В периодической системе элементов Д.И.Менделеева медь расположена в I группе 4-го периода, её порядковый номер 29. Атомная масса 63,54. Как элемент первой группы медь одновалентна. В этом состоянии она широко представлена в рудных минералах, штейнах, шлаках и других продуктах пирометаллургии. В продуктах их окисления в природе и в технологических процессах более устойчивым является двухвалентное состояние.
Температура плавления меди 1083 0 С. Температура кипения – 2325 0 С.
Медь – мягкий, вязкий и ковкий металл красного цвета, легко поддается механической обработке. Легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку.
Важнейшее свойство — электропроводность (уступает только серебру). Примеси снижают электропроводность, поэтому в электротехнике применяют медь высокой степени чистоты.
Также медь отличается высокой теплопроводностью.
В химическом отношении медь малоактивна, хотя может непосредственно соединяться с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими элементами.
В одной клемме Al + Cu , какой металл крепче?
При обычной температуре и сухом воздухе медь остается инертной, но во влажном воздухе, содержащем СО2, медь окисляется и покрывается защитной пленкой основного карбоната СuCO3·Cu(OH)2, являющегося ядовитым веществом.
В растворах соляной и серной кислот в отсутствии окислителя медь не растворяется. В кислотах, одновременно являющихся окислителями (азотная или горячая концентрированная серная), медь растворяется легко.
При высоких температурах в пирометаллургических процессах устойчивыми соединениями меди являются Cu2O и Cu2S.
Медь и её сульфид Cu2S являются хорошими коллекторами (растворителями) золота и серебра, что делает возможным их высокое попутное извлечение при производстве меди.
Важное свойство меди – образовывать сплавы с другими металлами. Это бронзы (Cu + Sn), латуни (Cu + Zn) медно-никелевые сплавы.
В современных бронзах в качестве присадок используют алюминий, кремний, бериллий, свинец. Применяются эти бронзы для изготовления ответственных деталей и литых изделий.
Например, бериллиевые бронзы (2% Ве) по механическим свойствам превосходят многие сорта стали и имеют хорошую электропроводность. Алюминиевые бронзы (5-10% Al) очень прочны и идут на изготовление авиационных двигателей.
В специальные латуни, кроме цинка, добавляют алюминий, железо, кремний, никель. Латуни идут на изготовление радиаторов, труб, гибких шлангов, патронных гильз, художественных изделий.
Из медно-никелевых сплавов наиболее известны мельхиор (применяется в кораблестроении, т.к. устойчив к воздействию морской воды) и нейзильбер – стоек в растворах солей и органических кислот (изготавливают медицинские инструменты).
Около 50% всей меди использует электропромышленность. Также медь используется в машиностроении, ракетной технике, при производстве строительных материалов, в транспорте, химической промышленности, сельском хозяйстве.
1.3 Сырье для получения меди
В России медные руды добывают на Урале – Кировград, Красноуральск, Медногорск, Гай и др., в Заполярье – на Кольском полуострове и на Таймыре.
Источниками получения меди являются руды, продукты их обогащения — концентраты — и вторичное сырье. На долю вторичного сырья в настоящее время приходится около 40 % от общего выпуска меди.
Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим. Монометаллических руд меди в природе нет. Ценными спутниками меди в рудном сырье являются около 30 элементов. Важнейшие из них: цинк, свинец, никель, кобальт, золото, серебро, металлы платиновой группы, сера, селен, теллур, кадмий, германий, рений, индий, таллий, молибден, железо.
Известно более 250 медных минералов. Большинство из них встречаются редко. Наибольшее промышленное значение имеет небольшая группа минералов, состав которых приведен в таблице 2.
Таблица 2 – Промышленные медные минералы
Источник: studfile.net
Cu какой металл
Медь — это металл 11 группы 4 периода под номером 29 в актуальной периодической таблице. В прошлом этот же элемент находился в подгруппе 1 группы в устаревших таблицах. Плотность меди составляет 8,92 г/см 3 .
Основными ценными качествами Cu является высокая электропроводность и теплопроводность для изготовления проводников. Основным продуктом из этого металла является проволока, также медь выпускают в виде прутков различного сечения и лент для нужд промышленности.
Однако, Cu ценится весьма высоко, поэтому в тех случаях, когда в производстве не требуется высокой тепло и электропроводности от материала, производители предпочитают применять более недорогие сплавы бронзы или латуни. Там где в производстве счёт идёт на десятки тонн металла, легирование Cu недорогими элементами такими как алюминий, железо, свинец позволяет сократить расходы. Поэтому сплавы Cu применяются достаточно широко, а в некоторых областях превосходят чистый Cu по популярности, поскольку они обладают улучшенными характеристиками прочности, ковкости, коррозионной стойкости (особенно сплавы с Al) и более высокой твёрдостью.
Слово медь восходит к слову «мида» которое, на языке племён, населявших Восточную Европу в глубокой древности, обозначало металл вообще. Обозначение Cu (cuprum) восходит к древней латыни, на которой остров Кипр, на котором римляне добывали медь, назывался Cyprus, а металл aes cyproum.
В Северной Америке из самородной меди изготавливали оружие, ещё до заселения континента европейцами. В третьем тысячелетии до н.э. получать Cu стали из смешанных соединений. В Древнем Египте медь уже использовали при строительстве пирамиды Хеопса, для изготовления инструментов, которыми обрабатывали глыбы камня. Примерно в это же время в медь стали добавлять олово, что послужило началом бронзового века. Сегодня купить медь в России можно в интернет-магазине NFmetall.ru
Добыча и сырьё
Содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5*10 -3 % от общей массы. В морской воде содержится около 3*10 -7 %. Большинство месторождений меди имеют геотермальное происхождение. Богатые запасы меди содержатся на дне морей и океанов в виде отложений 5,7*10 -3 % от общей доли.
В природе Cu присутствует в виде смеси двух активных изотопов (атомов с одинаковым химическим номером, но разными массовыми числами). Cu встречается в виде самородков, но чаще – в смешанном виде. Cu производят, в основном, из соединений, которые имеют в составе S (Серу) (их называют сульфидами), либо оксидов (соединений с кислородом), либо из карбонатов (CO3 в основе).
Основной интерес для добытчиков представляет халькопирит CuFeS2 (более 50% запасов меди). Медь добывают также из сулфидных соединений: халькозина CuxS, ковеллина CuS, Cu5FeS4 бронита, или кислородосодержащих соединений: CuCO3Cu(OH)2 малахита, Cu2O куприта, CuSiO3H2O хризоколла.
Породы содержащие медь добываются в карьерах. Карьеры могут разрабатываться сколом с помощью экскаваторов, а также с применением взрывотехники. Основную массу работы в карьерах выполняют карьерные экскаваторы с ковшами вместительностью до 25м 3 и грузовики, способные перевозить до 250 т ценной породы.
Получение меди из смешанных соединений
Для получения чистой руды из смешанных соединений используется пирометаллургический метод, в основе которого лежит воздействие огнём. Перемолотая до частиц размером 0,1-0,2 мм порода проходит ряд процедур очистки:
- пенную флотацию,
- обжиг,
- плавку,
- конвертирование,
- рафинирование.
А теперь обо всём подробнее и по порядку.
Флотационное обогащение
Флотационные реагенты создают особые условия на границе раздела пузырьков воздуха и соединений меди. Реагенты-собиратели поднимают на поверхность частицы с Cu. Побочные продукты же набирают массу под действием влаги и не всплывают. Вспениватели создают условия для оптимального пенообразования. Реагенты-модификаторы создают наилучшие условия для отделения схожих элементов от ценных, или осуществляют ряд других функций.
Обжиг Меди
Обжиг производят ниже температуры плавления сырья с целью изменения состава, удаления ненужных соединений и объедения мелких фракций концентрата в более крупные. В зависимости от применяемого концентрата, обжиг бывает стабилизирующим или окислительным. Стабилизирующий обжиг применяется для получения низших оксидов и металлов. Окислительный обжиг производится с целью получения сульфатов или оксидов.
Плавка Меди
Плавка — способ концентрирования, при котором основная часть или весь концентрат доводится до температуры плавления. При этом образуется несколько несмешиваемых слоёв:
- сплавы оксидов, которые всплывают на поверхность (шлак)
- и верхний слой сульфидов железа и цветных металлов (штейн).
Штейн — это слой основной массы цветных металлов (Cu, Ni, S), солей и других. Иногда в результате плавки, наоборот ценным является шлак. Концентрация меди после плавки составляет более 50%.
Конвертирование
Конвертирование меди проходит в 2 стадии в конвертере (цилиндрической установке, в которую подаётся воздух снизу или на поверхность металла).
