Мідь опис. Властивості міді – хімічні, фізичні та унікальні цілющі

Марки міді широко представлені в різних галузях промисловості: цей кольоровий метал завдяки своїм унікальним характеристикам є одним із найпоширеніших. Всі марки цього металу відрізняють висока пластичність та корозійна стійкість при експлуатації в різних середовищах, за винятком аміаку та сірчистих газів.

Сучасна промисловість випускає мідні заготівлі у вигляді листового матеріалу, труб, дроту, прутків та шин. Розрізняють безкисневу (М0) та розкислену (М1) мідь, вироби з яких знайшли широке застосування в електротехнічній, електронній та електровакуумній промисловості. У безкисневих марках О2 міститься в межах 0,001%, у розкислених - 0,01%.

Марок, які класифікуються за чистотою вмісту основного металу, сьогодні досить багато: М00, М0, М1, М2 та М3. Поширені також марки М1р, М2р та М3р, які характеризуються вмістом кисню в межах 0,01% та фосфору 0,04%. Наприклад, у марках М1, М2 та М3 кисень міститься в межах 0,05–0,08%.

Домішки у мідних сплавах

До таких домішок відносяться алюміній, сурма, нікель, залізо, олово, цинк та ін. Дані добавки суттєво знижують електро- та теплопровідність. До марок, які переважно використовуються для виробництва струмопровідних елементів, відносяться М0 та М1. Якщо у складі мідного сплаву міститься сурма, то значно утруднюється його гаряча обробка тиском.

Сюди відносяться свинець, вісмут та ін. Не впливають на електропровідність основного металу, такі домішки ускладнюють можливість обробки тиском.

До цієї групи належать сірка та кисень, який знижує електропровідність та міцність основного металу. Вміст сірки у мідному сплаві значно полегшує його оброблюваність за допомогою різання.

Стандарти для мідних сплавів

Державними стандартами обумовлюються правила маркування міді та її сплавів, позначення яких відповідає певній структурі.

Про те, що маємо одну з марок міді, свідчить літера «М» у її позначенні. Після початкової літери в маркуванні міді та її сплавів слідують цифри (від 0 до 3), що умовно позначають масову частку основного металу в їх складі (наприклад, мідь М3). Після цифр йдуть великі літери, за якими можна визначити, яким способом отримали дану марку міді. З технологічних методів розрізняють такі:

• катодні (к);
• метод розкислення, що передбачає невисоке вміст залишкового фосфору (р);
• метод розкислення, що передбачає високий вміст залишкового фосфору (ф);
• без використання розкислювачів – безкисневі (б).

Приклади маркувань таких марок можуть виглядати так: М2р, М1б.

Цілий ряд марок міді, що відрізняються унікальними характеристиками, активно використовують у різних галузях промисловості.

• М0 - ця марка застосовується для виробництва струмопровідних елементів і додавання в сплави, що відрізняються високою чистотою.
• М1 - з цієї марки також виробляють струмопровідні елементи, прокат різного профілю, бронзи, деталі для кріогенної техніки, електроди для , дріт і прутки (застосовувані для виконання та в середовищі інертних газів), витратні матеріали для виконання деталей з міді, що не мають значних навантажень під час експлуатації.
• М2 – дана марка дозволяє отримувати вироби, що добре обробляються тиском. Мідь М2 також використовують для деталей кріогенної техніки.
• МОЗ – деталі з даної марки металу виробляють прокатним методом.

ГОСТ 859-2001, в якому обумовлювалися вимоги та характеристики мідних сплавів, у 2014 році був замінений на новий державний стандарт (859-2014), що зафіксовано відповідним Наказом Федерального агентства з технічного регулювання та метрології. Новий стандарт за основними своїми пунктами практично ідентичний ГОСТу 859-2001.

ГОСТ 859-2001 про марки міді

Даний документ державного стандарту відноситься до литих та деформованих напівфабрикатів із міді, а також до міді, виготовленої у вигляді катодів.

У періодичної системі елементів Д.І.Менделєєва мідь розташована в I групі 4-го періоду, її порядковий номер 29. Атомна маса 63,54. Як елемент першої групи мідь одновалентна. У цьому стані вона широко представлена ​​у рудних мінералах, штейнах, шлаках та інших продуктах пірометалургії. У продуктах їхнього окислення в природі та в технологічних процесах більш стійким є двовалентний стан.

Температура плавлення міді 1083°С. Температура кипіння – 2325°С.

Мідь – м'який, в'язкий та ковкий метал червоного кольору, легко піддається механічній обробці. Легко прокочується в тонкі листи та витягується у дріт.

Найважливіша властивість - електропровідність (поступається тільки сріблу). Домішки знижують електропровідність, тому в електротехніці застосовують мідь високого ступеня чистоти.

Також мідь відрізняється високою теплопровідністю.

У хімічному відношенні мідь малоактивна, хоча може безпосередньо з'єднуватися з киснем, сіркою, галогенами та деякими іншими елементами.

При звичайній температурі та сухому повітрі мідь залишається інертною, але у вологому повітрі, що містить СО 2 мідь окислюється і покривається захисною плівкою основного карбонату СuCO 3 ·Cu(OH) 2 , що є отруйною речовиною.

У розчинах соляної та сірчаної кислот без окислювача мідь не розчиняється. У кислотах, що одночасно є окислювачами (азотна або гаряча концентрована сірчана), мідь розчиняється легко.

При високих температурах у пірометалургійних процесах стійкими сполуками міді є Cu 2 O і Cu 2 S.

Мідь та її сульфід Cu 2 S є хорошими колекторами (розчинниками) золота та срібла, що уможливлює їхнє високе попутне вилучення при виробництві міді.

Важлива властивість міді утворювати сплави з іншими металами. Це бронзи (Cu+Sn), латуні (Cu+Zn) мідно-нікелеві сплави.

У сучасних бронзах як присадки використовують алюміній, кремній, берилій, свинець. Застосовуються ці бронзи виготовлення відповідальних деталей і литих виробів.

Наприклад, берилієві бронзи (2% Ве) за механічними властивостями перевершують багато сортів сталі і мають хорошу електропровідність. Алюмінієві бронзи (5-10% Al) дуже міцні та йдуть на виготовлення авіаційних двигунів.

У спеціальні латуні, крім цинку, додають алюміній, залізо, кремній, нікель. Латуні йдуть виготовлення радіаторів, труб, гнучких шлангів, патронних гільз, художніх виробів.

З мідно-нікелевих сплавів найбільш відомі мельхіор (застосовується в кораблебудуванні, тому що стійкий до дії морської води) та нейзильбер – стійок у розчинах солей та органічних кислот (виготовляють медичні інструменти).

Близько 50% усієї міді використовує електропромисловість. Також мідь використовується у машинобудуванні, ракетній техніці, при виробництві будівельних матеріалів, у транспорті, хімічній промисловості, сільському господарстві.

1.3 Сировина для отримання міді

Кларк міді, тобто. її вміст у земній корі дорівнює 0,01%. Однак вона утворює численні родовища. Характерним для міді є у природі всіх 4-х типів руд. Однак основною мідною сировиною є сульфідні руди. З сульфідних руд нині виплавляють 85-90% усієї первинної міді.

У Росії її мідні руди добувають на Уралі – Кіровград, Красноуральск, Медногорск, Гай та інших., у Заполярье – на Кольському півострові і Таймирі.

Джерелами отримання міді є руди, продукти їх збагачення – концентрати – та вторинна сировина. Перед вторинного сировини нині припадає близько 40 % загального випуску міді.

Мідні руди практично повністю відносяться до поліметалевих. Монометалевих руд міді у природі немає. Цінними супутниками міді у рудній сировині є близько 30 елементів. Найважливіші їх: цинк, свинець, нікель, кобальт, золото, срібло, метали платинової групи, сірка, селен, теллур, кадмій, германій, реній, індій, талій, молібден, залізо.

Відомо понад 250 мідних мінералів. Більшість із них зустрічаються рідко. p align="justify"> Найбільше промислове значення має невелика група мінералів, склад яких наведено в таблиці 2.

Таблиця 2 - Промислові мідні мінерали

Більшість мідних руд видобувається нині відкритим способом. У Росії частку підземного видобутку припадає близько 30%.

У практиці зазвичай розробляють руди із вмістом 0,8-1,5% міді, іноді вище. Але для великих родовищ вкраплених руд мінімальний вміст міді, придатний розробки, становить 0,4-0,5%. Якщо породі міститься менше зазначеної кількості міді, її переробка нерентабельна.

Цінність мідних руд значно підвищується через наявність у них шляхетних металів та ряду рідкісних – селену, телуру, ренію, вісмуту та ін.

Внаслідок низького вмісту міді у руді та комплексного характеру руд сировину попередньо піддають флотаційному збагаченню. При збагаченні мідних руд основним продуктом є мідні концентрати, що містять до 55% Cu (частіше 10-30%). Також отримують піритні концентрати та концентрати інших кольорових металів, наприклад, цинковий. Флотаційні концентрати є тонкими порошками з частинками крупністю 74 мкм і вологістю 8-10%.

Мідні руди та концентрати мають однаковий мінералогічний склад і відрізняються лише кількісним співвідношенням між різними мінералами. Фізико-хімічні основи їхньої металургійної переробки абсолютно однакові.

• Позначення – Cu (Copper);
• Період – IV;
• Група – 11 (Ib);
• Атомна маса – 63,546;
• Атомний номер – 29;
• Радіус атома = 128 пм;
• Ковалентний радіус = 117 пм;
• Розподіл електронів - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1;
• t плавлення = 1083,4 ° C;
• t кипіння = 2567 ° C;
• Електронегативність (по Полінгу/по Алпреду та Рохову) = 1,90/1,75;
• Ступінь окиснення: +3, +2, +1, 0;
• Щільність (н. у.) = 8,92 г/см 3;
• Молярний об'єм = 7,1 см3/моль.

Мідь (купрум, свою назву отримала на честь острова Кіпр, де було відкрите велике мідне родовище) є одним з перших металів, який освоїв людина - Мідний вік (епоха, коли в побуті людини переважали мідні знаряддя) охоплює період IV-III тисячоліття до н. . е.

Сплав міді з оловом (бронза) було отримано Близькому Сході за 3000 років до зв. е. Бронза була кращою за мідь, оскільки була міцніша і краще піддавалася куванню.

Мал. Будова атома міді.

Електронна конфігурація атома міді - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (див. Електронна структура атомів). У міді один спарений електрон із зовнішнього s-рівня "перескакує" на d-підрівень передньої орбіталі, що пов'язано з високою стійкістю повністю заповненого d-рівня. Завершений стійкий d-підрівень міді зумовлює відносну хімічну інертність (мідь не реагує з воднем, азотом, вуглецем, кремнієм). Мідь у сполуках може виявляти ступені окислення +3, +2, +1 (найстійкіші +1 і +2).

Мал. Електронна конфігурація міді.

Фізичні властивості міді:

• метал, червоно-рожевого кольору;
• має високу ковкість і пластичність;
• гарною електропровідністю;
• малим електричним опором.

Хімічні властивості міді

• при нагріванні реагує з киснем:
  O 2 + 2Cu = 2CuO;
• при тривалому перебуванні на повітрі реагує з киснем навіть за кімнатної температури:
  O 2 + 2Cu + CO 2 + H 2 O = Cu(OH) 2 · CuCO 3;
• вступає в реакції з азотною та концентрованою сірчаною кислотою:
  Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
• з водою, розчинами лугів, соляною та розведеною сірчаною кислотою мідь не реагує.

З'єднання міді

Оксид міді CuO (II):

• тверда речовина червоно-коричневого кольору, не розчинна у воді, виявляє основні властивості;
• при нагріванні у присутності відновників дає вільну мідь:
  CuO + H 2 = Cu + H 2 O;
• оксид міді одержують взаємодією міді з киснем або розкладанням гідроксиду міді (II):
  O 2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.

Гідроксид міді Cu(OH 2)(II):

• кристалічна або аморфна речовина блакитного кольору, нерозчинна у воді;
• розкладається на воду та оксид міді при нагріванні;
• реагує з кислотами, утворюючи відповідні солі:
  Cu(OH 2 ) + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
• реагує з розчинами лугів, утворюючи купрати - комплексні з'єднання яскраво-синього кольору:
  Cu(OH 2) + 2KOH = K 2 .

Докладніше про сполуки міді див. Оксиди міді.

Отримання та застосування міді

• пірометалургійним методом мідь отримують з сульфідних руд при високих температурах:
  CuFeS 2 + O 2 + SiO 2 → Cu + FeSiO 3 + SO 2;
• оксид міді відновлюється до металевої міді воднем, чадним газом, активними металами:
  Cu 2 O + H 2 = 2Cu + H 2 O;
  Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2;
  Cu 2 O + Mg = 2Cu + MgO.

Застосування міді обумовлюється її високою електро- та теплопровідністю, а також пластичністю:

• виготовлення електричних проводів та кабелів;
• у теплообмінній апаратурі;
• у металургії для отримання сплавів: бронзи, латуні, мельхіору;
• у радіоелектроніці.

Мінерал із класу самородних елементів. У природному мінералі виявляються Fe, Ag, Au, As та інші елементи у вигляді домішки або тверді розчини, що утворюють з Cu. Проста речовина мідь - це перехідний пластичний метал золотисто-рожевого кольору (рожевого кольору за відсутності оксидної плівки). Один з перших металів, широко освоєних людиною через порівняльну доступність для отримання з руди і малої температури плавлення. Він входить у сімку металів, відомих людині з дуже давніх часів. Мідь є необхідним елементом для всіх вищих рослин та тварин.

Дивіться також:

СТРУКТУРА

Кубічна сингонія, гексаоктаедричний вид симетрії m3m, кристалічна структура - кубічні гранецентровані грати. Модель є кубом з восьми атомів у кутах і шести атомів, розташованих у центрі граней (6 граней). Кожен атом даної кристалічної решітки має координаційне число 12. Самородна мідь зустрічається у вигляді пластинок, губчастих і суцільних мас, ниткоподібних та дротяних агрегатів, а також кристалів, складних двійників, скелетних кристалів та дендритів. Поверхня часто покрита плівками "мідної зелені" (малахіт), "мідної сині" (азурит), фосфатів міді та інших продуктів її вторинної зміни.

ВЛАСТИВОСТІ

Мідь - золотисто-рожевий пластичний метал, на повітрі швидко покривається оксидною плівкою, яка надає їй характерного інтенсивного жовтувато-червоного відтінку. Тонкі плівки міді на просвіт мають зеленувато-блакитний колір.

Поряд з осмієм, цезієм і золотом, мідь - один з чотирьох металів, що мають явне колірне забарвлення, відмінне від сірого або сріблястого у інших металів. Цей колірний відтінок пояснюється наявністю електронних переходів між заповненою третьою та напівпорожньою четвертою атомними орбіталями: енергетична різниця між ними відповідає довжині хвилі оранжевого світла. Той самий механізм відповідає за характерний колір золота.

Мідь має високу тепло- та електропровідність (займає друге місце по електропровідності серед металів після срібла). Питома електропровідність за 20 °C: 55,5-58 МСм/м. Мідь має відносно великий температурний коефіцієнт опору: 0,4 %/°С і широкому діапазоні температур слабко залежить від температури. Мідь є діамагнетиком.

Існує ряд сплавів міді: латуні – з цинком, бронзи – з оловом та іншими елементами, мельхіор – з нікелем та інші.

ЗАПАСИ І ВИБУТОК

Середній вміст міді у земній корі (кларк) - (4,7-5,5) · 10 -3 % (за масою). У морській та річковій воді вміст міді набагато менше: 3·10 −7 % та 10 −7 % (за масою) відповідно. Більшість мідної руди видобувається відкритим способом. Вміст міді у руді становить від 0,3 до 1,0 %. Світові запаси 2000 року становили, за оцінкою експертів, 954 млн т, їх 687 млн ​​т - підтверджені запаси, частку Росії припадало 3,2 % загальних і 3,1 % підтверджених світових запасів. Таким чином, за нинішніх темпів споживання запасів міді вистачить приблизно на 60 років.
Мідь одержують із мідних руд та мінералів. Основні методи отримання міді - пірометалургія, гідрометалургія та електроліз. Пірометаллургічний метод полягає в отриманні міді із сульфідних руд, наприклад, халькопіриту CuFeS 2 . Гідрометалургійний метод полягає в розчиненні мінералів міді в розведеній сірчаній кислоті або в розчині аміаку; з одержаних розчинів мідь витісняють металевим залізом.

ПОХОДЖЕННЯ

Невеликий самородок міді

Зазвичай самородна мідь утворюється в зоні окислення деяких медносульфідних родовищ в асоціації з кальцитом, самородним сріблом, купритом, малахітом, азуритом, брошантитом та іншими мінералами. Маси окремих скупчень самородної міді сягають 400 тонн. Великі промислові родовища самородної міді разом з іншими медьсодержащими мінералами формуються при впливі на вулканічні породи (діабази, мелафіри) гідротермальних розчинів, вулканічних парів і газів, збагачених летючими сполуками міді (наприклад, родовище озера Верхнє, США).
Самородна мідь зустрічається також у осадових породах, переважно у медистих пісковиках та сланцях.
Найбільш відомі родовища самородної міді - Туринські рудники (Урал), Джезказганське (Казахстан), США (на півострові Ківіно, штатах Арізона і Юта).

ЗАСТОСУВАННЯ

Через низький питомий опір мідь широко застосовується в електротехніці для виготовлення силових кабелів, проводів або інших провідників, наприклад, при друкованому монтажі. Мідні дроти, у свою чергу, також використовуються в обмотках енергозберігаючих електроприводів та силових трансформаторів.
Інша корисна якість міді – висока теплопровідність. Це дозволяє застосовувати її в різних тепловідвідних пристроях, теплообмінниках, до яких належать і широко відомі радіатори охолодження, кондиціювання та опалення.
У різноманітних областях техніки широко використовуються сплави з використанням міді, найпоширенішими з яких є згадані вище бронза і латунь. Обидва сплави є загальними назвами для цілого сімейства матеріалів, які крім олова і цинку можуть входити нікель, вісмут та інші метали.
У ювелірній справі часто використовуються сплави міді із золотом для збільшення міцності виробів до деформацій та стирання, оскільки чисте золото дуже м'який метал і нестійке до цих механічних впливів.
Прогнозованим новим масовим застосуванням міді обіцяє стати її застосування як бактерицидних поверхонь у лікувальних закладах для зниження внутрішньолікарняного бактеріопереносу: дверей, ручок, водозапірної арматури, перил, поручнів ліжок, стільниць - усіх поверхонь, яких торкається рука людини.

Мідь (англ. Copper) - Cu

КЛАСИФІКАЦІЯ

Hey's CIM Ref1.1

Більшість промислових галузей використовується такий метал, як мідь. Завдяки високій електропровідності без цього матеріалу не обходиться жодна область електротехніки. З неї утворюються провідники, які мають відмінні експлуатаційні особливості. Крім цих особливостей мідь має пластичність і тугоплавкість, стійкість до корозії і агресивних середовищ. І сьогодні ми розглянемо метал з усіх боків: вкажемо ціну за 1 кг брухту міді, розповімо про її використання та виробництво.

Поняття та особливості

Мідь є хімічним елементом, що носить до першої групи періодичної системи імені Менделєєва. Цей пластичний метал має золотисто-рожевий колір і є одним із трьох металів з яскраво вираженим фарбуванням. З давніх-давен активно використовується людиною в багатьох галузях промисловості.

Головною особливістю металу є його висока електро- та теплопровідність. Якщо порівнювати з іншими металами, то проведення електричного струму через мідь вище в 1,7 разів, ніж алюміній, і майже в 6 разів вище, ніж у заліза.

Мідь має ряд відмінних рис перед іншими металами:

1. Пластичність. Мідь є м'яким і пластичним металом. Якщо брати до уваги мідний дріт, він легко гнеться, приймає будь-які положення і при цьому не деформується. А сам метал досить трохи натиснути, щоб перевірити цю особливість.
2. Стійкість до корозії. Цей фоточутливий матеріал відрізняється високою стійкістю до корозії. Якщо мідь на тривалий термін залишити у вологому середовищі, на поверхні почне з'являтися зелена плівка, яка і захищає метал від негативного впливу вологи.
3. Реакція на підвищення температури. Відрізнити мідь від інших металів можна її нагрівання. У процесі мідь почне втрачати свій колір, а потім ставати темнішим. В результаті при нагріванні металу він досягне чорного кольору.

Завдяки таким особливостям можна відрізнити даний матеріал від , та інших металів.

Відео нижче розповість вам про корисні властивості міді:

Плюси і мінуси

Перевагами даного металу є:

• Високий показник теплопровідності;
• Стійкість до корозії;
• Досить висока міцність;
• Висока пластичність, що зберігається до температури –269 градусів;
• Хороша електропровідність;
• Можливість легування з різними додатковими компонентами.

Про характеристики, фізичні та хімічні властивості речовини-металу міді та її сплавів читайте нижче.

Властивості та характеристики

Мідь, як малоактивний метал, не вступає у взаємодію з водою, солями, лугами, а також зі слабкою сірчаною кислотою, але при цьому схильна до розчинення в концентрованій сірчаній і азотній кислоті.

Фізичні властивості металу:

• Температура плавлення міді становить 1084 ° C;
• Температура кипіння міді становить 2560 ° C;
• Щільність 8890 кг/м³;
• Електрична провідність 58 МОм/м;
• Теплопровідність 390 м*К.

Механічні властивості:

• Межа міцності на розрив при деформованому стані становить 350-450 МПа, при відпаленому - 220-250 МПа;
• Відносне звуження у деформованому стані 40-60%, у відпаленому – 70-80%;
• Відносне подовження в деформованому стані становить 5-6 δ ψ%, у відпаленому - 45-50 δ ψ%;
• Твердість становить деформованому стані 90-110 НВ, в отожженном – 35-55 НВ.

При температурі нижче 0°С цей матеріал має більш високу міцність і пластичність, ніж при +20°С.

Структура тасклад

Мідь, має високий коефіцієнт електропровідності, відрізняється найменшим вмістом домішок. Частка їх у складі може дорівнювати 0,1%. З метою збільшення міцності міді до неї додають різні домішки: сурма, та інше. Залежно від її складу та ступеня вмісту чистої міді розрізняють кілька її марок.

Структурний тип міді може включати також кристали срібла, кальцію, алюміній, золота та інших компонентів. Всі вони відрізняються порівняльною м'якістю та пластичністю. Частка самої міді має кубічну форму, атому якої розташовані на вершинах F-комірки. Кожен осередок складається з 4 атомів.

Про те, де брати мідь, дивіться у цьому відеоролику:

Виробництво матеріалів

У природних умовах цей метал міститься в самородній міді та сульфідних рудах. Широке поширення при виробництві міді набули руди під назвою «мідний блиск» та «мідний колчедан», що містять до 2% необхідного компонента.

Більшу частину (до 90%) первинного металу завдяки пірометалургійному способу, який включає в себе масу етапів: процес збагачення, випал, плавка, обробка в конвертері та рафінування. Частина, що залишилася, виходить гідрометалургійним способом, який полягає в її вилуговуванні розведеної сірчаної кислоти.

Області застосування

у наступних областях:

• Електротехнічна промисловість, Що полягає, в першу чергу, у виробництві електропроводів. Для цих цілей мідь має бути максимально чистою, без сторонніх домішок.
• Виготовлення філігранних виробів. Мідний дріт у відпаленому стані відрізняється високою пластичністю та міцністю. Саме тому вона активно використовується при виробництві різних шнурів, орнаментів та інших конструкцій.
• Переплавлення катодної міді у дріт. Найрізноманітніші мідні вироби переплавляються в зливки, які ідеально підходять для подальшої прокатки.

Мідь активно використовується в різних сферах промисловості. Вона може входити до складу не лише дроту, а й зброї та навіть біжутерії. Її властивості та широка сфера застосування сприятливо вплинули на її популярність.

Відео нижче розповість про те, як мідь може змінити свої властивості: