Где применяются цветные металлы – Цветные металлы — свойства, группы, применение

Применение тяжелых цветных металлов и сплавов

Медь, никель, свинец, цинк и олово у нас называют тяжелыми металлами. Это название возникло в период индустриализации страны в связи с понятием «тяжелая промышленность» и с ее значением для развития народного хозяйства. Вместе с тем такое название удачно отличает тяжелые металлы от столь же важного алюминия и других легких металлов, имеющих меньшую плотность.

Условной границей между тяжелыми и легкими металлами считают плотность, равную 5000 кг/м3. В иностранных языках нет аналогичных наименований, обобщающих эти группы металлов; однако значение их в технике повсюду признается первостепенным после железа.

Железо издавна стало основным материалом для строительных конструкций, машиностроения и транспорта. Однако уже в XIX в. с развитием новых отраслей промышленности и техники выявились некоторые его недостатки. Разумеется, речь идет не о чистом железе, а о его промышленных сплавах – чугунах и сталях. Обладая большим разнообразием ценных свойств, обычные чугуны и стали вместе с тем недостаточно стойки против коррозии на воздухе и особенно под действием воды, растворов солей и кислот, мало теплопроводны, мало электропроводны и обладают довольно высоким коэффициентом трения.

Тяжелые цветные металлы и их сплавы с начала XIX в. стали заменителями железа в тех отраслях производства, где требовались особые свойства, недостаточно выраженные у чугунов и сталей.

Медь

Медь имеет высокую электропроводность и теплопроводность. По показателям этих свойств она уступает только серебру. Пластичность меди позволяет легко обрабатывать ее прокаткой, штамповкой и волочением. С развитием электротехники медь стала основным материалом для проводов, шин, контактов и других токопроводящих изделий.

Высокая теплопроводность меди позволяет применять ее во всяких устройствах, проводящих тепло – в нагревателях и холодильниках. В химической промышленности из меди делают змеевики для нагревания или охлаждения растворов, варочные котлы, трубопроводы и другие детали аппаратуры.

Даже малые примеси других элементов сильно снижают электропроводность, теплопроводность и коррозионную стойкость меди. Для полного использования этих свойств необходим металл, содержащий не более 0,05 % примесей.

Однако чистая медь слишком мягка для строительных конструкций, деталей машин и арматуры. Сплавы ее с другими металлами имеют значительно большую прочность и твердость, многие из них превосходят медь и по другим ценным свойствам, например, по коррозионным и антифрикционным.

Сплавы меди с 10–40 % Zn – латуни дешевле чистой меди. Вместе с тем они хорошо обрабатываются давлением и резанием, более прочны, тверды и стойки против коррозии. Небольшие добавки железа, алюминия и марганца в различных комбинациях придают латуням еще большую прочность и твердость, а присадки олова, алюминия, марганца и никеля усиливают антифрикционность. В виде листов, прутков, труб и разных отливок латуни широко применяются в химическом и общем машиностроении, судостроении и военной технике.

Бронзами раньше называли только сплавы меди с 6–20 % Sn, известные высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью и антифрикционностью. Позднее из-за дефицитности олова подобные сплавы научились получать, добавляя к меди другие металлы. Теперь, помимо оловянных бронз, широко пользуются бронзами алюминиевыми (5–11) % Аl, свинцовистыми (25–33) % Рb, кремниевыми (4–5) % Si, бериллиевыми (1,8–2,3) % Be, кадмиевыми до 1 % Cd и др. Все эти сплавы содержат небольшие количества вторичных легирующих компонентов, которые усиливают те или иные свойства меди.

Каждый вид бронзы ценен в своей области применения: алюминиевые бронзы с добавками свинца нужны для подшипников, а бериллиевые идут для изготовления пружин.

Латуни и бронзы, подобно многим другим сплавам, подразделяются на литейные и деформируемые, пригодные для литья либо для обработки давлением, прокаткой, ковкой, штамповкой, волочением.

Медноникелевые и медноникелевоцинковые сплавы: мельхиор (5–35 % Ni) и нейзильбер (5–30 % Ni и 13–45 % Zn) особенно стойки в агрессивных средах, содержащих активные химические вещества. В виде ленты, листов и проволоки эти сплавы идут на изготовление медицинских инструментов, изделий точной механики, столовых приборов, бытовых и художественных изделий.

Медь известна с древних времен – бронзовый век был периодом быстрого развития материальной культуры. Впоследствии бронзу вытеснило более дешевое и доступное железо. С возникновением крупной промышленности производство и потребление меди вновь стало быстро увеличиваться.

До 1958 г. медь занимала первое среди цветных металлов место по масштабам мирового производства. Теперь она уступает в этом алюминию, но все еще остается дефицитным металлом, требующим заменителей. В электротехнике часть меди стали заменять алюминием – менее электропроводным, но более легким. Это выгодно: расход алюминия по массе почти в два раза меньше, чем меди. На железнодорожном транспорте медь и бронзу частично заменяют цинковыми сплавами. В военной технике патронные гильзы вместо латуни начали делать из стали и только покрывают их слоем латуни – плакируют. Замена меди другими, менее дефицитными металлами и сплавами — важная проблема нашего времени.

Никель

В сравнении с другими тяжелыми цветными металлами никель наиболее прочен, тверд, тугоплавок и стоек против коррозии. Подобно железу и кобальту, он ферромагнитен. Чистый никель пластичен и легко обрабатывается.

Никель сравнительно дорог, и потребление его в чистом виде невелико. Для защиты от коррозии и декоративных целей тонким слоем никеля покрывают изделия из железа, алюминия, магния, цинка и других металлов (никелирование). В виде листов, труб, проволоки его расходуют на особые изделия для химических производств – детали аппаратуры и приборов.

Никель требуется также для производства щелочных аккумуляторов – железоникелевых и никелекадмиевых. Эти аккумуляторы легче, компактнее и надежнее в работе, чем свинцовые. Во многих производствах химической технологии  применяют  никелевые катализаторы.

Более половины всего никеля потребляется в сплавах с железом. Хромоникелевые, нержавеющие и кислотоупорные стали, содержащие обычно до 8% никеля, хром и другие металлы, широко применяются в химической промышленности и станкостроении, а также для постройки долговечных сооружений, в машиностроении и военной технике. Прочные и износоустойчивые никелистые чугуны, содержащие хром, молибден и медь, нужны для производства мощных двигателей внутреннего сгорания локомотивов, специальных станков и штампов.

Многие никелевые сплавы жаростойки: они не окисляются на воздухе при высоких температурах. Сюда относятся сплавы ЭИ, инконель, нимоник, гастеллой и др., способные работать при температурах до 600 °С. Их применяют для производства турбин реактивных самолетов, газотурбинных установок и в атомных реакторах.

Нихром (75–85 % Ni, 10–20 % Cr, остальное железо) и другие подобные термоэлектрические сплавы никеля не только жаростойки, но и обладают высоким омическим сопротивлением и служат для нагревателей из проволоки или ленты.

Сильномагнитный сплав никеля с железом (пермаллой) и другие сходные с ним сплавы применяются в электротехнике и радиотехнике.

Из сплавов никеля с цветными металлами наиболее важны медноникелевые, о них уже говорилось выше.

Первый металлический никель был получен в Швеции в 1751 г., а производство его для продажи началось только в 1825 г. Долгое время оно оставалось незначительным. Многие ценные свойства никеля не были известны вплоть до начала XX в., поэтому только в 20 столетии спрос на этот металл начал быстро расти.

Теперь потребление никеля во всех странах строго учитывают и принимают меры к экономному его расходованию. Для этого все большую часть никеля в нержавеющих сталях заменяют хромом, а обычные стали покрывают тонким слоем нержавеющей стали (плакирование).

Свинец

Свинец известен с древних времен – не менее двух тысячелетий до н. э. Тогда особенно ценилась легкая обрабатываемость мягкого свинца и его высокая плотность. Из свинца делали монеты, украшения, различные сосуды водопроводные трубы, метательные снаряды для пращей и катапульт. С изобретением пороха свинец стали применять для изготовления картечи, пуль и дроби.

Стойкость свинца против разбавленной серной, соляной кислот и многих других реагентов сделала этот металл в XIX в. основным материалом возникавшей тогда химической промышленности. Свинец легко прокатывается. Листовой (рольный) свинец толщиной от 2 до 10 мм удобен для покрытия аппаратуры и защиты ее от коррозии.

Оболочки кабелей, предназначенных для долгой работы под землей, в воде или во влажной атмосфере, делают и теперь из свинца, добавляя к нему для большей пластичности небольшие количества других металлов.

Свинцовые аккумуляторы по-прежнему необходимы для зажигания двигателей внутреннего сгорания, несмотря на появление никелевых аккумуляторов, которые значительно дороже. На производство кабелей и аккумуляторов затрачивается около половины всего свинца.

В атомной технике свинец служит защитой от γ – лучей, которые он поглощает лучше многих других материалов.

В военном деле свинец и теперь нужен для изготовления шрапнелей и сердечниковых пуль.

Сплавы свинца отличаются от чистого металла либо большей прочностью и твердостью, либо антифрикционностью; в большинстве своем они еще и стойки против коррозии.

Сплавы с малым коэффициентом трения – баббиты (по фамилии изобретателя Баббита) – подразделяются на оловянистые и безоловянистые. Первые содержат, кроме свинца, олово, медь, сурьму, кадмий, никель и теллур, а вторые – натрий, кальций, теллур и другие элементы. Баббиты легкоплавки, их заливают в жидком виде во вкладыши подшипников или наносят слоем на стальную ленту.

Типографские сплавы для отливки шрифтов содержат, кроме свинца, сурьму, олово и медь. Сурьма придает им твердость, а олово – литейные качества.

В химической промышленности часто применяют сплавы свинца с сурьмой – твердые и стойкие против коррозии.

В сплавах для пайки – припоях свинцом частично заменяется более дорогое и дефицитное олово.

Спрос на свинец постоянно опережает его производство. Поэтому в современной промышленности намечаются все новые пути экономии свинца. Свинцовые оболочки некоторых кабелей теперь стараются заменять пластмассовыми, а антикоррозионные покрытия – синтетическими органическими материалами. Типографские свинцовые сплавы иногда удается заменить сплавами цинка, а в перспективе – пластмассами, когда будут получены пластмассы с хорошими литейными свойствами.

Цинк

Сведения об истории развития производства цинка различны. По некоторым из них этот металл умели получать в Индии и Китае еще в V в. Промышленное производство цинка в Европе возникло лишь в XVIII в. в Англии, затем в Верхней Силезии.

Сейчас около половины производимого цинка расходуется на покрытие железа для предохранения его от коррозии. Тонкий слой цинка наносят на железо горячим способом либо электролизом. Электролитическое покрытие тоньше и расходуется цинк при этом более экономно; однако из-за более сложного оборудования горячее оцинкование пока применяется чаще, чем электролиз. Цинк надежно предохраняет железо от коррозии на воздухе и в холодной воде. Оцинкование значительно дешевле покрытия оловом – лужения или никелем – никелирования.

Другая важная область потребления цинка – изготовление сплавов, в том числе уже известных нам латуней и нейзильбера.

Сплавами на основе цинка частично заменяют бронзы и баббиты в подшипниках. Эти цинковые сплавы содержат алюминий 8–11 %, медь 1–2 % и магний 0,03–0,06 %. Те же компоненты, но в иных соотношениях с цинком, содержатся в типографских сплавах, сходных по свойствам со свинцовосурьмяными сплавами.

В сравнении с другими цветными металлами цинк дешев, а ресурсы его в известных месторождениях достаточно велики. Поэтому проблема замены цинка другими металлами не возникала. С ростом производства алюминия и снижением его стоимости может оказаться выгодным покрытие железа не цинком, а алюминием – алитирование.

metallurgy.zp.ua

Что делают из цветных металлов?

В каких отраслях промышленности используют цветные металлы Вы узнаете в этой статье.

Что делают из цветных металлов?

Из руды цветных металлов получают медь, цинк, алюминий, серебро, золото и другие виды металлов.

Цветные металлы используются в автомобиле и авиастроении, ракетной и атомной технике, химической промышленности

В современном производстве твердые сплавы находят большое применение в металлообрабатывающей, горной и других отраслях промышленности.

Что касается жилищного и промышленного

строительства, то к числу основных цветных металлов, которые востребованы в этой сфере, относится алюминий. Именно из алюминия делают провода линий электропередач.

Не упрочняемые термической обработкой сплавы, широко применяются в транспортном машиностроении для изготовления узлов самых разнообразных транспортных средств.

Чистая медь широко применяется в электротехнической промышленности для изготовления кабельных изделий и различного вида проводов. Также, она используется в производстве электрогенераторов, радиоаппаратуры, телеграфного и телефонного оборудования. Сплавы меди широко применяются в химической промышленности и машиностроении для изготовления различных емкостей и трубопроводов. Также они используются, повсеместно, для производства бытовых товаров различного назначения

Из никеля изготавливаются различные котлы, цистерны и тигли, обладающие высокой коррозионной стойкостью, и применяемые в химической, текстильной, пищевой промышленности. Широко используется никель при производстве различного вида аккумуляторов и электродов для топливных элементов.

Из  олова получают белую жесть, которую используют для изготовления консервных банок.

Свинец и цинк широко используются в различных сплавах для изготовления узлов оборудования в машиностроении, металлургии, медицине и других отраслях народного хозяйства.

kratkoe.com

особенности и сферы использования. Обработка цветных металлов

Цветные металлы и их сплавы активно используются в промышленности. Из них изготовляют технику, рабочие инструменты, строительные делали и материалы. Применение они находят даже в искусстве, например для сооружения памятников и скульптур. Что представляют собой цветные металлы? Какими особенностями они обладают? Давайте узнаем это.

