轻金属

相对密度小于5的金属

相对密度小于5的金属。分为有色轻金属和稀有轻金属两类。有色轻金属有铝、镁、钙、钛、钾、锶、钡等，前四种在工业上多用作还原剂，铝、镁、钛及其合金相对密度较小，强度较高，抗蚀性较强，广泛用于飞机制造和宇航等工业部门。稀有轻金属有锂、铍、铷、铯等，铍主要用于配制铍青铜，由于铍的热中子俘获截面小，又可用作原子核反应堆的结构材料。锂用作金属冶炼时的脱氧剂和除气剂，并作为热核反应材料。

介绍

密度小于5000kg/m3的有色金属，又称轻有色金属。包括铝（Al）、镁（Mg）、钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）、钾（K）和钠（Na）共7种金属。密度虽亦同样较小的稀有金属铍、锂、铷、铯一般另划归稀有轻金属。轻金属中的钙、锶、镁和钡统称为碱土金属，钾、钠为碱金属。碱土金属是指元素周期表中ⅡA族较重的元素。碱金属是指元素周期ⅠA族中所有元素，即除钾、钠外，还包括锂、铷、铯和钫。

铝、镁及其合金具有许多优良的物理和化学性能，为重要的常用有色金属。碱土金属钙、锶、钡及碱金属钠、钾，则通常以化合物的形式应用于化学等工业。此外，轻金属化学性质活泼，均是强还原剂，在冶金工业有重要的应用。

原料特征

轻金属资源丰富，铝、镁的地壳丰度均居前列，远超过常用重有色金属。且与重有色金属仅有单一类矿物资源的情况不同，除铝外，其余的轻金属大都拥有矿物和卤水（海水及盐湖卤水、地下卤水等）两类资源。

轻金属工业矿物亦与以硫化矿为主的重有色金属工业矿物不同，前者基本均为氧化矿，主要有硅酸盐（铝土矿、霞石）、碳酸盐（菱镁矿、白云石、石灰石）、硫酸盐（明矾石、芒硝、石膏、天青石、重晶石）和磷酸盐（磷灰石）等，也有部分矿物为氯化物（食盐、钾盐、光卤石）和氟化物（萤石）。

轻金属矿物中含有的共生有价金属，在铝工业生产中已开展综合利用工作。如铝土矿中的镓、钒，霞石矿中的钠、钾等均已开始作为副产回收。而在卤水资源中，一般均含有钠、钾、钙、镁、硼、锂、铷、铯等多种元素，综合回收这些元素尤为重要。在以卤水为资源的工业生产中，多种轻金属实际上均为综合利用的产物。

高品位轻金属矿物可在经破碎处理后直接用于冶炼，低品位轻金属矿物或者只适用于特定的方法直接进行冶炼，或者需先经选矿富集。

以卤水作为原料时，一般须先进行蒸发浓缩，然后分阶段提取各个金属盐类的富集物。如盐湖卤水经日晒蒸发后，顺次结晶析出氯化钠，钾石盐、光卤石及水氯镁石，可分别作为提取钠、钾、镁盐的原料。

冶炼特征

轻金属冶炼工艺一般可分为两个阶段。第一阶段为由矿物或卤水结晶析出的盐类制取中间化合物，如氧化铝、氯化镁、氯化钠、氯化钾、氧化钙、碳酸锶或氧化钡。第二阶段由中间化合物通过熔盐电解或热还原（见金属热还原法）的方法制取金属，高纯金属通常由粗金属进一步精炼制得。

湿法冶金为制取轻金属中间化合物的主要工业方法，在一些轻金属如钠、钾和锶的中间化合物生产以及从卤水富集物中提取氯化镁时，基本上可采用全湿法过程。而在另一些轻金属如铝、钡的中间化合物生产中，原料须经过焙烧或烧结焙烧使欲提取的金属生成可溶性化合物，然后用湿法进行浸出和净化，并通过沉淀、干燥和煅烧得到合格的中间产品。

氯化冶金（见卤化冶金）用于镁矿物的氯化，能获得较纯的中间产物氯化镁。在氧化钙的生产中，则只需对石灰石原料进行单一的煅烧。

原料中所含共生有价金属大都在制取中间化合物这一阶段从渣或溶液中予以回收。

熔盐电解法为工业生产金属铝、镁和钠的主要方法，现在铝和钠的全部及镁的80%都是采用这种方法生产的。此外，熔盐电解法还用于制取金属钙、锶、钡。除铝生产采用氟化物熔盐电解外，其余均采用氯化物熔盐电解。电解过程中排放出的氟或氯及其化合物成为这些金属生产中最主要的环境污染源。净化处理和回收利用这些有害的副产物已成为上述轻金属生产中的重要组成部分。

热还原法为制取金属钾、钙、锶和钡的主要工业方法，在金属镁的生产中用此法制取的产品约占总产量的20%。除金属钾和镁的生产分别采用钠和硅作还原剂外，其余三种金属的制取均采用铝热还原法。这些金属产量大都很少，还原设施亦限于较小的规模。

真空蒸馏法广泛用于制取除铅以外的其他所有高纯轻金属。这些轻金属的沸点均较低，一般只在1273K左右（从钾的沸点1047K到钡的沸点1910K）易于通过蒸馏和冷的方法与其他高、低沸点的杂质分离而得到提纯。高纯铝一般采用物理冶金（区域熔炼或定向凝固法）或电化冶金（有机溶液电解法）的方法制取。

产品特征

铝、镁与其他轻金属情况不同，铝为重要的工程金属，其产量居有色金属之首，以纯铝或铝合金材广泛用于各种工业及民用，并以其密度较小而在对材料重量有严格限制的诸如航天、航空和汽车等工业中具有强大的竞争力。镁为铝合金的重要组分，在上述那些工业中镁基合金可代替部分铝材。

钠、钾、钙、锶、钡等金属化学性质活泼，可与氧及水发生强烈反应甚至引起燃烧或爆炸，只能封装在石蜡、煤油或充惰性气体的容器中，难以在工业上直接应用。它们的主要产品大都是盐类，工业生产的金属，除作为还原剂等少数用途外，大多最终仍用于制取各种化合物或合金。

发展趋势

轻金属具有资源丰富和密度较小的优势，在工程材料领域的应用将得到进一步的发展。在轻金属资源中，卤水资源由于可综合利用生产多种金属和低成本生产，将占有日益重要的地位。

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