Медь
Последнее обновление страницы:14 May 2025
Вступление
Каждый раз, когда вы включаете свет, пользуетесь каким-либо бытовым прибором в вашем доме или открываете кран, именно медь обеспечивает вас электричеством или водой. Таким образом, медь является очень важным металлом для человека и сочетает в себе больше полезных свойств, чем, вероятно, любой другой металл.
В среднестатистическом семейном доме содержится более 90 килограммов меди: 40 кг электрических проводов, 30 кг сантехники, 15 кг строительных материалов, 9 кг внутренних электроприборов и 5 кг изделий из латуни. В реактивном самолете Boeing 747-200 содержится около 1,8 тонны меди. Статуя Свободы в Нью-Йорке содержит более 27 тонн меди.
Свойства
Медь - единственный встречающийся в природе металл, кроме золота, который имеет особый цвет. Подобно золоту и серебру, медь является отличным проводником тепла и электричества. Она также очень пластична. Медь также устойчива к коррозии (она не так легко ржавеет). Медь мягкая, но прочная. Она легко смешивается с другими металлами, образуя сплавы, такие как бронза и латунь. Бронза - это сплав олова и меди, а латунь - сплав цинка и меди. Медь и латунь легко перерабатываются - возможно, 70% используемой в настоящее время меди было переработано по крайней мере один раз.
Свойства меди
| Химический символ | Cu, от латинского слова "cuprum", что означает "кипрская руда". |
|---|---|
| Руда | Наиболее часто встречается в виде халькопирита, CuFeS2 |
| Относительная плотность | 8,96 г/см3 |
| Твердость | 3 по шкале Мооса |
| Пластичность | Высокий |
| Пластичность | Высокий |
| Температура плавления | 1084°C |
| Точка кипения | 2562°C |
Использует
Сегодня медь, поскольку она является хорошим проводником электричества, используется в электрических генераторах и двигателях для электропроводки, а также в электронных изделиях, таких как радиоприемники и телевизоры. Медь также хорошо проводит тепло, поэтому ее используют в автомобильных радиаторах, кондиционерах и системах отопления домов.
Поскольку медь не подвержена коррозии, ее также используют для изготовления водопроводных труб. Ее пластичность означает, что медные трубы можно легко сгибать, огибая углы, не ломая их.
Медный купорос используется в качестве фунгицида, предотвращающего засорение корнями растений дренажных и канализационных систем. Сине-зеленый цвет обработанной древесины является результатом применения нафтаната меди и арсената меди-хрома, которые были введены под давлением для защиты древесины от сверления.
Медь также используется для изготовления монет и научных приборов, а также в декоративных целях.
В мобильном телефоне содержится около 15 граммов меди, и в последнее время медь заменяет алюминий в компьютерных чипах.
| Воспользуйся | Описание |
|---|---|
| Электричество и связь | Поскольку медь пластична и является отличным проводником, ее основное применение - в электрогенераторах, электропроводке в быту и автомобилях, а также в электроприборах, компьютерах, светильниках, двигателях, телефонных кабелях, радиоприемниках и телевизорах. |
| Монеты | Сплав "мельхиор", представляющий собой смесь 75% меди и 25% никеля, используется для изготовления "серебряных" монет, таких как австралийские монеты достоинством 5, 10, 20 и 50 центов. Австралийские монеты номиналом 1 и 2 доллара на 92% состоят из меди, смешанной с алюминием и никелем. |
| Трубы | Поскольку медь не ржавеет и ее легко соединять, она пригодна для изготовления водопроводных труб (и гидравлических систем). Использование меди в водопроводных трубах восходит к древним египтянам и римлянам. |
| Теплопроводность | Способность меди проводить тепло позволяет использовать ее в автомобильных радиаторах, кондиционерах, системах отопления домов и бойлерах для производства пара. Медь также идеально подходит для изготовления основания для кастрюль. |
| Фунгициды и инсектицидные средства | Медный купорос используется для уничтожения цветения водорослей в водоемах, для защиты древесины, для предотвращения засорения корнями растений дождевых и канализационных систем, а также для уничтожения насекомых. |
| Удобрения | Производство меди резко возросло в 1950-х и 1960-х годах из-за потребности в удобрениях на основе меди, которые способствовали росту сельскохозяйственных культур на ранее малопродуктивных землях. |
| Бронза | Бронза (90% меди, 10% олова) используется для изготовления статуй и подшипников в автомобильных двигателях и тяжелой технике. Самые ранние виды бронзы были природными сплавами, получаемыми из месторождений полезных ископаемых, которые также содержали олово. |
| Латунь | Латунь (70% меди, 30% цинка) особенно устойчива к коррозии и поэтому используется для изготовления корпусов парусных лодок и другого морского оборудования. Многие музыкальные инструменты изготавливаются из латуни. Он также используется для изготовления декоративных элементов, от светильников до кранов и приборов для астрономии, геодезии, навигации и других научных целей. |
История
Медь была первым металлом, который начали использовать люди. Она была открыта человеком эпохи неолита около 9000 лет назад и использовалась вместо камня, поскольку ей было гораздо легче придавать форму. Первые медники в Иране обнаружили, что нагревание меди размягчает ее, а ковка делает ее тверже. Таким образом, они могли изготавливать из меди различные полезные предметы, такие как контейнеры и посуда, - большой шаг вперед для человечества. Красивый цвет меди также делает ее привлекательной для использования в ювелирных изделиях и орнаментах.
Есть свидетельства того, что медь использовалась с незапамятных времен: археологи нашли в пирамиде Хеопса в Египте кусок медной трубки, использовавшейся 5000 лет назад. Около 4000 г. до н.э. бронза (еще более твердый сплав) была открыта путем смешивания меди с небольшим количеством олова. Ее использовали для изготовления оружия, доспехов, инструментов и украшений¿так начался медно-бронзовый век. Хотя производство бронзовых орудий труда в значительной степени вышло из употребления с наступлением железного века примерно в 1000 году до нашей эры, медь продолжала использоваться из-за других ее свойств. Являясь одним из двух цветных металлов, его красота делает его очень востребованным для изготовления украшений, а устойчивость к коррозии делает его пригодным для использования в море или вблизи него.
Способность штамповать медь в листы и ее устойчивость к коррозии сделали ее популярным кровельным материалом для важных зданий.
Развитие медной промышленности было тесно связано с ростом потребления электроэнергии. Основным направлением использования металла по-прежнему является производство электроэнергии, что объясняется двумя физическими свойствами. Она является отличным проводником электричества (и тепла) и достаточно пластична, чтобы ее можно было вытягивать в проволоку и раскатывать в листы без образования трещин. Медь широко используется в сантехнических изделиях и является основным компонентом сплавов, многие из которых тверже, прочнее и жестче, чем отдельные составляющие их элементы. В 1837 году Чарльз Уитстон и Уильям Кук запатентовали первый электрический телеграф, в котором использовался медный провод. В 1876 году Александр Грэхем Белл первым применил медный телефонный провод. В 1878 году Томас Эдисон изобрел первый электрический источник света, используя медь для проведения тока. В течение нескольких лет массовое использование этих двух изобретений привело к невероятному росту добычи и производства меди.
Образование
Поскольку медь легко вступает в реакцию с другими веществами, она может образовываться в земной коре различными способами. Ее часто находят в залежах других металлов, таких как свинец, цинк, золото и серебро.
На сегодняшний день наибольшее количество меди содержится в земной коре в виде отложений, известных как медно-порфировые отложения. Когда-то эти отложения представляли собой большие массы расплавленной породы, которые охлаждались и затвердевали в земной коре. По мере остывания образовалось несколько крупных кристаллов, которые затем, по мере ускорения охлаждения, были окружены более мелкими кристаллами - геологи называют эти породы порфирами. Сначала медь была распределена по всей большой массе расплавленной породы в небольших концентрациях. По мере того как магма остывала и начинали формироваться кристаллы, количество расплава уменьшалось. Медь оставалась в расплаве, становясь все более концентрированной. Когда порода стала почти полностью твердой, она сжалась и треснула, а оставшаяся жидкость, богатая медью, попала в трещины, где и затвердела. За многие миллионы лет породы, покрывавшие эти отложения, подверглись эрозии, и отложения в конце концов оказались на поверхности. Примерами месторождений порфира являются Кадия-Хилл (Новый Южный Уэльс) и Серро-Колорадо (Панама).
Смесь меди, железа и серы называется халькопирит (CuFeS2) или "золото дурака", которое обмануло многих старателей со стажем! Халькопирит в Австралии встречается в породах, возраст которых превышает 250 миллионов лет. Борнит (Cu5ФеС4), ковеллит (CuS) и халькоцит (Cu2S) являются важными источниками меди в мире, и многие рудные тела также содержат некоторое количество малахита (CuCO3.Cu(OH)2), азурит (Cu3(СО3)2.Cu (О)2), куприт (Cu2O), тенорит (CuO) и самородная медь. Сульфиды, из которых образуется большая часть меди, добываемой во всем мире, обычно залегают в более глубоких частях залежей, которые не подвергались воздействию атмосферных воздействий. Вблизи поверхности они изменяются в результате окисления и других химических воздействий с образованием оксидов и карбонатов. Эти вторичные минералы меди могут образовывать богатые руды в верхних частях многих месторождений, и благодаря их характерному зеленому или синему цвету даже небольшие количества легко различимы в породах, в которых они встречаются. Медьсодержащие минералы обычно встречаются в сочетании с минералами, которые могут содержать золото, свинец, цинк и серебро.
