Miedź

Miedź(łac. Cuprum) - pierwiastek chemiczny grupy I układ okresowy Mendelejew (liczba atomowa 29, masa atomowa 63,546). W związkach miedź zwykle wykazuje stopnie utlenienia +1 i +2, znanych jest również kilka związków trójwartościowej miedzi. Najważniejsze związki miedzi: tlenki Cu 2 O, CuO, Cu 2 O 3; wodorotlenek Cu (OH) 2, azotan Cu (NO 3) 2. 3H 2 O, siarczek CuS, siarczan (siarczan miedzi) CuSO 4. 5H2O, węglan CuCO3Cu(OH)2, chlorek CuCl2. 2H2O.

Miedź- jeden z siedmiu metali znanych od starożytności. Okres przejściowy od epoki kamienia do epoki brązu (IV-III tysiąclecie p.n.e.) został nazwany wiek miedzi Lub chalkolitu(z greckiego chalkos - miedź i lithos - kamień) lub chalkolitu(z łac. aeneus – miedź i grecki lithos – kamień). W tym okresie pojawiają się narzędzia miedziane. Wiadomo, że do budowy piramidy Cheopsa użyto miedzianych narzędzi.

Czysta miedź - ciągliwy i miękki czerwonawy metal, w pęknięciu Różowy kolor, miejscami o brązowym i pstrokatym zabarwieniu, ciężki (gęstość 8,93 g/cm3), doskonały przewodnik ciepła i elektryczności, ustępujący pod tym względem jedynie srebru (temperatura topnienia 1083°C). Miedź jest łatwo wciągana w drut i zwijana w cienkie arkusze, ale jest stosunkowo mało aktywna. W suchym powietrzu i tlenie w normalnych warunkach miedź nie utlenia się. Ale dość łatwo wchodzi w reakcje: już o godz temperatura pokojowa z halogenami, na przykład z mokrym chlorem tworzy chlorek CuCl 2, po podgrzaniu z siarką tworzy siarczek Cu 2 S, z selenem. Ale miedź nie wchodzi w interakcje z wodorem, węglem i azotem nawet w wysokich temperaturach. Kwasy, które nie mają właściwości utleniających, nie działają na miedź, na przykład kwas solny i rozcieńczony kwas siarkowy. Ale w obecności tlenu atmosferycznego miedź rozpuszcza się w tych kwasach, tworząc odpowiednie sole: 2Cu + 4HCl + O 2 = 2CuCl 2 + 2H 2 O.

W atmosferze zawierającej opary CO 2, H 2 O itp. pokrywa się patyną - zielonkawym filmem zasadowego węglanu (Cu 2 (OH) 2 CO 3)), substancji toksycznej.

Miedź wchodzi w skład ponad 170 minerałów, z których tylko 17 ma znaczenie dla przemysłu, w tym: bornit (różnobarwna ruda miedzi - Cu 5 FeS 4), chalkopiryt (piryt miedzi - CuFeS 2), chalkozyn (połysk miedzi - Cu 2 S) , kowelin (CuS), malachit (Cu 2 (OH) 2 CO 3). Jest też rodzima miedź.

Gęstość miedzi, ciężar właściwy miedzi i inne właściwości miedzi

Gęstość - 8,93 * 10 3 kg / m3;
Środek ciężkości - 8,93 g/cm3;
Ciepło właściwe w 20 °C - 0,094 cal/stopnie;
Temperatura topnienia - 1083°C;
Ciepło właściwe topnienia - 42 kcal/g;
Temperatura wrzenia - 2600°C;
Współczynnik rozszerzalności liniowej(w temperaturze około 20 ° C) - 16,7 * 10 6 (1 / stopień);
Współczynnik przewodności cieplnej - 335 kcal / m * godzina * grad;
Rezystywność przy 20 °C - 0,0167 Ohm * mm 2 / m;

Moduł sprężystości miedzi i współczynnik Poissona

ZWIĄZKI MIEDZI

Tlenek miedzi (I) Cu 2 O 3 i tlenek miedziawy (I) Cu2O, podobnie jak inne związki miedzi (I), są mniej stabilne niż związki miedzi (II). Tlenek miedzi (I), czyli tlenek miedzi Cu 2 O, występuje naturalnie w postaci mineralnego kuprytu. Ponadto można go otrzymać w postaci osadu czerwonego tlenku miedzi (I) przez ogrzewanie roztworu soli miedzi (II) i zasady w obecności silnego środka redukującego.

Tlenek miedzi(II)., Lub tlenek miedzi CuO- czarna substancja występująca w przyrodzie (np. w postaci mineralnego tenerytu). Otrzymuje się go przez kalcynowanie wodorowęglanu miedzi(II) (CuOH) 2 CO 3 lub azotanu miedzi(II) Cu(NO 2) 2 .
Tlenek miedzi(II) jest dobrym utleniaczem. Wodorotlenek miedzi (II) Cu (OH) 2 wytrąca się z roztworów soli miedzi (II) pod działaniem zasad w postaci niebieskiej galaretowatej masy. Już przy małym nagrzaniu, nawet pod wodą, rozkłada się, zamieniając w czarny tlenek miedzi (II).
Wodorotlenek miedzi(II) jest bardzo słabą zasadą. Dlatego roztwory soli miedzi (II) w większości przypadków są kwaśne, a przy słabych kwasach miedź tworzy sole zasadowe.

Siarczan miedzi (II) CuSO 4 w stanie bezwodnym jest białym proszkiem, który zmienia kolor na niebieski po wchłonięciu wody. Dlatego służy do wykrywania śladów wilgoci w cieczach organicznych. Wodny roztwór siarczanu miedzi ma charakterystyczny niebiesko-niebieski kolor. Kolor ten jest charakterystyczny dla uwodnionych jonów 2+, dlatego wszystkie rozcieńczone roztwory soli miedzi (II) mają ten sam kolor, chyba że zawierają jakiekolwiek barwne aniony. Z roztworów wodnych siarczan miedzi krystalizuje z pięcioma cząsteczkami wody, tworząc przezroczyste niebieskie kryształy. niebieski witriol. Siarczan miedzi stosuje się do elektrolitycznego powlekania metali miedzią, do sporządzania farb mineralnych, a także jako materiał wyjściowy do otrzymywania innych związków miedzi. W rolnictwo Rozcieńczony roztwór siarczanu miedzi służy do opryskiwania roślin i zaprawiania ziarna przed siewem w celu zabicia zarodników szkodliwych grzybów.

Chlorek miedzi (II) CuCl 2 . 2H2O. Tworzy ciemnozielone kryształy, łatwo rozpuszczalne w wodzie. Bardzo stężone roztwory chlorku miedzi(II). zielony kolor, rozcieńczony - niebiesko-niebieski.

Azotan miedzi (II) Cu (NO 3) 2. 3H2O. Otrzymywany przez rozpuszczenie miedzi w kwasie azotowym. Po podgrzaniu niebieskie kryształy azotanu miedzi najpierw tracą wodę, a następnie łatwo rozkładają się z uwolnieniem tlenu i brązowego dwutlenku azotu, zamieniając się w tlenek miedzi (II).

Wodorowęglan miedzi (II) (CuOH) 2 CO 3. Występuje naturalnie w postaci mineralnego malachitu, który ma piękny szmaragdowo zielony kolor. Jest sztucznie wytwarzany przez działanie Na 2 CO 3 na roztwory soli miedzi (II).
2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O \u003d (CuOH)2CO3 ↓ + 2Na2SO4 + CO2
Służy do otrzymywania chlorku miedzi (II), do przygotowania niebieskich i zielonych farb mineralnych, a także w pirotechnice.

Octan miedzi (II) Cu (CH3COO) 2. H2O. Otrzymywany przez działanie na metaliczną miedź lub tlenek miedzi (II) kwasem octowym. Zwykle jest to mieszanina zasadowych soli o różnym składzie i kolorze (zielonym i niebiesko-zielonym). Pod nazwą verdigris służy do przygotowania farby olejnej.

Złożone związki miedzi powstają w wyniku połączenia podwójnie naładowanych jonów miedzi z cząsteczkami amoniaku.
Z soli miedzi otrzymuje się różne farby mineralne.
Wszystkie sole miedzi są trujące. Dlatego, aby uniknąć tworzenia się soli miedzi, miedziane naczynia są powlekane od wewnątrz warstwą cyny (cynowanej).

PRODUKCJA MIEDZI

Miedź wydobywa się z rud tlenkowych i siarczkowych. 80% całej wydobywanej miedzi jest wytapiane z rud siarczkowych. Z reguły rudy miedzi zawierają dużo skał płonnych. Dlatego w celu uzyskania miedzi stosuje się proces wzbogacania. Miedź otrzymuje się przez wytapianie jej z rud siarczkowych. Na proces składa się szereg operacji: prażenie, topienie, konwersja, wypalanie i rafinacja elektrolityczna. Podczas procesu prażenia większość siarczków zanieczyszczeń przekształca się w tlenki. Tak więc główne zanieczyszczenie większości rud miedzi piryt FeS 2 zamienia się w Fe 2 O 3. Gazy powstające podczas prażenia zawierają CO 2 , który jest wykorzystywany do produkcji kwasu siarkowego. Tlenki żelaza, cynku i inne zanieczyszczenia powstałe w procesie prażenia są wydzielane w postaci żużla podczas wytapiania. Płynny kamień miedziowy (Cu 2 S z domieszką FeS) dostaje się do konwertora, gdzie wdmuchiwane jest przez niego powietrze. Podczas konwersji uwalnia się dwutlenek siarki i otrzymuje się miedź konwertorową lub surową. Aby wydobyć cenne (Au, Ag, Te itp.) i usunąć szkodliwe zanieczyszczenia, miedź konwertorowa jest najpierw poddawana obróbce ogniowej, a następnie rafinacji elektrolitycznej. Podczas rafinacji ogniowej ciekła miedź jest nasycana tlenem. W tym przypadku zanieczyszczenia żelaza, cynku i kobaltu są utleniane, przechodzą do żużla i są usuwane. A miedź wlewa się do form. Powstałe odlewy służą jako anody do rafinacji elektrolitycznej.
Głównym składnikiem roztworu podczas rafinacji elektrolitycznej jest siarczan miedzi - najpowszechniejsza i najtańsza sól miedzi. Aby zwiększyć niską przewodność elektryczną siarczanu miedzi, do elektrolitu dodaje się kwas siarkowy. I aby uzyskać zwarty osad miedzi, nie duża liczba dodatki. Zanieczyszczenia metaliczne zawarte w miedzi surowej („blistrowej”) można podzielić na dwie grupy.

1) Fe, Zn, Ni, Co. Metale te mają znacznie więcej ujemnych potencjałów elektrod niż miedź. Dlatego rozpuszczają anodę razem z miedzią, ale nie wytrącają się na katodzie, ale gromadzą się w elektrolicie w postaci siarczanów. Dlatego elektrolit należy okresowo wymieniać.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Metale szlachetne (Au, Ag) nie ulegają anodowemu rozpuszczaniu, ale w trakcie tego procesu osadzają się na anodzie, tworząc wraz z innymi zanieczyszczeniami szlam anodowy, który jest okresowo usuwany. Cyna i ołów rozpuszczają się razem z miedzią, ale w elektrolicie tworzą słabo rozpuszczalne związki, które wytrącają się i również są usuwane.

STOPY MIEDZI

Stopy, które zwiększają wytrzymałość i inne właściwości miedzi, uzyskuje się poprzez wprowadzenie do niej dodatków, takich jak cynk, cyna, krzem, ołów, aluminium, mangan, nikiel. Ponad 30% miedzi trafia do stopów.

Mosiądz- stopy miedzi z cynkiem (miedź od 60 do 90% i cynk od 40 do 10%) - mocniejsze od miedzi i mniej podatne na utlenianie. Po dodaniu krzemu i ołowiu do mosiądzu zwiększają się jego właściwości przeciwcierne, a po dodaniu cyny, aluminium, manganu i niklu zwiększa się odporność na korozję. Blachy i wyroby odlewane znajdują zastosowanie w budowie maszyn, zwłaszcza w inżynierii chemicznej, w optyce i oprzyrządowaniu oraz przy produkcji siatek dla przemysłu celulozowo-papierniczego.

