Медь повсюду. Оглянитесь вокруг. Она в стенах вашего дома, в электрических и телефонных проводах, в компьютерах, холодильниках, микроволновых печах и автомобилях. Медь наиболее универсальный и прочный из всех металлов, за что получила название «вечный материал». Без меди никогда не было бы электрического света и космического полета. Это чудесный металл и ее сплавы используются во всех технологиях от телекоммуникаций до транспорта. Что мы можем узнать из истории открытия меди?
Считается, что латинское название меди Cuprum (Cu) произошло от названия острова Кипр, где римляне добывали медь из богатых медью рудников.
Никто не знает точно, где имеет свое начало история открытия меди. Археологические данные свидетельствуют, что медь была в употреблении еще 10.000 лет назад в Западной Азии. В доисторический период энеолита, медь использовали для производства украшений и орудий. Уже с 3-4-го тысячелетия до н.э., медь активно извлекают из рудников в районе города Уэльвы в Испании. Около 2500 г. До н.э., открытие полезных свойств медно-оловянных сплавов привело к бронзовому веку.
Археологи восстановили часть водной системы водопровода пирамиды Хеопса в Египте. Медные трубы, использованные в ней, были в исправном состояниине смотря на то что им более чем 5000 лет.
Было документально подтверждено, что в израильской долине Тимна добывали медь для фараонов. Запись на папирусе из Древнего Египта показывает, что медь была использована для лечения инфекций и стерилизации воды. Остров Кипр, как известно, поставлял много меди , необходимой для Финикии, Греции и Рима.
Хотя греки в эпоху Аристотеля были знакомы с латунью, однако до Римской империи Августа, медь не была активно использованной. В Южной Америке племена майя, ацтеков, инков и прочих древних цивилизаций использовали медь, а также золото и серебро. В средние века, использование меди и бронзы процветает в Китае, Индии и Японии.
Бронзовый век назван в честь бронзы, сплава меди и олова.
Открытия и изобретения в конце 18 и начале 19 веков сделанные Ампером, Фарадеем, Омом привели мир в новую медную эпоху. Демонстрация отличных электропроводящих и теплопроводящих свойств меди сыграла ключевую роль в начале промышленной революции.
История открытия меди считается историей развития человечества.
Медь и ее сплавы являются одной из основных групп коммерческих металлов. Они широко используются из-за их отличных электрической и тепловой проводимости, высокой стойкости к коррозии , и простоты изготовления, а также хорошей прочность и сопротивлению усталости. Они, как правило, немагнитные.
Производство меди и медные сплавы
... меди в чистой руде составляет около 0,3 до 1,0 %. Глава II. Производство меди и медные сплавы. 1. Металлургические заводы по производству меди. Небольшая история развития медной металлургии. Медь ... физиков, использующих радиоуглеродный метод; культурный слой с остатками жизнедеятельности человека датированный VII-VI тысячелетиях до н.э. Знаменательному открытию достаточно трудно поверить, но в 1963 ...
Медь легко спаивается, поэтому она используется для производства котлов. Медь и ее сплавы используется для декоративных деталей, т.к. легко полируется почти до любой желаемой текстуры и блеска.
В земной коре содержание меди составляет около 5·10–3% по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке).
Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2 (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu2S (79,8% меди), борнит Cu5FeS4 (52-65% меди).
Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu2O, (81,8% меди), малахит CuCO3·Cu(OH)2 (57,4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.
Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо (Fe), цинк (Zn), свинец (Pb), и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1 % по массе, а то и менее. В морской воде содержится примерно 1·10–8 % меди.
Получение меди методом электролиза
Электролиз широко применяют для очистки (рафинирования) меди. Для очистки меди из черновой меди отливают аноды – толстые пластины. Их подвешивают в ванну, содержащую раствор медного купороса. В качестве катодов используют тонкие листы чистой меди, на которые во время электролиза осаждается чистая медь . На аноде происходит растворение меди. Ионы меди передвигаются к катоду, принимают от катода электроны и переходят в атомы: Cu+2 +2e=>Cu. Чистая медь оседает на катоде.
