Промышленная классификация металлов

ЛЕКЦИЯ 1.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ, РУД И ПРОЦЕССОВ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАУЧНЫХ ОСНОВ МЕТАЛЛУРГИИ

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

Первым ученым-металлургом был Агрикола (Бауэр) (1494— 1555 гг.), изучавший металлургию на европейских заводах. В 1556 г. вышла написанная им первая книга по металлургии и горному делу «De Re Metallica», но научный уровень изложения в ней вопросов металлургии был очень низкий. В таком состоя­нии металлургическая наука находилась на протяжении почти 200 лет.

Лишь открытие великим русским ученым М. В. Ломоносовым (1711—1765 гг.) закона сохранения веса при химических реакциях в 1748 г. позволило на основе этого закона дать изложение спосо­бов извлечения металлов из руд на более высоком научном уровне, чем в существовавших до него руководствах по металлургии.

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. Ломоносов впервые научно обосновал явления: окисления металлов. Он эксперимен­тально доказал, что не «материя огня» а воздух окисляет металлы. Это дало возможность правильно трактовать металлургические процессы с точки зрения взаимодействия руд и топлива с воздухом. Ломоносов первый качал преподавать физическую химию в уни­верситете.

Действие серы на металл в расплавленном состоянии и влияние ее на изменение свойств металлов впервые изучал Н. П. Соколов (1748—1795 гг.).

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 выплавкой железа и его сплавов.

2. Цветные металлы. Цветные металлы подразделяются на следующие группы:

1)тяжелые цветные металлы, которые делятся на основные — медь, никель, свинец, цинк, олово, играющие ведущую роль, 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 младшие —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:

а) тугоплавкие — вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цир­коний, ванадий;

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

в) редкоземельные - лантан и лантаниды;

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

Как показывают сами названия, легкие цветные металлы отли­чаются от тяжелых по их плотности. У первых она находится в пределах от 0,53 (Li) до 4,5 (Ti), у вторых — от 5—6 (As, Zn, Sb) до 13,6 г/'см³ (Hg).

Благородные (или драгоценные) металлы отличаются от других малой химической активностью, не соединяются непосред­ственно с кислородом.

В группу редких металлов отнесены такие металлы, которые в промышленности и технике применяются еще в относительно небольших количествах по сравнению с другими металлами вслед­ствие того,.что они редко встречаются в природе (собственно ред­кие металлы), находятся в сильно рассеянном виде и добываются только как спутники других металлов из отходов их производства (рассеянные металлы), или очень дороги вследствие больших из­держек производства, или еще мало изучены (редкоземельные металлы).

Радиоактивные металлы выделены в самостоятельную группу вследствие особых, присущих им радиоактивных свойств, которые используются, в частности, в атомной промышленности (уран, торий, плутоний и др.).

Промышленная классификация металлов с течением времени может меняться в зависимости от уровня развития техники в дан­ной отрасли металлургии. Например несколько лет назад титан относили к группе редких металлов, а в настоящее время в связи с бурным развитием металлургии титана его часто причисляют к группе легких цветных металлов.

КЛАССИФИКАЦИЯ РУД

Основное сырье для получения металлов — руды. Рудой на­зывается такая горная порода, из которой данный металл может, быть извлечен с экономической выгодой при определенной его концентрации в этой горной породе. Минимальное содержание металла в руде не остается постоянным, а зависит от уровня раз­вития техники в данной отрасли металлургии. Так, например, до недавнего времени медной рудой считалась такая горная по­рода, в которой содержание меди было более 1%. Однако в связи с развитием методов обогащения этот промышленный минимум снизился до 0,5—0,8%.

По химическому составу руды делятся на следующие виды:

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

2) окисленные, в которых металлы находятся в виде кислородных соединений, карбонатов или гидратов (Fe₂O₃, РЬСОз- А1 (ОН)₃;)

3) сульфидные (PbS, Cu₂S, NiS), в которых металлы находятся в виде сернистых соединений. Грани сульфидных минералов обла­дают характерным металлическим блеском.

По структуре руда неоднородна и состоит из следующих мине­ралов:

1) рудные минералы первого основного металла;

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

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

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

При переработке руды необходимо добиваться полного ком­плексного использования 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.).