Метали, до складу яких не входить залізо, називаються кольоровими. Кольорові метали – це близько 70 елементів – від алюмінію, найпоширенішого в земній корі металу, до штучних елементів, таких як плутоній. Більшість кольорових металів мають характерний блиск, хоча у деяких з них він не проявляється через корозію. При кімнатній температурі майже всі метали перебувають у твердому стані. Кольорові метали є хорошими провідниками тепла і електрики.
Алюміній
Алюміній – найпоширеніший у земній корі метал. Він легко вступає в реакції і тому ніколи не зустрічається у вільному вигляді. Глинозем містить близько 25% алюмінію у вигляді його сполук з кремнієм і киснем, названих алюмосилікатами. Проте виділення алюмінію з глинозему обходиться дуже дорого.
Основною рудою для виробництва алюмінію є боксити, які містять гідратований алюміній – оксид алюмінію, сполучений з водою. Великі родовища бокситів знаходяться в Австралії, Ямайці, Гвінеї.
Алюміній отримують з бокситів за допомогою електролізу, використовуючи електрику для розділення хімічної сполуки. У традиційному процесі безводний оксид алюмінію, отриманий з бокситу, розчиняється в розплавленому кріоліті (натрій-алюміній-фторид). Електричний струм проходить через розплав, розділяючи оксид алюмінію на кисень і алюміній. Цей процес відбувається при температурі близько 1000 ⁰С.
Застосування алюмінію
На повітрі алюміній відразу піддається корозії, вкриваючись тонкою, але дуже міцною плівкою оксиду, яка захищає його від подальшого окислення. Завдяки цьому алюміній широко використовується для виготовлення різних предметів – від кухонної фольги і посуду до віконних рам та оздоблювальних панелей для будівель.
Його густина приблизно в три рази менша від густини сталі. Тому цей легкий кольоровий метал і його сплави застосовуються у виробництві літаків.
Незважаючи на те, що електропровідність алюмінію менша, ніж міді, його застосування в електротехніці зростає. Для проходження однакової сили струму алюмінієвий дріт повинен бути товстіший від мідного. Однак він дешевший, і до того ж вага алюмінію в цьому випадку становить половину ваги міді, у зв'язку з чим алюміній використовують в лініях електропередач, що вимагає меншої кількості опор. Алюміній також застосовують для покриття скла і виготовлення дзеркал і алюмінієвої фарби, яка використовується як захисний шар для інших металів.
Мідь
Оскільки в деяких родовищах мідь зустрічається у вільному вигляді, вона стала одним з перших кольорових металів, які знайшли практичне застосування. Найважливішими з мінералів міді є:
- халькозин, або мідний блиск (сульфід міді);
- халькопірит, або мідний колчедан (сульфід заліза і міді);
- куприт (оксид міді);
- малахіт і азурит (основні карбонати міді).
Основні запаси мідних руд зосереджені в США, Росії, Китаї, Замбії, Чилі і Канаді.
Спосіб видобутку залежить від руди. Якщо в руді є вільна мідь, її подрібнюють і змішують з водою. Так як мідь важча від інших компонентів, вона осідає на дні.
Зазвичай руди, що містять сульфід міді, включають і сульфід заліза. Нагрівання руди з кремнієм призводить до утворення шлаку з силікату заліза, який легко видаляється. Нагрівання за наявності повітря призводить до перетворення сульфіду міді в її оксид з утворенням газоподібного двоокису сірки як побічного продукту. Подальше нагрівання сульфіду з оксидом веде до утворення міді і двоокису сірки. Розплавлена чорнова мідь надходить у форми, де при застиганні з неї виділяються бульбашки двоокису сірки, утворюючи характерну «бульбашкову» поверхню. З цієї причини метал називають бульбашковою міддю. Вона містить приблизно 3% домішок.
Пропускаючи повітря через розплав бульбашкової міді, деякі домішки переводять в їх оксиди, що утворюють шлак. Після видалення шлаку в розплавлену мідь занурюють сиру деревину, яка видаляє кисень з оксидів міді з виділенням пари та інших газів, тобто відновлює оксиди міді до міді.
Отримана мідь із чистотою більше 99% використовується для виготовлення газових і водопровідних труб, покрівельних матеріалів, кухонного начиння і різних декоративних виробів. Оскільки мідь має високу теплопровідність, вона широко застосовується в котельних та інших пристроях для передачі тепла.
Але в цій міді все ще є домішки, такі як миш'як, вісмут, свинець, олово, залізо, срібло і золото. Незважаючи на незначний вміст, вони сильно підвищують її електричний опір. У зв'язку з цим «бульбашкову мідь» піддають рафінуванню (очищенню) за допомогою електролізу. Процес протікає в кислому розчині сульфату міді. При проходженні струму між двома мідними електродами, зануреними в розчин, чиста мідь переходить з позитивного електрода на негативний. При цьому домішки з позитивного електрода або розчиняються, або осідають на дно електролізера.
Цинк
Вперше цинк використовували для виробництва латуні – сплаву міді та цинку. Латунь вперше була отримана близько 1000 років до н. е. на північному сході Туреччини, а пізніше персами і римлянами. Цей сплав утворюється при нагріванні міді з деревним вугіллям і карбонатом цинку. Вуглець відновлює карбонат до цинку з утворенням сплаву з міддю. При цьому надлишок цинку випаровується. Технологія виділення цинку з руд була розроблена в Азії, і цинк вперше був завезений на Захід у XVII столітті.
Основний мінерал цинку – сфалерит, чи цинкова обманка (сульфід цинку). Великі його родовища виявлені в Північній Америці, Росії, Австралії, Перу, Японії та Польщі.
Цинк можна виділити з руди шляхом електролізу. Однак у більшості процесів руду нагрівають за наявності повітря для перетворення сульфіду цинку в оксид, потім додають вугілля для відновлення оксиду до металевого цинку, який видаляється у вигляді пари, конденсується і застигає.
Застосування цинку
П'ята частина усього виробленого в світі цинку йде на виготовлення латуні. Стільки ж цинку використовується для антикорозійного покриття виробів із заліза і сталі. Цей процес називається гальванізацією і протікає або при зануренні залізних чи сталевих деталей у ванну з розплавленим цинком, або шляхом електролітичного осадження цинку на поверхню виробів.
Як і в алюмінію, антикорозійні захисні властивості цинку обумовлені утворенням на повітрі запобіжного поверхневого шару оксидів. Листовий цинк використовується як покрівельний матеріал, для виготовлення друкарських форм. Сплави цинку застосовуються для лиття деталей машин.
Свинець
Свинець був відомий ще в Давньому Єгипті, проте вперше цей кольоровий метал використовували римляни для виготовлення водопровідних труб. Основним його джерелом є галеніт, або свинцевий блиск (сульфід свинцю). Для отримання кольорового металу сульфід зазвичай нагрівають за наявності повітря з утворенням оксиду свинцю, який потім відновлюється до свинцю при нагріванні в печі з коксом. Після цього видаляються домішки миш'яку, олова, сурми, міді та срібла.
Спочатку свинець використовували в основному в системах водопроводу і каналізації і як покрівельний матеріал. Однак сучасні легкі матеріали практично витіснили його. Найбільша кількість свинцю зараз йде на виготовлення автомобільних акумуляторів, у хімічній промисловості його використовують як кислототривкий матеріал. Зі свинцю роблять оболонку електричних кабелів, захисні екрани ядерних станцій і дослідницьких лабораторій, припої, свинцеві бронзи, а також сплави з оловом, сурмою, міді і т. д.
Олово
Олово є одним з найдорожчих кольорових металів. Це пов'язано з тим, що основна руда – каситерит (оксид олова) – міститься в родовищах в дуже низькій концентрації. Одна тонна породи повинна бути перероблена для отримання 200 г руди. Після відповідного збагачення руду нагрівають в печах з антрацитом, в результаті чого з неї видаляється кисень у вигляді двоокису вуглецю та утворюється металеве олово. Вперше олово було використане для отримання бронзи. Сьогодні найбільш важливою областю його застосування є захисні покриття сталевих листів, які широко використовуються для виготовлення консервних банок і припоїв.
Нікель
Основним джерелом нікелю є його сульфіди, які зазвичай знаходять у суміші з іншими мінералами. Після поділу нікелева руда обпалюється за наявності кисню для отримання оксиду нікелю, потім він відновлюється при температурі 350 °С в генераторному газі (суміш водню і двоокису вуглецю) до металевого нікелю.
Найбільш важливою областю застосування нікелю є сплави, особливо нержавіючі сталі. Багато монет роблять зі сплаву міді та нікелю. Порошок чистого нікелю застосовується як каталізатор. Чистий нікель іноді електрохімічно наносять на залізо і бронзу як антикорозійне покриття.
Золото
Золото хімічно дуже інертне і тому зустрічається в природі у вільному вигляді. Його основні родовища розташовані в Південній Африці, Північній Америці та Австралії. Золото там зустрічається у кварцових гірських породах і в пісках з цих порід. Але в кожній тонні піску може бути не більше 30 г золота.
Добування золота
Більшу частину золота отримують шляхом подрібнення і вилучення кольорового металу із золотовмісної породи. Частинки золота можуть бути вилучені механічно або хімічно за допомогою ртуті чи ціанідів. У ртутному процесі (амальгамуванні) подрібнена порода промивається ртуттю, в результаті чого утворюється сплав золота з ртуттю (амальгама), яка потім видаляється і нагрівається: при нагріванні ртуть випаровується, а золото залишається. В одному з варіантів ціанідного процесу золото реагує з розведеним розчином ціаністого калію або натрію з утворенням розчину ціаніду золота, при додаванні до якого цинку випадає осад золота.
Золото дуже красиве і ніколи не тьмяніє, що робить його основним матеріалом як в ювелірному виробництві, так і для декоративного покриття виробів з дешевих металів.
Чисте золото – найбільш ковкий з усіх металів. З нього можна виготовити листи товщиною менше однієї десятимільйонної метра. У такому вигляді золото використовують для декоративних цілей, таких як золоте тиснення книг, золочення картинних рам і т. п.
Разом з тим, чисте золото дуже м'яке, і для багатьох завдань використовують його сплави з іншими металами. В результаті золото набуває додаткової твердості, зберігаючи при цьому свої антикорозійні властивості. У високоякісному електронному обладнанні для захисту від корозії використовують позолочені контакти і роз'єми.
Читайте також:
