Блестящий металл розового цвета, обладающий высокой пластичностью – вот что такое медь. Минерал отличается высокой электро- и теплопроводностью, хорошо поддаётся механической обработке и образует множество соединений с другими металлами, достаточно широко востребованными в хозяйственной деятельности человека. Кроме того, медь отличается высокой коррозионной стойкостью.
- Пирометаллургический метод
Её плотность составляет – 8890 кг/м3.
Температура плавления равняется 10830C.
Разновидности медных руд
Существует девять геологических видов медных руд, имеющих промышленное значение:
- Железно-никелевые руды, залегающие в магматических горных породах.
- Медистые песчаники и сланцы. Стратиформные запасы составляют 30% запасов меди и поэтому занимают второе место в данном списке.
- Медно-никелевые. Залежи отличаются разнообразием форм с крупными вкраплениями искомого металла.
- Медно-порфировые. Они являются безусловными лидером и обеспечивают 40% мировой добычи меди.
- Карбонатитовые. Уникальны тем, что имеется всего лишь одно месторождение в мире, кроме того в их составе присутствуют щелочные соединения.
- Кварцево-сульфидные. Существенной роли в обеспечении добычи не играют.
- Самородные. Располагаются в местах окисления рудников медно-сульфидных руд.
- Скарновые. Размещаются среди известняков и отличаются крайней неоднородностью морфологической структуры.
Медь в перечисленном списке руд бывает представлена в сульфидной, оксидной или смешанной форме, что определяет соответствующие разновидности залежей. По виду своего строения в породах залежи подразделяются на вкраплённые, массивные и сплошные текстуры. В ближайшей перспективе этот список могут пополнить руды, залегающие на дне морей, океанов, а также конкреции урановых месторождений.
Соединения меди
Далее рассмотрим наиболее востребованные соединения меди и их применение. Начнем с фунгицидов. Свыше сотни лет они применяются для борьбы с ложномучнисторосяными и несовершенными грибами, которые являются причиной пятнистости вегетативных органов растений. Фунгициды на основе меди и сегодня являются основными в системе антирезистентной программы к системным фунгицидам. Пестициды, изготовленные на основе меди, очень востребованы в целях защиты садов и виноградников от вредителей и болезней. Очень популярен сульфат меди. Применение это вещества происходит повсеместно и в различных областях. Сульфат меди(II) является наиболее важной солью меди. Он является исходным материалом для синтеза многих веществ. Безводный сульфат меди используют в качестве индикатора влажности. В лабораторных условиях он отвечает за осушку этанола и ряда других соединений. Однако, наибольший объем медного купороса CuSO4 расходуется для борьбы с вредителями в сельскохозяйственной отрасли.
Природные минералы, содержащие медь
В природе существую 250 медесодержащих минералов, однако практическое использование находят не более 20. Список самых распространённых из них с указанием процентного содержания меди:
- Самородная медь – 88-100%.
- Куприт – 88,8%.
- Тенорит – 79,9%.
- Хальзокин – 79,8%.
- Ковеллин – 66,5%.
- Борнит – 52-65%
- Атакамит – 59,5%.
- Малахит – 57,4%.
- Брошантит – 56,2%.
- Азурит – 55,3%.
- Блеклые руды – 22-53%.
- Энаргит – 48,3%.
- Хризоколла – 32,8-40,3%.
- Халькопирит – 34,5%.
- Кубанит – 22-24%.
Гидроксид меди применение
Гидроксид меди, также ка и сульфат является отличным фунгицидом. Он защищается растения от различных болезней, как грибковых, так и бактериальных. Плюсы использования гидроксида меди:
- широкий перечень инфекций, на которые действует соединение
- можно использовать практически для всех видов растений
- питательные вещества меди обеспечивают долгий срок хранения овощей и фруктов
- низкое содержание меди вследствие насыщения препаратов ионами Cu++
- устойчив к осадкам
- не оказывает негативного действия на природу
- невысокая стоимость.
Добыча медной руды
Медь – один из самых первых металлов, освоенных человечеством. В самом начале его добывали, собирая самородки, а затем научились извлекать из руд. С годами технологии добычи полезных ископаемых совершенствовались. Но определяющим фактором при выборе способа добычи, всегда являлась и является глубина расположения залежей. Впрочем, существуют специально разработанные стандарты, учитывающие множество факторов и позволяющие выбрать наиболее удачное с экономической точки зрения решение, в плане выбора рабочей глубины разработки и применяемых технологий.
В карьере
В случае размещения пласта осваиваемого минерала на глубине не более 500 м, наиболее целесообразным является открытый способ добычи. Именно с его помощью извлекается большая часть медных руд. Несмотря на ряд проблем, связанных с освоением значительной площади, перемещением огромных масс пустой породы, привлечением значительного количества технических средств и вредным воздействием на окружающую среду, способ отличается достаточно высокой эффективностью и отсутствием значительных потерь полезного ископаемого. Соотношение выхода металла на добываемую руду составляет: 1:200.
Проведя предварительные геологические исследования в месте будущего карьера или разреза, производится съём и удаление в отвалы верхних слоёв породы. Очень часто это сопровождается бурением твёрдых скальных массивов и взрывными работами. Ископаемый минерал извлекается слоями с дальнейшей разработкой новых массивов. Руда забирается ковшевой техникой (экскаваторами, погрузчиками) и грузится в транспортные средства (конвейера, самосвалы) для перевозки на перерабатывающие предприятия.
В шахтах
Если искомая руда располагается на глубине порядка 1 км, то в дело идёт закрытый способ добычи, то есть – строительство шахты и организация вертикальных, наклонных или горизонтальных выработок. Используя горнопроходческую технику и буровое оборудование, разрабатываются медесодержащие слои. После чего добытая порода загружается и извлекается на поверхность. Для этого подземные сооружения оснащаются лифтами, подъёмным оборудованием, железнодорожными путями.
Медь
Способ достаточно затратный, но в то же время обеспечивающий доступ к глубокозалегающим месторождениям.
Бурение скважин
Существует и третий метод добычи медных руд – с помощью закачки выщелачивающих растворов кислот и щелочей вглубь заранее пробуренной скважины. В результате чего получается полужидкая смесь, извлекаемая на поверхность мощными насосами, подвергаемая в дальнейшем переработке.
Процесс получения
Высокоочищенную бескислородную медь получают в процессе так называемого электрического рафинирования. Она оседает на катодах электрических ячеек, вследствие чего имеет и иное название — медь катодная. Чистота достигает порядка 99.99 %. Такой металл называют и медью бескислородной, у которой высокая степень очистки (OFC – Oxygen-Free Copper).
Расплавленная чистая медь впоследствии разливается в специальные формы, которые имеют квадратные либо прямоугольные сечения. Этот процесс происходит в вакууме, при отсутствии кислорода, что предотвращает его проникновение в расплавленный металл. Отсутствие примесей кислорода в такой меди существенно увеличивает показатели ее электропроводности и прочности.
Получение меди
После добычи руды возникает следующая проблема: как извлечь из неё необходимый материал? Существует несколько способов.
Одна из древнейших технологий заключалась в сжигании малахитовых руд с ограниченным доступом воздуха. Размещённая в горшках масса, смешанная с углём, сгорала, выделяя при этом угарный газ. Что приводило к достижению желаемого результата – получению достаточно чистой для своего времени меди.
Понятно, что за прошедшие века методы и способы переработки руд претерпевали серьёзные изменения движимые целью достижения наиболее оптимальных результатов при любом виде первичного сырья. Вот почему современная металлургия базируется на трёх основных способах получения меди.
Пирометаллургический метод
Основанный на проведении высокотемпературных процессов, пирометаллургический метод как нельзя лучше подходит для сульфидных руд, подчас достаточно бедных в отношении концентрации меди. Он позволяет извлекать металл даже при содержании его в 0,5%.
Но прежде всего исходное сырьё подвергается обогащению в процессе флотации. Суть его заключается в тщательном измельчении руды, заливке её водой, добавлении туда сложных органических флотореагентов. Они обволакивают частицы минерала, содержащие в своём составе сплавы меди, придавая им несмачиваемость.
