Надо Знать

добавить знаний



Медь



План:


Введение

Медь (традиционное название) или медь (название химического элемента в новой химической терминологии, от лат. Cuprum ) (Химический символ Cu) - химический элемент с атомным номером 29, в чистом виде составляет химическое вещество медь (до простого вещества название "купрум" не применяется). Атомная масса меди 63,546. Это пластический ковкий переходный металл красновато-золотистого цвета (розовый при отсутствии оксидной пленки), хороший проводник тепла и электричества. Издавна его широко использовала человек.


1. Общие сведения

Плотность 8,940 r / см 3. t пл 1084,5 С; t кип 2540 С. Твердость по Моосу - 2,5-3. Химически малоактивен. Примеси: Ag, As, Fe, Bi, Sb, Hg, Ge. Взаимодействует с галогенами, серой, селеном, образует комплексные соединения с цианидами и др.. Соли одновалентной меди в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений двухвалентной меди. Соли двухвалентной меди хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированной. Кларк меди 4,7 10 -3% по массе. В основных горных породах ее среднее содержание несколько выше (10 -2). Медь характерна для основного и кислого магматизма. При первом она концентрируется в магматических и скарновых родововищах и поствулканичних колчеданных рудах. В связи с гранитным магматизмом формируются медно-порфировые и жильные месторождения.


2. История

Символ Миди в алхимии

Начало медной эпохи положило освоение людьми техники горячего ковки и литья, которому много способствовало распространение гончарного производства. Печи и керамические формы для отливки дали возможность освоить методы переработки самородной меди. Произошло это на Ближнем Востоке приблизительно в IV тысячелетии до н. е., в Европе и Китае в II-III тысячелетии до н.э., а в Перу в начале I тысячелетия до н. е.

Следующий этап развития технологий наступил уже в конце III тысячелетия до н.э., когда была открыта возможность получения металлов из руды. В связи с относительной простотой получения из руды и сравнительно невысокой температурой плавления медь - один из первых металлов, широко освоенных человеком. Одновременно, скорее всего случайно, было установлено, что, если в тигель, где плавится медь, добавить немного олова, качество полученного материала существенно улучшится.

В начале II тысячелетия до нашей эры медь стала заменяться бронзой. Примерно в это же время появились и первые железные изделия, но мягкое железо (не пригодно к литью, поскольку требовало чрезмерно высоких температур), как материал для оружия и сельскохозяйственных орудий, не могло конкурировать с бронзой, - бронзовая сутки продолжалась еще 1000 лет, вплоть до освоения технологий навуглецьовування, закалки и сварки сплавов железа.

И позже бронза сохраняла свою роль, так как превосходила железо в технологичности, - если форму железному изделию можно было предоставлять только ковкой (поэтому даже старинные гвозди имели квадратное сечение), то бронзовые орудия можно было выливать. С XV века бронза снова стала стратегическим материалом, поскольку оказалось, что она незаменима для изготовления пушек.

Медь и ее сплавы с глубокой древности, с служили для чеканка монет и медалей.


3. Происхождение названия

Латинское название меди: "купрум" берет свое происхождение от названия острова Кипр, где в древности существовал широкий промысел медных предметов. Слово "медь" ( рус. медь , пол. miedź , чешск. med ) Вероятно берет свое начало от древненемецкого "smida" (металл) или "Schmied" (кузнец, англ. Smith ). От этого слова образовались и родственные названия - медаль, медальон ( фр. medaille ). Алхимики называли медь - "Венера" ​​(Venus).


4. Минералы меди

Самородная медь

Известно 170-200 минералов меди, но промышленное значение имеют около 20. К ним относятся: самородная медь Cu (92%), халькопирит (медный колчедан) CuFeS 2 (34,6%), борнит Cu 5 FeS 4 (63,3%), кубанит CuFe 2 S 3 (22 24%), халькозин Cu 2 S (79,9%), ковелин (медный блеск) CuS (66,5%), тенантит 3Cu 2 S As 2 S 3 (57,5%), тетраедрит 3Cu 2 S Sb 2 S 3 (52,3%), енаргит Cu 3 AsS 4, куприт Cu 2 O (88,8%), тенорит CuO (79,9%), малахит Cu 2 CO 3 Cu (OH) 2 (57,4%), азурит 2 CuCO 3 Cu (OH) 2 (55,3%), халькантит Cu [SO 4] 5H 2 O (31,8%), бронцантит CuSO 4 3Cu (OH) 2 (56,2%), атакамит CuCl 2 3Cu (OH) 2 (59,5%), хризокола CuSiO 3 nH 2 O (36,6), делафосит CuFeO 2, ендрюсит и др..

Сульфиды меди ( халькопирит, халькозин, борнит) является главными в ее рудах; подчиненное значение имеют сульфосоли ( блеклые руды) и сульфоарсениды ( енаргит) еще меньше - оксиды, карбонаты и силикаты (см. медные руды).


5. Производство меди

Мировое производство меди

5.1. Получение меди

Медь получают из медных, медно-молибденовых, медно-никелевых и полиметаллических руд. Заводы выпускают черновую (99%), рафинированное огневым (99,6% Cu) и электролитическим (99,95% Cu) методами медь.

Процесс извлечения меди включает три основных этапа:

  • обогащения медной руды;
  • выплавка черновой меди
  • рафинирование меди.

Учитывая очень малое содержание меди в рудах (1-2%), руду сначала обогащают флотационным способом. Размолотый руду смешивают с флотационных реагентов пенообразователями и водой и продувают пульпу воздухом. Пузырьки воздуха прилипают к зерен рудных минералов, всплывают и образуют пену, а пустая порода, которая хорошо смачивается водой опускается на дно.

После фильтрации пены и просушки получают концентрат с содержанием 10 ... 35% меди. Для уменьшения содержания серы обогащенную руду подвергают окислительному обжигу при температуре 600 ... 900 C. После этого руда поступает в Пламенные печи с температурой в зоне плавки 1450 C, где происходит диссоциация высших сульфидов и карбонатов. Продукты диссоциации сплавляют между собой, образуя штейн - легкоплавкий сплав с температурой плавления 900 ... 1150 C и содержанием 10 ... 60% Cu, 10 ... 58% Fe, 22 ... 25% S. Кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Выплавка черновой меди происходит в горизонтальных конверторах с боковым дутьем продувкой штейна воздухом. Температура в конвертере составляет 1200-1300 C. Сначала окисляется железо:

2FeS + 3O 2 = 2FeO + 2SO 2

Окись железа в виде шлака всплывает на поверхность и сливается. Во второй период продувки:

2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2

Закись меди растворяется в расплаве и взаимодействует с напивсирчистою медью с образованием черновой меди:

2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2

Тепло в конвертере выделяется за счет протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащая 98,5 ... 99,5% Cu; 0,3 ... 0,5% S; 0,01 ... 0,04% Fe; 0,3 ... 0,5% Ni.

Рафинирование черновой меди проводят огневым (окисление примесей при продувке расплава воздухом), или электролитическим способом за счет электролиза в водном растворе серной кислоты и медного купороса. При прохождении тока анодные плиты черновой меди растворяются и на катодах осаждается чистая электролитическая медь, а примеси выпадают на дно ванны.

Больше меди добывается в Чили. На долю этой страны приходится треть мирового производства. Дальше добычей идут США, Индонезия и Перу.


5.2. Маркировка промышленной меди

Марки промышленной меди и ее химический состав определяется ГОСТ 859-2003 [1]. Сокращенное информация о марках меди и аналоги в зарубежных стандартах приведена ниже:

Марки меди EN, DIN Cu,% O,% P,%
М00 Cu-OFE 99,96 0,003 0,0005
М0 Cu-PHC, OF-Cu 99,97 0,001 0,002
М1б Cu-OF1, Cu-ETP1 99,95 0,003 0,002
М1 Cu-OF, Cu-ETP, Cu-FRHC, SW-Cu, E-Cu, E Cu58 99,90 0,005 -
М1ф Cu-DHP, SF-Cu 99,99 - 0,012 - 0,04
М2 99,7 0,07 -
М3 99,5 0,08 -

Специфические особенности меди, присущие разным маркам, определяются не содержанием меди (отличия составляют не более 0,5%), а содержанием конкретных примесей (их количество может отличаться в 10 ... 50 раз). Часто используют классификацию марок меди по содержанию кислорода:

  • бескислородная медь (М00б, М0б и М1б) с содержанием кислорода до 0,001%;
  • рафинированная медь (М1ф, М1р, М2р, М3р) с содержанием кислорода до 0,01%, но с повышенным содержанием фосфора
  • медь высокой чистоты (М00, М0, М1) с содержанием кислорода 0,03 ... 0,05%;
  • медь общего назначения (М2, М3) с содержанием кислорода до 0,08%.

5.3. Сортамент промышленных поставок

Промышленная медь поставляется по следующим видам обработки давлением:

  • холоднодеформированных прокат - это бесшовные (прутки, проволока, трубы) и холоднокатаные (письма, лента, фольга) изделия. Он выпускается в твердые, полутвердые и мягком (отожженном) состояниях;
  • горячедеформированные прокат - результат прессования (прутки, трубы) или горячего вальцевания (листы, плиты), при температурах выше температуры рекристаллизации (150 ... 240 C);

Сортамент промышленной меди следующий:

  • Медные прутки - выпускаются прессованными (20 ... 180 мм) и холоднодеформированные, в твердом, полутвердые и мягком состояниях (диаметр 3 ... 50 мм) по ГОСТ 1535 ^ 2006 [2].
  • Плоский медный прокат общего назначения выпускается в виде фольги, ленты, листов и плит из ГОСТ 1173:2006 [3]
    • Фольга медная - холоднокатаная: 0,05 ... 0,1 мм (выпускается только в твердом состоянии)
    • Ленты медные - холоднокатаные: 0,1 ... 6 мм.
    • Письма медные - холоднокатаные: 0,2 ... 12 мм и горячекатаные: 3 ... 25 мм (механические свойства регламентируются до 12 мм).
    • Плиты медные - горячекатаные: более 25 мм (механические свойства не регламентируются).
  • Медные трубы общего назначения изготавливаются бесшовные (в мягком, полужесткие и твердом состояниях) и прессованными (больших сечений) по ГОСТ 617:2007 [4].

6. Свойства меди

6.1. Химические свойства

Медь - малоактивный металл, в электрохимическом ряду напряжений она стоит правее водород. Она не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако в кислотах - сильный окислитель (например, в азотной и концентрированной серной) - медь растворяется:

3Cu + 8HNO 3 → 3Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4Н 2 О

Концентрированная медь имеет достаточно высокую устойчивость к коррозии. Однако во влажной атмосфере, содержащей углекислый газ медь покрывается зеленоватым налетом основного карбоната меди :

2Cu + O 2 + CO 2 + H 2 O = Cu (OH) 2 + CuCO 3

В соединениях медь может проявлять степени окисления +1, +2 и +3, из которых +2 - наиболее характерная и устойчивая. Медь (II) образует устойчивый оксид CuO и гидроксид Cu (OН) 2. Этот гидроксид амфотерный, хорошо растворяется в кислотах Cu (OН) 2 + 2HCl = CuCl 2 + 2Н 2 О и в концентрированных щелочах. Соли меди (II) нашли широкое применение в народном хозяйстве. Особенно важно медный купорос - кристаллогидрат сульфата меди (II) CuSO 4


6.2. Механические свойства

Механические свойства чистой меди в мягком состоянии следующие [5] :


7. Применение

Производство меди в мире в процентах для каждой отдельно взятой страны в 2005 году по сравнению с лидером Чили (100% = 5320500 тонн).

Медь используется с бронзового века, временные рамки которого оцениваются от 4 тыс. до 1 тыс. лет до н.э. В частности, в Украине обнаружены старые Картамышского медные рудники на Луганщине, которые датируются XVI в. до н.э.

Современное широкое применение меди связано с ее высокой электропроводностью, химической стойкостью, пластичностью и способностью образовывать сплавы со многими металлами: оловом ( бронза), цинком ( латунь), никелем ( мельхиор) и др.. Медь используется в различных отраслях промышленности: электротехнической (50%), машиностроении (25%), строительной, пищевой и химической (25%) областях.


7.1. Использование чистой меди

Используется в чистом виде в электротехнике, отличается высокой электро- и теплопроводностью.

Более половины меди, добываемой используется в электротехнике для изготовления различных проводов, кабелей, токопроводящих частей электротехнической аппаратуры. Для этого обычно используется чистый металл (99,98 ... 99,999% Cu), прошедший электролитическое рафинирование.

Завдяки високій теплопровідності мідь - незамінний матеріал теплообмінників і холодильної апаратури. Крім цього, з міді виготовляють деталі хімічної апаратури та інструмент для роботи з вибухонебезпечними або легкозаймистими речовинами.

Широко застосовується мідь в гальванотехніці для нанесення мідних покриттів, одержання тонкостінних виробів складної форми, виготовлення кліше в поліграфії та ін.


