Промышленная классификация металлов

Введение

металл доменная плавка печь

В настоящее время под металлургией понимают ту область науки и промышленности, которая занимается получением металлов (иногда сплавов) из руд и других материалов и очисткой (рафинированием) чернового металла или сплава.

Важной задачей современности является рациональное использование и извлечение металлов из руд на основе применения безотходных технологических процессов.

Комплексное использование руд и концентратов - важнейшее условие дальнейшего развития металлургии. Оно обеспечивает высокие темпы и уровень развития народного хозяйства.

Комплексное рациональное использование сырья - это эффективная его переработка с извлечением всех ценных составляющих, полнота которого определяется современным уровнем развития науки и техники, с применением процессов, не создающих выбросов вредных веществ в окружающую среду и не нарушающих сложившийся кругооборот веществ в природе.

На международной конференции ЮНЕСКО признано, что комплексное использование сырья- научно-обоснованная стратегия освоения и охраны недр во всем мире.

Будущее металлургии - это превращение элементов. Это целая отрасль промышленности - радиационная металлургия, которая будет заниматься изготовлением редких химических элементов из более распространенных (И.П. Бардин).

Первым ученым металлургом был Агрикола (1494-1555 гг., изучавший металлургию на европейских заводах. В 1556 году вышла написанная им первая книга по металлургии и горному делу "Де Re Mtttalica", но научный уровень изложения в ней вопросов металлургии был очень низкий.

Открытие великим русским ученым М.В. Ломоносовым (1711-1765 гг.) закона сохранения массы веществ при химических реакциях (1748 г.) позволило на основе этого закона дать изложение способов извлечения металлов из руд на более высоком научном уровне.

М.В. Ломоносов стал основателем научной металлургии и автором первой на русском языке книги по металлургии. Его «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.) - выдающийся труд в истории металлургии и химии. Огромное значение в развитии теоретической металлургии имело открытие акад. Г.И. Гессом (1802-1850) закона постоянства сумм тепла реакций.

В 1834 г. М. Фарадей (1791-1867 гг.) открыл законы электролиза, являющиеся основой процессов электролитического получения и рафинирования металлов.

Большим достижением мировой науки было создание Д.И. Менделеевым (1834-1907 гг.) в 1869 году периодической системы элементов.

Основы теории металлургических процессов в металлургии были разработаны акад. Н.Н. Бекетовым (1826-1911гг.). Дальнейшее развитие теоретические основы металлургии получили в трудах таких ученых, как Д.К. Чернов, Н.С. Курнаков, М.А. Павлов, Н.Н. Карнаухов, А.А. Байков, П.П. Федотьев, Г.Г. Уразов, В.Я. Мостович, В.А. Ванюков и многие другие.

"Металлом называется светлое тело, которое ковать можно" (Ломоносов М.В., 1763 г.).

Промышленная классификация металлов

Все металлы делятся на две группы: черные и цветные.

1.Черные металлы. К ним относятся железо (и его сплавы), а также марганец, ванадий и хром, так как их производство тесно связано с выплавлением железа и его сплавов.

2.Цветные металлы. Они подразделяются на следующие группы:

1) тяжелые цветные металлы, которые делятся на основные - медь, никель, свинец, цинк, олово, играющие ведущую роль в народном хозяйстве и младшие - кадмий, кобальт, мышьяк, сурьма, висмут, ртуть, которые производятся в значительно меньших количествах по сравнению с основными металлами;

2) легкие цветные металлы также подразделяются на основные - алюминий, магний, титан, натрий и реже применяемые - бериллий, литий, барий, кальций, стронций, калий;

3) благородные металлы - золото, серебро, платина и металлы платиновой группы- осмий, иридий, родий, рутений, палладий;

4) редкие металлы - подразделяются на ряд групп:

) тугоплавкие - вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий, ванадий;

б) рассеянные - таллий, галлий, германий, индий, рений, гафний, рубидий, цезий и другие;

в) редкоземельные - лантан и лантаноиды;

г) радиоактивные - полоний, радий, уран, торий, актиний, плутоний, нептуний и остальные трансурановые металлы.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в чистом виде и сплавах с углеродом и другими элементами относится к группе черных металлов. Сплавами этой группы является сталь, чугун и ферросплавы. Из общей массы выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Они представляют главный конструкционный материал в машино- и приборостроении и один из главных в строительной индустрии, транспорте и связи.

Все остальные металлы и их сплавы относятся к группе цветных металлов: их принято делить на легкие (плотность до 3 г/см³) и тяжелые. Выделяют также благородные и редкие металлы.

Из цветных металлов важное промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, свинец, цинк, олово, титан.

Но стоимость цветных металлов по сравнению с черными высока, поэтому во всех случаях, когда это допустимо, их стараются заменить черными металлами или неметаллическими материалами. Кроме перечисленных промышленное применение имеют также хром, никель, марганец, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам, цирконий, тантал, ниобий, рений, индий, серебро, платина, золото, германий, селен, теллур.

Некоторые металлы находят широкое применение в технически чистом виде (с малым содержанием примесей), например, железо, медь и алюминий в электро- и радиотехнике. Другие металлы, например, тантал, ниобий, гафний, цирконий, кремний используют в сверхчистом виде, т.е. миллионными долями процента всех примесей или даже на уровне отдельных атомов примесей, в приборостроении, атомной технике, вычислительной технике.

Несравненно шире и разнообразнее применение металлических сплавов, которых насчитывается десятки тысяч марок.

Металлы получают из руд

Руда - природно-минеральное сырье, содержащее металлы или их соединения в количестве и в виде, пригодном для промышленного использования. Руда представляет собой совокупность минералов.

Классификация руд

Основное сырье для получения металлов - руда.

По химическому составу руды делятся на:

1) самородные, в которых металлы присутствуют в свободном состояние (золото, серебро, медь, платина);

2) окисленные, в которых металлы находятся в виде кислородных соединений, карбонатов или гидратов (Fe₂O₃, PbCO₃, Al(OH)₃);

3) сульфидные (PbS, Cu₂S, NiS), в которых металлы находятся в виде сернистых соединений.

По структуре руда неоднородна и состоит из следующих минералов:

4) рудные минералы первого основного металла;

5) рудные минералы других основных металлов (полиметаллические руды): например свинцово-цинковые или медно-никелевые руды;

6) минералы - спутники основных рудных минералов (золото, серебро, редкие и рассеянные металлы), находящиеся отдельно или в твердых растворах с основными металлами. Например постоянный спутник никеля - кобальт, иногда платина и металлы платиновой группы: спутники свинца и цинка - кадмий, индий, таллий и другие редкие металлы;

7) основная масса руды - пустая порода (не содержащая металлов), состоящая из кварца, силикатов, алюмосиликатов и других сложных минералов.

При переработке руды необходимо полное комплексное использование ее ценных составляющих.

На многих металлургических заводах извлекают по 10-15 металлов не только основных, но и металлов - спутников. А также других ценных компонентов (сера, фосфор и др.).

В соответствии с подразделением металлов и исходных руд различают металлургию черных и цветных металлов.