Цветные и благородные металлы

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 
187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 
204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 
221 222 223 224 

В группу цветных металлов входят медь, свинец, цинк, олово, алюминий, магний и не­которые другие. После железа это главные металлы современной промышленности. Они используются в огромных количествах.

В любой современной машине — автомоби­ле, тракторе, комбайне, танке и самолете — наиболее важные части сделаны из различных цветных металлов и их сплавов.

Цветные металлы широко используются в строительстве, в научных и заводских ла­бораториях.

Медь — металл красновато-желтого цвета. Ценные качества меди — высокая ковкость и электропроводность. Благодаря им она имеет

исключительное значение в электротехнической промышленности (провода, арматура), в маши­ностроении, судостроении, изготовлении хи­мической аппаратуры (перегонные котлы, хо­лодильники и т. д.), точных приборов, чеканке монет и т. д.

Кроме того, медь образует ряд сплавов с оловом, цинком, никелем (бронза, мельхиор, латунь и т. д.).

В природе встречается более 150 минералов, содержащих медь, но главное промышленное значение имеют медный колчедан, или халькопирит, борнит, халь­козин, ковеллин и отчасти само­родная медь.

Как правило, разрабатываются руды с со­держанием даже 1—2% меди. Если в медной руде содержатся и другие металлы, добывать ее выгодно, когда в ней и менее 0,5% меди.

В Советском Союзе медные месторождения известны на Урале, в Казахстане, на Кавказе и Узбекистане.

Свинец и цинк встречаются в при­роде совместно, главным образом в виде сер­нистых соединений (сульфидов), образующих свинцовые и цинковые руды. Обычно эти руды содержат и другие металлы — медь, серебро, золото, висмут, олово, селен, теллур, кадмий, индий. Поэтому месторождения свинца и цинка называют полиметаллическими. Они встреча­ются как среди осадочных, так и среди извер­женных пород, образуя в них пластообразные залежи, линзы, гнезда и жилы.

Главные рудные минералы полиметалличе­ских месторождений — свинцовый блеск (галенит), цинковая обманка (сфалерит), халькопирит (мед­ный колчедан), пирит (серный колчедан) и др. Минералы свинца и цинка обычно преобладают над другими руд­ными минералами и служат рудой для получе­ния свинца и цинка.

Свинец — темно-серый блестящий металл, мягкий и ковкий, с низкой температурой плав­ления (327°,4). Он широко применяется во всех отраслях промышленности — в производ­стве баббитов (для заливки подшипников), ти­пографского сплава, аккумуляторов, в рентге­нотехнике — и служит необходимым материа­лом для обмотки электрических кабелей, пре­дохраняя последние от разъедающего действия воды.

Цинк — синевато-белый блестящий ме­талл. Он используется для получения сплавов латуни и бронзы, которые необходимы машиностроению; для цинкования железного листа, труб и телеграфных проводов.

На территории СССР известны многочис­ленные месторождения свинца и цинка в Казах­стане, Средней Азии, Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке.

Олово — мягкий металл серебристо-бе­лого цвета, с сильным блеском, обладает хоро­шей ковкостью и тягучестью. Главный промыш­ленный минерал олова — касситерит, или оловянный камень (соединение олова с кислородом). Он встречается в кварце­вых и пегматитовых жилах. Олово имеет раз­нообразное применение — в радиотехнике и электротехнике (для изготовления конденса­торов), при изготовлении жести для консервных банок. Из оловосодержащих сплавов делают типографские шрифты и бронзовые втулки. Месторождения оловянных руд промышленного значения известны во многих районах Сибири и Дальнего Востока, а также и в других местах.

Никель — серебристый металл, хорошо полируется и сохраняет красивый металлический блеск на воздухе и в воде. Добавка никеля к ста­лям сильно повышает их вязкость и упругость, что в особенности ценно, например, для брони танков. Применяются также сплавы никеля с медью и с цинком в различных отраслях техники. Наиболее важные рудные минералы, из которых извлекается никель,— пентландит и гарниерит. В СССР встречаются месторождения никелевых руд на Кольском п-ове, Урале и в Сибири.

Алюминий никогда в природе не встре­чается в металлическом виде, а только в виде окиси, т. е. соединения алюминия с кислоро­дом. Это легкий металл, плотность его 2,7. Он дает прочные и легкие сплавы с цинком, никелем, магнием, марганцем. По качеству эти сплавы близки или даже несколько превосхо­дят высокосортные стали, поэтому широко применяются в авиационном, автомобильном и электротехническом производстве.

В большом количестве алюминий идет на изготовление посуды и других изделий, измель­ченный — используется в качестве краски.

Алюминий получается из бокситовых руд — каменистых или землистых глиноподобных пород кирпично-красного, желтого или серовато-белого цвета, в составе которых содержится глинозем (40—70%), окись и закись железа и кремнезем.

Промышленные месторождения бокситов в СССР известны в районе города Бокситогорска (Ленинградская область), на Среднем и Северном Урале, в Казахстане, Сибири (Салаир и др.).

Помимо бокситов, сырьем для получения алюминия могут служить такие минералы: алунит, нефелин, кианит и силиманит.

Залежи алунитовых пород имеются в Запад­ной Украине, Казахстане, Азербайджане. Наиболее крупные залежи нефелиновых руд известны на Кольском п-ове и в Красноярском крае.

Магний — серебристо-белый ковкий ме­талл, более чем в полтора раза легче алюминия. Сплавы магния с алюминием, цинком и с дру­гими металлами широко используются в само­летостроении и автомобилестроении. Инстру­менты и отдельные части машин, изготовленные из магниевых сплавов, отличаются большой прочностью и легкостью. Главные виды маг­ниевого сырья — магнезит (соединение магния с углекислотой), доломит (соеди­нение магния и кальция с углекислотой), карналлит (двойная соль хлористого ка­лия и магния с кристаллизационной водой). Минералы, содержащие магний, широко рас­пространены в земной коре, и месторожде­ния их многочисленны. Магний извлекают из солей морской воды. Ежегодная мировая до­быча «морского» магния (без СССР) составляет более 250 тыс. Т.

Золото, платину и серебро называют благо­родными металлами. Это очень стойкие металлы: они не растворяются в большинстве кислот и щелочей и не соединяются с кислородом воз­духа. Поэтому изделия из этих металлов сохра­няются без каких-либо изменений в течение многих тысячелетий. Первое место по своему значению занимает золото, за которым следует платина, а затем уже — серебро.

По мнению многих ученых, золото применя­лось первобытным человеком раньше меди.

Золото — блестящий, очень тяжелый металл красивого ярко-желтого цвета. Золото очень тягуче и ковко; из 0,1 Г можно вытянуть тонкую проволочку длиной в 261 м или расплю­щить его в тончайшие листочки (фольгу) толщи­ной в 0,0002 мм. Золото встречается в природе главным образом в самородном состоянии, при­чем оно почти всегда содержит в своем соста­ве серебро, медь и некоторые другие металлы. Величина отдельных золотин колеблется от пылевидных крупинок до самородков весом в десятки килограммов. Самый крупный само­родок под названием «Желанный гость» был найден в Австралии, весил он 70,91 кГ.

Месторождения золота разделяются на ко­ренные и россыпные. В коренных месторожде­ниях золото заключено в самой породе (напри­мер, золото-кварцевые жилы, мышьяково-колчеданные руды и др.) и в россыпях — в песках и галечнике, образовавшихся за счет разрушения коренных пород.

Главные области применения золота — че­канка монет и ювелирные изделия; небольшое количество используется в зубоврачебном деле и в фарфоровой промышленности в качестве краски.

По приблизительным подсчетам за все время существования человечества добыто примерно 50 тыс. Т золота.

Значительная часть его хранится в банках в виде монет и слитков.

Мировые запасы золота очень велики, но точно еще не подсчитаны. Советский Союз рас­полагает многочисленными месторождениями золота, главным образом в Сибири, Казахстане, на Дальнем Востоке, Урале.

Платина — благородный металл сереб­ряно-белого цвета, встречающийся в природе в самородном виде. Платина ковка и тягуча. Плавится при 1770°. Характерная особенность платины — обязательное присутствие в ней примеси редко встречающихся металлов — пал­ладия, осьмия, иридия, родия и рутения.

Спутники платины (платиноиды) высоко це­нятся в технике. Так, например, палладий употребляется для изготовления мелких радио­деталей, телефонного и телеграфного оборудо­вания. Иридий — для изготовления наконеч­ников точных приборов и «вечных» перьев. Осьмий используется в медицине. Родий — в гальванопластике, а рутений в сплаве с ири­дием — для изготовления термоэлементов. Пла­тина была очень давно известна индейцам Южной Америки, которые добывали ее из рос­сыпей на территории современной Колумбии. Впервые в России она была обнаружена в 1819 г. на Урале.

Платина, так же как и золото, встречается в виде мелких зерен, чешуек, пластин и реже — в форме самородков до 9 кГ весом. Платина применяется для изготовления лабораторной и заводской аппаратуры, в некоторых химиче­ских производствах, в зубоврачебном деле, рентгенологии, фотографии, а также в качестве драгоценного металла в ювелирных изделиях.

В СССР платина добывается на Урале, Коль­ском п-ове, в Сибири и других местах, как в коренных месторождениях, так и из рос­сыпей.

Серебро — металл характерного сереб­ряно-белого цвета, менее ценный, чем золоте и платина. С большинством тяжелых металлов серебро образует сплавы. Так, например, сплав серебра с медью применяется для чеканки монет и выделки серебряных изделий. Чистое сереб­ро употребляется для серебрения и в кинофотопромышленности.

Многочисленные соединения серебра также применяются в химических и физических лабо­раториях.

В самородном виде серебро встречается редко. Обычно его находят в виде соединений с серой, сурьмой, мышьяком. Больше половины миро­вой добычи серебра извлекается не из собст­венно серебряных руд, а попутно из свинцово-цинковых и отчасти из медных и золо­тых руд.

В СССР месторождения серебросодержащих руд в основном находятся в Казахстане, Сред­ней Азии, Сибири, на Урале, Дальнем Востоке и Кавказе.

Редкие и рассеянные металлы

В настоящее время из 104 химических эле­ментов периодической системы Д. И. Менде­леева в промышленности используется около 80 элементов, в том числе большая группа ред­ких и рассеянных металлов. К ним относятся литий, бериллий, титан, вольфрам, молибден, висмут, тантал, скандий, ванадий, галлий, германий, рубидий, иттрий, цирконий, ниобий, индий, теллур, а также радиоактивные метал­лы — уран, радий, торий и др.

К этой же группе редких и рассеянных ме­таллов относят и так называемые «редкие зем­ли», которые занимают в периодической систе­ме элементов Д. И. Менделеева номера с 57 по 71 (церий, лантан и др.).

Преобладающее большинство редких и рас­сеянных металлов содержится в земной коре в очень малых количествах, порядка тысячных, десятитысячных и даже стотысячных долей процента. Исключение составляют титан, ва­надий, литий, бериллий и некоторые другие. Из редких металлов в самородном состоянии встречаются только висмут и очень редко тан­тал. За исключением молибдена, вольфрама и титана, большинство редких рассеянных ме­таллов не образует самостоятельных месторож­дений. Так, например, свинцово-цинковые и медно-колчеданные руды многих месторожде­ний очень часто содержат индий, галлий, таллий, германий, селен, теллур, которые попутно извлекаются при переработке руд на главные металлы — медь, свинец и цинк.

В золе некоторых углей и сланцев часто присутствует значительное количество герма­ния. В калийных солях находятся цезий, ру­бидий и литий. В молибденовых рудах встре­чается рений, в циркониевых — гафний, а в бокситах — галлий.

Большая группа редких и редкоземельных металлов встречается в минералах пегматитовых жил (см. стр. 71).

Для извлечения редких и рассеянных ме­таллов из руды прибегают к очень сложным способам обработки, которые позволяют до­вести содержание их до промышленных кон­центраций.

Свойства редких металлов весьма разно­образны и необычайно ценны.

Рассмотрим наиболее важные в промышлен­ном отношении редкие и рассеянные металлы.

Бериллий применяется в сплавах с медью, алюминием и магнием. Эти сплавы обла­дают большой прочностью, химической устой­чивостью и легкостью. Твердость железа от прибавления бериллия увеличивается в 6 раз. Сплавы бериллия применяются в технике. Глав­ный минерал бериллия — берилл (силикат алюминия и бериллия). Встречается он глав­ным образом в пегматитовых и кварцевых жилах.

Ванадий идет для производства особо вязких и прочных сталей и входит важной со­ставной частью в сплав с алюминием. Эти стали и сплав используются в автомобильной и авиа­ционной промышленности. Соединения вана­дия употребляются в производстве различных красок, в фотографии и медицине. Ванадий добывают из минералов — ванадинита, тюямунита и др.— или попутно извле­кают из руд других металлов (титаномагнетитов, бурых железняков, бокситов).

Висмут применяется при изготовлении легкоплавких сплавов, которые нужны в типо­графском деле, в производстве предохранитель­ных пробок к паровым котлам, автоматическим огнетушителям и т. д.

Кроме того, висмутовые соли используются в медицине, при изготовлении фотобумаги, красок и стекол с высоким показателем пре­ломления.

Галлий используется для изготовления высокотемпературных кварцевых термометров, заменяя в них ртуть, для специальных опти­ческих зеркал, а также в медицине.

Германий, индий, селен, тел­лур и некоторые другие используются в по­лупроводниках, для изготовления стекол с очень высоким показателем преломления, в радиотех­нике как элементы с очень высоким сопротивле­нием и в медицине.

Литий дает легкие и вместе с тем твердые сплавы с алюминием, магнием и другими ме­таллами. Литий используется в технике и ме­дицине. Важнейшим минералом лития является сподумен (алюмосиликат лития). Встре­чается он в пегматитовых жилах.

Молибден и вольфрам отлича­ются значительной твердостью, ковкостью, вы­сокой химической стойкостью и тугоплавкостью. Температура плавления молибдена 2600°, а воль­фрама 3400°, т. е. выше, чем у всех других ме­таллов. Значительная часть молибдена и воль­фрама применяется в качестве добавок при вы­плавке специальных сортов стали, используе­мых для изготовления различных видов быстрорежущих инструментов, котлов высокого давления, наиболее ответственных частей авто­мобилей и др.

Молибден и вольфрам применяются также для электротехнических приборов, радио и рентгена.

Практически весь молибден получают из молибденита (соединения молибдена с серой).

Главными минералами, из которых извле­кается вольфрам, являются вольфрамит (соединение вольфрама с железом, марганцем и кислородом) и шеелит (соединение воль­фрама с кальцием и кислородом). Эти минералы обычно встречаются в кварцевых жилах и в рудных зонах, расположенных на границе оса­дочных пород и гранитов.

Ниобий и тантал применяются в производстве особо прочных сортов стали, ис­пользуемых в технике. Особую роль играет тантал в электровакуумной технике.

Рений широко используется в электро­технике и в химической промышленности, в частности как катализатор (ускоритель про­цессов).

Рубидий, цезий и селен бла­годаря своим особым фотоэлектрическим свой­ствам необходимы в производстве фотоэле­ментов.

Титан обладает высокой температурой плавления (1725°) и температурой кипения (более 3000°), в нем сочетается легкость с боль­шой прочностью (равной прочности стали). Титан очень стоек к воздействию кислот и щелочей, не поддается ржавлению. Поэтому метал­лический титан теперь широко применяют в ре­активных самолетах и в других областях новей­шей техники. Двуокись титана используется для изготовления высококачественных белил, ла­ков, эмалей, водонепроницаемых материалов. Титан идет в качестве добавки для получения сверхпрочных сталей.

Главное сырье для титановой промышлен­ности — минералы рутил, ильменит и титаномагнетит. Большинство наибо­лее важных месторождений титана связано с глубинными магматическими породами (габ­бро и др.) и с россыпями, образовавшимися за счет их разрушения.

В Советском Союзе месторождения титана есть на Урале, Кольском п-ове, Украине, в Ка­захстане, Сибири, Карелии.

Относительно недавно используется в промыш­ленности цирконий. Окись циркония при­надлежит к наиболее огнеупорным окисям. Ее употребляют для изготовления тиглей, хи­мически устойчивых кирпичей и высокотемпе­ратурных цементов.

В виде металла цирконий применяется для дающих вспышку порошков, радиоламп, элек­тродов и сплавов. Из циркониевых сталей делают хорошую броню, а с никелем эти стали применяются для производства быстрорежущих инструментов. В последнее время цирконий стал употребляться для изготовления ядерных реакторов. Цирконий извлекают из минералов циркона (соединение циркония с крем­нием и кислородом) и бадделеита (соеди­нение циркония с кислородом). Оба минерала встречаются в гранитах и нефелиновых сиени­тах, а также и в пегматитовых жилах этих по­род. Основная масса циркона добывается теперь из россыпных месторождений.

К радиоактивным металлам относятся торий, уран и радий. В земной коре их немного.

Из радиоактивных металлов особенно важен уран. Будучи исключительно активным эле­ментом, уран никогда не встречается в само­родном виде, а только в соединениях с другими элементами.

В 1898 г. супругам Кюри удалось выделить из урановых соединений новый элемент — ра­дий. Содержание радия в урановой руде нич­тожно мало, и для получения 1 Г радия надо переработать свыше 2 тыс. Т урановой руды. Поэтому цена его была колоссальной: 1 Г бро­мистой соли радия стоил до 200 тыс. руб. золотом.

Радий применяется пока главным образом для научных исследований и в медицине.

Урановые руды — важнейший ис­точник колоссальных запасов внутриядерной энергии. При расщеплении 1 Т урана выделяется столько же энергии, как при сжигании 100 тыс. Т угля.

Сейчас ученые напряженно работают, чтобы возможно скорее овладеть этой новой могучей силой в мирных целях.

В СССР атомная энергия используется в мирных целях: построены атомные электро­станции, ледокольный атомоход «Ленин» и т. д.

Недалеко то время, когда ученые откроют дешевые и доступные пути получения атомной энергии в неограниченных количествах. Тогда мы будем иметь электростанции, помещающиеся в чемодане, моторы в несколько лошадиных сил и размером не больше карманных часов, ракетные двигатели, самолеты и автомобили, «заряженные» атомным топливом на ряд лет.