Классификация цветных металлов: свойства и область применения

Выделяют две базовые группы металлов. К черным разновидностям относят железо и все сплавы на его основе. Более многочисленную группу составляют цветные металлы, перечень которых отличается многообразием. В зависимости от физико-химических свойств они находят применение в разных сферах (промышленность, научная деятельность и пр.). Востребованы и сплавы, получаемые на основе цветных металлов.

Классификация цветных металлов в соответствии с ГОСТ

Поскольку лом цветных металлов можно сдавать на лицензированных легальных пунктах, важно изучить ГОСТ 1639-2009, который регламентирует основные требования к этим отходам, идущим затем на металлургическую и механическую переработку. Определяет ГОСТ лом цветмета как вторичное сырье, металлолом или скрап.

Классификация базируется на выделении следующих базовых пунктов:

наименование металлолома;
физические характеристики;
химический состав;
качественные показатели

ГОСТ выделяет основные разновидности цветных металлов. В стандарте подробно характеризуются все сплавы и виды лома. Их количество указано в таблице 1.

Таблица 1. Цветные металлы, количество разновидностей лома

Название металла (сплава)	Алюминий	Вольфрам	Кадмий	Кобальт	Магний
Количество видов лома	32	17	2	3	8
Название металла (сплава)	Медь	Бронза	Латунь	Молибден	Никель
Количество видов лома	13	15	23	9	26
Название металла (сплава)	Олово	Ртуть	Свинец	Титан	Цинк
Количество видов лома	10	6	17	7	13

Чистый металл в отходах встречается редко. При оценке преобладающих в металлоломе сплавов за основу берут элемент, доля которого самая высокая. Определить точное соотношение присутствующих в сплаве компонентов можно с применением специального оборудования.

Типы

Характеризуют скрап по характеру образования, размерам, физическому состоянию (может быть в виде стружки, кусков, пасты и пр.), массе отдельных фрагментов, засоренности, химическому составу.

Происхождение цветного вторсырья:

отходы обработки металлов и сплавов в промышленных масштабах;
бракованные (некондиционные) изделия;
лом готовой эксплуатируемой продукции.

В ходе выявления химического состава выясняют основной металл и процентное содержание других элементов.

К ценным разновидностям вторсырья относят нелегированные металлы, в которых содержится минимально допустимое количество примесей.

По физическим параметрам отходы цветных металлов разделяют на несколько классов:

А — включает кусковые отходы и лом;
Б — к этому классу относится путаная проволока, металлическая стружка, мелкие куски;
В — порошкообразные отходы (преимущественно такой вид вторсырья встречается у редких (кобальт, вольфрам, титан, молибден) разновидностей цветных металлов).
Г — прочие виды отходов.

Безопасность

Цветной лом при транспортировке должен сопровождаться документацией, в которой отражаются сведения о прохождении радиационного контроля. А также вторсырье проверяют на засоренность вредными химическими соединениями и взрывобезопасность.

Если выявлены предельные значения радиоактивных веществ, отправляют лом и отходы на дезактивацию. Осуществляют эту процедуру специализированные лицензированные предприятия, с которыми предварительно заключается договор. После получения соответствующего документа о дезактивации можно отправлять вторсырье на переработку.

Химическая безопасность при выполнении любых действий, связанных с отходами цветмета, выражается в учете характера воздействия выделяющихся вредных соединений. Регламентирует предельную концентрацию вредных веществ ГОСТ 12.1.005 и ГОСТ 12.1.007.

Таблица 2. Классы опасности отходов цветных металлов (ГОСТ 1639-2009 и ГОСТ 12.1.007)

Класс опасности	Характеристики	Металлы и их сплавы. Воздействие на организм
I	Чрезвычайно опасные вещества	1. Кадмий (а также его неорганические соединения). Поражают центральную нервную систему, провоцируют нарушение деятельности внутренних органов. 2. Никель (а также смеси соединений, сульфиды, оксиды никеля). Токсичная пыль нарушает деятельность центральной нервной системы, вызывает аллергию, снижение давления. Пары соли, электролитов вызывают рак желудка и органов дыхания. 3. Свинец (а также его неорганические соединения). Пыль нарушает деятельность центральной нервной системы, дестабилизирует процессы обмена. Вызывает язвенные болезни, малокровие. 4. Ртуть металлическая. Ее пары и пыль неорганических соединений ртути поражают пищеварительный тракт, центральную нервную систему, дыхательные пути. Вызывают снижение иммунитета, изменения крови.
II	Высокоопасные вещества	1. Кобальт. Нарушает функционирование щитовидной железы, пищеварительного тракта, сердечно-сосудистой системы. 2. Медь. Пыль раздражает желудочно-кишечный тракт, дыхательные пути, отрицательно воздействует на нервную систему, вызывая функциональные расстройства
III	Умеренно опасные	1. Алюминий (а также его сплавы). Пыль раздражает слизистые покровы, вызывает алюминоз легких. 2. Магния хлорат. Пыль провоцирует воспалительно-гнойные поражения кожных покровов. 3. Молибден металлический. Вредная пыль нарушает обменные процессы и функции нервной системы. 4. Селен аморфный. Ядовитые соединения поражают почки, печень, центральную нервную систему. Опасные соли провоцируют дерматиты и ожоги
IV	Малоопасные	Вольфрам (а также карбид, силицид вольфрама, и сплавы с добавлением алмаза). Вызывают нарушения функций желудочно-кишечного тракта, раздражает дыхательные пути

Отходы с ртутью не должны обладать радиоактивными свойствами. Если в них выявлены ядовитые хлористые, фтористые, мышьяковистые и пр. соединения, проводится сначала заводом-поставщиком нейтрализация. Запрещается заготавливать и собирать шламы, содержащие ртуть, сернокислотных производств.

При работе с ломом, выделяющим токсичные вещества, надевают респиратор «Лепесток». Если проводятся действия с пылящим и ртутьсодержащим вторсырьем, применяют фильтрующий противогазовый респиратор РПГ-67 и защитные очки.

При работе с кобальтом, вольфрамом, никелем, магнием для предотвращения аллергии пользуются рукавицами.

Нужен также учет пожаровзрывоопасных характеристик разновидностей отходов, как сплавов, так и цветных металлов. Следует извлекать из металлолома случайно попавшие в него взрывоопасные предметы.

Таблица 3. Пожаровзрывоопасные виды отходов цветных металлов

Металл, сплав	Разновидность пожаровзрывоопасной фракции	Температура самовоспламенения, °C
Алюминий	Пыль	470
Вольфрам	Аэровзвесь Аэрогель	717 430
Кадмий	Аэровзвесь Аэрогель Пыль	570 250 250
Кобальт	Аэровзвесь Аэрогель	760 370
Магний	Тонкие листы, стружка Порошок, пыль Компактный материал	510 420–440 650
Медь	Аэровзвесь Аэрогель	700 270
Бронза	Пудра	190
Молибден	Порошок, пыль	395
Сплав никеля (40 %) с алюминием	Порошок	570
Сплав никеля (20 %) с титаном	Порошок	150
Олово	Аэровзвесь Аэрогель Пыль	660 520 430
Титан	Мелкая стружка, пыль	320–590
Цинк	Аэровзвесь Аэрогель Пыль	600 310 460

Проверку на все виды опасности осуществляют по следующей схеме:

Рисунок 1.Контроль поступающего металлолома (ГОСТ 1639-2009)

Качество

При определении сорта вторсырья учитывают следующие показатели:

происхождение отходов;
размеры скрапа;
однородность;
концентрация засоренности;
физические параметры;
химический состав;
объем партии.

Маркировка

В соответствии с ГОСТом транспортируемый металлолом должен маркироваться.

В обозначении указывается:

наименование отходов (металлолом);
стандарт (ГОСТ 1639);
вид вторичного сырья (например, медь 1 — проволока медная без покрытия);
марка сплава (например, М00).

Виды цветных металлов

Отличаются многочисленные цветные металлы разнообразием характеристик. В классификации выделяют несколько их видов.

По плотности

Условно по этому показателю подразделяют все разновидности цветмета и сплавов на две группы.

Легкие металлы (с плотностью до 5 г/см³). В эту группу входят:

Алюминий.
Бериллий.
Магний.
Литий. Это самый легкий (0,536 г/см³) металл.
Титан и др.

Например, литий находит применение в следующих сферах:

термоядерная энергетика;
металлургия;
химическая промышленность;
военно-промышленный комплекс.

Используют литий при изготовлении щелочных аккумуляторов, оптических приборов, керамики.

Тяжелые металлы (их плотность ˃ 5 г/см³). К этой группе принадлежат следующие металлы, применяемые чаще в машиностроении:

Осмий. Это самый тяжелый (22,48 г/см³) металл.
Иридий. По плотности этот элемент немного уступает (22,46 г/см³) осмию, считаясь также одним из самых тяжелых металлов.
Золото (19,3 г/см³).
Вольфрам (19,3 г/см³).
Медь.
Никель.
Олово.
Свинец.
Цинк и др.

Широким применением известен пластичный с низким показателем теплопроводности свинец, из которого изготавливают:

взрывчатку;
аккумуляторы;
фартуки и щиты, защищающие от облучения.

Свинец токсичен, поэтому при работе с ним нужно соблюдать технику безопасности.

Такой ковкий, пластичный, легкоплавкий металл, как олово используется в металлургии и для получения сплавов. Из них изготавливают:

упаковочную фольгу;
подшипники;
провода;
белую пищевую жесть.

Никель, отличающийся высокими антикоррозионными и жаропрочными свойствами, входит в состав сплавов, например, служит базовым компонентом нержавейки. Из этого металла делают:

химическую аппаратуру;
фольгу;
щелочные аккумуляторы;
проволоку;
монеты.

Востребован никель в электротехнике, судостроении.

По температуре плавления

В зависимости от такого показателя, как температура плавления, выделяют три группы цветных металлов.

Легкоплавкие (t_пл.˂ 600 °C):

Цинк.
Свинец.
Кадмий.
Висмут.
Олово.

Со средней температурой плавления (t_пл.= 600…1600 °C):

Медь.

Тугоплавкие (t_пл.˃ 1600 °C):

Титан.
Хром.
Ванадий.
Цирконий.

Другие виды классификации

Встречаются часто применяемые варианты разделения многочисленных цветных металлов на следующие группы:

Драгоценные металлы. К ним относят серебро, золото, платину. Основная сфера применения — ювелирная промышленность.
Щелочноземельные металлы. Входят в эту группу барий, кальций, стронций. Используют чаще на химическом производстве.
Щелочные металлы. Объединяются в этой группе натрий, калий, литий.
Редкие тяжелые металлы. Выделяют в перечне таких элементов молибден, кадмий, висмут, а также ванадий, кобальт, вольфрам. Находят преимущественно применение в сплавах при соединении с тяжелыми металлами.

Основные цветные металлы

К наиболее распространенным разновидностям цветмета относят алюминий и медь. Их популярность обусловлена физико-химическими характеристиками.

Алюминий

Этот химический элемент относится к самым распространенным видам металлов.

Характеристики алюминия:

легкий вес;
серебристо-белый цвет;
плотность — 2,712 г/см³;
высокая пластичность, обусловливающая прокатывание металла в тонкие листы, включая фольгу;
высокая электропроводность;
по теплопроводности алюминий вдвое превосходит железо.

Применяют алюминий в роли конструкционного материала. Для упрочения сплавляют алюминий с магнием и медью, получая дюралюминий.

Высокая электропроводность обусловила использование алюминия при изготовлении проводов. Распространен металл и в других сферах:

в тепловом оборудовании;
в криогенной технике;
изготовление строительных материалов;
производство сталей.

Чаще применяют сплавы алюминия. При добавлении магния усиливается пластичность, коррозионная стойкость, свариваемость. Такие сплавы часто легируют титаном, марганцем, ванадием, а также кремнием, хромом для повышения прочностных характеристик.

Повышает технологические свойства алюминия его сплав с марганцем и медью. Добавляют и другие виды металлов. Сплавы используют при производстве космических, морских, речных кораблей, самолетов и т. д.

Медь

Этот элемент относится к широко распространенным в природе цветным металлам.

Характеристики меди:

золотисто-розовый цвет;
высокие показатели тепло- и электропроводности;
является диамагнетиком;
пластичный материал.

В промышленности часто используются сплавы (с добавлением цинка — латунь; олова — бронза; никеля — мельхиор и др.). Встречается медь в канализационных трубах, машинах, силовых кабелях, бытовых изделиях, часах и пр.

Редкоземельные металлы

Таких металлов в земной коре находится небольшое количество. Используют их с целью улучшения базовых характеристик других металлов. К этой группе относятся следующие элементы: иттрий, скандий, лантаноиды. Они отличаются высокой химической активностью.

Применение отличается разнообразием. Используют редкоземельные металлы в следующих отраслях:

машиностроение;
радиоэлектроника;
химическая промышленность;
приборостроение;
нефтяная переработка;
металлургия;
атомная техника;
стекольная промышленность.

С применением редкоземельных элементов изготавливают взрывчатые вещества, лаки, пигменты, краску, кислотно- и жаростойкие стекла, специальные сплавы и стали, лазерные элементы, мощные постоянные магниты и пр.