Легкие металлы

В настоящее время такое понятие, как «легкие металлы», отсутствует в номенклатуре ИЮПАК. Таковыми принято называть металлы, имеющие небольшую плотность (как правило до 4,5 г/см 3 ) или вес. Стоит отметить, что в настоящее время существуют такие металлы, которые легко держатся на воде, а некоторые из них имеют вес, в разы меньший пенопласта, но при этом все равно остаются достаточно прочными.

Группа легких металлов, как правило, включает в себя следующие: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Кроме этого, к данной группе металлов часто также добавляют галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Наиболее важными металлами данной группы с точки зрения технического применения являются алюминий, магний, титан, бериллий. Именно данные металлы служат в качестве основы сплавов. Алюминиевые сплавы являются наиболее значимой и распространенной группой, однако, не смотря на это, для специфического применения также предлагаются и материалы из титана и бериллия.

Свойства легких металлов

Алюминий

Алюминий является металлом, идеально сочетающим в своих характеристиках легкость и прочность. Его первооткрывателем является датский физик Ганс Эрстед, который в 1825 году восстановил хлорид алюминия амальгамой калия при воздействии высоких температур, в результате чего и выделил данный металл.

Имеет характерный серебристо-белый окрас. Плотность металла составляет 2712 кг/м 3 . Плавится при температуре: 658 0 С (для технического алюминий) и 660 0 С (для алюминия высокой чистоты). Удельная теплота плавления алюминия – 390 кДж/кг. Закипает при температуре 2515,8 0 С. Имеет удельную теплоемкость 897Дж/кг*К. Обладает достаточно высокой пластичностью, которая составляет 35% у технического алюминия и 50% у чистого металла.

Первым изделием, для изготовления которого был применен алюминий, стала детская погремушка. Однако, с тех далеких времен, алюминий стал достаточно распространенным материалом. В настоящее время он нашел свое широкое применение во многих сферах человеческой деятельности. Однако, наибольший процент потребления данного металла приходится на упаковочную промышленность, особенно для банок с напитками.

Также следует отметить, что алюминий активно применяется наряду со сталью и в машиностроении. В настоящее время существует огромное множество алюминиевых сплавов, которые отвечают огромному количеству определенных и необходимых требований. Среди данных сплавов можно выделить две основные группы – литейные и деформируемые. Сплавы из каждой группы также можно разделить на те, которые способны дисперсионно твердеть и те, которые не способны. Чтобы материал сделать более прочным применяются:

• наклеп;
• легирование;
• дисперсионное твердение (старение).

Для того, чтобы получить оптимальные характеристики стареющих сплавов, их необходимо подвергнуть измельчению. В связи с этим, для дисперсионного старения деформируемых сплавов используется термообработка. Ее также могут применять с целью повышения прочности.

Среди наиболее важных литейных сплавов стоит выделить Al-Si, которые образуют эвтектическую систему с эвтектической точкой при 11,7% Si и 577 0 С. Сплавы, имеющие в своем составе содержание Si в пределах 11-13% называют близкими к эвтектическим. Кроме этого, они также известны как силуминовое литье. Стоит отметить, что если охлаждение сплава с содержанием Si 13% осуществляется медленно, то первично выделяющийся твердый раствор Si образует крупные, угловатые, игольчатые кристаллы, что, в свою очередь, чревато ярко выраженной хрупкостью подобных сплавов. Одним словом, такая структура является крайне неблагоприятной. Для того, чтобы подобного не происходило, применяют облагораживание металлов – т.е. добавляют в плавку 0,1% Na. При этом происходит очищение кристаллов кремния, а также их округление и, в конечном итоге, образование тонкодиспергированной эвтектики. Благодаря подмешиванию в сплав натрия происходит снижение эвтектической температуры до 564 0 С.

Если же сплав охлаждается за относительно короткий промежуток времени, что происходит в кокильном литье, то происходит действие, подобное облагораживанию металлов – сдвиг эвтектической точки при помощи переохлаждения. В результате происходит образование достаточно чистой эвтектической структуры, что избавляет от необходимости облагораживания металлов путем добавления в них натрия.

Деформируемые сплавы имеют в своем составе значительно меньшее количество легирующих элементов и примесей, в отличие от литейных сплавов. Деформируемые сплавы, обычно, отвечают более высоким требованиям. В связи с этим, для их выплавки применяется металлургический алюминий. К нестареющим деформированным сплавам относятся AlMg-сплавы. Они отличаются своей высокой твердостью и прочностью по причине легирования. Данные свойства сохраняются даже при отжиге и сварке.