Какими бывают металлы?

В самом начале изучения название «металл» включало в себя также минералы и руду, разделять понятия стали только в XVI веке. Металлы – это простые вещества, которые обладают определенными качествами. Главными характеристиками являются теплопроводность и электропроводность, ковкость, металлический блеск, высокая пластичность и прочность одновременно.

В таблице Менделеева к ним относят 94 элемента. По химическим свойствам они разделяются на щелочные, переходные, легкие, лантаноиды, актиноиды, полуметаллы и т. д. В нормальных условиях все они изначально находятся в твердом состоянии.

Где применяются цветные металлы – Цветные металлы - свойства, группы, применение

Один из самых популярных металлов в использовании – железо. Сплавы, содержащие железо, называются черными металлами, в промышленности они занимают отдельную нишу металлургии. Они включают такие сплавы, как чугун и сталь. К черным металлам иногда относят хром и марганец. Остальные являются цветными.

Цветные металлы

Этот вид часто называют «нежелезными» металлами. По сравнению с черными, они не так сильно подвержены износу, обладают высоким сопротивлением и огнеупорностью. Цветные металлы более пластичны и легко поддаются обработке. Они могут образовывать стойкие к кислотам сплавы.

Они подразделяются на несколько групп, в зависимости от физических свойств и распространенности. Так, существуют тяжелые и легкие металлы. К первым принадлежит свинец, олово, ртуть, цинк, ко вторым – магний, бериллий, литий, алюминий. Титан, ванадий, молибден, вольфрам характеризуются как тугоплавкие.

Где применяются цветные металлы – Цветные металлы - свойства, группы, применение

Выделяют также редкие и благородные металлы. К редким относится тантал, молибден, радий, торий. Они не очень распространены в земной коре, а их переработка затруднительна. Благородные или драгоценные металлы абсолютно не ржавеют и обладают особым блеском. Они представлены золотом, платиной, серебром, рутением, осмием, паладием, иридием.

Обработка и производство

Добыча и обработка цветных металлов требуют больших средств, чем обработка железа, так как они встречаются намного реже. В рудах обычно содержится до 5 % полезного вещества, которое используется в промышленности. Сразу после добычи руду обогащают, отделяя её от пустой породы, чтобы повысить содержание металла.

Далее она подвергается различным процессам для изменения размеров, форм, качеств. Этапы и способы обработки зависят от цели применения. Производство цветных металлов может включать их литье, прессование, ковку, сварку и т. д. Для получения определенных качеств их смешивают друг с другом. Наиболее известными сплавами являются дюралюминий, баббит, бронза, силумин, латунь.

Где применяются цветные металлы – Цветные металлы - свойства, группы, применение

Самые востребованные в промышленности цветные металлы – алюминий и медь. Их производит Россия, США, Италия, Германия, Япония, Австралия, страны Латинской Америки. Больше всего меди добывает Чили. На мировом рынке Гвинея лидирует в производстве бокситов, в добыче свинца – Австрия, олова – Индонезия. Южноафриканская Республика занимает первое место по производству золота, серебро добывают в Мексике.

Использование металлов

Цветные металлы и их сплавы являются универсальными материалами. В повседневной жизни мы каждый день имеем с ними дело. Из них сделаны дверные ручки, кастрюли, чайники, цифровая и бытовая техника, мебель, светильники и многое другое.

Они широко применяются в строительстве в виде различных деталей и инструментов. Из них изготавливают проволоки, шурупы, гайки, винтики, гвозди, делают фольгу, различных размеров пластины, ленты, листы и трубки.

Где применяются цветные металлы – Цветные металлы - свойства, группы, применение

Цветные металлы подходят для изготовления крупной техники, поэтому используются в военной промышленности. Они намного легче железа, поэтому используются там, где нужна прочность и легкость одновременно, например для автомобилей, кораблей, подводных лодок, самолетов.

Медь применяют в архитектуре, при изготовлении трубопроводов. Для прочности её добавляют к золоту при изготовлении украшений. Свинец добавляют в краски, его используют для кабелей, для изготовления пуль и взрывчатых веществ. Литий необходим для производства щелочных аккумуляторов, для оптики в радиоэлектронике, для медицинских препаратов.

Особенности и интересные факты

Самый распространенный в земной коре металл – алюминий. Среди всех открытых элементов он является третьим, уступая кислороду и кремнию. В противовес ему существует редчайший в природе металл рений, названный в честь немецкой реки Рейн.

Самым легким является литий. Он обладает небольшой плотностью, поэтому плавает даже в керосине. Литий токсичен и вызывает ожоги на коже и раздражение. Его хранят в специальных колбах с минеральным маслом или парафином.

Наиболее тугоплавким считается вольфрам. Расплавиться он может при температуре выше 3422 градусов Цельсия, закипеть - при 5555 градусах. Благодаря этой особенности его используют для нити накаливания в электрических лампочках и кинескопах.

fb.ru

Цветные металлы их применение и добыча (Таблица)

Металлы

Где применяются

Где добываются

Молибден

70—80 % добываемого молибдена идёт на производство легированных сталей, а также для получения жаропрочных и коррозийных сплавов.

Молибденовая проволока используется для  высокотемпературных индукционных печей.

Из молибдена изготовляют аноды, сетки, катоды, держатели нити накала в электролампах Соединения молибдена необходимы как катализатор химических реакций, является пигментом  красителей, компонентом глазури.

MoS2 используется как твердая высокотемпературная смазка.

Молибден входит в состав удобрений.

В авиации применяются хромомолибденовые трубы.

Ювелиры иногда заменяют платину молибденом.

Для противостояния огненому смерчу нос корабля покрывают молибденом.

США (Колорадо (рудник Henderson), Нью-Мексико (месторождение Questa), Ай­дахо (месторождение Thompson Creek)). Ком­пании: "Freeport McMoRan Copper and Gold Inc.", "Phelps Dodge Mining Corp.", "Kennecott Utah Copper Corp.", "Thompson Creek Metals Co Inc."

Китай (в 7 провинциях). Компании Ки­тайское государственное предприятие, «Wanbao Zhenxing», Jinduicheng Molybdenum Group", "China Molybdenum Co", "Luoyang Luanchuan Molybdenum Group Co", "Huludao Lianshan Molybdenum Co".

Канада (Британская Колумбия). Компа­нии: "Thompson Creek Metals Co Inc.", Falcon­bridge Ltd., Teck Cominco Ltd., "Adanac Mo­lybdenium Corp.".

Чили (Chuquicamata, El Teniente, Los-Pe­lambres, Andina). Этими месторождениями владеет чилийская государственная корпорация Codelco (Corp. Nacional del Cobre de Chile).

Мексика (месторождение La Caridad). Компания Grupo Mexico SA de CV.

Перу (рудник Tokepala).

Россия. В Сибири - Сорское месторожде­ние (Хакассия), Жирекенское и Бугдаинское (Восточное Забайкалье), Орекит­канское (Бурятия). Сорское и Жирекенское месторождение разрабатываются ОАО «Группа Сибирский алюминий». Производ­ство осуществляет компания "Союзметаллре­сурс".

Япония. Компании: Mitsui &Co  Ltd., Sojitz Corp., Marubeni Corp., Nippon Mining Holdings Inc.

Австралия. Компания BHP Billiton Group, "Moly Mines Ltd.".

На суммарное производство в Сев. и Юж. Америке и КНР приходится около 90% всей добычи молибдена в мире.

 

Кобальт

Кобальт применяют для ле­гировании стали. Из кобаль­товых сплавов изготовляют сверла, резцы, обрабатываю­щий инструмент, а также промышленные и авиационные газотурбинные двигатели. Используется в космической промышленности.

Магнитные свойства приме­няются в аппаратуре магнитной записи, сердечниках электромо­торов и трансформаторов.

Из кобальта, ванадия и хрома изготовляют постоянные ма- гниты.

Кобальт – катализатор химических реакций.

В производстве литиевых аккумуляторов используют кобальтат лития.

Силицид кобальта - термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД.

Радиоактивный кобальт-60 используется в медицине и в гамма-дефектоскопии. Он же применяется в качестве топлива в радиоизотопных источниках энергии.

Входит в состав витамина В12.

Кобальт используется для производства лаков и красок, керамики и эмали.

 

Конго (ДРК). Месторождение - Tenke Fungurume. Компании: конголезская государственная La Generale des Carrieres et des Mines, Lundin Mining, Freeport-McMoRan Copper and Gold.

Замбия. Шахта Nkana, рудник Mufulira. Компании: Chambishi Metals plc, ZCCM Investment Holdings Ltd., Luanshya Copper Mines, Glencore (Швейцария), First Quantum (лидер производства).

Канада. Компании: Inco Ltd.,  First Quantum Minerals Ltd., Baja Mining, Caledonia Mining (зарегистрировано в Канаде, осуществляет проекты в Африке).

Австралия. Рудный район Марлборо в провинции Квинсленд, месторождение Маунт-Терсти. Компания Gladstone Pacific Nickel Ltd, Fox Resources.

Россия (Урал, Алтай). ЗАО "Русская медная компания", «Норильский никель», «Уфалейникель» «Союзнихром», "Южуралникель".

Свинец

Нитрат свинца применяется для изготовления смесей взрывчатых веществ. Используется свинец для изготовления ядовитого антидетонатора – тетраэтилсвинца.

Еще сохраняется в некоторых странах использование этилированого бензина (в состав его входит тетраэтилсвинец).

Соединения свинца используются в химии и физике (как катодный материал.

Из него изготовляют аккумуляторные пластины.

Свинец входит в состав оболочки электрических кабелей.

 Малоактивный свинец используют для изготовления кислотоупорной аппаратуры для химической промышленности.

Свинцовые экраны делают защищают работников рентгеновских кабинетов от излучения.

Свинец содержат также подшипниковые сплавы баббиты, «мягкие» припои.

В строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. В военной технике – для изготовления шрапнели, оболочки пуль.

Сульфид свинца в виде порошка используют для обжига глиняной посуды и для обнаружения ионов свинца.

Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников.

Самые большие запасы находятся в Австралии (15,6 млн. тонн), Казахстане (14,8 млн. тонн), США (12,2 млн. тонн), Канаде (9,6 млн. тонн), Китае (7,6 млн. тонн). Доля России в мировых запасах свинца оценивается в 10-12%. Основными производителями свинцового сырья в мире остаются Австралия (685 тысяч тонн свинца в концентрате), Китай (580), США (460), Перу (270), Мексика (175). В значительных объемах добыча ведется в Казахстане, России, Ирландии, Швеции, ЮАР. Соответственно основными производителями свинца в мире являются Австралия, Китай и США (более 70% мирового выпуска). Австралия по производству свинца в концентратах занимает первое место в мире - 25% мирового производства.

Крупнейшими в мире компаниями по производству свинца являются Doe Ran (США), BHP Billiton (Австралия), MIM (Австралия), Cominco (Канада).

Россия. Николаевский рудник, Месторождение Озерное (Бурятия). Компании: ГМК Дальполиметалл, ООО "Корпорация "Металлы Восточной Сибири"

Китай. Компании "Чуаньвэй", Yubei Metal, Shenzhen Zhongjin Lingnan Nonfemet Co. Ltd., Henan Lingbao Xinling Lead Refining Co. Ltd., Western Mining.

Казахстан. Компании: «ShalkiyaZin», «Южполиметалл», «Казцинк»

Мексика. Месторождения - шахта Naica в штате Chihuahua. Компания  - Industrias Penoles.

США. Месторождения - штаты Миссури (8 рудников), Колорадо, Айдахо и Монтана.

 

Медь

В электротехнике из меди изготовляют силовые кабели, провода и др. проводники. Медные провода используют в обмотке электродвигателей и силовых трансформаторов.

Используют медь в теплоотводных устройствах.

Из меди изготовляют трубы.

Медь – основа для получения сплавов латуни и бронзы, а также медноникелевых. Ювелиры делают сплавы из меди с золотом для создания боле прочных изделий.

Медь – катализатор в реакции полимеризации ацетилена.

Медные листы используются в архитектуре.

В будущем медь найдет применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса всех поверхностей, к которым прикасается человек.

Основные страны с богатыми месторождениями меди это: Чили-22%, США-12%, Китай -6%, Казахстан-5%, Польша-5%, Индонезия-4%, Россия-3%, Замбия-3%.

Лидируют по производству меди Чили (22%), США (20%), СНГ (9%). А также Канада (7,5%), Китай (7,5%), Замбия (5%).

Крупнейшие компании по добыче медной руды: Codelco-11%, Phelps Dodge-8%, Rio Tinto-7%, BHP Billiton-7%, Grupo Mexico-5%, PT Pakuafu Indah-5%, Angio American-4%, Норильский никель-3%, KGHM Polska Miedz 3%.

К крупнейшим месторождениям относятся: Чукикамата, которое уже отрабатывается более 100 лет (26 млн. т) в Чили, и Эскондида (23,6 млн. т), которое начали отрабатывать с 1990 года в Чили, Грасберг (27,1млн. т) в Индонезии, Кольяуаси (17 млн т) Чили, Октябрьское (16 млн. т) Россия и Удокан (14 млн. т) Россия. В числе недавно освоенных крупных месторождений относятся: Антамина в Перу, Эль-Тесоро в Чили, Салобу и Соссегу в Бразилии, Нурказган в Казахстане. Активно разведываются Ую-Толгой в Монголии, Пэббл на Аляске, Эль-Пачон в Аргентине.

 

Олово

Олово используется как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах.

Из олова делают белую жесть для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов.

Из олова и меди делают важнейший сплав – бронзу.

Олово - легирующий компонент при получении сплавов титана.

Двуокись олова используется в процессе «доводки» поверхности стекла.

Олово применяется в химических источниках тока.

Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе.

Мировые месторождения касситерита разрабатывают в Юго-Восточной Азии, в основном в Китае, Индонезии, Малайзии и Тайланде. Другие важные месторождения касситерита находятся в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (рудник/посёлок Валькумей, разработка месторождения закрыта в начале 90-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский р-н), в Хабаровском крае (Солнечный р-н, Верхнебуреинский р-н (Правоурмийское), в Якутии (Депутатское) и других районах.

Крупнейшие компании: Bangka Belitung Timah Sejahtera (Индонезия), Thaisarco, Yunnan Tin, Singapore Tin Industries, Western Mining Co (Китай), PT Timah и PT Koba (Индонезия),  Glencore, Bluestone Tin (Австралия).

 

Цинк

1.Цинкование — 45-60%

2. В медицине (оксид цинка как антисептик) — 10%

3. Производство сплавов — 10%

4. Производство резиновых шин — 10%

5. Масляные краски — 10%

Цинк используется для восстановления благородных металлов, для защиты стали от коррозии.

Также используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока.

Цинк применяется для изготовления цинк-воздушных аккумуляторов.

Цинк – компонент латуни.

Соединения цинка - полупроводники.

Страны, производящие цинк, - Китай, Австралия, Перу, Канада, США, Мексика, Ирландия.

 Месторождения - Ред-Дог (США), Сенчури (Австралия), Брансуик (Канада), Серро-де-Паско (Перу), Брокен-Хилл и  Макартур-Риверз (Австралия), Лишин и Тара (Ирландия).

Крупнейший производитель в России - ОАО «Челябинский цинковый завод».

Компании - «Корея Цинк» (Юж. Корея), австралийская «Пасминко», бельгийская «Умикор», финская «Оутокумпу» и казахстанская «Казцинк», финская Boliden Kokkola O, немецкая Sudamin Investment. Китайские: Zhuye Torch Metals, Huludao Zinc Industry, Shenzhen Zhongjin Lingnan, Baiyin Non!Ferrous Metals. А также – Falconbride, Zinifex, Glencore International, Met-Mex Penoles.

 

Вольфрам

Из вольфрама делают нити накаливания для осветительных приборов, кинескопов, вакуумных трубок.

Вольфрам используется для противовесов, бронебойных сердечников снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет.

Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки.

Из сплавов Вольфрама с другими металлами делают хирургические инструменты, танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ.

Соединения фольфрама используют как смазки, ля механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении, как катализаторы и пигменты, для преобразования тепловой энергии в электрическую.

В Китае находится порядка 62% мировых запасов вольфрама. Значительные залежи этого элемента разведаны также в США (Калифорния, Колорадо), Канаде, России (на Урале, Кавказе и в Забайкалье), Южной Корее, Боливии, Бразилии, Австралии и Португалии.

На Кинг-Айленде в Австралии (2000 т в год), в австрийских Альпах (провинции Зальцбург и Штайермарк). В северо-восточной Бразилии разрабатывается месторождение (шахты Канунг и месторождение Кальзас в Юконе). Мировым лидером в разработке вольфрамового сырья является Китай (месторождения Жианьши (60% китайской добычи вольфрама), Хуньань (20%), Юннань (8%), Гуаньдонь (6%), Гуаньжи и Внутренняя Монголия (2% каждое) и другие). В Португалии основное месторождение – Панасхира. В России основные месторождения вольфрамовых руд расположены в двух регионах: на Дальнем Востоке (Лермонтовское месторождение) и на Северном Кавказе (Кабардино-Балкария, Тырныауз).

Компании - North American Tungsten Corporation, Shandong Guangming Tungsten & Molybdenum (КНР), Hazelwood Resources Австралия), Asian Resources, Wolf Minerals и др.

 

Никель

Наибольшее применение никель находит в производстве нержавеющей стали и сплавов. К его сплавам относятся: монель-метал, используемый в химической аппаратуре, судостроении, для изготовления отстойников и крышек; нихром и хромель, используемые в виде проволоки для реостатов, тостеров, утюгов, обогревателей; инвар, применяемый для изготовления маятников в часах и измерительных рулетках; пермаллой, используемый в технологии морских кабелей и электропередачи; нейзильбер – для изготовления домашней утвари; алнико  – мощный магнитный материал, используемый для изготовления мелкого инструмента.

Используют никель для никелирования поверхности другого металла.

При использовании никеля изготовляют различные аккумуляторы.

Медицинские брекеты и протезы делают из никеля.

Половина мировой добычи никеля приходится на долю России и Канады, крупномасштабная добыча ведется также в Австралии, Индонезии, Новой Каледонии, ЮАР, на Кубе, в Китае, Доминиканской Республике и Колумбии.

Месторождения в России – Октябрьское и  Талнахское (Таймырский АО), Ждановское (Мурманская область), Буруктальское (Оренбургская область).

В Канаде месторождения расположены в провинциях Онтарио и Монитоба, а также на севере страны район Квебека и Ньюфаундленда.

Есть месторождения в Новой Каледонии.

На Кубе месторождения локализованы в провинции Ольгин.

Компании по производству никеля - российский «Норникель», «Южурал-никель» и канадская Inco Ltd., англо-австралийская BHP Billiton, канадская  Falconbridge Ltd., французская Eramet Nickel, Ste le Nickel (филиал последней), кубинская General Nickel.

infotables.ru

Применение и особенности цветных металлов

Спрос на цветные металлы и сплавы постоянно растет, так как они все шире применяются в современной технике. Цветные металлы используются в авиастроении, ракетной и атомной технике, химической промышленности. В последнее время стали применять в качестве конструкционных материалов такие металлы и сплавы на их основе, как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.

Области применения в целом цветных металлов и отдельных их видов и сплавов очень широки.

Медь и ее сплавы применяются в химическом машиностроении, из них изготавливаются трубопроводы самого различного назначения, емкости, различные сосуды для криогенной технике и т.п.

Алюминий и его сплавы также как и медь используют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Отличительной особенностью обладают сплавы на основе алюминия, только они преимущественно используются для самолетов, ракет, судов, в различных видах строительства. Это связано с наличием у алюминия таких свойств как высокая прочность при малой плотности, высокая коррозионная стойкость в некоторых агрессивных средах и высокие механические свойства при низких температурах.

Особенности цветных металлов

Цветные металлы в целом как группы и по отдельности проявляют те или иные особенности.

1. Некоторые металлы, такие как медь, магний, алюминий обладают высокой теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Это способствует быстрому охлаждению места сварки, поэтому для сварки требуется применения более мощных источников теплоты, а иногда даже необходим предварительный подогрев детали.

2. Для тех же металлов (меди, алюминий, магния) и их сплавов характерно снижение механических свойств при нагреве, поэтому металл может легко разрушаться от ударов пр определенных температурах.

3. При нагреве все цветные сплавы растворяют газы окружающей атмосферы и химически взаимодействуют со всеми газами, кроме инертных. В отличие от черных металлов, которым это свойство практически не характерно. Особенно активно взаимодействуют с газами более тугоплавкие и химически более активные металлы, такие как титан, цирконий, ниобий, тантал, молибден.

Особенности обработки цветных металлов

Достоинства цветных металлов состоит в том, что они прочны и долговечны, а также способны переносить высокие температуры. У них есть один большой недостаток - они коррозируют и разрушаются под воздействием кислорода. Поэтому необходимо внимательно отнестись к обработке и защите металлов от воздействия окружающей среды.

Самый эффективный и распространенный способ защиты цветного металла от атмосферной коррозии - это нанесение защитных лакокрасочных материалов. Выделяется три группы средств защиты металлических поверхностей:1 - грунтовки, 2 - краски, 3 - универсальные препараты "три в одном".

Грунтовка - это не только средство борьбы с атмосферным окислением, но и помощник краски, он передает следующему за ним покрытию большую адгезию к основанию. Необходимо помнить, что для разных металлов используются разные грунтовки. Так например, для алюминиевых оснований лучше применять специальные грунтовки на цинковой основе либо уретановые краски.

Такие металлы как медь, латунь и бронзу не красят, так как они поступают в дальнейшую переработку с заводской обработкой, которая защищает поверхность и подчеркивает ее красоту. Когда данное заводское покрытие все таки нарушается под воздействием разных факторов, то лучше всего полностью его удалить с помощью растворителя. Затем основание необходимо отполировать и покрыть эпоксидным или полиуретановым лаком.

Таким образом, не смотря на множество полезных свойств металла, каждый из его видов требует особого подхода и дополнительной защиты. Если Вы не спеша и продуманно подойдете к покупке и использованию металла для Ваших целей. То он будет радовать Вас своими преимуществами, а Вы прощать ему его недостатки.

metallsk.ru

Применение цветных металлов и сплавов

Цветные металлы, а также сплавы на их основе, широко востребованы в различных промышленных сферах и сельском хозяйстве. К данной группе металлов можно отнести все их виды, исключая железо, а также его производные, относящиеся к группе черных металлов.

Большинство цветных металлов имеют следующие свойства:

  • Пластичность.
  • Стойкость к коррозии, сильным температурным перепадам.
  • Универсальность в применении.

Одной из важных характеристик цветных металлов является то, что они могут значительно изменять свои свойства в результате различных процедур, предусматривающих искусственное состаривание, закалку и т. д. Помимо этого, они являются очень податливыми для обработки различными способами.

Среди цветных металлов особенно выделяют следующие: никель, олово, медь, алюминий, цинк, магний, свинец. Их цена является наиболее высокой.

Алюминий

Данному металлу свойственна высокая электропроводность, поэтому алюминий применяют в тех областях, где данное свойство является особенно важным, например, при изготовлении проводов для высоковольтных линий.

Часто используемыми являются сплавы алюминия, разделяемые на следующие группы:

  • Упрочняемые, которыеподвергаюттермическойобработке (дуралюминиавиаль). Составданныхсплавовпредполагаетналичиецинка, меди, атакжекремнияимагния. Крометермическойобработки, металлыданноготипаподвергаютзакалке, длятого, чтобыупрочнитьконечныйпродукт. Такиесплавыпозволяютсоздаватьлегкиеиоченьпрочныеконструкции, которыенередкоприменяютсяваэро- икосмическойпромышленности.
  • Сплавы, неподлежащиеупрочнениювследствиетермообработкии, нашлиширокоеприменениевсферетранспортногомашиностроения, гдеизнихизготавливаютсяразличныедетали.

Медь

Первый вид металла, используемый человеком. К тому же, медь впервые использовали для того, чтобы передать электричество. Медь отличается такими характеристиками, как высокая электропроводимость и отличная ковкость.

Данный металл часто применяется в электротехнике, где из него изготавливают провода различной длины и кабельные изделия. Из неё изготавливают разного рода радиоаппаратуру, электрогенераторы, оборудование для телеграфов и телефонов.

В ряде других отраслей более часто используются медные сплавы. Особой популярностью пользуется латунь, которая характеризуется высоким содержанием цинка с добавлением ряда компонентов для получения определенных свойств. Латунь отличается простотой в обработке, обладая хорошими механическими свойствами. По этой причине, сплав нередко находит применение в машиностроительных и промышленных сферах, где используется при создании трубопроводов и емкостей.

Никель

Данный металл нередко используется в целях защиты металлических поверхностей от коррозии. Из никеля производят тигли, цистерны. Они, обладая высокой стойкостью к коррозии, часто применяются в текстильной, пищевой, а также химической промышленности. Также никель используют при изготовлении АКБ.

Олово

Чистое олово применяется в основном для получения белой жестки, применяемой при производстве консервных банок. Сплавы из данного металла являются задействованными в ряде отраслей. В книгопечатании, к примеру, применяются шрифты, изготавливаемые из смеси олова с сурьмой и свинцом. Также весьма востребован баббит, который получается при сплавлении олова с медью, сурьмой и свинцом. Из баббита изготавливаются различные детали, такие как подшипники.

kcm.in.ua

Применение цветных металлов в промышленности — Мегаобучалка

Цветные металлы и сплавы получили широкое применение в современном машиностроении. Особенно возросла их роль в связи с развитием реактивной техники и атомной энергии, освоением космического пространства и развитием радиоэлектроники.

Широкое применение цветных металлов объясняется их особыми свойствами: высокими электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, малой плотностью и др. Кроме того, цветные металлы способны образовывать сплавы друг с другом и с черными металлами. Однако они дорогостоящие, и там, где это возможно, их заменяют черными металлами. Цветные металлы обычно делят на четыре группы: тяжелые ‑ медь, никель, свинец, цинк, олово; легкие ‑ алюминий, магний, титан, кальций и др.; благородные ‑ золото, серебро, платина; редкие ‑ молиоден, вольфрам, ванадий, уран и др.

Наибольшее применение в промышленности находят медь, алюминий, цинк, свинец, олово, никель, титан, магний. Расширяется область применения радиоактивных металлов (уран, торий, актиний), обладающих огромной энергией атомного распада. Способы получения цветных металлов весьма разнообразны, технология их производства существенно отличается от технологии получения черных металлов.

 

Производство меди

Медь является ценным техническим металлом. В чистом виде она имеет красный цвет, температура ее плавления 1083 °С, плотность 8,96 т/м3. Медь хорошо проводит электричество и теплоту, отличается пластичностью. В чистом виде медь используется в электро- и радиопромышленности, значительная часть ее идет на изготовление сплавов.

В земной коре медь встречается преимущественно в виде сульфидных и частично в виде окисных руд. Поэтому около 80 % меди выплавляют из сульфидных руд. Наиболее распространенными медными рудами являются медный колчедан, содержащий халькопирит (CuFeS2), и медный блеск, содержащий халькозин (Cu2S).

Все медные руды относительно бедные (содержание меди ‑ 1...5%), поэтому их обогащают. Для этих целей чаще всего используют метод флотации, основанный на различной (избирательной) способности тонкоизмельченных частиц рудных минералов и пустой породы смачиваться реагентами. Вместе с пузырьками воздуха, пропускаемого через пульпу (смесь измельченной руды, воды и флотореагентов), на поверхность ванны поднимаются частицы рудных минералов, а большая часть породы идет в осадок и удаляется. Этим методом можно извлечь до 90 % меди, находящейся в руде. Содержание меди в полученных таким образом концентратах ‑ 15...30 %. Затраты на обогащение медных руд перекрываются экономическим эффектом, получаемым при металлургическом производстве за счет снижения расходов на топливо (меньше расплавляется пустой породы), повышения производительности отражательных печей, т. е. в конечном счете за счет снижения себестоимости 1 т меди.



Полученный посредством флотации концентрат содержит также влагу и сернистые соединения. Для удаления влаги и снижения содержания серы применяют обжиг. Последний ведут в специальных печах, в кипящем слое.

Пламенные (отражательные) печи по устройству сходны с мартеновскими. Длина современных печей доходит до 40 м, ширина 6...8 м. В них одновременно плавится более 100 т огарка. Плавка происходит за счет тепла факела пламени, температура в зоне плавления достигает 1450 °С. В печи поддерживается слабоокислительная среда.

В конце плавки на поду печи образуется штейн (Cu2S4FeS) ‑ расплав с содержанием меди 20...50 %, железа ‑ 20...40 %, серы ‑ 22...25 %, кислорода ‑ до 8% и включающий примеси: золото, серебро, свинец, цинк. Над слоем штейна располагается железистый шлак. Его удаляют, а штейн сливают и направляют в конвертеры для получения черновой меди.

Для получения черновой меди расплавленный штейн (рис. 8.2) через горловину 2 заливают в конвертер горизонтального типа. Длина конвертера ‑ 6...10 м, наружный диаметр ‑ 3...4 м. Фурмы 3 для вдувания воздуха расположены по образующей поверхности конвертера. Расплавленный штейн продувают воздухом (давление воздуха 0,075...0,125 МПа) и подают кварцевый флюс (с содержанием SiO2 70...80%) с помощью приспособления 1.

Можно выделить два периода процесса. В первом периоде происходит окисление сульфидов железа и ошлакование оксида железа:

2FeS + 3O2 + SiO2=(FeO)2.SiO2-2SO2.

Образовавшийся при этом шлак сливают. Во втором периоде окисляются сульфиды меди:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2.

Затем в результате взаимодействия сульфида меди с ее оксидом выделяется черновая медь (Cu2S + 2Cu2O = 6Cu-j-SO2), содержащая 98,5...99,5 % Си. В состав черновой меди входят примеси железа, серы, мышьяка, кислорода и др.

Образующийся газ улавливают и используют для производства серы или серной кислоты. Длительность продувки зависит от вместимости конвертера и содержания меди в штейне. Примеси снижают качество меди, поэтому черновую медь подвергают рафинированию, при этом из нее попутно извлекают благородные металлы.

Рафинирование меди производится огневым и электролитическим способами. Огневое рафинирование меди осуществляется в отражательных печах. Процесс состоит из следующих операций: расплавления, окисления всех примесей, удаления их с газами, а также перевода в шлак. Окисление примесей происходит за счет кислорода воздуха, который подается в жидкий металл. Образовавшиися шлак удаляют и ведут процесс «дразнения» для удаления растворенных газов.

Сначала в расплав погружают сырые жерди (березовые или сосновые), при этом происходит выделение паров воды и газов, а затем используют сухие жерди для раскисления меди. Готовую медь разливают на слитки или анодные пластины. Полученная таким образом медь включает благородные металлы (серебро, золото) и некоторые примеси (мышьяк, сурьму, селен и др.).

Для получения высококачественной меди и выделения из нее других металлов производят электролитическое рафинирование. Для этого черновую медь отливают в виде пластин ‑ анодов, которые погружают в ванну с 12...16 %-м водным раствором медного купороса в серной кислоте. Параллельно анодам подвешивают тонкие листы чистой меди (катоды). При пропускании постоянного тока аноды растворяются и медь осаждается на катодах. За 10... 12 сут на катодной пластине отлагается около 100 кг меди. Катоды через 5... 12 сут выгружают, промывают, переплавляют и разливают в слитки. Расход электроэнергии на 1 т катодной меди составляет 20...400 кВт-ч.

В зависимости от степени чистоты различают пять марок меди (МО, Ml, М2, МЗ, М4) с содержанием меди от 99,95 до 99 %.

 

 

Производство алюминия

Алюминий ‑ один из самый распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 8 %.

Чистый алюминий ‑ металл серебристо-белого цвета, температура его плавления 660 °С, плотность 2,7 т/м3. Алюминий обладает высокими электро- и теплопроводностью, уступая по этим свойствам только серебру и меди, пластичностью и малой окисляемостью. Прочность и твердость алюминия относительно невысокие. В прокатанном и отожженном состоянии он очень пластичен, но малопрочен.

Наибольшее применение чистый алюминий получил в электротехнической промышленности для изготовления проводов, кабелей и обмотки. Алюминий и его сплавы широко применяются во многих отраслях промышленности: в авиации, металлургии, пищевой промышленности и др.

Алюминий обладает высокой химической активностью и в свободном состоянии в природе не встречается. Он входит в состав большинства горных пород в виде А12Оз и А1(ОН)3.

Получают алюминий из горных пород с высоким содержанием глинозема: бокситов, нефелинов, алунитов и коалинов. Основным сырьем для получения алюминия являются бокситы (50...60 % глинозема, 1...5% кремнезема, 2...25 оксида железа, 2...4 оксида титана, 10...30 % воды).

Технологический процесс получения алюминия состоит из двух стадий: получения глинозема (А12Оз) из руды и производства алюминия из глинозема. В зависимости от состава и свойств исходного сырья применяют различные способы получения глинозема: химико-термические, кислотные и щелочные.

Широко распространены щелочные способы получения глинозема. Наиболее эффективным из них является мокрый щелочный способ. Этим способом перерабатываются бокситы с низким содержанием кремнезема (2...3 %). Боксит при этом сушат, дробят, размалывают в шаровых мельницах и обрабатывают концентрированной щелочью для перевода гидрата оксида алюминия в алюминат натрия:

2Al(OH)3 + 2NaOH = Na2O-Al2O3-r-4H2O.

Алюминат натрия (Ыа2О'А12Оз) переходит в водный раствор, а другие примеси, не растворяющиеся в щелочах, выпадают в осадок и отфильтровываются. Часть кремнезема также переходит в осадок, остальная его часть растворяется в щелочи и загрязняет водный раствор. В связи с этим для очищения раствора требуется повышенный расход едкого натра.

Отфильтрованный водный раствор алюмината натрия поступает в специальные аппараты ‑ самоиспарители, где происходит гидролиз алюмината натрия и выделение гидроксида алюминия:

Na2O-Al203 + 4H2O = 2NaOH + 2Al(OH)3.

Полученный гидроксид алюминия направляется на фильтрование, а затем промывается и поступает в печь, где при температуре 1200 °С прокаливается. В процессе прокаливания получают чистый глинозем:

2А1 (ОН) з = А12Оз +ЗН2О.

Выход глинозема из руды при этом способе составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуется 2,0...2,5 т бокситов, 70...90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7...9 т водяного пара, 160...180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт-ч электроэнергии.

Глинозем представляет собой прочное химическое соединение, температура его плавления ‑ 2050 °С, кипения ‑ 2980 °С. В этих условиях восстановление алюминия углеродом или его оксидом весьма затруднительно, так как этот процесс заканчивается образованием карбида алюминия (А13С4).

Не представляется возможным получать алюминий с помощью электролиза водного раствора солей, так как в этом "случае на катоде выделяется только водород. Поэтому алюминий получают электролизом из глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Процесс происходит в специальных электролизных ваннах. Электролизеры питаются током 50 000... 155 000 А при напряжении 4... 4,5 В. Ток используется не только для обеспечения процесса электролиза глинозема, но и для поддержания температуры электролита в пределах 950... 1000 °С.

Перед началом процесса ванну подогревают и постепенно добавляют криолит. При толщине слоя расплавленного криолита 200...300 мм в ванну загружают глинозем (10...15% от массы криолита). Под воздействием электрического тока на аноде выделяется кислород. Он взаимодействует с углеродом анода, образуя СО и СО2, которые отводятся из ванны. На дне ванны (катоде; собирается жидкий алюминии, который периодически откачивается с помощью вакуумного ковша, соединенного с вакуумным насосом. По мере необходимости электрод обновляется. Суточная производительность ванны составляет около 350 кг алюминия. Длительность непрерывной работы ванны ‑ 2...3 года. Для производства 1 т алюминия расходуется около 2 т глинозема, 0,7 т анодной массы, 0,1 т криолита и других фторидов и 16... 18 МВт-ч электроэнергии. В структуре себестоимости 1 т алюминия затраты на электроэнергию составляют более 30 %, около 50 % приходится на сырье и основные материалы. В этих условиях рациональное использование сырья и электроэнергии является одним из путей снижения себестоимости производства алюминия.

Для увеличения степени чистоты алюминия его дополнительно подвергают рафинированию. С этой целью алюминий в ковшах вместимостью около 1,25 т подвергают при температуре 650...770°С продувке хлором в течение 10...15 мин. Из алюминия выделяются примеси глинозема, криолита и газы. Рафинированный алюминий разливают в изложницы. Для получения алюминия высокой чистоты применяют электролитическое рафинирование. В этом случае анодом служит подлежащий очистке алюминий, катодом ‑ пластины из чистого алюминия. Расплавы хлористых и фтористых солей используются в качестве электролита.

Рафинирование алюминия возможно и другими способами. Некоторые заводы вторичного алюминия применяют, например, магниевый способ рафинирования.

Для получения алюминия особой чистоты широкое применение получил метод его зонной перекристаллизации, в основе которой лежит неодинаковое распределение примесей алюминия (или другого рафинируемого металла) между жидкой и твердой фазой при частичном расплавлении.

В зависимости от степени чистоты алюминия ГОСТ 11069‑64 нормирован выпуск его марок А995, А99, А95 с содержанием примесей не более 0,005...0,5 % и алюминия особой чистоты А999 (не более 0,001 % примесей).

В цветной металлургии в настоящее время применяют новый, способ комплексной переработки сырья ‑ плавки в «жидкой ванне».

Суть этого способа заключается в следующем: в печь, где идет плавка и температура шлака достигает 1350 °С, подается через фурмы кислород. Через свод печи производят загрузку сырья. Размер частиц может быть от нескольких микрометров до десятка сантиметров (особой подготовки шихты новая технология не требует). Попадая в кипящий, перемешиваемый кислородом шлак, частицы шихты тонут в нем и быстро расправляются. Частицы сульфида меди не смешиваются со шлаком, а «плавают» в нем. Зато однородные частички металла (меди, никеля и др.) сливаются в тяжелые капли и проходят через шлак, образуя под ним слой штейна, который непрерывно выпускается из печи. При плавке в «жидкой ванне» содержание меди в шлаке даже без специального его обеднения составляет всего 0,5...0,6 %, зато в штейне ее содержится до 60 %. Использование кислородного дутья позволяет получить в процессе окисления сульфидов теплоту, достаточную для «самообеспечения» процесса плавки без расхода топлива.

Выброс отходящих газов в 10 раз ниже, нежели при плавке сульфидных руд по обычной технологии. Эти газы содержат до 60 % диоксида серы и могут использоваться для получения серы, которая извлекается способами, уже освоенными промышленностью.

Удельная производительность печи для плавки в «жидкой ванне» превышает производительность отражательной печи более чем в 15 раз. При этом резко облегчаются условия труда и уменьшается загрязнение окружающей среды отходами производства цветных металлов.

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Основная литература

1. Производственные технологии: Учебник. /Под ред. В.В. Садовского. –Минск: БГЭУ, 2008.

2. Производственные технологии (общие основы), ч.1, ч.2: Учебно-практическое пособие /Самойлов М.В., Кохно Н.П., Ковалев А.Н., Миронович И.М. – Минск: БГЭУ, 2004.

 

 

Дополнительная литература

1. Национальная экономика Беларуси: Потенциалы. Хозяйственные комплексы. Направления развития. Механизмы управления: Учеб. пособие / В.Н. Шимов и др.; Под общ. ред. В.Н. Шимова. – Минск: БГЭУ, 2005.

2. Самойлов, М.В. Производственные технологии: учебное пособие/М.В. Самойлов, Н.П. Кохно, А.Н. Ковалев– Минск: Книжный Дом, 2006.

3. Производственные технологии: лабораторный практикум / М.В. Самойлов, И.А. Мочальник, Н.П. Кохно, В.В. Паневчик – Минск: БГЭУ, 2000.

4. Самойлов, М.В. Технологические методы решения экологических проблем/ М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, Н.П. Кохно – Минск: БГЭУ, 1996.

 

 

megaobuchalka.ru