Brązy. Wcześniej brązy nazywano stopami miedzi (80-94%) i cyny (20-6%). Obecnie produkowane są brązy bezcynowe, nazwane na cześć głównego składnika od miedzi.

Brązy aluminiowe zawierają 5-11% aluminium, posiadają wysokie właściwości mechaniczne połączone z odpornością na korozję.

Brązy ołowiane, zawierające 25-33% ołowiu, stosowane są głównie do produkcji łożysk pracujących pod obciążeniem wysokie ciśnienia i duże prędkości poślizgu.

brązy silikonowe zawierające 4-5% krzemu stosowane są jako tanie zamienniki brązów cynowych.

Brązy berylowe, zawierające 1,8-2,3% berylu, wyróżniają się twardością po utwardzeniu i dużą elastycznością. Stosowane są do produkcji sprężyn i wyrobów sprężynowych.

Brązy kadmowe- stopy miedzi z niewielką zawartością kadmu (do 1%) - stosowane są do produkcji armatury do rurociągów wodnych i gazowych oraz w budowie maszyn.

luty- stopy metali nieżelaznych stosowane w lutowaniu w celu uzyskania monolitycznego szwu lutowanego. Spośród lutów twardych znany jest stop miedzi ze srebrem (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; reszta to cynk).

ZASTOSOWANIA MIEDZI

Miedź, jej związki i stopy są szerokie zastosowanie w różnych branżach.

W elektrotechnice miedź jest używana m.in czysta forma: w produkcji wyrobów kablowych, opon z drutem gołym i jezdnym, generatorów elektrycznych, sprzętu telefonicznego i telegraficznego oraz sprzętu radiowego. Wymienniki ciepła, aparaty próżniowe, rurociągi wykonane są z miedzi. Ponad 30% miedzi trafia do stopów.

Stopy miedzi z innymi metalami są stosowane w budowie maszyn, w przemyśle motoryzacyjnym i ciągnikowym (chłodnice, łożyska) oraz do produkcji sprzętu chemicznego.

Wysoka lepkość i ciągliwość metalu umożliwiają wykorzystanie miedzi do wytwarzania różnych produktów o bardzo złożonym wzorze. Czerwony drut miedziany w stanie wyżarzonym staje się tak miękki i ciągliwy, że można z niego łatwo skręcać wszelkiego rodzaju sznurki i wyginać najbardziej skomplikowane elementy ornamentu. Ponadto drut miedziany łatwo lutuje zeskanowanym lutem srebrnym, jest dobrze posrebrzany i złocony. Te właściwości miedzi sprawiają, że jest ona niezastąpionym materiałem w produkcji wyrobów filigranowych.

Współczynnik rozszerzalności liniowej i objętościowej miedzi podczas ogrzewania jest w przybliżeniu taki sam jak gorących emalii, a zatem podczas chłodzenia emalia dobrze przylega do produktu miedzianego, nie pęka, nie odbija się. Z tego powodu mistrzowie do produkcji wyrobów emaliowanych preferują miedź od wszystkich innych metali.

Podobnie jak niektóre inne metale, miedź jest jednym z najważniejszych pierwiastki śladowe. Jest zaangażowana w ten proces. fotosynteza i przyswajanie azotu przez rośliny, sprzyja syntezie cukru, białek, skrobi, witamin. Najczęściej miedź wprowadzana jest do gleby w postaci pięciowodnego siarczanu - siarczanu miedzi CuSO4. 5H 2 O. W dużych ilościach jest trujący, podobnie jak wiele innych związków miedzi, szczególnie dla organizmów niższych. W małych dawkach miedź jest niezbędna dla wszystkich żywych istot.

Historia miedzi

Dzień dobry, drogi czytelniku, w tym artykule chcę porozmawiać o miedzi i jej właściwościach. Co to jest miedź? Prawie każdy zna odpowiedź na to pytanie. Ma oznaczenie Cu (wymawiane kuprum) w tabeli VI jest pod liczbą atomową 29. Miedź- pierwiastek chemiczny, jest metalem. Nazwa miedzi Cuprum jest łacińska i pochodzi od nazwy wyspy Cypr.

Ten metal jest już szeroko stosowany przez człowieka długie lata. Istnieją wiarygodne fakty, że Indianie mieszkający w Ekwadorze już w XV wieku umieli wydobywać i wykorzystywać miedź. Z niego zrobili monety w kształcie toporów.

Przez bardzo długi czas moneta ta była jedynym banknotem, jaki istniał na wybrzeżach Ameryki Południowej. Moneta ta była nawet używana w handlu z Inkami. Kopalnie miedzi odkryto już na Cyprze w III wieku pne. Słynny interesujący fakt którą starożytni alchemicy nazywali miedzią - Wenus.

Pochodzenie miedzi

Miedź w naturze występuje albo w bryłkach, albo w związkach. Szczególne znaczenie w przemyśle mają chalkozyn, bornit i piryt miedziany. Jednak tak popularne w jubilerstwie klejnoty ozdobne jak lapis lazuli czy malachit to niemal w stu procentach miedź.

Miedź ma złotą barwę. W powietrzu metal ten bardzo szybko utlenia się i pokrywa warstwą tlenku, zwaną patyną. To z powodu patyny miedź nabiera żółtawo-czerwonego koloru. Ten metal jest częścią wielu stopów, które są szeroko stosowane w przemyśle.

Zwykłe stopy miedzi

Najbardziej znanym stopem jest duraluminium, które składa się z stop miedzi i aluminium. Miedź gra w duraluminium Wiodącą rolę. Cupronickel zawiera również miedź połączoną z niklem, brązem - związek cyny i miedzi, mosiądz - stop miedzi z cynkiem.

Miedź ma dość wysoką przewodność cieplną i elektryczną. W porównaniu z innymi metalami zajmuje drugie miejsce po srebrze pod względem przewodności elektrycznej. W produkcji biżuterii często wykorzystuje się złoto i miedź. Miedź w tym stopie jest potrzebna do zwiększenia wytrzymałości biżuterii na odkształcenia i ścieranie.

W starożytności było to znane stop miedzi z cyną i cynkiem zwany metalem armatnim. Jak zapewne już się domyślacie, robiono z niego kule armatnie, jednak wraz z rozwojem nowych technologii pistolety nie były już używane i produkowane, jednak stop ten jest nadal używany do produkcji łusek do broni.

Miedź ma właściwości bakteriobójcze i dlatego jest szeroko stosowana w medycynie, które są bardzo często wykorzystywane w medycynie. Fakt ten został udowodniony przez eksperymenty naukowe i badania. Miedź jest szczególnie dobra w zwalczaniu Staphylococcus aureus. Ten drobnoustrój powoduje dużą liczbę ropnych chorób.

Toksyczność miedzi

Jednocześnie wiadomo, że miedź jest bardzo toksyczny. Na planecie Ziemia znajduje się Lake Berkeley Pit, znajduje się w USA w stanie Montana. Więc to jezioro jest uważane za najbardziej toksyczne na świecie. Powodem tego jest kopalnia miedzi, na której terenie powstało jezioro.

Woda w jeziorze jest bardzo toksyczna, prawie nie ma w niej żywych organizmów, a głębokość jeziora wynosi ponad 0,5 km. O silnej toksyczności wody świadczy jeden przykład, który zdarzył się kiedyś na jeziorze. Stado dzikich gęsi, składające się z 35 dorosłych osobników, wylądowało na tafli wody jeziora i po 2,5 godzinach wszystkie ptaki zostały znalezione martwe.

Jednak całkiem niedawno na dnie jeziora odkryto zupełnie nowe mikroorganizmy i algi, które wcześniej nie występowały w naturze. W wyniku mutacji mieszkańcy ci dobrze czują się w toksycznej wodzie jeziora.

Miedź jest pierwiastkiem bocznej podgrupy pierwszej grupy, czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 29. Oznaczona jest symbolem Cu (łac. Cuprum). Prosta substancja miedź (numer CAS: 7440-50-8) jest ciągliwym metalem przejściowym o złocisto-różowym kolorze (różowy przy braku warstwy tlenku). C dawno temu szeroko stosowany przez człowieka.

Historia i pochodzenie nazwy

Miedź jest jednym z pierwszych metali szeroko opanowanych przez człowieka ze względu na jej względną dostępność do pozyskiwania z rudy i niską temperaturę topnienia. W czasach starożytnych był używany głównie w postaci stopu z cyną - brązem do produkcji broni itp. (patrz epoka brązu).
Łacińska nazwa miedzi Cuprum (starożytne Aes cuprium, Aes cyprium) pochodzi od nazwy wyspy Cypr, na której już w III tysiącleciu p.n.e. mi. istniały kopalnie miedzi i wytapiano miedź.
Strabon nazywa miedziane kredy, od nazwy miasta Chalkis na Eubei. Od tego słowa wywodzi się wiele starożytnych greckich nazw przedmiotów z miedzi i brązu, rzemiosła kowalskiego, wyrobów kowalskich i odlewów. Druga łacińska nazwa miedzi to Aes (sanskryt, ayas, gotycki aiz, niemiecki erz, angielski ruda) oznacza rudę lub kopalnię. Proponują zwolennicy indogermańskiej teorii pochodzenia języków europejskich rosyjskie słowo miedź (polski miedz, czeski med) od staroniemieckiego smida (metal) i Schmied (kowal, angielski kowal). Oczywiście związek rdzeni w tym przypadku jest niewątpliwy, jednak oba te słowa wywodzą się z gr. moje, moje niezależnie od siebie. Od tego słowa pochodziły nazwy pokrewne - medal, medalion (francuski medaille). Słowa miedź i miedź znajdują się w najstarszych rosyjskich zabytkach literackich. Alchemicy nazywali miedzianą Wenus. W bardziej starożytnych czasach znaleziono nazwę Mars.

Właściwości fizyczne

Miedź to złoto-różowy ciągliwy metal, który w powietrzu szybko pokrywa się warstwą tlenku, co nadaje jej charakterystyczny intensywny żółtawo-czerwony odcień. Cienkie warstwy miedzi w świetle mają zielonkawo-niebieski kolor.
Miedź tworzy sześcienną siatkę centrowaną na ścianie, grupę przestrzenną F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Miedź ma wysoką przewodność cieplną i elektryczną (zajmuje drugie miejsce pod względem przewodności elektrycznej po srebrze).
Ma dwa stabilne izotopy - 63 Cu i 65 Cu oraz kilka izotopów promieniotwórczych. Najdłużej żyjący z nich, 64 Cu, ma okres półtrwania 12,7 godziny i dwa warianty rozpadu z różnymi produktami.
Istnieje wiele stopów miedzi: mosiądz - z cynkiem, brąz - z cyną i innymi pierwiastkami, cupronickel - z niklem, babbits - z ołowiem i inne.

Właściwości chemiczne

Nie zmienia się w powietrzu przy braku wilgoci i dwutlenku węgla. Jest słabym środkiem redukującym, nie reaguje z wodą, rozcieńczonym kwasem solnym. Przeprowadza się go do roztworu z kwasami nieutleniającymi lub wodzianem amoniaku w obecności tlenu, cyjanku potasu. Utleniony stężonym kwasem siarkowym i azotowym, wodą królewską, tlenem, halogenami, chalkogenami, tlenkami niemetali. Reaguje podczas ogrzewania z halogenowodorami.

Nowoczesne metody wydobywcze

90% miedzi pierwotnej otrzymuje się metodą pirometalurgiczną, 10% - metodą hydrometalurgiczną. Metoda hydrometalurgiczna polega na wytwarzaniu miedzi poprzez ługowanie jej słabym roztworem kwasu siarkowego, a następnie oddzielanie metalicznej miedzi z roztworu. Metoda pirometalurgiczna składa się z kilku etapów: wzbogacanie, prażenie, topienie na mat, nadmuch w konwertorze, rafinacja.
Do wzbogacania rud miedzi stosuje się metodę flotacji (opierającą się na wykorzystaniu różnej zwilżalności cząstek miedzi i skały płonnej), która umożliwia uzyskanie koncentratu miedzi zawierającego od 10 do 35% miedzi.
Rudy i koncentraty miedzi o wysokiej zawartości siarki poddawane są prażeniu oksydacyjnemu. W procesie ogrzewania koncentratu lub rudy do temperatury 700-800 °C w obecności tlenu atmosferycznego siarczki ulegają utlenieniu, a zawartość siarki zmniejsza się prawie o połowę w stosunku do oryginału. Wypalane są tylko ubogie koncentraty (o zawartości miedzi od 8 do 25%), natomiast bogate koncentraty (od 25 do 35% miedzi) topi się bez wypalania.
Po prażeniu ruda i koncentrat miedzi przetapiane są na kamień, czyli stop zawierający siarczki miedzi i żelaza. Mat zawiera od 30 do 50% miedzi, 20-40% żelaza, 22-25% siarki, dodatkowo mat zawiera zanieczyszczenia niklu, cynku, ołowiu, złota, srebra. Najczęściej topienie odbywa się w płomieniowych piecach pogłosowych. Temperatura w strefie topnienia wynosi 1450°C.
W celu utlenienia siarczków i żelaza powstały kamień miedziowy poddawany jest przedmuchowi sprężonym powietrzem w konwertorach poziomych z nadmuchem bocznym. Powstałe tlenki są przekształcane w żużel. Temperatura w konwerterze wynosi 1200-1300 °C. Co ciekawe, ciepło w konwerterze jest uwalniane w wyniku przepływu reakcje chemiczne bez dopływu paliwa. W ten sposób w konwertorze otrzymuje się miedź konwertorową zawierającą 98,4 - 99,4% miedzi, 0,01 - 0,04% żelaza, 0,02 - 0,1% siarki oraz niewielką ilość niklu, cyny, antymonu, srebra, złota. Tę miedź wlewa się do kadzi i wlewa do stalowych form lub na maszynę do nalewania.
Ponadto, w celu usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń, miedź konwertorowa jest rafinowana (przeprowadzana jest rafinacja ogniowa, a następnie elektrolityczna). Istotą rafinacji ogniowej miedzi konwertorowej jest utlenienie zanieczyszczeń, ich odgazowanie i przekształcenie w żużel. Po rafinacji ogniowej otrzymuje się miedź o czystości 99,0 - 99,7%. Wlewa się go do form i uzyskuje się wlewki do dalszego wytapiania stopów (brązu i mosiądzu) lub wlewki do rafinacji elektrolitycznej.
Rafinacja elektrolityczna prowadzona jest w celu uzyskania czystej miedzi (99,95%). Elektrolizę przeprowadza się w kąpielach, gdzie anoda wykonana jest z miedzi rafinowanej ogniowo, a katoda z cienkich blach z czystej miedzi. Elektrolit jest roztworem wodnym. Gdy przepływa prąd stały, anoda rozpuszcza się, miedź przechodzi do roztworu i oczyszczona z zanieczyszczeń osadza się na katodach. Zanieczyszczenia osadzają się na dnie wanny w postaci żużla, który jest przetwarzany w celu wydobycia cennych metali. Katody są rozładowywane w ciągu 5-12 dni, gdy ich masa osiągnie 60 do 90 kg. Są dokładnie myte, a następnie przetapiane w piecach elektrycznych.

Właściwości miedzi, która występuje również w przyrodzie w postaci dość dużych bryłek, były badane przez ludzi w czasach starożytnych, kiedy z tego metalu i jego stopów wytwarzano naczynia, broń, biżuterię i różne artykuły gospodarstwa domowego. Aktywne wykorzystanie tego metalu przez wiele lat wynika nie tylko z jego specjalnych właściwości, ale także z łatwości obróbki. Miedź, która jest obecna w rudzie w postaci węglanów i tlenków, dość łatwo ulega redukcji, czego nauczyli się nasi starożytni przodkowie.

Początkowo proces odzyskiwania tego metalu wyglądał bardzo prymitywnie: ruda miedzi była po prostu podgrzewana na ogniskach, a następnie poddawana gwałtownemu schładzaniu, co prowadziło do pękania kawałków rudy, z której można było już wydobywać miedź. Dalszy rozwój tej technologii doprowadził do tego, że zaczęto wdmuchiwać powietrze do ognisk: zwiększało to temperaturę ogrzewania rudy. Następnie ogrzewanie rudy zaczęto przeprowadzać w specjalnych konstrukcjach, które stały się pierwszymi prototypami pieców szybowych.

O tym, że miedź była używana przez ludzkość od czasów starożytnych, świadczą znaleziska archeologiczne, w wyniku których znaleziono wyroby z tego metalu. Historycy ustalili, że pierwsze wyroby z miedzi pojawiły się już w 10 tysiącleciu pne, a najaktywniej zaczęto ją wydobywać, przetwarzać i wykorzystywać po 8-10 tysiącach lat. Oczywiście warunkiem tak aktywnego wykorzystania tego metalu była nie tylko względna prostota jego produkcji z rudy, ale także jego unikalne właściwości: ciężar właściwy, gęstość, właściwości magnetyczne, przewodnictwo elektryczne i właściwe itp.

W dzisiejszych czasach trudno go już znaleźć w postaci bryłek, zwykle wydobywa się go z rudy, która dzieli się na następujące typy.

• Bornit - w takiej rudzie miedź może być zawarta w ilości do 65%.
• Chalkozyna, zwana także miedzianym połyskiem. Taka ruda miedzi może zawierać do 80%.
• Piryt miedziowy zwany też chalkopirytem (zawartość do 30%).
• Covellin (zawartość do 64%).

Miedź można również wydobywać z wielu innych minerałów (malachit, kupryt itp.). Zawierają go w różnych ilościach.

Właściwości fizyczne

Czysta miedź to metal, którego kolor może wahać się od różowego do czerwonego.

Promień jonów miedzi o ładunku dodatnim może przyjmować następujące wartości:

• jeśli wskaźnik koordynacji odpowiada 6 - do 0,091 nm;
• jeśli ten wskaźnik odpowiada 2 - do 0,06 nm.

Promień atomu miedzi wynosi 0,128 nm, a ponadto charakteryzuje się on powinowactwem elektronowym równym 1,8 eV. Kiedy atom jest zjonizowany, wartość ta może przyjmować wartość od 7,726 do 82,7 eV.

Miedź jest metalem przejściowym o elektroujemności 1,9 w skali Paulinga. Ponadto jego stopień utlenienia może przyjmować różne wartości. W temperaturach w zakresie 20-100 stopni jego przewodność cieplna wynosi 394 W/m*K. Przewodność elektryczna miedzi, przewyższająca jedynie srebro, mieści się w przedziale 55,5–58 MS/m.

Ponieważ miedź znajduje się na prawo od wodoru w szeregu potencjałów, nie może wyprzeć tego pierwiastka z wody i różnych kwasów. Jego sieć krystaliczna ma sześcienny typ skupiony na twarzy, a jej wartość wynosi 0,36150 nm. Miedź topi się w temperaturze 1083 stopni, a jej temperatura wrzenia wynosi 26570. O właściwościach fizycznych miedzi decyduje również jej gęstość, która wynosi 8,92 g/cm3.

Z jego właściwości mechanicznych i wskaźników fizycznych warto również zwrócić uwagę na:

• termiczna rozszerzalność liniowa - 0,00000017 jednostek;
• wytrzymałość na rozciąganie, której produkty miedziane odpowiadają przy napięciu, wynosi 22 kgf / mm2;
• twardość miedzi w skali Brinella odpowiada wartości 35 kgf / mm2;
• ciężar właściwy 8,94 g/cm3;
• moduł sprężystości wynosi 132 000 MN/m2;
• wartość wydłużenia wynosi 60%.

Właściwości magnetyczne tego metalu, który jest całkowicie diamagnetyczny, można uznać za całkowicie wyjątkowy. To właśnie te właściwości, wraz z parametrami fizycznymi: ciężarem właściwym, przewodnictwem właściwym i innymi, w pełni wyjaśniają szerokie zapotrzebowanie na ten metal w produkcji wyrobów elektrycznych. Podobne właściwości ma aluminium, które jest również z powodzeniem wykorzystywane do produkcji różnych wyrobów elektrotechnicznych: przewodów, kabli itp.

Główna część właściwości miedzi jest prawie niemożliwa do zmiany, z wyjątkiem wytrzymałości na rozciąganie. Właściwość tę można poprawić prawie dwukrotnie (do 420-450 MN/m2), jeśli przeprowadzi się taką operację technologiczną jak hartowanie.

Właściwości chemiczne

Właściwości chemiczne miedzi są określone przez pozycję, jaką zajmuje w układzie okresowym, gdzie ma numer seryjny 29 i znajduje się w czwartym okresie. Co ciekawe, znajduje się w tej samej grupie co metale szlachetne. To po raz kolejny potwierdza wyjątkowość jego właściwości chemicznych, które należy omówić bardziej szczegółowo.

W warunkach niskiej wilgotności miedź praktycznie nie wykazuje aktywności chemicznej. Wszystko się zmienia, jeśli produkt zostanie umieszczony w warunkach charakteryzujących się dużą wilgotnością i wysokim poziomem dwutlenku węgla. W takich warunkach rozpoczyna się aktywne utlenianie miedzi: na jej powierzchni tworzy się zielonkawy film składający się z CuCO3, Cu(OH)2 i różnych związków siarki. Wykonuje się taki film, który nazywa się patyną ważna funkcja chroniąc metal przed dalszym zniszczeniem.

Utlenianie zaczyna aktywnie występować nawet po podgrzaniu produktu. Jeśli metal zostanie podgrzany do temperatury 375 stopni, wówczas na jego powierzchni tworzy się tlenek miedzi, jeśli jest wyższy (375-1100 stopni), wówczas dwuwarstwowa skala.

Miedź dość łatwo reaguje z pierwiastkami wchodzącymi w skład grupy halogenowej. Jeśli metal zostanie umieszczony w oparach siarki, zapali się. Wykazuje również wysoki stopień pokrewieństwa z selenem. Miedź nie reaguje z azotem, węglem i wodorem nawet w wysokich temperaturach.

Na uwagę zasługuje interakcja tlenku miedzi z różnymi substancjami. Tak więc, gdy oddziałuje z kwasem siarkowym, powstaje siarczan i czysta miedź, z kwasami bromowodorowymi i jodowodorowymi - bromek i jodek miedzi.

Inaczej wyglądają reakcje tlenku miedzi z alkaliami, w wyniku których powstaje miedzian. Produkcja miedzi, w której metal jest redukowany do stanu wolnego, odbywa się przy użyciu tlenku węgla, amoniaku, metanu i innych materiałów.

Miedź podczas interakcji z roztworem soli żelaza przechodzi do roztworu, podczas gdy żelazo ulega redukcji. Taka reakcja służy do usuwania osadzonej warstwy miedzi z różnych produktów.

Jedno- i dwuwartościowa miedź jest zdolna do tworzenia złożonych związków, które są bardzo stabilne. Takimi związkami są podwójne sole miedzi i mieszaniny amoniaku. Oba są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu.

Zastosowania miedzi

Powszechnie znane jest zastosowanie miedzi, a także aluminium, które jest do niej najbardziej podobne pod względem właściwości - jest to produkcja wyrobów kablowych. Druty i kable miedziane charakteryzują się niskim oporem elektrycznym oraz specjalnymi właściwościami magnetycznymi. Do produkcji wyrobów kablowych wykorzystywane są gatunki miedzi charakteryzujące się wysoką czystością. Jeśli do jego składu zostanie dodana nawet niewielka ilość obcych zanieczyszczeń metalicznych, na przykład tylko 0,02% aluminium, wówczas przewodność elektryczna pierwotnego metalu spadnie o 8–10%.

Niski i jego duża wytrzymałość, a także zdolność do ulegania różne rodzaje obróbka mechaniczna – to właściwości, dzięki którym można z niego wytwarzać rury, które z powodzeniem wykorzystywane są do przesyłu gazu, ciepłej i zimnej wody oraz pary wodnej. To nie przypadek, że takie rury są używane jako część komunikacji inżynieryjnej budynków mieszkalnych i administracyjnych w większości krajów europejskich.

Miedź, oprócz wyjątkowo wysokiej przewodności elektrycznej, wyróżnia się zdolnością dobrego przewodzenia ciepła. Dzięki tej właściwości jest z powodzeniem stosowany w następujących systemach:

• rurki cieplne;
• chłodnice służące do chłodzenia elementów komputerów osobistych;
• systemy ogrzewania i chłodzenia powietrza;
• układy zapewniające redystrybucję ciepła w różnych urządzeniach (wymienniki ciepła).

Konstrukcje metalowe, w których zastosowano elementy miedziane, wyróżniają się nie tylko niską wagą, ale także wyjątkowym efektem dekoracyjnym. To był powód ich aktywnego wykorzystania w architekturze, a także do tworzenia różnych elementów wnętrz.

Miedź jest jednym z pierwszych metali, które człowiek zaczął wykorzystywać do celów technicznych. Wraz ze złotem, srebrem, żelazem, cyną, ołowiem i rtęcią miedź jest znana ludziom od czasów starożytnych i do dziś zachowuje swoje ważne znaczenie techniczne.

Miedź lub Cu(29)

Miedź jest różowo-czerwonym metalem, należy do grupy metale ciężkie jest doskonałym przewodnikiem ciepła i prąd elektryczny. Przewodność elektryczna miedzi jest 1,7 razy wyższa niż aluminium i 6 razy wyższa niż żelaza.

Łacińska nazwa miedzi Cuprum pochodzi od nazwy wyspy Cypr, gdzie już w III wieku. pne mi. istniały kopalnie miedzi i wytapiano miedź. Około II - III wieku. wytop miedzi prowadzono na dużą skalę w Egipcie, Mezopotamii, na Kaukazie i innych krajach świat starożytny. Niemniej jednak miedź nie jest najczęstszym pierwiastkiem w przyrodzie: zawartość miedzi w skorupie ziemskiej wynosi 0,01%, a to dopiero 23. miejsce wśród wszystkich znalezionych pierwiastków.

Pozyskiwanie miedzi

W naturze miedź występuje w postaci związków siarki, tlenków, wodorowęglanów, związków dwutlenku węgla, jako składnik rud siarczkowych oraz rodzimej miedzi metalicznej.

Najbardziej powszechnymi rudami są piryt miedzi i połysk miedzi, zawierające 1-2% miedzi.

90% miedzi pierwotnej otrzymuje się metodą pirometalurgiczną, 10% - metodą hydrometalurgiczną. Metoda hydrometalurgiczna polega na wytwarzaniu miedzi poprzez ługowanie jej słabym roztworem kwasu siarkowego, a następnie oddzielanie metalicznej miedzi z roztworu. Metoda pirometalurgiczna składa się z kilku etapów: wzbogacanie, prażenie, topienie na mat, nadmuch w konwertorze, rafinacja.

Do wzbogacania rud miedzi stosuje się metodę flotacji (opierającą się na wykorzystaniu różnej zwilżalności cząstek miedzi i skały płonnej), która umożliwia uzyskanie koncentratu miedzi zawierającego od 10 do 35% miedzi.

Rudy i koncentraty miedzi o wysokiej zawartości siarki poddawane są prażeniu oksydacyjnemu. W procesie ogrzewania koncentratu lub rudy do temperatury 700-800°C w obecności tlenu atmosferycznego siarczki ulegają utlenieniu, a zawartość siarki zmniejsza się prawie o połowę w stosunku do pierwotnej. Wypalane są tylko ubogie koncentraty (o zawartości miedzi od 8 do 25%), natomiast bogate koncentraty (od 25 do 35% miedzi) topi się bez wypalania.

Po prażeniu ruda i koncentrat miedzi przetapiane są na kamień, czyli stop zawierający siarczki miedzi i żelaza. Mat zawiera od 30 do 50% miedzi, 20-40% żelaza, 22-25% siarki, dodatkowo mat zawiera zanieczyszczenia niklu, cynku, ołowiu, złota, srebra. Najczęściej topienie odbywa się w płomieniowych piecach pogłosowych. Temperatura w strefie topnienia wynosi 1450°C.

W celu utlenienia siarczków i żelaza powstały kamień miedziowy poddawany jest przedmuchowi sprężonym powietrzem w konwertorach poziomych z nadmuchem bocznym. Powstałe tlenki są przekształcane w żużel. Temperatura w konwerterze wynosi 1200-1300°C. Ciekawostką jest, że ciepło w konwerterze uwalniane jest w wyniku zachodzących reakcji chemicznych, bez doprowadzenia paliwa. W ten sposób w konwertorze otrzymuje się miedź konwertorową zawierającą 98,4 - 99,4% miedzi, 0,01 - 0,04% żelaza, 0,02 - 0,1% siarki oraz niewielką ilość niklu, cyny, antymonu, srebra, złota. Tę miedź wlewa się do kadzi i wlewa do stalowych form lub na maszynę do nalewania.

Ponadto, w celu usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń, miedź konwertorowa jest rafinowana (przeprowadzana jest rafinacja ogniowa, a następnie elektrolityczna). Istotą rafinacji ogniowej miedzi konwertorowej jest utlenienie zanieczyszczeń, ich odgazowanie i przekształcenie w żużel. Po rafinacji ogniowej otrzymuje się miedź o czystości 99,0 - 99,7%. Wlewa się go do form i uzyskuje się wlewki do dalszego wytapiania stopów (brązu i mosiądzu) lub wlewki do rafinacji elektrolitycznej.

Rafinacja elektrolityczna prowadzona jest w celu uzyskania czystej miedzi (99,95%). Elektrolizę przeprowadza się w kąpielach, gdzie anoda wykonana jest z miedzi rafinowanej ogniowo, a katoda z cienkich blach z czystej miedzi. Elektrolit jest roztworem wodnym. Gdy przepływa prąd stały, anoda rozpuszcza się, miedź przechodzi do roztworu i oczyszczona z zanieczyszczeń osadza się na katodach. Zanieczyszczenia osadzają się na dnie wanny w postaci żużla, który jest przetwarzany w celu wydobycia cennych metali. Katody są rozładowywane w ciągu 5-12 dni, gdy ich masa osiągnie 60 do 90 kg. Są dokładnie myte, a następnie przetapiane w piecach elektrycznych.

Ponadto istnieją technologie pozyskiwania miedzi ze złomu. W szczególności miedź rafinowaną otrzymuje się ze złomu przez rafinację ogniową.
Według czystości miedź dzieli się na stopnie: M0 (99,95% Cu), M1 (99,9%), M2 (99,7%), M3 (99,5%), M4 (99%).

Właściwości chemiczne miedzi

Miedź jest metalem o niskiej aktywności, który nie wchodzi w interakcje z wodą, roztworami zasad, chlorowodorem i rozcieńczonym kwasem siarkowym. Jednak miedź rozpuszcza się w silnych utleniaczach (na przykład w azocie i stężonej siarki).

Miedź ma dość wysoką odporność na korozję. Jednak w wilgotnej atmosferze zawierającej dwutlenek węgla powierzchnia metalu pokrywa się zielonkawym nalotem (patyna).

Podstawowe właściwości fizyczne miedzi

Właściwości mechaniczne miedzi

W ujemnych temperaturach miedź ma wyższe właściwości wytrzymałościowe i większą plastyczność niż w temperaturze 20°C. Miedź techniczna nie ma oznak kruchości na zimno. Wraz ze spadkiem temperatury wzrasta granica plastyczności miedzi, a odporność na odkształcenia plastyczne gwałtownie wzrasta.

Zastosowanie miedzi

Takie właściwości miedzi, jak przewodność elektryczna i przewodność cieplna, zdeterminowały główny obszar zastosowania miedzi - przemysł elektryczny, w szczególności do produkcji drutów, elektrod itp. Do tego celu używany jest czysty metal (99,98-99,999%), poddane rafinacji elektrolitycznej.

Miedź posiada wiele unikalnych właściwości: odporność na korozję, dobrą przetwarzalność, długą żywotność, doskonale łączy się z drewnem, kamieniem naturalnym, cegłą i szkłem. Ze względu na swoje wyjątkowe właściwości metal ten od czasów starożytnych był używany w budownictwie: do wykonywania pokryć dachowych, zdobienia elewacji budynków itp. Żywotność miedzi konstrukcje budowlane ma setki lat. Ponadto z miedzi wykonywane są części aparatury chemicznej oraz narzędzia do pracy z substancjami wybuchowymi lub łatwopalnymi.

Bardzo ważnym obszarem zastosowania miedzi jest produkcja stopów. Jednym z najbardziej użytecznych i najczęściej używanych stopów jest mosiądz (lub żółta miedź). Jego głównymi składnikami są miedź i cynk. Dodatki innych pierwiastków umożliwiają uzyskanie mosiądzu o bardzo zróżnicowanych właściwościach. Mosiądz jest twardszy niż miedź, jest plastyczny i lepki, dlatego łatwo można go zwinąć w cienkie arkusze lub wytłoczyć w najróżniejsze kształty. Jeden problem: z czasem robi się czarny.

Brąz znany jest od czasów starożytnych. Co ciekawe, brąz jest bardziej topliwy niż miedź, ale jego twardość przewyższa czystą miedź i cynę osobno. Jeśli 30-40 lat temu tylko stopy miedzi z cyną nazywano brązem, to dziś znane są już brązy aluminiowe, ołowiane, krzemowe, manganowe, berylowe, kadmowe, chromowe, cyrkonowe.

Stopy miedzi, podobnie jak czysta miedź, są od dawna wykorzystywane do produkcji różnych narzędzi, przyborów kuchennych, są wykorzystywane w architekturze i sztuce.

Miedziane monety i posągi z brązu zdobią domy ludzkie od czasów starożytnych. Do dziś zachowały się wyroby z brązu mistrzów. Starożytny Egipt, Grecja, Chiny. Japończycy byli wielkimi mistrzami w dziedzinie odlewania brązu. Gigantyczna figura Buddy w świątyni Todaiji, stworzona w VIII wieku, waży ponad 400 ton. Odlanie takiego posągu wymagało naprawdę wyjątkowego kunsztu.

Wśród towarów, którymi handlowali kupcy aleksandryjscy w starożytności, dużą popularnością cieszyły się „miedziane zielenie”. Za pomocą tej farby fashionistki przynosiły zielone kręgi pod oczami - w tamtych czasach uważano to za przejaw dobrego smaku.

Od czasów starożytnych ludzie wierzyli w cudowne właściwości miedzi i używali tego metalu w leczeniu wielu dolegliwości. Uważano, że miedziana bransoletka noszona na dłoni przynosi właścicielowi szczęście i zdrowie, normalizuje ciśnienie krwi i zapobiega osadzaniu się soli.

Wiele narodów nadal przypisuje właściwości lecznicze miedzi. Na przykład mieszkańcy Nepalu miedź uważają za święty metal, który pomaga w koncentracji myśli, poprawia trawienie i leczy choroby przewodu pokarmowego (pacjentom podaje się wodę do picia ze szklanki, w której znajduje się kilka miedzianych monet). Jedna z największych i najpiękniejszych świątyń w Nepalu nosi nazwę „Miedziana”.

Był przypadek, gdy ruda miedzi stała się… sprawcą wypadku norweskiego statku towarowego „Anatina”. Ładownie statku zmierzającego do wybrzeży Japonii wypełniono koncentratem miedzi. Nagle zabrzmiał alarm: statek przeciekł.

Okazało się, że miedź zawarta w koncentracie tworzyła parę galwaniczną ze stalowym korpusem Anatiny, a odparowywanie wody morskiej służyło jako elektrolit. Powstały prąd galwaniczny skorodował kadłub statku do tego stopnia, że ​​pojawiły się w nim dziury, do których wlewała się woda oceaniczna.