Цветной металл

Цветной металлопрокат используется практически во всех сферах промышленности. Автомобилестроение, авиастроение, космическая отрасль, корабле- и судостроение, строительство зданий, радиотехника, производство бытовой техники и другого оборудования – во всех этих отраслях используются различные цветные металлы, и этот перечень можно продолжать очень долго. Вид применяемого материала в конкретной области зависит от его предназначения и свойств.
Некоторые материалы используются для изготовления украшений. К таким веществам можно отнести платину, золото и серебро. Также эти материалы применяются и в других отраслях.
Наиболее распространенными цветными металлами являются медь, алюминий, цинк, олово, титан, свинец и другие. В общем, цветных металлов насчитывается большое количество. Все они применяются для изготовления тех или других изделий. Объединяет эту группу один важный критерий – отсутствие железа.

Цветной металлопрокат дополнительно делится на две большие подкатегории:
Сортовой. К этой группе изделий можно отнести проволоку, шестигранники, профиль и различные прутки. Изготавливаются они практически изо всех видов цветных металлов, начиная из самых распространенных, таких как алюминий, медь, и закачивая различными сплавами. Сортовой прокат нашел применение в изготовлении электротехнических изделий. Профиль из алюминия используется при проведении различных строительных и ремонтных работ.
Листовой. К этому виду проката относятся различные ленты, полосы и листы. Применяется в строительстве, машиностроении, военной промышленности и многих других сферах. Часто используется как материал для дизайнерского оформления интерьеров и экстерьеров зданий.

На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Различия их в специализации объясняются несхожестью географии лёгких металлов (алюминиевая, титано-магниевая промышленность) и тяжёлых металлов (медная, свинцово-цинковая, оловянная, никель-кобальтовая промышленности).

Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено к районам добычи сырья.
- По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также по выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район, на территории которого выделяются Красноуральский, Кировградский, Среднеуральский, Медногорский комбинаты.
- Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерчинское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток).
- Центром никель-кобальтовой промышленности являются города Норильск (Восточная Сибирь) и Мончегорск (Северный экономический район), а также поселок городского типа Никель (Мурманская область).

Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии — важнейший принцип их размещения.
- Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (город Североуральск), нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах добычи выделяют окись алюминия — глинозём. Получение из него металлического алюминия требует больших затрат электроэнергии. Поэтому алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской и др.)
- Титано-магниевая промышленность размещается преимущественно на Урале, как в районах добычи сырья (Березниковский титано-магниевый завод), так и в районах дешёвой энергии (Усть-Каменогорский титано-магниевый завод). Заключительная стадия титано-магниевой металлургии — обработка металлов и их сплавов — чаще всего размещается в районах потребления готовой продукции.

Цветными металлами являются:
- золото, серебро, платина (драгоценные металлы);
- алюминий, титан, магний, литий, бериллий (легкие);
- медь, олово, свинец, цинк, кобальт, никель (тяжелые);
- ниобий, молибден, цирконий, хром, вольфрам (тугоплавкие);
- индий, галлий, таллий (рассеянные);
- скандий, иттрий и все лантаноиды (редкоземельные);
- радий, технеций, актиний, полоний, торий, франций, уран и трансурановые элементы (радиоактивные).

Перечень цветных металлов.

Актиний.
Акти́ний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac (лат. Actinium). Не имеет стабильных изотопов. При нормальных условиях представляет собой тяжёлый серебристо-белый металл.

Алюминий.
Алюминий по праву занимает одну из лидирующих позиций как в добыче, так и в применении среди всех цветных металлов. Это объясняется тем, что добывать его сравнительно легко и дешево. Кроме этого он имеет и другие достоинства: легкость в переработке, небольшой вес, высокие показатели тепло- и электропроводности, стойкость к появлению коррозии.
Алюминий — мягкий металл белого цвета. Он добывается путем электролиза из алюминиевой руды — бокситов и хорошо поддается прокатке и ковке. Особенностями алюминия являются легкость, хорошая электропроводность (60% электропроводности меди) и высокая коррозийная стойкость.
По ГОСТ 3549-55 алюминий выпускается нескольких марок. Самой высокой по чистоте является марка АВ0000, содержащая 99,996% алюминия. Из алюминия изготовляют провода, кабели, змеевики (испарители) в холодильниках и т. д. Окислы алюминия безвредны.
Сам по себе чистый алюминий не так популярен как сплавы с его использованием. Наиболее распространенной композицией является дюралюминий. Для его производства алюминий соединяют с магнием. Без этого сплава невозможно представить авиастроение, космонавтику, строительство и др. Также очень часто алюминий соединяют с медью, кремнием и цинком.
Материалы, полученные путем соединения алюминия с другими веществами, обладают большей популярностью, чем этот металл в чистом виде. Это объясняется тем, что без добавок он не обладает достаточной прочностью, которая многократно увеличивается при добавлении других компонентов.

Бериллий.
Бериллий - четвертый элемент таблицы Менделеева, обладающий чрезвычайно странными свойствами. У него всего четыре электрона, причем все они расположены на s-орбиталях, и никаких свободных мест для новых электронов у него нет. Поэтому в химические реакции бериллий вступает неохотно, разве что встретится ему элемент, способный отобрать электроны, — вроде галогена. Казалось бы, следуя в ряду за литием, который становится жидким уже при нагреве до 180оС и предшествуя в столбце магнию, плавящемся при 650оС, он не должен выдерживать высокие температуры. Ан нет, его температура плавления — 1283оС, что лишь на 367 градусов меньше, чем у железа. Бериллий по всем приметам металл, но его атомы, помимо металлической, связаны еще и ковалентной связью, что сказывается на механических свойствах: бериллий твердый — может резать стекло, — и хрупкий. А еще он чрезвычайно легкий, все-таки четвертый элемент.

Бронза.
Бронза — это сплав меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Название бронзы зависит от второго компонента. Важнейшими из бронз являются оловянистые, свинцовистые, алюминиевые и кремнистые.
Бронзы маркируют следующим образом: сначала пишут буквы Бр., означающие бронзу, затем буквы, показывающие, какие элементы введены в бронзу, и далее цифры, указывающие на содержание этих элементов в процентах. Например, бронза марки Бр.ОЦС6-6-3 означает, что в ней содержится 6% олова, 6% Цинка, 3%. свинца и остальные (85%) медь.

Ванадий.
Ванадий – серебристо-белый металл, отличающийся высокой пластичностью. В чистом виде используется редко, его основное предназначение – повышение коррозионной стойкости и улучшение механических свойств стали, применяемой в автомобилестроении.

Вольфрам.
Вольфра́м — химический элемент с атомным номером 74 в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом W (лат. Wolframium). При нормальных условиях представляет собой твёрдый блестящий серебристо-серый переходный металл.
Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод, но он существует в жидком виде только при высоких давлениях. При стандартных условиях вольфрам химически стоек.

Галлий.
Галлий – легкий металл с атомным номером 31 знаменит, прежде всего, тем, что он первый стал неопровержимым доказательством гения Менделеева и укрепил позиции его периодической системы. Как мы все помним из уроков химии, Менделеев не просто предсказал три элемента из своей таблицы, но и очень точно описал их свойства.
Галлий мягкий, серебристый металл. Он не подвержен атмосферному окислению и не тускнеет. Основная особенность галлия, это строение его атомной решетки – она состоит не из атомов, а из двухатомных молекул Ga2. Связь между молекулами галлия очень слабая, что и определяет температуру плавления галлия – около 30С. При этом в жидком виде элемент необычайно устойчив и, кроме того, жидкий галлий тяжелее и плотнее и его теплопроводность увеличена.

Золото.
Золото – химически стойкий металл. Процесс окисления не запускается даже при расплавленном его состоянии. Растворить металл способна только смесь из соляной и азотной кислот («царская водка»). Обладает высокими тягучими показателями, хорошо поддаётся обработке.

Индий.
Индий – светло-серебристый и очень блестящий металл, напоминающий цинк. В Периодической системе он относится к третьей группе, стоит под номером 49 и обозначается символом In.
Индий плавится при температуре +156,5 °C и кипит при +2072 °C. Он легко поддается ковке и другому механическому воздействию и вполне мог бы использоваться в ювелирных изделиях. Однако из-за высокой мягкости он быстро деформируется. Металл без труда можно согнуть, разрезать ножом и даже поцарапать ногтем.

Иттрий.
Иттрий – высокотехнологичный металл. Он подвергается как холодной, так и горячей обработке давлением: штамповка, ковка, протяжка и прочее. Не имеет склонности к образованию трещин при повышенных температурах. Запасы иттрия. Иттрий входит в тридцатку самых распространённых металлов на планете Земля. Его массовая доля от общего объема земной коры составляет 0,0028%. Концентрация иттрия в морской воде значительно меньше и равно 0,3 мг на 1000 литров.

Кадмий.
Кадмий – вещество белого цвета с ярким металлическим блеском. Наряду с повышенной твёрдостью легко режется ножом. По своим свойствам близок к ртути и цинку. В чистом виде ядовит для любых живых существ.

Кобальт.
Кобальт – вещество серебристого цвета с желтоватым или синеватым оттенком. Сплавы на его основе используются для производства инструментов, деталей медицинского оборудования.

Лантаноиды.
Лантаноиды это уникальные химические элементы, объединенные в одну общую группу, состоящую из 15 наименований. Все представители данного семейства являются редкоземельными металлами, имеют стабильные изотопы и фактической классификации все они подверглись относительно недавно, не более 100 лет назад. До 1920 года о некоторых лантаноидах химики знали, однако из-за их сходных свойств часто путали друг с другом, и абсолютно не представляли практическую пользу их использования.

Латунь.
Латунь – сплав меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Медные сплавы (латуни), предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литейными, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей пластическим деформированием – сплавами, обрабатываемыми давлением.
Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Обладают хорошими литейными свойствами.
Латуни, применяются в основном для изготовления деталей штамповкой, вытяжкой, раскаткой, вальцовкой, т.е. процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Из латуни изготавливаются гильзы различных боеприпасов.
В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни. Простые латуни содержат только Cu и Zn. Специальные латуни содержат от 1 до 8% различных легирующих элементов, повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.
Алюминий, марганец и никель повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью и свариваемостью.

Литий.
Литий (химический символ - Li; лат. Lithium) - элемент первой группы, второго периода периодической системы химических элементов с атомным номером 3. Простое вещество литий - это мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. Литий – самый лёгкий металл, по своей лёгкости занимает первое место среди других металлов. Он имеет удельный вес 0,59, вследствие чего плавает не только на воде, даже на нефти.

Магний.
Магний – вещество серебристо-белого цвета. Оксидная плёнка металла довольно стойкая к агрессивным воздействиям окружающей среды, её разрушение происходит при нагреве до 600°С. При этой же температуре с ошеломительной скоростью сгорает и магний. Основное применение он находит в военной промышленности и при производстве пиротехнических изделий. В виде сплавов – в автомобилестроении и авиации.

Медь.
Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17% железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии. Позволяет использовать ее в качестве кровельного материала ответственных зданий.
Температура плавления меди 1083°С. Кристаллическая решетка гранецентрированная кубическая ГЦК. Плотность меди 8,94 г/см3 . Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохо резанием.
Литейные свойства меди низкие из-за большой усадки.На электрические свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия ухудшают электропроводность даже в сотых долях процентного содержания. Из меди марки М1 производят медный лист , пруток, медную ленту, трубку. Электротехническую медную проволоку производят из меди марки ММ.

Молибден.
Молибден (лат. molybdaenum) — химический элемент с атомным номером 42 и атомной массой 95,94. Обозначается символом Mo. Это ковкий переходный металл, который имеет серый цвет со стальным оттенком в свободном состоянии и становится серо-черным в диспергированном виде. Открыто порядка 20 минералов молибдена, а в свободном виде он не встречается. Название металла происходит из греческого слова «молибдос», что в переводе означает «свинец».

Никель.
Никель – металл серебристо-белого цвета. Пластичный, за счёт чего упрощается процесс обработки. Является ферромагнетиком. Зачастую, никель используют в виде сплавов со сталью, железом, хромом, золотом, серебром, магнием и пр. В чистом виде он служит материалом для изготовления труб, листов, спиралей и т.д.

Ниобий.
Ниобий – металл серого цвета с ярким стальным блеском. Обладает парамагнитными свойствами, имеет очень высокий показатель тугоплавкости. Широко применяется в авиационной промышленности и радиотехнике.

Олово.
Олово – металл белого или серого цвета, темнеющий при переходе в порошкообразное состояние. Имеет невысокую температуру плавления (232°С) и хорошую пластичность даже в холодном виде. В соединении с висмутом и кадмием олово используется для производства надёжных крепёжных элементов.

Платина.
Платина – среди ювелиров ценится превыше всего, используется в чистом виде. Имеет замечательные антикоррозийные свойства и высокую стойкость к любым химическим реактивам и деформациям.

Полоний.
Поло́ний — радиоактивный химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), 6-го периода в периодической системе Д. И. Менделеева, с атомным номером 84, обозначается символом Po (лат. Polonium). Относится к группе халькогенов. При нормальных условиях представляет собой мягкий радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

Радий.
Радий – радиоактивный серебристо-белый металл. В таблице Менделеева значится под символом Ra (лат. Radium) и номером 88. Радий светится в темноте, отсюда и название металла (лат. radius — луч; в древнеегипетской мифологии Ра – бог солнца.)
Радий обладает высокой химической активностью. На воздухе темнеет; вступает в реакцию с водой.
Радий получают путем выделения из урановой руды (металлический радий – путем электролиза). Первая крупинка чистого радия была получена в ХХ в. Марией и Пьером Кюри, и на это потребовалось 12 лет. По затратам на свое производство радий тогда превосходил все остальные металлы (1 г радия стоил дороже, чем 200 кг золота). Предполагалось, что этот «самосветящийся» металл станет новым мощным источником тепла и света, однако впоследствии выяснилось, что воздействие радиации на организм опасно.

Ртуть.
Ртуть – металл, имеющий жидкое агрегатное состояние. Много лет применяется в медицинской отрасли (в термометрах) и передовых технологиях (в датчиках положения, ионных двигателях).

Свинец.
Свинец – это токсичный металл серого цвета. Несмотря на своё свойство, он крайне востребован в автомобильной, оружейной и медицинской отраслях промышленности. Свинец имеет небольшую температуру плавления (327°С), он податлив и легко прокатывается в тончайшие листы. Его соединения добавляют в топливо для улучшения качественных характеристик последнего, но одновременно при эксплуатации транспорта выхлопные газы существенно загрязняют окружающую среду.

Серебро.
Серебро – ковкий и пластичный металл. Имеет очень высокие показатели тепло- и электропроводимости. Несмотря на свою пластичность, он весьма тугоплавкий. Не окисляется под воздействием кислорода.

Скандий.
Ска́ндий (химический символ — Sc; лат. Scandium) — элемент третьей группы (по старой классификации — побочной подгруппы третьей группы), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 21. Простое вещество скандий — лёгкий металл серебристого цвета с характерным жёлтым отливом. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Sc с гексагональной решёткой типа магния, β-Sc с кубической объёмноцентрированной решёткой, температура перехода α↔β 1336 °C. Относится к редкоземельным элементам.
Сурьма.
Сурьма – серебристо-белый металл, имеющий синеватый оттенок. Крайне хрупкое вещество, измельчить которое можно даже пальцами рук. Используется в виде сплавов, существенно увеличивая твёрдость соединённого с ней металла. Кроме промышленного применения, сурьма пользуется популярностью и в медицинской отрасли – она эффективна для лечения воспалительных заболеваний слизистой оболочки глаз.

Таллий.
Таллий - это элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов, шестого периода, атомный номер 81. Обозначается символом Tl (лат. Thallium). Относится к группе тяжёлых металлов. Простое вещество таллий - мягкий чрезвычайно токсичный металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком.
Тантал.
Тантал – вещество серебристого цвета, имеющее высокую твёрдость и плотность. Несмотря на это, легко поддаётся обработке. Применяется в металлургической, химической и ядерной отраслях промышленности.

Технеций.
Техне́ций — элемент седьмой группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы седьмой группы), пятого периода периодической системы химических элементов, атомный номер — 43. Обозначается символом Tc (лат. Technetium). Простое вещество технеций — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета. Самый лёгкий элемент, не имеющий стабильных изотопов. Первый из синтезированных химических элементов. Только около 18 000 тонн естественно образовавшегося технеция могут быть найдены в любой момент времени в земной коре. Природный технеций является продуктом самопроизвольного деления урановой руды и ториевой руды или продуктом захвата нейтронов в молибденовых рудах. Наиболее распространенным природным изотопом является Tc-99. Весь остальной технеций на Земле произведен синтетически как продукт деления урана-235 и других делящихся ядер в ядерных реакторах всех типов (энергетических, военных, исследовательских, пропульсационных и т.п.) и в случае переработки отработанного ядерного топлива извлекается из ядерных топливных стержней. Либо, при отсутствии переработки, обеспечивает их остаточную радиоактивность 2 млн и более лет.

Титан.
Титан – весьма тугоплавкое вещество, обладающее повышенной прочностью и устойчивостью к деформации. Его особенность – парамагнитное свойство. В чистом виде применяется для изготовления различных заготовок, в виде сплавов – для производства деталей и механизмов повышенной прочности и износостойкости.

Торий.
Торий — химический элемент, принадлежащий к актиноидам; тяжёлый слаборадиоактивный металл. Впервые торий выделен Йёнсом Берцелиусом в 1828 году из минерала, позже получившего название торит (содержит силикат тория). Первооткрыватель назвал элемент по имени бога грома из скандинавской мифологии — Тора. Торий почти всегда содержится в минералах редкоземельных элементов, которые служат одним из источников его получения. Содержание тория в земной коре — 8—13 г/т, в морской воде — 0,05 мкг/л.

Трансурановые Элементы.
Трансура́новые элеме́нты (заурановые элементы, трансураны) — радиоактивные химические элементы, расположенные в периодической системе элементов Д. И. Менделеева за ураном, то есть с атомным номером выше 92. Элементы с атомным номером более 100 называются трансфермиевыми элементами. Одиннадцать из известных трансурановых элементов (93—103) принадлежат к числу актиноидов. Трансурановые элементы с атомным номером более 103 называются трансактиноидами, более 120 — суперактиноидами.

Уран.
Уран – химический элемент семейства актиноидов с атомным номером 92. Является важнейшим ядерным топливом. Его концентрация в земной коре составляет около 2 частей на миллион. К важным урановым минералам относятся окись урана (U3O8), уранинит (UO2), карнотит (уранил-ванадат калия), отенит (уранил-фосфат калия) и торбернит (водный фосфат меди и уранила). Эти и другие урановые руды являются источниками ядерного топлива и содержат во много раз больше энергии, чем все известные извлекаемые месторождения ископаемого топлива. 1 кг урана 92U дает столько же энергии, сколько 3 млн кг угля.

Франций.
Франций – это элемент с атомным числом 87. Атомная масса наиболее долгоживущего изотопа – 223. Франций является радиоактивным щелочным металлом, обладает крайне выраженной химической реактивностью. Металл был открыт еще в 1939 году сотрудницей парижского Института Радия по имени Маргарита Перей. Она же — видимо, из патриотических чувств — назвала элемент в честь своей Родины. Франций был открыт при изучении искусственно полученного элемента «актиния»: было замечено нехарактерное радиоактивное свечение.

Хром.
Хром — элемент 6-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы 6-й группы) 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам. Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.

Цинк.
Цинк в чистом виде – это металл сине-белого оттенка. При взаимодействии с воздухом его поверхность тускнеет за счёт появления оксидной плёнки. По объёму использования в ведущих отраслях промышленности цинк занимает 4 место.

Цирконий.
Цирконий — серебристо-белого цвета, обладает высокой пластичностью, имеет хорошую устойчивость к коррозии. Это простое вещество, элемент побочной подгруппы четвертой группы пятого периода системной таблицы Д. И. Менделеева, атомный номер 40. Одна из модификаций циркония — с гексагональной решеткой типа магния, другая — это объемно-центрированной решеткой типа а -Fe. Обнаружил цирконий немецкий химик в 1789 году, выделил диоксид циркония, позже, в 1824 году в свободном виде был выделен шведским химиком, и уже в 20 веке удалось получить чистый от всех примесей цирконий. Происхождение слова неизвестно.
Цирконий металл пластичен, а поэтому легко поддается горячей и холодной обработке (ковке, прокатке, штамповке). Хрупкость металла может вызывать наличие растворенных в металле малых доз азота, кислорода, водорода, углерода. Имеет хорошую твердость 640-670МН/м2 по Бринеллю. Кислород оказывает сильное влияние на твердость и при его концентрации 0,2%, цирконий не поддается холодной обработке давлением. При температуре 200-4000 С начинается медленное окисление компактного циркония, покрываясь пленкой диоксида циркония. С фтором происходит реакция циркония при обычной температуре, а при температуре выше 2000 С реакция с бромом, хлором, йодом, при этом образуются высшие галогены. Цирконий не реагирует с соляной кислотой, а также серной и щелочами. При температуре выше 1000 С происходит взаимодействие с азотной кислотой и царской водкой.