Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Мідь


Cu-Scheibe.JPG

План:


Введення

Мідь - елемент побічної підгрупи першої групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 29. Позначається символом Cu ( лат. Cuprum ). Проста речовина мідь ( CAS-номер : 7440-50-8) - це пластичний перехідний метал золотаво-рожевого кольору (рожевого кольору при відсутності оксидної плівки). C давніх пір широко застосовується людиною.


1. Історія та походження назви

Мідь - один з перших металів, широко освоєних людиною через порівняльної доступності для отримання з руди і малої температури плавлення. В давнину застосовувалася в основному у вигляді сплаву з оловом - бронзи для виготовлення зброї і т. п. (см бронзовий вік).

Латинська назва міді Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) походить від назви острова Кіпр, де вже в III тисячолітті до н. е.. існували мідні рудники і вироблялася виплавка міді.

У Страбона мідь іменується халкосом, від назви міста Халкіди на Евбее. Від цього слова відбулися багато давньогрецькі назви мідних і бронзових предметів, ковальського ремесла, ковальських виробів і лиття. Друге латинська назва міді Aes (санскр, ayas, готське aiz, герм. Erz, англ. Ore) означає руда або рудник. Прихильники индогерманского теорії походження європейських мов виробляють російське слово мідь (пол. miedz, чеськ. Med) від старонімецького smida (метал) і Schmied (коваль, англ. Smith). Звичайно, спорідненість коренів в даному разі безсумнівно, однак, обидва ці слова зроблено від грец. рудник, шахта незалежно один від одного. Від цього слова відбулися і родинні назви - медаль, медальйон (франц. medaille). Слова мідь і мідний зустрічаються в найдавніших російських літературних пам'ятках. Алхіміки називали мідь венера (Venus). У давніші часи зустрічається назва марс (Mars).


2. Знаходження в природі

Самородна мідь

Мідь зустрічається в природі як в з'єднаннях, так і в самородному вигляді. Промислове значення мають халькопірит CuFeS 2, також відомий як мідний колчедан, халькозін Cu 2 S і борніт Cu 5 FeS 4. Разом з ними зустрічаються і інші мінерали міді: ковеллін CuS, Купрій Cu 2 O, азурит Cu 3 (CO 3) 2 (OH) 2, малахіт Cu 2 CO 3 (OH) 2. Іноді мідь зустрічається в самородному вигляді, маса окремих скупчень може досягати 400 тонн [2]. Сульфіди міді утворюються в основному в середньотемпературних гідротермальних жилах. Також нерідко зустрічаються родовища міді в осадових породах - мідисті пісковики і сланці. Найбільш відомі з родовищ такого типу - Удокан в Читинської області, Джезказган в Казахстані, меденосний пояс Центральної Африки і Мансфельд в Німеччині. Інші найбагатші родовища міді знаходяться в Чилі (Ескондідо і Кольяусі) і США (Моренсі) [3].

Велика частина мідної руди добувається відкритим способом. Зміст міді в руді становить від 0,3 до 1,0%.


3. Фізичні властивості

Мідь - золотисто-рожевий пластичний метал, на повітрі швидко покривається оксидною плівкою, яка надає їй характерний інтенсивний жовтувато-червоний відтінок. Тонкі плівки міді на просвіт мають зеленувато-блакитний колір.

Мідь утворює кубічну гранецентрованої грати, просторова група F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Мідь має високу тепло- [4] і електропровідністю (займає друге місце по електропровідності після срібла, провідність при 20 C 55,5-58 ЧСЧ / м [5]). Має два стабільні ізотопу - 63 Cu і 65 Cu, і кілька радіоактивних ізотопів. Самий довгоживучий з них, 64 Cu, має період напіврозпаду 12,7 ч і два варіанти розпаду з різними продуктами.

Існує ряд сплавів міді: латуні - з цинком, бронзи - з оловом і іншими елементами, мельхіор - з нікелем, бабіти - зі свинцем і інші.


4. Хімічні властивості

Не змінюється на повітрі під час відсутності вологи і діоксиду вуглецю. Є слабким восстановителем, не реагує з водою, розбавленою соляною кислотою. Переводиться в розчин кислотами-неокислителях або гідратом аміаку в присутності кисню, ціанідом калію. Окислюється концентрованими сірчаної та азотної кислотами, "Царською горілкою", киснем, галогенами, халькогенами, оксидами неметалів. Реагує при нагріванні з галогеноводородами.

На вологому повітрі мідь окислюється, утворюючи основний карбонат міді (II) :

~ \ Mathrm {2Cu + H_2O + CO_2 + O_2 \ longrightarrow \ Cu_2CO_3 (OH) _2 \ downarrow}

Реагує з концентрованою холодної сірчаною кислотою:

~ \ Mathrm {Cu + H_2SO_4 \ longrightarrow \ CuO + SO_2 \ uparrow \ + H_2O}

З концентрованої гарячої сірчаною кислотою:

~ \ Mathrm {Cu + 2H_2SO_4 \ longrightarrow \ CuSO_4 + SO_2 \ uparrow \ + 2H_2O}

З безводній сірчаної кислотою при 200 C:

~ \ Mathrm {2Cu + 2H_2SO_4 \ \ xrightarrow {200 ^ oC} \ Cu_2SO_4 \ downarrow + SO_2 \ uparrow \ + 2H_2O}

C розведеною сірчаної кислотою при нагріванні в присутності кисню повітря:

~ \ Mathrm {2Cu + 2H_2SO_4 + O_2 \ xrightarrow {t ^ \ circ} \ 2CuSO_4 + 2H_2O}

Реагує з концентрованою азотною кислотою:

~ \ Mathrm {Cu + 4HNO_3 \ longrightarrow \ Cu (NO_3) _2 + 2NO_2 \ uparrow + 2H_2O}

З розведеною азотною кислотою:

~ \ Mathrm {3Cu + 8HNO_3 \ longrightarrow \ 3Cu (NO_3) _2 + 2NO \ uparrow + 4H_2O}

З царської горілкою:

~ \ Mathrm {3Cu + 2HNO_3 + 6HCl \ longrightarrow \ 3CuCl_2 + 2NO \ uparrow + 4H_2O}

C розведеною хлороводородной кислотою в присутності кисню:

~ \ Mathrm {2Cu + 4HCl + O_2 \ longrightarrow \ 2CuCl_2 + 2H_2O}

З газоподібним хлороводородом при 500-600 C:

~ \ Mathrm {2Cu + 4HCl + O_2 \ \ xrightarrow {500-600 ^ oC} \ 2CuCl_2 + 2H_2O}

З бромоводород:

~ \ Mathrm {2Cu + 4HBr \ longrightarrow \ 2H [CuBr_2] + H_2 \ uparrow}

Також мідь реагує з концентрованою оцтовою кислотою в присутності кисню:

~ \ Mathrm {2Cu + 4CH_3COOH + O_2 \ longrightarrow \ [Cu_2 (H_2O) _2 (CH_3COO) _4]}

Мідь розчиняється в концентрованому гідроксиді амонію, з утворенням аммиакатов :

~ \ Mathrm {Cu \ xrightarrow {NH_3 \ cdot H_2O, O_2} \ [Cu (NH_3) _2] OH \ rightleftarrows \ [Cu (NH_3) _4] (OH) _2}

Окислюється до оксиду міді (I) при нестачі кисню і 200 C і до оксиду міді (II), при надлишку кисню і температурах порядку 400-500 C:

~ \ Mathrm {4Cu + O_2 \ \ xrightarrow {200 ^ oC} \ 2Cu_2O}
~ \ Mathrm {2Cu + O_2 \ \ xrightarrow {400-500 ^ oC} \ 2CuO}

Мідний порошок реагує з хлором, сірої (у рідкому сероуглероде) і бромом (в ефірі), при кімнатній температурі:

~ \ Mathrm {Cu + Cl_2 \ longrightarrow \ CuCl_2}
~ \ Mathrm {Cu + Br_2 \ longrightarrow \ CuBr_2}
~ \ Mathrm {Cu + S \ \ xrightarrow {CS_2} \ CuS}

При 300-400 C реагує із сіркою і селеном :

~ \ Mathrm {2Cu + S \ \ xrightarrow {300-400 ^ oC} \ Cu_2S}
~ \ Mathrm {2Cu + Se \ \ xrightarrow {300-400 ^ oC} \ Cu_2Se}

C оксидами неметалів:

~ \ Mathrm {4Cu + SO_2 \ \ xrightarrow {600-800 ^ oC} \ Cu_2S + 2CuO}
~ \ Mathrm {4Cu + 2NO \ \ xrightarrow {500-600 ^ oC} \ 2CuO + N_2 \ uparrow}
~ \ Mathrm {4Cu + 2NO_2 \ \ xrightarrow {500-600 ^ oC} \ 4CuO + N_2 \ uparrow}
~ \ Mathrm {Cu + 2N_2O_4 \ \ xrightarrow {80 ^ oC, CH_3-COO-CH_2-CH_3} \ Cu (NO_3) _2 + 2NO \ uparrow}

