РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ

К редким металлам относятся группы тугоплавких, легких рассе­янных, радиоактивных и редкоземельных элементов. Развитие современ­ной техники, в том числе транспортной, невозможно без применения ряда редких металлов. Наибольшее распространение получили металлы, имеющие высокую температуру плавления, - так называемые тугоплавкие металлы.

Тугоплавкие металлы. К этой группе металлов относят ванадий, цирконий, ниобий, молибден, тантал и вольфрам

Все тугоплавкие металлы существенно упрочняются наклепом, при­чем наклеп сохраняется при значительных нагревах вследствие высокой температуры их рекристаллизации.

Применяется исключительно как легирующий элемент. Он хорошо раскисляет сталь, увеличивает прокаливаемость, способствует получе­нию мелкозернистого строения стали. Упрочняя феррит и образуя стой­кие карбиды, ванадий существенно повышает прочность стали при обыч­ных и высоких температурах.

Цирконий - отличный легирующий элемент. Небольшие добавки его в алюминий повышают прочность сплава вдвое. Заметно упрочняя медь, цирконий почти не снижает ее электропроводности. Он жадно поглощает газы, поэтому широко применяется в электро- и радиолампах для под­держания вакуума. Окись циркония плавится при 2900⁰С; применяется она для получения ценных огнеупоров.

Ниобий в основном используют для легирования стали в целях по­вышения коррозионной и окалиностойкости. Сплав, содержащий 97% Fe и 3% Nb, обладает высоким сопротивлением ползучести, поэтому является материалом для изготовления деталей газовых и паровых турбин.

Молибден применяют для изготовления анодов и сеток радиоламп, в качестве обмотки в электрических печах заменяет платину. Однако основное назначение молибдена - легирование стали, особенно для по­лучения жаростойких сплавов. Сплавы на основе молибдена являются более жаропрочными, чем стали аустенитного класса и сплавы на осно­ве никеля и кобальта.

Тантал является самым коррозионно-устойчивым металлом, за иск­лючением платины, золота и серебра. Он широко применяется в виде катодов, анодов и регулирующих сеток в различных электро- и радио­лампах и приборах, используется для покрытия деталей, подвергающих­ся переменному воздействию кислот, воздуха или окисляющих газов. Как газопоглотитель тантал применяется в вакуумной технике.

Вольфрам - самый тугоплавкий металл. Как молибден и тантал, в компактном виде вольфрам получается высокотемпературным спеканием. Он подвергается ковке при температуре 1200-1360⁰С, в результате че­го получается проволока диаметром 1-3 мм. Затем проволока протяги­вается через фильеры из твердых сплавов до диаметра 10-12 мм и ис­пользуется в качестве нитей в лампах накаливания и радиолампах. Уп­рочнение наклепом вольфрамовых изделий сохраняется до 1200⁰С вследствие очень высокой температуры рекристаллизации вольфрама.

При обычных температурах вольфрам на воздухе не корродирует, но при нагреве до температур 400-500⁰С и выше вследствие значитель­ного окисления нуждается в защитных покрытиях рением. Детали из вольфрама обычно работают в защитной атмосфере аргона или в вакууме.

Около 15% вольфрама используется для производства твердых сплавов. В основном же он идет на легирование при производстве быстрорежущих инструментальных и жаропрочных сталей.

Легкие металлы. К легким металлам относятся бериллий, литий, цезий и рубидий.

Бериллий в основном используют для легирования сплавов на ос­нове меди, никеля и алюминия. Достоинства бериллиевой бронзы описа­ны в предыдущей главе. В чистом виде бериллий применяют главным об­разом для изготовления окон рентгеновских трубок, так как он почти прозрачен для рентгеновских лучей.

Литий - самый легкий металл. Его плотность 0,5 г/см³. Он пла­вится при температуре 186⁰С. Применяют его исключительно как рас­кислитель, дегазатор и легирующий элемент при получении свинца, магния: меди и цинковых сплавов.

Цезий после ртути является самым легкоплавким металлом. Его можно расплавить теплом ладони, так как он имеет температуру плав­ления плюс 28⁰С. Плотность цезия 1,9 г/см³. Цезий - материал ваку­умной техники. Крохотной крупинки цезия, помещенной в вакуумную электролампу, достаточно, чтобы воздух был полностью поглощен им.

Рассеянные металлы. Группа рассеянных металлов объединяет ряд элементов, не имеющих собственных минералов и сопутствующих в нез­начительных количествах цветным металлам. К группе рассеянных ме­таллов относятся германий и селен.

Радиоактивные металлы. К ним относятся радий, торий, уран, менделевий. Важнейшее значение имеют уран и его изотоп - плутоний, служащие источником получения ядерной энергии.

Редкоземельные элементы. Эта группа объединяет 16 элементов. Применяются они в различных отраслях техники. Из фторида церия из­готовляют электроды для электропечей. Окислы гадолиния и самария служат в атомной технике поглотителями тепловых нейтронов в ядерных реакторах. Многие редкоземельные элементы используются как легирую­щие присадки при производстве алюминиевых и магниевых сплавов. Не­большие добавки церия и лантана (десятитысячные доли процента) в сталь приводят к более равномерному распределению вредных примесей и как результат - к повышению пластичности литой стали.

Сфера «службы» редкоземельных элементов непрерывно расширяется: черная и цветная металлургия, стекольная керамическая промышленность, химическая промышленность, медицина и сельское хозяйство – вот постоянные потребители редкоземельных элементов и их соединений.

Присадки редкоземельных элементов применяются в производстве чугуна, стали и сплавов цветных металлов. Вводя редкоземельные элементы в чугун, можно повысить его качество и модифицировать структуру.

Добавки редкоземельных элементов повышают качество нержавеющих и быстрорежущих сталей, кремнистых сталей для электротехники и жаропрочных сталей. Улучшаются как механические свойства (особенно ударная вязкость), так и коррозийная стойкость и жаропрочность. Присадки церия - Ce или мишметалла (смесь лантаноидов) раскисляют сталь и очищают ее от серы.

Стекольной промышленности необходимы соединения редкоземельных металлов. Добавление оксидов лантаноидов в состав стекла сообщает ему способность поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Стекло, содержащее церий, устойчиво к действию радиоактивных излучений и применяется в атомной технике. Оксиды некоторых лантаноидов используют в производстве оптического стекла. Оксид лантана La₂O₃ входит в состав бескремниевого стекла для фотоаппаратов и перископов. Оксиды редкоземельных элементов применяют для окраски и обесцвечивания стекла. Оксид неодима окрашивает стекло в ярко-красный цвет, оксид празеодима – в зеленый. Обесцветить стекло можно небольшим количеством оксида церия. Большие количества полирита (главным образом диоксида церия) требуются стекольной промышленности для полировки оптического и других сортов стекла. Применение полирита вместо крокуса не только повышает качество, но и значительно увеличивает скорость полировки. Атомная техника использует лантаноиды, имеющие большое сечение захвата тепловых нейтронов – гадолиний - Gd, самарий - Sm, европий - Eu.

Соли лантана служат в качестве соосадиталей при извлечении из растворов и разделения трансурановых элементов, например для отделения плутония от урана и выделения нептуния. В химической промышленности редкоземельные элементы применяются в качестве катализаторов, для окраски и дубления кожи и в производстве химических реактивов. Электроосветительной технике необходимы фториды редкоземельных элементов для изготовления угольных электродов прожекторов и кинопроекционных осветителей. Добавка фторидов увеличивает интенсивность свечения. В электровакуумных приборах редкоземельные элементы «работают» в качестве геттеров. В радиотехнике за последние годы широкое применение нашли соединения иттрия и европия. В трубках цветного телевидения используют ванадат иттрия, активированный оксидом европия.

Особый интерес представляет применение редкоземельных элементов в квантовой электронике, которая за короткий срок стала исключительно важной новой отраслью науки и техники с громадными перспективами в будущем.

Применение галлия в атомной технике в качестве теплоносителя препятствует его сильное коррозийное действие при рабочих температурах на большинстве конструкционных материалов. Наиболее стойки в этом отношении ниобий, тантал и вольфрам.

Казахстан – один из крупнейших регионов мира, обладающий значительными запасами и перспективами расширения минерально-сырьевой базы редких и редкоземельных металлов. Он занимает первое место в мире по разведанным запасам вольфрамовых руд, второе – по запасам хромовых, четвертое – марганцевых, медных, свинцовых, молибденовых, фосфоритовых руд. Среди азиатских стран наша республика занимает первое место по объемам добычи хромитов, медных, полиметаллических, молибденовых и танталовых руд, второе – железа, марганца, бокситов, никеля и угля. Все это сырье содержит повышенное количество таких элементов, как рений, индий, таллий, теллур, галлий, германий, иттрий, лантан, металлы платиновой группы.

В настоящее время в Казахстане функционирует промышленность, добывающая и перерабатывающая вольфрам, молибден, тантал и бериллий. Однако вся гамма редких рассеянных, редкоземельных элементов из этих руд не извлекается. Хотя это направление весьма перспективно для экономики страны. По общепринятой технической классификации редкие элементы подразделяются на рассеянные, легкие, тугоплавкие, радиоактивные и редкоземельные. В названии групп элементов заложен в краткой форме характерный признак - основной для данной группы элементов.

Применение редких элементов позволяет получать сплавы с совершенно новыми, часто весьма ценными свойствами, позволяющими, в свою очередь, усовершенствовать имеющиеся приборы, а также помогать созданию принципиально новых приборов.

.

:

Дата добавления: 2014-10-08; просмотров: 621; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!