Металл copper что это

Медь не относится к благородным или редким элементам. Это самый распространенный цветной металл на Земле. Благодаря своим характеристикам в почете у промышленников и ювелиров. Предмет охоты сборщиков лома.

Что представляет собой

Медь – это розоватый металл с золотисто-металлическим блеском. Элемент №29 периодической системы Менделеева. Международное обозначение – Cu (Cuprum).

Чистый металл мягок, поэтому чаще используется с примесями. Пластичен: вытягивается до микронных диаметров.

На воздухе покрывается пленкой, обретая желтовато-красный оттенок. Тонкие пластинки на просвет зеленовато-голубые.

По официальной классификации причислен к тяжелым цветным металлам. В эту же группу входят свинец, цинк, олово, никель.

История

Медь – один из первых металлов, с которыми имело дело человечество. Этому способствовали преимущества: большая распространенность, доступность, относительно низкая температура плавления.

Достоинства меди люди оценили восемь тысячелетий назад.

Медный век начался сразу после каменного:

• Древнейшими признаны медные артефакты, откопанные на территории современной Турции. Это бусинки и декоративные накладки.
• Из металла делали режущий инструментарий и посуду.
• История открытия медных рудников на Руси начинается на Урале за две тысячи лет до новой эры. Затем были Кавказ, Алтай, Сибирь.
• Промышленная переработка с использованием бронзы началась в XIV веке. Из сплава отливали пушки и колокола.

Из бронзы отлиты Царь-колокол и Царь-пушка.

Предполагается, что металл назван по имени острова Кипр. Здесь еще в III веке до нашей эры обнаружились медные залежи, а население освоило выплавку меди.

Происхождение русскоязычного термина медь «Этимологический словарь русского языка» М.Фасмера увязывает с древненемецким корнем smid – кузнец, металл.

Запасы, добыча

Глобальные объемы медной руды оцениваются в миллиард тонн (разведанные). Наличие половины подтверждено. Ученые полагают, что земная кора таит еще три миллиарда тонн меденосной руды.

Самородная медь

Богатыми запасами располагают страны на всех континентах:

• Америка – Чили, Канада, США.
• Азия – Казахстан, Иран.
• Африка – ЮАР, Замбия, Заир.

На Россию приходится 3% мировых запасов. Месторождения сосредоточены на Урале. Основной добытчик – концерн «Норильский никель».

Руду добывают открытым либо закрытым способом, в зависимости от глубины залегания.

Ежегодный мировой объем добычи руды – 15-20 млн. тонн.

Физико-химические параметры

Медь – металл с типичными внешними признаками (блеск, гладкость) и структурой кристаллической решетки. Наделена высокой электро- и теплопроводностью. По этим физическим свойствам вторая после серебра.

Название, символ, номер Атомная масса
(молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства
Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки Параметры решётки Температура Дебая Прочие характеристики
Теплопроводность Номер CAS

Медь/Cuprum (Cu), 29

63,546(3)а. е. м. (г/моль)

[Ar] 3d10 4s1

128 пм

117 пм

(+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм

1,90 (шкала Полинга)

+0,337 В/ +0,521 В

3, 2, 1, 0

745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)

8,92 г/см³

1356,55 K (1083,4 °С)

2567 °С

13,01 кДж/моль

304,6 кДж/моль

24,44 Дж/(K·моль)

7,1 см³/моль

кубическая гранецентрированая

3,615 Å

315 K

(300 K) 401 Вт/(м·К)

7440-50-8

Главное химическое свойство металла, оцененное человеком, – нулевая коррозийность. Медь химически малоактивна, при стандартных условиях не окисляется.

Медь в природе

В природе выявлено два проявления элемента – самородки и компонент соединений с другими элементами.

Самородок меди

Чаще это соединения: оксиды, сульфиды, гидрокарбонаты. Самое распространенное сырье – медный колчедан.

Медь придает глубокие синие, голубые, зеленоватые оттенки малахиту, бирюзе, хризоколле, другим минералам ювелирно-декоративного сегмента.

Способы получения

Содержание металла в рудах не превышает 2%. Поэтому перед плавкой их обогащают. Существует два способа получения меди: пиро- и гидрометаллургический.

Многоуровневый процесс, включающий следующие этапы:

• Обогащение. Руды обогащают методом флотации. Взвешенные в воде медные частички «цепляются» к воздушным пузырькам, которые увлекают их на поверхность. На выходе получается порошок-концентрат с 12-36% меди.
• Обжиг. Процедура показана бедным (9-24% меди) медным рудам и концентратам, сильно «загрязненным» серой. При прокаливании с кислородом доля серы падает вдвое.
• Плавка. Кусками руды или порошком-концентратом загружают печи шахтного либо отражательного типа при 1452°С. Получают медный штейн.
• Продувка. В конвертерах на него воздействуют сжатым воздухом. Сульфиды и железо окисляются, образуется почти чистая (98,51 – 99,51%) черновая медь плюс железо, другие ценные компоненты в следовых количествах.
• Рафинирование. Черновой продукт отправляют на рафинирование – пламенем, затем электролитом. Примеси удаляются с газами. После первого этапа металл очищается до 99,51%, после заключительного – до 99,96%.

Способ применяется к 9/10 добытого сырья.

Состоит в обработке сырья растворенной серной кислотой малой концентрации и выделении металлического медного продукта.

Метод оптимален для руд с минимальным процентом меди. Извлечения других компонентов не предусматривается.

Сплавы

Номенклатура сплавов меди с другими компонентами насчитывает десятки позиций.

Сплавы меди и их применение

Они применяются чаще чистого металла, поскольку уменьшают недостатки, присущие чистому металлу. То есть делают продукт прочнее, устойчивее, дешевле.

Медные соединения подразделяются на две группы:

1. Бронза – с оловом.
2. Латунь – с цинком.

Помимо этих главных легирующих компонентов, в составе соединения алюминий, никель, висмут, титан, серебро, золото, неметаллические элементы.

Сферы применения

Свойства металла обусловили его применение разными сферами. Главный потребитель – промышленный комплекс.

Промышленность

Металл и сплавы разбирают следующие отрасли:

• Электротехника, радиоэлектроника. Кабели (силовые, другие), провода. Обмотка в трансформаторах. Теплообменные устройства (радиаторы отопления, кондиционеры, кулеры компьютеров, тепловые трубки ноутбуков).
• Приборо-, машиностроение. Из сплавов меди с цинком, оловом, алюминием делают детали, узлы машин. Без нее невозможно создание гальванических элементов и батарей.
• Трубы. Для транспортировки пара, воды, газа. В энергетике, судостроении, для бытовых потребностей.

Система охлаждения из меди на тепловых трубках в ноутбуке

В Японии медные трубопроводы признаны сейсмоустойчивыми, что для этой страны жизненно важно.

Медные трубы

Строительство

Крыши из медного листа экологичны, их можно не красить, поскольку влага, погодные катаклизмы не страшны. Срок службы – до 100 лет.

Медицина

• Медициной востребованы характеристики металла как антисептика и вяжущего средства.
• Это компонент глазных капель и смесей для лечения ожогов.
• Медные ручки дверей, другие поверхности – атрибут лечебных учреждений.

Соединения меди подавляют вирус свиного гриппа.

Ювелирное дело

Ювелиры используют сплавы на основе меди.

Кольцо из меди

Красное или розовое золото – это конгломерат благородного металла с медью.

Ее количество в составе определяет финальный оттенок:

• 25% – розовый;
• 50% – красный.

Эти виды золота – самые любимые ювелирами. Медь делает изделия прочнее, попутно удешевляя стоимость.

Второй популярный ювелирный сплав – мельхиор (медь + никель).

Другие отрасли

• Оксид меди – основа купрата, используемого в сверхпроводниках.
• Латунь идет на изготовление гильз для винтовок и артиллерии.
• Из мельхиора чеканят монеты, создают интерьерные украшения, столовые приборы.
• Медь задействована при синтезе хлорофилла. Ее всегда добавляют в минеральные удобрения для растений.

Значение для человека

Медь заложена в организм человека изначально:

• Участвует в образовании красных кровяных телец, коллагена, эластина.
• Активирует работу эндокринной системы, замедляет старение организма.
• Ее дефицит чреват замедлением белкового обмена. Это влечет патологии в развитии скелета и составе крови.

Она есть во многих продуктах питания. Медью богаты говяжья печень, устрицы, кунжут, какао-порошок, черный перец, гречневая крупа. А также орехи (лесной, грецкий, кешью, арахис, миндаль).

Предостережение

В составе металла есть изотопы: два стабильных плюс два десятка нестабильных. Хотя период полураспада «долгожителя» – менее 2,5 суток, материал токсичен.

Поэтому применение меди контролируется.

В России на федеральном уровне (национальный стандарт, федеральный Свод Правил) регламентируется:

• Производство и использование медных водо- паро- и газопроводных труб.
• Количество меди в питьевой воде.

В 1 литре питьевой воды не должно быть больше 1 мг меди.

Избыток медных компонентов вызывает отравление организма. Для приготовления пищи медная посуда непригодна.

Карьер, в котором медную руду извлекали открытым способом, становится источником токсичных соединений.

Цены

Мировая цена меди устанавливается на Лондонской бирже металлов. Она зависит от спроса, определяемого состоянием экономики.

И колеблется соответственно:

• К началу 2008 года преодолена психологическая отметка $8000 за тонну.
• Через полгода было уже $+940, что стало рекордом за всю историю биржи.
• На начало 2011 года взята планка $10 000.

Затем произошел спад. На 2021 год тонна меди торгуется по $8057. Сказалось торможение экономики из-за пандемии коронавируса.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Медь

Самородная медь размером около 4 см

Медь — минерал из класса самородных элементов. В природном минерале обнаруживаются Fe, Ag, Au, As и другие элементы в виде примеси или образующие с Cu твёрдые растворы.

Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления.

Он входит в семёрку металлов, известных человеку с очень древних времён. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных.

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура меди

Кубическая сингония, гексаоктаэдрический вид симметрии m3m, кристаллическая структура – кубическая гранецентрированная решётка. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов , расположенных в центре граней (6 граней). Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12.

Самородная медь встречается в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, нитевидных и проволочных агрегатов, а также кристаллов, сложных двойников, скелетных кристаллов и дендритов.

Поверхность часто покрыта плёнками “медной зелени” (малахит), “медной сини” (азурит), фосфатов меди и других продуктов её вторичного изменения.

СВОЙСТВА

Кристаллы самородной меди, Верхнее озеро, округ Кинави, Мичиган, США. Размер 12 х 8,5 см

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов.

Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света.

Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.

Запасы и добыча

Образец меди, 13,6 см. Полуостров Кинави, Мичиган, США

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10−3% (по массе). В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7% и 10−7% (по массе) соответственно. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %.

Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т — подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет.
Медь получают из медных руд и минералов.

Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2.

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Небольшой самородок меди

Обычно самородная медь образуется в зоне окисления некоторых медносульфидных месторождений в ассоциации с кальцитом, самородным серебром, купритом, малахитом, азуритом, брошантитом и другими минералами. Массы отдельных скоплений самородной меди достигают 400 тонн.

Крупные промышленные месторождения самородной меди вместе с другими медьсодержащими минералами формируются при воздействии на вулканические породы (диабазы, мелафиры) гидротермальных растворов, вулканических паров и газов, обогащенных летучими соединениями меди (например, месторождение озера Верхнее, США).

Самородная медь встречается также в осадочных породах, преимущественно в медистых песчаниках и сланцах.

Наиболее известные месторождения самородной меди – Туринские рудники (Урал), Джезказганское (Казахстан), в США (на полуострове Кивино, в штатах Аризона и Юта).

Медь: свойства, способы добычи и применение

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.

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%.

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.

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.

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.

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.

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.

Мировые запасы

Запасы меди по странам мира на 2018 год оценивались такими цифрами:

• Чили – 170 млн. тонн.
• Австралия – 88 млн. тонн.
• Перу – 83 млн. тонн.
• Россия – 61 млн. тонн.
• Индонезия – 51 млн. тонн.
• Мексика – 50 млн. тонн.
• США – 48 млн. тонн.
• Китай – 26 млн. тонн.
• Конго – 20 млн. тонн.
• Замбия – 19 млн. тонн.
• Остальные страны мира – 210 млн. тонн.

Страны, добывающие медь

Лидирующие позиции в мировой добыче меди (данные 2018 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.

Материаловедение: медь

Чем примечательна медь, и за какие такие заслуги ее считают одним из важнейших металлов в истории человечества? Каковы ее плотность, температура плавления и прочие физико-химические свойства? Чем вызван скачок цен на медь в 2020-2021 гг., и почему это в общем-то только начало? Отвечаем на эти и другие вопросы в нашей четвертой статье из цикла «материаловедение».

1. МЕДЬ – ЧТО ЭТО ЗА МЕТАЛЛ?

  Медь (Cu) – мягкий и пластичный металл золотисто-розового цвета, 29-й элемент периодической системы. Это один из главных промышленных металлов. По объемам производства среди цветметов медь вторая вслед за алюминием.

Ковкая и устойчивая к коррозии, медь используется в инженерных коммуникациях, машино- и судостроении, ювелирном деле. Однако до 60% от производимых объемов идет на электротехнику и энергетику. И это вполне логично: по тепло- и электропроводности медь впереди всех промышленных металлов и дышит в спину только серебру. Но сколько стоит медь, а сколько – серебро. Разница в цене стократная.

2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ДОБЫЧИ И ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ

 

Медь – один из первых металлов на службе у человека. И это неспроста.

Начнем с простого факта: чистая медь – химически неактивный металл, она не стремится к взаимодействию с другими элементами и веществами, как тот же алюминий.

Вот почему в природе она часто встречается в самородках, даже чаще, чем железо. Кроме того, у нее умеренная температура плавления – 1 085°C, тогда как у железа 1539 °C

Одни из древнейших медных артефактов возрастом 8500 лет обнаружены на раскопках поселения Чатал-Хююк (Турция).

При экскавации кургана археологи нет-нет да находили окалины и шлак – казалось бы, явные свидетельства переплавки медной руды. Впрочем, некоторые ученые воздерживаются от скоропалительных выводов.

По их версии, куски руды могли образоваться случайно в попытках намешать краску для ритуальных погребений.

Тем не менее к IV тысячелетию до н. э. медь приручили если и не все цивилизации, то многие. Сперва медные самородки обрабатывали холодной ковкой: заготовки для наконечников копий и будущие лезвия топоров обстукивали камнями до нужной формы.

Горючую же ковку миру явила невероятно продвинутая по тем временам кипро-минойская цивилизация. Как показывают раскопки, в III тысячелетии до н. э. на Кипре уже вовсю плавили медь из малахита, бирюзы и других окисных руд.

Отсюда, между прочим, и латинское название меди Cuprum, производное от Aes Cyprium («металл Кипра»).

Сегодня медь добывают в основном из сернистых соединений CuS, Cu2S сульфидных руд: медного колчедана, медного блеска и др. В России крупнейшее медные месторождения сосредоточены в Красноярском крае и Забайкалье, а ведущим производителем считается «Норникель».

3. ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ

 

Чистая медь – мягкий и пластичный металл из семейства переходных.

Она легко тянется в проволоку, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, сваривается почти всеми видами термомеханической сварки и сносно режется.

К технологическим недостаткам относят низкие литейные качества. Дело в том, что расплав меди густотекучий, отливки дают большую усадку, а это требует сложных расчетов и вообще делает расход материала непомерным.

Плотность: 8933 кг/м3 (8,93 г/см3). Изделия из меди и медных сплавов увесистые. Подсчитано, что если в легковушке заменить всю медную проволоку алюминиево-циркониевой, то автомобиль «сбросит» около 12 кг.

Температура плавления: 1083°C. Это среднеплавкий металл. Для сравнения: у цинка температура плавления – 419,5°C, у алюминия – 658°C, железа – 1 539°C.

Коэффициент теплопроводности: 394 Вт/(м·К). Высокая теплопроводность делает медь эффективной в радиаторах охлаждения, отопления и кондиционирования, системах водоснабжения. 

