Медь относится к группе металлов

Обновлено: 22.09.2024

1. Химический элемент (Сu), ковкий металл желтого цвета с красноватым отливом (широко применяется в промышленности). Добыча меди. Надраить м. самовара. Изготовить из меди котелок.

2. собир. Изделия из этого металла. Вся м. в подвале позеленела. / О музыкальных инструментах из такого металла (преимущественно духовых). М. оркестра.

4. обычно чего. Красновато-желтый, цвета такого металла. Осенняя м. листьев. Любоваться медью заката.

(лат. Cuprum), химический элемент I группы периодической системы. Металл красного (в изломе розового) цвета, ковкий и мягкий; хороший проводник тепла и электричества (уступает только серебру); плотность 8,92 г/см 3 , t_пл 1083,4°C. Химически малоактивна; в атмосфере, содержащей CO₂, пары Н₂O и др., покрывается патиной — зеленоватой плёнкой основного карбоната (ядовит). Из минералов важны борнит, халькопирит, халькозин, ковеллин, малахит; встречается также самородная медь. Главное применение — производство электрических проводов. Из меди изготовляют теплообменники, трубопроводы. Более 30% меди идёт на сплавы.

МЕДЬ (лат. Cuprum), Cu (читается «купрум»), химический элемент с атомным номером 29, атомная масса 63,546. Латинское название меди происходит от названия острова Кипра (Cuprus), где в древности добывали медную руду; однозначного объяснения происхождения этого слова в русском языке нет.
Природная медь состоит из двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) 63 Cu (69,09% по массе) и 65 Cu (30,91%). Конфигурация двух внешних электронных слоев нейтрального атома меди 3s 2 p 6 d 10 4s 1 . Образует соединения в степенях окисления +2 (валентность II) и +1 (валентность I), очень редко проявляет степени окисления +3 и +4.
В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде и входит в группу IВ, к которой относятся такие благородные металлы, как серебро (см. СЕРЕБРО) и золото (см. ЗОЛОТО (химический элемент)) .
Радиус нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu + от 0,060 нм (координационное число 2) до 0,091 нм (координационное число 6), иона Cu 2+ — от 0,071 нм (координационное число 2) до 0,087 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации атома меди 7,726, 20,291, 36,8, 58,9 и 82,7 эВ. Сродство к электрону 1,8 эВ. Работа выхода электрона 4,36 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность меди 1,9; медь принадлежит к числу переходных металлов. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu 2+ 0,339 В. В ряду стандартных потенциалов медь расположена правее водорода и ни из воды, ни из кислот водорода не вытесняет.
Простое вещество медь — красивый розовато-красный пластичный металл.
Нахождение в природе
В земной коре содержание меди составляет около 5·10 -3 % по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (см. МЕДЬ САМОРОДНАЯ) (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит (см. ХАЛЬКОПИРИТ) , или медный колчедан, CuFeS₂ (30% меди), ковеллин (см. КОВЕЛЛИН) CuS (64,4% меди), халькозин (см. ХАЛЬКОЗИН) , или медный блеск, Cu₂S (79,8% меди), борнит (см. БОРНИТ) Cu₅FeS₄.(52—65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт (см. КУПРИТ) Cu₂O, (81,8% меди), малахит (см. МАЛАХИТ) CuCO₃·Cu(OH)₂ (57,4% меди) и другие. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых 17 используются в промышленных масштабах.
Различных руд меди много, а вот богатых месторождений на земном шаре мало, к тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо, цинк, свинец, и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (см. РАССЕЯННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Для промышленных разработок используют руды, в которых содержание меди составляет немногим более 1% по массе, а то и менее.
В морской воде содержится примерно 1·10 -8 % меди.
Получение
Промышленное получение меди — сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат (содержит 18—45% меди по массе) подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок — твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн (см. ШТЕЙН (в металлургии)) , в котором содержание меди составляет до 40—50%.
Далее штейн подвергают конвертированию — через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO₂). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO₂:
2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ = 2FeSiO₃ + 2SO₂
Одновременно сульфид меди(I) Cu₂S окисляется:
2Cu₂S + 3О₂ = 2Cu₂О + 2SO₂
Образовавшийся на этой стадии Cu₂О далее реагирует с Cu₂S:
2Cu₂О + Cu₂S = 6Cu + SО₂
В результате возникает так называемая черновая медь, в которой содержание самой меди составляет уже 98,5—99,3% по массе. Далее черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование на первой стадии — огневое, оно заключается в том, что черновую медь расплавляют и через расплав пропускают кислород. Примеси более активных металлов, содержащихся в черновой меди, активно реагируют с кислородом и переходят в оксидные шлаки.
На заключительной стадии медь подвергают электрохимическому рафинированию в сернокислом растворе, при этом черновая медь служит анодом, а очищенная медь выделяется на катоде. При такой очистке примеси менее активных металлов, присутствовавшие в черновой меди, выпадают в осадок в виде шлама (см. ШЛАМ) , а примеси более активных металлов остаются в электролите. Чистота рафинированной (катодной) меди достигает 99,9% и более.
Физические и химические свойства
Кристаллическая решетка металлической меди кубическая гранецентрированная, параметр решетки а = 0,36150 нм. Плотность 8,92 г/см 3 , температура плавления 1083,4 °C, температура кипения 2567 °C. Медь среди всех других металлов обладает одной из самых высоких теплопроводностей и одним из самых низких электрических сопротивлений (при 20 °C удельное сопротивление 1,68·10 -3 Ом·м).
В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения. Для создания на художественных предметах «налета старины» на них наносят слой меди, который затем специально патинируется.
При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем — оксид CuO.
Красновато-коричневый оксид меди(I) Cu₂O при растворении в бромо- и иодоводородной кислотах образует, соответственно, бромид меди(I) CuBr и иодид меди(I) CuI. При взаимодействии Cu₂O с разбавленной серной кислотой возникают медь и сульфат меди:
Cu₂O + H₂SO₄ = Cu + CuSO₄ + H₂O.
При нагревании на воздухе или в кислороде Cu₂O окисляется до CuO, при нагревании в токе водорода — восстанавливается до свободного металла.
Черный оксид меди (II) CuO, как и Cu₂O, c водой не реагирует. При взаимодействии CuO с кислотами образуются соли меди (II):
CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O
При сплавлении со щелочами CuO образуются купраты, например:
CuO + 2NaOH = Na₂CuO₂ + H₂O
Нагревание Cu₂O в инертной атмосфере приводит к реакции диспропорционирования:
Cu₂O = CuO + Cu.
Такие восстановители, как водород, метан, аммиак, оксид углерода (II) и другие восстанавливают CuO до свободной меди, например:
CuO +СО = Cu + СО₂.
Кроме оксидов меди Cu₂O и CuO, получен также темно-красный оксид меди (III) Cu₂O₃, обладающий сильными окислительными свойствами.
Медь реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) , например, при нагревании хлор реагирует с медью с образованием темно-коричневого дихлорида CuCl₂. Существуют также дифторид меди CuF₂ и дибромид меди CuBr₂, но дииодида меди нет. И CuCl₂, и CuBr₂ хорошо растворимы в воде, при этом ионы меди гидратируются и образуют голубые растворы.
При реакции CuCl₂ с порошком металлической меди образуется бесцветный нерастворимый в воде хлорид меди (I) CuCl. Эта соль легко растворяется в концентрированной соляной кислоте, причем образуются комплексные анионы [CuCl₂] - , [CuCl₃] 2- и [СuCl₄] 3- , например за счет процесса:
CuCl + НCl = H[CuCl₂]
При сплавлении меди с серой образуетcя нерастворимый в воде сульфид Cu₂S. Сульфид меди (II) CuS выпадает в осадок, например, при пропускании сероводорода через раствор соли меди (II):
H₂S + CuSO₄ = CuS + H₂SO₄
C водородом, азотом, графитом, кремнием медь не реагирует. При контакте с водородом медь становится хрупкой (так называемая «водородная болезнь» меди) из-за растворения водорода в этом металле.
В присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:
2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.
С азотной кислотой различных концентраций медь реагирует довольно активно, при этом образуется нитрат меди (II) и выделяются различные оксиды азота. Например, с 30%-й азотной кислотой реакция меди протекает так:
3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:
Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂+ 2H₂O.
Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):
2FeCl₃ + Cu = CuCl₂ + 2FeCl₂
Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.
Ионы меди Cu 2+ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)] 2+ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.
Гидроксид меди Cu(OH)₂ характеризуется преобладанием основных свойств. Он реагирует с кислотами с образованием соли и воды, например:
Сu(OH)₂ + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2H₂O.
Но Сu(OH)₂ реагирует и с концентрированными растворами щелочей, при этом образуются соответствующие купраты, например:
Сu(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Cu(OH)₄]
Если в медноаммиачный раствор, полученный растворением Сu(OH)₂ или основного сульфата меди в аммиаке, поместить целлюлозу, то наблюдается растворение целлюлозы и образуется раствор медноаммиачного комплекса целлюлозы. Из этого раствора можно изготовить медноаммиачные волокна, которые находят применение при производстве бельевого трикотажа и различных тканей.
Применение
Медь, как полагают, — первый металл, который человек научился обрабатывать и использовать для своих нужд. Найденные в верховьях реки Тигр изделия из меди датируются десятым тысячелетием до нашей эры. Позднее широкое применение сплавов меди определило материальную культуру бронзового века (см. БРОНЗОВЫЙ ВЕК) (конец 4 — начало 1 тысячелетия до нашей эры) и в дальнейшем сопровождало развитие цивилизации на всех этапах. Медь и ее использовались для изготовления посуды, утвари, украшений, различных художественных изделий. Особенно велика была роль бронзы (см. БРОНЗА) .
С 20 века главное применение меди обусловлено ее высокой электропроводимостью. Более половины добываемой меди используется в электротехнике для изготовления различных проводов, кабелей, токопроводящих частей электротехнической аппаратуры. Из-за высокой теплопроводности медь — незаменимый материал различных теплообменников и холодильной аппаратуры. Широко применяется медь в гальванотехнике — для нанесения медных покрытий, для получения тонкостенных изделий сложной формы, для изготовления клише в полиграфии и др.
Большое значение имеют медные сплавы — латуни (см. ЛАТУНЬ) (основная добавка цинк, Zn), бронзы (сплавы с разными элементами, главным образом металлами — оловом, алюминием, берилием, свинцом, кадмием и другими, кроме цинка и никеля) и медно-никелевые сплавы, в том числе мельхиор (см. МЕЛЬХИОР) и нейзильбер (см. НЕЙЗИЛЬБЕР) . В зависимости от марки (состава) сплавы используются в самых различных областях техники как конструкционные, антидикционные, стойкие к коррозии материалы, а также как материалы с заданной электро- и теплопроводностью Так называемые монетные сплавы (медь с алюминием и медь с никелем) применяют для чеканки монет — «меди» и «серебра»; но медь входит в состав и настоящих монетного серебра и монетного золота.
Биологическая роль
Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития (см. Биогенные элементы (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) ). В растениях и животных содержание меди варьируется от 10 -15 до 10 -3 %. Мышечная ткань человека содержит 1·10 -3 % меди, костная ткань — (1—26) ·10 -4 %, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных — участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз (см. ОКСИДАЗЫ) , катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза (см. ФОТОСИНТЕЗ) . Другой медьсодержащий белок, гемоцианин (см. ГЕМОЦИАНИН) , выполняет роль гемоглобина (см. ГЕМОГЛОБИН) у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5—6 мг меди.
Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м 3 , для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Полезное

Смотреть что такое "медь" в других словарях:

медь — медь, и … Русский орфографический словарь

медь — медь/ … Морфемно-орфографический словарь

МЕДЬ — жен. в чистом, корольковом виде называется красною, а в сплаве с цинком желтою или зеленою. | Медные деньги; | медная посуда. Медь, в продаже, вообще бывает: штыковая, дощатая, листовая (или латунь), прутковая. Медь дороже серебра: серебро… … Толковый словарь Даля

МЕДЬ — (символ Сu), переходный элемент красно розового цвета. Красноватая медь встречается в виде самородков, а также в составе нескольких руд, в том числе, куприта (оксид меди) и халькопирита (сульфид меди). Руды извлекают из окружающей их породы и… … Научно-технический энциклопедический словарь

медь — cu, мягкий, ковкий и пластичный металл красного цвета; химический элемент i группы периодической системы; ат. н. 29, ат. масса 63.546. Плотность 8920 кг/мі, температура плавления 1083.4 °C. Латинское cuprum происходит от названия о. Кипр,… … Энциклопедия техники

МЕДЬ — МЕДЬ, меди, мн. нет, жен. 1. Металл красноватого цвета, наиболее вязкий после железа, ковкий, широко употребительный. Красная медь (чистая медь). Желтая медь (сплав меди с цинком). 2. Медные деньги (разг.). Сдали сдачи серебром и медью. Толковый… … Толковый словарь Ушакова

МЕДЬ — (симв. Си), хим. элемент, порядковый номер 29; атомный вес 63,57, уд. в. 8,93; t° пл. 1 083°; принадлежит к числу металлов. В природе М. встречается иногда в чистом виде (самородная М.), но чаще в виде соединений, образующих медные руды.… … Большая медицинская энциклопедия

медь — сущ., ж., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? меди, чему? меди, (вижу) что? медь, чем? медью, о чём? о меди 1. Медь это металл красно жёлтого цвета, который часто используется для изготовления монет, проводов и других изделий. Добыча меди … Толковый словарь Дмитриева

МЕДЬ — см. МЕДЬ (Си) содержится в сточных водах рудообогатительных комбинатов, металлургических, машиностроительных и электротехнических предприятий. Сульфат, карбонат, хлорокись и арсенат меди применяют как альгициды, фунгициды и моллюскоциды. Медь… … Болезни рыб: Справочник

МЕДЬ — (Cuprum), Cu, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 29, атомная масса 63,546; розовато красный металл, tпл 1083,4шC. Содержание в земной коре (4,7 5,5)?10 3% по массе. Медь главный металл электротехники, ее используют… … Современная энциклопедия

Медь и ее сплавы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см 3 , температура плавления — 1083 0 С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град). Предел прочности s_в = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0 С и 326 0 С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu₂O и Сu₂S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Латуни

Латуни — это медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания цинка латуни промышленного применения бывают:

однофазные a — латуни, содержащие до 39 % цинка (это предельная растворимость цинка в меди);
двухфазные (a+b|)- латуни, содержащие до 46 % цинка;
однофазные b|- латуни ,содержащие до 50 % цинка.

Однофазные a- латуни пластичны, хорошо обрабатываются резанием, давлением при температурах ниже 300 0 С и выше 700 0 С (в интервале от 300 0 С до 700 0 С — зона хрупкости). С увеличением содержания цинка прочность латуней повышается. В латунях b|- фаза представляет собой упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения СuZn с решеткой ОЦК, она хрупкая и прочная. Поэтому, чем больше в латунях b|- фазы, тем они прочнее и менее пластичны. Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 42…43 %.

Латуни, обрабатываемые давлением, маркируются буквой Л (латунь), после которой ставятся буквенные обозначения легирующих элементов; цифры, следующие за буквами, указывают содержание меди и количество соответствующего легирующего элемента в процентах. Содержание цинка определяется по разности от 100 %. Например, латунь Л62 содержит 62 % Сu и 38 % Zn. Литейные латуни маркируются буквой Л, после которой ставится содержание цинка и других легирующих элементов в процентах. Количество меди определяется по разности от 100 %. Например, латунь ЛЦ36Мц20С2 содержит 36 % Zn, 20 % Mn, 2 % Pb и 42 % Сu.

К однофазным a — латуням относятся Л96 (томпак), Л80 (полутомпак), Л68, имеющая наибольшую пластичность (d = 56 %). Двухфазные (a+b|) — латуни марок Л59 и Л60 имеют меньшую пластичность в холодном состоянии, но большую прочность и износостойкость. Однофазные имеют после отжига s_в = 250…350 МПа и d = (50…56) %, двухфазные — s_в = 400…450 МПа и d = (35… 40 %).

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости латуни могут легироваться оловом, алюминием, марганцем, кремнием, никелем, железом и др.

Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует образованию b|- фазы, поэтому такие латуни чаще двухфазные (a+b|). Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn, Ni, Sn.

В морском судостроении применяются оловянистые ”морские” латуни, например, ЛО70-1 (70 % Сu, 1 % Sn, 29 % Zn). Она используется для изготовления конденсаторных трубок, деталей теплотехнической аппаратуры.

Алюминиевые латуни используют для изготовления конденсаторных трубок, цистерн, втулок, а также для изготовления коррозионно-стойких деталей, работающих в морской воде. Марки латуней: ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2 (в электрических машинах, в хим. машиностроении). Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 изготовляют цельнотянутые круглые трубы для производства манометрических трубок и пружин в приборах повышенного класса точности. С помощью закалки и старения sв достигает 700 МПа.

Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью (s_в до 640 МПа), пластичностью и вязкостью до минус 183 0 С. Латунь ЛК80-3 применяют для изготовления арматуры, деталей приборов в судо- и общем машиностроении.

Свинцовистые латуни отлично обрабатываются резанием и обладают высокими антифрикционными свойствами. Латуни ЛС60-1, ЛС59-1 применяют для изготовления крепежных деталей , зубчатых колес, втулок.

Никелевая латунь обладает повышенными механическими (s_в до 785 МПа) и коррозионными свойствами, обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Латунь ЛН65-5 применяется для изготовления манометрических и конденсаторных трубок, различного вида проката.

Литейные латуни содержат те же элементы, что и латуни, обрабатываемые давлением; от последних литейные отличает, как правило, большее легирование цинком и другими металлами. Вследствие этого они обладают хорошими литейными характеристиками.

Бронзы

Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами.

Литейные бронзы маркируются аналогично литейным латуням. Например, бронза Бр06Ц3Н6 содержит 6 % Sn, 3 % Zn, 6 % Pb, 85 % Сu.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. Наибольшее практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12 % Sn. Предельная растворимость олова в меди 15,8%, однако в реальных условиях кристаллизации и охлаждения предельная растворимость снижается примерно до 6 %. К однофазным сплавам относятся бронзы с содержанием олова до 5…6 % и a — фаза, представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК — решеткой. При большем содержании олова наряду с a — раствором присутствует эвтектоид (a + Сu31Sn8). Предел прочности бронзы возрастает с увеличением олова, но при его высоких концентрациях резко снижается из-за большего количества хрупкого интерметаллида Сu₃₁Sn₈.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Pb, Ni, P. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет ее. Фосфор улучшает литейные свойства. Для изготовления художественного литья содержание фосфора может достигать 1 %. Свинец (до 3…5 %) вводится в бронзу для улучшения ее обрабатываемости резанием. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок, уменьшает ликвацию. Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8 % при литье в землю и 1,4 % — в металлическую форму).

Для проведения пластичности проводится гомогенизация сплавов при температурах 700…750 0 С с с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 0 С.

Оловянные деформируемые бронзы Бр0Ф7-0.2, БрОЦС4-4-4, БрОЦ4-3 и другие имеют более высокую прочность, упругость, сопротивление усталости, чем литейные. Их используют для изготовления подшипников скольжения, шестерен, трубок контрольно — измерительных и других приборов, манометрических пружин и т.д.

Литейные оловянные бронзы. По сравнению с деформируемыми они содержат большее количество легирующих элементов, имеют ниже жидкотекучесть, малую линейную усадку, склонны к образованию усадочной пористости. Бронзы БрОЗЦ7С5Н, БрО10Ф1, БрО6Ц6С3, БрО5С25 и другие применяются для изготовления арматуры, работающей в воде и водяном паре, подшипников, шестерен, втулок.

Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими антикоррозионными свойствами, жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации. Из-за большой усадки трудно получить сложную фасонную отливку. Они морозостойки, немагнитны, не дают искры при ударах. По коррозионной стойкости превосходят латуни и оловянистые бронзы.

Алюминий растворяется в меди, образуя a — твердый раствор замещения с пределом растворимости 9,4 %. При большем содержании в структуре появляется эвтектоид (a + g|); g| — интерметаллид Сu₃₂Al₉.

Однофазные бронзы БрА5, БрА7 имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности: s_в = 400…450 МПа, d = 60 %.

Двухфазные бронзы (a + g|) имеют повышенную прочность до 600 МПа, но пластичность заметно ниже d = (35…45) %. Эти сплавы упрочняются термообработкой и дополнительно легируются Fe, Ni, Mn.

Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, температуру рекристаллизации и коррозионную стойкость. Марганец повышает технологические и коррозионные свойства.

Бронзы БрАЖН10-4-4, БрАЖМц10-3-1-5 и др. применяются для изготовления зубчатых колес, деталей турбин, седел клапанов и других деталей, работающих в тяжелых условиях износа при повышенных температурах до 400 0 С, корпуса насосов, клапанные коробки и др.

Закалка проводится с температуры 950 0 С, после чего бронзы подвергают старению при 250…300 0 С в течение 2…3 ч.

Кремнистые бронзы применяются в качестве заменителей оловянистых бронз. До 3 % кремний растворяется в меди, и образуется однофазный a-твердый раствор. При большем содержании кремния появляется твердая и хрупкая g-фаза. Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства. Они не теряют пластичности при низких температурах, хорошо паяются, обрабатываются давлением, немагнитны и не дают искры при ударах. Их используют для деталей, работающих до 500 0 С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Бронзы БрКН1-3, БрКМц3-1 применяют для изготовления пружин, антифрикционных деталей, испарителей и др.

Бериллиевые бронзы. Содержат 2…2,5 % Ве. Эти сплавы упрочняются термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при 866 0 С составляет 2,7 %, при 600 0 С — 1,5 %, а при 300 0 С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0 С в воде и старение при 300 0 С в течение 3 ч. Сплав упрочняется за счет выделения дисперсных частиц g-фазы СuBe, что приводит к резкому повышению прочности до 1250 МПа при d = 3…5 %. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7 имеют высокую прочность, упругость, коррозионную стойкость, жаропрочность, немагнитны, искробезопасны (искра не образуется при размыкании электрических контактов). Применяются для изготовления мембран, пружин, электрических контактов.

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Бронза БрС30 применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих при повышенных давлениях и с большими скоростями. По сравнению с оловянистыми бронзами, теплопроводность ее в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении. Прочность этих бронз невысокая s_в = 60 МПа, d = 4 %.

Медь – цветной металл планеты номер один

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.

Химические свойства
Название, символ, номер	Медь/Cuprum (Cu), 29
Атомная масса (молярная масса)	63,546(3)а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d10 4s1
Радиус атома	128 пм
Ковалентный радиус	117 пм
Радиус иона	(+2e) 73 (+1e) 77 (K=6) пм
Электроотрицательность	1,90 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	+0,337 В/ +0,521 В
Степени окисления	3, 2, 1, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	745,0 (7,72) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	8,92 г/см³
Температура плавления	1356,55 K (1083,4 °С)
Температура кипения	2567 °С
Уд. теплота плавления	13,01 кДж/моль
Уд. теплота испарения	304,6 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,44 Дж/(K·моль)
Молярный объём	7,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	3,615 Å
Температура Дебая	315 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 401 Вт/(м·К)
Номер CAS	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.

Пирометаллургический

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.

Гидрометаллургический

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:

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.

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:

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.

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.

Цветные металлы – перечень и их полезные свойства

Эта группа металлов немногочисленна, но ценима промышленностью, медициной, эстетами. Цветные металлы не утилизируют даже после многих лет использования. Переработка дает им вторую жизнь и бережет природу.

Что считать цветным металлом

Первый уровень деления металлов – на чёрные и цветные.

С чёрными проблем нет: это железо и его сплавы(чугун, сталь).

Цветные ранжируют по-разному. Иногда таковыми считаются все металлы, кроме железа и его сплавов (в список включаются благородные, редкоземельные, радиоактивные).

У промышленников своя классификация. Цветные металлы – это бесжелезистые элементы определенного цветового оттенка (отсюда название группы).

Подразделяются на два вида:

В ряде стран такие металлы именуются не цветными, а нежелезными.

Сокращенное наименование сегмента цветных металлов – цветмет, черных – чермет.

Чермет и цветмет: в чем разница?

Первый фактор, по которому цветные металлы отличаются от черных, – отсутствие магнетизма . У чермета его создает железо.

Чтобы отличить черный металл от цветного, к образцу подносят магнит. Если притянется, – он из черного металла.

Другие характеристики цветмета:

Пластичнее, легче черных.
Благодаря отсутствию железа, цветмет устойчивее к коррозии.
Премиальные механические характеристики при низких температурах. Однако медь, алюминий, магний утрачивают их при нагревании, разрушаясь даже от слабого удара.
Взаимодействуют с газами (исключая инертные), растворяют их при нагреве.
Высокая тепловодность, теплоемкость. Это свойство цветмета учитывают сварщики. Для работы требуется термоимпульс, без которого изделие быстро остывает. Поэтому перед сваркой детали (особенно из алюминия, меди, магния) разогревают.
Прочнее, долговечнее. Неуязвимость к внешнему форс-мажору обеспечивает пленка-оксид на поверхности.

Однако агрессивные внешние факторы (особенно кислородно-влажная среда) влияют на структуру цветмета. Например, оцинкованные поверхности становятся белесоватыми.

У цветмета окисляется только поверхность, в отличие от черных металлов.

Добыча и обработка

Источник цветмета – рудное сырье. Способы добычи руды традиционны: из шахты либо карьера.

Сырьем занимается цветная металлургия. Это сегмент полного цикла.

Здесь выполняются следующие процессы:

Обогащение (очистка руд цветных металлов от примесей).
Плавка.
Механическая обработка. Материал куют, прессуют, штампуют.

Различают металлургию легких и тяжелых металлов. В обоих видах это затратное, загрязняющее окружающую среду производство.

Второй способ получения сырья – переработка металлолома. Более рентабельный, экологически чистый метод.

По происхождению различают первичный (из руды) и вторичный (из лома) металл.

Классификация и сферы применения цветмета

По физическим свойствам цветмет подразделяется на тяжелые и легкие металлы. Сфера использования обоих видов обусловлена свойствами цветных металлов: износостойкостью, легкостью на фоне прочности, пластичностью, устойчивостью к коррозии.

Тяжелые цветные металлы

Данный вид цветмета включает пять названий.

Номер один в цветмете. Самый распространенный плюс повышенная пластичность, тепло- и электропроводность. Формирует сплавы почти со всеми металлами. Самые популярные – бронза (с оловом), латунь (с цинком), красное золото.

Золотистый с розоватостью цветмет – основа кабелей, проволоки, труб для термоагрегатов, боеприпасов, бытовых изделий, декора.

Свинец

Самый тяжелый из цветмета, плотный сизовато-серый.

Мягкий (1,5 из 10 по Моосу), режется вручную, царапается ногтем, легко прокатывается до фольги.

Тепло- и электропроводность ниже средних: у меди, например, на порядок больше. Плюс малая стойкость к вибрациям, беззащитность перед гниющей органической массой, растворами извести, бетона.

Идет на аккумуляторы, основу и покрытие проводов, кабелей, электроды, боеприпасы.

Свинец ставит щит радиации, но токсичен, отнесен к химически опасным веществам 1 класса.

Легкоплавкий цветмет со сменными свойствами: хрупок при обычной температуре, пластичен при нагреве. Равнодушен к ржавлению, разрушается кислотами либо щелочами.

Используется машиностроителями, металлургами как покрытие железа для предотвращения коррозии.

Олово

Серебристо-белый умеренно блестящий тяжелый металл.

Востребован как компонент сплавов для подшипников, припоев.

Расплавленное олово

Самый экологически чистый в «тяжелом» сегменте цветмета, поэтому используется не только промышленностью, но и в быту (например, как материал крышек для консервации).

Никель

Серебристо-белый с желтоватостью цветмет. Один из лучших катализаторов, обязательный компонент нержавеющих сталей, повышающий химическую стойкость.

Мелкий порошок никеля самовоспламеняется при комнатной температуре.

Востребован изготовителями щелочных аккумуляторов (в том числе для электромобилей) и емкостей для химически агрессивных веществ.

Легкие цветные металлы

Сегмент легких цветных металлов состоит из трех позиций.

Алюминий

Серебристый цветмет – суперпроводник электричества, пластичен. Механические параметры оставляют желать лучшего, поэтому добавляется к сплавам. Они прочны, легки, невосприимчивы к коррозии, большинству агрессивных сред, термовоздействию.

Используется как материал корпуса изделий авиа-, морских судов, электропроводов.

Титан

Блестящий серебристый с голубоватым отливом материал. Легок, прочен, устойчив к коррозии, вязок. Пластичен, хрупким становится при -80°C или большом проценте примесей.

Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты

По прочности цветмет сопоставим со сталью, но вполовину легче. Вдвое прочнее алюминия, однако массивнее всего наполовину. За это ценится строителями ракет, самолетов, судов, нефтяниками.

Заготовка титанового шпангоута истребителя F-15 до и после прессования на штамповочном прессе компании Alcoa усилием 45 тыс. тонн, май 1985

Титан совместим с тканями организма человека, благодаря чему используется пищепромом и как материал экзоскелета, зубных протезов, пирсинга.

Магний

Легкое красивое блестящее вещество.

Благодаря малой плотности цветмет хорошо обрабатывается, устойчив к жару, большинству горючих веществ.

Металлический магний

Однако требует осторожности. В нагретом воздухе сгорает с ярким свечением. Смесь порошка с марганцовкой, другими окислителями порождает взрыв.

Горящий магний затушить водой невозможно.

Вторичное использование цветмета

Использованный цветмет не утилизируют по многим причинам.

Переработка – дело выгодное

Первичное производство цветмета (из руд) – затратный, трудоемкий, экологически проблемный процесс. Поэтому закономерно стремление предприятий оптимизировать расходы. То есть перерабатывать цветной металлолом. Стоимость процесса впятеро дешевле переработки первичного сырья.

Вторичное использование лома цветмета выгодно: предприятие экономит деньги, попутно избегая штрафов за загрязнение окружающей среды.

Сдатчики цветмета тоже получают неплохие деньги. Поэтому на промышленных предприятиях отработана практика складирования такого металлолома для сдачи на пункт приема либо меткомбинат.

Какой лом берут на переработку

Металлолом подразделяют на два вида:

Бытовой – корпус, детали отслужившей бытовой техники, гаджетов, кабели.
Промышленный – не подлежащее ремонту оборудование, изношенные элементы конструкций, стружка, другие отходы, отбраковка производства.

Для переработки годится алюминиевый, медный, никелевый, свинцовый, цинковый, оловянный, титановый лом. Плюс сплавы (бронза, латунь), лом смешанного состава.

Этапы переработки

Поступивший цветмет проходит следующие стадии:

Проверка на предмет радиации, взрывоопасности, наличия опасных химических компонентов.
Сортировка по металлам.
Измельчение.
Прессовка.
Упаковка.
Отправка на металлургический комбинат.

Пункт приема металлического вторсырья (лома) есть в большинстве населенных пунктов. Диапазон принимаемых от организаций и граждан металлических отходов – от крупных конструкций до стружки и порошка любой массы.

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».

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.

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».

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.

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.

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

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.

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.

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.

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).

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%).

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.

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.

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.

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.

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.

Читайте также: