Comprendre les métaux non ferreux : guide complet

Que sont les métaux non ferreux ?

Les métaux non ferreux sont des alliages ou des métaux qui ne contiennent aucune quantité appréciable de fer. Tous les métaux purs sont des éléments non ferreux, sauf le fer (Fe), qui est aussi appelé ferrite du latin Ferrum, signifiant « fer ».

Les métaux non ferreux ont tendance à être plus chers que les métaux ferreux mais sont utilisés pour leurs propriétés souhaitables, notamment la légèreté (aluminium), la haute conductivité (cuivre), les propriétés non magnétiques ou la résistance à la corrosion (zinc).

Certains matériaux non ferreux sont utilisés dans les industries du fer et de l'acier, comme la bauxite, qui est utilisée comme flux dans les hauts fourneaux. D'autres métaux non ferreux, y compris la chromite, la pyrolusite et la wolframite, sont utilisés pour fabriquer des alliages ferreux. Cependant, de nombreux métaux non ferreux ont des points de fusion bas, les rendant moins adaptés aux applications à haute température.

Il existe un grand nombre de matériaux non ferreux, couvrant tous les métaux et alliages qui ne contiennent pas de fer. Les métaux non ferreux importants incluent l'aluminium, le cuivre, le plomb, le nickel, l'étain, le titane et le zinc, ainsi que des alliages comme le laiton.

Les métaux précieux tels que l'or, l'argent et le platine, et les métaux exotiques ou rares tels que le cobalt, le mercure, le tungstène, le béryllium, le bismuth, le cérium, le cadmium, le niobium, l'indium, le gallium, le germanium, le lithium, le sélénium, le tantale, le tellure, le vanadium et le zirconium sont également non ferreux. Ils sont généralement obtenus à travers des minéraux tels que les sulfures, les carbonates et les silicates. Les métaux non ferreux sont généralement raffinés par électrolyse.

La différence entre les métaux ferreux et non ferreux est que les métaux ferreux contiennent du fer. Les métaux ferreux, tels que les fontes ou l'acier au carbone, ont une teneur élevée en carbone, ce qui les rend généralement vulnérables à la rouille lorsqu'ils sont exposés à l'humidité. Cependant, ce n'est pas le cas pour le fer forgé, qui résiste à la rouille en raison de sa pureté, et l'acier inoxydable, qui est protégé de la corrosion par la présence de chrome.

Histoire ancienne

Les métaux non ferreux étaient les premiers métaux utilisés par les humains pour la métallurgie. L'or, l'argent et le cuivre existaient sous leur forme cristalline native mais métallique. Ces métaux, bien que rares, pouvaient être trouvés en quantités suffisantes pour attirer l'attention des humains.

Moins sensibles à l'oxygène que la plupart des autres métaux, ils peuvent être trouvés même dans des affleurements altérés. Le cuivre a été le premier métal à être forgé ; il était assez mou pour être façonné en divers objets par forgeage à froid et pouvait être fondu dans un creuset. L'or, l'argent et le cuivre ont remplacé certaines fonctions d'autres ressources, comme le bois et la pierre, en raison de leur capacité à être façonnés en diverses formes pour différents usages.

En raison de leur rareté, ces artefacts en or, argent et cuivre étaient traités comme des articles de luxe et manipulés avec grand soin. L'utilisation du cuivre a également marqué la transition de l'Âge de la Pierre à l'Âge du Cuivre. L'Âge du Bronze, qui a succédé à l'Âge du Cuivre, a été à nouveau annoncé par l'invention du bronze, un alliage de cuivre avec le métal non ferreux étain.

Recyclage et contrôle de la pollution

En raison de leur utilisation extensive, les métaux non ferreux de récupération sont généralement recyclés. Les matériaux secondaires dans la récupération sont vitaux pour l'industrie de la métallurgie, car la production de nouveaux métaux en a souvent besoin. Certaines installations de recyclage refondent et recoulent les matériaux non ferreux ; les scories sont collectées et stockées sur site tandis que les fumées métalliques sont filtrées et collectées.

Les métaux non ferreux de récupération proviennent de matériaux de récupération industrielle, d'émissions de particules et de technologies obsolètes (par exemple, câbles en cuivre) de récupération.

Utilisations et propriétés

Les métaux non ferreux sont utilisés pour une large gamme d'applications commerciales, industrielles et résidentielles. Cela peut nécessiter une sélection minutieuse des matériaux selon leurs propriétés mécaniques, notamment la facilité avec laquelle le métal peut être façonné et si ces propriétés seront modifiées dans le processus.

De nombreuses propriétés des métaux ferreux peuvent être trouvées dans les matériaux non ferreux, par exemple, les alliages d'aluminium ou de titane peuvent remplacer l'acier dans certains cas, et les propriétés magnétiques du fer peuvent être émulées par le cobalt, le nickel ou les éléments de terres rares qui ont été alliés.

Cependant, comme les métaux non ferreux sont souvent plus chers, ils ont tendance à être utilisés pour leurs attributs uniques plutôt que simplement comme remplacement de l'acier. Ces attributs incluent des poids plus légers, la conductivité, la résistance à la corrosion et les propriétés non magnétiques. Les métaux non ferreux ont également tendance à être plus mous et plus malléables que les métaux ferreux, ce qui signifie qu'ils peuvent également fournir des applications esthétiques, comme avec l'or et l'argent.

Les propriétés des métaux non ferreux incluent :

• Faciles à fabriquer (y compris l'usinabilité, le moulage et le soudage)
• Haute résistance à la corrosion
• Bonne conductivité thermique et électrique
• Faible densité
• Non magnétiques
• Colorés

Métaux non ferreux et alliages courants

Parce qu'ils incluent tout métal qui n'inclut pas le fer, il existe de nombreux métaux non ferreux et alliages différents.

Liste importante des métaux non ferreux :

• Aluminium,
• Cuivre,
• Plomb,
• Nickel,
• Étain,
• Titane,
• Zinc

• Laiton.
• Or,
• Argent,
• Platine
• Cobalt,
• Mercure,
• Tungstène,

• Béryllium,
• Bismuth,
• Cérium,
• Cadmium,
• Niobium,
• Indium,
• Gallium,

• Germanium,
• Lithium,
• Sélénium,
• Tantale,
• Tellure,
• Vanadium
• Zirconium

Voici quelques-unes des propriétés et utilisations courantes de certains des métaux non ferreux les plus courants :

1. Cuivre

Utilisé par les humains depuis des milliers d'années, le cuivre est encore largement utilisé par l'industrie. L'ajout d'alliages de cuivre, le laiton (cuivre et zinc) et le bronze (cuivre et étain) ont élargi les utilisations de ce métal non ferreux (voir ci-dessous pour plus de détails sur ces alliages).

Les propriétés du cuivre et de ses alliages incluent une haute conductivité thermique, une haute conductivité électrique, une bonne résistance à la corrosion et une haute ductilité.

Ces propriétés ont permis au cuivre et à ses alliages d'être utilisés pour les échangeurs de chaleur et les récipients de chauffage, comme conducteur électrique dans le câblage ou les moteurs, comme matériau de toiture, pour les raccords de plomberie, ainsi que pour les casseroles et les statues. Le cuivre s'oxyde également en une couleur verte.

2. Aluminium

L'aluminium est un métal important utilisé dans une large gamme d'applications en raison de son faible poids et de sa facilité d'usinage. Malgré le fait qu'il soit un matériau relativement cher, l'aluminium est aussi le métal de base pour de nombreux alliages.

Résistant à la corrosion et bon conducteur de chaleur et d'électricité (bien que moins que le cuivre), ainsi qu'ayant une bonne ductilité et malléabilité, l'aluminium peut nécessiter un recuit car il durcit après le travail à froid.

