Цветные металлы, сплавы и основы их производства
Значение цветных металлов в развитии всех отраслей народного хозяйства очень велико. Цветные металлы являются важнейшим конструкционным материалом. Несмотря на большие успехи органической химии и быстрое развитие полимерных материалов выпуск цветных металлов не только не снижается, но и растет опережающими темпами. Это объясняется их уникальными свойствами - жаропрочностью, тугоплавкостью, высокой электропроводностью, пластичностью, коррозионной стойкостью, малым удельным весом, твердостью, способностью образовывать многочисленные сплавы и др.
Создание мощной материально-технической базы тесно связано с развитием производства новых материалов со специальными свойствами для прогрессивных технологических процессов, характеризующихся высокими температурами, давлением, скоростями, работой в среде плазмы, в условиях ядерного излучения, в агрессивных средах. В получении таких материалов ведущую роль играют цветные металлы и сплавы на их основе.
Цветные металлы применяются в машиностроении, электротехнике, приборостроении, радиотехнике, электронике, промышленности, строительстве, в быту, в атомной и ракетной технике.
Области применения цветных металлов и сплавов исключительно широки, поэтому ассортимент их производства чрезвычайно разнообразен. Обычно цветные металлы и сплавы используются в виде полуфабрикатов (листов, лент, фольги, труб, прутков, профилей, проволоки) или отливок и поковок.
Развитие новых отраслей промышленности потребовало освоения производства цветных металлов высокой степени чистоты. Чистые и сверхчистые цветные металлы обладают свойствами, отличными от так называемых технически чистых металлов, т. е. повышенной коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью, высокой пластичностью и др.
Сырьем для производства цветных металлов являются руды, горючие полезные ископаемые, флюсовые материалы. Производство многих цветных металлов связано с потреблением большого количества электроэнергии.
Содержание ценных компонентов в рудах цветных металлов чрезвычайно низкое: от 1 % (никель, медь, свинец) до десятых и даже сотых долей процента (олово, вольфрам, молибден). Поэтому производство цветных металлов сопряжено с добычей и переработкой огромных масс руд.
Металлургия цветных металлов характеризуется разнообразием технологических процессов и большим количеством (свыше 70 наименований) выплавляемых металлов. При этом развиваются и совершенствуются как традиционные методы, так и новые, в числе которых обжиг руд в кипящем слое, плавка при помощи электроэнергии, природного газа и кислорода, автоклавные процессы, гидрометаллургия и др.
Легкие металлы
безотходный технология драгоценный лом
К легким относятся металлы, плотность которых менее 4500 кг/м3. К наиболее широко применяемым легким металлам относятся алюминий, магний и титан.
Алюминий - серебристо-белый с несколько тусклой, покрытой пленкой окиси поверхностью металл. Его плотность 2700 кг/м3, температура плавления 660°C. Основными свойствами алюминия является легкость, пластичность, высокая электро- и теплопроводность, морозостойкость, коррозионная и химическая стойкость (устойчив против действия органических и азотной кислоты), хорошая свариваемость и обработка прокаткой, ковкой и волочением.
Алюминий - самый распространенный в земной коре металл. Однако из-за высокой химической активности в свободном состоянии в природе не встречается, а сосредоточен в бокситах, нефелинах, каолинах, алунитах и др. Наиболее ценная руда, содержащая до 50 % окиси алюминия,- бокситы. Полупродукт химической переработки алюминиевых руд - глинозем. Из него посредством электролиза получают металл.
Технический алюминий выпускается в чушках. В зависимости от химической чистоты различают следующие марки алюминия:
· особой чистоты - А999 (примесей не более 0,001 %);
· высокой чистоты - А995, А99, А97, А95 (примесей 0,005-0,05%);
· технической чистоты - А85, А8, А7, А6, А5, АО, AE (примесей 0,15-1,0%).
Алюминий особой чистоты применяется в полупроводниковой и ядерной технике, высокой чистоты - для изготовления электрических конденсаторов, химической аппаратуры, технической чистоты - для изготовления кабельных изделий, проката, посуды, алюминиевого порошка и пудры, а также сплавов.
Как конструкционный материал алюминий в основном используется в виде сплавов. Это объясняется его невысокими механическими свойствами, труднообрабатываемостью резаньем, а также значительной линейной усадкой. Основными компонентами алюминиевых сплавов являются марганец, медь, кремний, магний, цинк, титан, хром и др.
Алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые (для изготовления листов, лент, труб, профилей и др.), литейные (для получения отливок), припои (для пайки алюминиевых сплавов) и подшипниковые.
Деформируемые алюминиевые сплавы обладают высокой пластичностью, вследствие чего легко поддаются обработке давлением, хорошо свариваются, устойчивы против коррозии. В зависимости от способности упрочняться термической обработкой они подразделяются на сплавы не упрочняемые и упрочняемые термообработкой (закалкой, старением, отжигом).
К сплавам, не упрочняемым термообработкой, относятся технический алюминий (АД0 и АД1), а также сплавы алюминия с магнием (магналии) или марганцем (АМг2, АМг3, АМг5, АМг6, АМц). Они упрочняются только холодным деформированием и применяются для сварных и клепаных деталей конструкций, эксплуатируемых при сравнительно небольших нагрузках и в коррозионно-активных средах. К сплавам, упрочняемым термообработкой, относятся дуралюмины, авиали, высокопрочные, ковочные и жаропрочные.
Дуралюмины - это сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем Они выпускаются марок Д1, Д16п; Д18п, ВД17, Д19, В65 и применяются для изготовления деталей средней и повышенной прочности, подвергающихся переменным нагрузкам (детали самолетов, автомобилей, строительные конструкции и др.).
Авиали - сплавы алюминия с магнием и кремнием Они выпускаются марок AB, АД31, АД33, АД35 и применяются для изготовления деталей средней прочности, а также деталей, подвергающихся гибкой деформации как в холодном, так и в горячем состоянии (лопастей, винтов вертолетов, деталей двигателей, переборок судов, корпусов электромоторов, трубопроводов и др.).
Высокопрочные - это сплавы, состоящие из алюминия, цинка, магния, меди, марганца и хрома. Они выпускаются марок В92, В93, В94, В95, В96, ВАД23. Их недостаток - пониженная коррозионная стойкость.
Ковочные сплавы отличаются высокой пластичностью при температурах 380-450°C и поэтому применяются для изготовления штамповок и поковок сложной формы, средней и повышенной прочности, невысокой коррозионной стойкости. К ним относятся сплавы марок АК6, АК8.
Жаропрочные сплавы применяются для изготовления деталей, работающих при температуре до 300°C (головки блока цилиндров, поршни, детали компрессоров и турбореактивных двигателей, обшивка сверхзвуковых самолетов и др.). К ним относятся сплавы марок АК2, АК4, АК4-1, Д20 и Д21.
Литейные алюминиевые сплавы обладают высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, хорошими механическими свойствами и сопротивляемостью коррозии, что достигается введением в их состав большего, по сравнению с деформируемыми сплавами, количества легирующих элементов.
В зависимости от основных компонентов литейные алюминиевые сплавы выпускаются пяти групп, в том числе сплавы на основе алюминия и магния (АЛ8, АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ27, АЛ29), алюминия и кремния (АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ7, АЛ78, АЛ9, АЛ9В), алюминия и меди (АЛ7, АЛ7В, АЛ 19), алюминия, кремния и меди (АЛ3, АЛ5, АЛ6, АЛ10В, АЛ4М, АЛ32 и др.) и многокомпонентные (АЛ1, АЛ 16В, АЛ17В, АЛ18В, АЛ20, АЛ21, АЛ24, АЛ25, АЛ26, АЛ30).
Наиболее распространенными литейными алюминиевыми сплавами являются силумины (сплавы на основе алюминия и кремния).
Для улучшения характеристик литейных алюминиевых сплавов производят их рафинирование (обработку смесью хлористых и фтористых солей калия и натрия или нейтральными газами (азотом, хлором, аргоном) с целью снижения содержания газов и неметаллических примесей) или модифицирование (обработку смесью фтористых и хлористых солей натрия с целью улучшения структуры силуминов и повышения их механических и литейных свойств).
Подшипниковые алюминиевые сплавы выпускаются марок А03-1, А09-2, А020-1 и др.
В маркировке алюминиевых сплавов буквами обозначаются компоненты (А - алюминий, К - кремний, Мц - марганец, Mг - магний), назначение (Д - деформируемые, Л - литейные) или свойства (В - высокопрочный, M - мягкий отожженный, Π - полунагартованный, H - нагартованный). Буквой Д обозначаются также дуралюмины. Цифры, следующие за буквами маркировки, обозначают или порядковый номер сплава, или процентное содержание соответствующего элемента. У высокопрочных сплавов на первом месте цифровой маркировки проставляется цифра 9.
Магний - серебристо-белый, покрытый окисной пленкой, металл плотностью 1740 кг/м3, температурой плавления 651°C. Основными свойствами магния являются малая плотность (один из самых легких металлов), хорошая обрабатываемость резаньем, стойкость к действию керосина, бензина и минеральных масел, однако он не стоек в водных растворах солей, кроме фтористых, и растворяется во многих кислотах. Магний немагнитен, имеет невысокие литейные и упругие свойства, корродирует во влажном воздухе. Порошкообразный магний или магниевая лента легко загорается от спички и горит белым пламенем.
В природе магний встречается в виде карбонатов, силикатов, хлоридов и сульфатов. Для его получения используют магнезит, доломит, карналлит, бишофит и отходы некоторых производств.
Магний выпускается марок Мг96 (не менее 99,96 % Mg), Мг95 (не менее 99,95% Mg) и Мг90 (не менее 99,90 % Mg) в виде чушек массой до 8 кг. Он примениется в качестве компонента сверхлегких и жаропрочных сплавов, высокопрочного чугуна, в химической промышленности и пиротехнике.
Магниевые сплавы представляют собой соединения магния с алюминием, цинком, марганцем и другими металлами. Они выпускаются литейные (МЛ2, МЛ15, МЛ19) и деформируемые (MAl, МА2, МА8 и др.). Цифра в маркировке обозначает порядковый номер, зависящий от химического состава.
Титан - металл серебристого цвета с голубоватым отливом плотностью 4505 кг/м3, температурой плавления 1668°C. Он отличается высокими прочностными свойствами (при температурах до 400°C), коррозионной устойчивостью, в том числе и во многих агрессивных средах, малой тепло- и электропроводностью, немагнитен. Механические свойства титана снижаются при нагреве до температур свыше 400°C, а при температуре 540°C он становится хрупким.
Исходным сырьем для производства титана является ильменит, рутил, сфен или титанит, перовскит и др.
Технический титан выпускается марок BT1-00 (99,53% Ti), BT1-0 (99,48% Ti) i BT1-1 (99,44% Ti). Чем меньше примесей, тем ниже прочность, но выше пластичность Технический титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается (в среде аргона), однако его обработка резаньем затруднена.
Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости титан легируют алюминием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, оловом, ниобием и др. Получаемые сплавы по прочности подразделяются на повышенной пластичности, невысокой и средней прочности и высокопрочные, а по назначению - на литейные (BT1Л, ВТ5Л, ВТ6Л и др.) и деформируемые (от 4-0, ВТ5-1, ВТ8, ВТ9, ВТ22 и др.) Цифры в маркировке показывают среднее процентное содержание компонентов сплава.
Титановые сплавы применяются в химическом машиностроении (колонны, башни, адсорберы, фильтры, насосы, теплообменники, работающие в среде хлора и его растворов, в азотной кислоте), самолетостроении (обшивка самолетов, детали двигателя), ракетной технике, судостроении, тяжелом и энергетическом машиностроении, для изготовления бытовых приборов и др.
Тяжелые металлы
К тяжелым металлам относятся медь, никель, свинец, цинк и олово.
Медь - это металл красного цвета плотностью 8960 кг/м3, с температурой плавления 1083°C. Обладает высокой электро- и теплопроводностью (по этим свойствам уступает только серебру), пластичностью, коррозионной стойкостью в обычных условиях и в агрессивных средах (кроме аммиачных и сернистых газовых). Медь хорошо обрабатывается давлением и плохо резаньем из-за высокой вязкости, имеет невысокие литейные свойства, так как обладает большой усадкой. По объему производства и потребления занимает первое место среди цветных металлов.
Наиболее распространенными минералами для производства меди являются медный колчедан, куприт, азурит, малахит и др.
В зависимости от методов выплавки и повышения качества медь выпускается катодная (МВЧк, МО0к, МОку, МОк, М1к), бескислородная (МООб, МОб, МЛб), катодная переплавленная (M1д, МЛ), раскисленная (с пониженным содержанием кислорода, марок M1p, М1ф, М2р, М3р) и огневого рафинирования (очищенная от примесей марок М2, М3).
Около половины выплавляемой меди расходуется в электротехнической промышленности (для производства кабельных изделий, контактов, электрогенераторов, электромоторов, распределительных устройств) и приборостроении. Медь используется для изготовления химической аппаратуры, приготовления пигментов, препаратов сельского хозяйства, нанесения покрытий и др.
Значительная часть меди используется для производства сплавов. Сплавы меди в зависимости от свойств подразделяются на высокопрочные, антифрикционные, химически стойкие и др., по химическому составу - на латуни, бронзы, медно-никелевые и специальные, а по способу обработки - на литейные и деформируемые.
Латуни - это сплавы меди с цинком (с содержанием последнего до 40%). По сравнению с медью они более прочны и коррозионностойки. Отличаются высокой пластичностью, свариваемостью, поддаются пайке, лужению, обработке резаньем и давлением в холодном и горячем состоянии.
Латуни выпускаются двойные (Cu+Zn) и специальные или многокомпонентные (легированные алюминием, железом, никелем, оловом, марганцем, свинцом и другими элементами), в том числе литейные и деформируемые.
Двойные латуни выпускаются марок Л96 (томпак), Л90, Л85, Л80 (полутомпак), Л70, Л68, Л63 и Л60, где цифра - содержание меди, %.
Легированные латуни выпускаются оловянис-тые (ЛО70-1), свинцовистые (ЛС74-3), алюминиевые (ЛА77-2), кремнистые (ЛК72-1), марганцовистые (ЛМц76-2) и более сложного состава (ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59- 1-1, ЛАЖМц66-3-2, ЛКС80- 3-3, ЛМцЖ52-4-1 и др.). В их маркировке первая буква Л - латунь, последующие буквы обозначают компоненты сплава (О - олово, С - свинец, А - алюминий, К - кремний, Мц - марганец, Ж - железо, H - никель и т. д.). Цифры показывают процентное содержание меди (первая) и соответствующих компонентов (в порядке их записи в буквенной части маркировки). В литейных латунях (ЛС, ЛК, ЛКС, ЛАЖМц и др.) содержание меди и других компонентов не указывается.
Бронзы - это сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием, бериллием или другими компонентами. В отличие от латуней цинк здесь отсутствует или вводится в незначительных количествах. По сравнению с медью они отличаются более высокими литейными, антифрикционными и антикоррозионными характеристиками, а также твердостью. Бронзы выпускаются оловянные и безоловянные, литейные и деформируемые. Бронзы обозначаются знаком «Бр», а также буквами и цифрами, указывающими легирующие элементы и их процентное содержание. Оловянные бронзы (содержащие до 12 % олова) применяются для изготовления антифрикционных деталей (БрОЦС4-4-2,5, БрОЦС5-5-5, БрОЦС4-4-17), пружин (БрОЦ4-3), арматуры, работающей в условиях пара, пресной и морской воды (Бр03Ц7С5Н1, Бр03Ц12С5).
| Бронзы | Назначение |
| Алюминиевые | |
| БрА5, БрА7, БрАЖ9- 4, БрАЖ9 - 4Л, БрАЖН10 - 4-4, БрАЖН10- 4 - 4Л | Разменные монеты, небольшие ответственные детали (втулки, шестерни, фланцы) и детали, работающие в морской воде |
| Кремнистые | |
| БрКМц3- 1, БpKH1-3 | Антифрикционные и пружинящие детали, работающие в агрессивных средах и при температурах до 250°C |
| Свинцовистая | |
| БрС30 | Подшипники скольжения, работающие при повышенном давлении и больших скоростях |
| Бериллиевая | |
| БрБ2 | Пружинящие детали ответственного назначения |
| Марганцовистая | |
| БрМц5 | Детали, работающие при повышенных температурах |
К медно-никелевым сплавам относятся копель (МНМц 43-0,5), константан (МНМц 40-45), мельхиор (МНЖМц 30-1-1), нейзильбер (МНЦ 15-20), куниаль (MHA 13-3), монель (МНЖМц 28-2,5-1,5) и хромель (МНХ9). Эти сплавы используются для изготовления монет, хирургических инструментов, деталей электрических машин и приборов, посуды, украшений и др.
Никель - блестящий металл ярко-белого цвета плотностью 8900 кг/м3, температурой плавления 1453°C. Это пластичный, высокопрочный и коррозионно-устойчивый материал. По прочности и коррозионной стойкости превосходит другие цветные металлы, обладает магнитными свойствами, хорошо обрабатывается и сваривается.
Большая часть никеля производится из сульфидных никелевых руд. Марки никеля отличаются степенью чистоты. Так, в никеле марок H-0, H-1y, H-1, Н-2, Н-3 и Н-4 содержание примесей соответственно 0,01-2,4 %.
Свойства никеля больше проявляются в присутствии некоторых других компонентов, поэтому он чаще всего применяется для производства сплавов, используемых в машиностроении, авиационной и ракетной технике, автомобилестроении, электротехнике, химической, текстильной, пищевой и приборостроительной промышленности.
Свинец - металл синевато-серого оттенка плотностью 11340 кг/м3, температурой плавления 327°C. Он чрезвычайно мягок, поэтому легко поддается деформации, отличается высокой плотностью и коррозионной устойчивостью, однако недостаточно стоек в соляной и азотной кислотах.
В зависимости от степени чистоты свинец выпускается марок C0000, C000, C00, С0, C1, С2 и С3, где примесей соответственно от 0,0001 до 0,1 %.
Свинец используется как основной материал для получения легкоплавких и антифрикционных сплавов, в производстве аккумуляторов (свинцовые пластины), тетраэтилена свинца (антидетонатора бензинов), ультразвуковых генераторов, стекол, для защиты от излучения в атомной энергетике и др.
Основными видами сплавов на основе свинца являются свинцовистые и свинцово-оловянистые баббиты (подшипниковые сплавы марок БС, БК, Б16, БН, БТ, Б6), типографские (для изготовления типографского шрифта марок МШ, МП1, ЛМ1) и кабельные (для изготовления оболочек кабелей).
Цинк - металл голубовато-белого цвета плотностью 7140 кг/м3, температурой плавления 419°C. Он отличается коррозионной стойкостью в воде и воздухе, хорошими защитными и механическими свойствами, легко обрабатывается давлением. Однако у него низкий предел ползучести.
В зависимости от степени чистоты цинк выпускается марок ЦВ00, ЦВ1, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2 и Ц3, где содержание примесей соответственно от 0,003 до 2,5 %.
Около половины производимого цинка используется для оцинкования металла (железа и его сплавов с целью защиты от окисления), а также лакокрасочной и резиновой промышленности (окись цинка), для отливки под давлением ответственных деталей приборов, изготовления гальванических батарей, предохранения древесины от гниения (хлористый цинк) и др.
Олово - металл серебристо-белого цвета со светло-желтым оттенком, плотностью 7310 кг/м3, температурой плавления 232°C. Обладает высокой коррозионной стойкостью в обычных условиях, пластичностью и легкоплавкостью, способно образовывать высококачественные сплавы
В зависимости от степени чистоты олово выпускается марок ОВ4-000, О1пч, О1, О2, О3 и О4, где содержание примесей соответственно 0,001-3,57 %.
Олово применяется для изготовления белой жести (пищевой), создания защитных покрытий, баббитов (Б83, Б89), бронз, припоев (ПОС 90, ПОС 30, ПОС 18) и др.
Тугоплавкие металлы
К тугоплавким цветным металлам относятся вольфрам, молибден и такие редкие металлы, как цирконий, тантал, ниобий, рений, ванадий, и др.
Вольфрам - белый металл плотностью 19 300 кг/м3, температурой плавления 3387°C. Среди металлов является самым тугоплавким. Его получают из солей вольфрамовой кислоты в виде порошка. Применяется в металлургии качественных сталей, а также для производства сплавов с никелем, хромом, медью, кобальтом, титаном и др.
Вольфрам и его сплавы используют для изготовления нитей накаливания электрических ламп, арматуры электронных ламп (нагревателей, анодов, катодов, сеток), термокомпенсаторов полупроводниковых приборов, электронагревателей высокотемпературных печей, электрических контактов и др.
Молибден - светло-серый металл плотностью 10200 кг/м3, температурой плавления 2617°C. Его получают из медно-молибденовых руд и применяют для легирования стали и производства жаропрочных, тугоплавких и кислотоупорных сплавов.
Молибден и его сплавы - важнейшие конструкционные материалы в производстве электрических и электронных ламп, электродов дуговых печей, нагревателей. Его также используют для напыления на детали, подвергающиеся действию высоких температур, используемые в ракетной и космической технике.
Цирконий - серебристо-белый металл плотностью 6450 кг/м3, температурой плавления 1852°C. Он отличается высокой химической стойкостью, поэтому широко используется для изготовления химической аппаратуры, медицинских инструментов, в ядерной технике. Кроме того, цирконий и его сплавы применяются в пиротехнике, для изготовления жаростойкой керамики (борид и нитрид циркония) и в качестве сверхпроводников.
Тантал представляет собой металл светло-серого цвета с синеватым отливом плотностью 16600 кг/м3, температурой плавления 2996°C. Он отличается высокой коррозионной стойкостью, хорошей прочностью, пластичностью и свариваемостью. Применяется в производстве электрических конденсаторов большой емкости, отличающихся малыми габаритами, широким интервалом рабочих температур и напряжений, надежностью и долговечностью оборудования для химической промышленности, ювелирных изделий и др.
Ниобий - светло-серый металл плотностью 8570 кг/м3, температурой плавления 2500°C. Отличается высокой химической стойкостью, сверхпроводимостью, благодаря чему используется в производстве жаро- и химически стойких сталей, сверхпроводящих соленоидов и др.
Рений - светло-серый металл плотностью 21 030 кг/м3, температурой плавления 3180°C. Его используют для изготовления жаропрочных сплавов, нитей накаливания, термопар, коррозионно- и износостойких покрытий.
Ванадий - серо-стальной металл плотностью 6110 кг/м3, температурой плавления 1900°C. Отличается твердостью и химической стойкостью. Он применяется главным образом для повышения прочности и вязкости стали, а также в ядерной энергетике, электронных приборах, текстильной, стекольной и лакокрасочной промышленности.
Драгоценные металлы
К драгоценным (благородным) металлам относится золото, серебро, платина и платиноиды.
Золото - металл желтоватого цвета плотностью 19 320 кг/м3, температурой плавления 1064,43°C. Обладает высокой электро- и теплопроводностью, химической, стойкостью, не окисляется и не образует сернистых пленок, легко обрабатывается давлением в холодном состоянии. Растворителями золота могут служить насыщенная хлором соляная кислота, а также «царская водка» (смесь концентрированной азотной и соляной кислоты в соотношении 1:3). В природе встречается главным образом самородное золото.
Золото является очень мягким металлом, поэтому в технике используется в основном в виде сплавов с платиной, цирконием, серебром, медью, никелем и палладием. Оно широко применяется в ювелирном производстве. В зависимости от процентного содержания лигатурных металлов (компонентов, входящих в сплав с драгоценными металлами) получают золото желтого, зеленого, красного и белого цветов. Выпускается также сусальное золото. Оно представляет собой листы толщиной 0,13- 0,67 мкм и применяется для золочения металлов, гипса, дерева, мрамора и других материалов.
Серебро - металл белого цвета плотностью 10500 кг/м3, температурой плавления 960,8°C. Среди металлов серебро имеет наивысшую электро- и теплопроводность. Оно отличается также пластичностью, удельной теплоемкостью, отражательными и бактерицидными свойствами. Серебро химически малоактивно, однако в присутствии кислорода и влаги взаимодействует с сероводородом и чернеет. Его добывают из комплексных руд или как самородное.
Серебро применяется как контактный материал в электротехнике, кино- и фотопромышленности, для производства ювелирных изделий, очистки воды, изготовления сплавов с золотом, медью, платиной, палладием, кадмием, никелем и кремнием.
Платина - серебристо-белый металл плотностью 21 450 кг/м3, температурой плавления 1769°C. По сравнению с другими благородными металлами она имеет наибольшее удельное электрическое сопротивление, низкую теплопроводность, незначительную летучесть и химическую стойкость (растворяется только в «царской водке»).
Благодаря своим свойствам платина используется в химической промышленности, электротехнике, автоматике, радиотехнике, электрохимических процессах и др.
Платина в чистом виде обладает невысокой твердостью, поэтому ее применяют в виде сплавов с иридием, родием, никелем, рутением, осмием, молибденом, вольфрамом и серебром.
Драгоценные металлы и сплавы на их основе, поставляемые для технических целей, характеризуются маркой, а использумые в ювелирной промышленности - пробой.
Вторичная металлургия цветных металлов
Рост производства и потребления вторичных цветных металлов определяется в первую очередь экономической целесообразностью повторного использования дорогостоящего первичного сырья.
За счет сокращения технологического цикла производства цветных металлов из отходов и ломов достигаются основные преимущества в сохранении окружающей среды и экономии энергоносителей, которые достигают 50 % издержек производства.
Создание в Российской вторичной цветной металлургии большого числа малых предприятий, к сожалению, не сопровождалось одновременным повышением технологического и технического уровней производства оборудования, в том числе плавильно-литейного. Использование морально устаревших агрегатов с низким КПД и высоким энергопотреблением и потерями металла в процессе передела по упрощенным схемам переработки определяет кустарный уровень большинства мелких производств. По этой причине их продукция некондиционна, низкого качества и используется только в качестве вспомогательных материалов и дешевого сырья при получении сплавов или, в лучшем случае, лигатур и раскислителей в черной металлургии.
Глубокая и безотходная переработка вторичного цветного сырья в условиях малых предприятий возможна лишь при наличии для каждой номенклатуры отходов оптимального технологического регламента, реализуемого на основе использования новейших машин и механизмов по шихтоподготовке и металлургических комплексов плавильно-литейного передела, позволяющих экономически наиболее эффективно производить качественную продукцию высокой степени готовности.
Получение кондиционных сплавов на основе цветных металлов по мировой практике надежным образом достигается только при использовании в шихте не более 50 % отходов после их металлургической обработке и аттестации. Поэтому в технологическом регламенте переработки отходов цветных металлов важное значение приобретает сортировка ломов по физическим, химическим, технологическим, потребительским и пр. признакам. Дальнейшая разделка отходов по технологическим размерам и термическая обработка поверхности в активных газовых и солевых средах позволяет достигать для каждого вида отходов предельно возможной чистоты от вредных примесей и нежелательных элементов. Этот передел наименее технологически отработан и механизирован с высокой составляющей трудозатрат. Для каждой группы металлов практически реализуется собственная технологическая схема с учетом физических, физико-химических и технологических свойств отходов и ломов.
В первом приближении отходы и лома цветных металлов можно разделить на 4 неравные группы:
) алюминий и его сплавы
) медь и ее сплавы
) отходы тяжелых цветных металлов
) отходы содержащие тугоплавкие и редкие элементы
В свою очередь каждую группу металлов следует разделять на подгруппы по чистоте и элементному составу с последующей химико-термической подработкой в активных газовых и солевых средах и сплавлением на опробирование.
Несмотря на явное увеличение затрат на подработку сырья, эта схема остается экономически эффективна за счет количественного сокращения и технологического наполнения всего спектра режимов переработки сырья по классической схеме от исходной руды.
Потребление металла на душу населения является одним из важнейших показателей уровня развития страны. Чем выше этот показатель, тем лучше работает промышленность, тем больше нужных и полезных товаров она выпускает, и тем выше, в конечном счете, уровень жизни населения, качество жизни и ее комфортность.
Однако не следует забывать, что запасы сырья для металлургии невосполнимы. И в последние десятилетия эти запасы истощаются с пугающей быстротой.
Конечно, в глубоких недрах земли руды еще много, но ее труднее добывать. Значит, она будет дороже, а вследствие этого подорожает и металл. А с ним - и вся продукция, изготовленная с прямым или косвенным использованием металла. То есть, по сути, вообще любая продукция - поскольку без металла невозможно сделать ничего на свете.
Чтобы этого не случилось, природное сырье необходимо экономить. И к счастью, металлы дают такую возможность.
Пришедшее в негодность металлическое изделие можно переплавить и тем самым подарить металлу новую жизнь.
Сегодня компании, которые занимаются сбором и переработкой отходов черных и цветных металлов (например, Кольская горно-металлургическая компания), готовы платить за металлолом реальные деньги. Интерес у этих компаний вызывают самые разные металлы, но в первую очередь - никель, титан, молибден, вольфрам, цинк и ферросплавы.
Вторичная переработка отходов черных и цветных металлов создает своеобразный круговорот, позволяя экономить невосполнимые природные ресурсы. Вместо того, чтобы ржаветь и гнить, непригодные для использования по прямому назначению металлические изделия и конструкции после переплавки снова служат людям.
В 2010 г. по инициативе Кольской горно-металлургической компании проведены исследования и разработаны технологии по очистке отработанного электролита от цветных металлов и разделения меди и никеля. Проведено промышленное опробование технологии и выдан технологический регламент на проектирование опытного участка.
Продолжены исследования по переработке электронного лома в Кольской горно-металлургической компании. Разработана математическая модель себестоимости золота при переработке по различным технологическим схемам и в различном сочетании.
Результатом научных исследований, являются разработанные технологии новых типов плавленолитых огнеупоров на основе оксидов Al2O3, ZrO2, Cr2O3, SiO2, не уступающих по своим качественным по-казателям зарубежным аналогам Эти технологии, подтвержденные производственными испытаниями, являются основой для создания отечественного производства бадделеитокорундовых и высокоглиноземистых огнеупоров для специальных отраслей стекловарения (оптического, электровакуумного, светотехнического и др.), хромсодержащих огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов высокотемпературной варки агрессивных минеральных расплавов.
Важнейшими результатами работы являются:
. Разработка принципиальных основ технологии окислительного плавления огнеупорных материалов на основе оксидов Al2O3, ZrO2 и SiO2, включающие реализацию дугового режима плавления, обработку расплава в печи газовоздушной смесью и использование твердых (NaNO3, NH4NO3) и газообразных (кислород, воздух) окислителей, способствующих обезуглероживанию расплава и получению огнеупоров с температурой начала выделения стеклофазы > 1400 оC. По разработанной технологии окислительного плавления было выпущено более 1000 т бадделеитокорундовых огнеупоров марок БК-33Б и БК-41Б, которые успешно прошли производственные испытания при варке спецстекол.
. Проведены исследования по синтезу материалов: высокоглиноземистых в системах Al2O3 - MeхОу (Me = Na, Ca, Mg, B, Zr); высокоциркониевых в системах ZrO2 - SiO2, ZrO2 - CaO - SiO2 и ZrO2 - Al2O3 - SiO2; высокохромистых в системах Cr2O3 - Al2O3 - ZrO2 - SiO2, Cr2O3 - MgO - SiO2 и Cr2O3 - MgO - Al2O3. По результатам полученных данных физико-химических и коррозионных свойств синтезированных материалов в минеральных расплавах при температурах 1500 - 15500С были созданы плавленолитые огнеупоры марок: (α+β)-глиноземистый МК-1, корундошпинелидный МК-4, хромошпинелидные ХПЛ-85 и ХМГ. Огнеупоры ХПЛ-85 и ХМГ, характеризующиеся исключительно высокой коррозионной стойкостью, не имеют аналогов в мировой практике и предназначены для футеровки печных агрегатов при варке стекла Е, базальтового волокна, при утилизации радиоактивных отходов и получении других высокоррозионных минеральных расплавов.
. Разработана и реализована в промышленности технологическая схема переработки лома плавленолитых цирконийсодержащих огнеупоров, образующегося при ремонтах стекловаренных печей, с получением бакорового концентрата. При использовании этого концентрата на Щербинском заводе электроплавленых огнеупоров было получено 7500 т огнеупора БК-33.
. Теоретически показана и экспериментально подтверждена возможность разложения циркона углеродистыми восстановителями в электродуговой печи с получением диоксида циркония для огнеупоров и абразивов.
Список литературы
1. Акимова Т.В. Экология. Природа-Человек-Техника.: Учебник для студентов техн. направл. и специал. вузов/ Т.А.Акимова, А.П.Кузьмин, В.В.Хаскин..- Под общ. ред. А.П.Кузьмина; Лауреат Всеросс. конкурса по созд. новых учебников по общим естественнонауч. дисципл. для студ. вузов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2006.- 343 с.
2. Акимова Т.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда: Учебник для студентов вузов/ Т.А.Акимова, В.В.Хаскин; 2-е изд., перераб. и дополн.- М.:ЮНИТИ, 2009.- 556 с.
. Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М.: Изд. Центр «Академия», 2006. - 256 с.
. Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. М.: Агар, 2006. - 424 с.
. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростов н/Д: Феникс, 2007.- 575с.
. Металловедение (металлообработка): А. М. Адаскин, В. М. Зуев - Москва, Академия, 2007 г.- 80 с.
. Металлургия: В. И. Коротич, С. С. Набойченко, А. И. Сотников, С. В. Грачев, Е - Санкт-Петербург, УГТУ (Уральский государственный технический университет), 2011 г.- 398 с.