Почему металлы в чистом виде используются редко
В мире множество самых разнообразных металлов. Стоимость металла напрямую зависит от его количеств на планете. Металлы делятся на природные и искусственно получаемые в лабораторных условиях. И безусловно, как можно предположить, искусственно созданные будут дороже.
В Топ-10 не попадает серебро, которое остаётся на 12 месте, немного опережая 13 место — индий и уступая 11 месту — рутению.
10 место СКАНДИЙ
Природный редкоземельный металл. Легкий и высокопрочный, серебристого цвета с желтым отливом. Впервые элемент был обнаружен в 1879 году шведским химиком Ларсом Нильсоном, который назвал его в честь Скандинавии. Скандий применяется в мире высоких и инновационных технологий. Его используют при конструировании роботов, ракет, самолетов, спутников и лазерной техники. Сплавы данного металла служат в спортивной сфере — для изготовления высококлассного инвентаря. Самые крупные месторождения богатых скандием минералов находятся в Норвегии и на Мадагаскаре.
Стоимость грамма скандия зависит от чистоты металла, но усреднённая стоимость 3-4 доллара. На биржах драгметаллов не продаётся. В ювелирной промышленности используют оксид скандия для производства фианитов.
9 место РЕНИЙ
Существование металла было предсказано Д.И.Менделеевым в 1871 году, но впервые его открыли в 1925 году немецкие химики и назвали в честь реки Рейн. Относительно чистый рений удалось получить только в 1928 году. Для получения 1 грамма рения требовалось переработать более 600 кг норвежского молибденита.
Рений — серебристо-белый металл, очень плотный, занимает третье место по температуре плавления среди металлов. Используется в электронной и химической промышленности. Имеет стратегическое значение, т.к. используется в космических и военных целях.
По природным запасам рения на первом месте в мире стоит Чили, на втором США, а на третьем Россия. Рений получают при переработке сырья с очень низким содержанием целевого компонента. Его запасы в России не более 15 тонн.
Цена на грамм рения в среднем 5 долларов.
В ювелирной промышленности не используется.
На международных биржах металл не продаётся.
8 место ОСМИЙ
Был открыт в 1803 году двумя британскими химиками. Название металл получил от греческого слова osme, что означает «запах». Осмию присущ довольно резкий и неприятный запах, напоминающий смесь чеснока и хлорки.
Осмий — голубовато-серебристый металл платиновой группы, характеризующийся высокой плотностью, тяжёлый, хрупкий. В чистом виде не существует, встречается только в связках с другим металлом из платиновой группы — иридием.
Добывают данный металл на Урале, в Сибири, Южной Африке, Канаде, США и Колумбии. Используется в сплавах в химической промышленности и фармакологии.
Цена одного грамма осмия на мировом рынке составляет 12-17 долларов.
На биржах металл не продаётся.
7 место ПЛАТИНА
Цивилизации Анд доколумбовой Южной Америки добывала и использовала её с незапамятных времён. Первыми европейцами, познакомившимися с платиной в середине 16 века, были испанские конкистадоры, которые и дали ему пренебрежительное название, что означало в переводе «маленькое серебро», «серебришко». Отношение объясняется тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке и долгое время не находила применения, она ценилась вдвое ниже серебра.
Примечательно, что испанский король в 1735 году повелел платину в Испанию не ввозить, чтобы мошенники не могли расплачиваться ей вместо ценного серебра. При разработке россыпей в Колумбии повелевалось отделять её от золота и топить под надзором королевских чиновников в глубокой речке, которую стали именовать Платино-дель-Пинто. Королевское распоряжение было отменено через 40 лет, когда мадридские власти приказали доставлять платину в Испанию, чтобы самим фальсифицировать золотые и серебряные монеты. С нею познакомились алхимики, считавшие самым тяжёлым металлом золото, а оказавшаяся более тяжёлой платина была наделена адскими чертами.
В 1790 году во Франции из платины был изготовлен эталон метра, а позже эталон килограмма.
