Mitä ovat mineraalit ja metallit?

Mineraalit ovat kiinteitä, luonnossa esiintyviä epäorgaanisia aineita, joita löytyy maankuoresta. Ne muodostuvat ilman ihmisen vaikutusta, ja niillä on tietty kemiallinen koostumus ja kiderakenne.

Metallit ovat alkuaineita, kuten kultaa, hopeaa ja kuparia, jotka ovat kiteisiä, kun ne ovat kiinteitä ja esiintyvät luonnostaan mineraaleissa. Niillä on usein sellaisia ominaisuuksia, että ne johtavat hyvin sähköä ja lämpöä, ovat ulkonäöltään kiiltäviä ja muovattavia. Metalleja, joita näemme päivittäin, tuotetaan muuntamalla metallimalmeja lopulliseen muotoonsa. Tämä edellyttää useimmissa tapauksissa kemikaalien ja erikoistekniikoiden käyttöä.

Metallien yleiset ryhmät

Metallit luokitellaan usein erillisiin ryhmiin, jotka määritellään niiden ominaisuuksien tai toiminnan perusteella. Näiden ryhmien nimet eivät ole tarkkoja tai tieteellisiä, vaan kuvastavat yleisiä käyttötarkoituksia tai ominaisuuksia:

Jalometalleja ovat kulta, hopea ja platina. Noin 90 prosenttia kullan kokonaistuotannosta on peräisin kultakaivoksista. Loput 10 prosenttia tuotetaan muiden metallien, kuten kuparin ja nikkelin, louhinnan sivutuotteena. Jalometalleilla käydään kauppaa maailmanmarkkinoilla, ja niitä käytetään monissa eri sovelluksissa koruista elektroniikkaan ja autojen katalysaattoreihin.

Perusmetalleja ovat arvoltaan vähäisemmät metallit, lähinnä kupari, lyijy ja sinkki. Näiden metallien jalostetuilla muodoilla käydään yleisesti kauppaa maailmanmarkkinoilla erilaisina vakiomuotoisina ja -kokoisina. Nämä ovat perusrakennusmateriaaleja suuressa osassa ympäröivää maailmaa.

Rautametalleja ovat ne, joiden rautapitoisuus on suuri, ja niihin kuuluvat kaikki teräslajit. Sana ”rautametalli” on johdettu latinankielisestä sanasta ferrum, joka tarkoittaa rautaa. Kromi, koboltti, mangaani ja molybdeeni luetaan yleisesti tähän ryhmään, koska niiden pääasiallinen käyttötarkoitus on teräksen ominaisuuksien parantaminen.

Ei-rautametalleihin kuuluvat alumiini, kupari, lyijy, magnesium, nikkeli, tina ja sinkki, koska niiden pääasialliset käyttötarkoitukset eivät liity teräksenvalmistukseen. Huomaa, että on jonkin verran päällekkäisyyksiä epäjalojen metallien kanssa, ja ryhmän nimen valinta riippuu asiayhteydestä.

Harvinaiset maametallit eivät ole kovinkaan harvinaisia maankuoressa, mutta niiden louhinta on monimutkaista ja vaikeaa. Niihin kuuluvat skandium, yttrium, lantaani ja 14 alkuainetta (lantanidit), jotka seuraavat lantaania jaksollisessa järjestelmässä. Niitä käytetään laajalti, joskin vähäisessä määrin, lasin, keramiikan, lasitteiden, magneettien, lasereiden ja televisioputkien valmistuksessa sekä öljyn jalostuksessa.

Sulatteita valmistetaan sekoittamalla kahta tai useampaa metallista alkuaineita uudeksi, ainutlaatuiseksi aineeksi, jonka kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet poikkeavat osatekijöistään. Yli 90 prosenttia nykyisin käytössä olevista metalleista on seoksia.

Seosaineita lisätään yleensä puhtaisiin metalleihin lujuuden lisäämiseksi tai tiettyjen ominaisuuksien, kuten korroosionkestävyyden, kulutuskestävyyden ja leikattavuuden parantamiseksi. Vaativat teolliset vaatimukset, kuten äärimmäisten lämpötilojen kestävyys, lujuus korkeapainesovelluksissa, väsymiskestävyys, painonpudotus tai sitkeys, usein yhdistelmänä, ovat johtaneet monenlaisten seosten kehittämiseen.

Yleisimmät seokset luokitellaan karkeasti teräksiin. Näitä raudasta ja hiilestä muodostuvia luonteenomaisesti lujia seoksia voidaan sekoittaa muihin alkuaineisiin suorituskyvyn ja kestävyyden parantamiseksi entisestään. Esimerkiksi autossa on yli 10 erilaista terässeosta korin osia, hammaspyöriä, voimansiirtoakseleita, kampiakseleita, venttiileitä ja niin edelleen varten.

Asiantuntijat ennustavat, että energiatehokkaampien järjestelmien, tietotekniikan ja avaruustutkimuksen tarve tulevat olemaan suurimmat liikkeellepanevat voimat uusien seosten kehitykselle tällä vuosisadalla.