольском полуострове.

Основные добытчики кобальта — Заир и Замбия.

Олово

Главные минералы для добычи олова — касситерит и станнин. Половина добычи олова приходится на месторождения Юго-Восточной Азии. Подробнее про олово написано здесь.

Немного отстает Китай, за ним идут Индонезия, Малайзия, Бразилия, Россия.

Молибден

Основной рудный минерал на молибден — молибденит. В природе «дружит» с сульфидами меди и касситеритом.

В добыче металла первенствуют США, следом идут Чили и Китай, на третьем месте — Канада.

В России тоже есть молибденовые руды, в Забайкалье, на Северном Кавказе, на юге Западной Сибири.

Вольфрам

Основные руды на вольфрам — вольфрамит и шеелит.

Китаю повезло, у него более 40% мировых запасов вольфрамита. Россия отстала не сильно, у нас шеелит есть на Кавказе, в Забайкалье, на Чукотке.

Есть месторождения в Германии, Канаде, Турции, США.

Висмут

Существует самородный висмут. В Боливии и Австралии его добывают вместе с висмутином. Подробнее о нём читайте здесь.

Боливия единственная страна, где металл добывают прямо из висмутовой руды. В основном висмут извлекают из полиметаллических руд.

Мировые лидеры по запасам:

• Перу;
• Мексика;
• Китай;
• Австралия;
• Канада.

Месторождения висмутовых руд редки и невелики по масштабам.

Сурьма

Главный источник сурьмы — антимонит. Кроме него, рудой на сурьму могут служить бертьерит, джемсонит, ливингстонит, стибиконит.

Австралия, Россия и Китай обладают залежами антимонита, остальные страны могут только облизываться на такое богатство. Среди завидующих США, КНР, ЮАР. У них есть полиметаллические месторождения.

Ртуть

Киноварь — единственный минерал для качественной добычи ртути.

Основные производители жидкого металла:

• Испания;
• Китай;
• Алжир;
• Мексика.

Россия обладает небольшими запасами киновари на Чукотке, Алтае, Камчатке.

У Америки с этим и того хуже — маленький рудничок в Неваде.

А вот на юге Испании известно ртуть добывают почти две тысячи лет.

Вторичное сырье

Уже понятно, что добыча цветмета не всегда обеспечивает потребности промышленности. Приходится изворачиваться. То есть организовывать пункты приема вторсырья, собирать металлолом для сдачи в этих пунктах. Кстати, за лом цветных металлов платят довольно неплохо.

Стоимость металлических отходов формируется, исходя из нескольких компонентов:

1. Металл (тип, редкость).
2. Габариты.
3. Размер партии.
4. Чистота металла, его качество.

Охотникам за металлоломом

Большим спросом у приемщиков пользуются медь, алюминий, свинец, титан.

• Медь содержат сплавы меди (латунь).
• Олово гораздо дороже меди, особенно в чистом виде, но и в виде посуды, баббита (в подшипниках, например).
• Никель металл дорогостоящий, но в чистом виде попадается редко. В мельхиоровой посуде, отработанных электродах, ТЭНах бытовых приборов.
• Свинец сдают «в виде» аккумуляторов, типографского оборудования, оплетки кабелей.
• Алюминий стоит недорого.
• Чистый цинк найти проблематично, сдают его в виде сплавов.
• Самые дорогие металлы — молибден и вольфрам.

Плюсы и минусы переработки вторсырья

Перерабатывать металлолом выгодно, это понижает себестоимость продукции.

Цветмет приходится сортировать — это самый нудный и трудоемкий этап работы.

Рассортированное сырье измельчают. Для этого применяют газовые резки, шредеры, а потом прессуют для уменьшения объемов и удобства транспортировки.

Далее подготовленное сырье отправляют на металлургические комбинаты, или продают (чаще всего на экспорт).

Цветные металлы и сплавы известны людям давно. Кузнецы постоянно старались получить новые материалы, соединяя уже известные. Так появлялись новые соединения, которые обладали разными характеристиками. Они используются в разных направлениях промышленности.

Цветные металлы и сплавы

История открытия

Цветные металлы и их сплавы появлялись постепенно. После каменного века настала пора меди. Этот материал использовали для разных целей: изготавливали посуду, делали наконечники к орудиям труда, оружию. Век меди сменился эпохой бронзы. Это был первый сплав — соединение меди и свинца. Постепенно бронзу заменило железо.

С развитием металлургии, осваиванием новых земель, развитием торговли начали появляться драгоценные металлы. Изначально более популярным было серебро, а не золото. Из-за того что, средние века были эпохой войн, сражений, рыцарства, кузнецы искали новые материалы для изготовления доспехов, оружия. Так появлялись новые смеси.

Характеристики и маркировка

К цветным относятся все металлы, кроме тех, которые изготавливаются на основе железа. Они применяются в различных сферах промышленности. Чтобы различать материалы между собой, была создана специальная маркировка. По ней можно определить механические свойства сплавов, температуру расплавления, прочность и другие параметры.

Маркировка разных видов цветных металлов:

1. Медь и соединения на её основе. Главный материал обозначается буквой «М». После буквы пишут цифры, которые обозначают чистоту металла. На конце маркировки могут указываться дополнительные буквы. К — обозначает катодный, Б — бескислородный, Р — раскисленный. Если речь идёт о соединении, легирующие добавки обозначаются заглавными буквами дополнительных компонентов.
2. Латунь — чистый сплав, обозначающийся буквой «Л», после которой указывается две цифры. Это обозначение содержания меди. Многокомпонентная латунь в своей маркировке имеет дополнительные буквы, указывающие на наличие легирующих компонентов. Далее пишутся цифры, между которыми ставятся прочерки. Первая из них указывает на содержание меди, остальные на количество легирующих добавок по процентам.
3. Бронза маркируется буквами «Бр». Если на поверхности изделий из этого материала присутствует буква «Л», это означает что он является литейным.
4. Алюминий — материал, который обозначается буквой «А». После неё указываются цифры, которые говорят о количестве содержащихся примесей. Буква «Л» стоящая после указания на алюминий обозначает его литейные качества. Буква «В» говорит о высокой прочности материала.

Остальные цветные металлы и соединения на их основе имеют похожую маркировку. Легирующие добавки обозначаются начальными буквами.

Способы получения

Однородные материалы, смеси на их основе получаются по специальным технологиям. К ним относятся:

1. Пирометаллургия — ряд технологический процессов, при которых происходит очистка, получение металлов их соединение под воздействием высокой температуры. По этой технологии изготавливается около 60% цинка, 100% свинца, 95% меди.
2. Гидрометаллургия — технология получения металлов из руд с помощью химических растворов. Последующие этапы обработки подразумевают отделение основных компонентов от жидкости.
3. Электрометаллургия — совокупность технологических операций, при которых материалы и соединения на их основе получаются под воздействием электрического тока. С помощью этой технологии чаще всего получают алюминий.

Добыча металла

Сферы применения

Цветные металлы и сплавы на их основе используются в различных направлениях промышленности. Из них изготавливают:

1. Детали для электрооборудования, электроинструментов.
2. Теплообменники, трубопроводы.
3. Ювелирные изделия.
4. Изготовление высоконагруженных деталей из титана.
5. Провода, связывающие элементы для прохождения электрического тока.
6. Проволоку, листы, прутья, арматура, крепёж.

Разновидности

Существуют основные сплавы цветных металлов, о которых следует поговорить более подробно. Они применяются чаще всего.

Алюминий и его сплавы

Алюминий — серебристый материал, который хорошо проводит электрический ток, имеет малую удельную массу, низкую температуру плавления. От коррозии он защищен оксидной плёнкой, которая образуется на его поверхности после взаимодействия с кислородом. Соединения на основе этого материала бывают двух типов.

Сплав алюминия

Деформируемые сплавы алюминия

Бывают упрочняемые и неупрочняемые:

1. К первой группе относятся дюралюминий, смеси с высоким показателем прочности.
2. Ко второй группе относятся соединения на основе алюминия, к которому добавляется магний или марганец.

Химический состав деформируемых алюминиевых сплавов зависит от группы. Упрочняемые соединения могут дополняться легирующими добавками.

Литейные сплавы на основе алюминия

Алюминиевые литейные сплавы называют силуминами. Это соединение основного металла и кремния. Обладают подобные соединение малой удельной массой, высокими литейными свойствами.

Сплавы на основе меди

Медь — материал красного оттенка. Имеет высокий параметр электропроводности, пластичности. Хорошо обрабатывается, однако имеет низкие литейные характеристики. Основным соединения на основе меди — бронза, латунь.

Бронза

Представляет собой смесь на основе меди, легирующими компонентами которой могут быть любые металлы кроме цинка.

Латунь

Соединение меди, цинка и других легирующих добавок. Дополнительных компонентов в составе — не более 8%.

Магний и его сплавы

Магний — металл серебристого оттенка. Плавится при низкой температуре, устойчив к развитию коррозии. Его не используют для конструкционных целей, так как материал обладает низкими механическими параметрами.

Магний

Деформируемые сплавы магния

К деформируемым соединениям на основе магния относятся:

1. Смеси с марганцем — не более 2,5%.
2. Смесь цинка, магния, алюминия, марганца.
3. Соединения магния, цинка, циркония, кадмия.

Литейные сплавы магния

Смесь цинка, магния, алюминия применяется при изготовлении деталей для автомобилей, самолётов, кораблей, ракет. Такие материалы отличаются высокими механическими параметрами.

Цинк и его сплавы

Цинк — металл серых оттенков, с высокими параметрами пластичности, вязкости. Устойчив к воздействию влаги. Существует две группы соединений на основе цинка.

Деформируемые цинковые сплавы

Соединения цинка с алюминием, магнием, медью. Изготавливаются в процессе прокатки, опрессовывания, вытяжки. Во время проведения технологических операций отдельные компоненты нагреваются до 300 градусов. Готовые смеси имеют высокие показатели пластичности, прочности.

Литейные цинковые сплавы

Соединения цинка, меди, магния, алюминия. Обладают высоким показателем текучести. Из готовых соединений изготавливаются корпуса для различных приборов, измерительной аппаратуры.

Изделия

Цветных металлов и смесей на их основе огромное множество. Благодаря этому из них изготавливаются различные изделия:

• крепёж, строительные материалы;
• детали для электрооборудования;
• соединительные элементы, провода, проволока, арматура, прутья, листы;
• ювелирные украшения;
• декоративные элементы для интерьера;
• монеты, слитки;
• статуэтки, элементы часов.

Цветные металлы и сплавы на их основе популярны в разных направлениях промышленности. Чтобы эффективнее работать с этими материалами, нужно знать их параметры. Это поможет избежать брака, сделать качественное изделие. Цветные металлы дороже черных, что делает их более ценными для производства.