Тяжелые цветные металлы список

Понятия «легкие металлы» на данный момент нет в номенклатуре ИЮПАК. Легкими металлами называют металлы с небольшой плотностью.

Наиболее важными легкими металлами являются: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Также, к этой группе обычно относят: галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Самый легкий металл

Тяжелые цветные металлы список

Известно, что самый легкий металл — литий, который активно используется в сплавах.

Литий нашел свое применение в:

  • производстве анодов химических для источника тока;
  • в оптических работах и экспериментах;
  • в работе с высокоэффективными лазерами.

Например, гидроксид лития используется в изготовлении электролита щелочных аккумуляторов. В производстве керамики также используется силикат и алюминат лития — в качестве основы. Такая керамика застывает уже при комнатной температуре.

Это свойство лития используют:

  • в металлургии;
  • в военном производстве (при разработке сложной техники);
  • в термоядерной энергетике.

В промышленности литию также находится активное применение, поскольку некоторые соединения этого металла способствуют отбеливанию тканей.

Интересно, что сфера использования лития распространилась на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используют для стабилизации эмоционального состояния пациентов.

Легкие цветные металлы

Тяжелые цветные металлы список

Наиболее распространенные легкие цветные металлы: алюминий и магний.

Алюминий считается активным металлом. В промышленности он ценится в работе с конструкционными материалами, поскольку наделен высокими показателями пластичности и податливостью к обработке.

Среди свойств алюминия основными являются:

  • способность проводить как тепло, так и электричество (показатель электропроводности достигает 65 процентов);
  • устойчивость к коррозии в атмосферных проявлениях;
  • высокая плотность сплавов;
  • относительно малая плотность;
  • высокая пластичность.

Окисная пленка буквально впечатывается в поверхность алюминия и, тем самым, предохраняет его от агрессивного воздействия среды или от нежелательных соединений.

Что касается магния, то этот металл наделен, наоборот, весьма низкой пластичностью. Это сказывается на неудовлетворительной свариваемости. При этом магний легко поддается резанию, хотя механические свойства этого металла имеют низкий показатель. Как следствие — использование магния как конструкционного материала бывает затрудненным.

Магний обладает:

  • высокой температурой плавления;
  • коррозионной стойкостью;
  • способностью образовывать гидроокись при взаимодействии с влагой;
  • способностью образовывать сплавы (при этом механические показатели магния усиливаются, что существенно расширяет сферу его использования).

Кроме того, магний способен образовывать окислы и нитриды при взаимодействии с некоторыми газами в атмосфере.

К ним относятся:

Если деталь из магния готовится к сварке, то ее, прежде всего, очищают от этих и других соединений и прочих защитных пленок.

Легкие и тяжелые металлы

В цветной металлургии используются как легкие, так и тяжелые металлы. Их разделяют по практическому назначению и свойствам.

Группа тяжелых металлов определяется наличием в ней:

Легкие металлы требуют огромное количество энергии для формирования. Следовательно, предприятия, специализирующиеся на получении легких металлов, сосредоточены в непосредственной близости к источникам дешевой энергии.

Производство же тяжелых цветных металлов должно быть привязано к источнику сырья, как, например, ГМК «Норильский Никель» расположен в непосредственной близости к никелевым месторождениям.

Согласно промышленной классификации, все металлы делятся на две группы: черные и цветные. К черным металлам относятся железо и его сплавы, марганец и хром, производство которых тесно связано с металлургией чугуна и стали. Все остальные металлы относятся к цветным.

Цветные металлы условно делятся на пять групп:

Основные тяжелые металлы: медь, никель, свинец, цинк и олово. Свое название они получили из-за больших масштабов производства и потребления, большого («тяжелого») удельного веса в народном хозяйстве.

Малые тяжелые металлы: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт. Они являются природными спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно.

Легкие металлы: алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций и стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую среди других металлов плотность (удельную массу).

Благородные металлы: золото, серебро, платина и платиноиды (палладий, родий, рутений, осмий и иридий). Эти металлы обладают высокой стойкостью к воздействую окружающей среды и агрессивных сред.

Читать также:  Валик с длинным ворсом

Редкие металлы. Подразделяются на группы:

  • тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и ванадий);
  • легкие редкие металлы: литий, бериллий, рубидий и цезий;
  • рассеянные металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен и теллур;
  • редкоземельные металлы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды;
  • радиоактивные металлы: радий, уран, торий, актиний и актиноиды

Медь, никель, свинец, цинк и олово у нас называют тяжелыми металлами. Это название возникло в период индустриализации страны в связи с понятием «тяжелая промышленность» и с ее значением для развития народного хозяйства. Вместе с тем такое название удачно отличает тяжелые металлы от столь же важного алюминия и других легких металлов, имеющих меньшую плотность.

Условной границей между тяжелыми и легкими металлами считают плотность, равную 5000 кг/м 3 . В иностранных языках нет аналогичных наименований, обобщающих эти группы металлов; однако значение их в технике повсюду признается первостепенным после железа.

Железо издавна стало основным материалом для строительных конструкций, машиностроения и транспорта. Однако уже в XIX в. с развитием новых отраслей промышленности и техники выявились некоторые его недостатки. Разумеется, речь идет не о чистом железе, а о его промышленных сплавах – чугунах и сталях. Обладая большим разнообразием ценных свойств, обычные чугуны и стали вместе с тем недостаточно стойки против коррозии на воздухе и особенно под действием воды, растворов солей и кислот, мало теплопроводны, мало электропроводны и обладают довольно высоким коэффициентом трения.

Тяжелые цветные металлы и их сплавы с начала XIX в. стали заменителями железа в тех отраслях производства, где требовались особые свойства, недостаточно выраженные у чугунов и сталей.

Медь имеет высокую электропроводность и теплопроводность. По показателям этих свойств она уступает только серебру. Пластичность меди позволяет легко обрабатывать ее прокаткой, штамповкой и волочением. С развитием электротехники медь стала основным материалом для проводов, шин, контактов и других токопроводящих изделий.

Высокая теплопроводность меди позволяет применять ее во всяких устройствах, проводящих тепло – в нагревателях и холодильниках. В химической промышленности из меди делают змеевики для нагревания или охлаждения растворов, варочные котлы, трубопроводы и другие детали аппаратуры.

Даже малые примеси других элементов сильно снижают электропроводность, теплопроводность и коррозионную стойкость меди. Для полного использования этих свойств необходим металл, содержащий не более 0,05 % примесей.

Однако чистая медь слишком мягка для строительных конструкций, деталей машин и арматуры. Сплавы ее с другими металлами имеют значительно большую прочность и твердость, многие из них превосходят медь и по другим ценным свойствам, например, по коррозионным и антифрикционным.

Сплавы меди с 10–40 % Zn – латуни дешевле чистой меди. Вместе с тем они хорошо обрабатываются давлением и резанием, более прочны, тверды и стойки против коррозии. Небольшие добавки железа, алюминия и марганца в различных комбинациях придают латуням еще большую прочность и твердость, а присадки олова, алюминия, марганца и никеля усиливают антифрикционность. В виде листов, прутков, труб и разных отливок латуни широко применяются в химическом и общем машиностроении, судостроении и военной технике.

Бронзами раньше называли только сплавы меди с 6–20 % Sn, известные высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью и антифрикционностью. Позднее из-за дефицитности олова подобные сплавы научились получать, добавляя к меди другие металлы. Теперь, помимо оловянных бронз, широко пользуются бронзами алюминиевыми (5–11) % Аl, свинцовистыми (25–33) % Рb, кремниевыми (4–5) % Si, бериллиевыми (1,8–2,3) % Be, кадмиевыми до 1 % Cd и др. Все эти сплавы содержат небольшие количества вторичных легирующих компонентов, которые усиливают те или иные свойства меди.

Каждый вид бронзы ценен в своей области применения: алюминиевые бронзы с добавками свинца нужны для подшипников, а бериллиевые идут для изготовления пружин.

Латуни и бронзы, подобно многим другим сплавам, подразделяются на литейные и деформируемые, пригодные для литья либо для обработки давлением, прокаткой, ковкой, штамповкой, волочением.

Читать также:  Плотность нержавеющей стали 12х18н10т

Медноникелевые и медноникелевоцинковые сплавы: мельхиор (5–35 % Ni) и нейзильбер (5–30 % Ni и 13–45 % Zn) особенно стойки в агрессивных средах, содержащих активные химические вещества. В виде ленты, листов и проволоки эти сплавы идут на изготовление медицинских инструментов, изделий точной механики, столовых приборов, бытовых и художественных изделий.

Медь известна с древних времен – бронзовый век был периодом быстрого развития материальной культуры. Впоследствии бронзу вытеснило более дешевое и доступное железо. С возникновением крупной промышленности производство и потребление меди вновь стало быстро увеличиваться.

До 1958 г. медь занимала первое среди цветных металлов место по масштабам мирового производства. Теперь она уступает в этом алюминию, но все еще остается дефицитным металлом, требующим заменителей. В электротехнике часть меди стали заменять алюминием – менее электропроводным, но более легким. Это выгодно: расход алюминия по массе почти в два раза меньше, чем меди. На железнодорожном транспорте медь и бронзу частично заменяют цинковыми сплавами. В военной технике патронные гильзы вместо латуни начали делать из стали и только покрывают их слоем латуни – плакируют. Замена меди другими, менее дефицитными металлами и сплавами — важная проблема нашего времени.

Никель

В сравнении с другими тяжелыми цветными металлами никель наиболее прочен, тверд, тугоплавок и стоек против коррозии. Подобно железу и кобальту, он ферромагнитен. Чистый никель пластичен и легко обрабатывается.

Никель сравнительно дорог, и потребление его в чистом виде невелико. Для защиты от коррозии и декоративных целей тонким слоем никеля покрывают изделия из железа, алюминия, магния, цинка и других металлов (никелирование). В виде листов, труб, проволоки его расходуют на особые изделия для химических производств – детали аппаратуры и приборов.

Никель требуется также для производства щелочных аккумуляторов – железоникелевых и никелекадмиевых. Эти аккумуляторы легче, компактнее и надежнее в работе, чем свинцовые. Во многих производствах химической технологии применяют никелевые катализаторы.

Более половины всего никеля потребляется в сплавах с железом. Хромоникелевые, нержавеющие и кислотоупорные стали, содержащие обычно до 8% никеля, хром и другие металлы, широко применяются в химической промышленности и станкостроении, а также для постройки долговечных сооружений, в машиностроении и военной технике. Прочные и износоустойчивые никелистые чугуны, содержащие хром, молибден и медь, нужны для производства мощных двигателей внутреннего сгорания локомотивов, специальных станков и штампов.

Многие никелевые сплавы жаростойки: они не окисляются на воздухе при высоких температурах. Сюда относятся сплавы ЭИ, инконель, нимоник, гастеллой и др., способные работать при температурах до 600 °С. Их применяют для производства турбин реактивных самолетов, газотурбинных установок и в атомных реакторах.

Нихром (75–85 % Ni, 10–20 % Cr, остальное железо) и другие подобные термоэлектрические сплавы никеля не только жаростойки, но и обладают высоким омическим сопротивлением и служат для нагревателей из проволоки или ленты.

Сильномагнитный сплав никеля с железом (пермаллой) и другие сходные с ним сплавы применяются в электротехнике и радиотехнике.

Из сплавов никеля с цветными металлами наиболее важны медноникелевые, о них уже говорилось выше.

Первый металлический никель был получен в Швеции в 1751 г., а производство его для продажи началось только в 1825 г. Долгое время оно оставалось незначительным. Многие ценные свойства никеля не были известны вплоть до начала XX в., поэтому только в 20 столетии спрос на этот металл начал быстро расти.

Теперь потребление никеля во всех странах строго учитывают и принимают меры к экономному его расходованию. Для этого все большую часть никеля в нержавеющих сталях заменяют хромом, а обычные стали покрывают тонким слоем нержавеющей стали (плакирование).

Свинец

Свинец известен с древних времен – не менее двух тысячелетий до н. э. Тогда особенно ценилась легкая обрабатываемость мягкого свинца и его высокая плотность. Из свинца делали монеты, украшения, различные сосуды водопроводные трубы, метательные снаряды для пращей и катапульт. С изобретением пороха свинец стали применять для изготовления картечи, пуль и дроби.

Читать также:  Ручная циркулярная пила с креплением к столу

Стойкость свинца против разбавленной серной, соляной кислот и многих других реагентов сделала этот металл в XIX в. основным материалом возникавшей тогда химической промышленности. Свинец легко прокатывается. Листовой (рольный) свинец толщиной от 2 до 10 мм удобен для покрытия аппаратуры и защиты ее от коррозии.

Оболочки кабелей, предназначенных для долгой работы под землей, в воде или во влажной атмосфере, делают и теперь из свинца, добавляя к нему для большей пластичности небольшие количества других металлов.

Свинцовые аккумуляторы по-прежнему необходимы для зажигания двигателей внутреннего сгорания, несмотря на появление никелевых аккумуляторов, которые значительно дороже. На производство кабелей и аккумуляторов затрачивается около половины всего свинца.

В атомной технике свинец служит защитой от γ – лучей, которые он поглощает лучше многих других материалов.

В военном деле свинец и теперь нужен для изготовления шрапнелей и сердечниковых пуль.

Сплавы свинца отличаются от чистого металла либо большей прочностью и твердостью, либо антифрикционностью; в большинстве своем они еще и стойки против коррозии.

Сплавы с малым коэффициентом трения – баббиты (по фамилии изобретателя Баббита) – подразделяются на оловянистые и безоловянистые. Первые содержат, кроме свинца, олово, медь, сурьму, кадмий, никель и теллур, а вторые – натрий, кальций, теллур и другие элементы. Баббиты легкоплавки, их заливают в жидком виде во вкладыши подшипников или наносят слоем на стальную ленту.

Типографские сплавы для отливки шрифтов содержат, кроме свинца, сурьму, олово и медь. Сурьма придает им твердость, а олово – литейные качества.

В химической промышленности часто применяют сплавы свинца с сурьмой – твердые и стойкие против коррозии.

В сплавах для пайки – припоях свинцом частично заменяется более дорогое и дефицитное олово.

Спрос на свинец постоянно опережает его производство. Поэтому в современной промышленности намечаются все новые пути экономии свинца. Свинцовые оболочки некоторых кабелей теперь стараются заменять пластмассовыми, а антикоррозионные покрытия – синтетическими органическими материалами. Типографские свинцовые сплавы иногда удается заменить сплавами цинка, а в перспективе – пластмассами, когда будут получены пластмассы с хорошими литейными свойствами.

Сведения об истории развития производства цинка различны. По некоторым из них этот металл умели получать в Индии и Китае еще в V в. Промышленное производство цинка в Европе возникло лишь в XVIII в. в Англии, затем в Верхней Силезии.

Сейчас около половины производимого цинка расходуется на покрытие железа для предохранения его от коррозии. Тонкий слой цинка наносят на железо горячим способом либо электролизом. Электролитическое покрытие тоньше и расходуется цинк при этом более экономно; однако из-за более сложного оборудования горячее оцинкование пока применяется чаще, чем электролиз. Цинк надежно предохраняет железо от коррозии на воздухе и в холодной воде. Оцинкование значительно дешевле покрытия оловом – лужения или никелем – никелирования.

Другая важная область потребления цинка – изготовление сплавов, в том числе уже известных нам латуней и нейзильбера.

Сплавами на основе цинка частично заменяют бронзы и баббиты в подшипниках. Эти цинковые сплавы содержат алюминий 8–11 %, медь 1–2 % и магний 0,03–0,06 %. Те же компоненты, но в иных соотношениях с цинком, содержатся в типографских сплавах, сходных по свойствам со свинцовосурьмяными сплавами.

В сравнении с другими цветными металлами цинк дешев, а ресурсы его в известных месторождениях достаточно велики. Поэтому проблема замены цинка другими металлами не возникала. С ростом производства алюминия и снижением его стоимости может оказаться выгодным покрытие железа не цинком, а алюминием – алитирование.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *