Медь это цветной металл

Цветная металлургия занимается добычей руд цветных металлов, а также обогащением и выплавкой чистых металлов и их сплавов. Цветные металлы имеют множество ценных свойств: малую плотность (магний, алюминий), высокую теплопроводность (медь), устойчивость к коррозии (титан) и др. Условно они делятся на тяжелые, легкие, благородные и редкие.

Группы металлов

К тяжелым металлам относятся вещества, которые отличаются высокой плотностью. Это кобальт, хром, медь, свинец и др. Некоторые из них (свинец, цинк, медь) применяют в чистом меде, но обычно используют в качестве легирующих элементов.

Плотность легких металлов — менее 5 г/см3. В этой группе относятся алюминий, натрий, калий, литий и др. Их используют как раскислители при изготовлении чистых металлов и сплавов, а также применяют в пиротехнике, медицине, фототехнике и других областях.

Благородные металлы отличаются высокой устойчивостью к коррозии. В данную группу входят платина, золото, серебро, осмий, палладий, родий, иридий и рутений. Они применяются в медицине, электротехнике, приборостроении, ювелирном деле.

Редкие металлы объединены в отдельную группу, так как имеют особые свойства, не характерные для других металлов. Это уран, вольфрам, селен, молибден и др.

Также выделяется группа широко применяемых металлов. В нее входят титан, алюминий, медь, олово, магний и свинец.

Сплавы на основе цветных металлов бывают литейные и деформируемые.

Они различаются технологией создания заготовок: из литейных производят детали с помощью литья в металлические или песчаные формы, а из деформируемых делают листы, фасонные профили, проволоку и другие элементы.

В этом случае используются методы прессования, ковки и штамповки. Литейные сплавы относятся к металлургии тяжелых металлов, деформируемые — к металлургии легких металлов.

Алюминий и его сплавы

Алюминий — цветной металл, который имеет серебристо-белый оттенок и плавится при температуре 650°С. В периодической системе ему соответствует символ Al. Этот элемент занимает третье место по распространенности среди всех пород в земной коре (на первом месте — кислород, на втором — кремний). В атмосферных условиях на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, препятствующая появлению коррозии.

Важные свойства алюминия:

• Низкая плотность — всего 2,7г/см3 (например, у меди — 8,94г/см3).
• Высокая электрическая проводимость (37*106 См/м) и теплопроводность (203,5 Вт/(м·К)).
• Низкая прочность в чистом виде — 50 МПа.
• Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.

Металл легко обрабатывается давлением. Находит широкое применение в электропромышленности: из алюминия изготавливают проводники электрического тока. При производстве стали его используют для раскисления.

Из алюминия также делают посуду, однако она не подходит для приготовления солений и хранения кисломолочных продуктов — элемент неустойчив в щелочной и кислой среде. Некоторые стальные детали покрывают алюминием (процесс алитирования), чтобы повысить их жаростойкость.

Из-за невысокой прочности алюминий практически не применяется в чистом виде.

При маркировке алюминия используется буква А в сочетании с числом, которое указывает на содержание металла. Например, марка A99 содержит 99,95% алюминия, а марка А99 — 99,99%. Существует также марка особой чистоты — А999, в которой 99,999% алюминия.

Деформируемые сплавы алюминия

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы алюминия — это дуралюмины (система А-Сu-Mg) и высокопрочные сплавы (Аl-Сu-Mg-Zn). Высокие механические свойства и небольшой удельный вес позволяют широко применять эти сплавы в области машиностроения, особенно — в изготовлении деталей для самолетов.

Основными легирующими элементами для дуралюминов служат магний и медь. Эти сплавы маркируются буквой Д с числом. Из Д1 делают лопасти винтов, Д16 используется для лонжеронов, шпангоутов, обшивки самолетов, а Д 17 — для крепежных заклепок.

Высокопрочные сплавы, помимо алюминия, меди и магния, содержат цинк. Обозначаются буквой В и числом, применяются для изготовления деталей сложной конфигурации, лопастей вертолетов, высоконагруженных конструкций.

Неупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы — это сплавы алюминия с марганцем (маркировка — АМц1) и с магнием (AМг2 и АМг3).

Они хорошо обрабатываются сваркой, вытяжкой, прокаткой, горячей и холодной штамповкой. Отличаются высокой пластичностью, но при этом не очень прочные.

Они выпускаются преимущественно в виде листов, которые применяются для изготовления изделий сложной формы (заклепки, рамы и др.).

Литейные сплавы на основе алюминия

Наиболее широкое применение получили литейные сплавы алюминия и кремния, которые называются силуминами. Они содержат более 4,5% кремния и обозначаются буквами АК с номером марки.

Силумины сочетают малый удельный вес с высокими механическими и литейными свойствами.

Они применяются для сложного литья авто-, мото- и авиадеталей, а также для производства некоторых видов бытовой техники — мясорубок, теплообменников, санитарно-технических арматур и др.

Сплавы на основе меди

Медь — цветной металл, который на поверхности имеет красный оттенок, а в изломе — розовый. В периодической системе Д.И. Менделеева обозначается символом Cu. В чистом виде металл имеет высокую степень пластичности, электро- и теплопроводности, а также характеризуется устойчивостью к коррозии. Это позволяет использовать медь и ее сплавы для кровель ответственных зданий.

Важные свойства металла:

• Температура плавления — 1083°С.
• Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
• Плотность — 8,94 г/см3.

Благодаря пластичности медь легко поддается обработке давлением, но плохо режется. Из-за большой усадки металл обладает низкими литейными свойствами. Любые примеси, за исключением серебра, оказывают большое влияние на вещество и снижают его электрическую проводимость.

При маркировке меди используется буква М с числом, которое обозначает марку. Чем меньше номер марки, тем больше в ней чистого вещества. Например, М00 содержит 99,99 % меди, а М4 — 99 %.

Наиболее широкое применение в технике находят две группы медных сплавов — бронзы и латуни.

Бронзы

Бронзы — сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является любой металл, кроме цинка. Наиболее часто применяются сплавы меди со свинцом, оловом, алюминием, кремнием и сурьмой.

Все бронзы по химическому составу делятся на оловянные и специальные, или безоловянные, то есть не содержащие в своем составе олова.

Оловянные бронзы отличаются наиболее высокими литейными, механическими и антифрикционными свойствами, а также имеют повышенную устойчивость к коррозии. Из-за высокой стоимости олова эти сплавы применяют ограниченно.

Специальные бронзы часто используют в качестве заменителей оловянных, и некоторые имеют лучшие технологические свойства. Выделяются следующие виды специальных бронз:

• Алюминиевые. Они содержат от 5% до 11% алюминия, а также марганец, никель, железо и другие металлы. Эти сплавы обладают более высокими механическими свойствами, чем оловянные бронзы, однако их литейные свойства ниже. Алюминиевые бронзы служат для изготовления мелких ответственных деталей.
• Свинцовистые. В их состав входит около 30% свинца. Эти сплавы имеют высокие антифрикционные свойства, поэтому широко применяются в производстве подшипников.
• Кремнистые. Эти бронзы содержат примерно 4% кремния, легируются никелем и марганцем. По своим механическим свойствам почти соответствуют сталям. Применяются, в основном, для изготовления пружинистых элементов в судостроении и авиации.
• Бериллиевые. Содержат до 2,3% бериллия, характеризуются высокой упругостью, твердостью и износостойкостью. Эти бронзы используются для пружин, которые работают в условиях агрессивной среды.

Все бронзы имеют хорошие антифрикционные показатели, коррозионную стойкость, высокие литейные свойства, которые позволяют использовать сплавы для изготовления памятников, отливки колоколов и др.

При маркировке бронз используются начальные буквы Бр, после которых идут первые буквы названий основных металлов с указанием их содержания в процентах. Например, сплав БрОФ8-0,3 включает 8% олова и 0,3% фосфора.

Латуни

Латунями называют сплавы меди и цинка с добавлением других металлов — алюминия, свинца, никеля, марганца, кремния и др. В простых латунях содержится только медь и цинк, а многокомпонентные сплавы включают от 1% до 8% различных легирующих элементов, которые добавляют для улучшения различных свойств.

