Właściwości czystej miedzi jako metalu: kucie miedzi i jej stopów. Miedź beztlenowa Jaka jest plastyczność miedzi

Właściwości miedzi, która występuje w przyrodzie w postaci dość dużych bryłek, badano już w starożytności, kiedy z tego metalu i jego stopów wytwarzano naczynia, broń, biżuterię i różne artykuły gospodarstwa domowego. Aktywne wykorzystanie tego metalu od wielu lat wynika nie tylko z jego specjalnych właściwości, ale także łatwości obróbki. Miedź, która występuje 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: rudę miedzi po prostu podgrzewano w płomieniach, a następnie poddawano nagłemu ochłodzeniu, co doprowadziło do pękania kawałków rudy, z której można było już wydobyć miedź. Dalszy rozwój tej technologii doprowadził do tego, że do ognisk zaczęto wdmuchiwać powietrze, co podwyższało temperaturę ogrzewania rudy. Następnie zaczęto wygrzewać rudę w specjalnych konstrukcjach, które stały się pierwszymi prototypami pieców szybowych.

O tym, że miedź była wykorzystywana przez ludzkość od czasów starożytnych, świadczą znaleziska archeologiczne, w wyniku których odnaleziono wyroby wykonane z tego metalu. Historycy ustalili, że pierwsze wyroby z miedzi pojawiły się już w X tysiącleciu p.n.e., a najaktywniej wydobywano ją, przetwarzano i wykorzystywano 8–10 tys. lat później. Oczywiście przesłankami tak aktywnego wykorzystania tego metalu była nie tylko względna łatwość jego wydobycia z rudy, ale także jego unikalne właściwości: ciężar właściwy, gęstość, właściwości magnetyczne, przewodność elektryczna i właściwa itp.

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

• Bornit - ruda ta może zawierać miedź w ilościach do 65%.
• Chalkocyt, zwany także połyskiem miedzi. Taka ruda może zawierać do 80% miedzi.
• Piryt miedzi, zwany także chalkopirytem (zawartość do 30%).
• Covelline (zawartość do 64%).

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

Właściwości fizyczne

Miedź w czystej postaci jest metalem, którego kolor może zmieniać 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 i charakteryzuje się on także powinowactwem elektronowym wynoszącym 1,8 eV. Gdy atom jest zjonizowany, wartość ta może przyjmować wartość od 7,726 do 82,7 eV.

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

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

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

• rozszerzalność liniowa cieplna - 0,00000017 jednostek;
• wytrzymałość na rozciąganie, której odpowiadają produkty miedziane, wynosi 22 kgf/mm2;
• twardość miedzi w skali Brinella odpowiada wartości 35 kgf/mm2;
• ciężar właściwy 8,94 g/cm3;
• moduł sprężystości wynosi 132000 Mn/m2;
• wartość wydłużenia wynosi 60%.

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

Główna część właściwości miedzi jest prawie niemożliwa do zmiany, z wyjątkiem jej wytrzymałości na rozciąganie. Właściwość tę można poprawić niemal dwukrotnie (do 420–450 MN/m2) pod warunkiem przeprowadzenia operacji technologicznej, jaką jest hartowanie.

Właściwości chemiczne

O właściwościach chemicznych miedzi decyduje jej pozycja w układzie okresowym, gdzie ma ona 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 dużą zawartością 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. Folia ta, zwana patyną, pełni ważną funkcję ochrony metalu przed dalszym zniszczeniem.

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

Miedź dość łatwo reaguje z pierwiastkami należącymi do grupy halogenów. Jeśli metal zostanie umieszczony w parach siarki, ulegnie zapaleniu. Wykazuje także wysoki stopień powinowactwa do selenu. Miedź nie reaguje z azotem, węglem i wodorem nawet w wysokich temperaturach.

Na uwagę zasługuje oddziaływanie tlenku miedzi z różnymi substancjami. Tak więc, gdy reaguje z kwasem siarkowym, powstają siarczany i czysta miedź, z kwasem bromowodorowym i jodowodorowym - bromek i jodek miedzi.

Inaczej wyglądają reakcje tlenku miedzi z zasadami, 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, a żelazo ulega redukcji. Reakcja ta służy do usuwania osadzonej warstwy miedzi z różnych produktów.

Miedź jedno- i dwuwartościowa jest zdolna do tworzenia złożonych związków, które są bardzo stabilne. Takimi związkami są podwójne sole miedzi i mieszaniny amoniaku. Obydwa znalazły szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.

Zastosowania miedzi

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

Niska i wysoka wytrzymałość, a także możliwość poddawania się różnego rodzaju obróbce mechanicznej – to cechy, które pozwalają na produkcję z niego rur, które z powodzeniem wykorzystywane są do transportu gazu, ciepłej i zimnej wody oraz pary. To nie przypadek, że rury te są wykorzystywane w komunikacji inżynieryjnej budynków mieszkalnych i administracyjnych w większości krajów europejskich.

Miedź oprócz wyjątkowo wysokiej przewodności elektrycznej wyróżnia się zdolnością do dobrego przewodzenia ciepła. Dzięki tej właściwości z powodzeniem stosowany jest jako element następujących systemów.

Wytrzymałość. Wytrzymałość to właściwość ciał stałych, która jest odporna na zniszczenie, a także nieodwracalne zmiany kształtu. Głównym wskaźnikiem wytrzymałości jest tymczasowy opór, określany przy zerwaniu cylindrycznej próbki, która została wcześniej wyżarzana. Ze względu na wytrzymałość metale można podzielić na następujące grupy:

kruchy(tymczasowa rezystancja nie przekracza 50 MPa) - cyna, ołów, bizmut, a także miękkie metale alkaliczne;

wytrzymały(od 50 do 500 MPa) - magnez, aluminium, miedź, żelazo, tytan i inne metale stanowiące podstawę najważniejszych stopów konstrukcyjnych;

wysoka wytrzymałość(ponad 500 MPa) - molibden, wolfram, niob itp.

Pojęcie wytrzymałości nie ma zastosowania do rtęci, ponieważ jest ona cieczą.

Wytrzymałość metali na rozciąganie podano w tabeli 10.

Tabela 10. Wytrzymałość metali

Plastikowy. Plastyczność to właściwość ciał stałych polegająca na zachowywaniu części ich odkształcenia po usunięciu obciążeń, które je spowodowały. Jako wskaźnik plastyczności, wydłużenie względne jest selektywnie określane za pomocą tych samych testów, co wytrzymałość na rozciąganie.

Ze względu na stopień plastyczności metale dzieli się zwykle w następujący sposób:

wysoce plastyczny- (wydłużenie względne przekracza 40%) - metale stanowiące podstawę większości stopów konstrukcyjnych (aluminium, miedź, żelazo, tytan, ołów) i metale „lekkie” (sód, potas, rubid itp.);

Plastikowy- (wydłużenie względne waha się od 3% do 40%) - magnez, cynk, molibden, wolfram, bizmut itp. (najszersza grupa);

kruchy- (wydłużenie względne poniżej 3%) - chrom, mangan, kolbat, antymon.

Wysokie oczyszczenie kruchych metali nieznacznie zwiększa ciągliwość. Otrzymane z nich stopy są prawie niemożliwe do obróbki pod ciśnieniem. Produkty przemysłowe z nich są często wytwarzane przez odlewanie. Względne wydłużenie metali scharakteryzowano w tabeli 11.

Tabela 11. Plastyczność metali.

Twardość. Twardość to cecha materiału odzwierciedlająca jego wytrzymałość i plastyczność, określana poprzez wcięcie kuli (metoda Brinella) lub pryzmatu (metoda Vickersa). Ilościową oceną twardości jest liczba twardości HB, równa stosunkowi obciążenia (N) do powierzchni nadruku (mm 2). Wartości twardości metali w skali Brinella podano w tabeli 12.

Tabela 12. Twardość metali.

Moduł sprężystości wzdłużnej. Podłużny moduł sprężystości, czyli moduł Younga E, określa płynność metalu, tj. intensywność wzrostu naprężenia wraz ze wzrostem sprężystości odkształcenia (tabela 13).

Tabela 13. Moduł Younga metali w temperaturze 20 o C.

• Oznaczenie - Cu (miedź);
• Okres - IV;
• Grupa - 11 (Ib);
• Masa atomowa - 63,546;
• liczba atomowa - 29;
• Promień atomowy = 128 pm;
• Promień kowalencyjny = 117 pm;
• Rozkład elektronów - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 ;
• temperatura topnienia = 1083,4°C;
• temperatura wrzenia = 2567°C;
• Elektroujemność (wg Paulinga/wg Alpreda i Rochowa) = 1,90/1,75;
• Stan utlenienia: +3, +2, +1, 0;
• Gęstość (nr.) = 8,92 g/cm3;
• Objętość molowa = 7,1 cm3/mol.

Miedź (Cuprum, nazwa pochodzi od wyspy Cypr, gdzie odkryto duże złoża miedzi) jest jednym z pierwszych metali, które opanował człowiek - epoka miedzi (era, w której w użyciu przez ludzi dominowały narzędzia miedziane) obejmuje ten okres z IV-III tysiąclecia p.n.e. mi.

Stop miedzi i cyny (brąz) uzyskano na Bliskim Wschodzie 3000 lat p.n.e. mi. Brąz był preferowany od miedzi, ponieważ był mocniejszy i łatwiejszy do kucia.

Ryż. Struktura atomu miedzi.

Konfiguracja elektronowa atomu miedzi to 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (patrz Struktura elektronowa atomów). W miedzi jeden sparowany elektron z zewnętrznego poziomu s „przeskakuje” na podpoziom d orbitalu zewnętrznego, co wiąże się z dużą stabilnością całkowicie wypełnionego poziomu d. Ukończony stabilny podpoziom d miedzi określa jej względną obojętność chemiczną (miedź nie reaguje z wodorem, azotem, węglem ani krzemem). Miedź w związkach może wykazywać stopnie utlenienia +3, +2, +1 (najbardziej stabilne to +1 i +2).

Ryż. Konfiguracja elektroniczna miedzi.

Właściwości fizyczne miedzi:

• metaliczny, czerwono-różowy kolor;
• ma wysoką plastyczność i ciągliwość;
• dobra przewodność elektryczna;
• niski opór elektryczny.

Właściwości chemiczne miedzi

• Po podgrzaniu reaguje z tlenem:
  O2 + 2Cu = 2CuO;
• wystawiony na działanie powietrza przez dłuższy czas reaguje z tlenem już w temperaturze pokojowej:
  O 2 + 2Cu + CO 2 + H 2 O = Cu(OH) 2 CuCO 3 ;
• reaguje z azotem i stężonym kwasem siarkowym:
  Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
• Miedź nie reaguje z wodą, roztworami alkalicznymi, kwasem solnym i rozcieńczonym kwasem siarkowym.

Połączenia miedziane

Tlenek miedzi CuO(II):

• czerwonobrązowa substancja stała, nierozpuszczalna w wodzie, wykazująca podstawowe właściwości;
• po podgrzaniu w obecności środków redukujących daje wolną miedź:
  CuO + H2 = Cu + H2O;
• Tlenek miedzi powstaje w wyniku reakcji miedzi z tlenem lub rozkładu wodorotlenku miedzi (II):
  O2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Wodorotlenek miedzi Cu(OH 2)(II)):

• krystaliczna lub amorficzna substancja o niebieskim zabarwieniu, nierozpuszczalna w wodzie;
• pod wpływem ogrzewania rozkłada się na wodę i tlenek miedzi;
• reaguje z kwasami tworząc odpowiednie sole:
  Cu(OH 2) + H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O;
• reaguje z roztworami alkalicznymi, tworząc miedziany - złożone związki o jasnoniebieskim kolorze:
  Cu(OH 2) + 2KOH = K 2.

Aby uzyskać więcej informacji na temat związków miedzi, zobacz Tlenki miedzi.

Produkcja i wykorzystanie miedzi

• Metodą pirometalurgiczną miedź otrzymuje się z rud siarczkowych w wysokich temperaturach:
  CuFeS 2 + O 2 + SiO 2 → Cu + FeSiO 3 + SO 2;
• Tlenek miedzi jest redukowany do metalicznej miedzi za pomocą wodoru, tlenku węgla i metali aktywnych:
  Cu2O + H2 = 2Cu + H2O;
  Cu2O + CO = 2Cu + CO2;
  Cu2O + Mg = 2Cu + MgO.

Zastosowanie miedzi zależy od jej wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej, a także plastyczności:

• produkcja przewodów i kabli elektrycznych;
• w urządzeniach do wymiany ciepła;
• w metalurgii do produkcji stopów: brązu, mosiądzu, miedzioniklu;
• w elektronice radiowej.

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 metalem różowo-czerwonym, należy do grupy metali ciężkich i jest doskonałym przewodnikiem ciepła i prądu elektrycznego. Przewodność elektryczna miedzi jest 1,7 razy większa niż aluminium i 6 razy większa niż żelaza.

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

Produkcja miedzi

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

Najpopularniejszymi 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 i późniejsze oddzielanie metalicznej miedzi z roztworu. Metoda pirometalurgiczna składa się z kilku etapów: wzbogacania, prażenia, wytapiania na kamień, oczyszczania w konwertorze, rafinacji.

Do wzbogacania rud miedzi stosuje się metodę flotacji (polegającą na wykorzystaniu różnej zwilżalności cząstek zawierających miedź i skały płonnej), która pozwala uzyskać koncentrat miedzi zawierający od 10 do 35% miedzi.

Rudy i koncentraty miedzi o dużej zawartości siarki poddawane są prażeniu utleniającemu. 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%), a bogate koncentraty (od 25 do 35% miedzi) topi się bez wypalania.

Po prażeniu rudę i koncentrat miedzi przetapia się na kamień, który jest stopem zawierającym siarczki miedzi i żelaza. Mat zawiera od 30 do 50% miedzi, 20-40% żelaza, 22-25% siarki, ponadto mat zawiera zanieczyszczenia w postaci niklu, cynku, ołowiu, złota i srebra. Najczęściej wytapianie odbywa się w ognistych piecach pogłosowych. Temperatura w strefie topienia wynosi 1450°C.

W celu utlenienia siarczków i żelaza powstały kamień miedziowy poddaje się przedmuchowi sprężonym powietrzem w konwertorach poziomych z podmuchem bocznym. Powstałe tlenki przekształcają się w żużel. Temperatura w konwerterze wynosi 1200-1300°C. Co ciekawe, ciepło wydziela się w konwerterze w wyniku reakcji chemicznych, bez dopływu paliwa. W ten sposób konwertor wytwarza miedź blister zawierającą 98,4 - 99,4% miedzi, 0,01 - 0,04% żelaza, 0,02 - 0,1% siarki i niewielką ilość niklu, cyny, antymonu, srebra, złota. Miedź tę wlewa się do kadzi i wlewa do form stalowych lub maszyny odlewniczej.

Następnie w celu usunięcia szkodliwych zanieczyszczeń miedź konwertorowa poddawana jest rafinacji (rafinacja ogniowa, a następnie rafinacja elektrolityczna). Istotą rafinacji ogniowej miedzi konwertorowej jest utlenienie zanieczyszczeń, usunięcie ich za pomocą gazów 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 wytopu 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, w których anoda wykonana jest z miedzi rafinowanej ogniowo, a katoda z cienkich arkuszy czystej miedzi. Elektrolit jest roztworem wodnym. Po przepuszczeniu prądu stałego anoda rozpuszcza się, miedź przechodzi w roztwór i oczyszczona z zanieczyszczeń osadza się na katodach. Zanieczyszczenia osiadają na dnie wanny w postaci żużla, który poddaje się obróbce w celu wydobycia cennych metali. Rozładunek katod następuje po 5-12 dniach, gdy ich masa osiąga 60-90 kg. Są one dokładnie myte, a następnie topione w piecach elektrycznych.

Ponadto istnieją technologie pozyskiwania miedzi ze złomu. W szczególności miedź rafinowana otrzymywana jest ze złomu w drodze rafinacji ogniowej.
Ze względu na czystość miedź dzieli się na gatunki: 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 interakcję z wodą, roztworami alkalicznymi, kwasem solnym i rozcieńczonym kwasem siarkowym. Jednakże miedź rozpuszcza się w silnych utleniaczach (na przykład azocie i stężonej siarki).

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

Podstawowe właściwości fizyczne miedzi

Właściwości mechaniczne miedzi

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

Zastosowania miedzi

Właściwości miedzi takie jak przewodność elektryczna i przewodność cieplna określiły główny obszar zastosowań miedzi - przemysł elektryczny, w szczególności do produkcji drutów, elektrod itp. Wykorzystuje się do tego czysty metal (99,98-99,999%) celu, poddawany rafinacji elektrolitycznej.

Miedź ma wiele unikalnych właściwości: odporność na korozję, dobrą zdolność produkcyjną, dość długą żywotność i dobrze komponuje się z drewnem, kamieniem naturalnym, cegłą i szkłem. Ze względu na swoje unikalne właściwości metal ten był stosowany w budownictwie od czasów starożytnych: do pokrycia dachów, dekoracji elewacji budynków itp. Żywotność miedzianych konstrukcji budowlanych wynosi setki lat. Ponadto części sprzętu chemicznego i narzędzia do pracy z substancjami wybuchowymi lub łatwopalnymi są wykonane z miedzi.

Bardzo ważnym zastosowaniem miedzi jest produkcja stopów. Jednym z najbardziej użytecznych i najczęściej stosowanych stopów jest mosiądz (lub żółta miedź). Jego głównymi składnikami są miedź i cynk. Dodatki innych pierwiastków umożliwiają otrzymanie mosiądzu o różnorodnych właściwościach. Mosiądz jest twardszy niż miedź, plastyczny i wytrzymały, dlatego można go łatwo zwinąć w cienkie arkusze lub wytłoczyć w najróżniejsze kształty. Jeden problem: z czasem staje się czarny.

Brąz znany był już w starożytności. Co ciekawe, brąz jest bardziej topliwy niż miedź, ale jego twardość jest lepsza od indywidualnej czystej miedzi i cyny. Jeśli 30-40 lat temu brązem nazywano tylko stopy miedzi i cyny, dziś znane są już brązy aluminiowe, ołowiowe, krzemowe, manganowe, berylowe, kadmowe, chromowe i cyrkonowe.

Stopy miedzi, a także czysta miedź, od dawna są wykorzystywane do produkcji różnych narzędzi, przyborów kuchennych, znajdują zastosowanie w architekturze i sztuce.

Miedziane monety i posągi z brązu zdobiły domy ludzi od czasów starożytnych. Do dziś przetrwały wyroby z brązu mistrzów starożytnego Egiptu, Grecji i Chin. 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 wyjątkowych umiejętności.

Wśród towarów, którymi w starożytności handlowali kupcy aleksandryjscy, dużą popularnością cieszyły się „miedziane warzywa”. Fashionistki malowały tą farbą zielone cienie pod oczami – wówczas uważano to za oznakę dobrego gustu.

Od czasów starożytnych ludzie wierzyli w cudowne właściwości miedzi i stosowali ten metal w leczeniu wielu dolegliwości. Wierzono, że miedziana bransoletka noszona na dłoni przyniesie właścicielowi szczęście i zdrowie, normalizuje ciśnienie krwi i zapobiega osadzaniu się soli.

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

Był przypadek, gdy ruda miedzi stała się... sprawcą wypadku, któremu uległ norweski statek towarowy Anatina. Ładownie statku płynącego do wybrzeży Japonii wypełniono koncentratem miedzi. Nagle rozległ się alarm: na statku nastąpił wyciek.

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

Miedź jest plastycznym, złotoróżowym metalem o charakterystycznym metalicznym połysku. W układzie okresowym D.I. Mendelejewa ten pierwiastek chemiczny jest oznaczony jako Cu (Cuprum) i znajduje się pod numerem seryjnym 29 w grupie I (podgrupa boczna), w czwartym okresie.

Łacińska nazwa Cuprum pochodzi od nazwy wyspy Cypr. Wiadomo, że na Cyprze już w III wieku p.n.e. istniały kopalnie miedzi, a lokalni rzemieślnicy wytapiali miedź. W firmie można kupić miedź « ».

Według historyków społeczeństwo zna miedź od około dziewięciu tysięcy lat. Najstarsze wyroby miedziane odnaleziono podczas wykopalisk archeologicznych na terenie współczesnej Turcji. Archeolodzy odkryli małe miedziane koraliki i talerzyki używane do ozdabiania odzieży. Znaleziska datowane są na przełom VIII i VII tysiąclecia p.n.e. W starożytności z miedzi wytwarzano biżuterię, drogie naczynia i różne narzędzia o cienkich ostrzach.

Wielkim osiągnięciem starożytnych hutników można nazwać produkcją stopu na bazie miedzi - brązu.

Podstawowe właściwości miedzi

1. Właściwości fizyczne.

W powietrzu miedź nabiera jasnego żółtawo-czerwonego odcienia w wyniku tworzenia się warstwy tlenku. Przy badaniu przez nie cienkie płytki mają zielonkawo-niebieski kolor. W czystej postaci miedź jest dość miękka, plastyczna, łatwo się zwija i ciągnie. Zanieczyszczenia mogą zwiększać jego twardość.

Główną właściwością determinującą jej dominujące zastosowanie można nazwać wysoką przewodność elektryczną miedzi. Miedź ma również bardzo wysoką przewodność cieplną. Zanieczyszczenia takie jak żelazo, fosfor, cyna, antymon i arsen wpływają na podstawowe właściwości i zmniejszają przewodność elektryczną i cieplną. Według tych wskaźników miedź ustępuje jedynie srebrowi.

Miedź ma wysoką gęstość, temperaturę topnienia i wrzenia. Ważną właściwością jest także dobra odporność na korozję. Na przykład przy wysokiej wilgotności żelazo utlenia się znacznie szybciej.

Miedź dobrze nadaje się do obróbki: walcowana na blachę miedzianą i pręt miedziany, ciągniona na drut miedziany o grubości dochodzącej do tysięcznych milimetra. Metal ten jest diamagnetyczny, to znaczy jest namagnesowany przeciwnie do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego.

Miedź jest metalem stosunkowo mało aktywnym. W normalnych warunkach w suchym powietrzu nie zachodzi jego utlenianie. Łatwo reaguje z halogenami, selenem i siarką. Kwasy nie posiadające właściwości utleniających nie mają wpływu na miedź. Nie zachodzą reakcje chemiczne z wodorem, węglem i azotem. W wilgotnym powietrzu następuje utlenianie, w wyniku którego powstaje węglan miedzi (II) – wierzchnia warstwa platyny.
Miedź jest amfoteryczna, co oznacza, że ​​tworzy kationy i aniony w skorupie ziemskiej. W zależności od warunków związki miedzi wykazują właściwości kwasowe lub zasadowe.

Metody otrzymywania miedzi

W naturze miedź występuje w postaci związków i bryłek. Związki reprezentowane są przez tlenki, wodorowęglany, kompleksy siarki i dwutlenku węgla, a także rudy siarczkowe. Najbardziej powszechnymi rudami są piryt miedzi i połysk miedzi. Zawartość miedzi w nich wynosi 1-2%. 90% miedzi pierwotnej wydobywa się metodą pirometalurgiczną, a 10% metodą hydrometalurgiczną.

1. Metoda pirometalurgiczna obejmuje następujące procesy: wzbogacanie i prażenie, wytapianie na kamień, oczyszczanie w konwertorze, rafinacja elektrolityczna.
Rudy miedzi wzbogacane są poprzez flotację i prażenie utleniające. Istota metody flotacji jest następująca: cząstki miedzi zawieszone w ośrodku wodnym przylegają do powierzchni pęcherzyków powietrza i unoszą się na powierzchnię. Metoda pozwala uzyskać koncentrat proszku miedzi, który zawiera 10-35% miedzi.

Rudy i koncentraty miedzi o znacznej zawartości siarki poddawane są prażeniu oksydacyjnemu. Po podgrzaniu w obecności tlenu siarczki utleniają się, a ilość siarki zmniejsza się prawie o połowę. Słabe koncentraty zawierające 8-25% miedzi są prażone. Bogate koncentraty zawierające 25-35% miedzi topi się bez konieczności prażenia.

Kolejnym etapem pirometalurgicznej metody produkcji miedzi jest wytapianie na kamień. Jeżeli jako surowiec stosuje się rudę miedzi w kawałkach z dużą ilością siarki, wówczas wytapianie odbywa się w piecach szybowych. Natomiast w przypadku sproszkowanego koncentratu flotacyjnego stosuje się piece pogłosowe. Topienie następuje w temperaturze 1450°C.

W konwertorach poziomych z bocznym wdmuchem kamień miedziowy jest przedmuchiwany sprężonym powietrzem w celu utlenienia siarczków i żelaza. Następnie powstałe tlenki przekształca się w żużel, a siarkę w tlenek. Przetwornik wytwarza miedź blister, która zawiera 98,4-99,4% miedzi, żelaza, siarki oraz niewielkie ilości niklu, cyny, srebra i złota.

Miedź blisterowa poddawana jest wypalaniu, a następnie rafinacji elektrolitycznej. Zanieczyszczenia są usuwane za pomocą gazów i przekształcane w żużel. W wyniku rafinacji ogniowej powstaje miedź o czystości do 99,5%. A po rafinacji elektrolitycznej czystość wynosi 99,95%.

2. Metoda hydrometalurgiczna polega na ługowaniu miedzi słabym roztworem kwasu siarkowego, a następnie oddzielaniu miedzi metalicznej bezpośrednio z roztworu. Metoda ta stosowana jest do przeróbki rud niskiej jakości i nie pozwala na towarzyszącą jej ekstrakcję metali szlachetnych wraz z miedzią.

Zastosowania miedzi

Miedź i stopy miedzi ze względu na swoje cenne właściwości znajdują zastosowanie w przemyśle elektrycznym i elektrotechnicznym, w radiotechnice i przy budowie instrumentów. Istnieją stopy miedzi z metalami takimi jak cynk, cyna, aluminium, nikiel, tytan, srebro i złoto. Rzadziej stosowane są stopy z niemetalami: fosforem, siarką, tlenem. Wyróżnia się dwie grupy stopów miedzi: mosiądz (stopy z cynkiem) i brąz (stopy z innymi pierwiastkami).

Miedź jest materiałem wysoce przyjaznym dla środowiska, co pozwala na jej zastosowanie w budowie budynków mieszkalnych. Na przykład dach miedziany, ze względu na swoje właściwości antykorozyjne, może przetrwać ponad sto lat bez specjalnej pielęgnacji i malowania.

Miedź w stopach ze złotem stosowana jest w jubilerstwie. Stop ten zwiększa wytrzymałość produktu, zwiększa odporność na odkształcenia i ścieranie.

Związki miedzi charakteryzują się wysoką aktywnością biologiczną. W roślinach miedź bierze udział w syntezie chlorofilu. Dlatego widać to w składzie nawozów mineralnych. Brak miedzi w organizmie człowieka może powodować pogorszenie składu krwi. Występuje w wielu produktach spożywczych. Na przykład metal ten występuje w mleku. Należy jednak pamiętać, że nadmiar związków miedzi może spowodować zatrucie. Dlatego nie należy gotować potraw w naczyniach miedzianych. Podczas gotowania duże ilości miedzi mogą przedostać się do żywności. Jeśli naczynia w środku są pokryte warstwą cyny, nie ma niebezpieczeństwa zatrucia.

W medycynie miedź stosowana jest jako środek antyseptyczny i ściągający. Jest składnikiem kropli do oczu na zapalenie spojówek i roztworów na oparzenia.