金属的基本知识

铜基本知识介绍1、自然属性 铜是人类最早发现的古老金属之一,早在三千多年前人类就开始使用铜。 金属铜,元素符号Cu,原子量63.54,比重8.92,熔点1083oC。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色,表面形成氧化铜膜后,外观呈紫铜色。铜具有许多可贵的物理化学特性,例如其热导率和电导率都很高,化学稳定性强,抗张强度大,易熔接,具抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝,制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。 铜冶炼技术的发展经历了漫长的过程,但至今铜的冶炼仍以火法冶炼为主,其产量约占世界铜总产量的85%。1)火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提高到20-30%,作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼,产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜,再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂,或铸成阳极板进行电解,获得品位高达99.9%的电解铜。该流程简短、适应性强,铜的回收率可达95%,但因矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出,不易回收,易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。2)现代湿法冶炼有硫酸化焙烧-浸出-电积,浸出-萃取-电积,细菌浸出等法,适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。2、铜及铜产品分类 ①、 按自然界中存在形态分类 自然铜------铜含量在99%以上,但储量极少; 氧化铜矿-----为数也不多 硫化铜矿-----含铜量极低,一般在2--3%左右,世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的。 ②、按生产过程分类 铜精矿----冶炼之前选出的含铜量较高的矿石。 粗铜------铜精矿冶炼后的产品,含铜量在95-98%。 纯铜------火炼或电解之后含量达99%以上的铜。火炼可得99-99.9%的纯铜,电解可以使铜的纯度达到99.95-99.99%。 ③、按主要合金成份分类 黄铜-----铜锌合金 青铜-----铜锡合金等(除了锌镍外,加入其他元素的合金均称青铜) 白铜-----铜钴镍合金 ④、按产品形态分类:铜管、铜棒、铜线、铜板、铜带、铜条、铜箔等3、铜的主要用途 铜是与人类关系非常密切的有色金属,被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。 铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大,占总消费量一半以上。 铝基本知识介绍1、自然属性 铝是一种轻金属,其化合物在自然界中分布极广,地壳中铝的含量约为8%(重量),仅次于氧和硅,具第三位。在金属品种中,仅次于钢铁,为第二大类金属。铝具有特殊的化学、物理特性,是当今最常用的工业金属之一,不仅重量轻,质地坚,而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国民经济发展的重要基础原材料。 铝的比重2.7,密度约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。虽然纯铝极软且富延展性,但仍可靠冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来源,制造一镑氧化铝约需要两磅铝土矿,而制造一磅金属铝也需要两磅氧化铝。 2、铝的品种分类 根据铝锭的主成份含量可以分成三类:高级纯铝(铝的含量99.93%-99.999%)、工业高纯铝(铝的含量99.85%-99.90%)、工业纯铝(铝的含量98.0%-99.7%)。 3、铝的质量标准 铝锭质量必须符合国标GB/1196-1993标准。其中,AL99.80和AL99.70的铝含量规定不得小于99.80和99.70。按国家标准(GB/T1196-93)应叫“重熔用铝锭”,不过大家叫惯了“铝锭”。它是用氧化铝-冰晶石通过电解法生产出来的。 铝锭进入工业应用之后有两大类:铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝及铝合金是以铸造方法生产铝的铸件;变形铝及铝合金是以压力加工方法生产铝的加工产品:板、带、箔、管、棒、型、线和锻件。按照重熔用铝锭国家标准,“重熔用铝锭按化学成分分为6个牌号,分别是Al99.85、Al99.80、Al99.70、Al99.60、Al99.50、Al99.00”(注:Al之后的数字是铝含量)。 目前,有人叫的“A00”铝,实际上是含铝为99.7%纯度的铝,在伦敦市场上叫“标准铝”。大家都知道,我国在五十年代技术标准都来自前苏联,“A00”是苏联国家标准中的俄文牌号,“A”是俄文字母,而不是英文“A”字,也不是汉语拼音字母的“A”。和国际接轨的话,称“标准铝”更为确切。 标准铝就是含99.7%铝的铝锭,在伦敦市场上注册的就是它。4、铝的主要用途 近五十年来,铝已成为世界上最为广泛应用的金属之一。在建筑业上,由于铝在空气中的稳定性和阳极处理后的极佳外观而受到很大应用;在航空及国防军工部门也大量使用铝合金材料;在电力输送上则常用高强度钢线补强的铝缆;此外,汽车制造、集装箱运输、日常用品、家用电器、机械设备等都需要大量的铝。 随着国民经济快速发展,我国已逐渐成为“全球加工基地”,钢铁、有色等基础工业蓬勃发展,近几年来,电解铝产量猛增,使中国成为全球最大的铝生产国。 同时,我国在全球铝市中也正发挥着重大的作用,由于近年来我国的需求增长势头强劲,所以中国供需基本面的变化,通过国际贸易直接影响世界的铝市平衡状况。 但我国的原铝供应却存在较多不确定因素,这一不确定性来自氧化铝供应的持续吃紧、部分原因是中国体制弊端而引发的电力短缺。由于受自身资源的限制,以及采矿、初级矿产品开发等领域一段时期内投资不足的影响,使得我国这几年相继出现严重的原材料短缺,每年需要从国外购买大量的氧化铝,2004年进口587万吨氧化铝。 除了原料氧化铝和电能问题外,政府对于高于国内消费增长部分的原铝供应,已开始施行限制政策,目的是控制目前有些过热的电解铝行业。但无论是电力短缺还是氧化铝供应问题,对中国铝生产的整体影响是有限的。 铅基本知识介绍 铅是一种化学元素,其化学符号是Pb(拉丁语Plumbum),原子序数为82。铅是一种软的重金属,它有毒性,是一种有延伸性的主族金属。铅的本色是青白色的,在空气中它的表面很快被一层暗灰色的氧化物覆盖。铅被用作建筑材料,用在乙酸铅电池中,用作枪弹和炮弹,焊锡、奖杯和一些合金中也含铅。铅是所有稳定的化学元素中原子序数最高的。没有氧化层的铅色泽光亮,密度高,硬度非常低,延伸性很强。它的导电性能相当低,抗腐蚀性能很高,因此它往往用来作为装腐蚀力强的物质(比如硫酸)的容器。加入少量锑或其它金属可以更加提高它的抗腐蚀力。早在7000年前人类就已经认识铅了。它分布广,容易提取,容易加工,即有很高的延展性,又很柔软,而且熔点低。在《圣经-出埃及记》中就已经提到了铅。 炼金术士以为铅是最古老的金属并将它与土星联系到一起。在人类历史上铅是一种被广泛应用的金属。 从1980年代中开始,铅的应用开始骤然下降。主要原因是铅的生理作用和它对环境的污染。今天汽油、染料、焊锡和水管一般都不含铅了。 自然界中纯的铅很少见。今天铅主要与锌、银和铜等金属一起冶炼和提取。最主要的铅矿石是方铅矿(PbS),其含铅量达86.6%。其它常见的含铅的矿物有白铅矿(PbCO3)和铅矾(PbSO4)。世界上最大的产铅国是中国、美国、澳大利亚、俄罗斯和加拿大。今天半数以上的铅是回收来的。 铅矿一般用钻或爆破的手段被开采。矿石被开采后被磨碎,然后于水和其它化学药品混合。在这个混合液的容器中有气泡上升,含铅的矿物随气泡上升到表面形成一层泡沫。这层泡沫可以被收集。这个过程可以多次进行,其结果含50%的铅。收集后的泡沫被烤干熔化后得到含97%的铅。这个熔液被慢慢冷却,杂质比较轻上升到表面可以被移去。剩下的铅被再次熔化。冷空气被吹入熔液,更多的杂质上升被移除后得到99.9%的铅。钨基本知识介绍 钨是银白色金属,熔点高达3400。C;钨的硬度大、密度高、高温强度好。钨主要用于生产硬质合金和钨铁。钨与铬、钼、钴等组成耐热耐磨合金用于制作刀具、金属表层硬化材料、燃起拉机叶片。钨与钽、铌、钼等组成难熔合金。钨铜和钨银合金用于制作电灯泡、电子管的部件和电弧焊的电极。钨的一些化合物可作荧光剂、颜料、染料等。钨广泛应用于石油和天然气、矿业、电子、金属加工、机器设备、重型制造业,这些部门使钨的应用达到总量的85%,其他应用于军事、核能和航空航天工业等。随着经济的发展,科技的进步,中国钨的应用范围正在逐步扩大,产品品种日益增加,极大地满足了国民经济建设和国防军事建设的需要。 美国、日本、西欧是世界钨的主要消费国,合计占世界总消费量的60%~65%,但这些国家钨精矿产量只能满足需求量的12%~15%,大多靠进口满足需要,因而也是最重要的钨进口国。中国是世界上最大的钨供应国。钼基本知识介绍 钼是银灰色的难熔金属,主要用于钢铁工业,其中大部分以工业氧化钼形式压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小的特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管及整流器等电子器件方面应用广泛。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。钼还是人体必须的微量元素之一,缺少钼会引起肾结石和龋齿。根据《中国科技百科全书》第544页保健篇记载:“钼对防治心血管病和癌症方面有着特殊的功能。” 美国、中国和智利是世界三大产钼国,合计产量占世界总产量近80%。主要进口国有日本、德国、法国、英国、意大利和比利时。镁基本知识介绍 镁是一种应用较晚的金属。镁的化学性质活泼,主要用于制造铝合金,镁作为合金元素可提高铝的机械强度,改善机械加工性能以及对碱的抗腐蚀性能。由于镁基合金(含铝、锰、锌、锂等)的结构件和压铸件的比强度大,在汽车、航天、航空等领域中,用镁代替部分铝,可减轻结构件的质量。镁和卤素的亲和力强,是用金属热还原法生产钛、锆、铀、铍等的重要还原剂。镁可作生产球墨铸铁的球化剂。在钢铁冶炼中用镁替代碳化钙脱硫。 世界镁的产销两旺,中国是世界第一大镁生产国,约占世界原镁产量的80%。碲基本知识介绍 碲是一种稀有的元素,在地壳中的含量和金、铑差不多,化学性质和硒差不多,而毒性较小。在空气中将碲加热熔融,会生成氧化碲的白烟。它使人恶心飞头痛飞眩晕飞口渴、皮肤搔痒、呼吸短促和心悸。人体吸入碲后,在呼气、汗、尿中产生一种令人不愉快的大蒜臭气。这种臭气很容易被别人感觉到而本人往往感觉不到。若口服适量的维生素C,即以消除气味。较大剂量的碲能抑制汗腺的分泌,损害皮肤,并能妨碍消化机能等。锗基本知识介绍 锗是1886年文克勒用光谱分析的方法发现的,但 是它“失业”了五十多年。化学家哥德斯密特曾经感慨地说过这样的话:哈特莱煤矿的煤灰里有千分之十六的氧化锗,这种煤灰1吨就可以生产16公斤的氧化锗。假如这是金块的话,那么运送车辆就得严密戒备。可是锗却是连小偷也不注意的东西。直到1942年,特别是最近以来,人们发现用锗可以制造晶体管来代替电子管,用作雷达和电子计算机的主要元件,锗才变为重要的尖端材料。 锗在地壳中的含量为1.5%,比金、银、碘等常见的元素多得多。不过,它太分散了,属于稀散稀有金属。在大自然中,没有锗矿。在煤矿中,大约含有十万分之一左右的锗,也就是说,在1n电煤中,大约含l0克的锗。然而,在烟道灰中却含有千分之一,甚至百分之一的锗。含锗的矿物有硫锗铁矿,浅色闪锌矿等,其中锗都以杂质存在。 锗是一种浅灰色的金属。据x光的研究证明;锗晶体里的原子排列,与金刚石相同。所以它硬而脆。 锗用来制造晶体整流器(二极管)、晶体放大器(三极管)、检波器等,比通常的电子管寿命长、体积小、耐震、耐撞,所以被广泛地用于电子计算机、雷达设备、遥控仪器上。 用作半导体材料的锗,必须非常纯,含锗要在 99.999999%以上(简称八个九)。现在,人们用区域熔炼法,已经制出了十一个九以上的纯锗,也就是说,在一千亿个原子中,只有一个杂质原子。现在,全世界锗的年产量只有几十吨。你别以为这个数字很小,要知道每个半导体器件所需要的锗,只有极少极少的一点儿,几十吨的锗,可以制成几十亿个半导体器件 锗的电阻在温度改变的时候,会立即发生灵敏的变化,所以锗还被用来制造热敏电阻,来测定温度。这种热敏电阻,甚至可以觉察到1公里以外人体所射出的红外线。这种热敏电阻还被广泛地应用于寻找地下水,寻找千米以外的飞行目标,因为它可以测出万分之五摄氏度的微小变化。 锗可以用来制造光电池。光照射到经过特殊处理的半导体上,能够不断地放出电来。光照越强,发电能力越大。锗光电池把光能直接变成电能,既不需要锗燃料,又不需要成套设备,为我们从太阳光那里取得无穷无尽的廉价电力开辟了新途径。在医学上,由于锗能刺激红血球的生成,所以锗的化合物可用来治疗贫血病与嗜眠症。锑基本知识介绍 锑单质在自然界中偶有存在,但数量微乎其微。 辉锑矿在空气中焙烧时,可以得到白色的氧化锑。若将氧化锑用炭还原,很容易得到单质锑。但是由于锑的熔点低,仅为631℃,而且锑为灰色的金属,所以古代中外各民族都曾把锑误认为铅或锡。 我国是富产辉锑矿的国家,但古代从未提到过锑这种金属。湖南新化县是有名的富藏锑矿的地方,早在明代就开采过,但都称那里为锡矿山。 锑在地壳中的含量不算多,大约占地壳总重量的 0.0001%。它的主要矿物是辉锑矿(Sb2S3)和方锑矿 (Sb2O3)。我国的湖南省盛产锑矿,储藏量占世界第一位。 一般的金属是热胀冷缩,而锑却热缩冷胀。印刷书刊的铅字如果采用纯铅浇铸,由于铅热胀冷缩,铸出的字不清晰,而且质软不耐磨。如果在铅里加入一些锑,浇铸出的字笔划十分清楚,经久耐用。 锑的一些化合物可以用来治疗疾病。如酒石酸锑钾注射液常用于治疗血吸虫病。没食子酸锑钠是我国首创的药物,主要用于治疗慢性血吸虫病。葡萄糖酸锑钠针剂供静脉或肌肉注射,可以治疗黑热病。 锑的一些化合物如锑化铟、锑化铝,是很好的半导体材料。它们能感受到人眼看不见的红外线,因此,可做红外线探测器,在军事上用来探测夜间敌人的动向。铟基本知识介绍 铟是稀散元素之一。银白色金属,熔点只有156.61℃,质软,易溶于酸、碱之中。铟元素主要以杂质的形式存在于锡石和闪锌矿中。铟常用作低熔点的合金、轴承合金、半导体、光电源等的原料。 美国科学家研制成一种能把水分解为氢和氧的独特高效的太阳能电化学装置。其阴极就是由镀有一层1000Pm厚的铑的磷化铟制成。电极全部浸在高氯酸溶液中。当太阳光照射在这个装置上时,便可提供一个较低的电压,这时阴极释放氢气,阳极便有氧气放出。 科学家用锑化铟材料制造的光开关,能在l微微秒时间内完成接通或断开动作,这个速度比普通硅开关快1000倍。锡基本知识介绍 锡是古代较早发现的金属之一。在自然界中没有单质状态的锡存在,它的发现比铜稍晚。 锡是熔点比较低的金属,它的低熔点使它成为焊料的主要成分。 锡元素有白锡、灰锡、脆锡三种同素异形体。在不同环境下,锡可以有不同的结晶状态。在室温和高于室温的条件下,最稳定的形态是白锡,白锡是一种可锻金属。当温度在13℃以下时,锡的结晶点阵就会重新排列,原子之间的空隙就会加大,形成一种新的结晶形态,即灰锡。灰锡就失去了金属特性而成为一种半导体。在不同结晶点阵之间的,接触处发生的内应力使金属锡碎裂成粉末。周围介质的温度愈低,晶体形态转变的速度就愈快。这种转变在零下33℃时速度最快:温度一降到零下,白锡就失去光泽,变成暗灰色,最后碎裂成粉末。人们称这种现象为“锡疫”。附带要说明的是,未染上“锡疫”的锡板,一旦和有“锡疫”的锡板接触,也会产生灰色的斑点而逐渐“腐烂”掉。科学家们已经找到了预防“锡疫”的物质,其中的一种就是铋。铋原子中有多余的电子可供锡的结晶点阵,使其状态稳定化,完全消除产生“锡疫”的可能性。 含有52%的铋与32%的铅和16%的锡的合金,在开水里就能熔化,它的熔点只有95℃。与此形成鲜明对照的是:锡的熔点是232℃;铋的熔点是271℃;铅的熔点是327℃。合金的熔点大大低于组成它的每种纯金属的熔点。含镓和铟的锡合金熔点更低,其中一种合金的熔点为10.6℃。低熔点合金可用来制作电熔丝。 二氯化锡和氧化锡可用作棉布和丝绸的媒染剂,二氯化锡还可作还原剂,脱色剂,电镀时用它镀锡。为了给瓷器和玻璃着上红色,可采用一种叫做卡修斯的紫色染料,它是在二氯化锡中加入氯化金溶液时形成的。硫酸锡,即彩色金,可用作金色颜料。 白锡可制成家用器皿,也可以镀在铜和铁的表面上。镀锡的铁片常称为“马口铁”,铁表面的锡层保护了铁,使之不受腐蚀。但是一旦锡层出现了破损,铁被腐蚀的速度就会加快。这是因为铁比锡活泼,在它们共同接触电解质溶液时,就形成了原电池,铁作为原电池的负极逐渐被氧化,这在化学上称为电化腐蚀。 锡是毒性极小的金属,锡的盐类对人体完全无害,与食品接触也不会产生有害物质,可以抵抗氧、水和有机酸的腐蚀。于是,锡的这种性能得到了充分的发挥,现在,世界上锡的总产量的一半左右是用来生产制造罐头用的铁皮,很薄的一层镀锡铁皮就可以为人们贮藏上百万吨的肉、鱼飞水果和蔬菜。锡当之无愧地赢得了“罐头金属”的称号。 科学家们进行了大量的分析和反复的试验得出结论证实:氟的存在就表明可能有锡矿。在史前期,锡是以一种复杂的物质形式存在的,在这种复杂的物质中氟是必不可少的成分。后来,锡和锡的化合物逐渐形成一种沉积物,即后来的矿床。而氟就滞留在沉积物附近。这一发现不仅有助于测定锡很可能出现的地区,而且也可预示锡的储量的大小。银基本知识介绍银是古代发现的金属之一。银在自然界中虽然也有单质存在,但绝大部分是以化合态的形式存在。 纯银是一种美丽的白色金属,它的拉丁文名字来自梵文,意思是浅色的。 银具有很高的延展性,因此可以碾压成只有0.00003厘米厚的透明箔,1克重的银粒就可以拉成约两公里长的细丝。 银的导热性和导电性在金属中名列前茅。银丝可用来制作灵敏度极大的物理仪器元件;各种继电器中重要的接触点的接头就是用银制做的,无线电系统中重要的元件在焊接时也要用银作焊料。各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统,所有这些设备中都有大量的接触点。在使用期间,每个接触点要工作上百万次。为了能承受这样严格的工作要求,接触点必须耐磨,性能可靠,还必须能满足许多特殊的技术要求。这些接触点一般就是用银制造的,人们很愿意使用银,就是因为它完全能满足种种要求。如果在银中加入稀土元素,性能就更加优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点,寿命可以延长好几倍。 硝酸银见光或遇有机物就分解出银。银如果是极小颗粒就呈灰黑色。这种化合物用于镀银或制造其他银的化合物,也是制作照相底片感光层的主要原料。硝酸银随浓度不同,可起收敛、杀菌或腐蚀作用。用硝酸银棒戎其浓溶液可以腐蚀过度增生的肉芽组织,其稀溶液可用于眼结膜炎的治疗。 氧化银极易溶解在氨水中,溶液久置后,有时会析出有强烈爆炸性的黑色晶体。氧化银在玻璃工业中用作着色剂。 溴化银的感光作用,用来制造照相底片的感光层。钯基本知识介绍 钯是一种会“呼吸”的金属。它能吸收比自己体积大2800倍的氢气,需要时,它还能一下“呼出”所有的氢气,并可以反复地吸氢和呼氢。由于钯具有呼吸氢气的功能,在工业中人们用它做加氢反应的催化剂和还原剂,此外还用它做除气剂,除去真空管中残存的微量气体。 钯的化学性质不活泼,但它可以溶解在硝酸、王水以及熔融的碱中。铑基本知识介绍 铑是一种银白色的金属,质极硬,非常耐磨。在中等温度下,铑可以抵抗大多数普通酸(包括王水在内);在200— 600℃可与热浓硫酸、热氢溴酸、次氯酸钠和卤素起化学反应。 铑常用来制造加氢催化剂、热电偶,铂铑合金等。铌基本知识介绍 铌在一般温度下不与空气里的氧发生化学反应,即使在空气中搁置15年之久,铌的表面也只是稍稍有些变暗。王水能把白金、黄金消溶,有人把铌放在浓热硝酸里两个月或在王水里六个月,结果,铌安然无恙。 铌是钢的“维生素”。在铬钢中加入铌可增加钢的延展性和抗腐蚀性;将铌加入不锈钢和结构钢中,能防止碳化铬沿晶粒边界析出,从而大大增加抗低温冲击性能。这种铌钢能经受交变负荷的作用,对航空工业意义重大。 在有色冶金中,铌合金也有广泛的用途。例如,铝在碱中容易溶解,但只要加入0.05%的铌,就不再和碱反应。在铜和铜合金中,加入铌可增加其强度,再加入钛、钼和锆可变得更坚韧耐热。在低温下,有许多合金和钢材会变得象玻璃一样脆,但加入0.7%的铌就可以使金属在零下80℃的低温中保持原来的强度。 铌是具有超导性能的元素中临界温度最高的一种。铌和铌的合金,如铌钛合金,铌锆合金,铌钽合金,特别是铌锡合金和铌锡锗合金,临界温度在18K到21K(—255℃到—252℃)之间。铌锡合金和铌锡锗合金是目前最重要的超导材料,有了它们,输电效率大大提高。

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