Сферы применения меди. Где и как используют медь

Свойства меди, которая в природе встречается и в виде достаточно крупных самородков, люди изучили еще в древние времена, когда из этого металла и его сплавов делали посуду, оружие, украшения, различные изделия бытового назначения. Активное использование данного металла на протяжении многих лет обусловлено не только его особыми свойствами, но и простотой обработки. Медь, которая присутствует в руде в виде карбонатов и окислов, достаточно легко восстанавливается, что и научились делать наши древние предки.

Изначально процесс восстановления этого металла выглядел очень примитивно: медную руду просто нагревали на кострах, а затем подвергали резкому охлаждению, что приводило к растрескиванию кусков руды, из которых уже можно было извлекать медь. Дальнейшее развитие такой технологии привело к тому, что в костры начали вдувать воздух: это повышало температуру нагревания руды. Затем нагрев руды стали выполнять в специальных конструкциях, которые и стали первыми прототипами шахтных печей.

О том, что медь используется человечеством с древних времен, свидетельствуют археологические находки, в результате которых были найдены изделия из данного металла. Историками установлено, что первые изделия из меди появились уже в 10 тысячелетии до н.э, а наиболее активно она стала добываться, перерабатываться и использоваться спустя 8–10 тысяч лет. Естественно, предпосылками к такому активному использованию данного металла стали не только относительная простота его получения из руды, но и его уникальные свойства: удельный вес, плотность, магнитные свойства, электрическая, а также удельная проводимость и др.

В наше время уже сложно найти в виде самородков, обычно ее добывают из руды, которая подразделяется на следующие виды.

• Борнит - в такой руде медь может содержаться в количестве до 65%.
• Халькозин, который также называют медным блеском. В такой руде меди может содержаться до 80%.
• Медный колчедан, также называемый халькопиритом (содержание до 30%).
• Ковеллин (содержание до 64%).

Медь также можно извлекать из множества других минералов (малахит, куприт и др.). В них она содержится в разных количествах.

Физические свойства

Медь в чистом виде представляет собой металл, цвет которого может варьироваться от розового до красного оттенка.

Радиус ионов меди, имеющих положительный заряд, может принимать следующие значения:

• если координационный показатель соответствует 6-ти - до 0,091 нм;
• если данный показатель соответствует 2 - до 0,06 нм.

Радиус атома меди составляет 0,128 нм, также он характеризуется сродством к электрону, равном 1,8 эВ. При ионизации атома данная величина может принимать значение от 7,726 до 82,7 эВ.

Медь - это переходный металл, показатель электроотрицательности которого составляет 1,9 единиц по шкале Полинга. Кроме этого, его степень окисления может принимать различные значения. При температурах, находящихся в интервале 20–100 градусов, его теплопроводность составляет 394 Вт/м*К. Электропроводность меди, которую превосходит лишь серебро, находится в интервале 55,5–58 МСм/м.

Так как медь в потенциальном ряду стоит правее водорода, она не может вытеснять этот элемент из воды и различных кислот. Ее кристаллическая решетка имеет кубический гранецентрированный тип, величина ее составляет 0,36150 нм. Плавится медь при температуре 1083 градусов, а температура ее кипения - 26570. Физические свойства меди определяет и ее плотность, которая составляет 8,92 г/см3.

Из ее механических свойств и физических показателей стоит также отметить следующие:

• термическое линейное расширение - 0,00000017 единиц;
• предел прочности, которому медные изделия соответствуют при растяжении, составляет 22 кгс/мм2;
• твердость меди по шкале Бринелля соответствует значению 35 кгс/мм2;
• удельный вес 8,94 г/см3;
• модуль упругости составляет 132000 Мн/м2;
• значение относительного удлинения равно 60%.

Совершенно уникальными можно считать магнитные свойства данного металла, который является полностью диамагнитным. Именно эти свойства, наряду с физическими параметрами: удельным весом, удельной проводимостью и другими, в полной мере объясняют широкую востребованность данного металла при производстве изделий электротехнического назначения. Похожими свойствами обладает алюминий, который также успешно используется при производстве различной электротехнической продукции: проводов, кабелей и др.

Основную часть характеристик, которыми обладает медь, практически невозможно изменить, за исключением предела прочности. Данное свойство можно улучшить практически в два раза (до 420–450 МН/м2), если осуществить такую технологическую операцию, как наклеп.

Химические свойства

Химические свойства меди определяются тем, какое положение она занимает в таблице Менделеева, где она имеет порядковый номер 29 и располагается в четвертом периоде. Что примечательно, она находится в одной группе с благородными металлами. Это лишний раз подтверждает уникальность ее химических свойств, о которых следует рассказать более подробно.

В условиях невысокой влажности медь практически не проявляет химическую активность. Все меняется, если изделие поместить в условия, характеризующиеся высокой влажностью и повышенным содержанием углекислого газа. В таких условиях начинается активное окисление меди: на ее поверхности формируется зеленоватая пленка, состоящая из CuCO3, Cu(OH)2 и различных сернистых соединений. Такая пленка, которая называется патиной, выполняет важную функцию защиты металла от дальнейшего разрушения.

Окисление начинает активно происходить и тогда, когда изделие подвергается нагреву. Если металл нагреть до температуры 375 градусов, то на его поверхности формируется оксид меди, если выше (375-1100 градусов) - то двухслойная окалина.

Медь достаточно легко реагирует с элементами, которые входят в группу галогенов. Если металл поместить в пары серы, то он воспламенится. Высокую степень родства он проявляет и к селену. Медь не вступает в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже в условиях высоких температур.

Внимание заслуживает взаимодействие оксида меди с различными веществами. Так, при его взаимодействии с серной кислотой образуется сульфат и чистая медь, с бромоводородной и иодоводородной кислотой - бромид и иодид меди.

Иначе выглядят реакции оксида меди с щелочами, в результате которых образуется купрат. Получение меди, при котором металл восстанавливается до свободного состояния, осуществляют при помощи оксида углерода, аммиака, метана и других материалов.

Медь при взаимодействии с раствором солей железа переходит в раствор, при этом железо восстанавливается. Такая реакция используется для того, чтобы снять напыленный медный слой с различных изделий.

Одно- и двухвалентная медь способна создавать комплексные соединения, отличающиеся высокой устойчивостью. Такими соединениями являются двойные соли меди и аммиачные смеси. И те и другие нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.

Области применения меди

Применение меди, как и наиболее схожего с ней по своим свойствам алюминия, хорошо известно - это производство кабельной продукции. Медные провода и кабели, характеризуются невысоким электрическим сопротивлением и особыми магнитными свойствами. Для производства кабельной продукции применяются виды меди, характеризующиеся высокой чистотой. Если в ее состав добавить даже незначительное количество посторонних металлических примесей, к примеру, всего 0,02% алюминия, то электрическая проводимость исходного металла уменьшится на 8–10%.

Невысокий и ее высокая прочность, а также способность поддаваться различным видам механической обработки - это те свойства, которые позволяют производить из нее трубы, успешно использующиеся для транспортировки газа, горячей и холодной воды, пара. Совершенно не случайно именно подобные трубы применяются в составе инженерных коммуникаций жилых и административных зданий в большинстве европейских стран.

Медь, кроме исключительно высокой электропроводности, отличается способностью хорошо проводить тепло. Благодаря этому свойству она успешно используется в составе следующих систем:

• тепловые трубки;
• кулеры, использующиеся для охлаждения элементов персональных компьютеров;
• системы отопления и охлаждения воздуха;
• системы, обеспечивающие перераспределение тепла в различных устройствах (теплообменники).

Металлические конструкции, в которых использованы медные элементы, отличаются не только небольшим весом, но и исключительной декоративностью. Именно это послужило причиной их активного использования в архитектуре, а также для создания различных интерьерных элементов.

Свойства меди

Медь является переходным элементом и имеет атом с недостроенными электронными оболочками, поэтому она обладает переменной валентностью и образует одно-и двухвалентные соединения.
Температура плавления меди 1083° С, температура кипения 2600° С; упругость паров при 1000° C составляет 8,6*10в-5 мм рт. ст. Медь обладает высокой электропроводностью (электросопротивление 1,68 мком*см) и теплопроводностью (0,941 кал/см*град*сек).
Сухой воздух при атмосферном давлении и комнатной температуре не взаимодействует с медью. При нагревании выше 200° С в атмосфере кислорода медь окисляется, и при наличии в ней кислорода (Cu2O) протеккает реакция

Cu2О + H2 ⇔ 2Cu + H2О.

Водяные пары вследствие незначительной скорости диффузии создают давление порядка нескольких тысяч атмосфер и вызывают образование микроскопических пузырьков, вследствие чего медь становится губчатой и ломкой (так называемая «водородная болезнь»). Азот, окись углерода и углекислый газ в чистой меди не растворяются.
Влажный воздух, содержащий углекислый газ, действует на поверхность меди, создавая на ней зеленый налет основного карбоната меди.

