Медная руда свойства и применение

Из всех цветных металлов медь нашла наиболее широкое применение. Ее сплавы, называемые бронзами, были известны человечеству с доисторических времен, когда они были единственным металлом, из которого изготовлялось оружием и орудия труда (бронзовый век).

По внешнему виду медь легко отличить от всех остальных металлов, так как она имеет специфический красновато-розовый цвет.

Температура плавления меди 1083 0 С.

Кристаллическая решетка гранецентрированная кубическая. Аллотропических превращений она не имеет.

Плотность меди 8,96 г/см 3 .

Медь химически мало активна. В разбавленных соляной и серной кислотах растворяется только в присутствии окислителя (например, кислорода). Легко растворяется в азотной кислоте.

Она обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в пресной и морской воде в органических кислотах (уксусной, молочной, лимонной, щавелевой и др.), спиртах, едких щелочах, сухих газах и др. средах. Благодаря высокой коррозионной стойкости медь находит применение в химической промышленности (насосы, трубопроводы, резервуары и т.д.). Медь также применяется для защитных коррозионно-стойких покрытий.

Медь обладает наибольшими (кроме серебра) электро и теплопроводностью. Значительное влияние на механические свойства меди оказывает ее состояние – литое, отожженное, нагортованное (нагортовка – это повышение прочности путем холодной деформации).

Медь применяют в виде листов, прутков, труб и проволоки.

Благодаря высокой электропроводности медь применяется для изготовления проводников электрического тока анодов, кабелей в электро, электровакуумной и электронной технике, приборостроении.

Благодаря высокой теплопроводности медь применяют для различных теплообменников, нагревателей, радиаторов и т.д.

Медь очень пластичный металл с невысокой прочностью. Она легко обрабатывается давлением, но плохо резанием; имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки. Медь плохо сваривается, но легко поддается пайке.

Медь встречается в земной коре в виде комплексах соединений, содержащих кроме меди, свинец, цинк, сурьму, мышьяк, золото и серебро. В рудах медь находится в виде сульфидных и окисленных соединений; встречается и самородная медь. Наибольшее распространение и значение имеют сульфидные руды, содержащие от 1 до 5 % меди. К сульфидным рудам относятся медный колчедан, медный блеск и пестрая медная руда.

Медный колчедан или халькопирит – минерал латунно-желтого цвета. Представляет собой химическое соединение меди с железом и серой СuFeS₂, содержащее 34,5% Сu. Это главная медная руда, из которой извлекают большую часть добывающейся меди.

Медный блеск или халькозин, — минерал свинцово-серого или черного цвета. По химическому составу это соединение меди с серой Сu2S, в котором содержится 79,8% Сu, а иногда присутствует примесь серебра. Медный блеск относится к богатым медным рудам.

Пестрая медная руда или борнит, является продуктом распада медного колчедана. Химический состав минерала Сu5FeS4, т.е. сульфид меди и железа с содержанием 52-65% Сu.

Из оксидных медных руд наибольшее значение имеет красная медная руда.

Красная медная руда, или куприт – минерал красного цвета, имеющий химический состав Сu2О с содержанием 88,8% Сu.

Медь можно получить пирометаллургическим и гидрометаллургическим способами.

Наиболее распространение в современной практике имеет пирометаллургический способ.

Блок-схема пирометаллургического способа производства меди приведена на рисунке 3.

Рис.3 Блок-схема производства меди

Обжиг концентрата

Разлив черновой меди

Рафинирование черновой меди

При пирометаллургическом способе богатые окисленные руды с содержанием меди 3-5% и более подвергают непосредственной плавке. Руды со средним содержанием меди (1-2%) и все комплексные руды, в состав которых входят цинк, свинец, никель и другие металлы, включая благородные, перед плавкой обогащают. Наиболее широко используется флотационный метод, позволяющий получить концентрат с 15-20% Сu.

Богатую руду и концентрат вначале обжигают при 600-700 0 С для удаления избытка серы и образования оксидов железа, а затем переплавляют в отражательных печах при температуре 1250-1300 0 С. При переплавке получается еще не медь, а медный штейн, состоящий из сернистых соединений меди и железа. В нем содержится приблизительно 20-50% Сu; 20-40% Fe и 22-25% S. Затем расплавленный жидкий штейн заливают в конверторы и продувают воздухом (конвертируют) для окисления сульфидов меди и железа, перевода образующихся оксидов железа в шлак, а серы в SО₂ и получения черновой меди.

Черновая медь содержит 98,4-99,4% Сu и небольшое количество примесей. Ее разливают в металлические формы (изложницы) и получают слитки. Эта медь еще непригодна для технических целей, ее необходимо подвергнуть огневому или электролитическому рафинированию.

При огневом рафинировании через черновую медь в пламенных отражательных печах под давлением продувают воздух, кислород которого окисляет примеси. Этот метод применяют для получения меди не особенно высокой чистоты и в тех случаях, когда медные руды, из которых получена черновая медь, содержат ничтожно малое количество благородных металлов или не содержат совсем. При этом способе они не извлекаются, а полностью остаются в получающейся огневой меди. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99-99,5%. Из нее отливают чушки для выплавки сплавов меди (бронзы или латуни) или плиток для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примеси меди (99,95% Сu). Электролиз ведут в ваннах, покрытых изнутри винипластом или свинцом. Аноды делают из меди огневого рафинирования, а катоды – из листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор СuSO₄ (10-16%) и H2SO₄ (10-16%). При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди.

Примеси (мышьяк, сурьма, висмут и др.) осаждаются на дно ванны, их удаляют и перерабатывают для извлечения этих металлов. Катоды выгружают, промывают и переплавляют в электропечах. Электролитическая катодная медь содержит 99,999% Сu.

Торговые сорта меди

Химический состав технической меди установлен ГОСТ 859-2001, согласно которому промышленность производит 14 марок меди отличающихся друг от друга количеством примесей.

ГОСТ 859-2001 распространяется на медь, изготавливаемую в виде катодов, слитков и полуфабрикатов.

Медь марок М1р, М2р, М3р при суммарном содержании примесей одинаковом с медью марок М1, М2, М3, отличается от них тем, что они более полно раскислены – содержание кислорода в них снижено до 0,01%, вместо 0,05-0,08%. Кроме того, в них дополнительно содержится до 0,04% Р. Марка М0б кислорода не содержит, тогда как в марке М0 он может быть в количестве до 0,02%.

В зависимости от чистоты применение меди различно. Поскольку любая примесь в той или иной мере снижает электропроводность, то для изготовления проводников электрического тока применяют преимущественно наиболее чистую медь марок М00 и М0. Менее чистую медь применяют для разных целей, используя ее основные положительные свойства: высокую теплопроводность и коррозионную стойкость.

Наиболее широко применяемыми являются медные сплавы:

— латуни (сплавы меди с цинком);

— бронзы (сплавы с другими металлами, кроме цинка и никеля);

— мельхиоры (сплавы меди с никелем).

В каждой из этих групп содержатся сплавы разного химического состава, обладающие различными свойствами.

Латуни – сплавы меди с цинком, это самый распространенный сплав на основе меди.

Латуням присущи все положительные свойства меди (высокие электро и теплопроводность, коррозионная стойкость, пластичность) при более высокой прочности и лучших технологических свойствах. В отличие от меди, латуни имеют хорошие литейные свойства и неплохо обрабатываются резанием. Латуни являются хорошим конструкционным материалов для установок, работающих при отрицательных температурах. Немаловажен и тот факт, что латуни дешевле меди, т.к. цинк более дешевый материал по сравнению с медью.

В зависимости от числа компонентов, входящих в состав сплава, различают

• двухкомпонентные (простые) латуни, состоящие только из меди, цинка и неизбежных примесей,
• многокомпонентные (специальные) латуни, в которые дополнительно введены еще один или несколько легирующих элементов для придания тех или иных свойств.

Принцип маркировки простых латуней следующий: марка латуни составляется из буквы Л, указывающий тип сплава – латунь и двузначной цифры, характеризующей среднее содержание меди. Количество цинка не отражают в марке, т.к. его легко определить по разности от 100%.

Например, марка Л96 – латунь, содержащая 96% Сu и 4% Zn.

Этот сплав (томпак) широко используется для изготовления ювелирных изделий

Строение и свойства простых латуней зависит от содержания в них цинка. Латуни, содержащие менее 39% цинка имеют однофазную структуру твердого раствора цинка в меди; их называют a-латунями. Такие латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Латуни, содержащие 40-45% цинка, имеют двухфазную структуру (a+b); b-фаза представляет собой твердый раствор на основе химического соединения СuZn. Латуни, имеющие двухфазную структуру, обладают повышенной твердостью, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, но в холодном состоянии их пластичность невелика.

В практически применяемых латунях содержание цинка не превышает 45%. В пределах этого содержания цинк сильно изменяет свойства сплавов. Цинк повышает прочность и пластичность меди.

Максимальная пластичность в латуни, содержащей 30% цинка. Максимальная прочность в сплавах с 45% цинка.

Многокомпонентные (специальные) латуни, легированные одним или несколькими элементами, которые определяют название латуней: алюминиевые, никелевые, марганцевые, оловянные и др.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях являются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-разному влияют на свойства латуней.

Специальные латуни имеют лучшие механические и технологические свойства, более высокую коррозионную стойкость, чем простые медно-цинковые сплавы.

Примерный химический состав латуней можно определить из названия марки.

Марку этих латуней составляют следующим образом: первой, как и в простых латунях, ставится буква Л, вслед за ней – ряд букв, принятых для условного обозначения легирующих элементов, кроме цинка, входящих в эту латунь; затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах, а последующие – каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала тот, которого больше, а далее по нисходящей закономерности. Содержание цинка определяется по разности от 100%.

Например, марка ЛАЖМц 66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66% Сu, 6% Аl, 3% Fe и 2% Mu. Цинка в ней 100- (66+6+3+2) = 23%.

Многокомпонентные латуни делят на две группы, по способу изготовления изделий из них: обрабатываемые давлением и литейные.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8813 — | 7170 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

В недрах земли есть довольно большое количество различных минералов, которые могут применяться для выпуска различных материалов. Довольно большое распространение имеет медная руда – она используется для переработки и получения различных веществ, которые применимы в промышленности. Стоит учитывать, что в подобной руде, в составе которой имеется медь, могут присутствовать и другие минералы. Рекомендуется использовать земляную породу, в состав которой входит не меньше 0,5-1% металла.

Классификация

Осуществляется добыча просто огромного количества самых различных медных руд. Классификация проводится по их происхождению. Выделяют следующие группы медных руд:

1. Колчеданная получила довольно большое распространение. Порода представлена соединением железа и меди, имеет большое количество различных вкраплений и прожилок других примесей.
2. Стратиформная представлена сочетанием медных сланцев и песчаников. Подобного рода порода также получила большое распространение, так как представлена крупным месторождением. Основными характеристиками можно назвать простую пластовую форму, а также равномерное распределение всех полезных компонентов. За счет этого медная порода подобного типа наиболее востребована, так как позволяет обеспечить производительность на одном уровне.
3. Медно-никелевая. Эта руда характеризуется массивным вкраплением текстуры кобальта и золота, а также платиноидов. Месторождения находятся в жильной и пластовой форме.
4. Медно-порфировая или гидротермальная. Подобного рода месторождения медной руды имеют в своем составе большую концентрацию серебра и золота, селена и других химических веществ. Кроме этого, все полезные вещества находятся в более высокой концентрации, за счет чего порода востребована. Встречается она крайне редко.
5. Карбонатовая. В эту группу входит железомедная и карбонатитовая руда. Стоит учитывать, что эта порода была найдена только на территории ЮАР. Разрабатываемый рудник относится к массивным щелочным породам.
6. Скарновая – группа, которая характеризуется локальным расположением в самых различных породах. Характерными свойствами можно назвать небольшие размеры и сложную морфологию. Стоит учитывать, что в данном случае руда, содержащая медь, имеет высокую концентрацию. Однако, металл распределен неравномерно. Разрабатываемые породы имеют концентрацию меди около трех процентов.

Медь практически не встречается, к примеру, как золото, в виде массивных самородков. Наиболее крупным подобным образованием можно назвать месторождение в Северной Америке, масса которого составляет 420 тонн. При 250 видов меди только 20 из них получили широкое распространение в чистом виде, другие используются только в качестве легирующих элементов.

Месторождения медных руд

Медь считается наиболее распространенным металлом, который применяется в самых различных отраслях промышленности. Месторождения медной руды встречаются практически во всех странах. Примером можно назвать открытие месторождения в Аризоне и Неваде. Также добычей медной руды занимаются на Кубе, где распространены залежи оксида. В Перу проводят добычу хлоридных образований.

Рассматривая порфировые месторождения медной руды или распространение сульфидных месторождений, отметим, что на сегодняшний день обогащенных рудников уже практически нет. Это связано с тем, что подобный металл используется уже на протяжении многих лет. В промышленности проводится обработка породы, которая имеет концентрацию меди около 0,5%. После алюминия и железа, медь занимает третье место по объемам производства во всем мире.

Есть месторождения в России, которые позволяют добывать медную руду в достаточно большом объеме. Если рассматривать долю РФ в мировой добыче руды, то этот показатель составляет 9%. Лидирующее место занимает Чили, на территории которой сосредоточенно до 33% медной руды.

Самыми крупными месторождениями считаются следующие рудники:

1. В Чили месторождение Чукикамата. Этот рудник разрабатывается на протяжении последних 100 лет, за которые было добыто около 26 миллионов тонн металла.
2. Второй рудник находится в Чили. Открыт он был в 1990 году.

Кроме этого, были открыты месторождения на территории Бразилии и Перу, а также Казахстана. По некоторым расчетам в недрах земли находится еще более 400 миллионов тонн рассматриваемого металла.

Применение медной руды

Рассматриваемый природный ресурс получил весьма широкое распространение. Как ранее было отмечено, его добыча проводится на протяжении нескольких десятилетий. Руда меди может иметь в составе достаточно большое количество полезных элементов, к примеру, золото и серебро. Поэтому ее распространение достаточно обширно.

Внешний вид медной руды

Применение добытой медной смеси связано с получением различных металлов. Выделяют две основные технологи производства меди:

Второй метод предусматривает огневое рафинирование металла. За счет этого руда может обрабатываться практически в любом объеме. Кроме этого, воздействие огня позволяет выделять из породы практически все полезные вещества. Пирометаллургическая технология применяется для выделения меди из породы, которая имеет низкую степень обогащения металлом. Гидрометаллургический метод применяется исключительно для обработки окисленной и самородной породы, которые также имеют низкую концентрацию меди.

В заключение отметим, что медь сегодня включается практически во все сплавы. Ее добавление в качестве легирующего элемента позволяет изменить основные эксплуатационные качества.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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);

• 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:

• 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.