有色金屬元素是指金屬元素中除鐵、錳、鉻以外的金屬。到目前為止,在自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素有103種,金屬元素占86種,其中有色金屬為83種(包括5種半金屬)。
現(xiàn)在,世界上對于金屬元素有兩種分類方法:美國、西歐、日本等國,把金屬元素分為鐵金屬和非鐵金屬兩大類。蘇聯(lián)及東歐國家將金屬元素分為黑色金屬和有色金屬兩類。我國采用的是后者。但是“黑色”和“有色”的命名不是確切定義,只是慣稱而已。
有色金屬按其性質(zhì)、儲量、使用的發(fā)展情況,可分為5種:
(1) 比重小于4.5的為輕金屬,如鋁、鎂、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇等。
(2)比重大于4.5的為重金屬,如銅、鉛、鋅、錫、鎳、鈷、銻、鉍、鎘和汞等。
(3)貴金屬因價(jià)格比一般金屬昂貴而得名,包括金、銀和鉑族金屬(鋨、銥、鉑、釕、銠、鈀)等8種元素。
(4)稀有金屬指自然界中儲量少、分布極為分散、開采和提煉十分困難,且使用發(fā)展較晚的金屬,共有53種元素??煞譃椋孩傧∮休p金屬(包括鋰、鈹、銣、銫4種元素);②稀有高熔點(diǎn)金屬(包括鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鈦、鋯、鉿、錸9種元素);③稀散金屬(包括鎵、銦、鍺、鉈4種元素);④稀土金屬(包括鑭系、鈧、釔等17種元素);⑤稀有放射性金屬(包括釙、鐳、錒、釷、鏷、鈾及超鈾元素等19種元素)。
(5)半金屬、性質(zhì)介于金屬和非金屬之間,包括硅、硼、砷、碲、硒等元素。
有色金屬中的銅、鉛、錫等,在公元前幾千年就被人類發(fā)現(xiàn)和使用,遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于鐵的發(fā)現(xiàn)和使用,人類歷史經(jīng)過青銅時(shí)代之后才是鐵器時(shí)代,有色金屬對于古代生產(chǎn)力的發(fā)展起了積極的推動作用。中國早在公元前2000多年前就發(fā)明了冶煉銅和錫的技術(shù),并能制取銅錫合金、銅鉛合金(錫青銅和鉛青銅),比羅馬人開采銅礦還要早1200年。在湖北大冶銅綠山發(fā)掘的宋代采礦遺址,根據(jù)對冶煉礦渣的測定,金屬回收率達(dá)90%,說明當(dāng)時(shí)我國冶煉技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高水平。18世紀(jì)以來,幾十種有色金屬元素相繼被發(fā)現(xiàn),有色金屬的提煉和使用也隨之有了發(fā)展。中國的有色金屬工業(yè),建國以來有很大發(fā)展。1949年只能生產(chǎn)7種有色金屬,現(xiàn)在已能生產(chǎn)64種有色金屬。1983年,中國有色金屬產(chǎn)量已上升到世界第六位。
有色金屬加工成的材料品種繁多,用途極其廣泛,是國民經(jīng)濟(jì)各部門不可缺少的重要材料,也廣泛用于人們的日常生活。先進(jìn)國家有色金屬產(chǎn)量一般占鋼鐵產(chǎn)量的3~5%。有色金屬同鋼鐵構(gòu)成國民經(jīng)濟(jì)三大材料之一,隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對有色金屬的需求也日益增長。在當(dāng)今世界新技術(shù)革命中對有色金屬材料的需要越來越多樣化。如核工業(yè)需要由鈾、鋯、鉿;航天工業(yè)需要鋁、鈦、鉭、鈮;電子工業(yè)需要硅、鍺;超導(dǎo)技術(shù)需要鈮、鎵、釩、鈦、稀土金屬在生物工程中有重要作用。所以有色金屬材料,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域是不可缺少并處于舉足輕重的地位,有很大發(fā)展前途。
有色金屬工業(yè) 是包括從有色金屬礦石的開采、選礦、冶煉、合金制取到加工的工業(yè)體系。絕大多數(shù)有色金屬在自然界中含量少、礦石品位低、礦物種類繁多,且又多種元素共生,大都以硫酸亞鐵化物形態(tài)存在,這就使有色金屬工業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜、工序多、流程長而且危害多。其主要特點(diǎn)有:
(1)礦石品位低,使采礦量大,選礦、冶煉工藝流程長。如品位0.5%的銅礦就有開采價(jià)值,而品位30%的鐵礦則是貧礦。銅精礦需要4~5道生產(chǎn)工序才能煉出銅,而鐵礦石一道工序就煉出鐵,兩道工序可煉成鋼。
(2)有色金屬冶煉是復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程,反應(yīng)速度很快,進(jìn)行劇烈的能量轉(zhuǎn)換和釋放,反應(yīng)速度控制不好就會發(fā)生事故。
(3)產(chǎn)生和使用大量有毒、有害和易燃易爆物質(zhì)。如液態(tài)二氧化硫、液氯、煤氣、氫氣、氧氣、重油及各種有機(jī)萃取劑等。這些物質(zhì)危險(xiǎn)性大,容易發(fā)生泄漏引起火災(zāi)和爆炸。如鎂、鋁、鈉、鉀、鈦等有色金屬,其本身即是易燃易爆物質(zhì)。
(4)生產(chǎn)中使用大量的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì),會造成廠房、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、壽命短,而容易潛伏重大事故隱患。
(5)有色金屬及其化合物大多是有毒物質(zhì)。如鉛、鎘、砷、汞、鈹?shù)龋谏a(chǎn)中容易使作業(yè)人員中毒。如鉛中毒、砷化氫中毒、汞中毒,等等。
(6)有色金屬生產(chǎn)較之鋼鐵生產(chǎn)的企業(yè)規(guī)模小,非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備多。由于要對多種金屬進(jìn)行綜合回收,需要多道工序和復(fù)雜的分離提純技術(shù);各種渣子、煙氣、廢液需要反復(fù)提煉和倒運(yùn);此外,機(jī)械化水平低,手工操作多,勞動強(qiáng)度大,生產(chǎn)連續(xù)性也差。
(7)有些元素,本身就是放射性元素,也有些金屬本身雖無輻射性危害,但其礦物中含有放射性元素,如鈮精礦、鉭精礦、鋰精礦,對人體會造成危害。
有色金屬生產(chǎn)過程中的塵毒有較大危害,高溫輻射和噪聲對人體也有危害,加以作業(yè)條件和生產(chǎn)環(huán)境差,防治職業(yè)病和環(huán)境污染任務(wù)較艱難。