Черные и цветные металлы. Использование, применение цветных металлов. Цветные металлы - это...

Металлы окружают нас всегда и везде. Сегодня это неотъемлемая часть многих вещей, которыми мы пользуемся ежедневно. Достаточно просто окинуть взглядом комнату, в которой вы находитесь, чтобы понять, что это действительно так.

Еще со школьной скамьи мы знаем, что все эти полезные ископаемые материалы делятся на две большие группы – чёрные и цветные металлы. Какие из них к какой группе относятся, нам и предстоит выяснить. Какие цветные металлы существуют на нашей планете?

Что такое черный металл

К категории «черные металлы» относится железо и все его сплавы, которые ныне существуют. В чистом виде железо встречается разве что только в исследовательских лабораториях. Главным образом это стали.

Такой тип металлов образуется путем соединения железа с углеродом и добавления дополнительных элементов, которые придают полученному металлу те или иные свойства, необходимые в конкретном производстве (например, магнитные).

Чугун и сталь

Как правило, в производстве черные металлы проходят несколько стандартных фаз: добыча руды и её обработка в доменной печи. После этого получается чугун, из которого впоследствии получают любые виды стали и железных сплавов. Последние чаще используются в тяжелой промышленности. В отличие от них, цветные металлы —это более мягкое вещество, обладающее несколько другими свойствами, они используются в другой сфере.

В состав чугуна входит 93% железа и около 3-5% углерода, плюс остаточные элементы в незначительном количестве. Этот материал редко используется для производства, поскольку обладает хрупкостью. Его можно встретить при изготовлении некоторых видов труб, вентилей или же клапанов. Но большинство производимого объема чугуна (более 90%) перерабатывается в сталь.

Основные виды стали, которые изготавливаются из железа, это: углеродистая и низкоуглеродистая (закалённая) сталь, нержавеющая, феррито-хромовая, хромовая, мартенситно-хромовая, хром-ванадиевая, легированная, никелевая, вольфрамовая, молибденовая и марганцевая сталь.

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.

Что такое цветные металлы

Другая большая группа металлов, в отличие от предыдущей, обладает более мягкими свойствами, они более пластичны, обладают тепло- и электропроводностью, устойчивостью к коррозии и многими другими.

Цветные металлы — это объединенное название всех металлов и их сплавов, за исключением железа. Их еще можно назвать «нежелезные металлы», что будет вполне справедливо.

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).

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.

Особенности цветных металлов

Каждый из металлов этой группы обладает свойствами, которые и определяют в большинстве его принадлежность к ней. Это также обусловливает применение цветных металлов во многих областях промышленности.

Так, к примеру, большинству из них присуща высокая теплоёмкость и теплопроводность, что даёт им способность быстро охлаждаться после сварки. Есть и обратная сторона этого: при работе с такими металлами, как магний и медь, необходимо разогревать их непосредственно перед сваркой, а в течение самого процесса нужно применять сильные источники тепла, чтобы они не охлаждались.

Еще одним характерным свойством является снижение механических свойств. Ввиду этого необходимо аккуратно работать с ними, чтобы избежать деформации.

Цветные металлы в процессе нагревания активно вступают в реакцию с газами. Наглядно демонстрируют это свойство титан, молибден и тантал.

Эта группа металлов способны долго находиться в эксплуатации, но их нужно защищать от кислорода, который разрушает металлы. Для этого проводники, к примеру, покрываются защитным лаком. Предварительно металл поддается процедуре грунтования в два слоя.

Медные руды

Такой тип руд является наиболее распространенным в категории «цветных». Этот металл также имеет самую широкую область использования: строительство, промышленная энергетика, авиастроение, медицина, производство эффективных теплообменников и многие другие.

Места залежей меди также разнообразны. Сегодня большое значение придаётся бедным вкрапленным рудам (порфированного типа), которые добываются в жерлах вулканов. Образовался химический элемент из горячего раствора, который поступал из магматических очагов. Большой запас такой руды расположен на территории Северной и Южной Америки.

Другой тип медных руд – колчеданный, добывается со дна морей и океанов. Источник – земли на Урале.

И еще одним огромным источником таких руд является медистый песчаник (Читинская область в России, Катанга в Африке).

Таким образом, цветные металлы – это незаменимый материал для изготовления многих вещей, что нас окружают.