На втором этапе этого процесса в растворе создаётся пена, пузырьки которой забирают покрытые органикой частицы. Происходит это под воздействием потока воздуха, в результате чего образования всплывают на поверхность, откуда в дальнейшем забираются. Насыщенная медными соединениями пена собирается, отжимается и высушивается.
После чего полученный концентрат подвергают обжигу при температуре 14000 C. Это необходимо для удаления серы и окисления сульфидов. Затем производят высокотемпературную (14 0000 – 15 0000C) плавку в шахтных печах для получения сплава железа и меди – штейна. Далее в процессе бессемеровской плавки в конвертере под воздействием кислорода получают оксид, а затем и саму черновую медь, содержащую в себе 90,95% металла. При этом сера переходит в кислотный остаток, а железо – в силикатный шлак.
Получить из черновой субстанции чистую медь можно с помощью:
- огневого рафинирования,
- электролиза,
- экзотермической реакции восстановления под воздействием водорода.
Гидрометаллургический метод
Для извлечения меди и ряда других металлов из полиметаллических руд, содержащих в своём составе менее 0,5% искомого минерала, применяют гидрометаллургический метод.
Добытые минералы растворяют с помощью неконцентрированной серной кислоты или аммиака. Из образовавшихся жидкостей в процессе реакции вытеснения получают медь. Для проведения реакции используется металлическое железо.
Электролизный метод
Метод предназначен для получения чистой меди в процессе электролитической реакции.
Его технология заключается в изготовлении чистых медных тонких листовых катодов и толстых пластинчатых анодов из черновой меди. Помещённые затем в ванну, заполненную медным купоросом, они вступают в реакцию под воздействием электрического тока. Происходит растворение меди на анодах и её осаждение на катодах. Освободившиеся примеси удаляют химическими методами.
Медные трубы
Медь в строительстве — токоотводы, кровля
При строительстве домов медь неизменно используется в качестве громоотводов, молниезащиты. Для молниезащиты используется медная жила толщиной 8 мм из чистейшей меди, то есть для этого необходимо медная проволока марки ММ, так как благодаря чистоте меди этой марки обеспечивается эффективный отвод тока. Также в строительстве используется листовая медь в качестве кровли. Медь, и так обладающая хорошими антикоррозионными свойствами, благодаря образованию патины на поверхности листов или ленты из раскисленной меди служат больше 2 веков, в течении жизни не менее пяти поколений владельцев дома.
Области применения
Отраслей, где находит своё применение этот древнейший из металлов, множество:
- Металлургия. Именно эта отрасль выпускает множество готовых изделий в виде
- проката: листов, плит, лент, труб, прутков, шин, проволоки;
- сплавов: бронзы, латуни, мельхиора, константана, манганина нейзельбера.
Те и другие изделия, и промежуточные материалы находят широкое применение в технических отраслях, при производстве вооружений, в декоративно-прикладном искусстве. Отличительными особенностями сплавов являются – сохранение механических свойств, высокий уровень скольжения в парном сочетании и антикоррозийная устойчивость.
- Машиностроение. Здесь используется значительная часть медесодержащей продукции, полученной в результате металлургических процессов. Это – высокопрочные сплавы с алюминием, оловом, кремнием, цинком. А также разнообразные детали машин и механизмов. Одним из направлений является изготовление твёрдых припоев, опять же находящих применение в машиностроительной отрасли.
- Химия. Катализатором процесса полимеризации ацетилена выступает опять же медь.
- Электротехника. Благодаря высокой электрической проводимости, этот металл стал незаменим в качестве проводника при изготовлении шин, кабелей, проводов, дорожек печатных плат. Они, в свою очередь, входят в состав множества электротехнических изделий, где также присутствуют медные элементы конструкций и сплавы данного металла. Кроме того, медь находит использование в химических источниках тока и при изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих материалов.
- Энергетика. Одним из важных направлений использования меди является изготовление на её основе труб, являющихся составной частью систем газоснабжения, водоснабжения, отопления, охлаждения, кондиционирования и обеспечения технологическими жидкостями.
- Ювелирное дело. Специфика изготовления драгоценных изделий, служащих в качестве украшений, требует сочетания целого ряда противоречивых факторов. Чтобы придать прочность золоту, в него добавляют медь. Податливость материала не уменьшается, а срок службы и устойчивость к механическим воздействиям – существенно возрастают.
Сплавы меди и их применение
Медь и ее сплавы широко используются в процессе возведения линий электропередач и устройств разного типа связи. Сплавы применяют в электромашиностроительной отрасти, в создании разных приборов, при изготовлении холодильников, вакуум-аппаратов. Примерно половина всей меди используется на нужды электропромышленности. На базе меди получено огромное количество сплавов с разными металлами, например, Zn, Sn, Al, Be, Ni, Mn, Pb, Ti, Ag, Au. Существуют сплавы и с неметаллами, например, с фосфором, серой, кислородом и другими.
Сфера использования таких сплавов довольно обширна. Большая часть их них отличается высокими антифрикционными качествами. Сплавы используют в литой и кованой форме, а также в порошковой форме. К примеру, широко используются сплавы:
- оловянные. Содержат от 4 до 33 % Sn
- свинцовые. В них содержится примерно 30 % Pb
- алюминиевые. Содержат от 5 до 11 % Al
- кремниевые. В таких сплавах присутствует 4-5 % Si
- сурьмяные бронзы, которые востребованы в производстве подшипников, теплообменников и прочих материалов в виде листа, прутков и труб для химической, бумажной и пищевой промышленности.
Разные сплавы меди с хромом, а также вольфрамовый порошковый сплав применяются для изготовления электродов и электроконтактов. Сложно представить себе химическую промышленность и машиностроение без латуни — сплава меди с цинком (до 50 % Zn). Чаще всего в небольших количествах тут присутствуют и другие элементы, например, Al, Si, Ni, Mn. Сплавы меди с фосфором (6-8 %) применяют как припои.
Месторождения в России и мире
На территории России существует немало достаточно крупных месторождений медных руд:
- Аллареченское, Мончегорское, Печенга – Мурманская область.
- Гайское – Оренбургская область.
- Михеевское, Томинское – Челябинская область
- Юбилейный, Сибайское, Подольское, Западно-Озёрное, Учалинское, Ново-Учалинское, Октябрьское – Республика Башкортостан.
- Быстринское и Удоканское – Забайкалье.
- Октябрьское, Талнахское – Красноярский край.
На карте мира выделяются следующие месторождения этого полезного ископаемого:
- Чукикамата, Эскондида, Кольяуаси, Антамина, Эль-Тесоро – Чили.
- Бингем-Каньон, Кивино, Пэблл – США.
- Вале-Салобу – Бразилия.
- Нурказган – Казахстан.
- Ую-Толгой – Монголия.
- Гразберг – Индонезия.
Страны, добывающие медь
Лидирующие позиции в мировой добыче меди (данные 2022 года в количественном выражении добытого металла за год) занимают:
- Чили – 5,8 млн. тонн.
- Перу – 2,4 млн. тонн.
- Китай – 1,6 млн. тонн.
- США – 1,2 млн. тонн.
- Конго – 1,2 млн. тонн.
Судя по оценкам специалистов, общий объём, пока что неизведанных, запасов меди в мире составляет 3,5 млрд. тонн. Этих запасов должно хватить на ближайшие полтора столетия.
Автор: Юрий Флоринских Все статьи этого автора
Последние статьи автора: Крупнейшие производители молока и молочной продукции в мире Алмазы: свойства, способы добычи и применение
Свойства меди
Что же собой представляет медь? Это красновато — розовый металл, отличающийся мягкостью и ковкостью. Механические и физико — химические свойства — главные причины популярности меди. Пластичность, мягкость, высокие показатели теплопроводимости делают медь отличным вариантом для производства большого разнообразия изделий. Данный металл не боится низких температур. Напротив, при отрицательных температурах свойства меди становятся ещё лучше. Повышается прочность и пластичность материала и предел текучести становиться выше. Помимо этого вода, растворы щелочей и кислот (соляной и серной) никак не влияют на медь. Эти и множество других свойств обуславливают сферы и области применения меди.
