黑色金屬(金屬種類)

金屬是具有光澤、有良好的導電性、導熱性與機械性能，並具有正的電阻溫度係數的物質。金屬，是個大家庭，現在世界上有86種金屬。通常人們根據金屬的顏色和性質等特徵，將金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬主要指鐵及其合金，如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。

基本介紹

• 中文名：黑色金屬
• 外文名：Ferrous Metal
• 特性：導電性、導熱性
• 主要金屬：鐵
• 產量比重：世界金屬總產量的95%
• 用途：工業生產
• 有色金屬：鋁、鎂、鋰、鈉、鉀

定義

黑色金屬材料乃工業上對鐵、鉻和錳的統稱。亦包括這三種金屬的合金，尤其是合金黑色金屬鋼及鋼鐵。與黑色金屬相對的是有色金屬。事實上純淨的鐵及鉻是銀白色的，而錳是銀灰色。由於鋼鐵表面通常覆蓋一層黑色的四氧化三鐵，而錳及鉻主要套用於冶煉黑色的合金鋼。所以才會被“錯誤分類”為黑色金屬。

黑色金屬

黑色金屬的分類也有其意義，因為這三種金屬都是冶煉鋼鐵的主要原料，而鋼鐵在國民經濟中占有極其重要的地位，亦是衡量一國家國力的重要標誌。黑色金屬的產量約占世界金屬總產量的95%。

礦業術語

黑色金屬和有色金屬這名字，常常使人誤會，以為黑色金屬一定是黑的，其實不然。黑色金屬只有五種：鐵、錳、鉻、釩、鈦。而它們五個都不是黑色的。純鐵是銀白色的；鉻是銀白色的；錳是灰白色的。因為鐵的表面常常生鏽，蓋著一層黑色的四氧化三鐵與棕褐色的氧化鐵的混合物，看去就是黑色的。所以人們稱之為“黑色金屬”。常說的“黑色冶金工業”，主要是指鋼鐵工業。因為最常見的合金鋼是錳鋼與鉻鋼，這樣，人們把錳與鉻也算成是“黑色金屬”了。

黑色金屬

除了鐵、錳、鉻、釩、鈦以外，其他的金屬，都算是有色金屬。

在有色金屬中，還有各種各樣的分類方法。比如，按照比重來分，鋁、鎂、鋰、鈉、鉀等的比重小於4.5，叫做“輕金屬”，而銅、鋅、鎳、汞、錫、鉛等的比重大於4.5，叫做“重金屬”。像金、銀、鉑、鋨、銥等比較貴，叫做“貴金屬”，鐳、鈾、釷、釙、鎝等具有放射性，叫做“放射性金屬”，還有像鈮、鉭、鋯、鑥、金、鐳、鉿、鈾等因為地殼中含量較少，或者比較分散，人們又稱之為“稀有金屬”。

分析

黑色金屬只有三種：鐵、錳與鉻。國土資源調查及地質礦產勘查新發現大中型礦產地157處，黑色金屬礦產4處，有色金屬礦產73處，貴金屬礦產34處。

2004年黑色金屬開採和冶煉及壓延加工業投資1546億元，增長40.5%。2005年黑色金屬行業增速明顯加快，增加值同比增長35.5%。生鐵、粗鋼和鋼材產量分別為2770萬噸、2973萬噸和3110.6萬噸。

2004年世界鋼產量達到10.548億噸，產量增長了大約1.1億噸，其中中國的鋼產量增長為5234萬噸，占世界鋼產量增長量的47.73%。2004年中國鋼產量達到2.72億噸，已連續9年居世界一位，是排名第2至4位的日本、美國和俄羅斯三國鋼產量的總和。我國已是世界上最大的鋼鐵生產和消費國，成為鋼鐵投資最集中的地區。

2005年是鋼鐵行業開始注重鋼鐵企業合併重組的一年。唐鋼、武鋼、攀鋼相繼分別進行了合併重組，統計報表的合併使其排名靠前，同時也加速了企業內部的結構調整，提高了企業整體競爭力。

《鋼鐵產業發展政策》的出台，是我國鋼鐵工業發展的一件大事，將對我國鋼鐵工業今後的發展起到重要的指導作用，是促進鋼鐵工業健康發展的重要基石。

鐵

鐵是一種化學元素，是最常用的金屬。它是過渡金屬的一種。 鐵活潑，為強還原劑，化合價有0、+2、+3、+6，最重要的價態是+2和+3。在室溫下，鐵可緩慢地從水中置換出氫，在500℃以上反應速度增大： 鐵在乾燥空氣中很難跟氧氣反應，但在潮濕空氣中很容易腐蝕，若在酸性氣體或鹵素蒸氣氛圍中腐蝕更快。鐵可以從溶液中還原金、鉑、銀、汞、銅或錫等離子。

鐵

鑄鐵分類

1、鑄鐵按斷口顏色可分為灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵。

2、鑄鐵按化學成分可分為普通鑄鐵和合金鑄鐵。

3、鑄鐵按生產方法和組織性能可分為普通灰鑄鐵、孕育灰鑄鐵、可鍛灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵。

鐵的發現簡史

鐵是古代就已知的金屬之一。鐵礦石是地殼主要組成成分之一，鐵在自然界中分布極為廣泛，但人類發現和利用鐵卻比黃金和銅要遲。首先是由於天然的單質狀態的鐵在地球上非常稀少，而且它容易氧化生鏽，加上它的熔點（1812K）又比銅（1356K）高得多，就使得它比銅難於熔煉。人類最早發現的鐵是從天空落下來的隕石，隕石中含鐵的百分比很高，是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物，在融化鐵礦石的方法尚未問世，人類不可能大量獲得生鐵的時候，鐵一直被視為一種帶有神秘性的最珍貴的金屬。

西亞西臺人是最早發現和掌握煉鐵技術的。中國從東周時就有煉鐵，至春秋戰國時代普及，是較早掌握冶鐵技術的國家之一。1973年在中國河北省出土了一件商代鐵刃青銅鉞，表明我國勞動人民早在3300多年以前就認識了鐵，熟悉了鐵的鍛造性能，識別了鐵與青銅在性質上的差別，把鐵鑄在銅兵器的刃部，加強銅的堅韌性。經科學鑑定，證明鐵刃是用隕鐵鍛成的。隨著青銅熔煉技術的成熟，逐漸為鐵的冶煉技術的發展創造了條件。我國最早人工冶煉的鐵是在春秋戰國之交的時期出現的。這從江蘇六合縣春秋墓出土的鐵條、鐵丸，和河南洛陽戰國早期灰坑出土的鐵錛均能確定是迄今為止的我國最早的生鐵工具。生鐵冶煉技術的出現，它對封建社會的作用與蒸汽機對資本主義社會的作用可以媲美。鐵的發現和大規模使用，是人類發展史上的一個光輝里程碑，它把人類從石器時代、銅器時代帶到了鐵器時代，推動了人類文明的發展。至今鐵仍然是現代化學工業的基礎，人類進步所必不可少的金屬材料。

鐵的性質

是一種光亮的銀白色金屬。密度7.86克/厘米3。熔點1535℃，沸點2750℃。常見化合價+2和+3，有好的延展性和導熱性。也能導電。純鐵既能磁化，又可去磁，且均很迅速。電離能為7.870電子伏特。化學性質比較活潑，是一種良好的還原劑。若有雜質，在潮濕的空氣中易鏽蝕；在有酸氣或鹵素蒸氣存在的濕空氣中生鏽更快。易溶於稀酸。在濃硝酸中能被鈍化。加熱時均能同鹵素、硫、矽、碳、磷等化合。除生成+2和+3價氧化物外，還有複合氧化物Fe3O4（是磁性氧化物）生成。鐵是工業部門不可缺少的一種金屬。

鐵的化學性質

鐵Fe，原子序數26，相對原子質量55.847。鐵有多種同素異形體，如α鐵、β鐵、γ鐵、б鐵等。鐵是比較活潑的金屬，在金屬活動順序表里排在氫的前面。常溫時，鐵在乾燥的空氣里不易與氧、硫、氯等非金屬單質起反應，在高溫時，則劇烈反應。鐵在氧氣中燃燒，生成Fe3O4，赤熱的鐵和水蒸氣起反應也生成Fe3O4。鐵易溶於稀的無機酸和濃鹽酸中，生成二價鐵鹽，並放出氫氣。在常溫下遇濃硫酸或濃硝酸時，表面生成一層氧化物保護膜，使鐵“鈍化”，故可用鐵製品盛裝濃硫酸或濃硝酸。鐵是一變價元素，常見價態為+2和+3。鐵與硫、硫酸銅溶液、鹽酸、稀硫酸等反應時失去兩個電子，成為+2價。與Cl2、Br2、硝酸及熱濃硫酸反應，則被氧化成Fe3+。鐵與氧氣或水蒸氣反應生成的Fe3O4，可以看成是FeO·Fe2O3，其中有1/3的Fe為+2價，另2/3為+3價。鐵的+3價化合物較為穩定。

鉻

定義

銀白色金屬，質硬而脆。密度7.20克/厘米3。熔點1857±20℃，沸點2672℃。化合價+2、+3和+6。電離能為6.766電子伏特。金屬鉻在酸中一般以表面鈍化為其特徵。一旦去鈍化後，即易溶解於幾乎所有的無機酸中，但不溶於硝酸。鉻在硫酸中是可溶的，而在硝酸中則不易溶。在高溫下被水蒸氣所氧化，在1000℃下被一氧化碳所氧化。在高溫下，鉻與氮起反應並為熔融的鹼金屬所侵蝕。可溶於強鹼溶液。鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在赤熱的狀態下，氧化也很慢。不溶於水。

黑色金屬

自然界中主要以鉻鐵礦FeCr2O4形式存在。由氧化鉻用鋁還原，或由鉻氨礬或鉻酸經電解製得。按照在地殼中的含量，鉻屬於分布較廣的元素之一。它比在它以前發現的鈷、鎳、鉬、鎢都多。這可能是由於鉻的天然化合物很穩定，不易溶於水，還原比較困難。有人認為沃克蘭取得的金屬鉻可能是鉻的碳化物。

鉻用於制不鏽鋼，汽車零件，工具，磁帶和錄像帶等。 鉻鍍在金屬上可以防鏽，也叫可多米，堅固美觀。鉻可用於制不鏽鋼。紅、綠寶石的色彩也來自於鉻。作為現代科技中最重要的金屬，以不同百分比熔合的鉻鎳鋼千變萬化，種類繁多，令人難以置信。鉻的毒性與其存在的價態有關,六價鉻比三價鉻毒性高100倍,並易被人體吸收且在體內蓄積,三價格和六價鉻可以相互轉化.天然水不含鉻;海水中鉻的平均濃度為0.05ug/l；飲用水中更低.鉻的污染源有含鉻礦石的加工、金屬表面處理、皮革鞣製、印染等排放的污水。

鉻是人體必需的微量元素，在肌體的糖代謝和脂代謝中發揮特殊用。三價的鉻是對人體有益的元素，而六價鉻是有毒的。人體對無機鉻的吸收利用率極低，不到1%；人體對有機鉻的利用率可達10-25%。鉻在天然食品中的含量較低、均以三價的形式存在。

確切地說，鉻的生理功能是與其它控制代謝的物質一起配合起作用，如激素、胰島素、各種酶類、細胞的基因物質（DNA和RNA）等。

生理功能

1.體內葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor,GTF）的重要組成成分：GTF是由三價鉻、煙酸、谷氨酸、甘氨酸和含硫胺基酸組成的活性化合物，它能增強胰島素的生物學作用，可通過活化葡萄糖磷酸變位酶而加快體內葡萄糖的利用，並促使葡萄糖轉化為脂肪。

2.影響脂類代謝：鉻能抑制膽固醇的生物合成，降低血清總膽固醇和三醯甘油含量以及升高高密度脂蛋白膽固醇含量。老年人缺鉻時易患糖尿病和動脈粥樣硬化。

3.促進蛋白質代謝和生長發育：鉻在核蛋白中含量較高，研究發現它能促進RNA的合成，鉻還影響胺基酸在體內的轉運。鉻攝入不足時，實驗動物可出現生長遲緩。

正常健康成人每天尿里流失約1微克鉻。啤酒酵母、廢糖蜜、乾酪、蛋、肝、蘋果皮、香蕉、牛肉、麵粉、雞以及馬鈴薯等為鉻的主要來源。鉻為皮膚變態反應原，可引起過敏性皮炎或濕疹，病程長，久而不愈。釹對眼睛和黏膜有很強的刺激性，對皮膚有中度刺激性，吸入還可導致肺栓塞和肝損害。中國和歐盟等有關國家的相關規定中均把這兩種元素列為化妝品禁用物質。

鋼

定義

鋼材是鋼錠、鋼坯等通過壓力加工製成日常所需的各種形狀、尺寸和性能的材料。

鋼

鋼是含碳量在0.04%~2.3%之間的鐵碳合金。（理論上一般把碳含量小於2.11%的稱為鋼）為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有矽、錳、硫、磷等。

按品質分類

(1) 普通鋼（ P≤0.045% ， S≤0.050% ）

(2) 優質鋼（ P 、 S 均 ≤0.035% ）

(3) 高級優質鋼（ P≤0.035% ， S≤0.030%

按化學成分分類

(1)碳素鋼：a.低碳鋼（C≤0.25%）；b.中碳鋼（C≤0.25~0.60%）；c.高碳鋼（0.60%≤C≤2.11%）。

(2)合金鋼：a.低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；b.中合金鋼（合金元素總含量為5~10%）；c.高合金鋼（合金元素總含量>10%）。