Электропроводность: 55,5—58 МСм/м. Этот показатель падает с увеличением доли примесей. По этой причине провода по нормативам изготавливают из меди с примесями не более 0,1% от состава.

Высокая стойкость к коррозии. Причем не только в пресной и морской воде, но и в различных химических средах, включая органические кислоты, едкие щелочи и галогены.

Магнетические свойства. Медь – диамагнетик, магнитом не притягивается.

Цвет: от золотисто-розового до желто-красного. Желтоватые нотки – заслуга оксидной пленки, образующейся при взаимодействии с воздухом. Впоследствии эта пленка служит естественной защитой от коррозии. Отметим, что медь окисляется даже при комнатной температуре, чем разительно отличается от золота и серебра.

4. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕДИ

Электрика, радио-, электротехника

 

Поскольку медь отлично проводит электричество, ее активно используют в электронике, смартфонах, телевизорах, компьютерах и т. д.

Водоснабжение

 

В домах с медными трубами аварийные ситуации – редкость. Для сравнения: по данным ВЦИОМ за 2006 год, в первые три года использования пластиковых труб аварии случаются в 8 квартирах из 100.

Кроме того, медь в отличие от пластика инертна к хлору и благодаря ионизации имеет антибактерицидные свойства. Совсем как серебро.

Это, к слову, объясняет, почему поручни и дверные ручки из медесодержащих сплавов называют самоочищающимися.

Газопроводы, топливные трубопроводы

 

От внутриквартирной разводки до перекачки мазута – медные трубы пригодятся в самом широком спектре инженерных работ. При этом срок их службы может достигать 50-100 лет.

Источники возобновляемой энергии

 

Всего лишь одна ветряная турбина мощностью 3 МВт нуждается в более 4 т меди. Отметим, что в том числе переход на зеленую энергетику со всеми ее солнечными панелями и ветрогенераторами спровоцировал стремительный рост цен на медь, наметившийся еще с 2017 года.

Ювелирное дело

 

Медь сплавляют с золотом, чтобы придать тому большую прочность на изгиб и стойкость к истиранию. Те же розовое и красное золото – это все сплавы меди с чистым желтым золотом в пропорции 1:3 (для пробы 750).

5. МАРКИРОВКА МЕДИ

 

Первичная медь маркируется по ГОСТ 859-2014 буквой М и числом, обозначающей чистоту металла. Самая беспримесная марка однокомпонентной меди – М006, переплавляемая из катодов в вакууме, восстановительной или инертной атмосфере. Степень ее чистоты не менее 99,99%. Для сравнения: получаемая переплавкой лома М3 содержит 99,5% меди.

Иногда после числа в маркировке стоит буква: М1ф, М2р… Эта буква на конце обозначает легирующий элемент либо указывает степень раскисления. К примеру, в марке М1ф помимо собственно меди (99,9%) содержится фосфор (0,04%) и другие примеси. В марке М2р 99,7% меди, 0,01% раскисляющего кислорода и до 0,06% фосфора, а остальное – примеси.

Отметим, что примеси в составе значительно снижают характеристики меди, в первую очередь тепло- и электропроводность. Особенно критично в этом плане превышение доли мышьяка (As) и сурьмы (Sb). По этой причине как проводник используют только электролитическую медь чистых марок: М1 (99,9%), М0 (99,93%) и практически беспримесную М006 (99,99%).

6. ОСНОВНЫЕ МЕДНЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Для большей прочности и улучшения технологических свойств (в первую очередь – литейных) в меди растворяют различные легирующие компоненты: Zn, Sn, Be, Ae, Mn, Ni, Si. В целом по химическому составу все сплавы на основе меди можно разделить на три большие группы: латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.

 

Медный сплав с добавлением цинка (от 5 до 45%) и иногда другими присадками. Цвет всегда с блеском и в зависимости от содержания цинка варьируется от красно-желтого или желтого (Zn ≤ 20%) до чуть зеленоватого (Zn 36-45%).

Если сравнивать с медью, латунь удобнее в литье, но склонна к растрескиванию под напряжением и хуже реагирует на морскую воду.

Применение: сантехника, коммутирующие устройства в электротехнике, различная фурнитура, украшения и др.

Бронза

 

Сплав меди с оловом (~12%) и другими легирующими компонентами: алюминием, марганцем, фосфором, кремнием и др. Цвет красновато-коричневый.

Будучи более хрупкими, чем медь и латунь, многие бронзы тем не менее прекрасно подходит для художественного литья, давая всего 1% усадки.

Также бронза отлично противостоит морской воде и агрессивной химии, из-за чего применяется в топливной и паровой арматуре. Кому-то она известна и как подшипниковый материал – дают о себе знать отменные антифрикционные свойства.

Медно-никелевые сплавы

 

В частности, конструкционные сплавы мельхиор (Ni 5-30%) и нейзильбер (Ni 5-35%, Zn 13-45%). Меньше на слуху электротехнические сплавы константан (Ni 39-41%, Mn 1-2%) и копель (Ni 43-44%, Fe 2-3%). 

Применяются медно-никелевые сплавы в изготовлении реостатов и резисторов; в судостроении; в медицинской промышленности; в чеканке монет. В частности, до 2009 года из сплавов меди с никелем чеканились монеты Банка России в 1 и 2 рубля. В 2009 году материал поменяли: с тех пор это сталь с гальванопокрытием. Что ж, посткризисное время требует посткризисных решений.

8. ЧТО ПОЧЕМ: СКОЛЬКО СТОИТ МЕДЬ?

На середину июля 2021 года цена за 1 кг меди на пунктах приема составляет от ~300 руб. за медно-никелевую трубу МНЖ5-1 до ~550 руб. за блестящий медный кабель.

Что касается цен на биржах, то после шокировавшего многих зимнего пика наметился курс на постепенную стабилизацию. На момент написания статьи на Лондонской бирже медь торгуется по стоимости $9 419,2817 за тонну. 

 

Стабилизация – стабилизацией, но отката цен к уровню 2019 года пока не предвидится. Куда вероятнее нас ждет новый виток роста. Тому есть несколько причин.

Самые очевидные – разгон мировой инфляции и дефицит металлопроката, вызванный прекращением сбора лома в первую волну коронавирусных карантинов, лавиной отложенного спроса впоследствии. В долгосрочной перспективе во все это вмешается еще и агрессивная политика озеленения энергетики.

На декарбонизацию экономик согласно целям устойчивого развития, навязанных ООН и расписанных на первом этапе до 2030 года, понадобится много редкоземельных и цветных металлов. И медь в этом списке значится чуть ли не первой.

7. НЕ МОГЛИ ОБОЙТИ ЭТУ ТЕМУ СТОРОНОЙ: МЕДЬ И ДВЕРНАЯ ФУРНИТУРА

В чистом виде медь в производстве замочно-скобяных изделий не используется. Зато в ход идут медные и медесодержащие сплавы, прежде всего латунь и ЦАМ (цинковый сплав с Cu ~1%). 

Если упрощенно, то чем больше меди в сплаве, тем качественнее фурнитура: точнее в размерах, дольше держит покрытие, лучше противостоит коррозии. К примеру, дверные петли Palladium отлиты из премиальной латуни Class A с Cu 54-57,4%. Отсюда эталонная геометрия, поразительная плавность хода и срок службы длиной в вечность. Также отметим латунные навесные замки Palladium и смесители Manzzaro. В последних, кстати, используется латунь ЛЦ40С с Cu 59-60%.

И в заключение о фурнитуре из медесодержащего сплава ЦАМ, прежде всего – о дверных ручках. В самом материале меди ~1%. Однако меднение является важнейшим этапом в гальванизации, от него зависит долговечность наносимого покрытия.

Если производитель схитрил и недоложил адгезионный медный слой в требуемую толщину, ручка потрется или потемнеет за 1-2 года. При честном же соблюдении технологии ручка из ЦАМ должна сохранять близкий к товарному вид 5-10 лет.

Даже если установлена на двери в ванной, на кухне и в других помещениях с капризной средой.