• Марганец, никель и алюминий повышают устойчивость сплава к коррозии и его механические свойства.
• Благодаря добавкам кремния сплав становится более текучим в жидком состоянии и легче поддается сварке.
• Свинец упрощает обработку резанием.

Процентное содержание цинка в любой латуни не превышает 50 %. Эти сплавы стоят дешевле, чем чистая медь, а благодаря добавлению цинка и легирующих элементов, они обладает большей устойчивостью к коррозии, прочностью и вязкостью, а также характеризуются высокими литейными свойствами. Латуни используют для изготовления деталей методами прокатки, вытяжки, штамповки и др.

При маркировке простой латуни используется буква Л и число, обозначающее содержание меди. Например, марка Л96 содержит 96% меди.

Для многокомпонентных латуней используется сложная формула: буква Л, затем первые буквы основных металлов, цифра, обозначающая содержание меди, а затем состав других элементов по порядку.

Например, латунь ЛАМш77-2–0,05 содержит 77% меди, 2% алюминия, 0,05% мышьяка, остальное — цинк.

Магний и его сплавы

Магний — цветной металл, который имеет серебристый оттенок и обозначается символом Mg в периодической системе.

Важные свойства магния:

• Температура плавления — 650°С.
• Плотность — 1,74 г/см3.
• Твердость — 30-40 НВ.
• Относительное удлинение — 6-17%.
• Временное сопротивление — 100-190 МПа.

Металл обладает высокой химической активностью, в атмосферных условиях неустойчив к образованию коррозии. Он хорошо режется, воспринимает ударные нагрузки и гасит вибрации.

Так как магний имеет низкие механические свойства, он практически не применяется в конструкционных целях, зато используется в пиротехнике, химической промышленности и металлургии.

Он часто выступает в качестве восстановителя, легирующего элемента и раскислителя при изготовлении сплавов.

При маркировке используются буквы Мг с цифрами, которые обозначают процентное содержание магния. Например, в марке Мг96 содержится 99,96% магния, а в Мг90 — 99,9 %.

Сплавы на основе магния характеризуются высокой удельной прочность (предел прочности — до 400 МПа). Они хорошо режутся, шлифуются, полируются, куются, прессуются, прокатываются. Из недостатков магниевых сплавов — низкая устойчивость к коррозии, плохие литейные свойства, склонность воспламеняться при изготовлении.

Деформируемые сплавы магния

Наиболее распространены три группы сплавов на основе магния.

Сплавы магния, легированные марганцем

Содержат до 2,5% марганца, не упрочняются термической обработкой. У них хорошая коррозионная стойкость. Так как эти сплавы легко свариваются, они применяются для сварных деталей несложной конфигурации, а также для деталей арматуры, масляных и бензиновых систем, которые не испытывают больших нагрузок. Среди данной группы — сплавы МА1 и МА8.

Сплавы системы Mg-Al-Zn-Mn

В состав этих сплавов, помимо магния и марганца, входят алюминий и цинк. Они заметно повышают прочность и пластичность, благодаря чему сплавы подходят для изготовления штампованных и кованых деталей сложных форм. К этой группе относятся марки МА2-1 и МА5.

Сплавы системы Mg-Zn

Сплавы на основе магния и цинка дополнительно легируются кадмием, цирконием и редкоземельными металлами. Это высокопрочные магниевые сплавы, которые применяются для деталей, испытывающих высокие нагрузки (в самолетах, автомобилях, станках и др.). К данной группе относятся сплавы марок МА14, МА15, МА19.

Литейные сплавы магния

Самая распространенная группа литейных магниевых сплавов относится к системе Mg-Al-Zn. Эти сплавы практически не поглощают тепловые нейтроны, поэтому широко применяются в атомной технике.

Из них также делают детали самолетов, ракет, автомобилей (двери кабин, корпуса приборов, топливные баки и др.). Сплавы магния, цинка и алюминия используют в приборостроении и в изготовлении кожухов для электронной аппаратуры.

К данной группе относятся марки МЛ5 и МЛ6.