К высокопрочным сплавам нового поколения относятся Al-Li- сплавы.

Титан

Представляет собой легкий тугоплавкий металл с характерным серебристо-белым цветом. Отличается своей высокой устойчивостью к коррозии. Данным свойством он обязан стабильному пассивированному оксидному слою, который образуется за достаточно короткий промежуток времени при слабых средствах окисления.

Для титановых сплавов характерна высокая жаропрочность, которая может достигать 1200 – 1400Н/мм 2 . Именно титановые сплавы занимают ячейку между алюминиевыми сплавами и жаропрочными сталями, поскольку могут применятся до температуры 500 0 С, а также до 1000 0 С при непродолжительном использовании.

Титановый сплав используется для изготовления деталей, которые подвергаются сильной нагрузке, с целью их облегчения. Например, шатуны для высокомощных двигателей изготавливаются именно из титановых сплавов. Это связано с тем, что данный материал обладает идеальным соотношением прочности на разрыв к плотности Rm/p.

Однако, для титановых сплавов характерна достаточно высокая стоимость, что препятствует их широкому применению, в отличие от Al-сплавов.

Титану, как и железу, присуще аллотропное превращение. Титан сохраняет свою гексагональную структуру до температуры 882 0 С.

Среди наиболее важных легирующих элементов, которыми обогащаются технические титановые сплавы, следует назвать ванадий, олово, молибден, цирконий, ниобий, а также хром и алюминий.

Самый легкий металл

Литий

Представляет собой легкий щелочной металл с характерным серебристо-белым окрасом, обладающий высокой мягкостью и пластичностью. Литий тверже натрия, однако по мягкости ему уступает свинец. Поддается обработке путем прессования и прокатки. В условиях комнатной температуры литий обладает кубической объемноцентрированной решеткой. Кристаллическая решетка относится к пространственной группе Р6₃/mmc.

Литий имеет самые высокие температуры плавления и кипения (180,54 0 С и 1340 0 С соответственно) из всех остальных щелочных металлов, а также самую низкую плотность в условиях комнатной температуры (0,533 г/см 3 , что является практически вдвое меньше, чем плотность воды). Благодаря своей низкой плотности литий может держаться не только на поверхности воды, но и плавать на поверхности керосина.

Литий имеет атом достаточно малых размеров, благодаря чему литий наделен особыми свойствами. Например, смешение лития и натрия возможно осуществить только лишь при температуре ниже 380 0 С. А вот с расплавленным калием, рубидием и цезием литий, в отличие от иных пар щелочных металлов, смешивающихся друг с другом в любых соотношениях, вообще невозможно смешать.

Первооткрывателем лития является шведский химик Иоганн Арфведсон, который в 1817 году выделил литий из минерала петалита.

Использование лития в чистом виде не возможно в связи с активным взаимодействием его с окружающей средой. Литий нашел свое широкое применение в медицине, пищевой, текстильной, силикатной промышленностях. Также его используют во время изготовления пиротехники, термоядерного оружия, оптики. Нередко литий может выступать в роли окислителя. Отдельные его сплавы также применяются в электронике и авиакосмической промышленности.

Кроме лития, также имеют свойство держаться на воде калий и натрий, остальные же металлы из группы легких являются тяжелее воды.

Металлургия легких металлов

Производство легких металлов, как и других, начинается с добычи руд или другого вида сырья. Добыча легких цветных металлов относится к цветной металлургии.

Для производства алюминия используется природное сырье – глинозем, который добывается из бокситов. Кроме этого, также для добычи алюминия могут быть использованы нефелины и алуниты. Производство алюминия имеет два основных этапа – производство глинозема и производство металлического алюминия.

Для производства титана используются титановые руды. На территории России они находятся на 19 месторождениях, семь из которых являются россыпными.

Руды легких металлов, особенно алюминия, в отличие от тяжелых, по содержанию полезного компонента сходны с железной рудой и являются транспортабельными. В связи с этим вполне рациональным является их перевозка на дальние расстояния.

Цветные металлы: список, названия, классификация и использование

Черными именуют железо и его сплавы.

Остальные являются цветными или не железными.

Их список многообразен:

• алюминий;
• медь;
• никель;
• марганец;
• титан;
• цирконий и др.

