Что такое медь − ее характеристики, применение и свойства

Каждый человек имел дело с медью, а точнее с изделиями, которые содержат медь или же её сплавы. Этот металл настолько востребован во многих сферах человеческой жизни, что количества производимой меди попросту не хватает, чтобы полностью удовлетворить спрос на нее. Поэтому ныне популярна тема переработки изделий, содержащих данный металл. В данной статье речь пойдет о том, какие же сферы и области применения меди и его сплавов существуют на сегодняшний день. И поверьте, их огромное множество.

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.

Где искать?

Чтобы не терять время на поиски, нужно заранее знать, где добыть металл. К таким местам можно отнести:

Поля. На них часто можно встретить сломанную технику.
Заброшенные предприятия, где зачастую находится много алюминия и меди.
Базы по ремонту автомобилей. Найти такое заброшенное место дорогого стоит. Где как не тут искать металлолом. Удобство заключается в том, что все сломанные детали складывают в одно место и порой, всего лишь один болт может вытянуть на килограмм.
Свалка. Данное место подойдет для тех, кто является новичком и не знает где осуществлять поиск меди, для сдачи. Именно тут можно легко научиться различать виды металлов, чтобы не сдавать в дальнейшем их по одной цене.
Заброшенный полигон. В таких местах можно с легкостью находить гильзы, мишени и муляжи техники.

Если для поиска выбирается поле, то лучше всего искать металлом весной, чтобы не столкнуться с работниками и не создавать друг другу проблем.

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 2022 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 2022 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%.

Как правильно собирать цветной лом

Почти все металлоискатели процесс сдачи лома ставят на поток. Для осуществления этого процесса нужно по максимуму оптимизировать свою деятельность. Для этого потребуется:

Определиться с системой сбора приборов, которые непригодны для дальнейшего использования.
Позаботиться о доставке собранного металлолома к пункту разборки. Для этого необходим транспортное средство, на котором будет осуществляться транспортировка. Заранее позаботиться о месте, в котором будет находиться весь лом металлов, ведь его будет достаточно много.
Разработать процесс разборки. Для этого нужно приобрести специальный инструмент, чтобы отделять металл от других материалов и приступить к сортировке.
Наладить быструю перевозку металла в пункты приема.

Следует также знать, что цены на цветной лом варьируются от времени года. Так как зимний период сложен для добывания металла, то цену дают больше, чем летом. Поэтому будет целесообразнее придержать имеющийся материал до «лучших» времен.

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.

Оснащение для поиска

Не нарушая действующее законодательство, взять медь можно только на бесхозных объектах. Подобные места нередко размещены за чертой населенных пунктов, поэтому в первую очередь потребуется транспортное средство для поездки на объект и перевозки найденного к месту сдачи. Следует отметить, что медь относится к материалам большой плотности, поэтому обладает большим весом. В багажник легковой машины возможно загрузить несколько сотен килограммов ценного лома.

В значительной степени облегчит поиск металлоискатель. Для обнаружения цветного металла под землей не потребуется дорогой прибор, необходимый сигнал способны обеспечить и бюджетные модели.

В перечень обязательного для работы инструмента следует включить следующее:

лопату;
режущий инструмент (ножовка, болгарка или газовый резак);
кусачки.

Такое снаряжение позволит достать медь из различных промышленных машин, а также устройств и приборов, применяемых в быту.

Поставив целью поездок поиск лома цветных металлов, разумно приобрести спектрометр (анализатор), позволяющий быстро определить принадлежность цветного металла или состав сплава. Особенно пригодится прибор при ограниченной вместительности транспортного средства. Недостатком прибора является его высокая стоимость.

В качестве дополнительного оснащения захватите:

мешки;
перчатки;
аптечку.

Не исключено, что для доставки добычи к автомобилю понадобится тележка.

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.

Способы обработки

Механическую обработку можно выполнить путем:

Протяжки. Технологический процесс, применяющийся при изготовлении проводов, проволоки разного диаметра. Для производства применяется экструдерный механизм.
Прокатки. Технологический процесс производства плоских изделий из меди. Заготовки прокатываются через установку с подвижными вальцами.
Полировки. Для придания медным изделиям характерного металлического блеска, применяются войлочные, тканевые диски.
Шлифования. Применяется для снятия определенного слоя металла, его очистки от налета, загрязнений. Шлифовка осуществляется с помощью абразивов.

Также внимания заслуживает токарный способ обработки медных заготовок. С его помощью изготавливаются шайбы, шпильки, штуцера, втулки, фланцы.

Медь — востребованный цветной металл с хорошими физическими и химическими свойствами. Металл подходит для изготовления украшений, деталей промышленных станков, бытовой техники, радиодеталей.

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.

Подсвечник из меди

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.

Сферы применения

Сферы применения:

Изготовление инструментов с тонким лезвием.
Производство посуды, украшений.
Изготовление проводов, радиодеталей.
Производство труб. Элементы для сборки трубопроводов из этого цветного металла считаются лучшими, если сравнивать их с изделиями из других материалов.
Сборка бытовой техники.

Медные трубы

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.