1

Metale nieżelazne

Do metali nieżelaznych powszechnie stosowanych w technice należą: Cu, Ni, Al., Zn, Pb, Sn, Mg, Mn.

Różnią się one właściwościami fizycznymi i chemicznymi.

Podział:

1. Metale lekkie d < 3,6 g/cm

3

. Li, Na, K, Be, Ca, Rb, Mg, Al, Ba

2. Metale ciężkie d > 3.6 g/cm

3

a. Łatwo topliwe T < 650˚C. Hg, Sn, Bi, Zn, Cd, Sb
b. O średniej temp. topnienia 650-2000˚C. Ag, Au, Cu, Mn, Co, Ni, V, Pt, Cr, Ti
c. Bardzo trudno topliwe T>2000˚C. Wolfram

Więcej niż 2/3 metali zaliczamy do metali rzadkich.

Spośród ciężkich wyróżnia się szlachetne – Au, Ag i Pt.

Przejściowe pomiędzy żelaznymi a nieżelaznymi – Cr i Mn.

Pozyskiwanie metalu zależy od właściwości chemicznych i fizycznych.

Podstawowe:



Pirometalurgia – przy dużej zawartości pierwiastka w rudzie lub koncentracie (4%).
-> Większość Me rzadkich: Cu, Zn, Pb, Ni, Cd



Elektrometalurgia



Hydrometalurgia – wykorzystanie różnicy rozpuszczania w czymś

Podczas pirometalurgii Me nie może być zbyt aktywny w obecności tlenu czy węgla!

Procesy elektrochemiczne w piecach indukcyjnych stosuje się do przetapiania metali, zwłaszcza
łatwo utleniających się (np. Al). Zawartość w rudzie nie jest ważna.

Hydrometalurgia, przy małej zawartości w rudzie (1%) i równocześnie ruda zawiera inne metale,
których nie można oddzielić pirometalurgicznie.

Rudy metali nieżelaznych są wielometaliczne, a zawartość użytecznych wynosi zwykle poniżej 1%.

W wyniku wzbogacania otrzymujemy zazwyczaj kilka koncentratów.

Podział przygotowywania rud

I.

Wykorzystujące właściwości fizyczne

a. Rozdrabnianie i klasyfikacja
b. Wzbogacanie rud (grawitacyjne, magnetyczne, elektrostatyczne, flotacja)
c. Operacje wykańczające (zagęszczanie, filtrowanie, suszenie, brykietowanie,

grudkowanie)

II.

Przygotowywanie do właściwego procesu metalurgicznego

a. Zbrylanie przez spiekanie
b. Wzbogacanie ogniowe rud węglanowych
c. …

2

Al

Topnienie: 660˚C
Gęstość: 2.7 g/cm

3

-> bardzo lekkie

Wytrzymałość na rozciąganie: lanego 120MPa, walcowanego 200MPa
Korzysta głównie przemysł elektrochemiczny

Stopy Al

Duraluminium (95% Al., 3,4-4% Cu, 0,5% Mg, 0,5% Mn)

Silumin (87% Al, 12-13% Si) charakteryzuje się bardzo małym skurczem odlewniczym

Stopy odlewnicze:



Al-Mg (mocno obciążone części samolotów)



Al-Cu z dodatkiem Ti (odlewy pracujące pod wysokim ciśnieniem)

Al występuje wyłącznie w postaci związków. Glin z tlenem i krzemem stanowi 82,58% masy skorupy
ziemskiej.

Kriolity i boksyty – najważniejsze rudy

Za rudę do wytwarzania można uznać skałę, która:



Ma dostateczną zawartość Al

2

O

3



Występuje w dużej ilości złóż danego typu



Łatwe pozyskiwanie Al

2

O

3

w stanie czystym

Metody uzyskiwania Al

2

O

3

z rud:



Alkaliczne



Kwaśne



Elektrochemiczne

Wydobyty z wanny elektrolitycznej glin hutniczy zawiera:



Domieszki niemetaliczne (elektrolit, cząstki węgla)



Domieszki metaliczne (Fe, Si, Ti, Na, Ca)



Gazowe, zwłaszcza wodór

Pozbycie się domieszek:



Chlorowanie



Rafinacja dwustronna

Aluminium rafinowane:



99,9986% Al



0,0001% Fe



0,002% Si



0,001% Cu

3

Schemat wytopu

NaAlO

2

→ Al(OH)

3

Ruda

Mielenie

Baterie autoklaw ciągłego ługowania

boksytów

przemywanie

Prażenie

Czysty

Al

2

O

3

Wanny elektrolityczne

Kriolit

Glin hutniczy

Chlorowanie

Rafinacja
3 warstwowa elektroliza

Glin elektrolityczny