Мідь реагує з ціанідом калію з утворенням діціанокупрата (I) калію, луги і водню :

~ \ Mathrm {2Cu + 4KCN + 2 H_2O \ longrightarrow \ 2K [Cu (CN) _2] + 2KOH + H_2 \ uparrow}

З концентрованою соляною кислотою і хлоратом калію :

~ \ Mathrm {6Cu + 12HCl + KClO_3 \ longrightarrow \ 6H [CuCl_2] + 2KCl + 3H_2O}

4.1. З'єднання

У з'єднаннях мідь буває двох ступенів окислення: менш стабільну ступінь Cu + і набагато більш стабільну Cu 2 +, яка дає солі синього і синьо-зеленого кольору. У незвичайних умовах можна отримати з'єднання із ступенем окислення +3 і навіть +5. Остання зустрічається в солях купраборанового аніона Cu (B 11 H 11) 2 3 -, отриманих в 1994 році.

Карбонат міді (II) має зелене забарвлення, що є причиною позеленіння елементів будівель, пам'ятників і виробів з міді. Сульфат міді (II) при гідратації дає сині кристали мідного купоросу CuSO 4 ∙ 5H 2 O, використовується як фунгіцид. Також існує нестабільний сульфат міді (I) Існує два стабільні оксиду міді - оксид міді (I) Cu 2 O та оксид міді (II) CuO. Оксиди міді використовуються для отримання оксиду ітрію барію міді (YBa 2 Cu 3 O 7-δ), який є основою для отримання надпровідників. Хлорид міді (I) - безбарвні кристали (у масі білий порошок) щільністю 4,11 г / см . У сухому стані стійкий. У присутності вологи легко окислюється киснем повітря, набуваючи синьо-зелене забарвлення. Може бути синтезований відновленням хлориду міді (II) сульфитом натрію у водному розчині.


4.2. Сполуки міді (I)

Багато сполуки міді (I) мають біле забарвлення або безбарвні. Це пояснюється тим, що в іоні міді (I) всі п'ять Зd-орбіталей заповнені парами електронів. Проте оксид Cu 2 O має червонувато-коричневого забарвлення. Іони міді (I) у водному розчині нестійкі і легко піддаються диспропорционирование:

2Cu + (водн.) → Cu 2 + (водн.) + Cu (тв.)

У той же час мідь (I) зустрічається у формі сполук, які не розчиняються у воді, або в складі комплексів. Наприклад, діхлорокупрат (I)-іон [CuCl 2] - стійкий. Його можна отримати, додаючи концентровану соляну кислоту до хлориду міді (I):

CuCl (тв.) + Cl - (водн.) → [CuCl 2] - (водн.)

Хлорид міді (I) - біле нерозчинна тверда речовина. Як і інші галогеніди міді (I), він має ковалентний характер і більш стійкий, ніж галогенід міді (II). Хлорид міді (I) можна отримати при сильному нагріванні хлориду міді (II):

2CuCl 2 (тв.) → 2CuCl (тв.) + Cl 2 (р.)

Іони міді забарвлюють полум'я в зелений колір

Утворює нестійкий комплекс з CO

CuCl + CO → Cu (CO) Cl розкладається при нагріванні

Інший спосіб його одержання полягає в кип'ятінні суміші хлориду міді (II) з міддю в концентрованій соляній кислоті. У цьому випадку спочатку утворюється проміжне з'єднання - комплексний діхлорокупрат (I)-іон [CuCl 2] -. При виливанні розчину, що містить цей іон, у воду відбувається осадження хлориду міді (I). Хлорид міді (I) реагує з концентрованим розчином аміаку, утворюючи комплекс діаммінмеді (I) [Cu (NH 3) 2] +. Цей комплекс не має забарвлення у відсутність кисню, але в результаті реакції з киснем перетворюється на синє з'єднання.


4.3. Сполуки міді (II)

Ступінь окислення II - найбільш стабільна ступінь окислення міді. Солі міді (II) утворюються при розчиненні міді в кислотах-окислювачах (азотної, конц. Сірчаної). Більшість солей в цьому ступені окислення мають синю або зелену забарвлення.