Применение чистой меди

Благодаря высоким электропроводности и теплопроводности, достаточной пластичности и механической прочности чистая медь является одним из необходимых материалов электронной техники. Она применяется для изготовления электродов мощных генераторных ламп, при этом в меди должно содержаться минимальное количество кислорода и примесей, снижающих ее электропроводность и теплопроводность, - хрома, ванадия, марганца, титана, циркония, ниобия и др.
Из чистой меди изготовляют ряд деталей вакуумных приборов и аппаратов, применяемых в электронной технике. Чистота такой меди по разности с определяемыми примесями должна составлять не менее 99,999% Cu.
Как известно, в результате ряда пирометаллургических переделов получают так называемую черновую или конвертерную медь, которая в зависимости от состава перерабатываемого сырья содержит от 97,5 (МК-5) до 99,2% (MK-1) меди. В меди марки MK-1 содержится 5*10в-2% Sb, 5*10в-3% Bi и 2*10в-1% Ni и другие примеси. Такая медь не пригодна к техническому использованию в указанных выше областях и поэтому ее сначала подвергают окислительному, а затем электролитическому рафинированию.
После окислительного рафинирования получают красную медь, которую разливают в аноды для дальнейшего рафинирования.
Анодная медь (99,2-99,8% Cu) содержит примеси в следующих количествах: 5*10в-1-3*10в-2% Ni; 1,2*10в-1% As; 2*10в-1% Sb; 15*10в-1% S; 7*10в-3% Bi; 3*10в-2% Se; 1*10в-2% Fe; 8*10в-2% Pb; 5*10в-3% Zn; 3*10в-3-15*10в-3% Tl; 5*10в-2% Sn; 2*10в-1% O2; 4*10в-2% Au; 3-10в-1% Ag.
Электролитическое рафинирование анодной меди преследует две цели:
1) получение меди достаточно высокой чистоты (до 99,95% Cu), удовлетворяющей ряду требований электротехнической промышленности и производству высококачественных сплавов;
2) извлечение из меди драгоценных металлов и полупроводниковых элементов - селена и теллура.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:

Добавить

27.03.2019

В-первую очередь надо определиться сколько вы готовы потратить на покупку. Специалисты рекомендуют начинающим инвесторам сумму от 30 тысяч рублей до 100. Стоит...

27.03.2019

Металлопрокат в наше время активно используется в самых разных ситуациях. Действительно, на многих производствах просто не обойтись без него, так как металлопрокат...

27.03.2019

Стальные прокладки овального сечения предназначены для герметизации фланцевых соединений арматуры и трубопроводов, которые транспортируют агрессивные среды....

26.03.2019

Многие из нас слышали о такой должности как системный администратор, но далеко не каждый представляет себе, что конкретно имеется в виду под этой фразой....

26.03.2019

Каждый человек, который делает ремонт в своем помещении, должен задумываться о том, какие конструкции необходимо установить в межкомнатное пространство. На рынке...

26.03.2019

26.03.2019

На сегодняшний день газоанализаторы активно применяют в нефтяной и в газовой отраслях, в коммунальной сфере, в ходе осуществления анализов в лабораторных комплексах, для...

26.03.2019

На сегодняшний день металлические емкости активно используются с целью стационарного хранения разного рода жидкостей, среди которых нефть и нефтепродукты, на складах, в...

25.03.2019

На предприятии Algerian Qatari Steel, располагающемся в населённом пункте Беллара, стартовали «горячие» проверки проволочного стана с показателем мощности примерно...

25.03.2019

Высочайший уровень надёжности снабжения электричеством для ответственных потребителей можно достигнуть посредством эксплуатации автономных генераторов. Принимая во...

Медь – уникальный металл, имеющий золотисто-розово-красный цвет. Физико-технические и эстетические свойства меди делают ее очень востребованной и в современных условиях. С этим металлом люди познакомились очень давно. Человечество начало учиться использовать и обрабатывать металл с меди. Изначально медь использовалась для создания украшений для дома. Далее люди научились сплавлять ее с оловом, получив бронзу. Из прочной бронзы уже можно было создавать оружие и предметы труда, что существенно продвинуло развитие человечества. Бронзовый век стал огромным рывков практически во всех отраслях жизнедеятельности людей.

Много тысячелетий прошло с тех пор. Оружие сегодня изготавливается из еще более прочных и технологичных материалов, однако для мирных целей медь по-прежнему применяется очень активно. Потребоваться купить лист меди может для самых разных целей. Сложно перечислить в одной статье все сферы использования этого универсального материала, однако главные выделить можно попробовать.

Главным показателем измерения меди является удельное сопротивление - оно низкое в этом металле, поэтому медь используется в производстве. Материал из меди применяется в электротехнике, машиностроении. Все промышленные кабели которые рассчитаны на высокие напряжения изготавливаются из меди.

Другим важным критерием при выборе меди является ее теплопроводность, поэтому медь применяют в системах отопления, кондиционирования, из нее делают теплообменники. Кроме того, медь прочна и поддается механической обработке. Это позволяет создавать из меди трубы высокой прочности. Медные трубы используются для транспортировки химических жидкостей, газов.

Сорок процентов производства меди приходиться на строительную отрасль. Этот металл хорошо подходит для создания сантехники и электрики, с его помощью осуществляют отделку и покрытие кровли.

Самая распространенная медная руда на нашей планете – это борнит. Но кроме него медь добывают и из других руд, о которых мы и поговорим в рамках данной статьи.

1

Под данной рудой подразумевают скопления минералов, в которых медь присутствует в таких количествах, которые считаются пригодными для переработки ее в промышленных целях. Общепринятым показателем разумности разработки месторождения принято считать ситуацию, когда в нем скопления меди составляют не менее 0,5–1 %.

При этом порядка 90 % запасов данного металла на земле встречаются в рудах, содержащих не только медь, но и другие металлы (например, никель).

Масштабная добыча меди в России осуществляется в Восточной Сибири, на Урале и Кольском полуострове. Самые крупные залежи этого металла присутствуют на территории Чили (по оценкам экспертов – около 190 миллионов тонн). К другим странам, занимающимся разработкой таких руд, относят США, Замбию, Казахстан, Польшу, Канаду, Заир, Армению, Конго, Перу, Узбекистан. В общей сложности, на планете совокупный запас меди на разведанных месторождениях составляет примерно 680 миллионов тонн.

Все медные залежи принято делить на шесть генетических групп и девять промышленно-геологических типов:

• стратиформная группа (медные сланцы и песчаники);
• колчеданная (самородная медь, жильный и медно-колчеданный тип);
• гидротермальная (медно-порфировые руды);
• магматическая (медно-никелевая руда);
• скарновая;
• карбонатовая (железомедный и карбонатитовый тип).

В нашей стране основная добыча меди осуществляется на медистых сланцах и песчаниках, из медноколчеданной, медно-никелевой и медно-порфировой руды.

2

В природе медь достаточно редко встречается в самородном виде. Чаще всего она "прячется" в различных соединениях. Наиболее известными из них являются следующие:

3

Намного реже встречаются иные медные минералы, среди которых можно выделить такие:

4

Данный металл, чьи характеристики (например, высокая ) обусловили его широкую востребованность) получают из описанных нами минералов и руд тремя способами – гидрометаллургическим, пирометаллургическим и электролизом. Самой распространенной является пирометаллургическая технология, использующая в качестве исходного сырья минерал халькопирит. Общая схема пирометаллургического процесса включает в себя несколько операций. Первой из них является обогащение медной руды окислительным обжигом либо флотацией.

Метод флотации базируется на разном показателе смачиваемой пустой породы и частиц, содержащих медь. За счет этого некоторые минеральные элементы прилипают (избирательно) к воздушным пузырькам и транспортируются ими на поверхность. Такая несложная технология дает возможность получить концентрат порошкообразного вида, в котором содержание меди варьируется от 10 до 35 процентов.

Окислительный обжиг (не стоит путать его с ) чаще используется тогда, когда начальное сырье содержит в себе серу в больших количествах. Руда в этом случае нагревается до температуры 700–800 градусов, что приводит к окислению сульфидов и снижению содержания серы в 2 раза. После этого выполняется плавка на штейн (сплав с сульфидами железа и меди, получаемый в отражательных или в шахтных печах) при температуре 1450 градусов.

Медный штейн, который получается после всех этих операций, продувается в конвертерах горизонтальной конструкции без подачи дополнительного топлива (химические реакции дают необходимое для процесса тепло) с боковым дутьем для окисления железа и сульфидов. Получившуюся серу переводят в SO2, а окислы – в шлак.

В итоге из конвертера выходит так называемая черная медь, в которой содержание металла составляет примерно 91 %. Впоследствии ее подвергают очистке с применением огневого рафинирования (удаление ненужных примесей) и подкисленного раствора купороса (медного). Такую очистку называют электролитической, после нее содержание меди достигает показателя в 99,9 %.

При гидрометаллургическом способе производства меди ее получают посредством выщелачивания металла серной кислотой (очень слабым раствором) и выделением из получившегося раствора меди, а также других драгоценных металлов. Такая методика рекомендована для работы с бедными рудами.