В России платину впервые обнаружили на Урале близ Екатеринбурга 1819 году, а в 1824 году были открыты платиновые россыпи в Нижнетагильском округе. Разведанные запасы платины были столь велики, что Россия на долгие годы заняла первое место в мире по добыче этого металла. В настоящее время лидером является ЮАР.
В природе платина встречается только как сплав с другими металлами.
Металл отличается особым блеском и пластичностью. Активно используют в ювелирной, оружейной, медицинской промышленности. В России и СССР платина применялась при изготовлении монет и знаков отличия за выдающиеся заслуги.
Российский спрос на ювелирную платину в настоящее время составляет 0,1 % от мирового уровня.
Платина торгуется на международной бирже драгметаллов.
6 место ИРИДИЙ
Мир впервые узнал о нем в 1803 году благодаря британскому химику С. Теннанту, который его открыл одновременно с осмием.
Иридий- металл платиновой группы, тяжелый, твердый и одновременно хрупкий, серебристо-белого цвета. Имеет высокую коррозийную стойкость даже при температуре 2000 °C.
В чистом виде в земных породах не встречается, поэтому высокая концентрация иридия в образцах породы является индикатором космического метеоритного происхождения последних.
Самостоятельно иридий практически нигде не применяется и используется для создания сплавов. Ювелиры добавляют его к платине, поскольку он делает её твёрже, а украшение из такого сплава становится практически вечным. Также он востребован при изготовлении хирургических инструментов, электроконтактов, точных лабораторных весов. Из него делают кончики для дорогих авторучек. Иридий применяется в аэрокосмической технике, биомедицине, стоматологии, химической промышленности.
В течение года мировая металлургия расходует приблизительно одну тонну данного металла. Основное месторождение иридия находится в ЮАР.
Его стоимость равняется около 47-50 долларам за грамм.
Иридий продаётся на биржах драгметаллов.
5 место ЗОЛОТО
Люди добывают золото с незапамятных времён, археологи находят его в обиходе человека с 5 тысяч лет до н.э. в эпоху неолита в самородках. Начало системной добычи было положено на Ближнем Востоке, откуда поставлялись золотые украшения, в т.ч. в Египет.
В России до Елизаветы золото не добывалось. Оно ввозилось из-за границы в обмен на товары и взималось в виде ввозных пошлин. Первое открытие запасов золота было сделано в 1732 году в Архангельской губернии, где вблизи одной деревни была обнаружена золотая жила.
Латинское aurum означает «жёлтое».
Золото — один из немногих металлов, встречающихся исключительно в чистом виде. Чистое золото — металл жёлтого цвета, тяжёлый плотный металл, мягкий, высокопластичный.
Традиционным и самым крупным потребителем золота является ювелирная промышленность. Все ювелирные изделия изготавливают не из чистого золота, а из его сплавов с другими металлами, значительно превосходящими золото по механической прочности и стойкости.
Запасы золота в мире распределено так: около 10 % — в промышленных изделиях, остальное делится приблизительно поровну между централизованными запасами (в основном, в виде стандартных слитков химически чистого золота), собственностью частных лиц в виде слитков и ювелирными изделиями.
США, Китай и Австралия — лидеры по золотодобыче.
Стоимость грамма золота на мировом рынке около 45-50 долларов. Золото и иридий постоянно соперничают в цене, меняясь местами в рейтинге самых дорогих металлов.
4 место ПАЛЛАДИЙ
Назван в честь астероида Паллада, открыт во время изучения платиновых руд в 1803 году.
Палладий — легкий, пластичный серебристо-белый металл из платиновой группы. Он очень легкоплавкий, хорошо полируется, не тускнеет и довольно стоек к коррозии.
Главное направление использования палладия — ювелирная промышленность. Мастера ценят его гибкость и легковесность, что позволяет создавать из него самые удивительные произведения ювелирного искусства.
Металл широко применяется в химической промышленности, медицине, для создания электроники и пр.
Крупнейшее месторождение палладия находится в России.
