輕金屬(lightmetal)

密度小于5000kg/m³的有色金屬，又稱輕有色金屬。包括鋁(Al)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(St)、鋇(Ba)、鉀(K)和鈉(Na)共7種金屬。密度雖亦同樣較小的稀有金屬鈹、鋰、銣、銫一般另劃歸稀有輕金屬。輕金屬中的鈣、鍶、鎂和鋇統(tǒng)稱為堿土金屬，鉀、鈉為堿金屬。堿土金屬是指元素周期表中ⅡA族較重的元素。堿金屬是指元素周期IA族中所有元素，即除鉀、鈉外，還包括鋰、銣、銫和鈁。

鋁、鎂及其合金具有許多優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，為重要的常用有色金屬。堿土金屬鈣、鍶、鋇及堿金屬鈉、鉀，則通常以化合物的形式應(yīng)用于化學(xué)等工業(yè)。此626外，輕金屬化學(xué)性質(zhì)活潑，均是強(qiáng)還原劑，在冶金工業(yè)有重要的應(yīng)用。

原料特征輕金屬資源豐富，鋁、鎂的地殼豐度均居前列，遠(yuǎn)超過常用重有色金屬。且與重有色金屬僅有單一類礦物資源的情況不同，除鋁外，其余的輕金屬大都擁有礦物和鹵水(海水及鹽湖鹵水、地下鹵水等)兩類資源。

輕金屬工業(yè)礦物亦與以硫化礦為主的重有色金屬工業(yè)礦物不同，前者基本均為氧化礦，主要有硅酸鹽(鋁土礦、霞石)、碳酸鹽(菱鎂礦、自云石、石灰石)、硫酸鹽(明礬石、芒硝、石膏、天青石、重晶石)和磷酸鹽(磷灰石)等，也有部分礦物為氯化物(食鹽、鉀鹽、光鹵石)和氟化物(螢石)。

輕金屬礦物中含有的共生有價金屬，在鋁工業(yè)生產(chǎn)中已開展綜合利用工作。如鋁土礦中的鎵、釩，霞石礦中的鈉、鉀等均已開始作為副產(chǎn)回收。而在鹵水資源中，一般均含有鈉、鉀、鈣、鎂、硼、鋰、銣、銫等多種元素，綜合回收這些元素尤為重要。在以鹵水為資源的工業(yè)生產(chǎn)中，多種輕金屬實際上均為綜合利用的產(chǎn)物。

高品位輕金屬礦物可在經(jīng)破碎處理后直接用于冶煉，低品位輕金屬礦物或者只適用于特定的方法直接進(jìn)行冶煉，或者需先經(jīng)選礦富集。

以鹵水作為原料時，一般須先進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，然后分階段提取各個金屬鹽類的富集物。如鹽湖鹵水經(jīng)日曬蒸發(fā)后，順次結(jié)晶析出氯化鈉，鉀石鹽、光鹵石及水氯鎂石，可分別作為提取鈉、鉀、鎂鹽的原料。

冶煉特征輕金屬冶煉工藝一般可分為兩個階段。第一階段為由礦物或鹵水結(jié)晶析出的鹽類制取中間化合物，如氧化鋁、氯化鎂、氯化鈉、氯化鉀、氧化鈣、碳酸鍶或氧化鋇。第二階段由中間化合物通過熔鹽電解或熱還原(見金屬熱還原法)的方法制取金屬，高純金屬通常由粗金屬進(jìn)一步精煉制得。

濕法冶金為制取輕金屬中間化合物的主要工業(yè)方法，在一些輕金屬如鈉、鉀和鍶的中間化合物生產(chǎn)以及從鹵水富集物中提取氯化鎂時，基本上可采用全濕法過程。而在另一些輕金屬如鋁、鋇的中間化合物生產(chǎn)中，原料須經(jīng)過焙燒或燒結(jié)焙燒使欲提取的金屬生成可溶性化合物，然后用濕法進(jìn)行浸出和凈化，并通過沉淀、干燥和煅燒得到合格的中間產(chǎn)品。

氯化冶金(見鹵化冶金)用于鎂礦物的氯化，能獲得較純的中間產(chǎn)物氯化鎂。在氧化鈣的生產(chǎn)中，則只需對石灰石原料進(jìn)行單一的煅燒。

原料中所含共生有價金屬大都在制取中間化合物這一階段從渣或溶液中予以回收。

熔鹽電解法為工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁、鎂和鈉的主要方法，現(xiàn)在鋁和鈉的全部及鎂的80％都是采用這種方法生產(chǎn)的。此外，熔鹽電解法還用于制取金屬鈣、鍶、鋇。除鋁生產(chǎn)采用氟化物熔鹽電解外，其余均采用氯化物熔鹽電解。電解過程中排放出的氟或氯及其化合物成為這些金屬生產(chǎn)中最主要的環(huán)境污染源。凈化處理和回收利用這些有害的副產(chǎn)物已成為上述輕金屬生產(chǎn)中的重要組成部分。

熱還原法為制取金屬鉀、鈣、鍶和鋇的主要工業(yè)方法，在金屬鎂的生產(chǎn)中用此法制取的產(chǎn)品約占總產(chǎn)量的20％。除金屬鉀和鎂的生產(chǎn)分別采用鈉和硅作還原劑外，其余三種金屬的制取均采用鋁熱還原法。這些金屬產(chǎn)量大都很少，還原設(shè)施亦限于較小的規(guī)模。

真空蒸餾法(見真空精煉)廣泛用于制取除鉛以外的其他所有高純輕金屬。這些輕金屬的沸點均較低，一般只在1273K左右(從鉀的沸點1047K到鋇的沸點19l0K)易于通過蒸餾和冷凝(見蒸發(fā)與冷凝)的方法與其他高、低沸點的雜質(zhì)分離而得到提純。高純鋁一般采用物理冶金(區(qū)域熔煉或定向凝固法)或電化冶金(有機(jī)溶液電解法)的方法制取。

產(chǎn)品特征鋁、鎂與其他輕金屬情況不同，鋁為重要的工程金屬，其產(chǎn)量居有色金屬之首，以純鋁或鋁合金材廣泛用于各種工業(yè)及民用，并以其密度較小而在對材料重量有嚴(yán)格限制的諸如航天、航空和汽車等工業(yè)中具有強(qiáng)大的競爭力。鎂為鋁合金的重要組分，在上述那些工業(yè)中鎂基合金可代替部分鋁材。

鈉、鉀、鈣、鍶、鋇等金屬化學(xué)性質(zhì)活潑，可與氧及水發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)甚至引起燃燒或爆炸，只能封裝在石蠟、煤油或充惰性氣體的容器中，難以在工業(yè)上直接應(yīng)用。它們的主要產(chǎn)品大都是鹽類，工業(yè)生產(chǎn)的金屬，除作為還原劑等少數(shù)用途外，大多最終仍用于制取各種化合物或合金。

發(fā)展趨勢輕金屬具有資源豐富和密度較小的優(yōu)勢，在工程材料領(lǐng)域的應(yīng)用將得到進(jìn)一步的發(fā)展。在輕金屬資源中，鹵水資源由于可綜合利用生產(chǎn)多種金屬和低成本生產(chǎn)，將占有日益重要的地位。