Медь и медные сплавы

Способы получения меди

Медь получают из медных руд и минералов. Основными методами получения меди являются:

• пирометаллургический метод,
• гидрометаллургический метод,
• электролизный метод.

Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита. В халькопиритном сырье может содержаться от 0,5 до 2 % меди. После флотационного обогащения исходной руды полученный концентрат подвергается окислительному обжигу при температуре 1400 градусов по Цельсию.

$2СuFeS_2 + O_2 = Cu_2S+2FeS+SO_2$

$2FeS+3O_2 = 2FeO+2SO_2$

После этого обожженный концентрат плавится на штейн. Чтобы связать оксид железа в расплав добавляется кремнезем:

F$eO+SiO_2 = FeSiO_3$

Образовавшийся силикат всплывает и его отделяют. Оставшиеся сульфиды подвергаются бессемеровской плавке. С этой целью штейн переливается в конвертер, продуваемый воздухом. Оставшийся сульфид железа окисляется до оксида и при помощи кремнезема выводится в виде силиката. Частично сульфид меди окисляется до оксида, а потом восстанавливается черновой меди:

$2CuS+3O_2 = 2Cu_2O+2SO_2$

$2Cu_2O+Cu_2S = 6Cu+SO_2$

В черновой меди содержится около 91% чистого металла, она подвергается электролитической очистке с использованием электролита подокисленного раствора медного купороса. У Электролитической меди, образовавшейся на катоде, чистота почти 100 %.

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или растворе аммиака. В этих растворах медь вытесняется металлическим железом:

$CuSO_4+Fe = Cu + FeSo_4$

Процесс электролиза сульфата меди выглядит следующим образом:

$CuSO_4 = Cu^2+ + SO_4^2-$

$K: Cu^2+ + 2e = Cu^0$

$A: 2H_2O - 4e = O_2 + 4H$

$2CuSO_4+2H_2O = 2Cu+O_2+2H_2SO_4$

Медные сплавы

Изготовление медных сплавов способствует улучшению свойств меди, при этом ее полезные свойства не теряются. К медным сплавам относятся:

• бронза,
• латунь,
• медно-никелевые сплавы.

Бронза является сплавом олова и меди. В настоящее время также существуют бронзы, в которых вместо олова в сплав входят свинец, алюминий, бериллий и кремний. Бронзы тверже, чем медь. У бронзы более высокие показатели прочности, также они хорошо поддаются обработке давлением, в первую очередь ковке. Латунь является сплавом цинка и меди. Помимо цинка, в латуни содержатся и другие легирующие элементы, например, олово. Латунь коррозионноустойчивый сплав. Она обладает антифрикционными свойствами, которые позволяют противостоять вибрациям. У данного сплава высокие показатели жидкотекучести, что позволяет изготавливать из нее изделия с высокой степенью устойчивости по отношению к тяжелым нагрузкам. В латунных отливках почти не образуются ликвационные области. По этой причине латунные отливки равномерны по плотности и структуре. К медно-никелевым сплавам относятся:

1. Мельхиор, который является сплавом меди и никеля. В данном сплаве в качестве добавок могут присутствовать марганец и железо. Мельхиор обладает высокой коррозионной устойчивостью и хорошо поддается любой механической обработке, немагнитен. В первую очередь мельхиор является декоративно-прикладным материалом и часто используется вместо серебра.
2. Нейзильбер, в котором дополнительно содержится цинк.
3. Константан, в котором дополнительно содержится марганец.

Медь обладает невысоким удельным сопротивлением, что способствует ее широкому применению в электротехнической промышленности - изготовление проводов, проводников. печатных плат, электронных устройств и кабелей. Высокая теплопроводность меди объясняет ее использование при изготовлении отопительных и охладительных кондиционеров, кулеров и радиаторов. При строительстве медные сплавы используются при производстве фасадных деталей зданий и крыш. Благодаря бактерицидным особенностям медь применяется в качестве дезинфицирующих материалов при изготовлении деталей интерьера - ручки, перила, бортики кроватей и т.п.

Различные марки бронзы используются при производстве деталей машин: водяная и паровая арматура, втулки, подшипники. Оловянистые бронзы, которые способны деформироваться, нашли применение при производстве сеток, которые применяются на целлюлозно-бумажных производствах. Латунь применяется при изготовлении деталей химической аппаратуры. В авиастроении, автомобилестроении и судостроении из латуни делаются метизы и детали конденсаторных трубок. Также из латуни изготавливаются полиграфические матрицы и детали часовых механизмов. Мельхиоры различных марок используются в производстве трубок морских судов, монет, украшений и столовых приборов.

Несмотря на то, что медь и медные сплавы были освоены очень давно, они продолжают оставаться востребованными и на сегодняшний день.