Медь металл

 

Cu представляет собой металл золотисто-розоватого оттенка достаточно мягкий и пластичный, податливый в обработке. Благодаря своим свойствам и относительной простоте извлечения из горной породы, весьма востребован. Металл имеет латинское обозначение Cu (Cuprum), это название по мнению исследователей происходит от слова Кипр, где умельцы добывали и использовали его уже в 3 тысячелетии до н.э. Русское название меди, по мнению исследователей-историков, происходит от слова «смида», которым в России в древности называли все добываемые в то время металлы. Самые древние археологические находки из меди – наконечники стрел, шлемы, щиты, а также булавки, бусины, кольца, серьги и подвески, то есть по сути основное применение Cu в древности – предметы роскоши и элементы оружия.

Факты, связанные с медью

С добычей и выплавкой Cu связаны некоторые интересные исторические факты, которые показывают, как развивался интерес к данной руде.

  • Известно, что на о.Кипр существовали медные рудники в III тысячелетии до н.э. Уже тогда производилась выплавка меди в достаточно масштабных объемах. В России подобные рудники, которые занимались именно медью и ее выплавкой, появились позднее примерно на тысячу лет. Археологами обнаружены остатки выработок в Сибири, на Урале, на Алтае и в Закавказье.
  • Уже в древности человек научился создавать сплав с медью – бронзу. Этот сплав был гораздо прочнее чистой меди, при этом характеризовался хорошей ковкостью. Археологические находки позволяют полагать, что бронза была известна человеку уже в 3 тысячелетии до н.э.

Первые методы извлечения меди из породы

Вначале Cu добывали из малахита, позднее стали добывать из прочих горных пород и руд, обогащенных медью.

Малахит – это карбонат меди. Он имеет формулу (CuOH)2CO3. Минерал крайне неустойчив при термическом воздействии и при нагреве распадается на черный порошок оксида меди, при этом выделяются вода и углекислый газ. Реакция в формулах выражается так:

(СuОН)2СО3 → 2CuO + CO2 + H2O

Именно это свойство малахита и использовали наши предки при обогащении малахитовой руды. Порода, обогащенная медью, перемешивалась с углем и опускалась в глиняную емкость. Эту емкость помещали в яму и поджигали находящуюся в нем смесь. В результате уголь горел, выделялся угарный газ, который восстанавливал оксид меди, что получался из малахита, до меди свободной.

Еще один вариант извлечения меди из руд также был связан с огнем. Породу, обогащенную медью, нагревали на открытом огне, после чего резко охлаждали при помощи воды. При этом руда трескалась, в трещины забивали клинья и повторяли процесс. Путем множественных повторений из руды выплавляли Cu. Позднее технология была значительно усовершенствована. В костры, на которых грелась порода, обогащенная медью, стали вдувать воздух. Это существенно увеличивало температуру нагрева руды и как результат ускоряло процесс плавки. Впоследствии это технологическое усовершенствование процесса извлечения Cu привело к созданию плавильных печей.

Современная добыча меди

Современная добыча меди выполняется из медьсодержащих руд путем обогащения и последующего извлечения медного концентрата на обогатительных фабриках.

Медные объекты отрабатываются открытым карьерным и подземным шахтным способом.

Cu в рудах

В природе Cu встречается в рудах следующих типов:

  • обогащенные медью песчаные породы и сланцы;
  • колчеданные руды;
  • Cu-порфировые руды;
  • Cu-никелевые руды;
  • скарновые руды, обогащенные медью, и пр.

Для того, чтобы горная порода, обогащенная медью, получила статус руды, в ней должно быть промышленное содержание полезного компонента – Cu. Носителем меди в руде может быть минерал или группа минералов. Основными минералами-носителями Cu являются:

  • медный колчедан или халькопирит (CuFeS2);
  • халькозин (Cu2S);
  • борнит (Cu5FeS4).

Также минералами меди являются ковеллин CuS, куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2 и еще довольно обширный список минералов.

Самородная форма Cu

Самородная форма металла, как правило, встречается в зонах окисления, которые на данный момент практически полностью выбраны. Находки самородной меди не имеют промышленного значения, они представляют скорее научный геологический и минералогический интерес. В самостоятельной форме нахождения Cu формируется в виде самородков, дендритных форм, проволочных и стружкоподобных выделений. Самое крупное рудопроявление самородной меди – жила на п-ове Кьюсиноу (США). Прогнозно-оценочная масса жилы – 500 тонн.

Физические характеристики меди

Цвет металла зависит от наличия примесей и их объема, может меняться от золотисто-розового до красноватого. Плотность меди – 8890 кг/м3 при температуре 20°С по шкале IACS. В зависимости от вида обработки, плотность Cu может меняться. К примеру, Cu в литом виде имеет плотность 8920 кг/м3.

При нагревании металла его плотность может уменьшаться. Cu обладает высокой электропроводностью. Это свойство имеет прямую зависимость от наличия примесей и их объема. При увеличении числа примесей электропроводность Cu падает, а удельное электросопротивление возрастает.

Cu имеет переходную степень окисления +1 и +2. Степень окисления +1 проявляет устойчивость в бесцветных нерастворимых соединениях. Степень +2 обладает большей устойчивостью, она дает соли синего и сине-зелёного цвета. Соединения с медью с необычными степенями окисления +3 или +5 возможно получить только в лабораторных условиях.

Кристаллическая решетка Cu – кубическая гранецентрированная. У самородной меди это проявляется в том, что она кристаллизуется в кубической сингонии.

Среди физических свойств меди можно также выделить:

  • теплопроводность при 20-100° С 394 Вт/м*К;
  • электропроводность 55,5–58 МСм/м;
  • температура плавления 1083°С;
  • температура кипения 2562 °С;
  • предел прочности при растяжении 22 кгс/мм2;
  • твердость 3,0 по шкале Мооса.

Cu не имеет магнитных свойств, что совместно с хорошей проводимостью и слабой окисляемостью позволяет применять этот металл в электротехнике.

Химические свойства меди

Кларк (среднее содержание элемента в земной коре) Cu равен (4,7-5,5)·10−3масс.% .

Во влажной среде на поверхности металла появляется зеленая пленка – патина, она состоит из карбоната и гидроксида меди.

При термической обработке металл становится тусклым, после чего чернеет. Это образуется оксидная пленка CuO.

Рассмотрим некоторые реакции, которые характерны для Cu и ее соединений:

  • реакция с галогенами с образованием дифторида или дибромида меди;
  • дихлорид Cu реагирует с порошком металлической меди с образованием нерастворимого в воде CuCl. CuCl в свою очередь растворяется в концентрированной HCL;
  • Cu сплавляется с серой с образованием Cu2S;
  • Cu не реагирует с H, C, Si, но при контакте с H и одновременном нагревании возникает так называемая «водородная болезнь» меди с образованием разрывов и трещинок;
  • при плавке Cu может возникать эвтектика (Cu-Cu2O);
  • Cu с присутствием кислорода реагирует с HCl, а также с разбавленной H2SO4 без выделения водорода с образованием дихлорида Cu и 2 молекул воды;
  • Cu реагирует с HNO3 с выделением оксида азота и образованием нитрата Cu;
  • Cu реагирует с растворами солей железа. Cu переходит в раствор с восстановлением железа. Эта реакция используется для снятия слоя напыления.

Где применяется Cu

Область применения сплавов на основе Cu, а также чистого металла довольно широка.

●      В чистом виде она используется для изготовления проводов и кабелей.

●      Металл применяется для изготовления газовых труб, труб для водоснабжения и передачи пара.

  • Сплавы с медью также имеют широкое распространение. Сплавы Сu и Ni применяют в приборостроении, производстве бытовых приборов, химической промышленности.
  • Медью выполняют напыление при хромировании стальных деталей для обеспечения лучшего сцепления слоя напыления и стальной поверхности.
  • Еще одна сфера использования Cu – медный припой при пайке.
  • Cu применяется и для изготовления предметов быта и интерьера: посуда, скульптуры и композиции, ограды и пр.

Таким образом, Cu – металл, который достаточно просто извлекается из горной породы и при этом обладает массой полезных свойств, которые делают его промышленно значимым и востребованным на рынке. Применение меди позволяет решить массу промышленных и инженерных задач.

Проконсультироваться по вопросам добычи, применению Cu, физических и химических свойств Cu, а также сплавов с медью всегда можно у специалистов ООО «Профлазермет» по контактным телефонам на сайте.