Все они сегодня востребованы и на производстве, и в научной деятельности. Области их применения разнообразны.

Пункты приема металлолома с удовольствием покупают лом цветмета по выгодным ценам, а для того, чтобы не попасть впросак при его сдаче, нужно ориентироваться в видах и знать стандартную классификацию цветных металлов.

Классификация цветных металлов

В зависимости от физических свойств и назначения, они подразделяются на такие группы:

• Легкие цветные металлы. Список этой группы большой: в ее состав входит кальций, стронций, цезий, калий, а также литий. Но в металлургической промышленности чаще всего используются алюминий, титан и магний.
• Тяжелые металлы пользуются большой популярностью. Это всем известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.

• Благородные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко применяются для изготовления украшений.
• Редкоземельные металлы — селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
• Тугоплавкие металлы — ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
• Малые металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
• Сплавы – латунь и бронза.

Безопасность

Весь цветной лом должен в обязательном порядке проверяться на:

• наличие радиационных и вредных химических загрязнений;
• взрывоопасность.

При транспортировке металлолом требуется сопровождать документацией о радиационной и взрывобезопасности.

Концентрация вредных веществ должна не превышать значений, указанных в ГОСТ 12.1.005.

Минприроды России выделило пять классов химической, радиационной и взрывоопасности лома цветмета:

1. Опасные отходы с большим вредом для экосистемы. Сюда входят ртуть, полоний и плутоний.
2. Высокоопасные отходы, на выведение последствий которых природе требуется тридцать лет. Это сплавы свинца, кобальта и молибдена.
3. Умеренная опасность, при которой для восстановления экологии необходимо десять лет. Это лом с примесью меди, никеля, железа, цинка, алюминия и серебра.
4. Малоопасные отходы, выведение последствий занимает три года. Сюда относят лом бронзы.
5. Низкая опасность, такой лом не наносит ущерба экологической среде. Это наиболее распространенный класс среди цветного скрапа.

Из-за предполагаемого вреда человеку и природе, все операции с цветным ломом требуют наличия лицензии у пунктов, принимающих вторичные цветные металлы. Проверку на все виды опасности осуществляют по следующей схеме:

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.

Делят лом цветмета на типы по следующим критериям:

• происхождение;
• химический состав;
• физическое состояние.

Происхождение скрапа может быть следующим:

• отходы промышленности;
• брак;
• некондиция;
• лом готовой продукции.

Химический состав скрапа из цветмета, который определяется в лаборатории, показывает к какому металлу или сплаву он принадлежит.

Самым ценным вторсырьем являются нелегированные металлы с незначительным содержанием примесей. Физические параметры так же важны при сдаче, как и химические.

По этим характеристикам лом делят на следующие классы:

• А – относятся непосредственно лом и кусковые отходы;
• Б – включает стружку, путаную проволоку и небольшие куски;
• В — порошкообразные отходы (в основном, встречаются лишь у редких металлов: вольфрама, кобальта, молибдена и титана);
• Г — прочее вторсырье.

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.

Способы получения

Однородные материалы, смеси на их основе получаются по специальным технологиям. К ним относятся:

1. Пирометаллургия — ряд технологический процессов, при которых происходит очистка, получение металлов их соединение под воздействием высокой температуры. По этой технологии изготавливается около 60% цинка, 100% свинца, 95% меди.
2. Гидрометаллургия — технология получения металлов из руд с помощью химических растворов. Последующие этапы обработки подразумевают отделение основных компонентов от жидкости.
3. Электрометаллургия — совокупность технологических операций, при которых материалы и соединения на их основе получаются под воздействием электрического тока. С помощью этой технологии чаще всего получают алюминий.

Добыча металла

Тяжелые металлы

Тяжелые цветные металлы, список которых весьма широк, получают из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. В зависимости от их типов, методы получения металлов отличаются по способу и сложности производства, в процессе которого должны полностью извлекаться ценные составляющие сырья.

Металлы этой группы бывают гидрометаллургическими и пирометаллургическими. Полученные любым методом металлы называются черновыми. Они подвергаются процедуре рафинирования. Только после этого их можно использовать в промышленных целях.

Популярные виды в пунктах приема

Самые популярные цветные металлы в пунктах приема:

• алюминий;
• медь;
• латунь;
• цинковые сплавы (например, ЦАМ);
• бронза;
• никель;
• свинец;
• титан;
• олово;
• вольфрам.

Если хотите узнать, что сдавать выгоднее, то читайте данную статью.

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.

Маркировка

По ГОСТу весь транспортируемый лом должен маркироваться с указанием:

• наименования;
• обозначения ГОСТа;
• обозначения вида вторсырья;
• марки сплава.

Маркировка цветных металлов и сплавов должна прочно крепиться на грузе во время перевозки и хранения.

Чтобы определить марку металла, нужно заглянуть в марочник, специальный документ со всеми маркировками интересующего вас металла или сплава.

Использование цветных металлов

Цветными называют не только сами металлы, но и их сплавы. Исключение составляет так называемый «чермет»: железо и, соответственно, его сплавы. В странах Европы цветные металлы носят название нежелезистых. Цветные металлы, список которых немаленький, нашли широкое применение в разных отраслях во всем мире, в том числе и в России, где являются основной специализацией. Производятся и добываются на территориях всех регионов страны. Легкие и тяжелые цветные металлы, список которых представлен большим разнообразием наименований, составляют отрасль промышленности под названием «Металлургия». Это понятие включает в себя добычу, обогащение руд, выплавку как металлов, так и их сплавов.

В настоящее время отрасль цветной металлургии получила широкое распространение. Качество цветных металлов очень высокое, они отличаются долговечностью и практичностью, применяются в строительной индустрии: ими отделывают здания и сооружения. Из них производят профильный металл, проволоку, ленты, полосы, фольгу, листы, прутки различной формы.

Характеристики и признаки

Металлы представляют собой группу элементов в виде простых веществ, имеющих характерные металлические свойства. В природе они присутствуют в виде руд или соединений. Изучением характеристик этих материалов занимаются такие науки, как химия, физика и металловедение.

Металлы обладают совокупностью различных свойств. По механическим определяют их способность сопротивляться деформации и разрушению. Технологические помогают определить податливость материалов к различным видам обработки. Химические свойства показывают их взаимодействие с разными веществами, а физические говорят об их поведении в тепловом, гравитационном или электромагнитном полях.

Металлы классифицируют по следующим свойствам:

• Твёрдость — устойчивость материала к проникновению другого.
• Прочность — сохранение формы, структуры и размера после воздействия динамической, статической и знакопеременной нагрузки.
• Упругость — изменение формы без нарушения целостности при деформации и возможность возвращения к первоначальному виду.
• Пластичность — удерживание полученной формы и целостности под воздействием сил.
• Износостойкость — сохранение наружной и внутренней целостности под воздействием продолжительного трения.
• Вязкость — удерживание целостности под увеличивающимся физическим воздействием.
• Усталость — число и период циклических воздействий, выдерживаемых металлом без изменения целостности.
• Жароустойчивость — стойкость к высоким температурам.

Первостепенным признаком металлов выступает отрицательный коэффициент проводимости электричества, который при понижении температуры повышается, а при повышении — частично или полностью теряется. Второстепенными признаками материалов являются металлический блеск и высокая температура плавления. Кроме того, некоторые типы металлов, являющихся соединениями, могут быть восстановителями при окислительно-восстановительных реакциях.

Металлические свойства взаимосвязаны, так как составляющие материала влияют на все остальные параметры. Металлы подразделяются на чёрные и цветные, но их классифицируют по многим признакам.

Что мы знаем о цинке?

Цинк – недорогой материал с умеренной прочностью. По своему химическому составу напоминает магний. Однако механически цинк более пластичный, но не такой сильный. Цинк наиболее часто используется для того, чтобы продлить срок службы других материалов, таких как сталь (гальванизация), резина и пластмасса (как ингибитор старения), древесины (в лакокрасочных покрытиях).

Сплавы на основе цинка используются в качестве литого металла, поскольку он имеет низкую температуру плавления (419,5º C), которая не влияет на сталь, и обладает хорошими прочностными свойствами и стабильностью размеров.

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.

Свойства элементов

Когда вы изучали алфавит в начальной школе, вы обнаружили, что все буквы имеют свой собственный уникальный набор свойств. Например, у некоторых были прямые линии, у некоторых — кривые, а у других были линии обоих типов. То же самое можно сказать и об элементах. Каждый из них имеет уникальный набор физических и химических свойств. Физические свойства — это качества, присущие определенным веществам. Блестящий или нет, насколько он хорошо проводит тепло и электричество, при какой температуре тает, насколько большую имеет плотность.