Сполуки міді (II) мають слабкими окисними властивостями, що використовується в аналізі (напр., використання реактиву Фелінга).

4.4. Сполуки міді (III) та міді (IV)

Ступені окислення III і IV є малостійкими ступенями окислення і представлені тільки сполуками з киснем, фтором або у вигляді комплексів.

4.5. Аналітична хімія міді

  • Традиційно кількісне виділення міді з слабокислих розчинів проводилося за допомогою сірководню.
  • У розчинах, при відсутності заважають іонів мідь може бути визначена комплексонометріческі або потенціометрично, іонометріческі.
  • Мікрокількості міді в розчинах визначають кінетичними методами.

5. Застосування

5.1. У електротехніці

Через низький питомого опору (поступається лише сріблу, питомий опір при 20 C 0,01724-0,0180 мкОм м [5]), мідь широко застосовується в електротехніці для виготовлення силових кабелів, проводів або інших провідників, наприклад, при друкованому монтажі. Мідні дроти, в свою чергу, також використовуються в обмотках енергозберігаючих електроприводів (побут: електродвигунах) і силових трансформаторів. Для цих цілей метал повинен бути дуже чистий: домішки різко знижують електричну провідність. Наприклад, присутність у міді 0,02% алюмінію знижує її електричну провідність майже на 10% [6].


5.2. Теплообмін

Інше корисне якість міді - висока теплопровідність. Це дозволяє застосовувати її в різних теплоотводность пристроях, теплообмінниках, до числа яких відносяться і широко відомі радіатори охолодження, кондиціонування та опалення.

5.3. Для виробництва труб

У зв'язку з високою механічною міцністю, але одночасно придатністю для механічної обробки, мідні безшовні труби круглого перерізу отримали широке застосування для транспортування рідин і газів: у внутрішніх системах водопостачання, опалення, газопостачання, системах кондиціонування і холодильних агрегатах. У ряді країн труби з міді є основним матеріалом, застосовуваним для цих цілей: у Франції, Великобританії та Австралії для газопостачання будівель, у Великобританії, США, Швеції та Гонконзі для водопостачання, у Великобританії та Швеції для опалення.

У Росії виробництво водогазопровідних труб з міді нормується національним стандартом ГОСТ Р 52318-2005 [7], а застосування в цій якості федеральним Зводом Правил СП 40-108-2004. Крім того, трубопроводи з міді і сплавів міді широко використовуються в суднобудуванні та енергетиці для транспортування рідин і пари.


5.4. Сплави

5.4.1. Сплави на основі міді

У різноманітних галузях техніки широко використовуються сплави з використанням міді, самими широко поширеними з яких є згадувані вище бронза і латунь. Обидва сплаву є загальними назвами для цілого сімейства матеріалів, у яких крім олова і цинку можуть входити нікель, вісмут та інші метали. Наприклад, до складу так званого гарматного металу, який у XVI-XVIII ст. дійсно використовувався для виготовлення артилерійських знарядь, входять всі три основних металу - мідь, олово, цинк; рецептура мінялася від часу і місця виготовлення знаряддя. У наш час знаходить застосування у військовій справі в кумулятивних боєприпасах завдяки високій пластичності, велика кількість латуні йде на виготовлення збройових гільз.

Для деталей машин використовують сплави міді з цинком, оловом, алюмінієм, кремнієм та ін (а не чисту мідь) через їх більшої міцності: 30-40 кгс / мм у сплавів і 25-29 кгс / мм у технічно чистої міді. Мідні сплави (крім берилієвої бронзи і деяких алюмінієвих бронз) не приймають термічної обробки, та їх механічні властивості і зносостійкість визначаються хімічним складом і його впливом на структуру. Модуль пружності мідних сплавів (900-12000 кгс / мм нижче, ніж у сталі). Основна перевага мідних сплавів - низький коефіцієнт тертя (що робить особливо раціональним застосуванням їх в парах ковзання), що поєднується для багатьох сплавів з високою пластичністю і хорошою стійкістю проти корозії в ряді агресивних середовищ і хорошою електропровідністю. Величина коефіцієнта тертя практично однакова у всіх мідних сплавів, тоді як механічні властивості і зносостійкість, а також поведінка в умовах корозії залежать від складу сплавів, а отже, від структури. Міцність вище у двофазних сплавів, а пластичність у однофазних. Міднонікелевих сплави використовуються для карбування розмінної монети .

Міднонікелевих сплави, в тому числі і так званий "адміралтейський" сплав, широко використовуються в суднобудуванні і областях застосування, пов'язаних з можливістю агресивного впливу морської води через зразковою корозійної стійкості.

Мідь є важливим компонентом твердих припоїв - сплавів з температурою плавлення 590-880 градусів Цельсія, що володіють хорошою адгезією до більшості металів, і застосовуються для міцного з'єднання різноманітних металевих деталей, особливо, з різнорідних металів, від трубопровідної арматури до рідинних ракетних двигунів


5.4.2. Сплави, в яких мідь значима

Дюраль (дюралюміній) визначають, як сплав алюмінію і міді (міді в Дюран 4,4%).

5.4.3. Ювелірні сплави

У ювелірній справі часто використовуються сплави міді з золотом для збільшення міцності виробів до деформацій і стирання, так як чисте золото дуже м'який метал і нестійкий до цих механічних впливів.

5.5. Сполуки міді

Оксиди міді використовуються для отримання оксиду ітрію барію міді YBa 2 Cu 3 O 7-δ, який є основою для отримання високотемпературних надпровідників. Мідь застосовується для виробництва мідно-окисних гальванічних елементів, і батарей.

5.6. Інші сфери застосування

Мідь - самий широко вживається каталізатор полімеризації ацетилену. Через це трубопроводи з міді для транспортування ацетилену можна застосовувати тільки при вмісті міді в сплаві матеріалу труб не більше 64%.

Широко застосовується мідь в архітектурі. Покрівлі та фасади з тонкої листової міді через автозатуханія процесу корозії мідного листа служать безаварійно по 100-150 років. У Росії використання мідного листа для покрівель та фасадів нормується федеральним Зводом Правил СП 31-116-2006 [8].

Прогнозованим новим масовим застосуванням міді обіцяє стати її застосування як бактерицидних поверхонь в лікувальних установах для зниження внутрішньолікарняного бактеріопереноса: дверей, ручок, водозапорної арматури, перил, поручнів ліжок, стільниць - всіх поверхонь, до яких торкається рука людини.



6. Вартість

На 2011 рік вартість міді становить близько $ 8900 за тонну [9].

7. Біологічна роль

Продукти, багаті міддю.
Метаболізм міді у людини. Надходження в ентероціт за допомогою транспортера CMT1, перенесення за допомогою ATOX1 в мережу транс-Гольджі, при зростанні концентрації - вивільнення за допомогою АТФ-ази ATP7A в ворітну вену. Надходження в гепатоцит, де ATP7B навантажує іонами міді білок церулоплазмін, а надлишок виводить у жовч.

Мідь є необхідним елементом для всіх вищих рослин і тварин. У струмі крові мідь переноситься головним чином білком церулоплазміном. Після засвоєння міді кишечником вона транспортується до печінки за допомогою альбуміну. Мідь зустрічається у великій кількості ферментів, наприклад, в цитохром-с-оксидази, в що містить мідь і цинк ферменті супероксид дисмутази, і в переносящим кисень білку гемоцианин. У крові більшості молюсків і членистоногих мідь використовується замість заліза для транспорту кисню.

Передбачається, що мідь і цинк конкурують один з одним у процесі засвоєння в травному тракті, тому надлишок одного з цих елементів в їжі може викликати недолік іншого запису. Здоровій дорослій людині необхідно надходження міді в кількості 0,9 мг на день.


7.1. Токсичність

Деякі сполуки міді можуть бути токсичні при перевищенні ГДК в їжі і воді. Зміст міді в питній воді не повинен перевищувати 2 мг / л (середня величина за період з 14 доби), однак недолік міді в питній воді також небажаний. Всесвітня Організація Охорони Здоров'я (ВООЗ) сформулювала в 1998 році це правило так: "Ризики для здоров'я людини від нестачі міді в організмі багаторазово вище, ніж ризики від її надлишку".

У 2003 році в результаті інтенсивних досліджень ВООЗ переглянула попередні оцінки токсичності міді. Було визнано, що мідь не є причиною розладів травного тракту [10].

Існували побоювання, що Гепатоцеребральная дистрофія (хвороба Вільсона - Коновалова) супроводжується накопиченням міді в організмі, так як вона не виділяється печінкою в жовч. Ця хвороба викликає пошкодження мозку і печінки. Однак причинно-наслідковий зв'язок між виникненням захворювання і прийомом міді всередину підтвердження не знайшла [10]. Встановлено лише підвищена чутливість осіб, щодо яких діагностовано це захворювання до підвищеного вмісту міді в їжі і воді.


7.2. Бактерицидность

Бактерицидні властивості міді і її сплавів були відомі людині давно. У 2008 році після тривалих досліджень Федеральне Агентство з Охорони Навколишнього Середовища США (US EPA) офіційно присвоїло міді і декільком сплавів міді статус речовин з бактерицидною поверхнею [11] (агентство підкреслює, що використання міді в якості бактерицидного речовини може доповнювати, але не повинно замінювати стандартну практику інфекційного контролю). Особливо виражене бактерицидну дію поверхонь з міді (і її сплавів) проявляється у ставленні метицилін -стійкого штаму стафілокока золотистого, відомого як "супермікроб" MRSA [12]. Влітку 2009 була встановлена ​​роль міді та сплавів міді в инактивирование вірусу грипу A / H1N1 (т. зв. " свинячий грип ") [13].


7.3. Органолептичні властивості

Іони міді надають надлишку міді у воді виразний " металевий смак ". У різних людей поріг органолептичного визначення міді у воді становить приблизно 2-10 мг / л. Природна здатність до такого визначення підвищеного вмісту міді у воді є природним механізмом захисту від прийому всередину води з зайвим вмістом міді.

8. Виробництво, видобуток і запаси міді

Світовий видобуток міді в 2000 році становила близько 15 млн т., a в 2004 році - близько 14 млн т [14] [15]. Світові запаси в 2000 році становили, за оцінкою експертів, 954 млн т., з них 687 млн т. підтверджені запаси [14], на частку Росії припадало 3,2% загальних і 3,1% підтверджених світових запасів [14]. Таким чином, при нинішніх темпах споживання запасів міді вистачить приблизно на 60 років.

Виробництво рафінованої міді в Росії в 2006 році склало 881,2 тис. тонн, споживання - 591,4 тис. тонн [16]. Основними виробниками міді в Росії були:

Компанія тис. тонн %
Норільський нікель 425 45%
Уралелектромедь 351 37%
Російська мідна компанія 166 18%

До зазначених виробникам міді в Росії в 2009 році приєднався Холдинг " Металлоинвест ", який викупив права на розробку нового родовища міді "Удоканського" [17]. Світове виробництво міді в 2007 році становило [18] 15400000 т, а в 2008 році - 15,7 млн т. Лідерами виробництва були:

  1. Чилі Чилі (5,560 млн т в 2007 р. і 5,600 млн т в 2008 р.),
  2. Сполучені Штати Америки США (1,170 / 1,310),
  3. Перу Перу (1,190 / 1,220),
  4. Китай Китай (0,946 / 1,000),
  5. Австралія Австралія (0,870 / 0,850),
  6. Росія Росія (0,740 / 0,750),
  7. Індонезія Індонезія (0,797 / 0,650),
  8. Канада Канада (0,589 / 0,590),
  9. Замбія Замбія (0,520 / 0,560),
  10. Казахстан Казахстан (0,407 / 0,460),
  11. Польща Польща (0,452 / 0,430),
  12. Мексика Мексика (0,347 / 0,270).

Дивимося також більш повний список країн з виробництва міді.

За обсягом світового виробництва і споживання мідь займає третє місце після заліза і алюмінію.

Розвідані світові запаси міді на кінець 2008 року становлять 1 млрд т, з них підтверджені - 550 млн т. Причому, оціночно, вважається що глобальні світові запаси на суші складають 3 млрд т, а глибоководні ресурси оцінюються в 700 млн т.


8.1. Способи видобутку

Цей метал зустрічається в природі в самородному вигляді частіше, ніж золото, срібло і залізо. Сплав міді з оловом ( бронзу) отримали вперше за 3000 років до н. е.. на Близькому Сході. Бронза приваблювала людей міцністю і хорошою ковкість, що робило її придатною для виготовлення знарядь праці і полювання, посуду, прикрас. Всі ці предмети знаходять в археологічних розкопках.

Спочатку мідь добували з малахітової руди, а не з сульфідної, оскільки вона не вимагає попереднього випалу. Для цього суміш руди і вугілля поміщали в глиняний посуд, посудина ставили в невелику яму, а суміш підпалювали. Вирізняється чадний газ відновлював малахіт до вільної міді:

2CO + (CuOH) 2 CO 3 \ Mathrm {\ xrightarrow {\ Delta}} 3CO 2 + 2Cu + H 2 O.

Здобич міді називають [ хто? ] прабабусею металургії. Її видобуток і виплавка були налагоджені ще в Давньому Єгипті, за часів фараона Рамзеса II (1300-1200 рр.. до н. е..). Стародавні єгиптяни нагнітали повітря в плавильні печі за допомогою міхів, а деревне вугілля отримували з акації та фінікової пальми. Вони виплавили близько 100 т чистої міді.

На території Росії і суміжних країн мідні рудники з'явилися за два тисячоліття до н. е.. Залишки їх знаходять на Уралі, в Закавказзі, на Україні, в Сибіру, ​​на Алтаї.

У XIII-XIV ст. освоїли промислову виплавку міді. У Москві в XV ст. був заснований Гарматний двір, де відливали з бронзи знаряддя різних калібрів.

Зараз відомо більше 170 мінералів, що містять мідь, але з них тільки 14-15 мають промислове значення. Це - халькопірит (він же мідний колчедан), малахіт, зустрічається і самородна мідь. У мідних рудах часто в якості домішок зустрічаються молібден, нікель, свинець, кобальт, рідше - золото, срібло. Зазвичай мідні руди збагачуються на фабриках, перш ніж надходять на міделиварний комбінати. Багаті міддю Казахстан, США, Чилі, Канада, африканські країни - Заїр, Замбія, Південно-Африканська республіка. Ескондідо - найбільший у світі кар'єр, в якому видобувають мідну руду. Розташований в Чилі.


8.2. Сучасні способи видобутку

90% первинної міді отримують пірометалургійних способом, 10% - гидрометаллургическим. Гідрометалургійний спосіб - це отримання міді шляхом її вилуговування слабким розчином сірчаної кислоти і наступного виділення металевої міді з розчину. Пірометалургійних спосіб складається з декількох етапів: збагачення, випалу, плавки на штейн, продувки в конвертері, рафінування.

Для збагачення мідних руд використовується метод флотації (заснований на використанні різної змочуваності медьсодержащих частинок і порожньої породи), який дозволяє отримувати мідний концентрат, який містить від 10 до 35% міді.

Мідні руди та концентрати з великим вмістом сірки зазнають окислювального випалу. В процесі нагрівання концентрату або руди до 700-800 C у присутності кисню повітря, сульфіди окислюються і вміст сірки знижується майже вдвічі від первісного. Обпалюють тільки бідні (з вмістом міді від 8 до 25%) концентрати, а багаті (від 25 до 35% міді) плавлять без випалу.

Після випалу руда і мідний концентрат піддаються плавці на штейн, що представляє собою сплав, який містить сульфіди міді та заліза. Штейн містить від 30 до 50% міді, 20-40% заліза, 22-25% сірки, крім того, штейн містить домішки нікелю, цинку, свинцю, золота, срібла. Найчастіше плавка проводиться в полум'яних відбивних печах. Температура в зоні плавки 1450 C.

З метою окислення сульфідів і заліза, отриманий мідний штейн піддають продувці стисненим повітрям у горизонтальних конвертерах з боковим дуттям. Утворені окисли переводять в шлак. Температура в конвертері становить 1200-1300 C. Цікаво, що тепло в конвертері виділяється за рахунок протікання хімічних реакцій, без подачі палива. Таким чином, в конвертері отримують чорнову мідь, що містить 98,4 - 99,4% міді, 0,01 - 0,04% заліза, 0,02 - 0,1% сірки і невелика кількість нікелю, олова, сурми, срібла, золота. Цю мідь зливають в ківш і розливають в сталеві виливниці або на розливної машини.

Далі, для видалення шкідливих домішок, чорнову мідь рафінують (проводять вогневе, а потім електролітичне рафінування). Сутність вогневого рафінування чорнової міді полягає в окисленні домішок, видаленні їх з газами та переказ в шлак. Після вогневого рафінування отримують мідь чистотою 99,0 - 99,7%. Її розливають у виливниці і отримують чушки для подальшої виплавки сплавів (бронзи і латуні) або злитки для електролітичного рафінування.

Електролітичне рафінування проводять для отримання чистої міді (99,95%). Електроліз проводять в ваннах, де анод - з міді вогневого рафінування, а катод - з тонких листів чистої міді. Електролітом служить водний розчин. При пропущенні постійного струму анод розчиняється, мідь переходить в розчин, і, очищена від домішок, осідає на катодах. Домішки осідають на дно ванни у вигляді шлаку, який йде на переробку з метою вилучення цінних металів. Катоди вивантажують через 5-12 днів, коли їх маса досягне від 60 до 90 кг. Їх ретельно промивають, а потім переплавляють в електропечах [19].


8.2.1. Вплив на екологію

При відкритому способі видобутку після її припинення кар'єр стає джерелом токсичних речовин. Саме токсична озеро у світі - Берклі Піт - утворилося в кратері мідного рудника.

9. Цікаві факти

  • Індіанці культури Чонос ( Еквадор) ще в XV - XVI століттях виплавляли мідь із вмістом 99,5% і вживали її як монети у вигляді сокирок 2 мм по сторонам і 0,5 мм завтовшки. Дана монета ходила по всьому західному узбережжю Південної Америки, в тому числі і в державі Інків [20].
  • У Японії мідним трубопроводах для газу в будинках присвоєно статус "сейсмостійких".
  • Інструменти, виготовлені з міді та її сплавів не створюють іскор, а тому застосовуються там, де існують особливі вимоги безпеки (вогненебезпечні, вибухонебезпечні виробництва).
  • В організмі дорослої людини міститься до 80 мг міді.
  • Польські вчені встановили, що в тих водоймах, де присутня мідь, коропи відрізняються великими габаритами. У ставках чи озерах, де міді немає, швидко розвивається грибок, який вражає коропів [21].

Примітки

  1. Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т. - Київ: Радянська енциклопедія, 1992. - Т. 3. - С. 7. - 639 с. - 50 000 прим . - ISBN 5-85270-039-8.
  2. Мідь самородна в БСЕ - slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00046/67000.htm
  3. Найбільші мономінеральних родовища (рудні райони, басейни) - uralgold.ru / very_big_f.html
  4. при 20 С 394,279 Вт / (м К), тобто 0,941 кал / (см сек С)
  5. 1 2 Електротехнічний довідник. Т. 1. / Упорядник І. І. Алієв. - М.: ИП РадіоСофт, 2006. - C. 246. - ISBN 5-93037-157-1
  6. Застосування міді - www.magin.ru / primen.html
  7. ГОСТ Р 52318-2005 Труби мідні круглого перерізу для води і газу. Технічні умови - protect.gost.ru / document.aspx? control = 7 & baseC = 6 & page = 0 & month = 6 & year = 2008 & search = 52318 & id = 129454
  8. СП 31-116-2006 Проектування і пристрій покрівель з листової міді - dwg.ru/dnl/3215
  9. Ціна міді - coppertubeus.blogspot.com /
  10. 1 2 CHEMICAL FACT SHEETS - www.who.int / water_sanitation_health / dwq / chemicals / coppersum.pdf (Англ.) . Фотогалерея - www.webcitation.org/617v1x1ji з першоджерела 22 серпня 2011.
  11. US EPA - www.epa.gov / pesticides / factsheets / copper-alloy-products.htm
  12. У США спостерігається спалах інфекції MRSA за межами госпіталів - www.rol.ru/news/med/news/03/03/07_017.htm
  13. British Scientist Shares Expertise on Swine Flu Control in Beijing - www.copperinfo.co.uk/news/press-releases/pr762-british-scientist-copper-swine-flu.pdf
  14. 1 2 3 Виробництво міді - www.ecsocman.edu.ru/db/msg/142462.html
  15. У 2005 р. світовий видобуток міді збільшиться на 8% до 15,7 млн т. - Новини металургії - www.metalinfo.ru/ru/news/12150
  16. Стратегія розвитку металургійної промисловості Російської Федерації на період до 2020 року - www.minprom.gov.ru/activity/metal/strateg/2. Мінпроменерго РФ (18 березня 2009). Фотогалерея - www.webcitation.org/617v2N5p7 з першоджерела 22 серпня 2011.
  17. Металлонвест сплатив ліцензію за Удокан - www.metalinfo.ru/ru/news/34394
  18. MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2009 - minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2009/mcs2009.pdf
  19. Отримання міді - melita.com.ua / spravochnik_med.html
  20. Espinoza Soriano, Waldemar. Etnohistoria ecuatoriana: estudios y documentos. - Quito: Abya-Yala, 1988. - P. 135.
  21. Цікаві факти про мідь і мідних трубах - www.stelmarket.ru/teh_inf/26.htm

Література


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru