Металлургический словарь


Металлы

[metals] — простые вещ-ва, обладающие в обычных условиях хар-рными св-вами: высокой электро- и теплопроводностью, отрицат. темп-рным коэфф. электропроводности, способностью хорошо отражать электромагн. волны, пластичностью. М. В. Ломоносов определял м. как «светлые тела, к-рые ковать можно». М. в тв. состоянии имеют кристаллич. решетку. В парообразном состоянии м. одноатомны, хар-рные св-ва м. обусловлены их эл-нным строением. Атомы м. легко отдают внешние (валентные) электроны. В кристаллич. решетке м. не все эл-ны связаны со своими атомами. Нек-рая часть (~1 эл-н на атом) подвижна и может более или менее своб. перемещаться. Таким образом, м. можно представить в виде остова (каркаса) из положит, ионов, погруженного в «эл-нный газ». Последний компенсирует силы электростатич. отталкивания м-ду положит, заряж. ионами и тем самым связывает их в тв. тело, обеспечивая так наз. ме-таллич. связь. Из известных 105 химич. элементов 83 — м. и лишь 22 — неметаллы. Если в Периодич. системе элементов провести прямую от В до At, то можно считать, что неметаллы расположены на этой линии и справа от нее, а м. — слева.
По строению эл-нных оболочек м. принято разделять на непереходные (или нормальные) и переходные. Непереходные м. хар-ри-зуются тем, что в их атомах происходит пос-ледоват. заполнение s- и р- эл-нных оболочек. В атомах переходных м. происходит достраивание d- и /-оболочек. К непереходным м. относят 22 м., занимающих подгруппы а в Периодич. системе элементов: Li, Na, К, Be, Mg, Ca, Ba, Sb, Bi и др. Переходные металлы занимают подгруппы б в Периодич. системе элементов. Наиб, типичные переходные м.: Си, Ag, Аи, Zn, V, Mb, Та, Сг, Mo, W, Fe, Ni, Co и др. К переходным м. относят тж. лантаноиды (14) и актиноиды (14). М. присущи многие общие химич. св-ва, обусловл. слабой связью валентных эл-нов с ядром атома: образование положит, заряж. ионов (катионов), проявление положит, валентности (окислит, числа), образование осн. оксидов и гидрооксидов, замещение водорода в кислотах и т. д.
Большинство металлов кристаллиз. с образов, относит, простых ОЦК, ГЦК и ПГУ кристаллич. решеток, соответст. наиб, плотной упаковке атомов. Лишь немногие м. имеют более сложные типы кристаллич. решеток. М. в зависимости от внешних условий (темп-ры, давления) могут существовать в
двух или более кристаллич. модификациях (см. Полиморфизм). Полиморфные превращения иногда, напр., превращение белого олова (p-Sn) в серое (a-Sn), сопровожд. потерей ме-таллич. св-в.
В силу таких св-в, как прочность, твердость, пластичность, корроз. стойкость, жаропрочность, высокая электрич. проводимость и мн. др. м., играют громадную роль в соврем, технике. Большинство металлов было открыто в XIX в. Однако произ-во важнейших из них: А1, V, Mo, W, Ti, Zr и др. - до XX в. либо не велось, либо было очень огранич. С 1970-х гг. в пром-ти применяются практически все м., встречающиеся в природе.
Все м. и их сплавы подразделяются на черные (к ним относят железо и сплавы на его основе; на их долю приходится ок. 95 % произв. в мире металлопродукции) и цв. или, точнее, нежелезные (все ост. металлы и сплавы). Большое число нежелезных м. и широкий диапазон их св-в не позволяют классифицировать их по к.-л. единому признаку. В технике принята усл. классификация, по к-рой эти металлы разделены на неск. групп (по физич. и химич. св-вам, хар-ру значения в земной коре и др.): легкие, тяжелые, тугоплавкие, благородные, рассеянные, редкоземельные м. и др.:
вторичные металлы [secondary metals] — м., предназнач. для использ. в кач-ве металлич. шихты при выплавке, изготовлении отливок и приз-ве ферросплавов, а тж. для переработки с целью последующего использования их в плавильных агрегатах (см. тж. Лом). В. м. подразделяют на две группы: черные и цветные. По мере накопления первичных металлов, получ. непосредственно из рудного сырья, и увеличения металлич. отходов роль в. м. в общем произ-ве металлопродукции постоянно возрастает;
драгоценные металлы [precious (noble) metals] — м., имеющие валютно-финанс. ценность. Д. м. условно подразделяют на благородные (Аи, Ag) и платиновые (Pt, Pd, Ru, Rh, Ir, Os);
легкие металлы [light metals] — группа цв. металлов с относит, малой плотностью, включающая Al, Mg, Be, Ti, а тж. щелочные и щелочноземельные металлы. Л. м. широко распространены в природе (> 20 мае. %). Вследствие высокой химич. активности они встречаются только в виде прочных соединений.

Начало развития металлургии л. м. относится к середине XIX в. Осн. способы получения — электролиз расплавов солей, металле- и электротермия; легкоплавкие металлы [low-melting metals — группа цв. металлов с низкой tm, включа ющая Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi, TI, Sb и элементы с ослабл. металлич. св-вами: Ga, Ge;
первичные металлы [primary metals] — м., получ. из руды или рудных материалов, в отличие от вторичных м., получ. из отходов и лома (напр., первичный и вторичный А1); переходные металлы [transition metals] — элементы 16 и VIII6 подгруппы Периодич. системы. У атомов п. м. внутр. оболочки заполнены только частично. Различают rf-ме-таллы, у к-рых происходит постепенное заполнение 3<7- (от Se до Ni), 4rf- (от Y до Pd) и 5d- (от Hf до Pt) оболочек, и/-металлы, у к-рых заполняются 4/-оболочки (РЗМ или лантаноиды, от Се до Ln) и 5/-оболочки (актиноиды, начиная с As). Всего п. м. 61. Особенности строения атомов их эл-нных оболочек определяют некоторые специфич. св-ва п. м.: пара-, ферро-, антиферромагнетизм и др.; радиоактивные металлы [radioactive metals] — м., занимающие места в Периодич. системе элементов с ат. н. больше 83 (Bi), испускающие радиоакт. частицы: нейтроны, протоны, альфа-, бетачастицы или гамма-кванты. В природе обнаружены: At, Ac, Np, Pa, Ро, Pm, Pu, Ra, Тс, Th, U. Ост. р. м., как и большинство найденных в природе (кроме U, Th и Ra), получают посредством ядерных реакций. Осн. хар-ка р. м. — период их полураспада 7"1/2, время, за к-рое число радиоакт. атомов уменьшается вдвое. Конечные продукты самопроизв. распада природных р. м. — стабильные изотопы свинца с ат. массами 206, 207 и 208. Они образуются в рез-те последоват. радиоакт. превращений. В Периодич. системе в отд. группу р. м. выделены актиниды; рассеянные металлы [disperse metals] -группа элементов (Rd, Cd, Cs, Sc, Ga, In, "П, Ge, Hf, V, Se, Те, Re), встречающихся в природе гл. обр. в виде примеси в минералах и извлекаемых попутно из руд др. металлов или полезных ископаемых (углей, солей, фосфоритов и пр.);
редкие металлы [rare metals] — условное название группы металлов (> 50), относит, недавно вошедших в сферу промышл. применения и производимых в огранич. кол-вах; делятся на 5 групп: легкие, (Li, Rb, Cs, Be),
рассеянные (Ga, In, Tl, Ge, Те, Re), редкоземельные (Sc, Y, La и лантаноиды), тугоплавкие (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Mo, W) и радиоактивные (Ra, Fr, Тс, Ро и др.); редкоземельные металлы (РЗМ) [rare-earth metals] — группа РЗМ включает Sc, Y, La и лантаноиды (редкие земли) — 14 элементов III группы Периодич. системы с ат. н. от 58 (Се) до 71 (Lu). РЗМ отличаются высокой химич. активностью и образуют прочные оксиды, галогениды, сульфиды, реагируют с водородом, углеродом, углеводородами, СО и С02, азотом, фосфором. РЗМ разлагают воду (медленно на холоду, быстрее при нагревании) и легко р-ряются в кислотах: НС1, H2SO4 и HNO3. При темп-pax выше 180-200 "С РЗМ быстро окисляются на воздухе. Присадки РЗМ применяют в кач-ве раскислителей и модификаторов в произ-ве стали, чугуна и сплавов цв. металлов. Для этих целей гл. обр. используют ферроцерий или сплав лантаноидов (мишметалл) с преобладающим содержанием Се или Се и La. Стекольная пром-ть — тж. одна из крупных потребит. РЗМ. Стекло с добавкой 2—4 % Се2О3 используют для защитных очков при стеклодувных и сварочных работах, так как оно не пропускает ультрафиолет, лучи. Стекло, содержащее Се, устойчиво (не тускнеет) под действием радио-акт, излучений. Оксиды нек-рых лантаноидов используют в произ-ве оптич. стекла, а тж. для обесцвечивания стекла и его окраски. Оксиды лантаноидов применяют в оптич. пром-ти в кач-ве абразива для полировки стекла. Для этой цели используют СеО2 («полирит») в виде порошков разной крупности;
тугоплавкие металлы [refractory metals] — м., у к-рых /„, > t* = 1539 °С (напр., Сг, V, W, Mo, Nb и др.); применяют как легир. добавки в стали, а тж. в кач-ве основы соот-ветст. спец. сплавов;
тяжелые металлы [heavy metals] — группа цв. металлов плотностью большей, чем у железа (7,86 г/см3), включающая Со, Ni, Си, Zn, Nb, Mo, W и др.;
ультрачистые металлы [ultra-pure metals] — высокочистые, особочистые м., в к-рых массовая доля примесей не превышает 1 • 10~3%. Осн. стадии технологии произ-ва у. м.: получение чистых химич. соединений, восстановление их до элементарного состояния и дополнит, очистка. Чистые соединения получают сорбцией, экстракцией, дистилляцией, ректификацией, ионным обменом, перекристаллизацией из водных р-ров. Восстанавл. соединения химич. методами, термич. разложением или электроосаждением. Дополнительно очищают м. электролитич. рафинированием (Си, Ni, Pb, Al, Ga), дистилляцией или ректификацией (Zn, Cd, Hg), вакуумной плавкой (Си, Sn, Al, Ga), эл-ннолуче-вой или плазм, плавкой (V, Nb, Та, W, Мо, Ti) и др. методами. У. м. (напр., W, Мо) применяют в кач-ве конструкц. материалов в приборах и устр-вах авиац. и яд. техники. У. м. 2-й (Zn, Cd, Hg), 3-й (Al, Ga, In), 4-й (Pb, Sn) и 5-й (Bi) групп Периодич. системы используются для синтеза простых и сложных полупроводниковых соединений; черновые металлы [crude metals] — промежуточная продукция ЦМ, представл. цв. металлы (Си, Ni, Pb, Sn, Zn, Cd и др.) со значит. (1-4 %) содержанием примесей; получают гл. обр. при плавке руд или рудных материалов. Для удаления примесей ч. м. подвергают рафинир. (черновой Pb наз. веркблей); чистые металлы [pure metals] — м. с низким содержанием примесей (< 5 мае. %). Выделяют м. повыш. чистоты (от 99,90 до 99,99 %) и особой чистоты (от 9,999 до 99,9999%);
щелочноземельные металлы [alkali-earth metals] — группа, включ. Са, Sr, Ba и Ra; первые три применяются в металлургии в кач-ве раскислителей; щелочные металлы [alkali metals] — группа, включ. Li, Na, К, Rb, Cs, Fr.