Metale — jak wygląda ich klasyfikacja?

Metale od wieków wyróżniają się swoimi właściwościami fizycznymi, niezwykłą trwałością i szerokim zastosowaniem. Właściwości mechaniczne metali wpływają na ich wytrzymałość, twardość i udarność (odporność na uderzenia). Od starożytnych cywilizacji do współczesności, wykorzystywanie metali zawsze stanowiło milowy krok w rozwoju technologicznym i cywilizacyjnym. Dzięki nim powstały między innymi niezastąpione po dziś dzień narzędzia, ułatwiające codzienne funkcjonowanie. Pora na wgłębienie się w świat metali, metalowych stopów i poznanie czynników wpływających na ich klasyfikację. Warto zastanowić się, jaką rolę odgrywa utylizacja i recykling metali w walce ze współczesnymi wyzwaniami ekologicznymi. Przyjrzymy się więc również odzyskowi tego surowca.

Czym są metale?

Metale to pierwiastki chemiczne, które w przyrodzie występują zazwyczaj w postaci rud. Te naturalne surowce mają szerokie zastosowanie w przemyśle i mogą być przerabiane na czyste metale. W tym celu zastosowuje się różnorakie procesy metalurgiczne.Metale wykazują określone właściwości. Do właściwości tych należy:

• Stały stan skupienia w temperaturze pokojowej (wyjątek stanowi rtęć)
• W stanie stałym — gładka powierzchnia dająca połysk
• Wysoka temperatura topnienia
• Podatność na odkształcenia trwałe bez naruszania spójności (plastyczność i ciągliwość)
• Podatność na formowanie się w określone kształty podczas kucia (kowalność)
• Dobry współczynnik przewodnictwa ciepła
• Przewodnictwo elektryczne (zdolność przewodzenia prądu)
• Bezwonność

Uważa się, że najwcześniej wykorzystywanym przez człowieka metalem była miedź. Następnie triumf świętował twardszy i bardziej wytrzymały brąz, aż w końcu powszechne stało się użycie żelaza.

Co to są stopy metali?

Branża metalurgiczna stosuje określenie stopy metali. Definicja mówi, że stop to celowo wytwarzane tworzywo metaliczne, które otrzymuje się ze stanu ciekłego, mieszając różne rodzaje metali aby uzyskać pożądane właściwości. Stop składa się z przynajmniej dwóch metali (lub metalu i niemetalu), wśród których wyróżnia się metal podstawowy i dodatki stopowe oraz ewentualne zanieczyszczenia.

Przykładem stopu metali jest brąz, który jest stopem miedzi i cyny czy też stal, będąca mieszaniną stopu żelaza, węgla i innych pierwiastków jak mangan, krzem, fosfor, nikiel czy siarka. Metale zawierające wspomniany stop żelaza tworzą grupę o nazwie metale żelazne. Mieszając określone pierwiastki uzyskuje się stopy o określonych właściwościach, co ma znaczenie jeśli pożądane jest stworzenie materiału o określonych cechach.

Z mieszaniny stali oraz stopu chromu i niklu powstaje stal nierdzewna i kwasoodporna. Z kolei stal sprężysta, nadająca się do produkcji sprężyn, powstaje ze stopu stali i krzemu. W zależności od tego o jakiej mieszaninie mowa, uzyskać można stal węglową, konstrukcyjną, narzędziową, czy o specjalnych zastosowaniach, np. odporną na korozje, żaroodporną, żarowytrzymałą itp. Takie branże jak przemysł paliwowy, lotnictwo, motoryzacja, mogą garściami czerpać ze stali, która jest idealnym materiałem do produkowania konstrukcji maszyn i pojazdów, specjalistycznych narzędzia, blachy.

Badanie tego, jaki jest skład chemiczny metali, czyli to, z jakich stopów składa się np. metalowy przedmiot, przydaje się do potwierdzania zgodności danego metalowego wyrobu z konkretnymi normami.

Metale ciężkie i metale lekkie

Najbardziej podstawowy podział metali na lekkie i ciężkie to ten związany z ich rozróżnieniem w zależności od masy właściwej, czyli gęstości. Jeżeli gęstość metalu jest mniejsza niż 4,5 g/cm3, mowa o metalach lekkich. Metale ciężkie to te, których gęstość jest większa niż wspomniana. Metal o największej znanej gęstości to iryd.

Zdarza się też, że podział na metale lekkie i metale ciężkie oparty jest na innych parametrach niż masa właściwa. W skład tych parametrów może wchodzić liczba atomowa czy tzw. kwasowość Lewisa.

Metale ciężkie w rozumieniu medycznym to zaś termin określający pierwiastki toksyczne dla zdrowia lub środowiska naturalnego. Medycy wymieniają wówczas wśród metali ciężkich rtęć, ołów, kadm, nikiel czy bizmut.

Chemiczny podział metali

Każdy metal ma swoje miejsce w układzie okresowym pierwiastków. I właśnie ze względu na miejsce w chemicznym zestawieniu wyróżnia się podział na:

• Metale ziem alkalicznych — beryl, magnez, wapń, bar, stront, i rad.
• Metale alkaliczne — lit, sód, potas, rubid, cez i frans.
• Metale przejściowe — do nich zalicza się m.in. ruten, złoto, platyna, pallad, srebro, tytan.
• Metale ziem rzadkich — m.in. itr, cer, europ, terb, gadolin. Ta grupa metali jest najtrudniejsza do wydobycia. Wśród metali ziem rzadkich wyróżnia się też lantanowce, występujące w naturze w formie mieszanych minerałów i mogące uzyskać maksymalny stopień utlenienia oraz aktynowce, metale promieniotwórcze.

Metale a kolor

Metale dzieli się też ze względu na ich kolor.

1. Metale kolorowe — to inaczej metale nieżelazne, które wyróżniają się mocnym połyskiem, są dobrymi przewodnikami ciepła. Do kolorowych metali należy miedź, cyna, cynk, ołów, aluminium, stopy mosiądzu i brązu. Zastosowanie metali kolorowych jest bardzo szerokie, czego przykładem jest srebrzysto-szare aluminium, z którego wykonuje się z jednej strony elementy konstrukcyjne, jak pręty, blachy, a z drugiej przedmioty codziennego użytku, jak pudełka, puszki. Innym powszechnie stosowanym metalem kolorowym jest szaro-niebieski ołów — służy do produkcji akumulatorów, baterii, ochraniaczy przeciwko promieniowaniu rentgenowskiemu itd.
2. Żelazo — jest jednym z najczęściej występujących pierwiastków w przyrodzie, wchodzi w skład skorupy ziemskiej. Takie skały jak hematyt, piryt czy magnetyt zbudowane są właśnie ze związków żelaza. Ogromne jego pokłady znajdują się w Australii, Chinach, Brazylii. Żelazo wykorzystywane jest w przemyśle metalurgicznym często w postaci stopów, jak np. żeliwo, z którego robi się odlewy. Czyste żelazo znajduje zastosowanie dość rzadko.

Metale szlachetne i nieszlachetne

Ta klasyfikacja rozróżnia metale ze względu na odporność na czynniki chemiczne. Metale szlachetne to utarta nazwa zwyczajowa, a najbardziej kojarzonymi z nią metalami są oczywiście złoto i srebro oraz platyna. Ze względu na walory estetyczne z surowców tych powstaje między innymi biżuteria, dlatego dostrzec trzeba szczególne znacznie klasyfikacji w branży jubilerskiej. Ale piękno złota, srebra czy platyny to nie jedyny czynnik odpowiadający za „szlachetność”. Wpływa na nią też fakt, że wyroby z tych surowców niemalże w ogóle nie ulegają korozji, odporne są na działanie wody czy gorącej pary, odporne są na kwas solny.

Utylizacja metali

Metale mają szerokie zastosowanie, powstają dzięki nim jak wiemy konstrukcje, narzędzia czy przedmioty w ramach przemysłu budowlanego, militarnego, lotniczego, motoryzacyjnego, elektrycznego, sportowego, jubilerskiego, a nawet medycznego, czego przykładem jest stal chirurgiczna. Niestety, tak jak rozwój branży metalurgicznej jest niezbędny, tak nie jest przyjazny środowisku.

Wydobywanie metali to ryzyko zanieczyszczenia, w tym emisji gazów. Kiedy zaś zużyte, wyeksploatowane przedmioty z metalu trafiają na wysypisko, rośnie sterta złomu, która stoi daleko od ekologii. Czy można temu zapobiec?
Jeśli chodzi o procesy wydobywcze, technologia staje się coraz bardziej rozwinięta, jednak wciąż nie eliminuje ryzyka zanieczyszczeń. Można jednak recyklingować metal, ograniczając wydobycie i zmniejszając zaleganie metalowych części na wysypisku. Do odzysku surowców nadaje się większość poszczególnych metali. Bardzo wartościowe są te metalowe części, które składają się z jednego tylko rodzaju surowca, jednak stopy metali również są recyklingowane. Z surowców wtórnych uzyskać można tzw. metal surowy. Ze złomu i odpadów wyodrębnić można też metal rafinowany. Oba rodzaje metali można przetapiać.

Ogrom odpadów z metalu gromadzi się podczas prac budowlano-remontowych. Kod odpadu metalowego to 02 01 10. Miedziane rury, blaszane arkusze, metalowe uchwyty, konstrukcje stalowe, wyroby z żeliwa, a także śmieci takie jak puszki, aluminiowe folie i opakowania to klasyczne odpady metalowe generowane podczas budowy, przebudowy czy renowacji domu. Dysponując pojemnikiem takim jak kontener na odpady mamy możliwość umieszczenia ich wszystkich w jednym miejscu i wywiezienia do recyklingu. Wywóz odpadów metalowych przez firmę taką jak nasza gwarantuje, że będą one przetworzone w tak dużym stopniu, w jakim tylko pozwala na to jakość samych surowców i technologia przetwórstwa.