Медная руда — это соединение минералов, в которых медь представлена в достаточной концентрации для ее дальнейшей переработки и использования в промышленных целях. В производстве целесообразно использовать обогащенную руду с содержанием металла не менее 0,5-1%.
Медь — пластичный элемент золотисто-розового оттенка. На открытом воздухе металл сразу покрывается кислородной пленкой, которая придает ему специфический красно-желтый цвет.
Характерные свойства: коррозийная устойчивость, высокая тепло- и электропроводность.
При этом элемент отличается высокими антибактериальными свойствами , уничтожает вирусы гриппа и стафилококки.
В промышленном комплексе чаще всего медь используется в сплавах с другими компонентами: никелем, цинком, оловом, золотом и т.д.
Благодаря низкому удельному сопротивлению медь активно применяется в электротехнической сфере для изготовления силовых кабелей и проводов. Хорошая теплопроводность позволяет использовать этот металл в радиаторах охлаждения и кондиционерах.
Без меди не обходятся следующие производственные отрасли:
- машиностроение (стеклоподъемники, подшипники);
- судостроение (обшивка корпусов и конструкций);
- строительство (трубы, кровля и облицовочные материалы, сантехническое оборудование и т.д.).
Для ювелирной сферы актуальны сплавы с золотом, которые увеличивают механическую прочность и стойкость к истиранию.
Эксперты прогнозируют масштабное применение металла в качестве антибактериальных поверхностей в медицинских учреждениях (перила, двери, ручки, поручни и т.д.).
Интересно! Знаменитая Статуя Свободы изготовлена из меди. На ее строительство понадобилось порядка 80 тонн материала. А в Непале этот металл считается священным.
Статуя Свободы
Группы медных руд
Все медные руды принято делить на девять промышленно-геологических видов, которые в свою очередь подразделяются на шесть групп по происхождению:
Стратиформная группа
В эту группу входят медные сланцы и песчаники. Эти материалы представлены крупными месторождениями. Их характерные черты: простая пластовая форма, равномерное распределение полезных компонентов, пологое поверхностное залегание, позволяющее использовать открытые способы добычи.
Колчеданная группа
Сюда входит самородная медь, жильные и медно-колчеданные соединения. Самородный металл чаще всего встречается в зонах окисления медно-сульфидных рудников вместе с другими окисленными минералами.
Медно-колчеданные металлы отличаются формами и размерами. Основной минерал в руде — пирит, также присутствуют халькопириты и сфалериты.
Для жильных руд характерна прожилковая структура с вкраплениями. Такие руды, как правило, залегают в контакте с порфирами.
Медно-порфировая (гидротермальная)
Эти месторождения вместе с медью и молибденом содержат золото, серебро, селен и другие полезные элементы, наличие которых значительно выше нормы.
Медно-никелевая
Месторождения представлены в пластовой, линзообразной, неправильной и жильной форме. Металл имеет вкрапленную массивную текстуру с кобальтом, платиноидами, золотом и т.д.
Скарновая руда
Скарновые руды — это локальные месторождения в известняках и известково-терригенных породах. Они характеризуются небольшими размерами и сложной морфологией. Концентрация меди высокая, но неравномерная — до 3%.
Карбонатовая
В состав этой группы входит железомедная и карбонатитовая руда. По этому типу меди обнаружено пока единственное месторождение в ЮАР. Этот комплексный рудник относится к массиву щелочных пород.
Из каких руд получают медь
Интересно! Медь очень редко встречается в природе в виде самородков. На сегодняшний день самой крупной такой находкой считается самородок, обнаруженный в Северной Америке на территории США массой 420 тонн.
Существует почти 250 видов меди, но из них всего 20 видов используются в промышленности. Самые распространенные из них:
Халькозин
Соединение минералов с содержанием серы (20%) и меди (80%). Носит название «медный блеск» из-за своего характерного металлического блеска. Руда имеет плотную или зернистую структуру черного или серого оттенка.
Халькопирит
Металл имеет гидротермальное происхождение, встречается в скарнах и грейзенах. Чаще всего входит в состав полиметаллической руды вместе с галенитом и сфалеритом.
Борнит
Распространенный в природе минерал класса сульфидов, один из главных элементов медных руд. Имеет характерный синевато-пурпурный оттенок. Содержит в себе медь (63,33%), железо (11,12%), серу (25,55%) и примеси серебра. Встречается в виде плотных мелкозернистых масс.
Способы добычи медной руды
В зависимости от глубины рудника используются открытый и закрытый способы добычи металла.
При закрытой (подземной) разработке строятся шахты протяженностью в несколько километров. Шахты оснащаются лифтами для перемещения рабочих и техники, а также для транспортировки минерала на поверхность.
Под землей порода подлежит дроблению специальным буровым оборудованием с шипами. Затем с помощью ковшей происходит забор и погрузка руды.
Открытый способ актуален в том случае, когда залежи находятся на глубине до 400-500 метров. Сначала снимается верхний пласт пустой породы, после чего вынимается медная руда. Чтобы было проще доставать твердые породы, ее предварительно разрушают взрывными устройствами.
Открытый способ добычи медной руды
Выделяют два основных способа производства меди:
- пирометаллургический;
- гидрометаллургический.
Первый способ предполагает огневое рафинирование металла и позволяет обработать любое сырье с извлечением всех полезных элементов. С помощью этой технологии можно получать медь даже из бедной породы, в которой содержание металла ниже 0,5%. Второй способ применяется, как правило, только для обработки окисленной или самородной руды с бедным содержанием меди.
Добыча медных руд в мире
Медные рудники не сосредоточены в определенных географических зонах, а обнаружены в разных странах. В Америке в штатах Невада и Аризона разрабатывают месторождения халькозина. На Кубе распространены залежи оксида меди — куприта. В Перу ведется добыча хлорида меди.
Источников обогащенных руд в мире почти не осталось, медь добывается уже несколько сотен лет, поэтому все богатые рудники давно уже разработаны. В промышленности приходится применять низкосортные минералы (до 0,5% меди).
Интересно! По объёму мирового производства, медь находится на третьем месте после железа и алюминия.
Страны лидеры по запасам и добыче медной руды
В список стран, богатых медными рудами, входят: Чили, Америка, Китай, Казахстан, Польша, Индонезия, Замбия. Доля РФ в мировой добыче руды составляет 9% (это третье место после Чили и США). По запасам минерала лидирует Чили, в которой находится 33% от мирового объема меди.
Самыми крупными рудниками считаются:
- Рудник Чукикамата (Чили). Разработки ведутся более 100 лет, в течение этого периоды было разработано 26 млн. тонн металла;
- Рудник Эскондида (Чили). Добыча осуществляется с 1990 года;
- Рудник Грасберг (Индонезия).
Недавно были обнаружены крупные рудники в Перу (Антамина), в Бразилии (Салобу), Казахстане (Нурказган).
Эксперты утверждают, что объем экономически рентабельной меди составляет более 400 млн. тонн. по всему миру.
Добыча медной руды в России
Структура сырьевой базы меди в России существенно отличается от мирового рынка. Основная доля в ней приходится на сульфидные медно-никелевые (40%) и колчеданные (19%) рудники. В то время как в других странах преобладают медно-порфировые месторождения и медистые песчаники.
Месторождения медных руд в России
Отвечая на вопрос, где в России добывают медные руды, в первую очередь следует выделить Таймырский АО. В Октябрьском, Тапахнинском и Норильском месторождениях сосредоточено более 60% всех залежей медной руды в России. Около одной трети минерала добывают в Уральском меднорудном районе.
В Читинской области обнаружен крупный рудник Удокан, который пока не разрабатывается из-за неразвитой транспортной инфраструктуры. Согласно экспертным данным эксплуатируемых месторождений в РФ хватит не более, чем на 30 лет.
7. Производство, добыча и запасы меди
8.
В электротехнике
Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %.
Теплообмен
Другое полезное качество меди высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления.
Для производства труб
В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления.
В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005 , а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.
Сплавы
Сплавы на основе меди
В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого пушечного металла, который в XVI-XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. В наше время находит применение в военном деле в кумулятивных боеприпасах благодаря высокой пластичности, большое количество латуни идёт на изготовление оружейных гильз.
Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм² у сплавов и 25-29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов. Основное преимущество медных сплавов низкий коэффициент трения, сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медноникелевые сплавы используются для чеканки разменной монеты.
Медноникелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за образцовой коррозионной устойчивости.
Медь является важным компонентом твёрдых припоев сплавов с температурой плавления 590-880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно, из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей
Сплавы, в которых медь значима
Дюраль определяют, как сплав алюминия и меди.
Ювелирные сплавы
В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.
Соединения меди
Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa 2 Cu 3 O 7-δ , который является основой для получения высокотемпературных сверхпроводников. Медь применяется для производства медно-окисных гальванических элементов, и батарей.
Другие сферы применения
Медь самый широко употребляемый катализатор полимеризации ацетилена. Из-за этого трубопроводы из меди для транспортировки ацетилена можно применять только при содержании меди в сплаве материала труб не более 64 %.
Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100-150 лет. В России использование медного листа для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006 .
Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать её применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.
| Марганец |
Медь (Cu), греческое название «KYPRIUM», то есть «кипрский металл». Медь названа так неслучайно: впервые этот металл начали добывать именно на Кипре, примерно 3,5 тысячи лет назад.
Медь - один из первых металлов, который люди научились обрабатывать. Человечество использует медь уже более 10 тысяч лет. Древние орудия труда, украшения, посуда и оружие - все это было сделано из меди. Особенно искусно обрабатывали медь египтяне: они так выковывали свои клинки, что их секрет закалки лезвий до сих пор не раскрыт.
Позже люди обнаружили, что чистая медь хорошо подходит для изготовления декоративных предметов, но не оружия или утвари, и примерно за 3 тысячи лет до нашей эры был открыт первый сплав меди с мышьяком - мышьяковистая медь. Этот металл был тверже, чем медь, и поэтому производство оружия и посуды резко возросло. Примерно через 200 лет появилась и бронза - сплав меди с оловом.
Огромное количество меди добывала Римская империя в период расцвета: медь использовалась для производства монет, оружия, утвари и украшений. После падения Рима медь несколько столетий практически не использовалась.
Где применяют медь сегодня?
Промышленное производство этого металла началось только в XIX веке с изобретением телеграфа: медь использовалась для телеграфных проводов. Даже сегодня почти все электрические провода изготовлены из меди. Также медь часто используют в производстве водопроводных труб и систем отопления, так как она препятствует размножению бактерий.
Производство монет - этот древний способ использования меди применяют до сих пор: сегодня из сплавов меди производят мелкие монеты, значки и медали. Медь широко используется как краситель при производстве стекла, фарфора, керамики и текстиля. Кроме того, рассматривается возможность хранить в медных контейнерах переработанное ядерное топливо.
В строительстве медь широко используется для кровельных работ, производства водосточных систем и архитектурных украшений. Медь, которая используется для покрытия крыш и фасадов - имеет обозначение Cu-DHP. Это медные листы, которые обычно используют в качестве кровельного материала, для отделки фасадов.
Медь «Благородная ржавчина»
Использование меди связано с таким понятием как патина или «благородная ржавчина». Этим термином обозначают покрытие, которое появляется на меди с течением времени. Патина - это следы атмосферной коррозии. Однако в отличие от ржавчины, появляющейся на железе и стали, коррозия меди имеет защитный эффект.
Патина появляется так: сначала на только что уложенных медных листах кое-где проступают темные пятна-следы работы с металлом, затем через полтора-два года медь приобретает равномерный коричневый цвет, а потом уже появляется зеленая патина. В первую очередь патина возникает на наклонных и горизонтальных поверхностях. Очень старому медному покрытию патина придает бледно-зеленый оттенок.
Благодаря тому, что медь не ржавеет, а покрывается патиной, этот металл так часто используют для изготовления памятников, для облицовки фасадов зданий. Все элементы, выполненные из меди, с течением времени не только сохранят свой внешний вид, но будут выглядеть только привлекательнее.
Для восстановления старых зданий, где медь уже покрыта патиной, или для придания «историзма» современному зданию, используют патинированную медь. Медные листы уже покрыты патиной на производстве, но это не препятствует дальнейшему образованию естественной патины.
Медь в строительстве
Медь и ее сплавы широко применяются в архитектуре и строительстве: материал для облицовки фасадов зданий и внутренних помещений, изготовления водосточных систем и архитектурных украшений.
Томпак или архитектурная бронза
Медно-цинковый сплав с высоким (более 80%) содержанием меди. Томпак традиционно применяют в строительстве в качестве декоративного материала. Первоначально томпак имеет красивый светло-золотистый цвет, который с течением времени превращается в бронзово-коричневый.
Профилированные медные листы
Для внутренней или наружной отделки помещений из меди могут изготавливаться тонкие листы. Они не имеют стандарта для изготовления, их размер и толщина определяются индивидуально для каждого здания.
Медные панели
Медные листы толщиной от 0,6 до 1 мм. Такие панели используются для обработки фасадов или внутренних помещений здания. Панели обычно имеют подложку, поэтому они более жесткие, чем медные листы.
Медная кровля
Функцией крыши всегда была и остается защита здания от снега, дождя и ветра, однако важное значение имеет и эстетическая привлекательность зданий. Медным листам легко придать любую форму, поэтому медь так часто используют для покрытия крыш.
Металлопрокатные станки появились только во 2 половине XVIII века, а до этого медные листы производились вручную.
Медная кровля бывает разных типов.
Листовое покрытие
Покрытие крыш медными листами применяется уже более 300 лет. Медная кровля с таким покрытием сохранилась на многих старинных зданиях. Медные листы сращивались методом фальцевания: сгибания краев двух соседних листов. Традиционно фальцевание делали вручную, сейчас для этого существуют специальные инструменты. Фальц (шов) может быть двойным - для более высокой прочности, но обычно достаточно и одинарного фальца. Его применяют при реставрации старинных зданий, или если хотят придать современному зданию «антикварный» вид.
Полосовое покрытие
Это покрытие, составленное из длинных медных полос, идущих от конька крыши до самого карниза. Такое покрытие легче уложить, чем листовое, и оно может применяться на всех типах крыши.
Профилированные медные элементы
Элементы разной формы и длины связываются между собой внахлест и крепятся к строительным деталям винтами. Медная кровля из профилированных элементов используется на почти плоских крышах, с уклоном до 3°.
Плоские кровельные плитки
Небольшие плитки соединяются между собой фальцами. Такой тип покрытия лучше всего применять для отделки фасадов или на крутых крышах с уклоном более 35°, чтобы вода не задерживалась на кровле. Иначе медная кровля с таким покрытием не будет достаточно влагостойкой.
И в заключение
Природные ресурсы не беспредельны. Многие месторождения уже исчерпали себя, и поэтому нам давно пора позаботиться об их сохранении. С этой позиции медь - неплохой выбор: ведь это долговечный экологичный природный материал, который прослужит более 150 лет, не потребует затрат на утилизацию и может быть восстановлен и использован повторно. Поэтому можно даже сказать, что используя медь при строительстве и обустройстве своего дома, вы заботитесь о сохранении окружающей среды.
Медь – это металл, который был освоен людьми одним из первых и получил широкое применение благодаря низкой температуре плавления. Данный металл встречается в природе даже чаще, чем железо. Широкое использование меди началось сразу же за каменным веком. С.А. Семенов провел немало исследований, показавших, что применение орудия и инструментов, созданных из меди, дает значительно больше преимуществ, чем каменные.
В древности медь использовали не только в чистом виде, но и в сплавах с оловом, называя полученный металл бронзой. Бронза использовалась для изготовления орудий, инструментов, посуды и украшений, потому что являлась более прочной, чем медь.
Изначально добывалась медь не из сульфидной, а из малахитовой руды, потому что та требовала гораздо меньше дополнительной обработки. Для получения меди смесь малахитовой руды и угля размещали в глиняном сосуде, устанавливали емкость в небольшую яму, а затем поджигали уголь. Угарный газ, выделяющийся при сжигании угля, вырабатывал свободную медь из малахита. Уже примерно в 3 тысячелетии до н.э. на Кипре появились рудники, занимающиеся добычей и выплавкой меди.
Почему медь назвали именно так
На латинском языке медь звучит как Cuprum, и это название произошло от первого рудника с острова Кипр. Еще одно латинское название меди – Aes, что в переводе означает рудник.
Слово медь встречается уже в древнейших литературных произведениях, однако там оно не имеет четкого обозначения. Называть металл медью предложил В.И.Абаев, исходя из названия страны Мидия: *Мѣдь из ир. Мādа.
Алхимики изначально называли медь «Венера», хотя в более древних трактатах можно встретить и название «Марс».
Физические свойства меди
Медь – это высокопластичный металл, имеющий золотисто-розовый цвет. При взаимодействии с воздушной средой медь в довольно короткие сроки покрывается оксидной пленкой, придающей ей желтовато-красный оттенок.
Медь – это один из немногих металлов, имеющий цветовую окраску, ведь у большинства металлов она серебристая.
Медь обладает высокой теплопроводностью, а по электропроводности занимает второе место среди всех металлов. Кроме того, данный металл имеет высокий температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С.
Существует немало сплавов с медью: сплав с цинком – латунь, сплав с оловом – бронза, сплав с никелем – мельхиор и т.п.
Применение меди в производстве
Применение меди в производстве довольно обширно, ведь этот металл имеет значимые преимущества. Чаще всего медь используют:
- В электрической технике – благодаря низкому удельному сопротивлению. В электротехнике применяется для изготовления кабелей и проводников.
- Система охлаждения для тепловых трубок ноутбуков – используется из-за высокой теплопроводности.
- Для создания труб – медь имеет высокую прочность и отлично подходит для обработки металлических изделий. Медные трубы отлично подходят в целях транспортировки газа и жидкостей. В некоторых странах медь – это основной материал для создания труб.
- В ювелирном деле для создания украшений широко применяется данный металл, ведь он легко контактирует с другими драгоценными металлами.
- Медь – идеальный проводник электричества и потому отлично подходит для индукционных установок. Как правило, индуктор выполняется из меди.
Сфера применения меди довольно обширная и не ограничивается только вышеописанными областями. На сегодняшний день медь – это широко распространенный металл, облегчающий задачу многих металлургических предприятий. Медь легко поддается такому виду термообработки как нагрев твч и пайка твч .
- С 15 века индейцы Эквадора занимались плавкой меди, содержащей 99,5%, и создавали из них монеты. Монета, изготовленная индейцами, ходила по большей части Южной Америки, в том числе использовалась инками.
- В Японии трубы из меди, проводящие газ, признаны самыми «сейсмостойкими».
- Организм взрослого человека может содержать до 80 мг меди.
- Учеными Польши было обнаружено, что в водоемах, содержащих медь, карпы имеют особо крупные размеры.
Вот мы и познакомились с таким универсальным и популярным металлом, как медь. Цена на медь на сегодняшний день достигают до 8000 долларов за тонну.