Медь; один из наиболее важных металлов, который мы используем сегодня, находится практически
в каждой сфере нашей жизни. Так велика была потребность в меди в современном мире, что добыча не в состоянии идти вровень со спросом, и переработка меди является в настоящее время важным сектором промышленности. Если вы посмотрите вокруг, вы, несомненно, увидите многие объекты из меди или содержащие медь или ее сплавы.
Медная проволока используется и в наших дома, чтобы доставить ток для всех приборов, которые работают на электричестве. Медь является прекрасным проводником электричества, и не так склонна к возгоранию как алюминий. Во многих домах также устанавливают медные трубы для воды. Медь не подвержена коррозии и не вступает в реакцию с водой, что делает ее безопасной и долговечной для использования в водопроводе. Кроме того, трубы, ванны, раковины, смесители, сделанные из меди добавляют стиля и эстетичности ванной комнате.
Медь также используется при производстве автомобилей, грузовиков и других транспортных средств. В системе электрооборудования автомобилей присутствует медный провод, также медь находится стартере двигателей и в автоматических стеклоподъемниках.
С древнейших времен медь использовалась для изготовления посуды, также и сегодня из меди делают кастрюли и сковородки. Недавние исследования выявили данные, указывающие на более высокое качество медной посуды, чем из нержавеющей стали, которая в мире считается наиболее безопасным материалом для кухонной утвари. Из-за возникающих царапин на поверхности посуды повышается риск размножения в этих местах болезнетворных бактерий. Медь же обладает антибактериальными свойствами, этот материал эффективен для сокращения или устранения бактерий.
Также вне дома медь по-прежнему используется в качестве кровельного материала, как это было на протяжении столетий. Медная кровля не только смотрится лучше, но и способность противостоять сильным ветрам и штормам у этого материала выше. Крыша, покрытая медью, считается вечной; срок службы такой кровли превышает 150 лет В то время как металлочерепицу придется периодически заменять, медная кровля будет служить сотни лет. Медная кровля - это очень дорого, поэтому чаще всего она используется только как небольшие, декоративные элементы крыши над окнами или мансардными окнами. Медь также является основным компонентом большинства громоотводов.
Украшения, изготавливаемые из меди и медных браслетов, также снимают боль от артрита, хотя научного подтверждения этому нет. Скульптурные и другие декоративные предметы, призванные украсить дома, часто делают из меди. Также медь используется во многих уличных фонтанах. Медь всегда будет иметь место в нашей жизни от строго декоративного использования до наиболее утилитарного.
Способы применения меди в промышленности и дома
Цена на пени
Медь некогда широко использовалась для изготовления монет, особенно в Великобритании, а также США и других странах. На самом деле фраза "медная монетка" или "медь" происходит из того, что пенни когда-то были сделаны из меди.
Пенни, изготовленные до 1982 года, были сделаны в основном из меди. После 1982 г. медные монеты были только из сплавов меди с другими металлами. Это означает, что все медные монеты до 1982 стоили почти в три раза больше их номинальной стоимости. Совсем неудивительно, что люди собирают сотни таких монет.
В финансовых кругах существует Закон Грэшема: "плохие деньги вытесняют из обращения хорошие". Это относится больше для медных монет. Старые пенни, выпущенные до 1982 года, - "хорошие" деньги, а выпущенные потом - "плохие" деньги в данном примере.
Это также означает, что не только стоит хранить медные монеты, а также может быть стоит присмотреться к покупке медных монет. Медные монеты можно приобрести у дилеров и на аукционах, таких как eBay. Конечно, вы платите пошлину, но с ростом цен на медь это не проблема.
Также доступны к продаже и медные монеты, содержащие 0.999% чистой меди, что является хорошим способом сохранить и приумножить свои богатства.
Кстати, было отмечено, что даже некоторые пенни, выпущенные после 1982 года, состоящие в основном из цинка с медью, могут иметь более высокую стоимость, чем их номинальная стоимость, за счет цены на цинк.
При всем этом большую роль играет инфляция. Стоимость металлов, таких как медь и цинк, остается по сути той же, когда стоимость доллара падает. Это означает, что для покупки того же количества металла нужно заплатить больше. Но стоимость металла в монетах остается такой же.
