Медь — мягкий, тяжелый, ковкий, тягучий, вязкий и достаточно прочный металл красновато-желтого цвета в отраженном свете и зеленый в проходящем (в очень тонком слое).
(Рис.1) Чистая медь очень хорошо проводит тепло и электрический ток, уступая в этом только серебру, но ее электрическая проводимость резко падает в присутствии примесей мышьяка, сурьмы, кремния и др. Расплавленная медь поглощает воздух и после затвердевания в отливке остаются пузырьки воздуха, затрудняющие обработку.
Рисунок 1. Медь. (www.yandex.ru)
Медь была одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек, и наиболее широко применявшимся металлом от начала письменной истории до периода Средних веков, когда были разработаны промышленные способы получения железа, а потом и стали. В наши дни, несмотря на наличие множества металлов, сплавов и других материалов, медь сохраняет свое значение.
Медная промышленность — подотрасль цветной металлургии, объединяющая предприятия по добыче и обогащению медных руд и производству меди. Медь — второй среди цветных металлов (после алюминия) по объемам потребления мировой экономикой. Медь имеет самую высокую после серебра электрическую проводимость. Из меди делают обмотки трансформаторов и генераторов, провода линий электропередачи, внутреннюю электропроводку. Широко используются в технике и сплавы меди — латунь (с цинком), бронза (с оловом или алюминием) и др. Медные руды обычно содержат, помимо меди, железо, цинк, свинец, никель, кобальт, молибден и другие элементы. Поэтому при производстве меди получают свыше 40 видов товарной продукции: медный, цинковый, молибденовый и свинцовый концентраты, медь черновую и рафинированную, золото, серебро, платину, редкие металлы и др.
1. Характеристика ресурсной базы для медной промышленности мира. Территориальное распределение запасов меди.
Медная промышленность в своем размещении в основном ориентируется на ресурсы меди (природное и вторичное сырье).
Невысокое содержание металла в медных концентратах (от 8 до 35%), относительно небольшая энергоемкость их переработки (в сравнении с выплавкой
Конструкционные металлы в автомобильной промышленности: чугун, ...
... свойств. Сплавы же этих металлов широко используют для изготовления и ремонта автомобиля. Медные ... 5.1. Тяжелые цветные металлы К ним относятся: медь, олово, свинец, никель, хром, вольфрам и др. В чистом виде эти цветные металлы в автомобилестроении обычно не применяют из-за несовершенства их ...
Главные медедобывающие страны выделяются и по выплавке меди, ведущее место принадлежит США, Чили, Японии, КНР, Канаде, России. Часть добываемой руды в виде концентратов и черновой меди вывозится в другие страны (из Папуа и Филиппин в Японию, из стран Латинской Америки в США, из стран Африки в Европу, из России и Казахстана в Европу и Китай).
Почти 1/5 мировой выплавки меди базируется на ресурсах металлолома. Медеплавильная промышленность Великобритании, Франции, ФРГ, Бельгии и других стран выпускает только вторичный металл.
Общие запасы меди в мире по данным USGS на 01 Января 2011 года составили 635 млн.тонн. Структура запасов меди по странам распределилась следующим образом. На первом месте Чили с долей около 24% в мировых запасах, на втором месте Перу с долей 14%, на третьем месте Австралия с долей 13%. Россия занимает 8 место с долей в мировых запасах до 5%.
Крупнейшей страной по добыче меди является Чили, которая добывает более 5 млн. тонн меди ежегодно. Второе место занимает Перу с 1,3 млн. тонн в год, примерно столько же добывают Китай и США. Самые высокие темпы роста добычи меди за последние три года были зафиксированы в Китае и Замбии.
Таблица 1. Добыча и разведанные запасы меди в 2008-2010гг. (http://sovetnn.ru)
|
Добыча в 2008 г. (тыс.т) |
Добыча в 2009 г. (тыс.т) |
Добыча в 2010 г. (тыс.т) |
Запасы |
|
|
США |
1310 |
1180 |
1120 |
35000 |
|
Австралия |
886 |
854 |
900 |
80000 |
|
Канада |
607 |
491 |
480 |
8000 |
|
Чили |
5330 |
5390 |
5520 |
150000 |
|
Китай |
950 |
995 |
1150 |
30000 |
|
Индонезия |
651 |
996 |
840 |
30000 |
|
Казахстан |
420 |
390 |
400 |
18000 |
|
Перу |
1270 |
1275 |
1285 |
90000 |
|
Польша |
430 |
439 |
430 |
26000 |
|
Россия |
750 |
725 |
750 |
30000 |
|
Замбия |
546 |
697 |
770 |
20000 |
|
Другие страны |
2030 |
2190 |
2300 |
80000 |
|
Мир |
15400 |
15900 |
16200 |
630000 |
За последние 20 лет география отрасли сильно изменилась: в африканских странах (Замбии, Демократической республике Конго) и Папуа-Новой Гвинее значительно истощились запасы, вследствие чего произошло снижение темпов добычи меди. В то же время были открыты новые месторождения в Южной Америке и Австралии.
В российских недрах заключены крупные запасы меди – 85,8 млн т; кроме того, в техногенных объектах содержится 132 тыс.т меди. Балансовые запасы сосредоточены преимущественно в Норильском рудном районе (Красноярский край), в Читинской области, а также на Среднем и Южном Урале. Около 43% российских запасов меди сконцентрировано в сульфидных медно-никелевых месторождениях Красноярского края и Мурманской области. В месторождениях медноколчеданного типа (Южный и Средний Урал) локализовано более 22% запасов. В единственном в стране стратиформном (медистые песчаники) Удоканском месторождении, расположенном в Читинской области, заключено более 23% балансовых запасов. По содержанию меди в рудах российские месторождения сравнимы с зарубежными аналогами и зачастую, кроме меди, содержат такие ценные компоненты, как никель, кобальт, платиноиды, золото, серебро, цинк и др.
Государственным балансом запасов России учтено 144 медных и медьсодержащих месторождения, из них два техногенных. Тринадцать из учитываемых объектов заключают только забалансовые запасы.
Рисунок 2. Распределение балансовых запасов меди по субъектам РФ, тыс.т. (http://www.mineral.ru)
Месторождения меди с запасами более 10 млн т относятся к уникальным. Крупные месторождения имеют запасы от 3 до 5, средние — от 0,5 до 3, мелкие — менее 0,5 млн т. Богатые руды содержат более 2% меди, рядовые— 1—2%, бедные— менее 1 %. Среднее содержание меди в добываемых рудах в настоящее время составляет 1 — 0,8 %. Руды медных месторождений в большей части комплексные, при этом до 80 % меди извлекается из сульфидных руд. Остальное приходится на карбонаты, оксиды, силикаты и самородную медь. Всего из руд различных типов извлекается более 13 компонентов, доля попутной продукции в суммарной стоимости сырья составляет 40 — 50%.
Основу минерально-сырьевой базы составляют следующие главные геолого-промышленные типы месторождений: молибден-меднопорфировый, медноколчеданный, медно-цинковоколчеданный, медистых песчаников и сланцев и сульфидный медноникелевый. На их долю приходится более 90 % всех запасов меди. В минерально-сырьевой базе России главное значение имеют месторождения следующих типов: сульфидные медно-никелевые, молибден-меднопорфировые, медно-цинковоколчеданные и медистых песчаников и сланцев.
Общие запасы меди в 58 зарубежных странах превышают 890 млн т, в том числе подтвержденные — более 650 млн т.
Применение меди.
- В электротехнике
Из-за низкого удельного сопротивления (уступает лишь серебру, удельное сопротивление при 20 °C 0,01724-0,0180 мкОм•м), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %.
- Теплообмен
Система охлаждения из меди на тепловых трубках в ноутбуке. Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах, тепловых трубках.
- Для производства труб
В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и Австралии для газоснабжения зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения, в Великобритании и Швеции для отопления. В России производство водогазопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004. Кроме того, трубопроводы из меди и сплавов меди широко используются в судостроении и энергетике для транспортировки жидкостей и пара.
- Сплавы
В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. Например, в состав так называемого пушечного металла, который в XVI—XVIII вв. действительно использовался для изготовления артиллерийских орудий, входят все три основных металла — медь, олово, цинк; рецептура менялась от времени и места изготовления орудия. В наше время находит применение в военном деле в кумулятивных боеприпасах благодаря высокой пластичности, большое количество латуни идёт на изготовление оружейных гильз. Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30—40 кгс/мм² у сплавов и 25-29 кгс/мм² у технически чистой меди. Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900—12000 кгс/мм² ниже, чем у стали).
Основное преимущество медных сплавов — низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных. Медноникелевый сплав (мельхиор) используются для чеканки разменной монеты. Медноникелевые сплавы, в том числе и так называемый «адмиралтейский» сплав, широко используются в судостроении и областях применения, связанных с возможностью агрессивного воздействия морской воды из-за образцовой коррозионной устойчивости. Медь является важным компонентом твёрдых припоев — сплавов с температурой плавления 590—880 градусов Цельсия, обладающих хорошей адгезией к большинству металлов, и применяющихся для прочного соединения разнообразных металлических деталей, особенно, из разнородных металлов, от трубопроводной арматуры до жидкостных ракетных двигателей
Дюраль (дюралюминий) определяют, как сплав алюминия и меди (меди в дюрали 4,4 %).
В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото — очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.
Оксиды меди используются для получения оксида иттрия бария меди YBa2Cu3O7-δ, который является основой для получения
- Другие сферы применения:
Медь — самый широко употребляемый катализатор
Широко применяется медь в архитектуре. Кровли и фасады из тонкой листовой меди из-за автозатухания процесса коррозии медного листа служат безаварийно по 100—150 лет. В России использование медного листа для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006.
Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает стать её применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц — всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.
- Добыча медной руды.
Способы добычи.
Этот металл встречается в природе в самородном виде чаще, чем золото, серебро и железо. Сплав меди с оловом получили впервые за 3000 лет до н. э. на Ближнем Востоке. Бронза привлекала людей прочностью и хорошей ковкостью, что делало её пригодной для изготовления орудий труда и охоты, посуды, украшений. Все эти предметы находят в археологических раскопах.
Первоначально медь добывали из малахитовой руды, а не из сульфидной, так как она не требует предварительного обжига. Для этого смесь руды и угля помещали в глиняный сосуд, сосуд ставили в небольшую яму, а смесь поджигали. Выделяющийся угарный газ восстанавливал малахит до свободной меди.
Добычу меди называют прабабушкой металлургии. Её добыча и выплавка были налажены ещё в Древнем Египте, во времена фараона Рамзеса II. Древние египтяне нагнетали воздух в плавильные печи с помощью мехов, а древесный уголь получали из акации и финиковой пальмы. Они выплавили около 100 т чистой меди. На территории России и сопредельных стран медные рудники появились за два тысячелетия до н. э. Остатки их находят на Урале, в Закавказье, на Украине, в Сибири, на Алтае.
