Медь: свойства, характеристики, сплавы и применение
Медь – это металл, известный человечеству с восьмого века до нашей эры. За счет преимуществ, которыми она обладает на фоне всех остальных цветных металлов, в том числе алюминия, она является наиболее ценным цветным металлом.
Особенности металла
Даже школьникам известно, что это такое: как выглядит медь, какого она цвета, какие предметы из нее могут быть изготовлены. В периодической таблице этот элемент соседствует с серебром и золотом. Это мягкий металл переходного типа, который имеет красновато-розовый цвет. Его атомный номер – 29.
Медь в природе в свободном виде встречается крайне редко. Ее можно отыскать в виде самородков массой до 400 т, которые образуются при окислении медных руд. В них меди содержится до 100%. Существуют минералы, которые содержат медь в различном соотношении, их насчитывается более 200. Среди них выделяется несколько, в которых меди больше всего:
- темно-красный куприт (до 89%);
- свинцово-черный халькозин (80%);
- брошантит всех оттенков зеленого (56%);
- зеленый малахит (57,4%);
- индиговый и медно-красный борнит (55-65%);
- золотисто-зеленый халькопирит (34%);
- голубовато-зеленая хризоколла (36%).
Содержание меди в меденосных рудах составляет до 6%
Запасы меди, промышленная добыча
В мире разведаны миллиарды тонн запасов медной руды. Есть несколько наиболее богатых рудников: Чукикамата и Эль-Теньенте – размещен в Чили, который выпускает 27% меди из мирового объема. Есть много крупных месторождений в Канаде, США, Казахстане, Иране, южной части Африки. На российской территории сосредоточено 3% мировых запасов. Медные залежи найдены в Красноярском крае, в Забайкалье и на Урале.
Руда должна содержать более 0,5-1% меди в чистом виде, тогда целесообразно заниматься ее добычей. Металл добывается открытым способом и в шахтах. Четверть мировой добычи меди принадлежит чилийским рудникам.
Источники для получения меди
Медь добывают из руды, минералов, а также при переработке вторичного сырья. Для получения металла из руды есть два способа:
- Пирометаллургический. Медное сырье после обогащения подвергается обжигу и флотации. Это позволяет получить из руды концентраты, в которых содержится 8-25% чистой меди. Далее выполняется относительный обжиг, плавка, продувка, рафинирование для очищения меди от примесей. Одновременно с этим добываются драгоценные металлы, которые тоже присутствуют в руде. Методика актуальна и для руд, в составе которых процентное содержание меди не достигает 0,5%.
- Гидрометаллургический. Проводится выщелачивание металла с помощью серной кислоты, а после этого из полученного раствора выделяется медь. Применяется для бедных руд. Процесс не сопровождается добычей драгметаллов.
Если добыча меди ведется из вторичного сырья, то оно подвергается переработке, а после этого направляется на переплавку. Оно служит для получения металла, в котором содержится до 99% меди.
Состав и свойства меди
Вопрос состава меди может поставить в тупик, однако ее химический состав представляет собой микс из кристаллов нескольких элементов: золота, кальция, серебра, свинца и никеля. Они пластичные, могут легко обрабатываться, что придало меди аналогичные свойства.
Материалы обладают физическими и химическими свойствами. Первые можно потрогать, измерить, ощутить, а вторые показывают, в какие химические реакции способно вступить вещество.
У меди есть несколько физических свойств:
- Яркий цвет, который не свойственен остальным металлам, золотисто-розовый. На воздухе на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка желтовато-красного оттенка, которая становится зеленовато-голубой на просвете.
- Повышенная проводимость электричества.
- Температура плавления 1083 градуса.
- Высокая ковкость и пластичность.
- Мягкость и средний показатель прочности.
Химические свойства меди:
- Малоактивный металл, который не окисляется при нормальных условиях, но покрывается зеленой пленкой в присутствии кислорода, воды и оксида углерода.
- Может вступить в химическую реакцию с азотной, серной кислотой. Щелочи на медь не действуют.
Все перечисленные свойства могут измениться в зависимости от того, какой вид термической обработки прошел металл. Чтобы улучшить физико-механические характеристики, используются специализированные легирующие добавки.
Маркировка меди
Для маркировки меди используется специальное обозначение, которое начинается с литеры М, а далее набор цифр показывает чистоту металла:
- МОО: 99,99%;
- МО: 99,97%;
- М1: 99, 9%;
- М2: 99,7%;
- М3: 99,5%;
- М4: 99%.
Прочность меди сильно зависит от содержания кислорода в составе. В марках с цифрами 1, 2, 3 есть 0,5-0,8% кислорода, МО – 0,02%, МОО – 0%.
Медь бывает двух видов – чистая и техническая. Последняя необходима для изготовления полуфабрикатов и выплавки сплавов. От наличия в сплаве каких-то иных химических элементов сильно зависят свойства меди:
- Олово повышает теплопроводность, а никель – понижает;
- Висмут ухудшает технические характеристики, мышьяк способен нейтрализовать его действие, при это он нейтрален к самой меди;
- Кремний и сурьма снижают способность проводить электричество и тепло;
- Селен и сера негативно сказываются на пластичности;
- Висмут и свинец делают более сложной обработку давлением;
- Фосфор способствует удалению кислорода из состава меди, поэтому меняет ее физические свойства;
- Примеси марганца, цинка, никеля, мышьяка и серебра почти не сказываются на физических свойствах меди.
Сплавы на основе меди
Сплавы на основе меди существуют в большом разнообразии, но есть три основные категории: литейные, деформируемые, порошковые. Наиболее известными соединениями стали латунь, бронза, мельхиор, нейзильбер. Они имеют много схожих свойств, однако наиболее широкое промышленное применение нашли латунь и бронза.
Бронза – это сплав меди с оловом, а также добавлением нескольких компонентов с легирующими свойствами. Соответственно виду легирующей добавки можно назвать такие виды бронзы: алюминиевая, оловянная, бериллиевая, висмутовая, кремнистая, мышьяковистая, свинцовая.
Не существует цинковой бронзы, но есть сплав из меди, олова и цинка (до 10%), который называется пушечной бронзой.
Прочность бронзы позволяет использовать ее для производства компонентов различных механизмов, которые работают в агрессивных средах, подвергаются усиленным механическим нагрузкам.
Латунь – это сплав из меди с цинком. При увеличении процентного содержания цинка в сплаве с 5 до 45 процентов делает латунь не красной, а желтой. В некоторых случаях сплав дополняется определенным количеством иных химических элементов. Их в маркировке обозначают при помощи букв русского алфавита. В зависимости от процента цинка в составе латунь бывает нескольких разновидностей.
Мельхиор – это сплав из меди и никеля (5-30%), который выглядит, как серебро, поэтому посуда и украшения из него пользуются спросом. Легирующими компонентами служат марганец и железо.
Мельхиор выпускается двух типов: констант (41% никеля) и монель (до 67% никеля).
Нейзильбер – это цветной сплав из меди, никеля и цинка. В зависимости от процентного содержания элементов различаются марки сплава. Наиболее популярная марка МНЦ15-20. Сплав содержит 15% никеля и 20% цинка.
Латунь и нейзильбер вытеснили мельхиор с рынка, поэтому он теперь используется только для производства бытовых товаров.
Сфера применения
Медь и сплавы на ее основе нашли широчайшее применение в различных областях. Из них изготавливают продукцию для тяжелой и легкой промышленности, судостроения, машиностроения, медицины, авиации, бытового применения. У каждой марки есть собственное применение.
Медь и латунь служат исходным сырьем для изготовления сантехники, строительства, так как они обладают повышенной проводимостью тепла, стойкостью к влаге. Привлекательный внешний вид делает бронзу актуальной для создания скульптур, а мельхиор – это сырье для чеканки монет, изготовления украшений.
В электротехники из меди выпускают силовые кабели, провода.
Оценим лом по фото
