Что считать цветным металлом
Первый уровень деления металлов – на чёрные и цветные.
С чёрными проблем нет: это железо и его сплавы(чугун, сталь).
Цветные ранжируют по-разному. Иногда таковыми считаются все металлы, кроме железа и его сплавов (в список включаются благородные, редкоземельные, радиоактивные).
У промышленников своя классификация. Цветные металлы – это бесжелезистые элементы определенного цветового оттенка (отсюда название группы).
Подразделяются на два вида:
- Тяжелые – цинк, медь, олово, свинец, никель.
- Легкие – алюминий, магний, титан.
В ряде стран такие металлы именуются не цветными, а нежелезными.
Сокращенное наименование сегмента цветных металлов – цветмет, черных – чермет.
Железные руды
В чистом виде данный элемент таблицы Менделеева в земной коре содержится в довольно малых количествах (всего 5,5%). Но его очень много в составе различных железных руд.
Наиболее значительными месторождениями (запас составляет более 30 триллионов тонн) являются пласты железистых кварцитов, возраст которых составляет более двух миллиардов лет. Распространены они главным образом в таких местах, как Южная и Северная Америка, Африка, Индия и запад Австралии.
Чермет и цветмет: в чем разница?
Первый фактор, по которому цветные металлы отличаются от черных, – отсутствие магнетизма. У чермета его создает железо.
Чтобы отличить черный металл от цветного, к образцу подносят магнит. Если притянется, – он из черного металла.
Другие характеристики цветмета:
- Пластичнее, легче черных.
- Благодаря отсутствию железа, цветмет устойчивее к коррозии.
- Премиальные механические характеристики при низких температурах. Однако медь, алюминий, магний утрачивают их при нагревании, разрушаясь даже от слабого удара.
- Взаимодействуют с газами (исключая инертные), растворяют их при нагреве.
- Высокая тепловодность, теплоемкость. Это свойство цветмета учитывают сварщики. Для работы требуется термоимпульс, без которого изделие быстро остывает. Поэтому перед сваркой детали (особенно из алюминия, меди, магния) разогревают.
- Прочнее, долговечнее. Неуязвимость к внешнему форс-мажору обеспечивает пленка-оксид на поверхности.
Однако агрессивные внешние факторы (особенно кислородно-влажная среда) влияют на структуру цветмета. Например, оцинкованные поверхности становятся белесоватыми.
У цветмета окисляется только поверхность, в отличие от черных металлов.
Особенности сдачи тяжелых металлов
В любом городе России цветмет можно сдавать в специальные пункты. Каждый пункт функционирует на основе правил приема, которые не слишком отличаются друг от друга. К главным особенностям можно отнести следующие нюансы:
- Принимаются только сгруппированные металлы, по одной партии.
- Классификация тяжелого металла проводится по его внешним признакам, специалист также осматривает маркировку и, при необходимости, проводит химический анализ.
- Сдача осуществляется по массе нетто.
- Любой металл в крупных партиях принимается только на основе документов, подтверждающих, что он находится в собственности.
- Металл не должен входит в список запрещенных законами РФ материалов.
Добыча и обработка
Источник цветмета – рудное сырье. Способы добычи руды традиционны: из шахты либо карьера.
Сырьем занимается цветная металлургия. Это сегмент полного цикла.
Здесь выполняются следующие процессы:
- Обогащение (очистка руд цветных металлов от примесей).
- Плавка.
- Механическая обработка. Материал куют, прессуют, штампуют.
Различают металлургию легких и тяжелых металлов. В обоих видах это затратное, загрязняющее окружающую среду производство.
Второй способ получения сырья – переработка металлолома. Более рентабельный, экологически чистый метод.
По происхождению различают первичный (из руды) и вторичный (из лома) металл.
История цветной металлургии
Цветные металлы сегодня активно используются в машиностроении, химической промышленности, строительстве и многих других областях производства. Благодаря научно-техническому прогрессу сфера применения этого материала постоянно расширяется, а технологии добычи металлов продолжают совершенствоваться.
Со временем использование цветных металлов росло, что стало причиной открытия новых элементов и названий. Все больше металлов начинало использоваться в производстве. В начале 20 столетия применялось около 15 наименований, а уже через 50 лет – в два раз больше. На сегодняшний день используется более 70 различных металлов, что является большинством среди ныне известных.
Рост уровня спроса на тяжелые цветные металлы был обусловлен растущими потребностями военной промышленности (для производства боеприпасов), а вот группа легких использовались в авиаракетно-космической промышленности.
Группа благородных издревле массово используется для изготовления ювелирных изделий и украшений. В 90-х годах 20 столетия 78% золота, 36% платины и 15% серебра использовались именно для этих целей. Если брать другие сферы, где используются благородные цветные металлы, — это электронное производство (золотые контакты в приборах), производство автомобилей (около 43% платины), а серебро использовалось для изготовления кино- и фотоматериалов.
Классификация и сферы применения цветмета
По физическим свойствам цветмет подразделяется на тяжелые и легкие металлы. Сфера использования обоих видов обусловлена свойствами цветных металлов: износостойкостью, легкостью на фоне прочности, пластичностью, устойчивостью к коррозии.
Тяжелые цветные металлы
Данный вид цветмета включает пять названий.
Медь
Номер один в цветмете. Самый распространенный плюс повышенная пластичность, тепло- и электропроводность. Формирует сплавы почти со всеми металлами. Самые популярные – бронза (с оловом), латунь (с цинком), красное золото.
Самородная медь
Золотистый с розоватостью цветмет – основа кабелей, проволоки, труб для термоагрегатов, боеприпасов, бытовых изделий, декора.
Свинец
Самый тяжелый из цветмета, плотный сизовато-серый.
Мягкий (1,5 из 10 по Моосу), режется вручную, царапается ногтем, легко прокатывается до фольги.
Тепло- и электропроводность ниже средних: у меди, например, на порядок больше. Плюс малая стойкость к вибрациям, беззащитность перед гниющей органической массой, растворами извести, бетона.
Идет на аккумуляторы, основу и покрытие проводов, кабелей, электроды, боеприпасы.
Свинец ставит щит радиации, но токсичен, отнесен к химически опасным веществам 1 класса.
Цинк
Легкоплавкий цветмет со сменными свойствами: хрупок при обычной температуре, пластичен при нагреве. Равнодушен к ржавлению, разрушается кислотами либо щелочами.
Используется машиностроителями, металлургами как покрытие железа для предотвращения коррозии.
Олово
Серебристо-белый умеренно блестящий тяжелый металл.
Востребован как компонент сплавов для подшипников, припоев.
Расплавленное олово
Самый экологически чистый в «тяжелом» сегменте цветмета, поэтому используется не только промышленностью, но и в быту (например, как материал крышек для консервации).
Никель
Серебристо-белый с желтоватостью цветмет. Один из лучших катализаторов, обязательный компонент нержавеющих сталей, повышающий химическую стойкость.
Мелкий порошок никеля самовоспламеняется при комнатной температуре.
Востребован изготовителями щелочных аккумуляторов (в том числе для электромобилей) и емкостей для химически агрессивных веществ.
Легкие цветные металлы
Сегмент легких цветных металлов состоит из трех позиций.
Алюминий
Серебристый цветмет – суперпроводник электричества, пластичен. Механические параметры оставляют желать лучшего, поэтому добавляется к сплавам. Они прочны, легки, невосприимчивы к коррозии, большинству агрессивных сред, термовоздействию.
Используется как материал корпуса изделий авиа-, морских судов, электропроводов.
Титан
Блестящий серебристый с голубоватым отливом материал. Легок, прочен, устойчив к коррозии, вязок. Пластичен, хрупким становится при -80°C или большом проценте примесей.
Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты
По прочности цветмет сопоставим со сталью, но вполовину легче. Вдвое прочнее алюминия, однако массивнее всего наполовину. За это ценится строителями ракет, самолетов, судов, нефтяниками.
Заготовка титанового шпангоута истребителя F-15 до и после прессования на штамповочном прессе компании Alcoa усилием 45 тыс. тонн, май 1985
Титан совместим с тканями организма человека, благодаря чему используется пищепромом и как материал экзоскелета, зубных протезов, пирсинга.
Магний
Легкое красивое блестящее вещество.
Благодаря малой плотности цветмет хорошо обрабатывается, устойчив к жару, большинству горючих веществ.
Металлический магний
Однако требует осторожности. В нагретом воздухе сгорает с ярким свечением. Смесь порошка с марганцовкой, другими окислителями порождает взрыв.
Горящий магний затушить водой невозможно.
Группы
Ученые подразделяют цветные металлы на несколько групп:
- Тяжелые.
Олово, медь, никель, цинк, свинец и т.п. Добываются из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. Мировое производство металлов данной категории достигает нескольких миллионов тонн в год. - Легкие.
Алюминий, титан, магний, натрий, калий, кальций, бериллий, стронций, барий и другие элементы этой группы имеют самую низкую удельную массу среди остальных нежелезных металлов. - Благородные.
Золото, серебро, платина, рутений, родий, палладий, осмий и иридий входят в число редких драгоценных металлов и отличаются повышенной стойкостью к окислению и коррозии. - Малые.
Представители группы — ртуть, кобальт, мышьяк, сурьма, висмут и т.п. Добываются в небольшом количестве вместе с тяжелыми металлами. - Тугоплавкие.
Известны как самые износостойкие металлы. К ним относится цирконий, ванадий, хром, вольфрам, молибден и другие элементы с высокой плотностью и температурой плавления. - Редкоземельные.
Представлены 17 металлами серебристо–белого цвета: гольмий, тулий, скандий, самарий, европий, диспрозий, лютеций, прометий и т.д. Обладают одинаковыми химическими свойствами. - Рассеянные.
Рубидий, таллий, галлий, индий, скандий, германий, рений, гафний, селен и т.п. В виде отдельных элементов в природе не встречаются. Добываются из полезных ископаемых и руд других металлов. - Радиоактивные.
Уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий и другие элементы, полученные в результате ядерных реакций. Такие металлы испускают нейтроны, протоны, альфа– и бетачастицы или гамма–кванты.
Вторичное использование цветмета
Использованный цветмет не утилизируют по многим причинам.
Переработка – дело выгодное
Первичное производство цветмета (из руд) – затратный, трудоемкий, экологически проблемный процесс. Поэтому закономерно стремление предприятий оптимизировать расходы. То есть перерабатывать цветной металлолом. Стоимость процесса впятеро дешевле переработки первичного сырья.
Вторичное использование лома цветмета выгодно: предприятие экономит деньги, попутно избегая штрафов за загрязнение окружающей среды.
Сдатчики цветмета тоже получают неплохие деньги. Поэтому на промышленных предприятиях отработана практика складирования такого металлолома для сдачи на пункт приема либо меткомбинат.
Какой лом берут на переработку
Металлолом подразделяют на два вида:
- Бытовой – корпус, детали отслужившей бытовой техники, гаджетов, кабели.
- Промышленный – не подлежащее ремонту оборудование, изношенные элементы конструкций, стружка, другие отходы, отбраковка производства.
Для переработки годится алюминиевый, медный, никелевый, свинцовый, цинковый, оловянный, титановый лом. Плюс сплавы (бронза, латунь), лом смешанного состава.
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).
Алюминий
Относится к легким металлам. Имеет серебристый цвет и точку плавления около семисот градусов. В промышленных условиях используется в сплавах. Он применяется везде, где нужен металл. У алюминия плотность низкая, а прочность – высокая. Этот металл легко режется, пилится, сваривается, сверлится, паяется и сгибается.
Сплавы образует с металлами различных свойств, такими как медь, никель, магний, кремний. Они обладают большой прочностью, не ржавеют при неблагоприятных погодных условиях. У алюминия высокая электро- и теплопроводность.
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: Флюс для пайки аккумуляторов
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.
Титан
Это легкий металл. Он не магнитен. Имеет серебристый цвет с отливом голубоватого тона. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Но у титана маленькая электропроводность и теплопроводность. Теряет механические свойства при температуре 400 градусов, приобретает хрупкость при 540 градусах.
Механические свойства титана повышаются в сплавах с молибденом, марганцем, алюминием, хромом и другими. В зависимости от легирующего металла, сплавы имеют разную прочность, среди них есть и высокопрочные. Такие сплавы применяются в самолетостроении, машиностроении, судостроении. Из них производят ракетную технику, бытовые приборы и многое другое.
Свинцовые соли – опасность для природы и человека
Как было сказано, свинец – это тяжелый металл, опасный для внутренних органов. Он поражает мозг, печень и опорно-двигательный аппарат. Соли свинца имеют способность скапливаться в костных тканях человека. Для их выявления в теле, делают анализ крови.
Особенно сильно свинцовые соли сказываются на детях дошкольного возраста. Абсорбция металла в их тело в 4-5 раз выше, чем в тело зрелого человека. Накопленный свинец плачевно сказывается на беременности, нанося непоправимый вред плоду. Он влияет на интеллектуальные способности, умение концентрироваться, усваивать знания.
Безопасная доля свинцовых солей в крови не установлена. Однако доказано, что по мере усиления их воздействия усугубляется тяжесть признаков отравления. Описанные выше отклонения в развитии могут быть вызваны даже самым малым содержанием элемента – 5 мкг/дл.
Медь
Цветные металлы, список которых представлен выше, в промышленности используются не все. В данном случае речь идет о распространенном тяжелом металле – меди. У нее высокая теплопроводность, электропроводность и пластичность.
Сплавы меди нашли широкое применение в такой отрасли промышленности, как машиностроение, а все благодаря тому, что этот тяжелый металл хорошо сплавляется с другими.
Важность переработки
Как видим, свинец – непростой элемент Менделеевской таблицы. Он может быть как полезным, так и опасным для человека, потому что вызывает отравление. Чтобы уменьшить не контролированное распространение в мире, рекомендуется собирать его для переработки.
Производство изделий из переработанного металла снижает загрязнение природы и риск для человека. Существуют способы, позволяющие очистить элемент от других веществ, которые были выработаны в процессе эксплуатации, и пустить его во вторичное использование.
В Москве и других городах России открыты пункты приема, которые активно скупают у населения изделия с содержанием свинца. Преимущественно, АКБ и кабели.
Передав металл для дальнейшего производства, человек помогает не только себе, но и будущим поколениям. Крайне нежелательно отвозить изделия с содержанием свинцовых солей на свалку. Металл легко проникает в почву и воду. При горении (а пожары часто возникают на свалках) свинец выделяет в воздух ядовитые пары. Именно поэтому настоятельно рекомендуется обращаться в пункты приема металла и сдавать свинец на переработку и в дальнейшее производство. Сегодня средняя цена за 1 кг элемента составляет от 75 рублей.
