Виды цветных металлов: сферы их применения и особенности обработки

География цветной металлургии в России охватывает все регионы страны, включая Дальний Восток, Северный Кавказ, а также Западную и Восточную Сибирь. На территории России находятся месторождения, содержащие практически все известные цветные металлы.

Цветные металлы

Цветные металлы представляют собой группу металлов и сплавов, в которых содержание железа отсутствует или минимально. К этим металлам относятся медь, алюминий, свинец, цинк, никель, титан и множество других сплавов. Данная терминология возникла благодаря характерным окрасам этих металлов: медь имеет насыщенно красновато-оранжевый цвет, алюминий демонстрирует серебристо-белый блеск, свинец — серо-синий, цинк имеет бледно-серый оттенок, никель — беловато-серебристый, тогда как титан показывает металлически серый цвет с восприятиями синевы. Различные оттенки могут меняться в зависимости от состояния поверхности металла и присутствия оксидных пленок.

Цветные металлы формируют обширную группу, и все их представители обладают уникальными свойствами. Однако, можно выделить несколько общих характеристик:

Не магнитятся. Большинство сплавов цветных металлов не обладают магнитными свойствами, что делает их предпочтительными в электротехнике и электронике, где магнитные поля могут негативно повлиять на работу приборов или искажать электрические сигналы.

Устойчивость к коррозии. Цветные металлы менее подвержены коррозии, ржавчине и деградации в условиях влажной среды, так как их состав не включает железо.

Высокая электро- и теплопроводность. Медь известна как один из наилучших проводников электричества благодаря своему низкому сопротивлению. Алюминий, в свою очередь, эффективно проводит тепло, благодаря чему его часто применяют для создания систем отопления.

Пластичность и обрабатываемость. Для плавления цветных металлов требуется значительно более низкая температура по сравнению с черными металлами. Заготовки, не имеющие железа, осуществляют изменения формы через такие процессы, как ковка, прессование и штамповка, без риска повреждений.

Эстетические свойства. Некоторые цветные металлы, например, золото и серебро, обладают привлекательным внешним видом, что обусловливает их широкое использование в ювелирных изделиях и декоративных искусствах.

Биосовместимость. Титан, например, широко применяется в медицинской сфере для производства имплантатов и хирургических инструментов, так как он не вызывает аллергических реакций и хорошо совместим с биологическими тканями.

Таким образом, уникальные свойства цветных металлов делают их востребованными в многочисленных областях — от различных промышленных использований до высоких технологий, медицины и декоративного искусства.

Получение цветных металлов

Существует множество методов для добычи цветных металлов, выбираемых в зависимости от наличия ресурсов, производственных возможностей и требуемых характеристик конечного продукта. Основным источником цветных металлов являются руды, содержащие разнообразные металлы. Для увеличения концентрации полезного компонента руды проходят процесс обогащения, который может включать флотацию или магнитную сепарацию. Затем руда плавится для извлечения металлических элементов, которые подвергаются рафинированию для устранения примесей. Этот процесс достаточно затратный и ресурсозависимый, что требует масштабных раскопок месторождений.

Некоторые цветные металлы, такие как цинк, не встречаются в самородной форме; для них используется метод электролитического осаждения. В этом случае цинк получают путем обработки с использованием серной кислоты и электролиза в специальных ваннах, изготовленных из свинца. Цинк осаждается на катодах из алюминия, после чего его извлекают и плавят.

Существуют также методы химического восстановления металлов из соединений, вакуумной дистилляции, сублимации, гидрометаллургии и пирометаллургии. Каждый из этих методов характеризуется своими плюсами и минусами, поэтому выбор конкретного метода определяется экономической обоснованностью, доступностью первичного сырья, требуемой чистотой конечного продукта и другими критически важными факторами.

Получение цветных металлов

Процесс добычи цветных металлов требует значительных усилий, ресурсов и времени, учитывая, что они находятся в недрах земли в минимальных количествах, а найти их в чистом виде представляет собой практически невыполнимую задачу.

После добычи руды ее отправляют на фабрики цветной металлургии для дальнейшей переработки, применяя специализированные технологии, включающие комплекс металлургических процессов, среди которых:

1. Пирометаллургия. При этой методике металл получают и очищают при высоких температурах. Приблизительно 60% цинка, весь свинец и около 95% меди производятся таким образом.
2. Гидрометаллургия. Данная технология подразумевает извлечение металла из руд, концентратов и отходов производства при помощи химических реагентов с последующим выделением из водных растворов.
3. Электрометаллургия. В этой технологии основным процессом является электролиз, что означает выделение цветных металлов и их соединений из растворов или расплавов путём пропускания через них постоянного электрического тока. Например, такую технологию широко используют для производства алюминия.

Виды легких цветных металлов

Цветные металлы встречаются в природе с широким разнообразием, они характеризуются высокой прочностью, низкой плотностью и значительной химической активностью. Добыча этих металлов началась еще в XIX веке, способы получения включают электролиз солей в расплавленном состоянии, электро- и металлотермию. Многие легкие цветные металлы активно используются для производства различных сплавов.

Ниже представлены основные виды легких цветных металлов.

Алюминий — это серебристый металл с низкой плотностью и высокой прочностью, который плавится примерно при 700 °C. Его активно используют в промышленности в различных сплавах, так как он легко поддается механической обработке. Алюминий можно резать, пилить, сверлить, варить и гнуть без дополнительной обработки.

Металл серебристого цвета, обладающий высокой прочностью и малой плотностью, плавится при температуре около +660 °C. Именно его обычно соединяют с другими металлами, чтобы создать сплавы с улучшенными свойствами, например, с медью, никелем, магнием и кремнием. Эти соединения очень прочные и высокоэффективные даже в неблагоприятных условиях, что делает алюминий идеальным для использования в самых разных производственных процессах.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Магний, представляющий собой легкий немагнитный металл серебристого цвета с легким голубоватым отливом, характеризуется высокой прочностью и стойкостью к коррозии, однако у него низкие тепло- и электрические проводимости. При повышении температуры выше 400 °C магний теряет свои механические качества, а при достижении 540 °C становится хрупким. Объединение магния с такими металлами, как алюминий, марганец, хром и молибден, позволяет значительно повысить его механические свойства. Сплавы, полученные на базе магния, широко применяются в различных отраслях, включая судостроение, авиацию и ракетную технику.

Разновидности бронзовых сплавов и их применение

Бронзовые сплавы можно разделить на несколько категорий:

• Бериллиевые бронзы. Содержат до 2,5% бериллия и часто применяются для создания пружинных элементов в механизмах, работающих в агрессивных средах;
• Свинцовые бронзы. В этих сплавах свинец составляет до 30%, что обеспечивает отличные антифрикционные свойства. Они находят широкое применение в производстве подшипников скольжения;
• Алюминиевые бронзы. Эти соединения содержат до 11% алюминия и имеют меньшие литейные характеристики по сравнению с оловянными бронзами, однако превосходят их по антифрикционным и механическим свойствам. Также в их состав могут входить никель, марганец и железо, что улучшает их антикоррозийные свойства.
• Кремнистые бронзы. С их содержанием кремния до 3-4%, часто легируются марганцем, цинком и никелем, что придаёт им механические свойства, схожие с углеродными сталями. Используются для производства запчастей для транспортных средств, резервуаров, антифрикционных элементов, проволоки и листов.

Основные свойства цветных металлов и сплавов из алюминия

Алюминий — это металл серебристо-белого оттенка с небольшим весом. Он плавится при температуре 660 °C и отличается высокой ковкостью. Чистый алюминий в промышленности используется редко, поскольку его пластичность чрезмерна, а прочность недостаточна. Для повышения его механических качеств в алюминий вводят разнообразные добавки:

• Магний. Он увеличивает прочность и предел текучести алюминиевого сплава;
• Марганец. Делает металл более устойчивым к износу и коррозии;
• Медь. Способствует улучшению механических свойств и термоустойчивости;
• Кремний. Повышает степень жидкотекучести и литейные характеристики алюминиевых композиций;
• Цинк. Задаёт дополнительную защиту от коррозии.

Из алюминия изготавливают проводники для электричества, а также листовые материалы, которые потом используются в горячей и холодной штамповке. Сплавы, содержащие медь и магний, применяются в создании обшивки для самолетов, лопастей винтов, а также для производства деталей, способных выдерживать большие нагрузки и имеющих сложные геометрические формы. Подробнее с продукцией можно ознакомиться в разделе, посвященном алюминиевому прокату.

Среди доступных видов и применения цветных сплавов на основе алюминия выделяются следующие:

• Деформируемые сплавы. Это алюминиевые сплавы, которые подвергаются термической обработке для увеличения прочности. Они используются для изготовления шпангоутов и лонжеронов для самолетов, фасонных профилей, труб, листов и тали;
• Литейные сплавы. Одним из наиболее часто встречающихся типов является силумин, который содержит до 10% кремния наряду с алюминием. Эти сплавы находят применение при производстве водопроводных кранов, посуды, а также в создании деталей для машинных двигателей, пневматических винтовок и скульптур.

Основными характеристиками литейных алюминиевых сплавов являются прочность, лёгкость и высокые литейные качества.

Классификация цветных металлов

Цветные металлы классифицируются на несколько групп:

• Тяжелые металлы. К ним относятся свинец, олово, медь, цинк и прочие. Производство тяжелых металлов затрагивает миллионы тонн в год с использованием окисленных и сульфидных руд;
• Легкие металлы. Это алюминий, титан, кальций, натрий и барий. Они обладают самой низкой удельной массой, а алюминиевая промышленность занимает лидирующие позиции среди всех цветных металлургий;
• Малые металлы. К таким относятся кобальт, висмут и сурьма;
• Благородные металлы. Это серебро, золото, иридий, родий и платина, которые выделяются высокой устойчивостью к окислению и коррозии;
• Тугоплавкие металлы. Это вольфрам, цирконий, ванадий, считающиеся наиболее износостойкими;
• Редкоземельные металлы. К этой категории относятся скандий, лютеций, самарий и диспрозий;
• Рассеянные элементы. Сюда входят индий, рубидий, гафний и селен, получаемые из полезных ископаемых;
• Радиоактивные металлы. К ним относятся торий, уран, плутоний, радий и эйнштейний, обладающие способностью испускать нейтроны, протонные и альфа-излучения.

Технологические этапы производства цветной металлургии

Для процессов металлургии цветных металлов выделяются четыре ключевых этапа, которые соединяются в единую производственную цепочку:

1. Добыча сырья. Этот этап включает извлечение цветных металлов из месторождений, что требует наличия специализированного оборудования и технологии;
2. Подготовка к переработке и обогащение. Этот процесс подразумевает дробление руды и разделение её на ценные элементы и отходы, что позволяет извлечь максимально возможное количество полезных компонентов;
3. Металлургический передел. На данном этапе производится полуфабрикат для дальнейшего использования, происходит изменение химического состава и физико-химических свойств сырья. Этот этап включает такие процессы, как плавка, разливка и обжатие, чтобы получить конечный продукт — прокат;
4. Работа с отходами. В этом завершительном этапе осуществляется повторное использование отходов, создания готовой продукции (сырья) для других производств, например, никель-кобальтовой металлургии.

Сплавы цветных металлов

Наиболее известные сплавы цветных металлов это бронза, латунь, дюралюминий и мельхиор. Бронза представляет собой сплав меди с оловом, тогда как латунь создается из меди и цинка. Эти соединения являются исторически значимыми и получают широкое распространение в различных сферах.

С конца XX века активное распространение получил дюралюминий, представляющий сплав алюминия и меди. Для придания сплаву определенных свойств обычно добавляют различные легирующие составы, такие как цинк, магний, марганец, а также неметаллические компоненты, например, кварц для улучшения характеристик.

Наглядными примерами по применению в промышленности служат сплавы алюминия — как авиаль, мангаль и дюралюмин.

Мельхиор (также обозначаемый как МН19) и нейзильбер представляют собой сплавы меди с никелем, марганцем и цинком. В дальнейшем могут упоминаться уточнения, касающиеся мельхиорового сплава МНЖМц, включая в себя дополнительно железо.

Особенности оценки цветмета

Ценность цветных металлов определяется их чистотой. В чистом виде чаще всего встречаются медь и алюминий, в то время как алюминий может встречаться в виде различных сплавов с легирующими добавками. Оценка сплавов является ключевым фактором, поскольку они востребованы в производстве. В случаях, когда есть возможность, сортировка цветмета согласно требованиям ГОСТ может привести к получению адекватных цен при утилизации.

Не является публичной офертой
Цены актуальны на