На первой стадии удаляются остатки железа с помощью добавления в расплав флюса кремнезёма (SiO2) и подачи кислорода. Шлак кремнезёма составляет 21-30%, остальное — железо. После этой процедуры расплав меди получает название белый матт. На второй стадии белый матт окисляется кислородом и снова происходит разделение. Конечным продуктом конвертации меди является черновая медь.
Рафинирование
Рафинирование — окончательная очистка металла от примесей проводится в два этапа: огневым и электролитическим способом.
На втором этапе аноды погружаются в коробчатые ванны. Между ними подвешиваются катоды из чистой меди, через которые подаётся электричество. Вся медь переходит из анодов в катоды за 30 дней. Катоды выгружаются партиями через 6-12 дней. Из осадков в электролите же выделяют множество полезных элементов, таких как Золото и Серебро.
Розлив меди и дальнейшая обработка
Полученные катоды из чистой меди уже являются готовой продукцией, но большую часть из них переплавляют в печах и разливают с помощью установки непрерывной разливки сырья в слитки, после чего прокатывают через валки до получения: медной проволоки, листов медных, а так же прутков из меди.
Либо же из печей сплав попадает в карусельные разливочные машины, которые разливают медь в ваербасы для последующего изготовления проволоки.
Источник: nfmetall.ru
МЕДЬ — фундамент цивилизации
Не меньше 9000 лет назад человек уже изготавливал первые предметы из меди. Так говорят археологи и подтверждают их находки из тех древних времен.
Не будь этого металла, вся наша история была бы другой. Именно металл медь стал первой ступенькой в развитии в металлургии и фундаментом цивилизации. Именно с этого металла началось развитие человечества.
От Турции до Египта
История открытия металла затерялась в веках. Кто первый обнаружил металл, кто догадался «обстучать» самородок, чтоб из него получилось лезвие или другой инструмент — неизвестно. Тем более никто не знает, кто додумался «сварить» самородок и залить жидкий металл в форму.
Кристаллы меди
Следующая загадка — кто первым стал плавить из руды металл. Зато известно, что самые древние находки медных изделий и шлак от плавки археологи нашли в современной Турции. Древность несусветная — им до 10 000 лет.
В пирамиде Хеопса археологами обнаружен… водопровод, причем трубы там медные. Самое удивительное — водопровод до сих пор может работать. Не знаю, правда, кому там нужна была вода — не мумии же фараона…
Почему медь?
Племена, жившие в Европе в древности, называли медь и любые металлы «мида». В старинных русских текстах слово «медь» также встречается. Ученые считают слово родственным древнегерманскому «smid» (кузнец); либо производным от Мидия — страны на территории нынешнего Ирана.
По-латыни медь называют купрум (aes cuprium), от острова Кипр. Там было богатое месторождение металла. Плиний пишет:
«…Известно, сколь долго римский народ пользовался лишь медной монетой. Сама древность свидетельствует о важном значении этого металла».
Долгое время главная расхожая монета Римской империи называлась асс (aes).
Сейчас «медь» и «купрум» мирно делят принадлежность к цветному металлу.
Свойства металла
Медь находится в 11-й группе периодической таблицы Менделеева, в так называемой «троице дорогих металлов» — медь, золото, серебро. Атомный номер 29. Цвет металла желтовато-розовый, близкий к оранжевому.
В классификации элемент находится в группе переходных металлов.
Физические свойства оценили давно, и востребованы они до сих пор. Это отменные тепло- и электропроводность. По этим показателям медь уступает только серебру; наличие примесей (олово, железо, мышьяк) показатели ухудшают.
Чистая медь мягкая, ковкая, хорошо поддается прокатке. Проволоку можно довести до диаметра в тысячные доли миллиметра.
Плотность 8,92 г/см3. Плавится при 1083,4 °С, кипит при 2567 °С.
| Медь/Cuprum (Cu), 29 |
| 63,546(3)[1] а. е. м. (г/моль) |
| [Ar] 3d10 4s1 |
| 128 пм |
| 117 пм |
| (+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм |
| 1,90 (шкала Полинга) |
| +0,337 В/ +0,521 В |
| 3, 2, 1, 0 |
| 745,0 (7,72) кДж/моль (эВ) |
| 8,92 г/см³ |
| 1356,55 K (1083,4 °С) |
| 2567 °С |
| 13,01 кДж/моль |
| 304,6 кДж/моль |
| 24,44[2] Дж/(K·моль) |
| 7,1 см³/моль |
| кубическая гранецентрированая |
| 3,615 Å |
| 315 K |
| (300 K) 401 Вт/(м·К) |
| 7440-50-8 |
Рекомендуем: ЧЁРНЫЕ МЕТАЛЛЫ — душа и тело современной промышленности
Кристаллическая структура решетки гранецентрическая, кубическая.
Химические свойства элемента привлекательны для промышленности:
- Металлическая медь довольно стабильна и малоактивна. Шпили старых церквей покрывали медными листами, которые исправно защищали кровлю многие годы.
- Проявляет степени окисления 3, 2, 1, 0.
- Металл не растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах, а вот концентрированная азотная кислота с медью охотно реагирует.
- Легко реагирует с серой, галогенами (йод, фтор, хлор).
В природе состоит из изотопов 63Cu и 65Cu.
Соединения меди
Чаще всего в природе встречается медный купорос, сульфат меди. Дачники и огородники хорошо знают этот синий порошок. Его применяют для дезинфекции растений от насекомых.
Ацетат меди — фунгицид, компонент краски для керамики.
Парижская (швейнфуртская) зелень, ацетат-арсенид меди. До сих пор используют в окраске наружных частей морских судов (чтобы они не обрастали моллюсками и прочей морской живностью). Фунгицит, инсектицид.
Оксиды используют в окраске стекла и эмалей.
Нитраты применяют для патинирования медных изделий.
Со временем на них образуется естественная патина — зеленоватая оксидно-карбонатная пленка. Иногда патину наращивают искусственно, для состаривания, придания антикварного вида изделию.
Ищем медь
Запасы металла на земле немалые. В их число входит самородная медь (ее скопления могут достигать 400 тонн — бери готовую).
Нет самородной, к услугам человека содержащие медь минералы:
- медный колчедан (халькопирит);
- борнит (сульфид меди и железа); раньше его называли пестрый медный колчедан;
- халькозин, медный блеск (сульфид меди);
- малахит, карбонат меди; уральский малахит высочайшего качества уже использован, теперь малахит добывают в Африке;
- куприт (красная медная руда);
- азурит, медная лазурь.
Месторождения и добыча
Крупные месторождения есть в Чили (прогнозируемые запасы больше 5 миллионов тонн).
Самородная медь
Богатейшие месторождения самородной меди находятся в США (озеро Верхнее), на острове Ванкуве (Канада), Корокоро (Боливия).
Самородная «космическая» медь найдена в метеоритах и на Луне.
Рекомендуем: СВИНЕЦ — необходимая болезнь цивилизаций
В России добыча металла ведется в Красноярском крае (все тот же «Норникель»).
Как выплавить купрум
Способы получения меди:
- пирометаллургический (с его помощью производят 90% металла);
- гидрометаллургический, оставшиеся 10%.
Гидрометаллургия состоит из единственного этапа — обработки руды (обычно бедной) разбавленной серной кислотой с последующим выделением из раствора металлической меди. При этом все попутные вещества из руды просто пропадают.
Пирометаллургия сложнее, там несколько этапов:
- Обогащение методом флотации и окислительного обжига.
- Плавка на штейн при температуре до 1500 градусов. Здесь уже выделяют черновой металл, а также сопутствующие серебро, золото, никель.
- Огневое рафинирование — очистка полученного металла от примесей до чистоты 99,5%.
- Электролитическое рафинирование, доведение чистоты до 99,95%.
Сплавы, лигатуры…
Медь входит в состав множества сплавов:
- мельхиор;
- латунь;
- бронза;
- латтен (латон);
- нейзильбер (применяют в ювелирном деле);
- абиссинское золото;
- французское золото;
- северное золото.
Причем бронза бывает разная: оловянная, висмутовая, кремнистая, алюминиевая…
Свойства металла, входящих в сплав, позволяют металлургам «сочинять» требуемые характеристики.
Медь стоит недешево, потому производители предпочитают медные сплавы (там, где это возможно).
В некоторых областях сплавы (особенно с алюминием) уверенно обогнали чистый металл. «Маме»-меди не сравниться с коррозионной стойкостью, прочностью, ковкостью сплавов.
Голубая кровь
Это выражение слышали все. Не все знают, что кровь голубого цвета есть в действительности, но не у людей. Белок гемоцианин окрашивает в голубой цвет кровь моллюсков, многоножек, паукообразных. Сам гемоцианин — аналог гемоглобина, который делает нашу кровь красной.
Любителям биологии: голубую кровь мечехвостов используют для тестирования медицинских препаратов на наличие заражений.
Без нашего героя человек не смог бы выжить и как биологический вид. Металл способствует усвоению белков, углеводов, укрепляет иммунитет. Не зря наши прабабки варили варенье в медных тазах, ведь металл обладает антисептическими свойствами.
Ионы металла обладают антигрибковыми и противовирусными свойствами, способны проникать через клеточную мембрану и уничтожают распространителей заразы.
Уже существует ткань, содержащая медные нити. Вечернего платья и костюма из нее не сошьешь, вот в больницах она необходима. Материал разработали в Чили.
Всемирная организация здравоохранения считает, что недостаток металла в организме может вызвать болезни, ухудшить состав крови; избыток грозит отравлением, однако недостаток металла опаснее избытка. Все хорошо в меру.
Применение металла: от телеграфа до фейерверков
Широкое применение меди началось после изобретения телеграфа. Понадобились огромные объемы металла для телеграфных проводов. С этого времени наш герой не покидает первого места в рейтинге электротехнических металлов.
Применение меди основано на ее свойствах. Электропроводка в старых домах; сейчас дорогой металл заменяют на дешевый алюминий. А вот в приборах медные проводки присутствуют. Компьютеры оснащены медными теплоотводами.
Рекомендуем: ЖЕЛЕЗО — металл № 1 в мире
Сантехническое оборудование, холодильная техника, кондиционеры — везде задействован цветной металл с его замечательными свойствами.
Корабли и кораблики гордятся медными трубопроводами (в них течет жидкость и газ).
А во многих странах медные трубы применяют для водо- и газоснабжения зданий.
Без меди не будет твердого припоя (это «клей» для металлов).
Диоскурид писал: «Из детской мочи и кипрской меди приготовляется припой для золота».
Япония считает медные трубы газопроводов сейсмостойкими.
Медь применяют как лигатуру для золотых сплавов; чистое золото слишком мягкий и склонный к истиранию металл.
Оранжевый цветной металл дает синий цвет пиротехническим изделиям.
Срок эксплуатации медных изделий достигает 200 и больше лет.
Чего мы не знали о меди
Одно из преимуществ удивительного металла — изготовленные из него инструменты не дают искр при ударе. Разумно использовать их там, где есть вероятность взрыва.
Шведские ученые придумали способ захоронения радиоактивных отходов. Сейчас на это тратятся огромные средства. А можно просто помещать радиоактивный хлам в медные капсулы с толщиной стенок 5 сантиметров. По расчетам, коррозия их разрушит не раньше, чем через полмиллиона лет.
Многие знают, что Статуя Свободы (та самая, с факелом и в короне) изготовлена из меди. Не целиком, конечно, цветной металл только сверху, внутри стальные конструкции. Ходили слухи, что изготовлена она из уральского металла, но… Официально признано, что тот цветмет из Норвегии.
Вот случай, когда вроде полезное свойство нашего героя стало недостатком. Норвежское грузовое судно затонуло по вине медной руды, которую и везло. Виновата электрохимия. Медь из руды создала гальваническую пару с металлическим корпусом судна, электролитом послужили испарения морской воды. Возникший ток спровоцировал такую коррозию, что она проела обшивку, и в трюмы хлынула вода.
Модникам и модницам
Секрет джинсов «Gold Vision-3000» в медном биокорсете. Медные нити, «встроенные» в модные штаны, помогают предотвращать сосудистые патологии, стимулируют работу органов малого таза. А они влияют на пищеварение, половую функцию, кроветворение, уменьшают вредное воздействие бытовых приборов, влияние электромагнитных полей.
На биржу или в Лагич?
Биржевая цена за тонну меди сегодня доходит до 5200 $ США.
Не хотите покупать металл тоннами, а желаете иметь красивое и полезное украшение для дома — поезжайте в Азербайджан, в село Лагич. Там испокон развивалось ремесло медников. Их посуда — чаши, кувшины, блюда — совершенны в своей красоте.
Покупайте их смело. Не зря ведь в Лувре, Венском и Бернском музеях хранятся образцы творчества азербайджанских мастеров медных дел.
Похожие публикации
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Источник: themineral.ru