Это хорошо для коллекционеров медных монет и монет из других металлов. Они получают больше денег за то же количество металла. Следует иметь в виду, что, поскольку все больше и больше людей начинают собирать медные монеты, источники иссякнут, и они станут менее доступными. Так как спрос увеличивается, будет расти и стоимость медных монет.
Стоимость некоторых медных монет может доходить до $30 000 и даже более. К примеру, редчайшие пенни 1930 года.
Официально, в 1930 пенни не чеканили. Это известно из уст сотрудника, который работал на монетном дворе в годы депрессии. С его слов, небольшое количество пенни в 1930 году действительно было произведено (около двух штук), решение не чеканить монеты в обращение было принято в конце 1929 года. Эти штучные монеты были, по-видимому, установлены в монетном прессе в то время, чтобы продемонстрировать процесс чеканки для высокопоставленных лиц. Посетителям были предложены одна или две новенькие монеты в обмен на пенни из своего кармана.
Медь - пластичный металл золотисто-розового цвета, который в чистом виде в природе встречается чаще, чем самородки золота или серебра. Но в основном медь добывают из медных руд - природных минеральных образований. Больше всего меди содержится в сульфидных рудах. В зонах окисления медь содержится в большинстве силикатов, карбонатов и оксидов. Находят медь и в осадочных породах: сланцах и медистых песчаниках.
Современной науке известно более 200 минералов, содержащих медь. В промышленности чаще всего используют металл, добытый из сульфатов, среди которых:
Халькозин (79% меди);
Борнит (до 65%);
Халькопирит, или медный колчедан (около 35%).
Содержится медь и в медно-никелиевых соединениях. Самый известный из них - кубанит (до 45% меди). Из окисленных руд стоит отметить куприт (88%), малахит (до 58%), азурит (до 56%). Иногда встречаются залежи самородной меди.
Характеристики и виды меди
Медь - один из первых металлов, который стал использовать человек. Химический символ - Cu (купрум). Этот металл обладает высокой теплопроводностью, коррозийной стойкостью, электропроводностью. Медь плавится при низких температурах, превосходно поддается спайке, металл легко резать и обрабатывать.
Некоторые соединения меди могут быть токсичными для человека. Повышенное содержание меди в воде и пище может вызвать заболевания печени и желчного пузыря. Оставленные после добычи меди карьеры становятся источниками токсинов. Например, озеро Беркли Пит, образовавшееся в кратере бывшего медного рудника, считается самым токсичным озером в мире. Но, бактерицидные свойства меди несоизмеримо выше. Доказано, что медь помогает бороться с вирусами гриппа, уничтожает стафилококки.
В промышленности редко используют медь в чистом виде. Большее применение нашли сплавы:
Латунь (сплав меди с цинком);
Бронза (с оловом);
Баббиты (со свинцом);
Мельхиор (с никелем);
Дюраль (с алюминием);
Ювелирный сплав (с золотом).
Месторождения и добыча меди
Самое крупное месторождение меди в мире расположено в Чили - это карьер Эсконида. Здесь обнаружены огромные залежи самородной меди.
Другие крупные месторождения:
Рудники на полуострове Кивино (США, штат Мичиган);
Рудник "Чукикамата" в Чили (до 600 тыс. тонн в год);
Рудник "Корокоро" Боливии;
Рудник Гумишевский (Средний Урал, Россия) - ныне исчерпан;
Долина реки Лёвиха (Средний Урал, Россия);
Массив габбро (Италия).
По данным US Geological Survey крупнейшие залежи меди принадлежат Чили. Далее следуют США, Россия, Перу и Мексика.
Способы добычи меди:
Открытый;
Гидрометаллургический - когда медь выщелачивают из породы слабым раствором серной кислоты.
Пирометаллургический - состоит из нескольких этапов (обогащение, обжиг, плавка на штейн, продувка и рафинирование).
Применение меди
Медь - один из важнейших цветных металлов, который нашел применение практически во всех сферах жизнедеятельности человека.
Электротехническая промышленность (провода, проволока).
Машиностроение (стартер, стеклоподъемники, радиаторы, кулеры, подшипники)
Судостроение (обшивка корпусов).
Строительство (трубы, трубопроводы, кровельный и облицовочный материалы, ванны, смесители, раковины).
В искусстве (ювелирные украшения, статуи, чеканки).
В быту (кондиционеры, микроволновые печи, монеты, пищевые добавки, музыкальные инструменты).
Статуя Свободы, кстати, изготовлена из меди. На ее сооружение потребовалось около 80 тонн металла. А в Непале медь считают священным металлом.
Самая распространенная медная руда на нашей планете – это борнит. Но кроме него медь добывают и из других руд, о которых мы и поговорим в рамках данной статьи.
1
Под данной рудой подразумевают скопления минералов, в которых медь присутствует в таких количествах, которые считаются пригодными для переработки ее в промышленных целях. Общепринятым показателем разумности разработки месторождения принято считать ситуацию, когда в нем скопления меди составляют не менее 0,5–1 %.
При этом порядка 90 % запасов данного металла на земле встречаются в рудах, содержащих не только медь, но и другие металлы (например, никель).
Масштабная добыча меди в России осуществляется в Восточной Сибири, на Урале и Кольском полуострове. Самые крупные залежи этого металла присутствуют на территории Чили (по оценкам экспертов – около 190 миллионов тонн). К другим странам, занимающимся разработкой таких руд, относят США, Замбию, Казахстан, Польшу, Канаду, Заир, Армению, Конго, Перу, Узбекистан. В общей сложности, на планете совокупный запас меди на разведанных месторождениях составляет примерно 680 миллионов тонн.
Все медные залежи принято делить на шесть генетических групп и девять промышленно-геологических типов:
- стратиформная группа (медные сланцы и песчаники);
- колчеданная (самородная медь, жильный и медно-колчеданный тип);
- гидротермальная (медно-порфировые руды);
- магматическая (медно-никелевая руда);
- скарновая;
- карбонатовая (железомедный и карбонатитовый тип).
В нашей стране основная добыча меди осуществляется на медистых сланцах и песчаниках, из медноколчеданной, медно-никелевой и медно-порфировой руды.
2
В природе медь достаточно редко встречается в самородном виде. Чаще всего она "прячется" в различных соединениях. Наиболее известными из них являются следующие:
3
Намного реже встречаются иные медные минералы, среди которых можно выделить такие:
4
Данный металл, чьи характеристики (например, высокая ) обусловили его широкую востребованность) получают из описанных нами минералов и руд тремя способами – гидрометаллургическим, пирометаллургическим и электролизом. Самой распространенной является пирометаллургическая технология, использующая в качестве исходного сырья минерал халькопирит. Общая схема пирометаллургического процесса включает в себя несколько операций. Первой из них является обогащение медной руды окислительным обжигом либо флотацией.
Метод флотации базируется на разном показателе смачиваемой пустой породы и частиц, содержащих медь. За счет этого некоторые минеральные элементы прилипают (избирательно) к воздушным пузырькам и транспортируются ими на поверхность. Такая несложная технология дает возможность получить концентрат порошкообразного вида, в котором содержание меди варьируется от 10 до 35 процентов.
Окислительный обжиг (не стоит путать его с ) чаще используется тогда, когда начальное сырье содержит в себе серу в больших количествах. Руда в этом случае нагревается до температуры 700–800 градусов, что приводит к окислению сульфидов и снижению содержания серы в 2 раза. После этого выполняется плавка на штейн (сплав с сульфидами железа и меди, получаемый в отражательных или в шахтных печах) при температуре 1450 градусов.
Медный штейн, который получается после всех этих операций, продувается в конвертерах горизонтальной конструкции без подачи дополнительного топлива (химические реакции дают необходимое для процесса тепло) с боковым дутьем для окисления железа и сульфидов. Получившуюся серу переводят в SO2, а окислы – в шлак.
В итоге из конвертера выходит так называемая черная медь, в которой содержание металла составляет примерно 91 %. Впоследствии ее подвергают очистке с применением огневого рафинирования (удаление ненужных примесей) и подкисленного раствора купороса (медного). Такую очистку называют электролитической, после нее содержание меди достигает показателя в 99,9 %.
При гидрометаллургическом способе производства меди ее получают посредством выщелачивания металла серной кислотой (очень слабым раствором) и выделением из получившегося раствора меди, а также других драгоценных металлов. Такая методика рекомендована для работы с бедными рудами.
Когда-то давно Ломоносов писал, что «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно», прямо указывая на главное отличительно свойство этого материала. Каждый из известных металлов обладает своей историей и уникальными качествами, отличающими его от других. Эпоха широкого использования металлов была открыта с появлением меди. В истории был даже «медный век» — промежуток времени от позднего неолита к новому «бронзовому» веку. Именно в это время появились первые украшения из меди, а после – и оружие. Со временем медь становилась все более и более востребованной.
Как появилась медь
Изделия из меди, находимые при раскопках на Древнем Востоке, датируются четвертым тысячелетием до н.э., в Европе – третьим. Медные водопроводные трубы в пирамиде Хеопса сохранились на протяжении 5000 лет. Из этого долговечного и красивого металла розовато-красного и медового оттенка производятся разные необходимые людям вещи.
Достаточно редко в природе можно встретить медь в виде самородков. На такие залежи в древности и натолкнулись люди. Металл, добытый из недр, оказался крайне удивительным. Он с легкостью поддавался обработке, был устойчив к влажности и не ржавел. Когда медную руду стали добывать в больших количествах, начали работать плавильные мастерские, где опытным путем выяснилось, что этот металл плавится при температуре 1083 градуса и отличается высокой пластичностью. Кусок меди можно раскатать в тонкую фольгу толщиной всего в несколько сотых миллиметра, а проволоку можно вытянуть толщиной с человеческий волос.
Использование меди
В обозримом прошлом медь широко использовали в быту. Из нее производили подносы, люстры, самовары, пуговицы, колокольчики, подсвечники и многое другое. Техника прошлых веков состояла из деталей, изготовленных из этого удивительного металла. Без меди невозможно было произвести ни часы, ни ткацкие станок, ни даже пароход или поезд.
Нынешняя промышленная медь делится на несколько марок. Каждая из них используется для производства различных деталей, которым требуется разная степень вытяжки, штамповки и сопротивление прокату. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью. Если теплопроводность гранита принять за единицу, то у стали этот показатель будет в 21 раз выше, у меди же – более чем в 170 раз. Именно поэтому чистую медь широко используют для изготовления разных деталей в греющих и холодильных установках, во многих электронных приборах, радио- и электротехнике.
Особенности обработки
Медь легко паяется, поэтому она незаменима при изготовлении котлов. Широко используется меди и при производстве радиаторов для автомобилей, теплообменников, солнечных панелей и отопительных систем. Способность меди противостоять коррозии позволила применять разные ее сплавы в судостроении, при выплавке труб и запорной арматуры для водонапорных систем. Такие детали безвредны, поэтому их используют для транспортировки питьевой воды.
Общеизвестен такой удивительный факт: на медных деталях не развиваются бактерии, поэтому ее часто используют при производстве специализированного оборудования для больниц. Уникальные свойства меди используются для деталей кондиционеров. Медная посуда, как и много веков назад, ценится по всему миру. Повара ценят ее за высокую теплоотдачу и способность равномерно прогреваться. То, что этот удобный в обработке металл легко полируется, позволило использовать его в ювелирном ремесле. Из меди дизайнеры интерьеров создают уникальные предметы мебели для интерьера.
Медь в качестве дополнительного компонента
Медь является компонентом многих сплавов. Особенно ценится фосфористая медь. Сейчас из нее изготавливают различные пружинящие контакты и электропровода, способные восстановить свою форму после небольших изгибов.
Из сплава алюминия и меди производится чеканка «медных» монет. В «белой» мелочи, находящейся в наших кошельках, тоже есть медь. Она используется как добавка к никелю. Известный памятник Петру I, установленный в Санкт-Петербурге, называется «медным», но на самом деле он не из меди, а из бронзы. Бронзой называются сплавы меди с алюминием, оловом, кадмием, марганцем, свинцом, бериллием и иными металлами. В бронзе должно быть не менее 50% меди. При иных пропорциях это будут уже совсем иные сплавы: манганин, баббит и т.д. Сплав никеля и меди используется не только для чеканки монет, но и для реализации более масштабных проектов, например, конструировании космических кораблей и самолетов.
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.