Примеси, входящие в состав черновой меди ведут себя по-разному. Более электроотрицательные элементы – цинк, железо, кадмий и другие растворяются на аноде. Но на катоде эти металлы не выделяются, так как электрохимическом ряду напряжений они находятся левее меди и имеют более отрицательные потенциалы.
Металлотермический метод получения
3CuO+2Al=>Al
3Cu+2Fe=>Fe
· Пирометаллургический способ получения меди .
Поскольку содержание меди не превышает 1.5-2%, их подвергают обогащению, т.е. отделяют соединения меди от пустой породы, применяя флотационный метод. Для этого руду размалывают до тончайшего порошка и смешивают его с водой, добавив в неё предварительно флоторагенты – сложные органические вещества. Они покрывают мельчайшие крупинки соединений меди и сообщают им несмачиваемость. В воду добавляют ещё вещества, создающие пену. Затем через взвесь пропускают сильный поток воздуха. Поскольку частички (крупинки соединений меди) водой не смачиваются , они прилипают к пузырькам воздуха и всплывают наверх. Всё это происходит во флотационных аппаратах. Пену, которая содержит крупинки соединений меди, собирают, отфильтровывают, отжимают от воды и высушивают. Так получают концентрат, из которого выделяется медь. В зависимости от состава руды существует несколько методов её переработки.
Проект отделения конвертирования медных штейнов производительностью ...
... когда руды подвергаются обогащению. Руда меди Подготовка руды к плавке (обогащение, обжиг), Плавка руды на штейн Первичный штейн Конвертирование штейна (продувка воздухом) Черновая медь Рафинирование черновой меди Медь Рис. ... сортов меди. Медь с пониженным содержанием кислорода обладает хорошими литьевыми свойствами и применяется для изготовления химико-технологического оборудования, медных труб, ...
Сульфидную руду сначала обжигают при свободном токе воздуха для удаления части серы: 2CuS+3O 2 . Этот обжиг проводят в механических печах, похожих на устройства для обжига серного колчедана. В последнее время начали применять обжиг в кипящем слое. Продукты обжига затем переплавляют совместно с флюсами в отражательной печи. При этом протекает множество химических процессов, например
2CuO+4CuS=>3Cu
Пустая порода, часть сульфидов и окислов железа переходит в шлак, а на дне печи скапливается штейн – расплав сульфида меди Cu 2 S и сульфида железа FeS. Штейн сливают из печи и перерабатывают в конвекторе, который по устройству похож на конвектор для переработки стали. Частичное удаление серы происходит за счет продувки воздуха через расплавленный штейн:
2Cu 2 S+3O 2 =>2Cu 2 O+2SO 2 .
Сульфид меди и закись меди дают металлическую черновую медь:
Cu 2 S+2Cu 2 O=>SO 2 +6Cu
Она содержит около 95-98% меди. При последующей переплавке на поду отражательной печи содержание меди может быть повышено до 99,7%. Дальнейшая очистка меди проводится электролизом.
Более просто перерабатывают окисные руды меди, состоящие из закиси меди, окиси меди и карбонатов меди ( Cu 2 O, CuO, CuCO 3 •Cu(OH) 2 ).
Эти руды обогащения прокаливают с коксом при высокой температуре:
2CuO+C=>CO
Добыча и получение солей меди из природных месторождений.
Около 15% всех руд меди перерабатывается гидрометаллургическим методом – на измельченную руду действуют растворителем , который переводит медь в раствор. На руды, содержащие оксид меди, действуют разбавленной серной кислотой:
CuO+H
По сравнению со многими другими оксидами, встречающимися в руде, оксид меди растворяется сравнительно хорошо. Выделение металлической меди из раствора проводят электролизом.
Если медь находится в руде в виде сульфида, то ее в раствор можно перевести, обрабатывая ее руду раствором сульфата железа:
CuSO 4 +2Fe 2 SO 4 =>4FeSO 4 +2CuSO+S
Гидрометаллургическом способе получения
Этот способ используют бедные медные руды, которые подвергают выщелачиванию. Для выщелачивания руду желательно мелко раздробить. Процесс ведется в кучах, а также в деревянных и бетонных чанах. Выщелачивания ведется при помощи растворителей H 2 S0 4 , Fe (SO 4 ) 3 , NH4OH и др.
Классификация и виды печей
... свод (несущая пространственная конструкция в виде выпуклой плоскости), которая располагается между двумя несущими стенами печи, воспринимающими распор. Кладка русской печи несет в себе применение лучковых ... геометрическое очертание. Пята свода горнила начинает формироваться на шестнадцатом ряду кладки печи (шестой ряд от шестка). Необходимо обтесать внутреннюю ложковую поверхность кирпичей, которые ...
медные руды
CuO + H 2 SO 4 =>CuSO 4 + H 2 O
СuСО 3 * Сu(ОН) 2 + 2 Н 2 SO 4 =>2СuSO 4 + 3 Н 2 О +СO 2 .
Сернистые соединения меди выщелачиваются сернокислым железом:
Cu 2 S + 2 Fe 2 (SО 4 ) 3 =>2 СuSO 4 + 4 FeSO 4 + S.
При выщелачивании медных руд достигается почти полное извлечение меди, что дает возможность перерабатывать даже к бедные окисленные руды. Полученные растворы солей меди при выщелачивании подвергают дальнейшей обработке с целью извлечения меди. Из бедных цттиоров медь добывают методом цементации. В раствор опускают обрезки железа (листы, проволоку).
Железо замещает медь в сернокислых солях и медь выделяется в виде металлического мелкого порошка:
CuSО 4 + Fe =>FeSО 4 + Cu.
Цементационная медь содержит до 70% Сu. Растворы, содержащие большое количество сернокислых солей меди , подвергают электролизу с нерастворимыми постоянными анодами. Катодприменяют обычно из чистой электролитной меди. Электролит содержит 40–60 г/л меди, 10–20 г/л H 2 SО 4 .
Плотность .
По международному стандарту по отожженной меди (International Annealed Copper Standard – IACS) плотность меди принята равной 8890 кг/м 3 при температуре 20°С. Однако в зависимости от вида обработки и химического состава плотность меди может иметь небольшие отличия. Например, литая медь имеет плотность 8920 кг/м 3 . При холодной деформации отожженной меди уменьшается ее плотность.
При нагреве плотность меди заметно уменьшается, что видно на примере марки M1:
t,°С 20 600 700 800 900 1000
γ, кг/м 3 8890 8680 8610 8550 8470 8400
Электрические свойства.
Высокая электропроводность меди является основным свойством, обусловливающим ее широкое применение. Электропроводность меди в твердом состоянии зависит в первую очередь от чистоты металла. Примеси и легирующие элементы уменьшают электропроводность меди и повышают ее удельное электросопротивление.
Тепловые свойства.
с
Краткие характеристики:
-
в чистом виде плотность металла составляет 8.93 г/см 3 ;
14 стр., 6769 словАнализ свариваемости сплавов на основе меди (М1)
... электропроводность меди. Свойства наклепанной меди можно восстановить путем отжига (рекристаллизации). Механические свойства меди, так же как и других металлов, ... меди: Атомный вес 63,54 Кристаллическая решетка Г.ц.к. Периоды решетки, А 3,6080 Плотность, ... других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Жидкий медный ... действуют на медь. Незначительна также скорость коррозии меди в морской воде. Медь ...
-
хорошая электропроводность с показателем 55,5S, при температуре около 20⁰;
-
теплопередача 390 Дж/кг;
-
кипение происходит на отметке 2600°, после чего начинает выделение углерода;
-
удельное электрическое сопротивление в среднем температурном диапазоне – 1.78×10 Ом/м.
Степень окисления меди в соединениях
Медь может существовать в виде простого вещества – металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю , так как распределение электронной плотности в них равномерно.
В своих соединениях медь может проявлять степени окисления:
(+1) (Cu +1 2 O, Cu+1 OH, K[Cu+1 (CN)2 ] Cu+1 Cl и т.д.)
(+2) (Cu +2 O, Cu+2 Cl2 , Cu+2 (OH)2 )
(+3) (Kcu +3 O2 )
6.1 Соединения металла с неметалла
а) с серой