L'aluminium léger le rend parfait pour les applications aérospatiales et automobiles ainsi que pour l'utilisation marine dans les yachts. L'aluminium se trouve également dans les cadres de vélo, les casseroles et les canettes de boisson.

3. Plomb

Le plomb a été utilisé au fil des siècles pour une gamme d'applications, y compris pour les balles, dans les carburants et même dans la peinture. Cependant, on a découvert qu'il était nocif pour la santé lorsqu'il était libéré dans l'atmosphère, tandis que d'autres applications causaient également du tort aux utilisateurs.

Le plomb est le métal courant le plus lourd et est résistant à la corrosion. Il ne réagit pas non plus avec de nombreux produits chimiques et est mou et malléable.

Bien que beaucoup de ses utilisations antérieures ne soient plus autorisées, le plomb est encore largement utilisé pour les batteries, les câbles d'alimentation et les cuves d'acide.

4. Zinc

Le zinc a été utilisé pendant des siècles comme élément d'alliage, particulièrement pour allier l'acier à une gamme de fins ainsi que pour allier le cuivre pour créer du laiton.

La galvanisation de matériaux avec des éléments d'alliage leur offre une plus grande résistance à la rouille, offrant des utilisations pour les clôtures à mailles losangées, les garde-corps, les ponts suspendus, les lampadaires, les toits métalliques, les échangeurs de chaleur et les carrosseries de voitures. Le zinc est également utilisé comme anode sacrificielle dans la protection cathodique (CP) et comme matériau d'anode pour les batteries. L'oxyde de zinc est également utilisé comme pigment blanc dans les peintures et pour disperser la chaleur lors de la fabrication du caoutchouc.

5. Argent

L'argent a été utilisé comme métal précieux pendant des siècles. Avec la conductivité électrique, la conductivité thermique et la réflectivité les plus élevées de tous les métaux, l'argent est aussi mou et malléable lorsqu'il est chauffé et est hautement résistant à la corrosion.

Utilisé pour la joaillerie et la monnaie, l'argent peut également être trouvé utilisé dans les panneaux solaires, pour la filtration de l'eau, dans les contacts et conducteurs électriques ainsi que pour le verre coloré et même dans la confiserie spécialisée.

6. Or

Un autre métal précieux utilisé pour la joaillerie et la monnaie, l'or est le plus malléable des métaux ainsi que ductile et résistant à la corrosion et à de nombreuses autres réactions chimiques.

Sa conductivité électrique a vu l'or utilisé dans les dispositifs informatiques ainsi que pour le blindage infrarouge, pour la production de verre coloré, pour la feuille d'or, et aussi pour la restauration dentaire.

7. Titane

Le titane a été découvert pour la première fois en 1791 et offre une bonne résistance à la corrosion et le rapport résistance/densité le plus élevé de tout élément métallique. Non allié, il est aussi fort que certains aciers mais moins dense.

Il peut être allié avec des métaux incluant le fer et l'aluminium pour créer des alliages solides mais légers pour les utilisations aérospatiales, automobiles, agricoles, militaires, médicales et sportives ainsi que pour la joaillerie et les téléphones mobiles.

Quelle est la différence entre les métaux ferreux et non ferreux ?

La réponse simple est que les métaux ferreux contiennent du fer et les métaux non ferreux n'en contiennent pas. La réponse plus approfondie est que les métaux ferreux et non ferreux ont chacun leurs propres propriétés distinctives. Ces propriétés déterminent les applications pour lesquelles ils sont les mieux adaptés.

Les métaux non ferreux ont été utilisés depuis le début de la civilisation. La découverte du cuivre en 5000 av. J.-C. a marqué la fin de l'Âge de la Pierre et le début de l'Âge du Cuivre. L'invention ultérieure du bronze, un alliage de cuivre et d'étain, a lancé l'Âge du Bronze.

L'utilisation des métaux ferreux a commencé vers 1200 av. J.-C. lorsque la production de fer est devenue courante. Cela a marqué l'Âge du Fer.