Химические свойства включают те качества, которые наблюдаются при реагировании на воздействие кислородом, если они будут гореть (то, насколько сложно им будет удерживать их электроны во время химической реакции). Различные элементы могут иметь общие свойства. Например, железо и медь являются одновременно элементами, которые проводят электричество. Однако они не имеют одинаковых свойств. Например, когда железо подвергается воздействию влажного воздуха, оно покрывается ржавчиной, но когда медь оказывается под действием тех же условий, она приобретает специфический зеленый налет. Вот почему статуя Свободы зеленая, а не ржавая. Она сделана из меди, а не железа).

Бериллий

А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.

Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.

Иридий

Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.

Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

Ссылки

• «Цветные металлы» — производственный журнал по вопросам цветной металлургии

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.
• Добавить информацию для других стран и регионов.

Прокатка • Прессование • Волочение • Ковка • Штамповка • Протяжка

Прокатный стан • Блюминг • Слябинг • Пресс • Волока • Штамп

Чугун • Сталь • Слиток • Черновые металлы

Металлическое связывание

Многие из замечательных и полезных качеств элемента связаны с тем, как его атомы соединяются друг с другом. При этом возникают определенные связи. Металлическое взаимодействие атомов приводит к созданию металлических структур. Любой образец этого элемента в повседневной жизни, от автомобиля до монет в кармане, включает в себя металлическое соединение.

Во время этого процесса атомы металла разделяют свои внешние электроны равномерно друг с другом. Электроны, протекающие между положительно заряженными ионами, легко передают тепло и электроэнергию, делая эти элементы такими хорошими проводниками тепла и электричества. Медные провода используются для электроснабжения.

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.

ЛЕГКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МЕТАЛЛЫ

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.

Технология производства лития

Производство самого легкого металла в мире сводится к разложению его природных соединений. Это достаточно трудоемкая процедура ввиду большого количества составных элементов. Содержание лития в добываемом сырье в среднем составляет 21 грамм на одну тонну. В промышленном производстве используют три метода разложения соединений лития: известковый, сульфатный и сернокислотный. Первые два подразумевают спекание руды с оксидом/карбонатом кальция или сульфатом калия.

Протекает процедура при температуре 250-300 градусов. Затем полученную массу обрабатывают водой, получая карбонат или сульфат лития. После этого проводится процедура хлорирования с целью получения хлорида лития. И, наконец, окончательную процедуру разделения проводят при помощи электролиза расплава в присутствии хлорида калия или бария, которые понижают температуру плавления литиевого хлорида. Чистый металл оседает на катоде, откуда его можно собирать для дальнейшей переработки.

Сернокислотный способ подразумевает растворение руды в серной кислоте с образованием сульфата лития. Дальнейшая процедура протекает по указанной выше схеме. Самый легкий металл применяется для производства эффективных полупроводников в сплавах с другими металлами, из него изготавливают аноды, используемые затем в процедурах электролиза, литий входит в состав ракетного топлива, в металлургии применяется в качестве сильного восстановителя менее активных металлов. В качестве различных соединений литий используется в производстве продукции для многих отраслей промышленности и народного хозяйства.

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.

3.3. Легкие сплавы

Металлы, обладающие малой плотностью, называют легкими металлами. Из широко используемых к ним относятся алюминий (плотность 2 700 кг/м3), магний (1 740), бериллий (2 848) и титан (4 505). Из этих металлов получают легкие сплавы, а также их применяют в качестве легирующих добавок к другим сплавам. Из легких металлов и сплавов делают детали и устройства воздушного и водного транспорта, в которых большая масса является критичной для работы конструкции. Легкие металлы и сплавы характеризуются высокой удельной прочностью, т. е. высоким отношением механических свойств к их плотности. Так, алюминиевые сплавы в литом состоянии по удельной прочности превосходят все другие литейные сплавы, а в деформированном состоянии равноценны конструкционным высокопрочным сталям.

К легким конструкционным сплавам относятся алюминиевые, бериллиевые, магниевые и титановые сплавы, у которых удельная прочность выше, чем, например, у конструкционных сплавов на основе железа или никеля. Так, при одинаковой прочности дюралюминий в 3 раза легче котельной стали и его удельная прочность примерно в 3 раза выше, чем у стали.

Алюминий — основа многих легких сплавов, в которые легирующие добавки (медь, кремний, магний, цинк, марганец) вводят, главным образом, с целью повышения прочности основы.

Основные сплавы алюминия — дюралюмины и силумины, по-лучившие широкое применение в авиационной, автомобильной, судостроительной, тракторной промышленности и приборостроении. Эти сплавы подразделяют на обрабатываемые давлением (деформируемые) и литейные. Дюралюмины — сплавы алюминия с добавками 3,8…5,2 % меди, 0,4… 1,8 % марганца и 0,4… 1,0 % магния. Кроме указанных элементов в дюралюмины могут входить и другие (например, никель) улучшающие его механические характеристики элементы. Силумины — это литейные сплавы алюминия с кремнием.

Алюминиевые литейные сплавы по физико-химическим свойствам можно разделить на несколько групп, исходя из содержания определяющих их основные характеристики легирующих элементов.

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием кремния (5 % и более) обладают высокой литейной способностью — повышенной жидкотекучестью, малой усадкой, отсутствием трещин в горячем состоянии и т.д. (это сплавы АЛ2, AJI4, АЛ9 и др.).

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием магния (4 % и более) имеют самую малую плотность из всех литейных алюминиевых сплавов, коррозионно-стойкие и сравнительно высокопрочные (это сплавы AJ18, АМг5, АМгб).

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди (4 % и более) особыми свойствами не обладают — значительная плотность, низкие коррозионная стойкость и жидкотекучесть, поэтому пригодны для изготовления изделий неответственного назначения (это сплавы AJT7, AJ112, AJI19).

Алюминиевые сплавы с высоким содержанием цинка (10… 12 %) и кремния (6…8%) характеризуются тем, что хорошо заполняют литейную форму, дают чистую поверхность, не требуют специальной термической обработки (это сплав АЛ11 и др.).

Многофазные сплавы с гетерогенной (неоднородной) и устойчивой структурой (сплавы типа АЛ 1) являются жаропрочными и используются для деталей, работающих при повышенной температуре. При этом, чем выше жаропрочность сплава, тем хуже его технологические свойства.

Из деформируемых алюминиевых сплавов можно отметить, например, малолегированные и термически не упрочняемые сплавы типа АМц, АМг и др. Сюда относят сплавы с постоянными примесями железа и кремния, иногда с добавкой титана. Сплавы, содержащие 2…7% магния, образуют семейство материалов типа магнолит, они имеют высокую коррозионную стойкость, пластичны, хорошо свариваются. Основной способ упрочнения — на-гартовка. Из этих сплавов делают профили, трубы, листы, прутки и др. Сплавы типа дюралюмин (Д16) применяют в закаленном и состаренном состояниях, они работоспособны при температуре до 200 °С, поэтому эти сплавы используют для производства конструкций, работающих при повышенных температурах. Если из этого материала сделать заклепки, то время их расклепывания ограничивается малым временем после закалки.

Наряду с дюралюминами и силуминами используют и другие сплавы на основе алюминия — авиаль и магналии.

Авиаль — сплав на основе алюминия, содержащий до 0,45 % магния, 0,5… 1,2% кремния, 0,2…0,6% меди, 0,15…0,35% марганца или хрома. Этот сплав обладает высокой пластичностью и удовлетворительной атмосферной коррозионной стойкостью. Термической обработкой (закалкой и старением) авиаль упрочняют. Так как сплав обладает достаточной пластичностью и хорошо обрабатывается давлением, из него изготовляют детали сложной формы (лопасти винтов вертолетов).

Магналии — сплавы на основе алюминия, легированные 1… 13 % магния, — бывают литейные (4… 13% магния) для изготовления сложных фасонных отливок и деформируемые (1…7% магния), хорошо сваривающиеся и имеющие высокие показатели по коррозионной стойкости и пластичности. Такие сплавы используют в судостроении и ракетостроении.

Бериллий и бериллиевые сплавы

становятся все более востребованными в связи с бурным развитием специальной техники — ракетостроения, авиации, созданием космических и глубоководных аппаратов и других изделий, так как данные материалы обладают комплексом ценных свойств.

Даже при небольших добавках бериллия в Цветные металлы или в стали их свойства значительно улучшаются. Например, сплав меди с 1…5% бериллия (бериллиевая бронза) обладает прочностью на разрыв большей, чем многие легированные стали. В отличие от чистого бериллия такой материал хорошо обрабатывается механическими способами, из него можно изготовить ленты толщиной 0,1 мм. Бериллиевая бронза используется для изготовления пружин, рессор, амортизаторов, подшипников, шестерен и других изделий, от которых требуется большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости и коррозии, сохранение упругости в широком интервале температур.

Стали, легированные бериллием, обладают повышенными прочностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью. По сравнению с другими сталями сталь, легированная бериллием, проявляет стойкость к воздействию морской воды, нефти, мазута и других видов углеводородного топлива. Подобные стали находят применение в судостроении и при изготовлении глубоководных аппаратов.

Содержащие бериллий сплавы используют в разных областях науки и техники, по больше всего в ядерной физике, авиации, ракетостроении, космических устройствах, машиностроении, медицине. Например, масса крыла самолета из бериллия меньше массы аналогичного крыла из стали на 60 %, а из титана на 30 %. Из бериллиевых сплавов делают обтекатели самолетов, детали турбореактивных и турбовинтовых двигателей, передние кромки крыльев сверхзвуковых самолетов, лонжероны, тормозные диски колес и рули наведения. Использование данных сплавов для космических устройств обусловлено сочетанием высокой удельной прочности с большой удельной жесткостью. У бериллия жесткость в пределах упругих деформаций в 6 раз превышает жесткость других конструкционных материалов.

Улучшить свойства металлов можно как путем легирования бериллием на этапе получения сплава, так и поверхностным насыщением изделия бериллием по аналогии с цементацией. Технология не сложная: стальную деталь помещают в бериллиевый порошок и выдерживают в нем при температуре 900… 1 100°С в течение 10… 15 ч. В результате диффузии на поверхности стальной детали образуется слой толщиной 0,15…0,40 мм из соединения бериллия с железом и углеродом. Этот слой делает сталь жаро-стойкой, устойчивой к морской воде, азотной кислоте, кроме того, хорошо работающей на износ.

Используя бериллиевые волокна и синтетическую бумагу, можно изготовить новый композиционный материал — это специальная жаропрочная бумага (работает при воздействии температуры до 2 200°С), которая не боится термических ударов (резкой смены температур), химически инертна и обладает высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами. С учетом указанных качеств ее применяют в космических кораблях, реактивных двигателях, газовых турбинах и ракетах.

Весьма ценным является керамический материал из оксида бериллия (брокерит, бромеллит), обладающий одновременно высокими диэлектрическими и теплопроводными свойствами и в то же время довольно легкий — его плотность равна 2 957 кг/м3, а теплопроводность составляет примерно 50 % теплопроводности меди.

Бериллий обладает высокой теплотворной способностью — при сгорании 1 кг бериллия выделяется 60 000 кДж теплоты, поэтому его используют в качестве добавки в ракетное топливо. Кроме металлического бериллия добавками служат соединения бериллия, например, гидрид бериллия и некоторые бериллийорганические вещества.

Наряду с достоинствами бериллий и его соединения имеют и недостатки, главным из которых является высокая токсичность (ядовитость). Особенно вредны мелкие частицы соединений бериллия, и чем выше их дисперсность (т.е. чем они мельче), тем они токсичнее. Уровень токсичности зависит от температуры спекания — оксид бериллия (бромеллит), спеченный при температуре 1600°С, менее вреден, чем тот же материал, но созданный при температуре 500 °С. Попав в живой организм, бериллий соединяется с костной и легочной тканями и разрушает их. Кроме того, он вызывает сильные воспалительные заболевания кожи — дерматиты. Предельные допустимые концентрации (ПДК) оксида бериллия в воздухе для работающих очень малы и составляют одну тысячную долю микрограмма на один кубический метр.

Магний с алюминием (до 11 %) и другими металлами (марганец до 2,5%, цинк 2. 3%, медь 0,25%, кремний 1,5% и титан) образует сверхлегкие сплавы, изделия из которых для авиапромышленности получают преимущественно обработкой давлением с подогревом до 4ОО…430°С и литьем.

Магниевые сплавы

закаливают и подвергают старению, но эффект термической обработки по сравнению с алюминиевыми сплавами меньше. От коррозии магниевые сплавы защищают оксидированием и покрытием лаками. Магниевые сплавы разделяют на литейные и деформируемые. К литейным относятся сплавы MJ12 (1 …2 % марганца), МЛ6 (9,0… 10,2 % алюминия, 0,6… ] ,2 % цинка, 0,15…0,50% марганца и др.), к деформируемым — сплавы МА1 (1,3…2,5% марганца), МА5 (7,8…9,2% алюминия, 0,15…

0,50% марганца, 0,2…0,8% цинка и др.).

Достоинством сплава MJ12 является хорошая коррозионная стойкость и свариваемость, термической обработке он не подвергается. Литейные свойства этого сплава низкие, поэтому из него отливают бензобаки, бензомасляную арматуру и другие детали простой конфигурации. Сплав MJ16 имеет хорошие литейные свойства, отливки из него получают литьем в землю, в кокиль и под давлением. Свариваемость сплава MJT6 удовлетворительная, а коррозионная стойкость ниже по сравнению с другими сплавами. Из этого сплава изготовляют тяжелонагруженные детали двигателей, так как сплав имеет повышенный предел текучести. Литейные сплавы для проведения литья нагревают до температуры 700… 800 °С, кристаллизация происходит в интервале температур 600…440°С, линейная усадка при этом составляет в среднем 1,2… 1,4 %.

Магниевые деформируемые сплавы изготовляют в виде листов, прутков, профилей, плит, поковок в термообработанном и необработанном виде. Фасонные отливки, как правило, отжигают, закаливают и старят.

по распространенности в недрах занимает четвертое место после алюминия, железа и магния. Этот легкий металл (плотность 4 540 кг/м3) плавится при температуре около 1 660 °С, легко образует соединения с кислородом, азотом, углеродом — оксиды, нитриды, карбиды, которые довольно твердые п тугоплавкие. Титан имеет высокие прочность и коррозионную стойкость. В виде добавок входит в состав многих металлических материалов, образует жаропрочные сплавы, а его карбиды являются одними из основных составляющих твердых сплавов. Этот металл хорошо обрабатывается резанием, при нагреве до 900°С куется, а при температуре около 1 000 °С прессуется в прутки разных профилей и трубы, прокатывается в холодном состоянии, но быстро упрочняется и требует частых отжигов в вакууме (гелии), после которых становится пластичным. Сваривают титан аргон но-дуговой сваркой.

Промышленные сплавы титана содержат, например, 8 % марганца, или по 4 % марганца и алюминия, или по 2 % железа, хрома и молибдена, или 3 % алюминия и 5 % хрома и др. Главными достоинствами титановых сплавов являются высокая жаростойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость, значительное электрическое сопротивление и благоприятная удельная прочность. С учетом этого титановые сплавы используют в авиационной промышленности. Из титановых сплавов делают детали обивки фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения и др. В турбореактивных двигателях из них изготовляют моторные рамы, диски и лопатки компрессоров, распорные кольца и другие детали. Поплавки гидросамолетов производят из титанового сплава, обладающего стойкостью в морской воде.

Рис. 3.1. Диаграмма изменения пределов прочности о„ цветных металлов и сплавов в зависимости от наклепа (степени обжатия): 1,2 — алюминий и кольчугалюминий; 3, 10 — медь и никель; 4, 9 — никелины с разным содержанием компонентов; 5, 7 — алюминиевая и фосфористая бронзы; 6 — константан; 8 — латуни

Корпуса подводных лодок и глубоководных аппаратов делают из титановых сплавов, как и гребные винты, трубопроводы, насосы и др. Титан используют в химической (трубопроводы, резервуары для агрессивных сред), инструментальной (карбиды титана в твердых сплавах), электротехнической (сплавы с высоким электросопротивлением), медицинской (внутренние протезы) и других отраслях промышленности.

Обрабатывать легкие конструкционные сплавы можно в горячем и холодном состоянии. По мере увеличения степени деформации при холодной обработке происходит постепенное повышение твердости и прочности металла. Для получения дальнейшей деформации требуется все большее усилие. При этом металл становится более прочным, менее пластичным, получает так называемый наклеп.

Наклеп и нагартовка (от нем. hart — твердый) — явления повышения твердости и прочности — понятия, равнозначно обозначающие повышение механических свойств металлов в результате их обработки давлением (штамповка, ковка, прокатка, волочение, выглаживание роликами, дробью и др.).

Изменения прочности цветных металлов в зависимости от наклепа приведены на рис. 3.1. Увеличение ов при наклепе показано для алюминия и кольчугалюминия, меди и никеля, никелинов с разным содержанием компонентов, алюминиевой и фосфористой бронз, константана, латуни.

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.

Источник http://mining-prom.ru/cvetmet/metallurgy/legkie-metally/

Источник https://instanko.ru/drugoe/cvetnye-metally.html

Источник https://kamuflyzh.ru/o-materialah/legkie-splavy-metallov.html