Стоимость палладия за последние несколько лет сильно возросла и составляет около 60 долларов за грамм.
Палладий торгуется на международной бирже драгметаллов.
3 место РОДИЙ
Открыт в Англии в 1803 году (плодородный год на открытие металлов. ) в ходе работ с самородной платиной. Назван в честь розы (греч.), т.к. типичные соединения родия имеют глубокий тёмно-красный цвет.
Родий — это твердый благородный металл, обладающий мощнейшими отражающими свойствами, стойкостью к окислению и коррозии. За год во всем мире добывается всего лишь 30 тонн родия.
Применяют для изготовления зеркал и фар, в автомобильной и химической промышленности.
Ювелиры используют электролиты родия для получения износостойких и коррозионно-устойчивых покрытий. В дорогой и высококачественной бижутерии можно встретить родированное покрытие.
Монеты из родия выпускает США, но не как платёжное средство, а в качестве объекта инвестирования средств.
Руанда выпускает монету из чистого родия как платёжное средство.
Самые крупные месторождения находятся в России, Канаде и ЮАР.
Стоимость родия сильно выросла за последнее время, колеблется в пределах 185 -190 долларов за грамм.
Родий торгуется на международной бирже драгметаллов.
2 место ОСМИЙ-187
Металл осмий-187 изотоп, является результатом распада изотопа рения с огромнейшем периодом полураспада. Соотношение изотопного состава осмия и рения позволяет определять возраст горных пород и метеоритов.
Изотопов осмия множество и их разделение представляет собой сложную задачу. Именно поэтому некоторые изотопы довольно дороги.
Самый редкий среди них осмий-187, процесс добычи которого отличается особой сложностью и занимает около девяти месяцев. В результате его получают в виде черного мелкокристаллического порошка с фиолетовым оттенком. Его считают самым плотным на планете. При этом он очень хрупок, его можно растолочь в обычной ступе на мелкие частички. Он имеет важное научно-исследовательское значение, его используют как катализатор химических реакций, для изготовления измерительных приборов высокой точности и в медицинской отрасли.
Казахстан — первое и единственное государство, продающее чистый Осмий-187 на мировом рынке.
Стоимость Осмия-187 оценивается в 200 тысяч долларов за 1 грамм.
Этот изотоп не торгуется на бирже драгметаллов и более того, его международная торговля строго контролируется, пресекается любая контрабандная продажа.
Лидер рейтинга! 1 место КАЛИФОРНИЙ-252
На земле сегодня нет металла, который стоил бы дороже. Рекорд стоимости зафиксирован в Книге Гиннеса. Он является одним из изотопов калифорния.
Баснословная цена составляет 10 миллионов долларов за грамм.
Мировой запас — 8 граммов, а ежегодная добыча –30-40 микрограмм. Получают редкий металл путем сложнейшей и долговременной работы в лабораторных условиях. В чистом природном виде не встречается, полностью искусственного происхождения. Впервые был получен учёными в 1950 году в США.
Главная ценность калифорния-252 состоит в его невероятной энергии, сравнимой с энергией среднего атомного реактора. Применяется в ядерной физике и в медицине в качестве лучевой терапии раковых новообразований. С его помощью научились определять месторождения золота и серебра. Используют для выявления дефектов в реакторах и самолетах, которые невозможно выявить даже при помощи рентгена.
В мировом рейтинге самых дорогих веществ калифорний-252 занимает 2 место, уступая по цене лишь Антиматерии.
4. Применение металлов и их сплавов
О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.
Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.
Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.
В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.
Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.
- механически прочнее и твёрже,
- со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
- устойчивее к коррозии,
- устойчивее к высоким температурам,
- практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.
Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) % ). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.
Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.
Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.
Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.
Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.
Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.
Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).
Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.
Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.
Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.
Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.
Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.
Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.
Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.
Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.
Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.
 |  |
| Рис. \(7\). Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления | Рис. \(8\). Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации |
Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.
Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.
Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.
Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.
Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.
Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.
Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.
Основы металлургического производства
Особенности металлургического производства. Промышленная классификация металлов
Металлургическое производство – это комплекс производств, включающий: горно-обогатительные комбинаты, карьеры и шахты по добыче каменных углей и руд, коксохимические заводы, энергетические цеха, доменные цеха, заводы по производству ферросплавов, сталеплавильные цеха, а также прокатные цеха.
Условно сплавы и металлы делятся на две основные группы:
К черным металлам и сплавам относятся железо и его сплавы - сталь, ферросплавы и чугун, а остальные металлы и сплавы - к цветным.
Ферросплавы – это сплавы железа с другими химическими элементами, которые в основном используются для легирования и раскисления стали.
В мировом производстве металлов около 90 % приходится на железо и его сплавы. Широкое и активное использование черных металлов во многих отраслях промышленности обусловлено их механическими и физическими свойствами, а также широким распространением в природе железных руд. Объемом производства черных металлов во многом определяется уровень развития страны. Основным потребителем продукции металлургического производства является машиностроение. Немалое значение также имеют цветные металлы. Они нашли применение в таких областях промышленности, как самолетостроение, машиностроение, электроника и радиотехника. Растущие применение и производство цветных металлов обусловлено их технико-физическими и прочими свойствами, которыми не обладают черные металлы и сплавы на их основе. В чистом виде металлы используются очень редко, исключением является алюминий и медь. Данные металлы в основном используются в электротехнической промышленности в качестве проводников электрического тока. Чистые металлы также применяются в качестве легирующих компонентов для получения сплавов с необходимыми характеристиками. К таким металлам можно отнести магний, никель, алюминий, медь, вольфрам, титан, кремний, бериллий и германий. Развитие современного металлургического производства идет по пути совершенствования способов плавки и разливки металлов, автоматизации и механизации процессов, а также внедрения новых технологий, которые обеспечат улучшение качества выпускаемой продукции и технико-экономических показателей.
Готовые работы на аналогичную тему
Основа современного металлургического производства - двухступенчатая схема, состоящая из доменной выплавки чугуна и различных способов передела его в сталь. При доменной плавке, которая происходит в доменной печи, осуществляется избирательное восстановление железа из руды, но при этом из руды одновременно восстанавливаются кремний, магний и фосфор. Процесс передела чугуна в сталь может осуществляться мартеновских печах, конвертерах и электрических печах. Основной продукцией черной металлургии являются:
- Стальные слитки, используемые для производства крупных кованных деталей.
- Чугуны предельные и литейные. Предельные чугуны применяются для передела в сталь, а литейные для производства фасонных чугунных отливок.
- Стальные слитки для производства сортового проката.
- Ферросплавы.
К основной продукции цветного металлургического производства относятся: слитки цветных металлов для производства сортового проката; чушки цветных металлов для фасонных отливок; лигатуры - сплавы цветных металлов с легирующими элементами; слитки чистых металлов для электронной техники, приборостроения, и прочих отраслей специального машиностроения.
Материалы для производства металлов и сплавов
Для производства стали, чугуна и цветных металлов используются топливо, флюсы, руда и огнеупорные материалы. Руда состоит из пустой породы и минералов, в состав которых входят металл и его соединения. В зависимости от содержания добываемого материала руды делятся на бедные и богатые. Бедные руды дополнительно подвергаются обогащению, которое заключается в удалении из руды части пустой породы. Промышленной рудой является та порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения. Данный уровень определяется содержанием добываемого металла: для молибдена этот показатель составляет от 0,005 до 0,02 %, для меди – 3-5 %, для железа 30-50 %.
Флюсом является материал, который загружается в плавильную печь с целью образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды, золой топлива и концентрата. Получаемое в результате данной операции соединение называется шлаком. Шлак может быть основным или кислым. В кислом шлаке преобладают кислотные окислы, а в основном основные окислы. У шлака меньше плотность, чем у железа, поэтому во многих случаях он применяется для его защиты от воздуха и печных газов. В металлургическом производстве в качестве топлива используются газ, мазут и кокс.
Читайте также: