Черные и цветные металлы: различия и сферы применения

• Главная
• Статьи
• Отличительные свойства черного и цветного металла

Металл используется для изготовления различных изделий промышленного производства, сельского хозяйства и бытовых целей. Он применяется повсеместно и без него уже сложно представить какую-то сферу жизни человека. В зависимости от состава выделяют черные и цветные металлы. Но не все знают, в чем различия между этими двумя видами. Давайте разберемся в этом вопросе.

Свойства

В группу черных металлов входит железо и все его сплавы. Они составляют около 90% всего материала, который используется в экономике. В природе они встречаются редко, поэтому добывают материал путем обработки железной руды. Главным отличием черных металлов является то, что в их составе всегда есть железо. Цветные его не содержат, обычно встречаются еще и в разных цветах. От этого и появилось такое название. Цветные металлы отличаются друг от друга техническими возможностями и составом, а черные все между собой похожи, поскольку в основном состоят из железа.

Свойства чермета появляются только после изменения его состава, перечислим главные достоинства этого материала:

• легкая свариваемость;
• высокий показатель твердости;
• повышенная прочность;
• низкая себестоимость;
• устойчивость к механическим повреждениям;
• достаточный объем для использования в производственных целях.

Благодаря этим качествам черный металл больше используют в строительстве для создания сооружений гражданского и промышленного масштаба. Здания выдерживают высокую нагрузку и имеют долгий срок службы.

Цветные металлы стоят дороже из-за того, что их мало, но сплавы используются для производства приборов и изделий с ограниченными свойствами.

Свойства цветмета:

• лом этого материала подходит для вторичного использования;
• он не подвергается коррозии;
• имеет высокую теплопроводность;
• легче весит, если сравнивать с черметом;
• более пластичен и гибок.

Железо

Железо – распространенный элемент. Его количество в земной коре исчисляется несколькими процентами, однако добывается железо из богатых руд с содержанием не менее 25 процентов металла.

Железные руды

Типы месторождений железа самые разнообразные. Наибольшее значение имеют так называемые железистые кварциты – тонкополосчатые породы, в которых черные полосы – железные минералы магнетит – магнитный железняк и меньше гематит – красный железняк – переслаиваются лентами светлого кварца.

Такие месторождения заключают много миллиардов тонн железных руд и известны главным образом в древнейших толщах возрастом два и более миллиарда лет! Они развиты в древних кристаллических щитах и платформах. Широко распространены они в Северной и Южной Америке, на западе Австралии, в Африке, в Индии.

Запасы железных руд этого типа практически безграничны – более 30 триллионов тонн, поистине астрономическая цифра! Предполагается, что железистые кварциты образовались при действии железобактерий в древних бассейнах за счет железа, поступавшего в растворах с окрестных возвышенностей, а может быть, и в горячих глубинных растворах.

Отложение осадочных железных руд происходит в озерах, морях – современных «природных лабораториях». В последние годы открыты выделения железных конкреций (желваков) на дне океанов. Они заключают огромные запасы не только железа, но и сопутствующих ему марганца, никеля и других элементов.

К типам месторождений железа относятся и, так называемые, контактовые или скарновые месторождения, которые располагаются на границе гранитных пород и известняков и образованы за счет растворов, приносившихся из магматического тела.

Залежи этого типа сложены богатыми рудами. Кажется, немногочисленны железные минералы. Главные из них: магнетит, гематит, а также различные разновидности бурых железняков, сидерита (карбонат железа). Эти минералы дают большое разнообразие типов месторождений.

Основные виды

В сравнении с черным, у цветного металла гораздо больше разновидностей. Добавление различных веществ в состав привело к тому, что материал стали классифицировать по семи группам. У цветного металла есть тугоплавкие, легкие и тяжелые, рассеянные, редкоземельные, радиоактивные, благородные, рассеянные материалы. Мы не будем перечислять все эти типы, а остановимся лишь на самых востребованных металлах и их свойствах:

• Медь. Входит в перечень элементов, которые составляют до 98% земной коры. Не имеет магнитных свойств, обладает высокой электропроводимостью. Используется для создания проводки, труб, технических элементов.

• Свинец. По распространенности этот сплав занимает четвертое место в производственных процессах. Подходит для электропроводных элементов, но применяется не так часто, поскольку считается токсичным.

• Латунь. Она превосходит медь по прочности. Используется для производства труб, листового металла, фольги, проволоки.

• Цинк. Относится к тяжелым цветным металлам. Применяется для создания сплавов и в качестве антикоррозийной защиты для черных металлов. В чистом виде используется только в фармацевтической и производственной отрасли.

• Алюминий. Чаще остальных берется для производства из-за легкого веса. Не видоизменяется от внешних факторов, поэтому распространен на потребительском рынке.

У черного металла не так много сплавов, в промышленных целях используется только 2 разновидности:

• Сталь. Это используемый во многих отраслях черный металл. В нем содержится около 99% железа, остальное занимает углерод. При добавлении других веществ повышают прочность металла, защищают от коррозии, делают устойчивым к перепадам температуры. Некоторые марки стали используются для вторичного производства.

• Чугун. В нем содержится больше углерода (около 5%). Он используется в промышленности и производстве, но много весит, поэтому применим не везде. После эксплуатации чугун переливают в сталь.

Особенности цветных металлов

Каждый из металлов этой группы обладает свойствами, которые и определяют в большинстве его принадлежность к ней. Это также обусловливает применение цветных металлов во многих областях промышленности.

Так, к примеру, большинству из них присуща высокая теплоёмкость и теплопроводность, что даёт им способность быстро охлаждаться после сварки. Есть и обратная сторона этого: при работе с такими металлами, как магний и медь, необходимо разогревать их непосредственно перед сваркой, а в течение самого процесса нужно применять сильные источники тепла, чтобы они не охлаждались.

Еще одним характерным свойством является снижение механических свойств. Ввиду этого необходимо аккуратно работать с ними, чтобы избежать деформации.

Цветные металлы в процессе нагревания активно вступают в реакцию с газами. Наглядно демонстрируют это свойство титан, молибден и тантал.

Эта группа металлов способны долго находиться в эксплуатации, но их нужно защищать от кислорода, который разрушает металлы. Для этого проводники, к примеру, покрываются защитным лаком. Предварительно металл поддается процедуре грунтования в два слоя.

Область применения

Из цветного металла создаются детали для автомобилей, кораблей и самолетов. С их помощью делают металлоконструкции, ювелирные украшения, предметы искусства. Сплавы цветметаллов применяют в промышленности и медицине. С их помощью создают оборудование, гиподермические иглы, инструменты для проведения операции. Иридий берется во время лучевой терапии, а золото с платиной используется в стоматологии.

Черные металлы активно применяют в пищевой отрасли, при создании электротехники и генерировании энергии. В строительстве домов, промышленных сооружений и автомобилей они используются чаще цветмета. Некоторые сплавы специально создают для суровых эксплуатационных условий, добавляя примеси, которые сделают материал устойчивей, надежней и пр.

Марганец

С железом сходен по условиям образования и по техническому применению марганец.

Осадочные руды

Он обычно сопутствует железу в осадочных рудах и древних метаморфических месторождениях. Он, как и железо, основа черной металлургии, применяется для производства качественных сталей.

Переработка

Из-за повышения оборотов производства и потребительского спроса все больше организаций занимается переработкой лома. Если не следить за отходами, то в скором времени экология и люди пострадают, поскольку некоторые материалы опасны для здоровья, окружающей среды.

Переработка доступна для черных и цветных металлов. Самое ценное для этого процесса сырье содержится в аккумуляторах, батареях и бытовой технике. Процесс переработки сырья подразумевает несколько этапов:

1. Прием металлолома, взвешивание и оплата.
2. Сортировка в специальном пункте по профилю и разновидности. Это самый трудоемкий этап, на который уходит много времени.
3. Деление материала на мелкие фрагменты для удобной транспортировки и дальнейшей переработки.
4. Очистка от примесей вручную или с использованием специальных приборов.
5. Переплавка материала для его повторного использования.

Крупным предприятиям сдача металла позволяет сократить расходы. Именно такие организации в основном и влияют на экологическую обстановку, поскольку потребители не производят отходы в таких масштабах.

Цветные и черные металлы используются почти во всех отраслях жизни человека. Умение отличать их друг от друга позволит заранее принять во внимание слабые и сильные стороны материала, а также заранее спланировать их переработку и повторное использование.

Хром

К черным металлам принадлежит и хром. Главный его минерал – хромит – образует черные сплошные массы и вкрапления кристаллов в ультраосновных породах.

Хромитовые месторождения

Хромитовые месторождения, как и заключающие их массивы ультраосновных пород, встречаются в зонах глубинных разломов. Рудоносная магма поступала из подкоровых глубин, из мантии. Месторождения хромитов известны в Юго-Западной Африке, на Филиппинах, на Кубе, на Урале.

Применяется хром в металлургическом производстве для придания стали особенной твердости, в хромировании поверхностей металлов и в производстве красок, он придает соединениям зеленую окраску.

Ванадий

Важен также и ванадий – частый спутник титана в месторождениях и в россыпях, используемый для изготовления особо прочных сортов сталей, применяемых в производстве брони и снарядов, в автомобилестроении, в атомной энергетике. Здесь все большую роль приобретают новые комбинации элементов в сплавах.
Например, сплав ванадия с титаном, ниобием, вольфрамом, цирконием, алюминием применяется в производстве ракет и в атомной технике. А композиционные новые материалы тоже готовят из минерального сырья.

Титан

К этой же технической группе принадлежит титан. Он добывается из основных магматических пород в виде ильменита и из россыпей, наземных и очень широко распространенных на морских пляжах и шельфах (Бразилия, Австралия, Индия), где источником его служат титаномагнетит, ильменит и рутил.

Титан применяется при производстве особых сортов стали. Это термоустойчивый, легкий металл.