Ресурсы
В Австралии поиски меди начались вскоре после заселения ее европейцами. Первое крупное открытие меди в Австралии было сделано в Капунде, Южная Австралия, в 1842 году, когда Фрэнсис Даттон нашел медную руду во время поисков заблудившейся овцы. К 1860-м годам Южная Австралия была известна как "Медное королевство", потому что здесь располагались одни из крупнейших медных рудников в мире.
По данным Геологической службы США (USGS), Австралия владеет значительной частью мировых запасов меди и в 2016 году заняла 2-е место после Чили. У нас есть несколько медных рудников мирового значения, в том числе медно-свинцово-цинковое месторождение Маунт-Айза в Квинсленде и медно-ураново-золоторудное месторождение Олимпик-Дам в Южной Австралии, на котором разрабатывается одно из крупнейших медьсодержащих месторождений в мире. Другими примерами важных запасов меди являются известные медно-золотые месторождения Хилл и Каррапатина в Южной Австралии, медно-золотые месторождения Нортпаркес, медно-свинцово-цинковые месторождения CSA и Гириламбон в Новом Южном Уэльсе, медные месторождения Эрнест Генри, Осборн и Маммот, а также медно-золотые месторождения Селвин в Квинсленде и медно-цинковые месторождения в Голден-Гроув и месторождение меди Нифти в Западной Австралии.
Австралийские месторождения меди и действующие рудники, 2022 год.
Размер депозита основан на общем объеме ресурсов (EDR + Продемонстрированные субэкономические ресурсы + Предполагаемый объем).
Для наглядности обозначены только крупные или значимые месторождения.
Добыча полезных ископаемых
Несмотря на то, что во многих основных странах-производителях крупные месторождения меди добываются открытым способом, большая часть медной руды, добываемой в Австралии, поступает из подземных рудников. Традиционный метод, используемый на большинстве рудников, заключается в дроблении руды и извлечении ее на поверхность для дробления. Затем руду тонко измельчают, а затем медьсодержащие сульфидные минералы концентрируют с помощью процесса флотации, который отделяет зерна рудного минерала от отходов, или пустой породы. В зависимости от типа медьсодержащих минералов в руде и используемых процессов обработки, концентрат обычно содержит от 25 до 30% меди, однако может содержать и около 60% меди. Затем концентрат перерабатывается на плавильном заводе.
Обработка
На некоторых австралийских рудниках медь выщелачивается из руды с получением обогащенного медью раствора, который затем обрабатывается для извлечения металлической меди. Сначала руду дробят и отправляют на площадки для выщелачивания, где она растворяется в растворе серной кислоты для выщелачивания меди. Затем обогащенный медью раствор перекачивается на установку экстракции растворителем для отделения меди в виде медного комплекса. Медь концентрируется, и раствор направляется на установку электролиза для извлечения меди. Медные катоды, полученные методом электролиза, содержат 99,99% меди, которая пригодна для использования в электротехнике. Весь этот процесс известен как электролиз с экстракцией растворителем (SX-EW).
Для получения металлической меди из концентратов используются различные методы плавки. Один из способов заключается в их расплавлении с использованием флюсов в плавильной печи для получения медного штейна, который представляет собой смесь, состоящую в основном из сульфидов железа и меди, обычно содержащую от 50 до 70% меди. Расплавленный штейн заливается в конвертер, который содержит больше флюсов, и преобразуется в черновую медь, чистота которой составляет примерно 98-99%. Черновая медь сливается, подвергается дальнейшему рафинированию в анодной печи и, наконец, электролитическому рафинированию до получения чистой катодной меди.
На Olympic Dam концентрат сразу же переплавляется в черновую медь. В ходе этого процесса медный концентрат подается в плавильную печь с воздухом, обогащенным кислородом. Мелкодисперсный концентрат мгновенно вступает в реакцию или "вспыхивает", поскольку сернистая фракция сульфидов меди сгорает и превращается в газообразный диоксид серы. Расплавленная медь и шлак попадают в подину плавильного цеха. Шлак образует слой на поверхности расплавленной черновой меди. Черновую медь периодически удаляют для дальнейшей очистки в анодной печи и электролитического рафинирования.