Высокопрочные литейные магниевые сплавы отличаются лучшими механическими и технологическими свойствами. Они применяются в авиации для изготовления нагруженных деталей. К данной группе относятся сплавы МЛ12 (магний, цинк и цирконий), МЛ8 (магний, цинк, цирконий и кадмий), МЛ9 (магний, цирконий, неодим), МЛ10 (магний, цинк, цирконий, неодим).

Цинк и его сплавы

Цинк — цветной металл серо-голубоватого оттенка. В системе Д. И. Менделеева обозначается символом Zn. Он обладает высокой вязкостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Важные свойства металла:

• Небольшая температура плавления — 419 °С.
• Высокая плотность — 7,1 г/см3.
• Низкая прочность — 150 МПа.

В чистом виде цинк используется для оцинкования стали с целью защиты от коррозии. Применяется в полиграфии, типографии и гальванике. Его часто добавляют в сплавы, преимущественно в медные.

Существуют следующие марки цинка: ЦВ00, ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2 и Ц3. ЦВ00 — самая чистая марка с содержанием цинка в 99,997%. Самый низкий процент чистого вещества в марке Ц3 — 97,5%.

Деформируемые цинковые сплавы

Деформируемые сплавы цинка используются для производства деталей методами вытяжки, прессования и прокатки. Они обрабатываются в горячем состоянии при температуре от 200 до 300 ?С. В качестве легирующих элементов выступают медь (до 5%), алюминий (до 15%) и магний (до 0,05%).

Деформируемые цинковые сплавы характеризуются высокими механическими свойствами, благодаря которым часто используются в качестве заменителей латуней. Они обладают высокой прочностью при хорошей пластичности. Сплавы цинка, алюминия и меди наиболее распространены, так как они имеют самые высокие механические свойства.

Литейные цинковые сплавы

В литейных цинковых сплавах легирующими элементами также выступают медь, алюминий и магний. Сплавы делятся на 4 группы:

• Для литья под давлением.
• Антифрикционные.
• Для центробежного литья.
• Для литья в кокиль.

Слитки легко полируются и принимают гальванические покрытия. Литейные цинковые сплавы имеют высокую текучесть в жидком состоянии и образуют плотные отливки в застывшем виде.

Литейные сплавы получили широкое применение в автомобильной промышленности: из них делают корпуса насосов, карбюраторов, спидометров, радиаторных решеток. Сплавы также используются для производства некоторых видов бытовой техники, арматуры, деталей приборов.

В России цветная металлургия — одна из самых конкурентоспособных отраслей промышленности. Многие отечественные компании являются мировыми лидерами в никелевой, титановой, алюминиевой подотраслях. Эти достижения стали возможными благодаря крупным инвестициям в цветную металлургию и применению инновационных технологий.

Медь

Самородная медь размером около 4 см

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

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

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

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура меди

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

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

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

СВОЙСТВА

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

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

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

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

Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

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

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

Запасы и добыча

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

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

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

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

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

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Небольшой самородок меди

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

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

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

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

Что такое медь − ее характеристики, применение и свойства

Медь — это металл, о котором люди узнали еще в IIIV-VII вв. до нашей эры. IV-III вв. вошли в историю как медный век. Благодаря преимуществам перед другими материалами, которыми обладает медь, наряду с алюминием она является самым ценным цветным металлом.

Что такое медь

Даже школьники могут рассказать про медь: какое это вещество, какого цвета, что из нее делают. В таблице Менделеева этот химический элемент обозначается символом Cu, находится в 11-й группе 4 периода под №29. Ближайшие соседи – золото и серебро. По-английски медь называется copper, по-латыни – «купрум» (Cuprum), в честь острова Кипр, где были найдены крупные месторождения этого вещества. Происхождение русского названия неизвестно.

Объяснить кратко, что такое медь, можно так: это переходной мягкий металл красно-розового цвета, с атомным номером 29.

Медь в природе

По подсчетам, процентное содержание меди в земной коре (4,7-5,5) ·10−3%.

В свободном виде ее можно встретить редко, только в виде самородков (отдельные экземпляры весят до 400 т), образующихся путем окисления медных руд. В них ее процентное содержание составляет 98-100%.

Есть и другие медьсодержащие минералы, их более 200. Среди них несколько особенно богатых на медь (в скобках указано содержание Cu):

• голубовато-зеленая хризоколла (36%);
• золотисто-зеленый халькопирит (34%);
• зеленый малахит (57,4%);
• индиговый и медно-красный борнит (55-65%);
• свинцово-черный халькозин (80%);
• всех оттенков зеленого брошантит (56%);
• темно-красный куприт (до 89%).

В меденосных же рудах содержание Cu не превышает 6%.

Запасы, добыча

Разведанных мировых запасов медных руд – миллиарды тонн. Ученые надеются, что земные недра таят в себе еще 3 млрд т. Самые богатые рудники – Чукикамата и Эль-Теньенте – находятся в Чили, крупнейшем производителе меди (в 2018 г. 27% мирового производства).

Крупные месторождения найдены в США, Канаде, Иране, Казахстане, на юге Африки. В России сосредоточено 3% мировых запасов. Залежи меди найдены на Урале, в Забайкалье, Красноярском крае.

Желательно, чтобы руда содержала не менее 0,5-1% чистой меди. Добывают ее в шахтах и открытым способом (для залежей, расположенных на глубине 400-500 м). Мировая добыча в 2018 г. составила 20,6 млн т, из них четверть – чилийского происхождения.

Из чего делают медь

Источниками для получения меди являются руды, минералы и вторичное сырье. Из руды металл получают двумя методами:

• Пирометаллургический (основной). Сырье меди обогащают и подвергают флотации и обжигу. Таким способом из медной руды делают концентраты, содержащие 8-25% Cu. Затем следует окислительный обжиг, плавка, продувка и рафинирование, когда медь очищается от примесей. Попутно извлекаются драгоценные металлы. Метод годится даже для руд, в которых содержание меди не дотягивает до 0,5%.
• Гидрометаллургический. Металл выщелачивается серной кислотой, а затем выделяется из полученного раствора. Применяется для бедных руд, без возможности получения драгметаллов.

Вторичное сырье поддается предварительной обработке, затем переплавке. Из него получается металл с содержанием меди 99%.

Состав меди

Многие удивятся вопросу: из чего состоит медь. А ведь химический состав меди – это микс из кристаллов следующих элементов:

• серебро;
• золото;
• кальций;
• никель;
• свинец.

Все они пластичны, легко поддаются обработке, и этими же свойствами обладает медь.

Свойства меди

Любой материал обладает химическими и физическими свойствами. Первые определяют, в какие химические реакции вступает данное вещество, вторые можно измерить, потрогать, прочувствовать.

Физические	Химические
яркая цветовая окраска, несвойственная металлам (она характерна также для золота, осмия и цезия). естественный цвет химического элемента cu – золотисто-розовый, в отраженном свете – розовато-белый. на воздухе медь покрывается тончайшей окисной пленкой желтовато-красного оттенка, которая на просвете становится зеленовато-голубой.	cu – малоактивный металл. при нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0°c) и низкой влажности она не окисляется, но в присутствии воды, кислорода и оксида углерода покрывается зеленой пленкой карбоната гидроксомеди.
высокая электропроводность (удельное сопротивление 0,0176 ом·мм2/м). этим качеством среди известных металлов она уступает только лишь серебру.	cu – малоактивный металл. при нормальных условиях (760 мм рт. ст., 0°c) и низкой влажности она не окисляется, но в присутствии воды, кислорода и оксида углерода покрывается зеленой пленкой карбоната гидроксомеди.
температура плавления 1083°c (группа среднеплавких металлов). у золота tпл. = 1063°c.	вступает в химические реакции с азотной кислотой (разбавленной и концентрированной), с концентрированной серной – только при нагревании. на купрум не действуют щелочи.
температура кипения 2568 °c.
теплоемкость 380 дж/(кг·к). такая же теплоемкость у медных сплавов.
высокая пластичность и ковкость меди. это третий показатель после золота и серебра – самых пластичных металлов. из купрум можно выковать предмет с самым сложным геометрическим профилем.
мягкость. для сравнения: если показатель твердости инструментальной стали по роксвеллу равен 700 нв, то для cu – 35. медную пластину можно раскатать до микронной толщины. мягкая не только медь, но и ее сплавы.
средняя прочность. показатель этого параметра – 200-250 мпа (для сравнения: титан – 580 мпа, свинец – 18 мпа).
плотность 8920 кг/м3, удельный вес 8,92 г/см3.

Указанные свойства изменяются, в зависимости от вида термической обработки. Для улучшения физико-механических характеристик (прочность, текучесть, антикоррозийные свойства, легкость обработки и др.) используют легирующие добавки.

Марки меди

Маркировка меди начинается с буквы «М». Следующая за ней цифра показывает чистоту металла:

• МОО: 99,99% Cu;
• МО: 99,97%;
• М1: 99, 9%;
• М2: 99,7%;
• М3: 99,5%;
• М4: 99%.

Кислород значительно снижает прочность меди, поэтому его содержание подразумевается в маркировке. Марки с цифрами 1, 2, 3 содержат 0,5-0,8% кислорода, МО – 0,02%, МОб – 0%. Присутствие фосфора обозначается буквами «р» (при небольшом процентном содержании) и «ф» (более 0,4%). Литера «к» относится к катодной меди. В некоторых странах принята своя маркировка, не соответствующая российской.

Различают 2 вида меди – чистую и техническую. Последняя используется для производства полуфабрикатов и выплавки сплавов. Примеси других химических элементов в той или иной мере влияют на свойства Cu. Например:

• Никель понижает теплопроводность, а олово её усиливает.
• Висмут ухудшает технические характеристики, а мышьяк нейтрализует действие первого, оставаясь нейтральным по отношению к меди.
• Сурьма и кремний снижают способность проводить тепло и электричество.
• Сера и селен в определенных количествах ухудшают пластичность.
• Свинец и висмут затрудняют обработку давлением.
• Фосфор удаляет кислород, из-за которого физические свойства ухудшаются.
• Такие примеси, как цинк, марганец, мышьяк, никель, серебро практически не изменяют физические характеристики меди.

Медные сплавы

Существует множество сплавов меди. Их делят на 3 вида: литейные, деформируемые, порошковые.

Самые известные соединения – бронза, латунь, мельхиор, нейзильбер. В их свойствах много общего, но в промышленности более широко используются бронза и латунь.

Бронза

Основной добавочный компонент бронзы – олово (Sn), но также используются Al, Si, Pb, Be, P. В зависимости от вида легирующего элемента существует следующая классификация медных сплавов под названием бронза:

• оловянная и безоловянная;
• алюминиевая;
• кремнистая;
• бериллиевая;
• мышьяковистая;
• висмутовая;
• свинцовая.

Хотя цинковой бронзы не существует, но Zn все же присутствует в небольших количествах (до 10%). Сплав Cu + Sn + Zn называется пушечной бронзой.

Бронза – прочный материал, поэтому из нее изготавливают детали узлов механизмов, работающих в различных агрессивных средах и подвергающихся усиленным механическим нагрузкам.

Латунь

Сплав меди с цинком называется латунью. Увеличение процентного содержания Zn с 5% до 45% изменяет цвет латуни от красного до желтого.

Иногда в сплав добавляют в небольших количествах другие химические элементы. В маркировке они обозначаются русскими буквами: А – алюминий, С – свинец, Мц – марганец, Жз – железо. Вместе с процентным содержанием они обозначают хим. состав сплава.

Латунь, как и бронза, имеет разновидности, в зависимости от содержания цинка. Одна из них – томпак, из которого делают пули.

Мельхиор

Сплав меди с никелем (5-30%) похож на серебро, поэтому мельхиоровая посуда и украшения пользуются спросом. В качестве легирующих добавок используются железо и марганец (не более 1%).

Есть 2 разновидности мельхиора – константан (41 % никеля) и монель (Ni до 67%).

Нейзильбер

Этот цветной материал сплавляется из меди, цинка и никеля.

Процентное содержание компонентов варьируется, что создает различные марки нейзильбера. Самая востребованная – МНЦ15-20. Маркировка означает, что в сплаве содержится 15% никеля и 20% цинка.

В наши дни нейзильбер и латунь сумели вытеснить мельхиор, оставив ему небольшую нишу – производство бытовых товаров.

Другие сплавы

Еще несколько известных медных сплавов:

• французское золото: Cu + Sn + Zn;
• северное золото (Cu + Al+ Zn + Sn);
• абиссинское золото (Cu + Zn + Au);
• куниаль (Cu + Ni + Al);
• манганин (Cu + Ni + Mn).

Купрум используется не только в качестве основного металла – его добавляют как легирующий компонент, например:

• Алюминий с 4,5% Cu образуют дюралюминий.
• Золото 583 пробы становится тверже, приобретает насыщенный цвет, благодаря 33,5% меди в качестве лигатуры.
• При добавлении 0,2-3,5% Cu к сплаву железа с углеродом получается медистая сталь, с улучшенными литейными, технологическими и эксплуатационными свойствами.

Трудно назвать сплав, в состав какого не входит медь. Пусть даже в процентном количестве менее 1%, но она используется в соединениях цветных и черных металлов, включая чугун.

Где используется медь и ее сплавы

В рамках статьи трудно перечислить все области применения меди и ее сплавов.

Их уникальные свойства используются в тяжелой и легкой промышленности, машино- и судостроении, авиации, медицине – практически во всех отраслях народного хозяйства и в быту.

Каждая марка имеет свое применение, например, из сплава МО изготавливают токопроводящую продукцию, детали для бытовой техники и электроники, из марки М1 – металлопрокатные изделия, проволоку, сварочные электроды.

Применение меди и латуни в сантехнике (фитинги, переходники, запорная арматура) и строительстве (крыши, купола, водосточные системы и пр.) стало возможным, благодаря высокой теплопроводности и устойчивости к влаге.

Благодаря привлекательному внешнему виду, бронза – наиболее используемый материал для скульптуры, а из мельхиора и нейзильбера чеканят разменные монеты, делают украшения.

Медные трубопроводы – идеальное решение для стран, подверженных частым землетрясениям.

В электротехнике медь – незаменимый материал для производства проводов, силовых кабелей.

Значение меди для человека

Медь – один из важнейших микроэлементов не только для растений. Она содержится в организме человека (100-200 мг) и вырабатывается печенью. Для поддержания баланса человек ежедневно должен потреблять 2 мг меди. Избыток минерала превращается в яд, из-за этого нельзя готовить еду в медной посуде.

Пользу меди нельзя переоценить, если речь идет о заживлении ран и восстановлении организма.

Она обладает бактерицидными свойствами, способствует нормализации работы кровеносной системы, регенерации тканей, используется как компонент для некоторых лекарственных препаратов.

За 2 часа на медной поверхности гибнут все микробы, поэтому планируется для больниц и других общественных мест изготавливать перила, замки и дверные ручки из этого металла.

Медные браслеты и амулеты носили еще в древности не для украшения, а для поддержания здоровья. С этой же целью с помощью нанотехнологий создано постельное и нательное белье с медными нитями. Оно благотворно влияет на кожу, сосуды, ЦНС, опорно-двигательный аппарат.

Если проанализировать значение меди и повсеместное ее использование, можно сказать, что медный век продолжается.

Ответы на вопросы пользователей о меди

Ответим на несколько популярных вопросов от пользователей.

Есть ли в старых телевизорах медь

С 1 старого телевизора можно набрать от полутора до двух килограммов меди. В основном это обмотка трансформатроров, катушки.

Какая электронная и электронно графическая формула меди

Что касается электронной конфигурации атома меди: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1

Графическая формула меди:

Свойства и характеристики металла медь

Люди давно научились плавить твердые металлы, изготавливать из них орудия труда, оружие, украшения, посуду. Медь — металл, который был освоен одним из первых.

Она легко поддавалась обработке после сильного нагрева. Этот материал применялся для изготовления посуды, украшений.

Когда люди узнали про физические, химические свойства этого металла, он начал внедряться в разные сферы промышленности.

Условия и цены на прием меди: https://citylom.ru/priem-medi

Медь

История открытия

Самые древние изделия из меди были найдены на территории современной Турции. Находились они в руинах поселения Чатал-Хююк. За каменным веком наступил медный век. Ученые в XX веке смогли доказать, что с помощью инструментов, изготовленных из меди, можно быстрее обрабатывать материалы.

Из меди изготавливались сплавы с оловом, которые называются бронзой. Их применяли для создания украшений, инструментов, оружия. Когда бронза получила большую популярность, наступил бронзовый век, который сменил медный.

Первые большие рудники были найдена на территории Кипра. Они разрабатывались около 3000 лет до н. э. В России самые старые рудники датируются 2000 лет до н. э.

Промышленная выплавка медных слитков была освоена в XIII–XIV веке. В Москве в XV веке основался Пушечный двор, который производил орудия, боеприпасы из бронзы.

Состав и структура

Медь — соединение огромного количества кристаллов серебра, кальция, золота, свинца, никеля. Металлы, из которых состоит купрум, отличаются простотой обработки, относительной пластичностью.

Элементарная ячейка структурной решетки — кубическая форма. Каждая из ячеек представляет собой соединение 4 атомов.

Во время добычи руда насыщена огромным количеством примесей. Они влияют на технические характеристики переплавленного металла, его структуру. Распространенные примеси:

1. Кислород — примесь, содержание которой в составе может достигать 0,008%. Под воздействием высоких температур содержание кислорода быстро сокращается.
2. Висмут — компонент, который негативно сказывается на технических характеристиках готового металла. Допустимое количество в составе — до 0,001%.
3. Марганец — практически не влияет на свойства купрума.
4. Никель — снижает теплопроводность.
5. Мышьяк — не влияет на свойства переплавленного металла. Мышьяк нейтрализует негативное воздействие висмута, кислорода, сурьмы на конечный материал.
6. Олово — усиливает теплопроводность.
7. Сурьма — снижает тепло- и электропроводность. Допустимое содержание в составе — до 0,05%.
8. Сера, селен — снижают показатель пластичности, если их количество в составе превышает 0,001%.
9. Цинк — практически не влияет на физические, химические свойства.
10. Фосфор — главный раскислитель. Улучшает механические свойства.

Процентное содержание примесей при производстве может уменьшаться или увеличиваться.

Медная руда

Характеристики и свойства

Невозможно точно определить сферы применения металла, если не разобраться с его физическими, химическими свойствами, основными характеристиками. Физические свойства чистой меди:

• достаточный показатель мягкости;
• высокая пластичность;
• простая обработка (сырье без примесей);
• тягучесть;
• высокий показатель электро- и теплопроводности.

По показателям тепло- и электропроводности медь уступает только серебру. Чтобы уменьшить эти показатели, при производстве к ней добавляют сурьму, фосфор, железо, мышьяк или олово.

Химические свойства меди:

1. При стандартных условиях эксплуатации не окисляется.
2. Вступает в реакцию с галогенами, селеном, серой.
3. Не подвергается влиянию кислот без окислительных свойств.
4. Азот, водород, углерод не могут спровоцировать реакцию.

Медь в земной коре может образовывать анионы, катионы.

Материаловедение: медь

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

1. МЕДЬ – ЧТО ЭТО ЗА МЕТАЛЛ?

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

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

2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ДОБЫЧИ И ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ

 

Чистая медь – мягкий и пластичный металл из семейства переходных.

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

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

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

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

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

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

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

Магнетические свойства. Медь – диамагнетик, магнитом не притягивается.

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

4. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕДИ

Электрика, радио-, электротехника

 

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

Водоснабжение

 

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

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

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

Газопроводы, топливные трубопроводы

 

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

Источники возобновляемой энергии

 

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

Ювелирное дело

 

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

5. МАРКИРОВКА МЕДИ

 

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

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

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

6. ОСНОВНЫЕ МЕДНЫЕ СПЛАВЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

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

 

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

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

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

Бронза

 

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

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

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

Медно-никелевые сплавы

 

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

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

8. ЧТО ПОЧЕМ: СКОЛЬКО СТОИТ МЕДЬ?

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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