Какие металлы бывают: Металлы. Полный список металлов известных науке.

Виды металла, характеристика механических свойств металла

Металлопродукция достаточно популярна в любой сфере деятельности, ведь металл имеет такие свойства, как высокая электропроводимость, теплопроводимость, прочность, доступность и универсальность и многие другие.

Из известных химических элементов 83 — металлы, которые можно использовать, как основной материал для производства сталей, так и для их отделки и работ повышения качественных характеристик.

Металлы разделяют на две основные группы — цветные и черные металлы, каждая группа обладает уникальными свойствами, как внешними, так и качественными.

Виды черных металлов

Черные металлы имеют темный цвет (от темно-серого до черного), обладают полиморфизмом, имеют большую плотность, высокую температуру плавления и высокий уровень твердости.

Черные металлы по своим характеристикам разделаются на отдельные группы:

1. Железные металлы (ферромагнетики)  — к ним относят железо, кобальт, никель, марганец. Как добавки к сплавам железа применяют никель, марганец и кобальт. Их используют, как основы для определенных сплавов, похожих на высоколегированные стали.
2. Тугоплавкие металлы используют, как в качестве основы, так и как добавки к легированным сталям. Температура их плавления выше, чем у железа, чем +1539 градусов;
3. Урановые металлы (актиниды) часто применяют в атомной энергетике;
4. РЗМ (редкоземельные металлы), к ним относят лаптан, церий, празеодим, неодим и др. Каждый из этих металлов имеет уникальные физические свойства, применяются они, как добавки к сплавам других металлов. В природе они образуют смесь, которую сложно разделять на отдельные металлы, поэтому в металлургической промышленности используют ее цельную. Называется мишметалл, содержит в себе 40-45 % Се и другие редкоземельные металлы. Такими смешанными сплавами считают дидим (сплав в основе которого неодим и празеодим), ферроцерий (цений и железо в основе) и другие.
5. Щелочноземельные металлы, они применяются только в редких особых случаях (теплоносители в атомных реакторах).

Применение металлов берет свои корни в те времена, когда еще не было металлургии, но уже применялись такие металлы, как серебро и золото, так как они встречаются в природе в чистом виде и не нужны специализированные методы и техника, чтобы их добывать. Далее начали применять такие металлы. Как олово, свинец, железо. Большая часть металлов была открыта в 19 веке. По статистике на сегодняшний день наиболее распространенный металл в металлургии — железо, благодаря его свойствам: доступная стоимость высокий уровень механических свойств, возможность массового изготовления, распространенность в природе.

Виды цветных металлов

Цветные металлы также используются в металлургической промышленности.

Разделяют цветные металлы на три основных вида:

1. Легкие металлы, главной характеристикой которых является низкий уровень плотности. Сюда относят магний, бериллий, алюминий. Изделия из таких металлов обладают значительно меньшей массой, чем, например, изделия черного металла.
2. Благородные (дорогие) металлы — золото, серебро, платина, родий, осмий, и т.д. Они достаточно крепкие, высокий уровень устойчивости к коррозиям, но имеют высокую стоимость, поэтому в металлургической промышленности используются в очень редких случаях.
3. Легкоплавкие металлы — кадмий, цинк, ртуть, олово, свинец, сурьма, галлий и т.д.

Характеристика механических свойств металлов

Очень важный момент в использовании какого-либо вида металла в производстве, это его механические свойства. Под этими характеристиками подразумевается поведение металла под действием приложенных внешних механических сил. К ним относят:

• Сопротивление металла деформации;
• Пластичность;
• Вязкость;
• Температуростойкость;
• Способность не разрушаться при наличии трещин.

При оценке механических свойств металла существуют критерии, которые делятся на группы:

• Критерии, определяемые вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделия. Оценку по таким критериям проводят путем растяжения, сжатия, изгиба металла, а также его твердости и ударного изгиба с надрезом.
• Критерии конструктивной прочности металлических материалов, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия, характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации. К таким критериям относят надежность металла, а именно вязкость, долговечность и т.д. Испытывают металл статистическими и динамическими методами. Важный момент, это сопротивление к разрушению при присутствии трещин, так как они под нагрузкой на металл, сильно меняют его поведение, так как являются концентраторами напряжения. Также к критериям данного типа относятся свойства, которые напрямую влияют на долговечность металла — сопротивляемость к коррозиям, износостойкость, прочность и т.д.
• Критерии оценки прочности конструкции в целом. При этих испытаниях выясняется степень влияния на металл напряжений, дефектов, а также технологий изготовления из металла изделия.

Для характеристик металла важны все этапы проверки его по критериям, так как в основном во всех видах производства и строительства на металл возлагается главная задача, и материал не должен поддаваться деформациям м коррозиям.

Изделия металлопроката применяются во всех видах производственной деятельности: в машиностроении, легкой промышленности, строительстве, мебельной промышленности, судостроении, авиастроении и т.д.

Купить качественный металлопрокат вы можете у нас, Металлобаза «УМП» предлагает широкий ассортимент металлопроката по доступной цене и на выгодных условиях. Также мы предоставляем услуги доставки, удобной для вас, и услуги порезки, которая совершается по современным технологиям с профессиональным подходом.

Все о металлах — виды металлов и сплавов

Металлы и их сплавы — один из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется прежде всего их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Почти все металлы, имеющие промышленное значение, используются в виде сплавов. Все выплавляемое железо почти целиком идет на изготовление обычных и легированных сталей, а также чугунов. Дело в том, что сплавлением с некоторыми компонентами можно существенно улучшить механические, электрические, магнитные, термические свойства многих металлов.

Люди узнали о существовании металлов еще на заре цивилизации. Они обнаружили, что некоторые камни, которые потом назвали рудой, при нагреве превращаются в блестящее вещество — металл, который при высокой температуре является жидкостью, а при комнатной — твердым телом. Для практического применения металлов и изготовления металлических изделий (оружия, сельскохозяйственных орудий) люди научились обрабатывать металл. Возникли первые технологии обработки металлов.

Металлургия — область науки и техники и отрасль промышленности, охватывающие процессы получения металлов из руд или других материалов, изменения химического состава, структуры и свойств металлических сплавов, придания металлу определенной формы. Металлургия является одной из наиболее динамично развивающейся отраслью мировой экономики. Развитие производственных мощностей металлургии заметно опережает динамику роста мировой индустрии. Конкуренция в отрасли велика, поставки импортной продукции нарастают. Так, по данным IISI, мировое производство стали за 2006 г. составило 1,219 млрд т, что на 7,93% выше уровня предыдущего года.

Раздел содержит справочную информацию об основных промышленных металлах: нахождение в природе, физические и химические свойства, получение и промышленное применение металлов, а также биологическое воздействие металлов и их соединений на человека. Вы можете выбрать интересующий Вас металл, кликнув по ссылке в левом меню страницы.

В настоящее время существует базовая классификация видов металлов, определяющая три основные группы: черные, цветные и благородные металлы. Последние иногда включают в группу цветных металлов. Черные и цветные металлы применяются почти во всех сферах промышленного производства, благородные металлы служат еще и средством сохранения и накопления стоимости.

Черные металлы

Черные металлы — это железо и сплавы на его основе. Сюда входят все виды чугунов и сталей. К черным металлам также относят марганец и ванадий. Процесс производства черных металлов называется черной металлургией. Литье чугуна и стали традиционно считалось одной из составляющих частей индустриальной мощи любой крупной страны. Производство тугоплавких металлов и ферросплавов также относится к области черной металлургии.

Цветные металлы

Другой вид металлов, цветные металлы, включает в себя большую часть металлических элементов таблицы Менделеева, за исключением черных металлов и тяжелых трансурановых элементов. В эту группу относят всем знакомые медь и олово, алюминий и титан, тантал и цирконий, а также редкоземельные элементы. Цветные металлы делятся на две большие группы: тяжелые и легкие цветные металлы. Тяжелые — это прежде всего медь, никель, свинец, цинк, а легкие — это алюминий, магний, титан. Для выплавки тегких цветных металлов требуется огромное колличество энергии, поэтому алюминий иногда называют металлическим эквивалентом электрической энергии. Российская Федерация располагает практически всем набором цветных металлов и является ведущей мировой державой в области цветной металлургии.

Благородные металлы

Среди всех видов металлов благородные металлы обладают тем свойством, что практически не подвержены окислению. В группу благородных металлов входят золото, серебро, платина, палладий и другие металлы платиновой группы. Для всех благородных металлов характерна повышенная химическая устойчивость и блеск. Основные области применения этого вида металлов — это ювелирная промышленность, электроника, медицина, изготовление защитных поверхностей и катализаторов. Из-за своей высокой стоимости и устойчивости к воздействию внешней среды, металлы этой группы (в основном золото) используются как средство сбережения, государства накапливают золото как консервативную часть своих золотовалютных резервов.

Цветные металлы. Особенности поверхности | Hammerite

Цветная металлургия — отрасль металлургии, которая включает добычу, обогащение руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на тяжёлые (медь, свинец, цинк, олово, никель) и лёгкие (алюминий, титан, магний).

В чем особенность цветных металлов?

С каждым днем употребление цветных металлов становится все более распространенным. К цветным относят все металлы и сплавы, которые не содержат железа в своем составе. Такое название металлы получили благодаря цвету некоторых представителей этой группы. Например, медь имеет красный оттенок.

Цветные металлы – это медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро и т.п. Они имеют общее свойство образовывать на поверхности оксидную пленку, которая предотвращает дальнейшее разрушение металла. Цветной металл в промышленности подвергают различным видам механической обработки, а также воздействуют на него давлением. Процессы, производимые над цветным металлом, включают ковку, штамповку, прессование, резание, прокатку,сварку, пайку.

Самое главное отличие цветных металлов от чёрных –это то, что они не ржавеют и значительно более долгое время сохраняют свои свойства. Однако это совсем не значит, что на них никак не влияют агрессивные внешние факторы. Так, цинк и оцинкованные поверхности со временем приобретают белесый, меловатый оттенок. Это происходит под влиянием кислорода и влаги. Как и в случае черных металлов, эти факторы окисляют металл на поверхности. Тем не менее, цветные металлы хороши тем, что влага и кислород действуют только на поверхность металла и не могут проникнуть внутрь.

Однако, цветные металлы тоже нуждаются в защите и окраске. Но окраска металла – дело не простое. Большинство красок имеют низкую адгезию к цветным металлам, обусловленную образованием оксидной пленки на поверхности. Если в каком-то месте плёнка краски начинает отслаиваться, то в образующиеся трещины в плёнке начинает поступать влага и площадь отслоения становится всё больше и больше. Очень быстро краска начинает трескаться и отваливаться кусками.

Цветные металлы | Металлопрокат

Железо и его сплавы входят в категорию черных металлов. Все остальные металлы и сплавы являются цветными. Цветные металлы в природе не очень распространены, поэтому, в отличие от железа, их добыча обходится гораздо дороже и, соответственно, сами цветные металлы и их сплавы стоят дорого. Однако присутствие в них особых характеристик, которыми железо не обладает, расширяет область их применения и оправдывает высокую стоимость цветных металлов.

 

Наша компания предлагает Вам изделия из таких цветных металлов как алюминий, дюраль и медь.

 

Алюминий, дюраль	Медь
Круг Круг ак6  Круг амг6 Круг амг3 Круг д16 Круг д16т	Круг Круг м1тв  Круг м1прес
Лист Лист а5м Лист а5н Лист ад1м Лист амг2м Лист амг2нр Лист амг3м Лист амг6бм Лист амцм	Круг Круг м1тв  Круг м1прес

Название “цветные металлы” данная группа металлов и сплавов получила, благодаря своим цветовым характеристикам. Например, медь – красного цвета, и ее сплавы имеют красноватый оттенок.

Сплавы получаются в результате смешивания расплавленных металлов в различных пропорциях. От такого смешивания получается продукт, обладающий улучшенными свойствами, чем исходный металл. Существуют сплавы легких металлов, сплавы тяжелых металлов и т.д.

К тяжелым цветным металлам относят свинец, медь, олово, цинк, никель.

Группа легких цветных металлов включает алюминий, титан, магний, бериллий, стронций, кальций, литий, барий, калий, натрий, цезий и рубидий.

К благородным металлам относятся платина, золото, серебро, осмий, родий, рутений, палладий.

Кадмий, кобальт, висмут, сурьма мышьяк и ртуть – это малые металлы.

В число тугоплавких включены такие металлы, как вольфрам и ванадий, молибден и тантал, хром и ниобий, цирконий и марганец.

Многочисленную группу составляют редкоземельные металлы, такие как: церий, лантан, неодим, празеодим, европий, самарий, тербий, гадолиний, иттербий, гольмий, диспрозий, тулий, эрбий, прометий, лютеций, иттрий и скандий.

К рассеянным цветным металлам относятся индий и таллий, германий и рений, селен, гафний и теллур.

Еще одна разновидность цветных металлов – это металлы радиоактивные: уран, протактиний, торий, радий, нептуний, актиний, америций, плутоний, эйнштейний, калифорний, фермий, нобелий, менделевий, лоуренсий.

Сплавы цветных металлов, в их различных и определенных пропорциях, помогают добиться тех или иных свойств, благодаря которым становится возможным их применение как в массовом, так и узкоспециализированном производстве технических изделий. Механические, физические и химические свойства сплавов можно менять не только изменением пропорций исходных металлов, но и путем дополнительного механического или химического воздействия на них, например, термообработки, нагартовки, применения технологий старения и т.д.

Механическая обработка цветных металлов может включать штамповку и ковку, прессование и прокатку, пайку, сварку и резку.

Многие литые изделия, а также проволока, квадраты, шестиугольники в виде прутков и мотков, ленты и полосы, листы и фольга изготавливаются из цветных металлов. Часто в производстве используют порошки из данных металлов.

ICMM • What are minerals and metals?

Считается, что существует более 4000 различных полезных ископаемых, многие из которых содержат металлы.

Руды представляют собой твердые, природные неорганические вещества, которые залегают в земной коре. Они образовались без вмешательства человека и имеют определенный химический состав и кристаллическую структуру.

Металлы представляют собой простые вещества (например, золото, серебро и медь), которые имеют кристаллическую структуру в твердом состоянии и содержатся в рудах. Для них часто характерны такие свойства, как хорошая электропроводность и теплопроводность, внешний блеск и ковкость. Металлы, которые мы видим в нашей повседневной жизни, производятся путем переработки металлических руд. Для этого, в большинстве случаев, требуются химические вещества и особые технологии.

Распространенные группы металлов

Металлы обычно делят на группы по свойствам или назначению. Названия этих групп не являются точными или научными, однако отражают общее назначение или свойства металлов:

Благородные металлы включают в себя золото, серебро и платину. Около 90 процентов всего золота добывается на золотых приисках. Остальные 10 процентов добываются как побочный продукт при добыче других металлов, таких как медь и никель. Благородные металлы обращаются на мировых рынках и имеют различное назначение — от ювелирных изделий и электронных компонентов до каталитических конвертеров в автомобилях.

Неблагородные металлы включают в себя менее дорогостоящие металлы, главным образом медь, свинец и цинк. В очищенном виде эти металлы обычно обращаются на мировых рынках в различных стандартных формах и размерах. Они представляют собой основные строительные материалы и используются повсюду в мире.

Черные металлы включают в себя металлы с высоким содержанием железа, которое входит во все виды стали. Железо на латыни имеет название ferrum, под которым этот металл известен нам из периодической таблицы Менделеева. К этой группе обычно относят такие металлы, как хром, кобальт, марганец и молибден, поскольку они преимущественно используются для улучшения свойств стали.

Цветные металлы включают в себя алюминий, медь, свинец, магний, никель, олово и цинк, и их основное назначение не связано с выплавкой стали. Обратите внимание, что некоторые из неблагородных металлов также относятся к этой группе, и поэтому выбор группы для классификации металлов зависит от контекста.

Редкоземельные металлы не настолько редко встречаются в земной коре, однако их добыча связана с определенными сложностями. К ним относятся скандий, иттрий, лантан и 14 элементов, следующих за лантаном в периодической таблице (лантанидов). Они повсеместно используются, хотя и в небольших объемах, в производстве стекла, керамики, глазури, магнитов, лазеров и телевизионных трубок, а также в переработке нефти.

Сплавы производятся путем смешивания двух или более металлов для получения нового уникального вещества, химические и физические свойства которого отличаются от свойств составляющих его компонентов. Свыше 90 процентов металлов на сегодняшний используются в сплавах.

Легирующие элементы обычно добавляются к чистым металлам для повышения их прочности или улучшения определенных свойств, таких как коррозионная стойкость, износостойкость и легкость в обработке. Растущие промышленные требования, такие как высокая тугоплавкость, повышенная прочность для использования в системах под давлением, усталостная прочность, легкий вес и упругость, а нередко их комбинации, лежат в основе разработки самых разнообразных сплавов.

Наиболее распространенные сплавы в широком смысле относятся к сталям, В эти изначально прочные сплавы железа и углерода добавляются другие вещества, которые дополнительно усиливают их долговечность и другие характеристики.  Например, в автомобиле встречается более 10 различных стальных сплавов: в кузове, зубчатых передачах, тягах, коленчатых валах и клапанах и так далее.

Эксперты прогнозируют, что спрос на более энергоэффективные системы, информационные технологии и космические исследования станет основным движущим фактором разработки новых сплавов в этом столетии.

Металлы и неметаллы — урок. Химия, 8–9 класс.

Простые вещества по их свойствам делят на металлы и неметаллы.

 

Металлы имеют немолекулярное строение и сходные физические свойства. Все металлы (кроме ртути) при обычных условиях представляют собой твёрдые вещества. Их легко узнать по характерному металлическому блеску. Металлы хорошо проводят тепло и электрический ток.

 

Рис. \(1\). Ртуть

  

Рис. \(2\). Железо

 

При ударе металлы не разрушаются, а меняют свою форму, т. е. им характерна пластичность. Металлы можно ковать, прокатывать в листы, вытягивать в проволоку.

  

Неметаллы не имеют общих физических свойств и не похожи на металлы.  У них отсутствует металлический блеск. У большинства неметаллов низкие электропроводность и теплопроводность.

 

Большинство неметаллов имеет молекулярное строение. Такие вещества при обычных условиях являются газами (водород, кислород, азот, озон, фтор, хлор, инертные газы), жидкостями (бром) или хрупкими легкоплавкими твёрдыми веществами (сера, иод, белый фосфор).

 

Рис. \(3\). Хлор

 

Рис. \(4\). Бром

  

Рис. \(5\). Сера

  

Некоторые неметаллы имеют немолекулярное строение, например, красный фосфор, кремний, алмаз и графит. Такие вещества твёрдые, тугоплавкие, нелетучие.

  

Рис. \(6\). Уголь

  

Определить, является простое вещество металлом или неметаллом, можно с помощью периодической таблицы. Химические элементы металлы, образующие простые вещества с металлическими свойствами, располагаются в периодической таблице слева ниже диагонали «водород — бор — кремний — мышьяк — теллур — астат — № \(118\)». Вверху справа располагаются химические элементы неметаллы, которые образуют простые вещества с неметаллическими свойствами.

 

Рис. \(7\). Периодическая таблица

 

Элементов металлов больше, чем элементов неметаллов. Значит, и простых веществ с металлическими свойствами существует больше, чем с неметаллическими.

Источники:

Рис. 1. Ртуть https://www.shutterstock.com/ru/image-illustration/shiny-mercury-hg-metal-drops-droplets-373508821

Рис. 2. Железо https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/99-fine-electrolytic-iron-isolated-on-1687925125

Рис. 3. Хлор  https://image.shutterstock.com/image-photo/chlorine-gaz-glass-round-bottom-600w-713676862.jpg

Рис. 4. Бром https://image.shutterstock.com/image-photo/macroview-on-ampoule-element-no-600w-1739647871.jpg

Рис. 5. Сера https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/yellow-natural-native-sulfur-crystal-isolated-729259936

Рис. 6. Уголь https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/activated-charcoal-isolated-on-white-background-1446133922

Рис. 7. Периодическая таблица © ЯКласс

Какие металлы и сплавы используют при производстве мебели?

26.06.2019

Металлоизделия востребованы, если предъявляются некие экстремальные эксплуатационные требования: высокая прочность, исключительная долговечность, индифферентность к перепадам температур и выгоранию на солнце, влажности, устойчивости к коррозии.

Черные металлы, как материал изготовления, применяются при производстве мебели:

• Уличной – скамеек, столиков, мангалов, барбекюшниц, подцветочников, парковых диванчиков, мостиков через реку. Эти модификации изготавливают из чугуна, они обладают повышенной массой, их тяжело «стащить», выполняются с помощью отливки или ковки.

• Промышленной — типа верстаков, стеллажей, стульев, столов – для них используют углеродистую сталь. Из нее же делают надежные, высокопрочные основы-каркасы для домашнего интерьера.

• Сейфы изготавливают из легированной стали – устойчивой к коррозии и взлому

• Домашний кованый интерьер – кровати, стеллажи, подставки под цветы, полки, кресла чаще всего изготавливается из низкоуглеродистой стали

Почему выбирают цветные металлы?

Сталь и чугун характерны большим удельным весом, который является несомненным «плюсом» в плане осложнения воровства изделий из этих материалов. Однако, бывают ситуации, когда офисные конструкции лучше иметь не настолько увесистые – для их беспроблемной транспортировки с места на место. Поэтому в качестве материала для изготовления офисных стеллажей оптимальным вариантом будет легкий и достаточно прочный алюминий. Он недорог, поэтому конструкции получаются полнофункциональными и демократичными по цене.

Для удешевления используют не чистый алюминий, а его сплавы – дюраль, силумины. Они подходят как непосредственно для производства мебели, так и для изготовления декоративных элементов.

Продукция из металла и сплавов пользуется неизменным спросом, поскольку незаменима в плане прочности, длительного срока эксплуатации, экологической чистоты, устойчивости к возгоранию, простоты в уходе. Хотите практичный интерьер по демократичной цене? Обратите пристальное внимание на мебель из металла – обещаем, что выбор удовлетворит большинство запросов и будет радовать удобством долгие годы!

Список всех элементов, считающихся металлами

Большинство элементов — металлы. В эту группу входят щелочные металлы, щелочноземельные металлы, переходные металлы, основные металлы, лантаноиды (редкоземельные элементы) и актиниды. Хотя лантаноиды и актиниды разделены в периодической таблице, на самом деле это особые типы переходных металлов.

Вот список всех элементов периодической таблицы, являющихся металлами.

Щелочные металлы

Щелочные металлы находятся в группе IA в крайней левой части таблицы Менделеева.Это высокореакционные элементы, отличающиеся степенью окисления +1 и, как правило, низкой плотностью по сравнению с другими металлами. Поскольку они обладают такой реакционной способностью, эти элементы находятся в соединениях. В природе свободен только водород в виде чистого элемента, то есть в виде двухатомного водородного газа.

• Водород в металлическом состоянии (обычно считается неметаллом)
• Литий
• Натрий
• Калий
• Рубидий
• Цезий
• Франций

Щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы находятся в группе IIA периодической таблицы, которая является вторым столбцом элементов.Все атомы щелочноземельных металлов имеют степень окисления +2. Как и щелочные металлы, эти элементы находятся в соединениях, а не в чистом виде. Щелочноземельные металлы обладают меньшей реакционной способностью, чем щелочные металлы. Металлы группы IIA твердые и блестящие, обычно ковкие и пластичные.

• Бериллий
• Магний
• Кальций
• Стронций
• Барий
• Радий

Основные металлы

Основные металлы обладают характеристиками, которые люди обычно ассоциируют с термином «металл».«Они проводят тепло и электричество, имеют металлический блеск и имеют тенденцию быть плотными, пластичными и пластичными. Однако некоторые из этих элементов обладают неметаллическими характеристиками. Например, один аллотроп олова ведет себя больше как неметалл. твердые, свинец и галлий являются примерами мягких элементов. Эти элементы, как правило, имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем переходные металлы (за некоторыми исключениями).

• Алюминий
• Галлий
• Индий
• Олово
• Таллий
• Свинец
• Висмут
• Нихоний: вероятно, основной металл
• Флеровий: вероятно, основной металл
• Московий: вероятно, основной металл
• Ливерморий: вероятно, основной металл
• Теннессин: относится к группе галогенов, но может вести себя больше как металлоид или металл

Переходные металлы

Переходные металлы характеризуются наличием частично заполненных электронных подоболочек d или f.Поскольку оболочка заполнена не полностью, эти элементы проявляют несколько степеней окисления и часто образуют окрашенные комплексы. Некоторые переходные металлы встречаются в чистом или самородном виде, включая золото, медь и серебро. Лантаноиды и актиниды встречаются только в природных соединениях.

• Скандий
• Титан
• Ванадий
• Хром
• Марганец
• Утюг
• Кобальт
• Никель
• Медь
• Цинк
• Иттрий
• Цирконий
• Ниобий
• Молибден
• Технеций
• Рутений
• Родий
• Палладий
• Серебро
• Кадмий
• Лантан
• Гафний
• Тантал
• Вольфрам
• Рений
• Осмий
• Иридий
• Платина
• Золото
• Меркурий
• Актиний
• Резерфордий
• Дубний
• Сиборгий
• Бориум
• Калий
• Мейтнерий
• Дармштадтиум
• Рентгений
• Копернициум
• Церий
• Празеодим
• Неодим
• Прометий
• Самарий
• Европий
• Гадолиний
• Тербий
• Диспрозий
• Гольмий
• Эрбий
• Тулий
• Иттербий
• Лютеций
• Торий
• Протактиний
• Уран
• Нептуний
• Плутоний
• Америций
• Кюрий
• Берклий
• Калифорний
• Эйнштейний
• Фермий
• Менделевий
• Нобелий
• Лоуренсий

Подробнее о металлах

В общем, металлы расположены в левой части таблицы Менделеева, их металлический характер уменьшается по мере продвижения вверх и вправо.

В зависимости от условий элементы, принадлежащие к группе металлоидов, могут вести себя как металлы. Кроме того, металлами могут быть даже неметаллы. Например, в определенных ситуациях вы можете найти металлический кислород или металлический углерод.

Металл — Энергетика Образование

Металлы — это класс элементов, характеризующихся тенденцией отдавать электроны и хорошей теплопроводностью и электропроводностью. При комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении металлы имеют тенденцию быть твердыми, за исключением ртути, которая является жидкостью.Наряду с этим металлы обычно пластичны, пластичны, блестят и могут образовывать сплавы с другими металлами. Некоторые распространенные металлы — это железо (важно для стали), алюминий и медь. ^[1] Металлы чрезвычайно важны для высокоэнергетического общества: они транспортируют электроэнергию в электросети и предоставляют множество услуг.

• Использование металлов в обществе

• Линии электропередачи из алюминиевого сплава. ^[2]

• Циркониевый сплав для тепловыделяющих пучков. ^[3]

Обычно металлические элементы не находятся в виде отдельных атомов, а группируются в более крупные структуры. Эти структуры напоминают большие вытянутые листы с повторяющимся узором группировки атомов. Именно эта листовая структура делает металлы настолько полезными, что позволяет прессовать их в листы, которые используются в строительстве автомобилей, контейнеров и даже ювелирных изделий. ^[5] В общем, металлические атомные структуры высокоорганизованы, и слои этих атомов складываются, образуя трехмерное твердое тело.

В отличие от некоторых двухатомных молекул — таких как молекулярный водород или молекулярный кислород — металлы остаются вместе, потому что внутри металла электроны свободно текут в виде «электронного моря» вместо того, чтобы делиться электронами между атомами. Эти электроны свободно плавают вокруг ядер внутри металла. Это свободно текущее «электронное море» объясняет, почему металлы так хорошо проводят электричество, поскольку движение электронов производит электрический ток, а внутри металлов так много электронов, которые могут свободно перемещаться. ^[5]

Использование энергии для металлов

главная страница

Металлы необходимы для поддержания современного уровня жизни общества. Этот спрос способствует увеличению спроса на энергию, поскольку добыча и обработка металлов чрезвычайно энергоемки. Значительная часть мирового энергоснабжения идет на добычу металлов и превращение их в полезные продукты в современном мире. Поскольку обработка металлов требует очень много энергии, они обладают невероятным количеством вложенной энергии.В частности, алюминий требует значительного количества энергии для извлечения и обработки. Когда страны модернизируют свою экономику — в таких странах, как БРИК или страны N11 — большие объемы энергии вкладываются в получение металла для быстро развивающейся инфраструктуры.

На металлы приходится примерно 20% потребления энергии в промышленности и 7% всего потребления первичной энергии в мире. ^[6]

Металлы — это ресурс

основная статья

Металлы являются важным ресурсом для современного мира с почти бесчисленным множеством областей применения.Электрическая сеть не могла существовать без меди и стали. Фактически, металл требуется во всех сферах производства и распределения электроэнергии, от турбин, используемых для преобразования механической энергии в электричество, до распределительных станций, доставляющих электричество в дома.

Помимо электросети, металл являются основным компонентом строительных конструкций (часто в виде стальной арматуры для бетона). Большинство транспортных средств, от автомобилей до самолетов, делают из металла. В обычных бытовых приборах и электронных устройствах также используется значительное количество различных металлов.По мере развития технологий количество элементов, используемых в обществе (включая металлы), увеличивается.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации о том, как используются уникальные свойства металлов, см .:

Дополнительные сведения о химии и физике металлов см .:

Для более глубокого понимания того, как использование металлов формирует современный мир, см. Эти отчеты Международной группы по ресурсам Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (орган, похожий на МГЭИК, но занимается вопросами использования ресурсов):

Список литературы

1. ↑ Дж.Коц, Дж. Таунсенд, П. Трейхель. (12 мая 2015 г.). Химия и химическая реакционная способность , 8-е изд. Бельмонт, Калифорния, США: Брукс / Коул, 2012.
2. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Power_lines_cross_-_geograph.org.uk_-_10429.jpg
3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Nuclear-Fuel.jpg
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: //upload.wikimedia.org / wikipedia / commons / thumb / 4/47 / Steel_Frame_Commercial_Building_Under_Construction, _Ann_Arbor_Township, _Michigan.JPG / 1280px-Steel_Frame_Commercial_Building_Under_Construction, _Ann_Arbor_Township, _Gich
5. ↑ ^{5,0 5,1} UC Davis Chem Wiki. (12 мая 2015 г.). Металлы [Интернет]. Доступно: http://chemwiki.ucdavis.edu/Inorganic_Chemistry/Crystal_Lattices/Metals/ME1.__Structure_and_Properties_of_Metals
6. ↑ ЮНЕП. (19 августа 2015 г.). Экологические риски и проблемы антропогенных потоков и циклов металлов [Онлайн].Доступно: https://d396qusza40orc.cloudfront.net/metals/3_Environmental_Challenges_Metals-Full%20Report_36dpi_130923.pdf#96

Explainer: Эти шесть металлов — ключ к низкоуглеродному будущему

Ожидается, что внедрение возобновляемых источников энергии и электромобилей будет стремительно расти, поскольку мир стремится сократить выбросы парниковых газов.

Эти низкоуглеродные технологии в настоящее время основаны на использовании нескольких ключевых металлов, некоторые из которых до сих пор практически не использовались. Это вызывает вопросы о том, можно ли добыть достаточно этих материалов, чтобы обеспечить крупномасштабное внедрение.Другие обеспокоены тем, что могут возникнуть узкие места по мере роста производства металла для удовлетворения спроса или что воздействие горнодобывающей промышленности на окружающую среду может подорвать экономию углерода в других местах.

Carbon Brief рассматривает некоторые металлы, привлекающие наибольшее внимание, и исследует их происхождение, доступные количества и могут ли они представлять риски для достижения климатических целей Парижского соглашения.

Какие металлы необходимы для низкоуглеродной технологии?

Чистые энергетические технологии часто зависят от определенных ключевых металлов, которые потребуются, если они собираются продолжать расширяться.В последние годы цепочки поставок вызывают опасения по поводу двух металлов, в частности лития и кобальта, хотя используются многие другие металлы.

Литий, мягкий серебристо-белый металл, который также является самым легким в периодической таблице, является важным ингредиентом литий-ионных батарей. Они используются во всем, от смартфонов до электромобилей (электромобилей), которые сейчас являются их крупнейшим потребителем. Литий-ионный аккумулятор выбирают большинство автопроизводителей, включая Tesla, BMW, Ford и Nissan.

Обработка литий-ионных аккумуляторов для электромобиля Chevrolet Volt.Кредит: Джим Уэст / Alamy Stock Photo

Кобальт, серебристо-серый металл, производимый в основном как побочный продукт добычи меди и никеля, является еще одним важным компонентом катода в литий-ионных батареях. Он также имеет разнообразное применение в других промышленных и военных приложениях.

Никель — еще один ингредиент, необходимый для батарей, и ожидается, что он будет составлять все большую часть будущих батарей. Никель уже широко используется повсюду, особенно в производстве нержавеющей стали, а его рудники распределены между многими разными странами, а это означает, что его поставки вызывают меньше беспокойства.

Марганец также используется в батареях, а также является важным ингредиентом стали и широко используется в других местах, например, в кормах для животных.

Медь используется в качестве проводника для энергии ветра, а также в общей проводке, двигателях и в монетах. И медь, и марганец являются одними из наиболее широко добываемых металлов в мире.

Редкоземельные металлы, также известные как редкоземельные элементы (РЗЭ), представляют собой группу из 17 химически похожих элементов. Каждый из них обладает уникальными свойствами, что делает их важными компонентами для целого ряда технологий, от энергосберегающего освещения и каталитических преобразователей до магнитов, используемых в ветряных турбинах, электромобилях и жестких дисках компьютеров.Неодим и празеодим, известные вместе как «NdPr», которые используются в магнитах электродвигателей, в последнее время особенно часто упоминаются в новостях из-за растущего спроса и цен.

В отчетах Министерства энергетики США и Европейского Союза РЗЭ, кобальт и некоторые другие маркируются как критически важные материалы, исходя из их важности для чистой энергии, высокого риска поставок и отсутствия заменителей.

Многие другие металлы используются в большей или меньшей степени в производстве чистой энергии и низкоуглеродных технологиях.Например, индий и галлий используются в покрытиях фотогальванических пленок и также были определены в отчете ЕС как критические материалы.

В отчете Всемирного банка, опубликованном в прошлом году, были подсчитаны десятки металлов, рынок которых может вырасти с ростом использования ветра, солнечной энергии и батарей. В приведенной ниже сетке Всемирного банка показаны металлы, исследованные в его сценариях, и их использование в различных низкоуглеродных технологиях.

903

	Ветер	Солнечная фотоэлектрическая	Концентрированная солнечная энергия	Улавливание и хранение углерода	Атомная энергия	Светоизлучающие диоды	Электромобили	Накопители энергии	Электродвигатели
Алюминий	X	X	X	X		X		X	X
Хром	X			X	X	X
Кобальт				X	X		X	X
Медь	X	X		X	X	X	X		X
Индий		X		X	X	X
Чугун (литье)	X		X			X		X
Утюг (магнит)	X								X
Свинец	X	X			X	X
Марганец	X			X		X	X
Молибден	X	X		X	X	X
Неодим (прокси для редкоземельных элементов)	X						X
Никель	X	X		X	X	X	X	X
Серебро		X	X		X	X	X
Сталь (машиностроение)	X
Цинк		X				X

Матрица металлов и энергетических технологий, исследуемая в рамках исследования сценариев будущего с низким уровнем выбросов углерода.Всемирный банк 2017.

Конечно, эти металлы будут использоваться не только для низкоуглеродных технологий, но и для всего, от смартфонов до оружия.

В своей книге 2016 года «Элементы власти» Дэвид С. Абрахам утверждал, что то, что он называет «редкими металлами» — такими как кобальт и РЗЭ, производимые в сотнях или тысячах тонн в год, а не в миллионах тонн, таких как медь — в настоящее время являются основой современной мировой промышленности, в том числе экологически чистой энергетики. По его словам, мир быстро становится настолько же зависимым от этих металлов, как и от нефти.Он пишет:

«Сегодня компании используют элементы, которые ученые считали простыми примесями десятилетия назад… Сейчас мы наблюдаем фундаментальный сдвиг в наших потребностях в ресурсах. Никогда в истории человечества мы не использовали на больше элементов, в больше комбинаций, причем во все более и более точных количествах. Наша изобретательность скоро превзойдет наши запасы материалов ».

Сколько этих металлов потребуется?

Широко признано, что быстрое развитие низкоуглеродных технологий будет необходимо для того, чтобы мир смог достичь целей Парижского соглашения по ограничению потепления «значительно ниже 2 ° C» и стремиться к 1.5С.

В этом низкоуглеродном будущем будет наблюдаться высокий спрос на широкий спектр цветных и драгоценных металлов, говорится в отчете Всемирного банка. Помимо обычных подозреваемых в наличии кобальта, лития и РЗЭ, сюда входят алюминий, серебро, сталь, никель, свинец и цинк. В отчете говорится:

«Было бы разумно ожидать, что все низкоуглеродные энергетические системы, скорее всего, будут более металлоемкими, чем высокоуглеродистые системы. Фактически, вся литература, изучающая влияние материалов и металлов на поставку чистых технологий, твердо согласна с тем, что создание этих технологий приведет к значительно большему материалоемкому спросу, чем традиционные механизмы использования ископаемого топлива.”

В отдельном отчете Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) за 2017 год был сделан аналогичный вывод. Он подсчитал, что для низкоуглеродных технологий потребуется на 600 миллионов тонн (Мт) больше ресурсов металла до 2050 года при сценарии 2C, по сравнению со сценарием 6C, где использование ископаемого топлива продолжается на текущем пути. Тем не менее, в нем также говорится, что сценарий 2C позволит сэкономить более 200 миллиардов кубических метров воды в год и будет использовать почти на 150 000 квадратных километров меньше земли в целом.

Глоссарий

Запасы и ресурсы: Количество материала, который считается потенциально извлекаемым из подземных источников, называется ресурсом.Часть ресурса, которая считается коммерчески извлекаемой с использованием современных технологий, известна как запас.

Запасы и ресурсы: Количество материала, который считается потенциально извлекаемым из недр, называется ресурсом. Известна часть ресурса, которая считается коммерчески извлекаемой с использованием современных технологий… Подробнее

Невозможно точно определить баланс технологий и, следовательно, металлов, которые будут использоваться в течение следующих 30 лет.Но некоторые аналитики предупреждают, что может возникнуть нехватка лития и кобальта, поскольку использование литий-ионных батарей в накопителях энергии и электромобилях увеличивается. Также существуют опасения по поводу цикла «подъема и спада» для РЗЭ, таких как неодим.

Чтобы оценить возможность нехватки, он помогает взглянуть на оценки доступности, предоставленные Геологическим обществом США (USGS), более 100 минералов и металлов, включая многие из металлов, имеющих ключевое значение для низкоуглеродных технологий.

Кобальт

Геологическая служба США оценивает производство кобальта в 2017 году на уровне 110 тысяч тонн (тыс. Тонн) с запасами в 7 100 тыс. Тонн.Это означает, что текущая добыча может продолжаться в течение 65 лет с использованием текущих запасов. Потребление кобальта аккумуляторной промышленностью в 2016 году составило около 48тыс.т, то есть чуть более половины от общего количества потребляемого 94тыс.т для всех продуктов.

Ожидается, что в ближайшие годы это потребление будет расти. Поставщик металлов Darton Commodities заявил, что ожидает, что спрос на батареи достигнет 74 тыс. Тонн в год к 2020 году. Консалтинговое агентство Wood Mackenzie прогнозирует рост до 98 тыс. Тонн в год к 2022 году. Точно так же Каспар Роулз, рыночный аналитик Benchmark Minerals Intelligence, сказал, что его фирма считает, что это будет более чем вдвое до 127тыс.т в год к 2025 году.Это будет означать, что спрос на кобальт только от батарей превысит текущее производство.

Исследование, проведенное аналитиком CRU по сырьевым товарам для Glencore, крупнейшего в мире производителя кобальта, показало, что для достижения поставленной Министерством чистой энергии показателя продажи электромобилей 30 млн к 2030 году потребуется 314тыс.т кобальта в год к 2030 году, что в три раза превышает спрос 2017 года для всех областей применения. При таких темпах текущих резервов хватит на 23 года.

Тем не менее, стоит иметь в виду, что запасы — это только рабочий инвентарь того, сколько минералов считается экономически извлекаемым в настоящее время.Это сильно отличается от общего потенциально извлекаемого «ресурса». Новые запасы полезных ископаемых будут поступать из ресурсов, которые станут извлекаемыми по мере изменения технологий и цен, а также из неизвестных в настоящее время запасов и переработки.

Геологическая служба США отмечает, что запасы меди, например, оценивались примерно в 280 000тыс.т в 1970-е годы, но сейчас оцениваются в 790 000тын. Тонн, хотя с тех пор было произведено 520 000тын. Тонн меди.

В мире имеется 25 000тыс.т выявленных наземных ресурсов кобальта, что более чем в три раза превышает текущие запасы.Некоторые из них могут стать рентабельными для добычи, если спрос возрастет. Они также быстро расширяются, почти удвоившись за последние пять лет с 15 000 тыс. Тонн в 2012 году. Согласно сообщениям, перспектива глубоководной добычи кобальта может открыть еще более 120 000 тыс. Тонн (см. Ниже).

Литий

Что касается лития, то в 2017 году было добыто около 43тыс.т, по данным USGS, при 16000тыс.т запасов. Это означает, что добыча с текущими темпами может продолжаться 372 года с текущими запасами.

Ожидается, что спрос на литий также будет быстро расти за счет его использования в батареях. Deutsche Bank считает, что на электромобили, электрические велосипеды и накопители энергии в совокупности будет приходиться 58% спроса на литий в 2025 году по сравнению с 15% в 2015 году. Goldman Sachs ожидает, что к 2025 году общий спрос вырастет в четыре раза.