7.2. Сплави на основі міді

Залежно від марки (складу) сплави використовуються у різних областях техніки як конструкційні, антифрикційні, стійкі до корозії матеріали, а також як матеріали із заданою електро-і теплопровідністю. Велике значення мають наступні мідні сплави:

  • ​латуні (основна добавка цинк (Zn)). Вона має жовтуватий колір. Позначається звичайна латунь буквою Л з цифрою, що вказує на процентний вміст у латуні міді, а все інше - цинк. Наприклад, Л62 (62% міді). Латунь твердіша за мідь, вона ковка і в'язка, тому легко вальцюється в тонкі листи або виштамповується у найрізноманітніші форми. Недолік: вона з часом окислюється і чорніє. Домішки кремнію (Si), олова (Sn), алюмінію (Al) підвищують міцність, антифрикційні властивості й корозійну стійкість латуні на повітрі, у морській воді й атмосфері. Марганець додає жаростійкості, а залізо твердості. Свинцева латунь добре полірується, а домішка до алюмінієвої латуні миш'яку, нікелю й заліза підвищує її стійкість до кислот;
  • бронзи (сплави з різними елементами, головним чином металами - оловом , алюмінієм, берилієм ] (Be), свинцем (Pb), кадмієм (Cd) та іншими, крім цинку і нікелю (Ni)). Порівняно з латунню бронза міцніша, стійкіша до корозії, мають антифрикційні властивості. Позначають бронзу Бр, а далі йдуть елементи, які входять у її склад та їх процентний вміст (крім міді). Наприклад, БрОФ 8,0-0,3 містить 8% олова й 0,3% фосфору, решта - мідь. Із бронз виготовляють крани, вентилі, втулки навантажених підшипників і т.п. Берилієва бронза після загартовування, за твердістю й пружними властивостями перевершує високоякісну сталь, а кадмієві й хромисті бронзи мають високу тепло- і електропровідність;
  • мідно-нікелеві сплави (константан (МНМц 40-1,5), манганин (МНМц 3-12), куніаль (МНА 13-3), мельхіор (МНЖМц 30-0,8-1), нейзильбер ("нове срібло")(МНЦ 15-20)). Мідно-нікелеві сплави мають високу корозійну стійкість і особливі електричні властивості, які змінюються залежно від вмісту нікелю. Крім нікелю, до складу сплаву можуть входити й інші елементи.

З часів античності мідь використовувалась у складі монетних сплавів, які отримали особливе поширення у новітню добу. Це сплави: мідь- цинк - олово, мідь- алюміній мідь- нікель, бронза, латунь, мельхіор. Литі мідні зливки античної Греції та Риму представляють інтерес для нумізматики. Мідні монети, що чеканились як еквівалент срібним, мали особливо великі розміри та вагу, як, наприклад шведські мідні дошки-плоти чи мідні гроші. З появою розмінної монети мідні монети пристосувались до потреб грошового обігу.


7.3. Мідь у інших сплавах

Дюралюміній - є сплавом алюмінію, де основним легуючим елементом є мідь (вміст 4,4 %), а також, магній (1,5 %) та марганець (0,5 %).

У ювелірній справі часто використовуються сплави золота з міддю для збільшення міцності виробів при деформаціях і стійкості до стирання, так як чисте золото дуже м'який метал і не є стійким до цих механічних впливів.

Є сплави на основі міді, створені для імітації золота, що використовуються для виготовлення біжутерії (див., наприклад, абіссінське золото).


7.4. Мідь у хімічних сполуках

Мідний купорос (у природі зустрічається у вигляді мінералу халькантит, хімічна формула CuSO 42 О) використовується як окремо в 1...2. так і в суміші із свіжогашеним вапном в 1...4% концентрації (бордоська рідина) у сільському господарстві для боротьби з хворобами рослин. У промисловості мідний купорос використовується при виробництві штучних волокон, органічних барвників, мінеральних фарб, миш'якових хімікатів, для збагачення руди при флотації.

Оксиди міді (Cu 2 O, CuO) використовуються для отримання оксиду ітрію барію міді YBa 2 Cu 3 O 7-δ, який є основою для отримання високотемпературних надпровідників.

Оксид меди (иногда с добавлением оксида бария или оксида висмута для увеличения емкости) используется в качестве катода в медно-окисидному гальваническом элементе (изобретен в 1882 году Лаландом) - химическом источнике электрического тока в котором анодом является цинк (реже олово), а электролитом служит гидроксид калия.


8. Биологическая роль

8.1. Положительное влияние

Богатая медь еда: устрицы, печень коров или овец, бразильские орехи, какао и черный перец. К неплохих источников меди относятся также омары. орехи, семечки, зеленые маслины, авокадо, пшеничные отруби.

Медь важный элемент для всех растений и животных. Известно более 50 белков и ферментов, в которых найдены медь. В основном медь содержится в крови в составе белков плазмы, называемые церулоплазмина. Поглощаясь в кишечника медь переносится в печени благодаря связи с альбумином. Медь способствует росту и развитию, участвует в кроветворении, иммунных реакциях. Медь необходима для превращения железа организма в гемоглобин. В крови большинства моллюсков и членистоногих медь используется вместо железа для транспортировки кислорода.

Отмечено [6] на основе исследований, соединения меди в форме сультату в определенных дозах действуют бактеростатично, противогрибковое, антитоксическое, у цыплят стимулируют рост, а у кур яйценоскость и качество яиц, усилит биотрансформацию белков корма в белки тела, повышают общую резистентность организма сельскохозяйственной птицы.

Считается, что медь и цинк конкурируют друг с другом в процессе усваивания в пищеварительной системе, поэтому избыток одного из этих элементов в пище может вызвать нехватку другого элемента. Здоровому взрослому человеку необходимо поступление меди в количестве 1 ... 2 мг ежедневно [7]. Заболевания, вызываемые дефицитом меди: анемия, водянка, дерматозы, задержка роста, депигментация волос, частичное облысение, потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия сердечной мышцы.


8.2. Негативное влияние

Избыточное поступление меди в организм ведет к отложению ее в тканях (болезнь Вильсона). При поступлении в организм человека избыточного количества меди может возникнуть бронхиальная астма, заболевания почек, заболевания печени, а также просто интоксикация организма. Симптомы передозировки [7] :

  • бессонница, раздражительность, депрессия;
  • мышечные боли, анемия;
  • раздражение слизистых оболочек, воспалительные заболевания;
  • ухудшение памяти;
  • расстройства желудочно-кишечного тракта.

9. Интересные факты

  • Индейцы культуры Чонос ( Эквадор) еще в XV-XVI веках выплавляли медь с содержанием 99,5% и использовали ее как монеты в виде топориков размерами сторон по 2 мм и 0,5 мм толщиной. Эта монета ходила по всему западному побережью Южной Америки, в том числе и в государстве инков [8].
  • В Японии медным трубопроводам для газа в домах присвоен статус "сейсмостойких".
  • Инструменты, изготовленные из меди и ее сплавов, не образующих искр при ударах, а потому применяются там, где существуют особые требования безопасности (огнеопасные, взрывоопасные производства).
  • Польские ученые установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются крупными размерами. В прудах или озерах, где меди нет, быстро развивается грибок, поражающий карпов [9].

Примечания

  1. ГОСТ 859-2001 Медь. Марки.
  2. ГОСТ 1535:2007 Прутки медные. Технические условия.
  3. ГОСТ 1173:2007 Фольга, ленты, листы и плиты медные. Технические условия.
  4. ГОСТ 617:2007 Трубы медные и латунные круглого сечения общего назначения. Технические условия.
  5. ГОСТ 1535:2007 Прутки медные. Технические условия.
  6. Горобец А.И. Использование различных соединений и уровней меди в кормлении птицы. - avian.org.ua / data / statti / cuprum.htm
  7. а б Мы и медицина. Медь (Cu) - medblog.lviv.ua/nutrition/mineraly/345-md-cu.html
  8. Espinoza Soriano, Waldemar. Etnohistoria ecuatoriana: estudios y documentos. - Quito: Abya-Yala, 1988. - P. 135.
  9. Интересные факты о меди и медных трубах - www.stelmarket.ru/teh_inf/26.htm

См.. также

Литература

  • Глоссарий терминов по химии / / Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им .. Л.М.Литвиненка НАН Украины, Донецкий национальный университет - М.: "Вебер", 2008. - 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. С. Белецкого. - М.: "Донбасс", 2004. - ISBN 966-7804-14-3.
  • Горбовой П.М., Загричук Г.Я., Фальфушинська Г.И. Основы химии элементов. - М.: В-во Карпюк, 2001. - 276с.
  • Григорьева В.В. и др.. Общая химия. - М.: Высшая школа., 1991.-431 с.
  • Романова Н.В. Общая и неорганическая химия. - К.: Перун., 1998.-480 с.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам