μη σιδηρούχο μέταλλο

Τα μη σιδηρούχα μέταλλα, γνωστά και ως μη σιδηρούχα μέταλλα με στενή έννοια, αναφέρονται σε όλα τα μέταλλα εκτός από το σίδηρο (μερικές φορές μαγγάνιο και χρώμιο) και τα κράματα με βάση τον σίδηρο.

Σε γενικές γραμμές, τα μη σιδηρούχα μέταλλα περιλαμβάνουν επίσης μη σιδηρούχα κράματα, τα οποία είναι κράματα που αποτελούνται από ένα ή περισσότερα άλλα στοιχεία που προστίθενται σε μια μήτρα μη σιδηρούχων μετάλλων (συνήθως μεγαλύτερη από 50%).

Τα μη σιδηρούχα μέταλλα είναι τα θεμελιώδη υλικά για την ανάπτυξη της εθνικής οικονομίας και η συντριπτική πλειονότητα των βιομηχανιών όπως η αεροπορία, η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η κατασκευή μηχανημάτων, η ηλεκτρική ενέργεια, η επικοινωνία, οι κατασκευές και οι οικιακές συσκευές βασίζονται σε μη σιδηρούχα μέταλλα για παραγωγή . Με την ταχεία ανάπτυξη της σύγχρονης χημικής μηχανικής, της γεωργίας και της επιστήμης και τεχνολογίας, η θέση των μη σιδηρούχων μετάλλων στην ανθρώπινη ανάπτυξη γίνεται όλο και πιο σημαντική. Δεν είναι μόνο σημαντικό στρατηγικό υλικό και μέσο παραγωγής στον κόσμο, αλλά και απαραίτητο υλικό για κατανάλωση στην ανθρώπινη ζωή.

Αλουμίνιο
Το αλουμίνιο είναι ένα μεταλλικό στοιχείο με σύμβολο Al και ατομικό αριθμό 13. Η στοιχειακή του ουσία είναι ένα ασημί λευκό ελαφρύ μέταλλο. Έχει επεκτασιμότητα. Τα προϊόντα κατασκευάζονται συχνά σε ράβδους, φύλλα, φύλλα, σκόνες, λωρίδες και νήματα. Ένα στρώμα μεμβράνης οξειδίου μπορεί να σχηματιστεί σε υγρό αέρα για την πρόληψη της διάβρωσης του μετάλλου. Η σκόνη αλουμινίου μπορεί να καεί βίαια όταν θερμαίνεται στον αέρα και να εκπέμπει εκθαμβωτικές λευκές φλόγες. Διαλύεται εύκολα σε διαλύματα αραιού θειικού οξέος, νιτρικού οξέος, υδροχλωρικού οξέος, υδροξειδίου του νατρίου και υδροξειδίου του καλίου, αλλά δύσκολο να διαλυθεί στο νερό. Η σχετική πυκνότητα είναι 2,70. Σημείο τήξης 660 βαθμοί. Σημείο βρασμού 2327 βαθμοί . Το αλουμίνιο είναι το τρίτο πιο άφθονο μεταλλικό στοιχείο στον φλοιό της Γης, μετά το οξυγόνο και το πυρίτιο. Η ανάπτυξη των τριών σημαντικών βιομηχανιών της αεροπορίας, των κατασκευών και των αυτοκινήτων απαιτεί υλικά με μοναδικές ιδιότητες του αλουμινίου και των κραμάτων του, γεγονός που διευκολύνει σημαντικά την παραγωγή και εφαρμογή αυτού του νέου μεταλλικού αλουμινίου. Εφαρμόζεται ευρέως.

Χαλκός
Ο χαλκός είναι ένα μεταλλικό στοιχείο και επίσης ένα στοιχείο μετάβασης, με το χημικό σύμβολο Cu, αγγλικό χαλκό και ατομικό αριθμό 29. Ο καθαρός χαλκός είναι ένα μαλακό μέταλλο με κόκκινο πορτοκαλί χρώμα και μεταλλική λάμψη κατά την πρώτη κοπή και μωβ κόκκινο χρώμα στο στοιχειώδης μορφή. Καλή ολκιμότητα, υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα, επομένως είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο υλικό σε καλώδια, ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως δομικό υλικό για το σχηματισμό διαφόρων κραμάτων. Τα κράματα χαλκού έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και χαμηλή ηλεκτρική ειδική αντίσταση, με σημαντικότερα τον μπρούτζο και τον ορείχαλκο. Επιπλέον, ο χαλκός είναι επίσης ένα ανθεκτικό μέταλλο που μπορεί να ανακυκλωθεί πολλές φορές χωρίς να διακυβεύονται οι μηχανικές του ιδιότητες. Τα δισθενή άλατα χαλκού είναι οι πιο κοινές ενώσεις χαλκού, με τα ενυδατωμένα ιόντα να εμφανίζονται συχνά μπλε και οι συνδέτες χλωρίου να εμφανίζονται πράσινοι. Αποτελούν την πηγή χρωμάτων για ορυκτά όπως ο χαλκοπυρίτης και το τιρκουάζ και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως ως χρωστικές στην ιστορία. Οι χάλκινες κτιριακές κατασκευές θα παράγουν χάλκινο πράσινο (αλκαλικός ανθρακικός χαλκός) μετά τη διάβρωση. Οι διακοσμητικές τέχνες χρησιμοποιούν κυρίως μεταλλικό χαλκό και χρωστικές ουσίες που περιέχουν χαλκό. Ο χαλκός είναι ένα από τα πρώτα μέταλλα που χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο. Ήδη από τους προϊστορικούς χρόνους, οι άνθρωποι άρχισαν να εξορύσσουν ανοιχτά ορυχεία χαλκού και να χρησιμοποιούν τον λαμβανόμενο χαλκό για την κατασκευή όπλων, εργαλείων και άλλων σκαφών. Η χρήση του χαλκού είχε βαθιά επίδραση στην πρόοδο του πρώιμου ανθρώπινου πολιτισμού. Ο χαλκός είναι ένα μέταλλο που υπάρχει στον φλοιό της Γης και στους ωκεανούς. Η περιεκτικότητα σε χαλκό στον φλοιό της Γης είναι περίπου 0,01%, και σε ορισμένα κοιτάσματα χαλκού, η περιεκτικότητα σε χαλκό μπορεί να φτάσει το 3% έως 5%. Ο χαλκός στη φύση υπάρχει ως επί το πλείστον ως ένωση, δηλαδή μετάλλευμα χαλκού. Ο χαλκός έχει ασθενή δραστηριότητα και η αντίδραση μεταξύ στοιχειακού σιδήρου και θειικού χαλκού μπορεί να εκτοπίσει τον στοιχειακό χαλκό. Ο χαλκός είναι αδιάλυτος σε μη οξειδωτικά οξέα.

Ψευδάργυρος
Ο ψευδάργυρος είναι ένα χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο Zn και ατομικό αριθμό 30. Βρίσκεται στην 4η περίοδο και Ομάδα ΙΙΒ του περιοδικού πίνακα των χημικών στοιχείων. Ο ψευδάργυρος είναι ένα ανοιχτό γκρι μεταβατικό μέταλλο και το τέταρτο πιο κοινό μέταλλο. Στη σύγχρονη βιομηχανία, ο ψευδάργυρος είναι ένα αναντικατάστατο και σημαντικό μέταλλο στην κατασκευή μπαταριών. Επιπλέον, ο ψευδάργυρος είναι επίσης ένα από τα απαραίτητα ιχνοστοιχεία για τον ανθρώπινο οργανισμό, διαδραματίζοντας εξαιρετικά σημαντικό ρόλο.

Μετά την είσοδο στον 18ο αιώνα, η ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας προώθησε την ανακάλυψη πολλών νέων στοιχείων από μη σιδηρούχα μέταλλα. Μεταξύ των 64 μη σιδηρούχων μετάλλων που αναφέρθηκαν παραπάνω, 13 ανακαλύφθηκαν τον 18ο αιώνα, επιπλέον των 8 που είχαν ήδη αναγνωριστεί και εφαρμοστεί πριν από τον 17ο αιώνα. 39 είδη ανακαλύφθηκαν τον 19ο αιώνα και άλλα 4 ανακαλύφθηκαν τον 20ο αιώνα.

Στον βιοϊατρικό τομέα, τα υλικά με βάση μη σιδηρούχα μέταλλα χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της εξαιρετικής βιοσυμβατότητάς τους, των μηχανικών ιδιοτήτων και της φωτοθερμικής μετατροπής τους. Για τα επεμβατικά αναλώσιμα, τα μη σιδηρούχα μέταλλα όπως το τιτάνιο, το μαγνήσιο, το ταντάλιο και ο ψευδάργυρος πληρούν τις απαιτήσεις της οστικής αποκατάστασης και της αγγειακής αναδιαμόρφωσης και χρησιμοποιούνται ευρέως στην κλινική πράξη. Στη διάγνωση και τη θεραπεία του καρκίνου, η αξία εφαρμογής νανοϋλικών με βάση μη σιδηρούχα μέταλλα έχει επίσης αποδειχθεί μέσω εκτεταμένων πειραμάτων in vitro και in vivo. Επιπλέον, τα φάρμακα συμπλόκου μετάλλων και οι ανιχνευτές υποστρώματος αισθητήρων είναι οι άλλοι δύο κύριοι τομείς εφαρμογής των μη σιδηρούχων μετάλλων, ειδικά με την παρουσία εκατομμυρίων οργανικών προσδεμάτων, καθιστώντας τα μεταλλικά οργανικά πλαίσια και τα μεταλλικά σύμπλοκα πιο άξια των προσδοκιών των ανθρώπων.

Τα μη σιδηρούχα μέταλλα έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στον εξοπλισμό σταθμών παραγωγής ενέργειας. Τα κοινά χρησιμοποιούμενα περιλαμβάνουν αλουμίνιο και κράματα αλουμινίου, χαλκό και κράματα χαλκού, κράματα τιτανίου και τιτανίου κ.λπ. Το κράμα αλουμινίου χρησιμοποιείται συνήθως στην παραγωγή εναλλάκτη θερμότητας, σωλήνων, δοχείων, περιβλημάτων και πριτσινιών. Το κράμα χαλκού είναι πιο κατάλληλο για την κατασκευή ορισμένων εξαρτημάτων ανθεκτικών στη διάβρωση, όπως τουρμπίνες, κελύφη ρουλεμάν, χιτώνια άξονα κ.λπ. Το κράμα τιτανίου είναι πιο κατάλληλο για εξοπλισμό όπως σωλήνες συμπυκνωτή και πτερύγια τουρμπίνας σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.

Στον τομέα των μεταφορών, το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των μη σιδηρούχων μετάλλων όπως το αλουμίνιο, ο ψευδάργυρος και το μαγνήσιο είναι η χαμηλή τους πυκνότητα, καθιστώντας τα τα καλύτερα υλικά για την κατασκευή κελυφών αμαξώματος και άλλων μερών νέων ενεργειακών οχημάτων, τα οποία μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματικά ελαφρύ βάρος οχημάτων νέας ενέργειας. Η εφαρμογή μη σιδηρούχων μετάλλων όπως το αλουμίνιο και το τιτάνιο παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Τα ελαφριά υλικά είναι το κλειδί για τη μείωση του βάρους των αεροσκαφών, των πυραύλων, των δορυφόρων και άλλων διαστημικών σκαφών, ενώ παρέχουν επίσης σημαντική υποστήριξη για την ασφάλεια των αεροσκαφών και την ενεργειακή απόδοση. Το νικέλιο, ο χαλκός και ο μόλυβδος είναι όλα υψηλής πυκνότητας μη σιδηρούχα μέταλλα με καλή αγωγιμότητα, επομένως χρησιμοποιούνται κυρίως σε μπαταρίες οχημάτων και σταθμούς φόρτισης. Το νικέλιο και τα μέταλλα μολύβδου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μπαταριών υδρογόνου νικελίου, μπαταριών μολύβδου-οξέος και τριμερών μπαταριών λιθίου, με τις τελευταίες να είναι ο κύριος τύπος μπαταριών σε οχήματα νέας ενέργειας.

Στον τομέα της αρχιτεκτονικής, τα μη σιδηρούχα μέταλλα χρησιμοποιούνται ευρέως, όπως προϊόντα χαλκού, πόρτες και παράθυρα από κράμα αλουμινίου, πάνελ τοίχου από χαλκό και μεταλλικές στέγες. Η χρήση μη σιδηρούχων μετάλλων κάνει τα κτίρια πιο όμορφα, ασφαλή, ανθεκτικά και ενεργειακά αποδοτικά.

Στον τομέα των ηλεκτρονικών, τα υλικά από μη σιδηρούχα μέταλλα παίζουν σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της τεχνολογίας των τσιπ. Στη διαδικασία της συνεχούς συρρίκνωσης του μεγέθους των προηγμένων διεργασιών, τα πολύτιμα μέταλλα και τα κράματά τους διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην επίτευξη μικρών πλάτη γραμμών, χαμηλής ηλεκτρικής αντίστασης, υψηλής πρόσφυσης και άλλων πτυχών. Μετά την είσοδο στον 21ο αιώνα, τα υλικά τσιπ έχουν προσθέσει περισσότερα από 40 στοιχεία, από τα οποία περίπου το 90% είναι πολύτιμα μέταλλα και υλικά μεταβατικών μετάλλων. Το γάλλιο και το γερμάνιο χρησιμοποιούνται ευρέως σε υλικά ημιαγωγών, νέα ενέργεια και άλλα πεδία. Μεταξύ αυτών, το γάλλιο είναι γνωστό ως ο «νέος κόκκος της βιομηχανίας ημιαγωγών» και χρησιμοποιείται ευρέως σε φωτοβολταϊκά, μαγνητικά υλικά, ιατρικά, χημικά, ειδικά ασύρματες επικοινωνίες, LED και άλλα πεδία.

Τα τελευταία χρόνια, τα φωτοβολταϊκά, η αιολική ενέργεια, τα νέα ενεργειακά οχήματα, οι μπαταρίες ενέργειας και αποθήκευσης ενέργειας έχουν γίνει οι κύριοι τομείς ανάπτυξης της κατανάλωσης μη σιδηρούχων μετάλλων.