Спрос на литий относительно новый, как и крупные геологоразведочные работы, а производство выросло на 70% за последние 10 лет. Запасы также растут, увеличившись с 4100тыс.т в 2007 году до 16000тын в 2017 году.Выявленные ресурсы также выросли с примерно 14 000тыс.т в 2007 году до 53000тын в 2017 году. Bloomberg New Energy Finance (BNEF) обнаружил, что поставка лития для батарей «просто не проблема».

Никель

Ожидается, что в ближайшие годы спрос на никель в аккумуляторах будет расти. Данные USGS показывают, что в прошлом году было добыто 2100тыс.т, из которых 74000тын. Запасов. Добыча текущих запасов может продолжаться примерно 35 лет такими темпами и примерно 70 лет для всех известных земельных ресурсов, хотя другие ресурсы никеля находятся на дне океана.

В то время как нехватка никеля вызывала меньше беспокойства, чем дефицит лития или кобальта, Wood Mackenzie предупредила, что поиск никеля для технологии электромобилей будет сложной задачей, поскольку большинство новых поставок, которые будут поставляться до 2025 года, будут представлять собой типы никеля, непригодные для использования в батареях.

Медь

Медь, тем временем, уже производится в больших количествах. Геологическая служба США сообщает, что в прошлом году было произведено около 20 000тыс.т, распределенных между несколькими странами. Текущих запасов хватило бы на 40 лет при таком уровне добычи, хотя ресурсы намного больше.Маловероятно, что низкоуглеродные технологии окажут единственное давление на медь, хотя электромобили и ветровая энергия действительно используют большие количества металла по сравнению со смартфонами. В одном недавнем исследовании говорится, что к 2050 году общий спрос на медь, вероятно, увеличится примерно в четыре раза.

Редкоземельные элементы

РЗЭ, таких как неодим, относительно распространены в земной коре, но их трудно найти в концентрациях, которые делают их добычу экономически выгодной. Добыча, которая требует отделения нескольких разных металлов из одного осадка, сложна и дорога.

По данным USGS, в 2017 году было произведено около 130тыс.т оксида редкоземельных элементов (REO). Запасы составляли 120 000тыс.т, или 923 года текущего предложения. Геологическая служба США не дала оценки ресурсов, хотя другие исследования показывают, что они быстро растут. Обеспокоенность по поводу предложения РЗЭ, как правило, больше связана с концентрацией производства в Китае, чем с фактическим дефицитом. Однако считается, что ресурсы широко распространены, в том числе в Европе, где впервые было обнаружено большинство РЗЭ.

В отчете Всемирного банка указывается, что выбор внутри технологий, такой как выбор между наземным и морским ветром или между различными типами солнечных фотоэлектрических систем, может повлиять на спрос на металл в такой же степени, как и на масштабы производства.

Спрос на неодим, например, будет сильно зависеть от того, будут ли более распространены ветряные турбины с прямым приводом или модели с редуктором, говорится в сообщении.

Технология прямого привода, обычно используемая для морского ветра, использует неодим в своих постоянных магнитах. Между тем, редукторная технология, которая в основном используется для береговых турбин, которые в настоящее время составляют основную часть установленных ветроэнергетических установок, не использует постоянные магниты. Следовательно, спрос на неодим из ветра будет во многом зависеть от того, какая из этих технологий преобладает и в какой степени.

Откуда берутся металлы для низкоуглеродных технологий?

Расширение масштабов внедрения низкоуглеродных технологий будет означать, что некоторые страны обнаружат, что их природные ресурсы пользуются все более высоким спросом.

На карте ниже показано местонахождение текущего производства и запасов трех основных металлов, необходимых для этого перехода: кобальта, лития и РЗЭ. Ресурсы для каждого из них существенно больше, как отмечалось выше.

Производство и запасы трех основных металлов в низкоуглеродных технологиях: кобальта, лития и редкоземельных элементов (РЗЭ).* Данные по производству лития в США не раскрываются Геологической службой США, поскольку в 2017 году в США производила этот металл только одна компания. ** Данные по запасам редкоземельных элементов в Таиланде недоступны. Источник: USGS Mineral Commodity Summaries 2018.

Как показывают две верхние карты, Демократическая Республика Конго (ДРК) доминирует в текущем производстве кобальта. Он обеспечил более половины (58%) общей добычи в 2017 году, а также обладает половиной известных мировых запасов суши. Россия, Австралия и Канада также производят кобальт, хотя на каждую из них приходится менее 10% мировых запасов.Австралия также имеет значительные резервы.

Между тем, страны с частью мировых запасов кобальта в 25 000 тыс. Т включают ДРК, Замбию, Австралию, Кубу, Канаду, Россию и США. Ресурсы США оцениваются в 1 000тыс.т, что в девять раз больше мирового производства в 2017 году, хотя большинство из них в настоящее время экономически невозможно извлечь.

Медный рудник открытым способом, Санта-Рита, Нью-Мексико. Предоставлено: Джим Уэст / Фото Alamy Stock.

Кроме того, на дне морских глубин, в основном за пределами территориальных вод, были обнаружены большие ресурсы кобальта, равные 1000 годам текущего производства.Считается, что открытое море также богато другими важными металлами, используемыми в электронике, такими как марганец и золото. Некоторые компании надеются исследовать эти подводные материалы, утверждая, что это хорошая альтернатива наземной добыче полезных ископаемых и связанное с этим воздействие на местное население и ландшафты. Но другие опасаются, что глубоководная добыча полезных ископаемых также может иметь серьезные экологические последствия.

Самый большой приз — не золото, а КОБАЛЬТ. Ключевой ингредиент аккумуляторов для электромобилей, смартфонов.В ближайшие годы нам понадобится много всего этого. Цена взлетает до небес. А 90% всемирно известных ресурсов кобальта… под водой 6 / https://t.co/tekvLBf0tm pic.twitter.com/EgWMwAX9hu

— Эд Конвей (@EdConwaySky) 6 марта 2018 г.

Литий в небольших количествах встречается в земной коре и морской воде, но его получают при разработке месторождений твердых горных пород или извлечении солей лития, где они обнаруживаются в достаточно высоких концентрациях в рассоле.

Как показано на средних картах выше, Австралия и Чили являются основными поставщиками лития в настоящее время.Запасы лития немного шире, чем запасы кобальта, самые большие из которых находятся в Чили, Китае и Австралии.

Так называемый «литиевый треугольник» Чили, Аргентины и Боливии вместе может похвастаться половиной выявленных мировых запасов лития в 53 000 тыс. Т, хотя в Боливии в настоящее время мало запасов. Ресурсы лития в США, которые утаивают данные о производстве от Всемирного банка, оцениваются в 6 800 тыс. Т, но ограниченные запасы.

Китай, безусловно, является доминирующей силой в РЗЭ, поставляя 80% из 130 тыс. Тонн, произведенных в прошлом году, как показывают данные Геологической службы США.Больше вероятно произведено из книг.

В Китае имеется около 44 000тыс.т запасов редкоземельных элементов, что составляет около трети известных в настоящее время запасов. Он также доминирует в цепочках переработки и поставок РЗЭ. Это привело к тому, что некоторые исследователи призвали политиков за пределами Китая диверсифицировать свои поставки с помощью новых горнодобывающих предприятий, что может занять десятилетия.

Lynas, единственный в настоящее время крупный производитель РЗЭ за пределами Китая, управляет рудником Mount Weld в Австралии. Бразилия, Вьетнам и Россия имеют значительные резервы.США, которые не производили РЗЭ с тех пор, как их единственный рудник объявлен о банкротстве в 2015 году, имеют сравнительно небольшие запасы в 1400тыс.т. Однако это по-прежнему соответствует более чем 10 годам текущего мирового производства. И другие страны могут догнать Китай. Буквально на этой неделе исследователи пришли к выводу, что обширные месторождения РЗЭ, обнаруженные в 2013 году у берегов Японии, могут удовлетворить мировой спрос на некоторые элементы на «полубесконечной» основе.

Распространение этих так называемых «стратегических» металлов, часто в местах, отличных от тех, где добывают ископаемое топливо, поднимает интересные вопросы о том, как на геополитику повлияет быстрый рост чистых технологий.Новый набор стран обнаружит, что их природные ресурсы будут все более востребованными, со всеми плюсами и минусами, которые сопровождают этот спрос.

Некоторые исследователи сказали, что для этих недавно известных производителей материалов может быть создан аналог возобновляемых источников энергии Организации стран-экспортеров нефти (ОПЕК). Другие утверждают, что необходимо новое международное управление ресурсами для надзора за ответственным поиском полезных ископаемых.

Означает ли рост цен, что в мире не хватает ключевых металлов?

Высказывались опасения по поводу цен на металлы, необходимые для низкоуглеродных технологий, поскольку в последние годы цены на кобальт, литий и даже медь растут, как показано на диаграмме ниже (обратите внимание, что диапазоны дат различаются на каждом из этих графиков. , в связи с доступностью данных).

Спотовые цены на несколько металлов, используемых в низкоуглеродных технологиях: кобальт с 2010 г. и далее, литий и неодим с 2009 г. и далее, марганцевая руда с 2012 г. и далее в сухих метрических тоннах (dmtu), никель и медь с 1990 года. Источник: Bloomberg

Цена на кобальт за последние два года выросла более чем втрое, а цены на литий почти удвоились. Согласно Bloomberg, мировые горнодобывающие компании уже «получают более высокую прибыль» от растущего спроса на литий из-за электромобилей.

Поскольку кобальт в основном добывается как побочный продукт производства меди и никеля, более высокие цены не всегда будут стимулировать новые предложения, как это могло бы быть на других товарных рынках.Только около 1% кобальта было добыто на рудниках первичного кобальта в 2016 году.

Концентрация кобальта в ДРК способствовала тому, что в последние годы он стал источником серьезной озабоченности для производителей электромобилей. Помимо высокой политической нестабильности, примерно пятая часть кобальта в ДРК добывается кустарными горняками, работающими своими руками, и зарегистрированы случаи, когда эту работу выполняли дети. Действительно, появляются схемы отслеживания «этического кобальта», в то время как Financial Times сообщала, что некоторые покупатели платят высокие цены за устойчивые и отслеживаемые поставки металла.

ДРК также недавно предприняла шаги по увеличению налогов и роялти на кобальт и планирует объявить его «стратегическим металлом» в соответствии с новым кодексом добычи полезных ископаемых страны, несмотря на то, что международные горнодобывающие компании активно лоббируют новый закон. По мнению консалтинговой компании Wood Mackenzie, закон «может серьезно повлиять на горнодобывающие проекты, осуществляемые в стране». Такие компании, как канадская фирма First Cobalt, стремятся увеличить производство в других местах в ожидании дефицита.

В отличие от кобальта как отдельного товара, цены на литий-ионные батареи за последние годы резко упали.Аналитики BNEF подсчитали, что даже четырехкратное повышение цен на литий приведет к увеличению стоимости аккумуляторных блоков всего на 1,6%, практически не повлияв на цену электромобиля.

Если цены на литий вырастут в четыре раза, стоимость готовых аккумуляторных блоков вырастет только на 1,6%, а цена электромобиля практически не повлияет на него. Некоторые люди тем временем могут разбогатеть на металлах, но это не замедлит переход на электромобили pic.twitter.com/RFEuC6kE9y

— Tom Randall (@tsrandall) 4 декабря 2017 г.

BNEF также указал, что для аккумуляторных блоков потребуется менее 1% известных запасов лития, никеля, марганца и меди до 2030 года и 4% запасов кобальта.

Тем не менее, аналитики BNEF по-прежнему предупреждают, что ограничения поставок основных материалов могут замедлить продолжение снижения стоимости аккумуляторов, наблюдаемое в последние годы.

Доминирование Китая в производстве редкоземельных элементов вызывает недоумение в залах заседаний компаний. Его шаг по ограничению экспорта в Японию еще в 2010 году вызвал рост цен, что четко видно на графике спотовых цен на неодим выше, а также обеспокоенность по поводу продолжения доступа к этим металлам. Но через несколько лет цены снова упали, поскольку были открыты новые рудники и снизилось давление с целью сократить и переработать РЗЭ или найти им замену.В настоящее время планируется начать производство новых проектов в ряде стран в ближайшее десятилетие.

Эксперт по чистой энергии Амори Ловинс утверждал, что это «не то, как ведет себя долго дефицитный и ценный товар», указывая на реакцию рынка, открывая новые рудники и сокращая или заменяя РЗЭ.

Может ли дефицит задержать декарбонизацию?

Даже если текущие запасы и ресурсы металла достаточны в обозримом будущем, дефицит все еще возможен.

Логан Голди-Скот, руководитель отдела анализа аккумуляторов энергии в BNEF, говорит Carbon Brief, что значительные запасы лития означают, что проблемы с долгосрочным спросом маловероятны. Но он добавляет:

«Однако могут возникнуть некоторые краткосрочные узкие места, поскольку производители должны размещать и разрабатывать новые рудники. Существует также литий разного качества, и дополнительная обработка материалов более низкого качества потребует времени и денег. Это аналогичная точка для кобальта, даже если мы смотрим на 2030 год. В мире имеются обширные мировые запасы других металлов, таких как никель, марганец, алюминий, медь и графит.”

Точно так же, недавно в интервью Times, Эндрю Миллер, аналитик информационной компании Benchmark Minerals, сказал, что, хотя «нет никаких сомнений в том, что там недостаточно [лития]», вопрос в том, появится ли он в течение определенного периода времени Volkswagen. или БМВ это нужно.

Существует также вопрос о том, кто контролирует поставки ключевых металлов, которые не всегда могут совпадать со страной-производителем и могут влиять на их доступность для других.

Так же, как и почти монополия Китая на производство редкоземельных элементов, о которой говорилось выше, например, Китай в настоящее время также доминирует в процессе очистки кобальтового материала, производя более 80% солей кобальта, необходимых для батарей.В 2016 году семь из 10 крупнейших производителей в ДРК принадлежали китайцам. Канадская инвестиционная компания Cobalt 27, которая накопила крупнейший холдинг за пределами Китая, утверждает, что концентрированное производство и запасы в ДРК и контроль Китая над большей частью добычи кобальта являются двумя ключевыми проблемами, стоящими перед поставками кобальта.

Компании все чаще заключают сделки, чтобы обеспечить достаточное количество сырья для своих аккумуляторов. Буквально в прошлом месяце Glencore, крупнейший в мире трейдер сырьевых товаров, объявил о сделке по продаже одной трети производимого кобальта крупному поставщику китайской компании CATL, крупнейшего производителя аккумуляторов в мире.

Другие фирмы, такие как Apple, Tesla и Volkswagen, также стремятся покупать кобальт напрямую у производителей. В недавнем тендере на покупку Cobalt на пять лет компания Volkswagen заявила, что надежные и устойчивые поставки сырья для литий-ионной батареи будут «ключевым фактором для того, чтобы стать лидером на рынке электромобилей».

Увеличение объемов добычи — не единственный способ удовлетворить спрос на металлы. Например, в ЕС и других странах растет интерес к переработке миллиона тонн ценных материалов, выбрасываемых ежегодно в высокотехнологичные продукты.Один из анализов показал, что переработка может удовлетворить 9% мирового спроса на литий к 2025 году. Некоторые исследователи даже выступают за новые методы, такие как «городская» биодобыча для извлечения редкоземельных элементов из электронных отходов с использованием микроорганизмов.

Между тем, некоторые компании стремятся снизить содержание кобальта в батареях за счет увеличения содержания никеля. Также изучаются возможности замены, например использование натрия и магния вместо лития или альтернативных батарей на основе графена, водородных топливных элементов или даже воды и поваренной соли.BNEF заявила, что новый химический состав батарей, вероятно, перейдет на использование других исходных материалов после 2030 года.

Какие проблемы вызывает извлечение?

Выбросы парниковых газов и другие воздействия добычи на окружающую среду, несомненно, являются важными факторами для материалов, используемых в низкоуглеродных технологиях. Отчет Всемирного банка предупреждает:

«Проще говоря, будущее зеленых технологий требует значительных материальных затрат и, если не управлять должным образом, это могут быть усилия и политика стран-поставщиков для достижения своих целей по достижению климата и связанных с ними Целей устойчивого развития.”

Традиционные товары сталкиваются с серьезными проблемами. Мировое качество медной руды со временем снижается, например, это означает, что для добычи меди требуется добыть вдвое больше руды, чем 10 лет назад, чтобы получить такое же количество меди. Это означает увеличение выбросов шахтных отходов и выбросов парниковых газов, хотя исследования показали переход к другим доступным технологиям, и более эффективные процессы могут в некоторой степени уменьшить это воздействие.

Галерея рудников Кипуши, Катанга, Демократическая Республика Конго.Предоставлено: Universal Images Group North America LLC / DeAgostini / Alamy Stock Photo.

В книге Абрахама указывается, что влияние добычи металлов, таких как кобальт и РЗЭ, намного выше, чем у традиционных товаров в пересчете на тонну, из-за количества химикатов и энергии, необходимых для их очистки.

Одно недавнее исследование, оценивающее выбросы парниковых газов (ПГ) при производстве литий-ионных аккумуляторов в Китае, показало, что выбросы ПГ при производстве автомобилей увеличиваются примерно на 30% по сравнению с обычными автомобилями, в основном за счет производства катодных материалов и ковки алюминий.Но авторы также отметили значительный потенциал снижения этого воздействия, поскольку выбросы батарей американского производства уже в три раза ниже.

Аналогичным образом, оценка литий-ионных аккумуляторов, выпущенная Шведским институтом экологических исследований в прошлом году, показала, что выбросы парниковых газов при производстве аккумуляторов в значительной степени связаны с производственным процессом, в то время как добыча и переработка имеют относительно небольшое влияние на жизненный цикл. В исследовании говорится, что более эффективное производство и более широкое использование низкоуглеродной электроэнергии, вероятно, будет лучшим краткосрочным улучшением.

В целом было обнаружено, что более низкие выбросы от работающих электромобилей по сравнению с обычными автомобилями более чем уравновешивают более высокие выбросы от их производства, даже с учетом сегодняшнего баланса электроэнергии в США.

Между тем, отчет ЮНЕП за 2015 год показал, что выбросы парниковых газов «от колыбели до могилы» от экологически чистых источников энергии обычно на 90-99% ниже, чем от угольной энергетики. В отчете говорится, что ветровая, солнечная фотоэлектрическая энергия, концентрированная солнечно-тепловая, гидро- и геотермальная энергия генерируют менее 50 г эквивалента CO2 на киловатт-час (гCO2-экв / кВтч).

Это по сравнению с 800-1000 г CO2-экв. / КВтч для угольной генерации и 600 гCO2-экв. / КВтч на газовых электростанциях, которые оба упали до потенциального значения 200 гCO2-экв. Для сравнения, при производстве среднего киловатт-часа электроэнергии в сети Великобритании в настоящее время выделяется около 240 г CO2-экв. В отчете сделан вывод:

«Использование меди и функционально важных металлов [связанных с низкоуглеродными технологиями] может вызвать некоторые опасения в долгосрочной перспективе, в зависимости от возможностей замещения, которые еще не полностью изучены.В целом, замена ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии открывает очевидную возможность уменьшить загрязнение окружающей среды в результате производства электроэнергии ».

Воздействие на окружающую среду различных способов добычи полезных ископаемых может быть разным. Например, для производства лития из твердой минеральной руды используются большие количества энергии и химикатов, а также значительная очистка земель. Некоторые исследователи считают, что производство из солевых прудов, где вода испаряется из соленых грунтовых вод с высоким содержанием лития, является более предпочтительным с экологической точки зрения, но при этом по-прежнему используется большое количество воды и токсичных химикатов, которые могут представлять опасность для водоснабжения.

Эти вопросы обсуждались в ноябре прошлого года на конференции по стратегическим материалам для низкоуглеродного будущего в Оксфордском университете. В кулуарах встречи Алед Джонс, директор Института глобальной устойчивости при университете Англии Раскин, сказал Carbon Brief, что он считает, что спрос на энергию для горнодобывающей промышленности можно свести к нулю. Он сказал:

«Вы можете запустить каждую шахту в мире на солнечной энергии, электромобилях и электрическом майнинге. В настоящее время это не так, как мы делаем, [но] вы можете полностью обезуглерожить добычу, если улавливаете часть выбросов, которые вы получаете от добычи.”

Несчастные случаи на шахтах и ​​разливы нефти также могут представлять угрозу для местных сообществ, которые, в свою очередь, могут выступать против шахт, если считают, что их здоровье и окружающая среда находятся под угрозой.

Выступая перед Carbon Brief на Оксфордской конференции по материалам в прошлом году, Дженнифер Бродхерст, доцент инициативы «От минералов в металлы» Кейптаунского университета, сказала, что горняки все чаще начинают ассоциировать добычу полезных ископаемых с трудностями. По ее словам, это привело к тому, что в некоторых случаях они отказывались от новых горнодобывающих предприятий и нарушали уже существующие операции.По ее словам, правительства некоторых стран начинают реагировать на эти опасения, вводя более строгие законодательные меры.

Линии публикации из этой истории

• Объяснитель: Эти шесть металлов — ключ к низкоуглеродному будущему

• Достаточно ли металлов для низкоуглеродного будущего? Наш разъяснитель рассматривает некоторые ключевые металлы, используемые в экологически чистых технологиях, и то, как будут выглядеть их будущие поставки

Возникновение и свойства металлов

Металлы присутствия

Большинство чистых металлов либо слишком мягкие, хрупкие, либо химически реактивные для практического использования, а чистые металлы редко встречаются в природе.

Цели обучения

Опишите характеристики металлических сплавов и естественное происхождение самородных металлов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Очень немногие металлы могут противостоять естественным процессам выветривания, таким как окисление, поэтому обычно только менее химически активные металлы, такие как золото и платина, встречаются в качестве самородных металлов.
• Самородные металлы были единственным источником доступа к металлу доисторического человека, поскольку считается, что плавка была открыта около 6500 г. до н.э.
• Сочетание металлов в различных соотношениях в качестве сплавов изменяет свойства чистых металлов для получения желаемых характеристик.
• Обычно цель изготовления сплавов — сделать их менее хрупкими, твердыми, устойчивыми к коррозии или иметь более желаемый цвет и блеск.
• Металлы часто извлекаются из Земли путем добычи полезных ископаемых, в результате чего образуются руды, являющиеся относительно богатыми источниками необходимых элементов.

Ключевые термины

• горное дело : деятельность по удалению твердых ценностей из земли.
• сплав : металл, который представляет собой комбинацию двух или более элементов, по крайней мере, один из которых является металлом.
• самородный металл : любой металл в металлической форме, в чистом виде или в виде сплава.

Самородные металлы

Самородный металл — это любой металл, встречающийся в природе в металлической форме, в чистом виде или в виде сплава. Металлы, которые можно найти в виде природных отложений по отдельности и / или в сплавах, включают сурьму, мышьяк, висмут, кадмий, хром, кобальт, индий, железо, никель, селен, тантал, теллур, олово, титан и цинк.

В природе также встречаются две группы металлов: группа золота и группа платины.

• Золотая группа состоит из золота, меди, свинца, алюминия, ртути и серебра.
• Платиновая группа состоит из платины, иридия, осмия, палладия, родия и рутения.

Самородный металл : Самородное золото, частично внедренное в кварцевую породу.

В природе в больших количествах встречаются только золото, серебро, медь и платиновые металлы.В геологических масштабах времени очень немногие металлы могут противостоять естественным процессам выветривания, таким как окисление. Вот почему в качестве самородных металлов встречаются только менее реактивные металлы, такие как золото и платина. Другие обычно встречаются как изолированные карманы, где естественный химический процесс восстанавливает обычное соединение или руду металла. В результате остается чистый металл в виде мелких хлопьев или включений.

Самородные металлы были единственным средством доступа к металлу доисторического человека. Считается, что процесс извлечения металлов из руд (так называемая плавка) был открыт около 6500 г. до н.э.Однако эти металлы можно было найти только в относительно небольших количествах, поэтому их нельзя было широко использовать. Таким образом, хотя медь и железо были известны задолго до медного и железного веков, они не окажут большого влияния на человечество, пока не появится технология плавления их из руд и, следовательно, их массового производства.

Сплавы

Сплав — это смесь двух или более элементов в твердом растворе, в котором основным компонентом является металл. Большинство чистых металлов слишком мягкие, хрупкие или химически активные для практического использования.Комбинирование металлов в различных соотношениях в качестве сплавов изменяет свойства чистых металлов для получения желаемых характеристик. Обычно цель изготовления сплавов — сделать металлы менее хрупкими, твердыми или более устойчивыми к коррозии или улучшить их цвет или блеск.

Из всех металлических сплавов, используемых сегодня, сплавы железа (сталь, нержавеющая сталь, чугун, инструментальная сталь и легированная сталь) составляют самую большую долю как по количеству, так и по коммерческой стоимости. Железо, легированное углеродом в различных пропорциях, дает стали с низким, средним и высоким содержанием углерода; повышенный уровень углерода снижает пластичность и вязкость.Добавление кремния дает чугуны, а добавление хрома, никеля и молибдена к углеродистым сталям (более 10%) дает нержавеющие стали.

Другими значительными металлическими сплавами являются сплавы алюминия, титана, меди и магния. Медные сплавы были известны с доисторических времен — бронза дала название бронзовому веку — и сегодня они имеют множество применений, в первую очередь в электропроводке. Сплавы трех других металлов были разработаны позже; из-за своей химической активности они требуют процессов электролитической экстракции.Сплавы алюминия, титана и магния ценятся за их высокое отношение прочности к весу, а магний также может обеспечивать электромагнитное экранирование. Эти материалы идеально подходят для ситуаций, когда высокое отношение прочности к весу более важно, чем стоимость материала, например, в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Сплавы, специально разработанные для высокоточных применений, таких как реактивные двигатели, могут содержать более десяти элементов.

Руды

Металлы часто добываются из Земли в горнодобывающей промышленности, в результате чего получаются руды, являющиеся относительно богатыми источниками необходимых элементов.Руды локализуются поисковыми методами с последующей разведкой и изучением месторождений. Источники полезных ископаемых обычно делятся на открытые рудники, которые разрабатываются путем выемки грунта с использованием тяжелого оборудования, и подземные шахты.

Горнодобывающая промышленность : Чукикамата, Чили, является вторым по глубине медным рудником в мире с самой большой окружностью и вторым по глубине открытым карьером.

После добычи руды металлы должны быть извлечены, обычно путем химического или электролитического восстановления.Пирометаллургия использует высокие температуры для преобразования руды в сырые металлы, а гидрометаллургия использует водную химию для той же цели. Используемые методы зависят от металла и его загрязнителей.

Когда металлическая руда представляет собой ионное соединение этого металла и неметалла, руда обычно должна плавиться (или нагреваться с восстановителем) для извлечения чистого металла. Многие обычные металлы, такие как железо, плавятся с использованием углерода в качестве восстановителя. Некоторые металлы, такие как алюминий и натрий, не имеют коммерчески практичного восстановителя и вместо этого извлекаются с помощью электролиза.Сульфидные руды не восстанавливаются непосредственно до металла, а обжигаются на воздухе, чтобы преобразовать их в оксиды.

Общие свойства металлов

Металл может относиться к элементу, соединению или сплаву, который является хорошим проводником как электричества, так и тепла.

Цели обучения

Напомним общие свойства металлических элементов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электропроводность и теплопроводность металлов обусловлены тем, что их внешние электроны делокализованы.
• Металлы можно рассматривать как совокупность атомов, погруженных в море электронов, которые очень подвижны.
• Металлы обычно склонны к образованию катионов за счет потери электронов, реагируя с кислородом воздуха с образованием оксидов в течение различных периодов времени: например, железо ржавеет годами, а калий сгорает за секунды.
• Металлы, как правило, податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без раскалывания, а также блестящие и блестящие.

Ключевые термины

• металл : любой из ряда химических элементов в периодической таблице, которые образуют металлическую связь с атомами других металлов; обычно блестящие, несколько податливые и твердые, часто проводящие тепло и электричество
• проводящий : Способен проводить электрический ток или тепло.
• пластичный : Может быть растянут или растянут в тонкую проволоку под действием механической силы без разрушения.

Металл может относиться к элементу, соединению или сплаву, который является хорошим проводником как электричества, так и тепла. Примеры металлов включают золото, натрий, медь, железо и многие другие элементы. Металлы обычно податливы, пластичны и блестят.

Плотность металлов

Металлы обычно состоят из плотно упакованных атомов, что означает, что атомы расположены как плотно упакованные сферы.В металле атомы легко теряют электроны с образованием положительных ионов (катионов). Эти ионы окружены делокализованными электронами, которые ответственны за проводимость. Образовавшееся твердое тело удерживается вместе за счет электростатических взаимодействий между ионами и электронным облаком, которые называются металлическими связями.

Металлы блестящие и блестящие, с высокой плотностью. У них очень высокие температуры плавления и кипения, потому что металлические связи очень сильны, поэтому атомы не хотят распадаться на жидкость или газ.

Металлический натрий : Металлический натрий достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать пластиковым ножом.

Электропроводность металлов

Металлы в целом являются проводящими, с высокой электропроводностью и высокой теплопроводностью. Обычно они податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без сколов. Например, при ударе молотка по металлу металл «вдавливается», а не раскалывается на куски.

Электропроводность и теплопроводность металлов обусловлены тем, что их внешние электроны делокализованы.Это означает, что электроны не привязаны к какому-либо одному атому, а могут свободно перемещаться по металлу. Металлы можно рассматривать как совокупность атомов, погруженных в море электронов, которые очень подвижны. Это очень способствует проводимости металла.

Море электронов : «Море электронов» может свободно течь вокруг кристалла положительных ионов металлов.

Металлы обычно склонны к образованию катионов за счет потери электронов. Примером может служить реакция с кислородом в воздухе с образованием оксидов в различных временных масштабах (железо ржавеет годами, а калий горит за секунды).Переходные металлы (такие как железо, медь, цинк и никель) окисляются медленнее, потому что они образуют пассивирующий оксидный слой, который защищает внутреннюю часть. Другие, такие как палладий, платина и золото, вообще не вступают в реакцию с атмосферой. Некоторые металлы образуют на своей поверхности барьерный слой оксида, через который не могут проникнуть другие молекулы кислорода. В результате они сохраняют свой блестящий вид и хорошую проводимость в течение многих десятилетий (как алюминий, магний, некоторые стали и титан).

Периодические тенденции в свойствах металлов

Металлические свойства имеют тенденцию уменьшаться в течение периода и увеличиваться в периодической группе.

Цели обучения

Опишите соединение металлических элементов.

Основные выводы

Ключевые моменты

• Названия групп в периодической таблице дают подсказки о металлических свойствах элементов.
• Металлические элементы находятся в левой части таблицы Менделеева.
• Простая концепция металлов описывает их как решетку положительных ионов, погруженных в море электронов.

Ключевые термины

• электроотрицательный : имеет тенденцию притягивать электроны для образования химической связи.
• Семейство : также известная как группа, столбец элементов в периодической таблице, которые имеют одинаковую реакционную способность из-за их аналогичной электронной конфигурации валентной оболочки

Напомним, что в периодической таблице каждая строка называется точкой. Строки выровнены таким образом, чтобы элементы в каждом вертикальном столбце обладали определенными характеристиками.Каждый из столбцов периодической таблицы называется группой. Химики давно сочли удобным называть элементы различных групп, а в некоторых случаях и промежутков групп, именами, приведенными в таблице. Имейте в виду, что названия групп могут дать подсказку о металлических свойствах элементов.

Тенденции в периодической таблице : Семейства периодической таблицы часто группируются по металлическим свойствам.

Когда два элемента соединены химической связью, элемент, который сильнее притягивает общие электроны, имеет большую электроотрицательность.Элементы с низкой электроотрицательностью, как правило, обладают более металлическими свойствами. Таким образом, металлические свойства элементов имеют тенденцию уменьшаться с течением времени и увеличиваться по группе. Тот факт, что металлические элементы находятся в левой части таблицы Менделеева, дает важный ключ к пониманию того, как они соединяются вместе, образуя твердые тела. Все эти элементы обладают низкой электроотрицательностью и легко образуют положительные ионы.

Металлы имеют тенденцию образовывать положительные ионы и отталкиваться друг от друга, так как же атомы металлов остаются связанными вместе в твердом теле? Самая простая концепция металлов — это решетка положительных ионов, погруженных в «море электронов», которые могут свободно перемещаться по твердому телу.Фактически, электроположительная природа металлических атомов позволяет их валентным электронам существовать как подвижная жидкость. Это приводит к их высокой электропроводности. Поскольку каждый ион окружен электронной жидкостью во всех направлениях, связь не имеет направленных свойств; Этим объясняется высокая ковкость и пластичность металлов.

Общие свойства металлов | Введение в химию

Цель обучения

• Напомним общие свойства металлических элементов.

---

Ключевые моменты

• Электропроводность и теплопроводность металлов обусловлены тем, что их внешние электроны делокализованы.
• Металлы можно рассматривать как совокупность атомов, погруженных в море электронов, которые очень подвижны.
• Металлы обычно склонны к образованию катионов за счет потери электронов, реагируя с кислородом воздуха с образованием оксидов в течение различных периодов времени: например, железо ржавеет годами, а калий сгорает за секунды.
• Металлы, как правило, податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без раскалывания, а также блестящие и блестящие.

---

Условия

• пластичный Может быть растянут или растянут в тонкую проволоку под действием механической силы без разрушения.
• проводящий Способен проводить электрический ток или тепло.
• металл: Любой из ряда химических элементов периодической таблицы Менделеева, образующий металлическую связь с другими атомами металлов; обычно блестящие, несколько податливые и твердые, часто проводящие тепло и электричество

---

Металлом может быть элемент, соединение или сплав, который является хорошим проводником как электричества, так и тепла.Примеры металлов включают золото, натрий, медь, железо и многие другие элементы. Металлы обычно податливы, пластичны и блестят.

Плотность металлов

Металлы обычно состоят из плотно упакованных атомов, что означает, что атомы расположены как плотно упакованные сферы. В металле атомы легко теряют электроны с образованием положительных ионов (катионов). Эти ионы окружены делокализованными электронами, которые ответственны за проводимость. Образовавшееся твердое тело удерживается вместе за счет электростатических взаимодействий между ионами и электронным облаком, которые называются металлическими связями.

Металлы блестящие и блестящие, с высокой плотностью. У них очень высокие температуры плавления и кипения, потому что металлические связи очень сильны, поэтому атомы не хотят распадаться на жидкость или газ.

Металлический натрий Металлический натрий достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать пластиковым ножом.

Электропроводность металлов

Металлы в целом являются проводящими, с высокой электропроводностью и высокой теплопроводностью. Обычно они податливы и пластичны, деформируются под действием напряжения без сколов.Например, при ударе молотка по металлу металл «вдавливается», а не раскалывается на куски.

Электропроводность и теплопроводность металлов обусловлены тем, что их внешние электроны делокализованы. Это означает, что электроны не привязаны к какому-либо одному атому, а могут свободно перемещаться по металлу. Металлы можно рассматривать как совокупность атомов, погруженных в море электронов, которые очень подвижны. Это очень способствует проводимости металла.

Море электронов «Море электронов» может свободно течь вокруг кристалла положительных ионов металлов.

Металлы обычно склонны к образованию катионов за счет потери электронов. Примером может служить реакция с кислородом в воздухе с образованием оксидов в различных временных масштабах (железо ржавеет годами, а калий горит за секунды). Переходные металлы (такие как железо, медь, цинк и никель) окисляются медленнее, потому что они образуют пассивирующий оксидный слой, который защищает внутреннюю часть. Другие, такие как палладий, платина и золото, вообще не вступают в реакцию с атмосферой. Некоторые металлы образуют на своей поверхности барьерный слой оксида, через который не могут проникнуть другие молекулы кислорода.В результате они сохраняют свой блестящий вид и хорошую проводимость в течение многих десятилетий (как алюминий, магний, некоторые стали и титан).

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Металлы, являющиеся побочными продуктами, являются технологически важными, но с ними возникают проблемы

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении большей части истории человечества только несколько металлов, включая железо, медь, олово и свинец, использовались повсеместно.Эти древние металлы — это те металлы, которые обычно обнаруживаются в относительно высоких концентрациях, составляющих половину процента или более, в континентальной коре ( 1 ) и производятся в относительно больших объемах. Хотя эти основные металлы, наряду с некоторыми драгоценными металлами, по-прежнему составляют основу любой развитой экономики, это набор других «второстепенных» металлов и металлоидов периодической таблицы, от которых современные технологии все больше зависят для выполнения специализированных функций. В отличие от основных металлов, эти второстепенные металлы обычно находятся в относительно низких концентрациях, менее примерно 0.1%, и в этом случае эти металлы редко образуют собственные жизнеспособные месторождения, а вместо этого встречаются в рудах металлов с аналогичными физическими и химическими свойствами ( 2 ). Таким образом, эти второстепенные металлы часто извлекаются только как побочные продукты при обработке основных металлов, их «хозяев». Таким образом, наличие этих «побочных продуктов» или «сопутствующих» металлов зависит не только от добычи их основного металла (ов), но и от того, извлекаются ли сопутствующие металлы, а не выбрасываются ли они без обработки.Это вызывает обеспокоенность относительно их доступности, учитывая их быстрое развертывание в ряде новых приложений электронной и солнечной энергии (например, галлий и индий), в качестве легирующих элементов в высокотемпературных приложениях (например, кобальт) и в таких технологиях, как морские установки. ветер (например, несколько редкоземельных элементов). Здесь мы представляем исчерпывающую оценку «компаньона» для 62 металлов, указывая для каждого из них глобальный процент, добытый в качестве попутчика. Мы обсуждаем связанные темы, такие как динамический характер товарищеских отношений, дальнейшее рассмотрение факторов риска для сопутствующих металлов и экономическая оценка товарищеских отношений, все из которых являются важными факторами при оценке предложения и доступности полезных ископаемых.

Наши результаты формально представляют собой в большинстве случаев «моментальный снимок во времени» за 2008 год, в основном потому, что большая часть необходимых данных представляется с большими задержками во времени, особенно для редко используемых сопутствующих металлов. Там, где это возможно, мы просмотрели более свежие данные, относящиеся к общению, и видим лишь незначительные изменения. Поэтому мы считаем представленные здесь результаты полностью применимыми к настоящей ситуации.

Степень дружелюбия сильно различается для разных металлов.В случае индия, например, типичные концентрации в руде, содержащей цинк, составляют всего несколько частей на миллион ( 3 ), что слишком мало для добычи самого индия. Таким образом, почти все производство индия происходит как побочный продукт цинка (в гораздо меньших количествах — из оловянных и медных руд, а также как побочный продукт) ( 4 ). Напротив, у серебра иногда есть месторождения, которые достаточно богаты, чтобы позволить прямую добычу серебра. Однако чаще серебро является второстепенным компонентом руд вмещающих металлов, особенно цинка, свинца, меди и золота, и именно из этих руд получается большая часть серебра (около 71% от общего мирового производства). ( 5 ).

Дружелюбие переплетается со сложностями спроса и предложения на металлы. На предложение сопутствующего металла часто не оказывают существенного влияния изменения его спроса. Скорее, производство сопутствующих металлов зависит от поставок их хозяев, что делает предложение сопутствующего металла относительно неэластичным по цене ( 6 ).

Аспекты сложности хоста / компаньона ранее рассматривались в некоторой степени ( 4 , 6 — 12 ), и риски, связанные с компаньонами, были включены в различной степени в несколько оценок «критичности металла» ( 13 — 21 ).Однако исчерпывающая количественная оценка различных аспектов компаньонки еще не представлена. Задачи настоящей работы заключаются в том, чтобы обратиться к общению во всей его широте и определить, создают ли определенные хосты и / или компаньоны ранее нераспознанные проблемы с доступностью материалов. Хотя работа сосредоточена на металлах, металлоиды, такие как селен, также часто встречаются в рудах вмещающих металлов. Для удобства мы используем термин «металлы» для обозначения в дальнейшем металлов или металлоидов.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Оценка сопутствующих товаров на основе объемов производства

Первый шаг в характеристике компаньонности требует количественной оценки ее степени для каждого металла. Это достигается путем оценки процентной доли глобального первичного производства каждого металла, полученного в качестве сопутствующего элемента. Для этого были изучены различные источники первичного производства каждого металла и классифицированы как источники, в которых металл был извлечен в качестве основного или целевого продукта (обычно металл, обеспечивающий наибольший доход), и в этом случае он был обозначен как хозяин, или не так восстановлен, и в этом случае он был обозначен как компаньон.Значения компаньонности были получены для 62 металлов и металлоидов, которые наиболее часто используются в современной технологии и представлены на рис. 1 (подробности в таблице S1). Из этого анализа мы находим, что 61%, или 38 из 62 оцененных металлов, имеют большую часть (то есть> 50%) их мирового производства, полученного в качестве попутчика. Этот результат говорит о том, что общение играет важную роль при рассмотрении предложения и доступности металла (и, в свою очередь, связанных с этим вопросов, таких как дизайн продукта).

рисунок 1 Периодическая таблица товарищества на глобальной основе на 2008 год.

Металлы, которые в основном производятся в качестве хозяев, отображаются синим цветом, а те, которые в основном производятся в качестве компаньонов, — красным. Подробная информация об источниках данных и предположениях представлена ​​в дополнительных материалах.

Следует отметить, что информация, используемая для этих вычислений, может включать разреженные наборы данных различного качества. Кроме того, для сопутствующих металлов не существует прозрачных рынков, как для основных металлов, таких как медь или никель.Операции с сопутствующими металлами между производителями и брокерами, а также между брокерами и пользователями часто полностью основываются на частных контрактах. В результате отчеты о количестве сопутствующих металлов, которые извлекаются и обрабатываются при каждой добыче полезных ископаемых, являются редкостью, а эффективность извлечения для каждого этапа процесса не публикуется. Следовательно, товарищеские отношения обязательно оцениваются на основе отраслевой информации (например, отчетов горнодобывающих компаний и отраслевых ассоциаций), частных консультаций и различных литературных источников (например, U.С. Публикации геологической службы, статьи в научных журналах, научно-технических энциклопедиях. Результаты этого процесса следует рассматривать как обоснованные оценки, а не как точные определения.

Дело не только в том, что большое количество элементов являются компаньонами: те, которые являются компаньонами, обычно расположены рядом друг с другом в периодической таблице из-за сходства их физических и химических свойств. Наиболее очевидные группировки находятся во втором и третьем рядах переходных металлов.Интересно и важно, что металлы все чаще используются в электронной и солнечной энергетике (галлий, германий, селен, индий и теллур), металлы, используемые в качестве легирующих элементов в высокотемпературных приложениях (кобальт, гафний и рений), и несколько редких Земные элементы (празеодим, неодим, тербий, диспрозий и лютеций), важные для морского ветра, освещения и медицинской визуализации, включены в сопутствующие группы металлов в периодической таблице. Мы не будем вдаваться в подробности причин возникновения этих группировок, отметив только, что они, очевидно, связаны с физическими и химическими свойствами элементов (и, в свою очередь, с их совместным присутствием в рудных телах), а также с их совместным присутствием в рудных телах. к их корковому содержанию ( 6 ).С нашей точки зрения, центральным моментом является то, что многие из металлов, столь важных для современных технологий, доступны в основном или полностью в качестве попутчиков. Во многих случаях их наиболее вероятными заменителями являются элементы со схожими физическими и химическими свойствами, элементы, которые также являются компаньонами.

Первичное производство сопутствующего металла может в основном быть связано с одним хозяином или с несколькими хозяевами в различной степени. Например, большая часть (≥90%) поставок селена и теллура связана с медью, тогда как значительная часть поставок серебра связана с цинком, свинцом, медью и золотом.Отношения хост-компаньон для нескольких основных хостов проиллюстрированы на рис. 2, а более полная информация представлена ​​в таблице S1. Этот анализ предполагает, что, хотя есть несколько металлов-компаньонов, связанных с несколькими хозяевами, многие другие в первую очередь (то есть большая часть их первичной продукции) связаны только с одним или двумя хозяевами. Точно так же, хотя металлы-хозяева могут быть хозяевами для нескольких компаньонов, они часто являются основным хозяином (то есть обеспечивают большую часть первичной продукции компаньона) только для нескольких компаньонов.Например, медь может рассматриваться в качестве хозяина для примерно 18 элементов, но она является основным хозяином только для селена и теллура, при этом поставки молибдена из меди составили чуть менее 50% в 2008 году.

Рис. 2 Колесо металлического товарищества.

Основные металлы-хозяева образуют внутренний круг. Сопутствующие элементы появляются во внешнем круге на расстояниях, пропорциональных проценту их первичного производства (от 100 до 0%), которое происходит из указанного металла-хозяина.Сопутствующие элементы в белой области внешнего круга — это элементы, для которых не определен процент их производства, связанный с указанным основным металлом. Источники данных и предположения для оценки приведены в дополнительных материалах. На основе схемы, разработанной ( 10 ).

Динамическое общение

Анализ, представленный на рис. 1 и 2 — это снимки товарищества в 2008 году, и следует признать, что товарищество динамично.То есть изменения в добыче в разных странах или в рудных месторождениях внутри стран могут со временем меняться. Рисунок 3 иллюстрирует эту динамику для кобальта, никеля, меди, молибдена, серебра, платины, рения и золота, где вклад каждого металла в поставку определяется принимающей стороной во времени. Вариации вкладов металлов-хозяев в одних случаях более разительны, чем в других, за представленные периоды времени. В случае молибдена, например, процент молибдена, поставляемого из руд с преобладанием меди, обычно снижается по сравнению с процентом, поставляемым из руд с преобладанием молибдена.Таким образом, с 1985 по 2013 год сопутствующий молибден колеблется от 75 до 47%. Это обратная тенденция, начавшаяся в 1960-х годах, когда медные руды стали важным источником молибдена ( 22 ). Напротив, вклад предложения серебра из руд с преобладанием свинца / цинка, меди, золота и серебра мало изменился с 1998 по 2012 год. Таким образом, вариации в сопутствующем отношении серебра незначительны и варьируются от 77 до 70% за это время период. Кобальт и рений имеют одинаково уникальные ситуации, каждая из которых иллюстрирует взаимодействие между различными месторождениями и связанными с ними металлами.Что касается никеля, меди, платины и золота, наибольший вклад вносят руды, в которых они являются первичным металлом, что отражает их статус в качестве вмещающих металлов. В целом, вклад других металлов в общее производство этих металлов-хозяев невелик и мало меняется с течением времени.

Рис. 3 Динамика дружеского общения.

( A до H ) Вариации вкладов основного металла (вертикальная ось) для кобальта (A), никеля (B), меди (C), молибдена (D), серебра (E), платины (F), рений (G) и золото (H) в процентах от общей первичной продукции за несколько лет (горизонтальная ось).Данные взяты из ( 5 , 37 — 39 ).

Дополнительные факторы риска: геополитически сконцентрированное производство и минимальная переработка отработанных материалов

Еще один интересный аспект сопутствующих металлов — это степень их концентрации в нескольких странах и степень их вторичной переработки по окончании срока службы. Эти аспекты проиллюстрированы на рис. 4 (с подробностями в таблице S2), где сопутствующие отношения показаны в зависимости от концентрации производства на уровне страны, измеренной с помощью индекса Херфиндаля-Хиршмана (HHI).Показатели утилизации по окончании срока службы обозначены цветом символов. Значения HHI для большинства (43 из 62) проанализированных металлов предполагают, что производство металлов является высококонцентрированным (то есть определяется как значение 2500 или выше) ( 23 ), что означает, что источники преимущественно находятся в менее чем трех или четыре страны. В целом, значения HHI, похоже, сгруппированы в двух общих областях, где ровно половина сосредоточена на значении 2500, а другая половина имеет значения больше 5000, как показано на вставке верхней гистограммы на рис.4. Производство металлов с экстремальными значениями HHI (то есть ≥5000) потенциально более уязвимо, потому что они могут быть ограничены рыночными силами, геополитикой или войной легче, чем металлы, источники которых более рассредоточены. Также поразительно, что большинство (20 из 31) металлов с чрезвычайно концентрированным производством — это металлы, которые в настоящее время либо не перерабатываются по окончании срока службы, либо рециркулируются с крайне низким уровнем <1% ( 24 ). Если не произойдет серьезных инноваций в сборе и переработке выброшенных продуктов, содержащих эти сопутствующие металлы, большинство сопутствующих металлов будет извлечено и использовано только один раз.

Рис. 4 Компаньон, концентрация первичного производства и переработка 62 металлов по окончании срока службы.

Концентрация первичного производства измеряется HHI, который рассчитывается как сумма квадратов долей производства отдельных стран. Если сообщаются данные для нескольких стадий производства (например, горнодобывающая промышленность, выплавка и рафинирование), используется стадия производства, которая дает наибольшее значение HHI. Верхняя и боковые вставки указывают распределения по соответствующей оси.Источники данных и допущения для оценки партнерства и концентрации производства приведены в дополнительных материалах (таблицы S1 и S2). Диапазоны степени утилизации в конце срока службы можно получить из ( 24 ).

С точки зрения компаньонов есть также два отдельных кластера на верхнем и нижнем концах диапазона. Вставка правой гистограммы на рис.4 показывает, что большинство (27 из 38) металлов, которые в основном получаются в качестве попутчиков (т. Е. Сопутствующие товары ≥50%), также являются металлами, которые в настоящее время либо не перерабатываются по окончании срока службы, либо рециркулируется с чрезвычайно низким уровнем <1%, тогда как большая часть (13 из 24) металлов, которые в основном используются в качестве хозяев (то есть сопутствующие товары <50%), перерабатываются в конце срока службы со скоростью> 50%.

Расположение металлов как по параметрам геополитической концентрации производства, так и по компаньонам (основная диаграмма на рис. 4) попадает в отдельные кластеры в углах этой двумерной матрицы. Более того, 17 металлов в нижнем левом квадранте с более низкой геополитической концентрацией производства (то есть значением HHI <5000) и более низкой компаньонностью (то есть <50%), в основном, являются металлами с высокими показателями утилизации в конце срока службы. (то есть> 50%). Напротив, металлы в верхнем правом квадранте с экстремальной геополитической концентрацией производства и компаньонами, как правило, имеют более низкий уровень утилизации в конце срока службы (то есть <1%).Именно эти последние 18 металлов - скандий, германий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций, осмий, таллий, висмут и торий - потенциально наиболее потенциально опасны. риск ограничения предложения в связи с сочетанием этих трех факторов.

Экономическая оценка товарищества

Степень сопутствующих свойств любого данного металла по своей сути зависит от определения, используемого в анализе.Мы предполагаем, что товарищество может быть, в целом, более точно определено путем понимания лежащего в основе экономического вклада рассматриваемых металлов, утверждение, которое, возможно, лучше всего понять, когда подчеркивает проблему определения металлов как «побочные продукты» по сравнению с побочными продуктами. Различие между сопутствующими и побочными продуктами представляет собой проблему, поскольку аналитики часто используют эти термины как синонимы. Примеры того, что обычно называют побочными продуктами, не редкость и включают свинец и цинк, никель и медь, тантал и ниобий, а также редкоземельные элементы.

При совместной добыче металлов металл с наибольшим экономическим вкладом может считаться принимающей стороной, а металл с меньшим экономическим вкладом — компаньонами. Металлы с аналогичным экономическим вкладом могут считаться побочными продуктами. В качестве примера аналитик предполагает, что металл должен давать не более 20% выручки, чтобы считаться побочным продуктом, а в противном случае его следует рассматривать как побочный продукт ( 25 ).

Хотя эта экономически обоснованная категоризация обеспечивает интуитивно понятную основу для обозначения металлов в качестве хозяев или компаньонов, она редко применялась для всего производства для всех металлов и часто не может применяться из-за ограниченности данных.Исключение составляют редкоземельные элементы, для которых такой анализ проводился ( 26 ). В этом случае было определено, что в 2008 году редкоземельные элементы производились в качестве попутчиков на всех производственных площадках, кроме месторождений адсорбции ионов в южных провинциях Китая, а также месторождений в провинциях Сычуань и Шаньдун. Для этих месторождений сопутствующие элементы для отдельных редкоземельных элементов основывались на их относительном экономическом вкладе, где элемент с большим экономическим вкладом имеет пропорционально более низкое значение сопутствующего отношения.Сравнивая эти результаты с более обобщенным анализом, представленным на рис. 1, мы отмечаем лишь незначительные изменения в значениях сопутствующего отношения для всех редкоземельных элементов, за исключением иттрия, который имел бы значение 84 вместо 29 — отражение его значения. зависимость от других редкоземельных элементов для восстановления экономики.

Хотя этот тип экономически обоснованной категоризации наводит на размышления, он не решает полностью вопрос о том, что значит быть сопутствующим металлом. С нашей точки зрения, сопутствующий металл — это металл, извлечение которого в финансовом отношении зависит от других металлов, а не просто вместе с хозяином.В частности, можно ли рентабельно добывать металл при нынешней структуре затрат? Мы утверждаем, что, когда это возможно, товарищеские отношения должны определяться на основе того, достаточен ли доход от конкретного металла для покрытия всей себестоимости продаж на руднике и последующих процессов обогащения и рафинирования. Поскольку доля дохода от металлов и эксплуатационные расходы варьируются в зависимости от операции, анализ необходимо проводить для каждой операции, а затем усреднять по размеру этой операции, чтобы получить единое сопоставимое значение для каждого элемента.Мы приходим к диапазону возможных значений от 0 для металлов, которые полностью самодостаточны, до 100 для металлов, которые полностью зависят от других, используя следующее уравнение: (1) для металла i и операции j , где стоимость продаж включает в себя операционные затраты на добычу, обогащение, выплавку и переработку (например, относимые затраты на оплату труда, коммунальные услуги, расходные материалы, транспортировку, налоги, общие услуги и роялти) или относимые затраты на обработку, а также амортизацию, истощение, амортизацию, и изменения в запасах металлов.То есть «насколько для рентабельной работы металл и на руднике j зависит от доходов от других металлов, полученных в результате этой операции?

Пример прояснит это определение хоста и компаньона. Рассмотрим элементы платиновой группы, месторождения которых иногда наиболее богаты платиной, иногда палладием, а иногда и другими металлами. На рис. 5 показаны источники элементов платиновой группы на пяти различных предприятиях в пяти странах в 2008 году. Для рудников Южной Африки и Зимбабве платина является крупнейшим источником доходов.Доходы от платины превышают себестоимость продаж, и поэтому платина действительно является хозяином обоих этих рудников, поскольку ее рентабельное производство не зависит от других металлов. Ни один другой металл в этих двух примерах не приносит достаточно больших доходов, чтобы покрыть себестоимость продаж, поэтому эти металлы могут считаться попутными в разной степени, исходя из вклада каждого металла в выручку относительно себестоимости продаж этой операции.

Рис. 5 Вклад в выручку по металлам (в порядке убывания) для пяти рудников, производящих элементы платиновой группы.

Красная линия отмечает точку, в которой выручка покрывает себестоимость продаж, тем самым определяя зависимость металлов. Для шахт Канады и США себестоимость продаж превышает выручку, на что указывает красный номер справа. Подробная информация об источниках данных (то есть годовых отчетах компании) и допущениях приведена в дополнительных материалах.

В примере с Россией на рис. 5 никель покрывает всю себестоимость продаж в 2008 году. Медь является вторым по величине источником, но сама по себе она не покрыла бы себестоимость продаж.Очевидно, что на канадском руднике палладий является металлом, который приносит наибольшую прибыль и обычно считается основным, но в этом конкретном году рудник испытывал дефицит, а затраты превышали всю выручку. На руднике в США, который в том году также испытывал дефицит, палладий и платина обеспечивали почти равную выручку и считались бы сопутствующими продуктами.

Для количественной оценки сопутствующих свойств металла мы усреднили по весу отношение доли дохода от металла к себестоимости продаж для каждого рудника по объему продаж этого металла на каждом руднике по отношению к его глобальным продажам по всем операциям.Чтобы проиллюстрировать этот процесс, мы выполнили этот расчет для элементов платиновой группы, используя данные из годовых отчетов компании (рис.6, с подробностями в дополнительных материалах), и обнаружили, что сопутствующий фактор для платины, палладия, родия, рутения и иридия составляет 17 , 80, 48, 95 и 99 соответственно. Сравнивая эти результаты с более обобщенным анализом, представленным на рис.1, мы снова отмечаем лишь незначительные изменения в значениях сопутствующего отношения для платины (16 против 17), палладия (80 против 97), рутения (95 против 100) и иридия (99). против 100).Только для родия результаты существенно меняются (48 против 100), что отражает возможность того, что родий будет практически самодостаточным в 2008 году из-за его высокой цены. Мы предполагаем, что аналогичные обстоятельства могут быть найдены и для других металлов с достаточно большим экономическим вкладом. Однако в большинстве случаев идентифицированные компаньоны, вероятно, вносят лишь небольшой вклад в общий доход и вряд ли покроют значительную часть себестоимости продаж. Как уже упоминалось ранее, определение сопутствующих услуг завершено в 2008 году, но доходы и расходы могут значительно отличаться с течением времени.Как следствие, наши результаты представляют собой моментальный снимок во времени, который подчеркивает природу взаимозависимости этих металлов.

Рис. 6 Оценка экономического товарищества.

( A от до E ) Сопутствующие товары платины (A), палладия (B), родия (C), рутения (D) и иридия (E) в 2008 г. рассчитываются на основе доли дохода каждого металла относительно себестоимость продаж по 36 операциям (высота столбца) в порядке возрастания.Ширина столбцов пропорциональна доле продаж каждой операции в процентах от мировых продаж. Средневзвешенные значения продаж по каждому металлу представлены горизонтальными линиями.

ОБСУЖДЕНИЕ

Недооцененные ограничения для общения

Один из аспектов сопутствующего примечания заключается в том, что, когда металл добывается в основном или полностью в качестве компаньона, его производство часто не может быстро реагировать на быстрые изменения спроса, и, как следствие, его цена может сильно колебаться.Это связано с тем, что производство сопутствующих металлов сильно зависит от производства их хозяев (ов). Ситуация может усугубляться заметными различиями в рыночных требованиях компаньонов и их хозяев, что еще раз подтверждается исследованием элементов платиновой группы. Как мы показали, рутений почти полностью получают в качестве компаньона, поэтому его первичное производство в значительной степени зависит от изменений в производстве его основного хозяина, платины. В конце 2006 года спрос на рутений быстро увеличился из-за увеличения его использования в жестких дисках и покупок спекулятивными покупателями.Не имея возможности расширять производство рутения более высокими темпами, чем производимые в нем металлы, спрос на рутений должен был частично удовлетворяться за счет наземных запасов, накопленных в предыдущие годы ( 27 ). Однако это не помешало быстрому росту цены на рутений до 870 долларов США за тройскую унцию к середине февраля 2007 года, что в 9 раз больше, чем в предыдущем году, и в 29 раз больше, чем в 2003 году ( 28 ). В конечном итоге рынок стабилизировался, но в 2010 году ситуация повторилась, отражая относительную неэластичность предложения и отсутствие долгосрочного решения.Подобные случаи несоответствия спроса и предложения на основные и сопутствующие металлы не редкость ( 11 ).

Токсичность также может влиять на запасы металла-компаньона. Принципиальным примером в этом случае является свинец, широко используемый в автомобильных аккумуляторах. Свинец частично заменяется другими аккумуляторными технологиями по мере роста популярности гибридных и электромобилей ( 29 ), но сокращение добычи свинца со временем может поставить под угрозу поставки сурьмы и висмута, для которых свинец является основным источником.Аналогичная ситуация может возникнуть с таллием, токсичным компаньоном цинка ( 30 ). Из-за сложностей регулирования, связанных с переработкой токсичных металлов, добытчик цинка может решить не вкладывать средства в извлечение таллия, и в результате могут возникнуть ограниченные поставки таллия.

Другая ситуация существует с кадмием, металлом, широко используемым в ряде батарей, но некоторые другие применения постепенно прекращаются из-за токсичности кадмия ( 31 ).Кадмий является спутником цинка, и примерно половина всего цинка используется в качестве антикоррозионного покрытия для стали. Если спрос на оцинкованную сталь будет высоким, то будет и спрос на цинк, а кадмий будет извлекаться из рудных тел независимо от спроса. Кадмий не может быть восстановлен во время обработки основного металла, но это приведет к увеличению запасов кадмия над землей, и может потребоваться его хранение и мониторинг с течением времени. Торий как компаньон редкоземельных элементов является аналогичным примером.

Путь вперед

Какие варианты существуют, если первичное производство сопутствующих металлов станет ограниченным? Одна из них — это, безусловно, улучшенная утилизация по окончании срока службы.На рисунке 4 показано, что переработка большинства сопутствующих металлов по окончании срока службы практически отсутствует. Однако увеличение объемов вторичной переработки является проблемой, поскольку сопутствующие металлы часто используются в небольших количествах в сложных смесях материалов (например, в электронике), сбор и разделение которых могут быть затруднены. Следовательно, если повышенная переработка сопутствующих металлов в конце жизненного цикла станет приоритетной задачей, переработку необходимо будет улучшить на этапе проектирования продукта.

Замена сопутствующего металла другим материалом также теоретически является способом снижения спроса.В некоторых случаях (например, никель для палладия в многослойных керамических конденсаторах) этот подход оказался возможным. Однако часто лучшим заменителем сопутствующего металла является другой сопутствующий металл, часто из того же хозяина, из-за сходных физических и химических свойств ( 32 , 33 ). Таким образом, хотя в некоторых случаях могут существовать возможности замещения, переход к радикально другим технологиям, в которых используются совершенно другие металлы, гораздо более вероятен, чем замена, чтобы изменить использование сопутствующих металлов.

Возможно, самый многообещающий способ увеличить запасы сопутствующих металлов, если это необходимо, — это увеличить скорость извлечения сопутствующих металлов из руд вмещающих металлов. По ряду технологических и финансовых причин, а также по разному спросу на сопутствующие металлы, эти ставки, как правило, довольно низкие. Хотя информация об эффективности процесса, как правило, является частной собственностью, мы обнаружили, что эффективность извлечения некоторых сопутствующих металлов может составлять всего 10% ( 11 , 34 ). Повышение этих ставок потребует капитальных затрат, а сопутствующий спрос на металл может обеспечить недостаточную отдачу от инвестиций, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

Рассмотрим ситуацию с сопутствующим металлом, индием, добываемым с одним из его хозяев, цинком. Спрос на индий значительно вырос за последние несколько десятилетий, особенно с увеличением спроса на плоские дисплеи, в которых используется оксид индия и олова; Таким образом, первичное производство индия с 1975 по 2012 год увеличилось на 1675% ( 35 ). Как отмечалось ранее, подавляющее большинство индия извлекается вместе с цинком. В отличие от индия, первичное производство цинка увеличилось на скромные 231% за тот же период времени ( 36 ).Это стало возможным благодаря усиленному извлечению индия из руды с преобладанием цинка ( 36 ). Если такое неравенство в спросе хозяина и компаньона сохранится, потребуется улучшить извлечение индия из цинковых руд или большую часть спроса на индий придется удовлетворять из других источников (например, олова, свинца). — и руды с преобладанием меди).

Нельзя отрицать, что широкое использование сопутствующих металлов привело к заметному повышению производительности во многих отраслях продукции.Устойчивое использование этих видов использования может стать проблемой в будущем из-за зависимости поставок сопутствующих металлов от производства металлов-хозяев. Дизайнеры продукции должны рассматривать возможность использования сопутствующего металла только с учетом ситуации со спросом и предложением. Вполне вероятно, что в будущем потребуется улучшение утилизации сопутствующих металлов в конце жизненного цикла вместе с разработкой процессов, позволяющих более эффективно извлекать сопутствующие металлы из руд, в которых они находятся. В настоящее время большая часть современных технологий зависит от металлов, поставки которых неопределенны и рыночные операции с которыми в значительной степени непрозрачны; вместе это создает ситуацию с поставками, которую трудно поддерживать.

Благодарности: Мы благодарим членов Йельского центра промышленной экологии за их вклад. Финансирование: Мы также хотели бы поблагодарить A-1 Specialized Services & Supplies, General Electric Global Research Center, Renault Group, Volkswagen Group, Grundfos Holding A / S и Shell Global Solutions за поддержку и вклад, а также Национальную науку США. Фонд поддержки. Вклад авторов: T.E.G., N.T.N. и E.M.H. задумал исследование; Н.Т. разработала методологию; T.E.G., N.T.N. и E.M.H. выполнил анализы; N.T.N. создал фигуры; и T.E.G., N.T.N. и E.M.H. написал рукопись. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Прилипают ли магниты к нержавеющей стали? | Узнайте, какие металлы являются магнитными и почему некоторые металлы не являются магнитами

Прилипают ли магниты к нержавеющей стали? | Узнайте, какие металлы являются магнитными и почему некоторые металлы нет — Magnets.com

Магазин не будет работать правильно, если файлы cookie отключены.

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для наилучшей работы с нашим сайтом обязательно включите Javascript в своем браузере.

БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА! Найдите здесь свой промокод

18 марта

Многие думают, что знают ответ на вопрос «К чему прилипают магниты?» или «Прилипают ли магниты к нержавеющей стали?» и чаще всего их ответ будет «металлы» или «магниты прилипают ко всем металлам».Однако это верно лишь отчасти, потому что магниты прилипают к некоторым типам металлов, и определение того, какие металлы являются магнитными, является процессом обучения. Например, представьте, что прямо перед вами стоят два металлических шкафа: один из алюминия, а другой — из стали. Когда вы пытаетесь наклеить магниты на шкафы, магнит соскользнет с алюминиевого шкафа и плотно прилипнет к стальному шкафу.

Основные сведения

Самый точный ответ на вопрос (ы): «К чему прилипают магниты?» или «Какие металлы магнитные?» это «ферромагнитные материалы.«Ферромагнетизм — это основа, на которой работают нестандартные магниты на холодильник. Любой ферромагнитный материал может заставить магниты прочно прилипать к ним. Вот наиболее распространенные ферромагнитные материалы:

• Утюг
• Кобальт
• Никель
• Сталь
• Марганец
• Гадолиний
• Магнитный камень

Проблема сильных и слабых металлов

В своем естественном состоянии такие металлы, как латунь, медь, золото и серебро, не притягивают магниты.Это потому, что они изначально являются слабыми металлами. Магниты прикрепляются только к прочным металлам, таким как железо и кобальт, и поэтому не все типы металлов могут заставить магниты прилипать к ним, что отвечает на вопрос «почему некоторые металлы не являются магнитными?» Однако вы можете добавить к слабым металлам такие свойства, как железо или сталь, чтобы сделать их прочнее. Даже добавление очень небольшого количества железа в такой металл, как золото, может сделать его магнитным.

Нержавеющая сталь и магниты

Сталь — это металл, к которому прилипают магниты, потому что в стали можно найти железо.Однако нержавеющие стали составляют большую группу стальных сплавов, которые сделаны из металлов разного состава. В то время как в некоторых содержится больше хрома, в некоторых может быть больше железа. Вот почему вы обнаружите, что, хотя некоторые типы нержавеющей стали являются магнитными, другие типы нержавеющей стали не заставляют магниты прилипать к ним, что дает ответы на извечные вопросы: «Прилипнет ли магнит к нержавеющей стали?» и «почему некоторые металлы не магнитные?» Нержавеющая сталь часто используется в широком спектре бытовой техники, поэтому, если вы поэкспериментируете, вы можете обнаружить, что магнит на холодильник прилипает к духовке, но не прилипает к рисоварке.

Магниты не прилипают к неметаллическим материалам

Большинство людей по опыту знают, что магниты не прилипают к неметаллическим материалам, таким как дерево, пластик, стекловолокно, текстиль. Академический термин для материалов, которые не притягивают магниты, — диамагнитный. Вот почему вы не увидите, например, магнитной визитки, приклеенной к деревянному столу!

Широкий спектр поверхностей, притягивающих магниты

Магниты привлекают множество поверхностей, и именно поэтому магниты имеют широкую аудиторию в качестве маркетингового инструмента.Если вы ищете магнитные идеи для рекламы своего бизнеса, вы обратились по адресу! Многие туристы выбирают магниты в качестве сувениров, а многие компании выбирают магниты с индивидуальной печатью для своих рекламных нужд. Эти типы магнитов очень доступны по цене и сохраняют свою привлекательность в течение длительного времени. Например, магниты можно наклеивать на белые доски, школьные и рабочие шкафчики, автомобили и грузовики, большинство холодильников и посудомоечных машин, офисные шкафы для документов, металлические стеллажи и промышленное оборудование, металлические ящики для инструментов и многие другие предметы, которые можно найти дома или в офисе.Магниты — отличный инструмент для распространения информации о вашем местном бизнесе или поддержки дела, которое вам небезразлично. Итак, когда в следующий раз вас спросят: «Прилипает ли магнит к нержавеющей стали?» или «магниты прилипают к алюминию?» ответьте на них с уверенностью и научно обоснованными рассуждениями.

Заказать наклейки разных размеров на Customizedstickers.com

У нас есть огромный ассортимент наклеек разных размеров на выбор, и мы всегда готовы помочь.Думаете, вам скоро понадобятся нестандартные стикеры? Не стесняйтесь обращаться к нам и узнавать о наших превосходных продуктах и ​​услугах.

.