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浅谈有色金属家族
2010/3/13
人类已发现蕴藏在自然界的103种天然元素中，凡具有良好导电、导热和可煅性的天然元素称金属，如铁、铜、铝、钛、镁等。通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属包括铁、铬、锰和它们的合金。除铁、铬、锰以外的83种金属（包括13种人造超铀元素）都叫有色金属。
为了研究方便，根据有色金属的性质、矿石特性、用途和使用时间早晚的不同分为5大类。
一、轻有色金属
包括铝（Al）、镁（Mg）、钠（Na）、钾（K）、钙(Ca)、锶（Sr）、和钡（Ba）7种。这类金属的共同特点是：密度小（0.53-4.5），化学活性大，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。
二、重有色金属
锑（Sb）锶（Sr）铍（Be）铀(U)
包括铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、锑（Sb）、汞（Hg）镉(Cd)、铋(Bi)10种。其特点是密度大，如铅为11.34.每一种重有色金属根据其特性，在国民经济各部门中都具有其特殊的应用范围和用途。例如，铜是军工及电气设备的基本材料；铅在化工方面制耐酸管道、蓄电池等有着广泛应用；镀锌的钢材广泛应用于工业和生活方面；而镍和钴则是制定高温合金与不锈钢的重要合金元素。
三、贵金属
金（Au）、银（Ag）和铂族元素[铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（lr）、钌（Ru）]称为贵金属。这类金属由于对氧及其他试剂的稳定性，且在地壳中含量少，开采和提取比较困难，故价格比一般金属贵。这类金属除金银铂有单独的矿物，可以从矿石中生产一部分外，大部分要从铜、铅、锌、镍等冶炼厂的副产品（阳极泥）中回收。它们的特点是密度大（10.4－22.4）其中铂、铱、锇是金属元素中最重的金属。熔点高（916－3000℃）；化学性质稳定，能抵抗酸碱的腐蚀。另外，金和银具有高度的可煅性和可塑性，钯和铂也有良好的可塑性，其他均为脆性金属。金银有良好的导电性和导热性，铂族元素却很低。贵金属广泛应用于电气、电子工业、空间技术以及高温仪表和接触剂等。
四、半金属
一般是指硅（Si）、硒（Se）碲（Te）、砷（As）、硼（B）、这五种元素，工业上将其归类于有色金属家族。这类金属的物理化学性质介于金属和非金属之间，如砷是非金属，但又能导电传热。此类金属根据各自的特性有不同的用途。如硅是半导体主要材料之一，砷、碲、硒是制造化合物半导体的原料，硼是重要的合金元素。
五、稀有金属
这类金属的特点是发现较晚，提取困难，工业上应用也较晚。由于数量较多，为了研究上的方便，按其性质、提取方法和在地壳中存在的特征，又将其分为5类：
（一）轻稀有金属（包括五个金属：锂、铍、铷、铯、钛），其特点是密度小，如锂为0.534，化学活性很强。这类金属的氧化物和氯化物都具有很高的化学稳定性，很难还原，常用熔盐电解法生产。
（二）稀有高熔点金属（亦称稀有难熔金属），包括8种金属：锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)，其特点是熔点高，如钨的熔点为3410℃；硬度大，抗蚀性强，可与一些非金属生成非常硬的难熔的稳定化合物。如碳化物、氮化物、硅化物和硼化物。这些化合物是生产硬质合金的重要材料。
（三）稀有分散金属（亦称稀散金属），包括镓(Ca)、铟(In)、铊(Tl)、锗(Ce)，其特点是这类金属在地壳中很分散，常伴生在其他矿床中，但其产量极少，没有工业价值，通常都是从冶金工厂或化工厂的废料中提取的。如电解铜的阳极泥、冶炼铅锌和铝的炉渣及烟尘等。
（四）稀土金属，包括钪(Sc)、钇(Y)及镧(La)系元素，共17个：钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。从镧到铕，为轻稀土；从钆到镥含钪、钇为重稀土。18世纪时，只能获得外观似碱土（如氧化钙）的稀土氧化物，故起名“稀土”，并沿用至今。这些金属的原子结构相同，因而化学性质很近似。在矿石中它们总是伴生在一起，在提取过程中，需经繁杂作业才能逐个提炼分离出来。
（五）稀有放射性金属，有6种天然放射性元素：天然放射性元素钋(Po)、镭(Ra)、锕(Ac)、钍(Th)、镤(Pa)和铀(U)及13种人造超铀元素钫(Pr)、锝(Tc)、镎(Np)、钚（Pu)、镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)、镄(Fm)、钔(Md)、锘(No)和铹(Lw)。天然放射性元素在矿石中往往是共同存在的，它们常常与稀土金属矿伴生。这类金属在原子能工业方面起着及其重要的作用。
众所周知，材料、信息、能源是当代文明的三大支柱，而材料又是一切技术发展的基础。从工业到农业，从军用到民用，都需要各种各样的有色金属，没有数量足够、品种齐全、质量合格的有色金属，就没有一个国家的现代化。我国有色金属工业发展迅速，目前已探明的钨锡锑钛锌钽铌稀土、铝、镍、贡、钼等有色金属矿的储量均居世界前列，有色金属产量及品种亦居世界前列。
为了研究方便，根据有色金属的性质、矿石特性、用途和使用时间早晚的不同分为5大类。
一、轻有色金属
包括铝（Al）、镁（Mg）、钠（Na）、钾（K）、钙(Ca)、锶（Sr）、和钡（Ba）7种。这类金属的共同特点是：密度小（0.53-4.5），化学活性大，与氧、硫、碳和卤素的化合物都相当稳定。
二、重有色金属
锑（Sb）锶（Sr）铍（Be）铀(U)
包括铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、锑（Sb）、汞（Hg）镉(Cd)、铋(Bi)10种。其特点是密度大，如铅为11.34.每一种重有色金属根据其特性，在国民经济各部门中都具有其特殊的应用范围和用途。例如，铜是军工及电气设备的基本材料；铅在化工方面制耐酸管道、蓄电池等有着广泛应用；镀锌的钢材广泛应用于工业和生活方面；而镍和钴则是制定高温合金与不锈钢的重要合金元素。
三、贵金属
金（Au）、银（Ag）和铂族元素[铂（Pt）、铑（Rh）、钯（Pd）、锇（Os）、铱（lr）、钌（Ru）]称为贵金属。这类金属由于对氧及其他试剂的稳定性，且在地壳中含量少，开采和提取比较困难，故价格比一般金属贵。这类金属除金银铂有单独的矿物，可以从矿石中生产一部分外，大部分要从铜、铅、锌、镍等冶炼厂的副产品（阳极泥）中回收。它们的特点是密度大（10.4－22.4）其中铂、铱、锇是金属元素中最重的金属。熔点高（916－3000℃）；化学性质稳定，能抵抗酸碱的腐蚀。另外，金和银具有高度的可煅性和可塑性，钯和铂也有良好的可塑性，其他均为脆性金属。金银有良好的导电性和导热性，铂族元素却很低。贵金属广泛应用于电气、电子工业、空间技术以及高温仪表和接触剂等。
四、半金属
一般是指硅（Si）、硒（Se）碲（Te）、砷（As）、硼（B）、这五种元素，工业上将其归类于有色金属家族。这类金属的物理化学性质介于金属和非金属之间，如砷是非金属，但又能导电传热。此类金属根据各自的特性有不同的用途。如硅是半导体主要材料之一，砷、碲、硒是制造化合物半导体的原料，硼是重要的合金元素。
五、稀有金属
这类金属的特点是发现较晚，提取困难，工业上应用也较晚。由于数量较多，为了研究上的方便，按其性质、提取方法和在地壳中存在的特征，又将其分为5类：
（一）轻稀有金属（包括五个金属：锂、铍、铷、铯、钛），其特点是密度小，如锂为0.534，化学活性很强。这类金属的氧化物和氯化物都具有很高的化学稳定性，很难还原，常用熔盐电解法生产。
（二）稀有高熔点金属（亦称稀有难熔金属），包括8种金属：锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)，其特点是熔点高，如钨的熔点为3410℃；硬度大，抗蚀性强，可与一些非金属生成非常硬的难熔的稳定化合物。如碳化物、氮化物、硅化物和硼化物。这些化合物是生产硬质合金的重要材料。
（三）稀有分散金属（亦称稀散金属），包括镓(Ca)、铟(In)、铊(Tl)、锗(Ce)，其特点是这类金属在地壳中很分散，常伴生在其他矿床中，但其产量极少，没有工业价值，通常都是从冶金工厂或化工厂的废料中提取的。如电解铜的阳极泥、冶炼铅锌和铝的炉渣及烟尘等。
（四）稀土金属，包括钪(Sc)、钇(Y)及镧(La)系元素，共17个：钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。从镧到铕，为轻稀土；从钆到镥含钪、钇为重稀土。18世纪时，只能获得外观似碱土（如氧化钙）的稀土氧化物，故起名“稀土”，并沿用至今。这些金属的原子结构相同，因而化学性质很近似。在矿石中它们总是伴生在一起，在提取过程中，需经繁杂作业才能逐个提炼分离出来。
（五）稀有放射性金属，有6种天然放射性元素：天然放射性元素钋(Po)、镭(Ra)、锕(Ac)、钍(Th)、镤(Pa)和铀(U)及13种人造超铀元素钫(Pr)、锝(Tc)、镎(Np)、钚（Pu)、镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)、镄(Fm)、钔(Md)、锘(No)和铹(Lw)。天然放射性元素在矿石中往往是共同存在的，它们常常与稀土金属矿伴生。这类金属在原子能工业方面起着及其重要的作用。
众所周知，材料、信息、能源是当代文明的三大支柱，而材料又是一切技术发展的基础。从工业到农业，从军用到民用，都需要各种各样的有色金属，没有数量足够、品种齐全、质量合格的有色金属，就没有一个国家的现代化。我国有色金属工业发展迅速，目前已探明的钨锡锑钛锌钽铌稀土、铝、镍、贡、钼等有色金属矿的储量均居世界前列，有色金属产量及品种亦居世界前列。