Цветные металлы, их сплавы и лом: способы получения и классификация

Металлы входят в число самых необходимых материалов, применяемых человеком во всех сферах жизнедеятельности. Значительную их часть составляют цветные металлы, особенно ценные для современных отраслей промышленности. Разбираемся, что называют цветными металлами (ЦМ), какими свойствами они обладают, как их классифицируют.

Чем цветные металлы отличаются от черных

Многие ЦМ (медь, свинец, олово) человек начал использовать раньше железа; они встречались в природе в самородном виде и выделялись специфическим цветом. К началу 20 века было известно примерно 20 видов цветных металлов, а к сегодняшнему дню их насчитывается уже больше 70.

В промышленности название закреплено за всеми металлами, кроме железа и элементов его группы, а также за сплавами на их основе. Существует отдельная отрасль – цветная металлургия, задача которой состоит в добыче руды, ее обогащении и выплавке таких материалов.

Разделение металлов на черные и цветные происходит по способу их взаимодействия с кислородом воздуха. Железо и его производные окисляется с образованием ржавчины; этот оранжевый налет приводит к разрушению металлической поверхности. Цветные металлы и их сплавы также окисляются в результате химических и электрохимических процессов, но без образования ржавчины. Как правило, говорят о коррозии ЦМ (например, контактная коррозия).

Цветные металлы обладают разнообразными свойствами, что определяется особенностями их атомного строения. Ценится их высокая электро- и теплопроводность, стойкость к агрессивным средам, а особенно – способность улучшать характеристики железных материалов.

Способ получения

Основным источником цветных металлов служат месторождения руд. Добыча ЦМ – длительный, ресурсоемкий процесс; дело в том, что в земле они находятся в рассеянном виде, с ничтожным процентным содержанием. Химический состав руд (чистоту, вид и количество примесей) определяют в специально оборудованных лабораториях.

Независимо от характеристик цветных металлов для их получения требуется много энергии. Неслучайно предприятия, занимающиеся переработкой руды и плавкой ЦМ, сосредоточены вблизи источников дешевой энергии. Руду перерабатывают с применением следующих металлургических процессов:

• Пирометаллургия. Высокотемпературный метод получения и очищения металлов и их сплавов. Так получают весь свинец, примерно 95% меди, более половины цинка (около 60%).
• Гидрометаллургия. Сырье обрабатывают водным раствором, содержащим химический реагент (щелочь, кислоту, соль), после чего целевой металл переходит в раствор, откуда его затем выделяют. Сырьем служит руда, концентраты и отходы производства.

• Электрометаллургия. Объединяет методы, основанные на электролизе (электрохимия) или на нагреве электротоком (электротермия). Технология применяется для получения алюминия и активных (щелочных, щелочноземельных) металлов.

Общая классификация по свойствам

Существуют разные способы объединять ЦМ по их физическим и химическим характеристикам. Традиционно насчитывают пять групп цветных металлов и сплавов; их классификация и свойства выглядят следующим образом:

• Тяжелые. Плотные и потому тяжелые элементы нужны в различных промышленных производствах. Это свинец, медь и олово, а также цинк и никель. Чаще используются в виде разнообразных сплавов с другими ЦМ и железом.
• Легкие. Характеризуются низкой плотностью и удельным весом. Известные представители группы – алюминий и титан, нашедшие широкое применение в авиастроении. К легким также относится магний, бериллий, натрий и другие элементы; многие из которых выступают легирующими добавками.

• Благородные. Они названы так из-за своей стойкости к окислительным процессам. Кроме всем известного золота, серебра и платины, это палладий, родий, рутений. Сфера применения – высокотехнологичные отрасли промышленности и ювелирное дело.
• Малые. Интересны тем, что встречаются реже тяжелых и легких ЦМ (хотя все-таки чаще, чем благородные и редкие). Это ртуть, сурьма, кобальт, висмут, мышьяк; их извлекают при добыче тяжелых металлов.
• Редкие. Редко встречаются в земной коре, потому и стоят дороже золота и платины (иногда в сотни и тысячи раз); их извлекают вместе с другими ЦМ. Выделяют несколько категорий: редкоземельные (скандий), легкие (бериллий, рубидий), тугоплавкие (вольфрам, молибден), рассеянные (теллур, селен) и радиоактивные (уран).

Сплавы цветных металлов, как и сами металлы, обладают разными свойствами и техническими характеристиками; их химический состав определяется в лаборатории. Визуально они часто бывают похожими, и определить, что перед вами, можно по только маркировке.

Классификация лома по ГОСТ: понятие о группах

Значительный процент цветных металлов поступает не из месторождений. Его происхождение – это отходы промышленного производства, брак, некондиция или лом готовой продукции. Виды и категории такого сырья прописаны в ГОСТ 1639-2009 (ТУ по лому и отходам ЦМ и сплавов).

В ГОСТ перечисляются цветные металлы и сплавы с классификацией по физическим и химическим свойствам. Документация касается 13-ти видов ЦМ и разновидности лома, который принимают как вторсырье. У каждого металла число разновидностей лома может быть разным. Например, у алюминия насчитывается 32 вида лома, у меди – 13, у никеля – 26, у молибдена – 9.

Лом, в свою очередь, делится на следующие категории:

• Группа А. Включает лом в его классическом понимании, а также кусковые отходы.
• Группа Б. В нее попадают небольшие кусковые отходы, путаная проволока и отходы обработки в виде стружки.
• Группа В. Отходы, как правило, редкоземельных металлов в виде порошка или высевок (кобальт, вольфрам, молибден).
• Группа Г. Другое вторсырье.

Цветной лом, предназначенный для металлургической и механической переработки, в обязательном порядке проверяется на наличие радиационных и химических загрязнений. В некоторых цветных сплавах допускается содержание железа (если оно необходимо в производстве и оговаривается техническими условиями).

Коротко о главном

Цветные металлы и их сплавы обладают ценными эксплуатационными свойствами и применяются там, где важна коррозийная стойкость, жаропрочность и высокая износостойкость. Чистые элементы делятся на группы с учетом их физико-химических свойств. Сплавы более разнообразны, об их составе можно узнать по маркировке. Лом, предназначенный для переработки, также делят на категории, а еще проверяют на безопасность.