Группа легких цветных металлов
К наиболее распространенным способам классификации цветмета по его физико-химическим свойствам относится распределение на семь групп, среди которых выделяются так называемые тяжелые и легкие цветные металлы. Данное условное определение основано на показателе плотности материала. В основной список входят алюминий, магний, титан, литий, олово, бериллий. К этой же группе относятся кадмий, таллий, галлий, висмут, индий и другие элементы. Производство легких сплавов является крайне энергозатратным, поэтому предприятия, специализирующиеся на этой области металлургии, размещаются непосредственно вблизи источников дешевой энергии.
Специфические особенности
Несмотря на принадлежность к общей группе, разные легкие цветные металлы имеют специфические свойства, отличающие их друг от друга, а также обуславливающие ценность конкретного материала и область его применения. Чтобы лучше понять эти нюансы, стоит подробнее рассмотреть основных представителей данного вида цветмета.
Пожалуй, наиболее типичным примером легкого цветного металла, хорошо знакомого самому обширному кругу пользователей, является алюминий. Материал пластичен и легко обрабатывается, за счет чего чрезвычайно популярен в широчайшем спектре производств – от космической и авиационной промышленности до изготовления кухонной посуды. Окисная пленка надежно защищает поверхность алюминиевых изделий от негативного воздействия окружающей среды, агрессивных веществ. К главным свойствам относятся:
- высокая тепло- и электропроводность;
- стойкость к коррозии;
- высокая пластичность;
- малая плотность.
В отличие от алюминия, магний характеризуется низкой пластичностью, поэтому в качестве конструкционного материала практически не рассматривается. Он обладает следующими свойствами:
- способность к образованию гидроокиси;
- высокая температура плавления;
- повышенная стойкость к коррозии;
- усиление механических показателей.
Самый легкий цветной металл – литий, который, как правило, используется для сплавов и незаменим для работ с оптикой, лазерами, а также производства анодов. При изготовлении электролитов для щелочных аккумуляторов применяется гидроксид, а в керамическом производстве – силикат и алюминат лития. Свойства этого элемента делают его весьма полезным для металлургической и военной промышленности, а также для медицины, фармацевтики, термоядерной отрасли.
Химия постпереходных металлов[ | ]
Согласно второму утверждению, переходные элементы имеют либо незаконченную d-подоболочку, либо имеют способность к формированию незаконченной d-подоболочки. В 2007-м году был синтезирован фторид ртути(IV)[6][7]. Это соединение содержит в себе атом ртути с незаконченной d-подоболочкой. По аналогии с этим коперницию предсказано существование такого же свойства, то есть у него предположительно должна формироваться аналогичная электронная конфигурация. В этом случае постпереходные металлы включают в себя только цинк и кадмий.
Существует определение, не данное ИЮПАК, которое приравнивает постпереходные металлы к элементам d-блока. В этом случае вся 12-я группа может содержать переходные элементы. Это определение не принято и не обговорено[8].
Сурьма считается металлоидом, металлом, а иногда и постпереходным элементом[8]. Алюминий не является ни переходным, ни постпереходным металлом, так как он не имеет d-подоболочки и расположен выше переходных элементов в таблице.
Сплавы с участием легких цветных металлов
В чистом виде цветмет находит применение не так часто, как в качестве составляющих разнообразных сплавов. К примеру, хорошо знакомая бронза есть не что иное, как сочетание меди с алюминием, оловом, марганцем, свинцом и рядом других элементов. За счет хороших литейных характеристик материал широко используется для изготовления сантехнического оборудования (вентилей, кранов), осветительных устройств, предметов декора и прочих изделий.
Силумин также обладает высокими литейными характеристиками, сочетает свойства алюминия и кремния – пластичность, гибкость, твердость. Путем модифицирования эти механические характеристики силуминов можно заметно улучшить, благодаря повышению степени дисперсности кристаллов. Еще один сплав с алюминиевой основой – дюралюминий. Наряду с алюминием здесь присутствуют марганец, медь, кремний, магний и другие элементы, относящиеся к разным группам. Технические свойства дюралюминия повышаются посредством термической обработки.
Металлопрокат
К легким относятся металлы, плотность которых менее 4500 кг/м3. К наиболее широко применяемым легким металлам относятся алюминий, магний и титан.
Алюминий
— серебристо-белый с несколько тусклой, покрытой пленкой окиси поверхностью металл. Его плотность 2700 кг/м3, температура плавления 660°C. Основными свойствами алюминия является легкость, пластичность, высокая электро- и теплопроводность, морозостойкость, коррозионная и химическая стойкость (устойчив против действия органических и азотной кислоты), хорошая свариваемость и обработка прокаткой, ковкой и волочением.
Алюминий — самый распространенный в земной коре металл. Однако из-за высокой химической активности в свободном состоянии в природе не встречается, а сосредоточен в бокситах, нефелинах, каолинах, алунитах и др. Наиболее ценная руда, содержащая до 50 % окиси алюминия,— бокситы. Полупродукт химической переработки алюминиевых руд — глинозем. Из него посредством электролиза получают металл.
Технический алюминий выпускается в чушках. В зависимости от химической чистоты различают следующие марки алюминия:
§ особой чистоты — А999 (примесей не более 0,001 %);
§ высокой чистоты — А995, А99, А97, А95 (примесей 0,005—0,05%);
§ технической чистоты — А85, А8, А7, А6, А5, АО, AE (примесей 0,15—1,0%).
Алюминий особой чистоты применяется в полупроводниковой и ядерной технике, высокой чистоты — для изготовления электрических конденсаторов, химической аппаратуры, технической чистоты — для изготовления кабельных изделий, проката, посуды, алюминиевого порошка и пудры, а также сплавов.
Как конструкционный материал алюминий в основном используется в виде сплавов. Это объясняется его невысокими механическими свойствами, труднообрабатываемостью резаньем, а также значительной линейной усадкой. Основными компонентами алюминиевых сплавов являются марганец, медь, кремний, магний, цинк, титан, хром и др.
Алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые (для изготовления листов, лент, труб, профилей и др.), литейные (для получения отливок), припои (для пайки алюминиевых сплавов) и подшипниковые.
Деформируемые
алюминиевые сплавы обладают высокой пластичностью, вследствие чего легко поддаются обработке давлением, хорошо свариваются, устойчивы против коррозии. В зависимости от способности упрочняться термической обработкой они подразделяются на сплавы не упрочняемые и упрочняемые термообработкой (закалкой, старением, отжигом).
К сплавам, не упрочняемым термообработкой, относятся технический алюминий (АД0 и АД1), а также сплавы алюминия с магнием (магналии) или марганцем (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АМц). Они упрочняются только холодным деформированием и применяются для сварных и клепаных деталей конструкций, эксплуатируемых при сравнительно небольших нагрузках и в коррозионно-активных средах. К сплавам, упрочняемым термообработкой, относятся дуралюмины, авиали, высокопрочные, ковочные и жаропрочные.
Дуралюмины — это сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем Они выпускаются марок Д1, Д16п; Д18п, ВД17, Д19, В65 и применяются для изготовления деталей средней и повышенной прочности, подвергающихся переменным нагрузкам (детали самолетов, автомобилей, строительные конструкции и др.).
Авиали — сплавы алюминия с магнием и кремнием Они выпускаются марок AB, АД31, АД33, АД35 и применяются для изготовления деталей средней прочности, а также деталей, подвергающихся гибкой деформации как в холодном, так и в горячем состоянии (лопастей, винтов вертолетов, деталей двигателей, переборок судов, корпусов электромоторов, трубопроводов и др.).
Высокопрочные — это сплавы, состоящие из алюминия, цинка, магния, меди, марганца и хрома. Они выпускаются марок В92, В93, В94, В95, В96, ВАД23. Их недостаток — пониженная коррозионная стойкость.
Ковочные сплавы отличаются высокой пластичностью при температурах 380—450°C и поэтому применяются для изготовления штамповок и поковок сложной формы, средней и повышенной прочности, невысокой коррозионной стойкости. К ним относятся сплавы марок АК6, АК8.
Жаропрочные сплавы применяются для изготовления деталей, работающих при температуре до 300°C (головки блока цилиндров, поршни, детали компрессоров и турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и др.). К ним относятся сплавы марок АК2, АК4, АК4-1, Д20 и Д21.
Литейные
алюминиевые сплавы обладают высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, хорошими механическими свойствами и сопротивляемостью коррозии, что достигается введением в их состав большего, по сравнению с деформируемыми сплавами, количества легирующих элементов.
В зависимости от основных компонентов литейные алюминиевые сплавы выпускаются пяти групп, в том числе сплавы на основе алюминия и магния (АЛ8, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ29), алюминия и кремния (АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ7, АЛ78, АЛ9, АЛ9В), алюминия и меди (АЛ7, АЛ7В, АЛ 19), алюминия, кремния и меди (АЛ3, АЛ5, АЛ6, АЛ10В, АЛ4М, АЛ32 и др.) и многокомпонентные (АЛ1, АЛ 16В, АЛ17В, АЛ18В, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛ25, АЛ26, АЛ30).
Наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами являются силумины (сплавы на основе алюминия и кремния).
Для улучшения характеристик литейных алюминиевых сплавов производят их рафинирование (обработку смесью хлористых и фтористых солей калия и натрия или нейтральными газами (азотом, хлором, аргоном) с целью снижения содержания газов и неметаллических примесей) или модифицирование (обработку смесью фтористых и хлористых солей натрия с целью улучшения структуры силуминов и повышения их механических и литейных свойств).
Подшипниковые
алюминиевые сплавы выпускаются марок А03—1, А09—2, А020—1 и др.
В маркировке алюминиевых сплавов буквами обозначаются компоненты (А — алюминий, К — кремний, Мц — марганец, Mг — магний), назначение (Д — деформируемые, Л — литейные) или свойства (В — высокопрочный, M — мягкий отожженный, Π — полунагартованный, H — нагартованный). Буквой Д обозначаются также дуралюмины. Цифры, следующие за буквами маркировки, обозначают или порядковый номер сплава, или процентное содержание соответствующего элемента. У высокопрочных сплавов на первом месте цифровой маркировки проставляется цифра 9.
Магний — серебристо-белый, покрытый окисной пленкой, металл плотностью 1740 кг/м3, температурой плавления 651°C. Основными свойствами магния являются малая плотность (один из самых легких металлов), хорошая обрабатываемость резаньем, стойкость к действию керосина, бензина и минеральных масел, однако он не стоек в водных растворах солей, кроме фтористых, и растворяется во многих кислотах. Магний немагнитен, имеет невысокие литейные и упругие свойства, корродирует во влажном воздухе. Порошкообразный магний или магниевая лента легко загорается от спички и горит белым пламенем.
В природе магний встречается в виде карбонатов, силикатов, хлоридов и сульфатов. Для его получения используют магнезит, доломит, карналлит, бишофит и отходы некоторых производств.
Магний выпускается марок Мг96 (не менее 99,96 % Mg), Мг95 (не менее 99,95% Mg) и Мг90 (не менее 99,90 % Mg) в виде чушек массой до 8 кг. Он примениется в качестве компонента сверхлегких и жаропрочных сплавов, высокопрочного чугуна, в химической промышленности и пиротехнике.
Магниевые сплавы
представляют собой соединения магния с алюминием, цинком, марганцем и другими металлами. Они выпускаются
литейные
(МЛ2, МЛ15, МЛ19) и
деформируемые
(MAl, МА2, МА8 и др.). Цифра в маркировке обозначает порядковый номер, зависящий от химического состава.
Титан — металл серебристого цвета с голубоватым отливом плотностью 4505 кг/м3, температурой плавления 1668°C. Он отличается высокими прочностными свойствами (при температурах до 400°C), коррозионной устойчивостью, в том числе и во многих агрессивных средах, малой тепло- и электропроводностью, немагнитен. Механические свойства титана снижаются при нагреве до температур свыше 400°C, а при температуре 540°C он становится хрупким.
Исходным сырьем для производства титана является ильменит, рутил, сфен или титанит, перовскит и др.
Технический титан
выпускается марок BT1-00 (99,53% Ti), BT1-0 (99,48% Ti) i BT1-1 (99,44% Ti). Чем меньше примесей, тем ниже прочность, но выше пластичность Технический титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается (в среде аргона), однако его обработка резаньем затруднена.
Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, оловом, ниобием и др. Получаемые сплавы по прочности подразделяются на повышенной пластичности, невысокой
и
средней прочности
и
высокопрочные, а
по назначению — на
литейные
(BT1Л, ВТ5Л, ВТ6Л и др.) и
деформируемые
(от 4—0, ВТ5—1, ВТ8, ВТ9, ВТ22 и др.) Цифры в маркировке показывают среднее процентное содержание компонентов сплава.
Титановые сплавы
применяются в химическом машиностроении (колонны, башни, адсорберы, фильтры, насосы, теплообменники, работающие в среде хлора и его растворов, в азотной кислоте), самолетостроении (обшивка самолетов, детали двигателя), ракетной технике, судостроении, тяжелом и энергетическом машиностроении, для изготовления бытовых приборов и др.
Особенности сдачи легких сплавов
В настоящее время физические и юридические лица имеют возможность получить прибыль от сдачи цветмета в специализированные пункты приема. Стоимость лома определяется рядом факторов, среди которых качество материала, чистота его химического состава, категория и прочие параметры. Также имеют значение актуальные расценки на рынке, тарифы конкретной принимающей компании.
Формальная сторона вопроса сдачи любого лома, в том числе легких цветных металлов, имеет свою специфику. Право на такое мероприятие есть у каждого, но реализуется оно по-разному. Например, если сдача цветмета производится юридическим лицом – организацией, предприятием или представителем малого бизнеса (ИП), – то потребуется специальная лицензия. На физических лиц данное требование не распространяется, однако следует учитывать несколько правил:
- к приемке допускается только собственный лом (при наличии документов, подтверждающих право на владение);
- подлежащий сдаче цветмет должен входить в реестр материалов, принимаемых без лицензии;
- сдача лома нелегальным пунктам приема может иметь весьма неприятные последствия в соответствии с действующим законодательством.
Помимо сугубо меркантильного интереса сдача цветных металлов привлекательна с точки зрения экологии, сохранения запасов природных ресурсов. Переработанный лом снова идет на изготовление необходимой продукции, причем производство из вторсырья оказывается дешевле, чем при использовании руды. С учетом того, что потребность промышленности в ломе неуклонно растет, тогда как природные запасы сырья стремительно сокращаются, замкнутый производственный цикл является наиболее рациональным. Таким образом, каждый, кто сдает сдает лом цветмета, не только повышает собственное благосостояние, но и действует во благо общества в целом.
