Медь

Характеристики меди

Медь является одним из первых металлов, которые человек научился добывать и перерабатывать. Изделия из меди и ее сплавов использовались еще в 3 веке до н.э., о чем свидетельствуют исторические данные и результаты археологических раскопок. Широкому распространению меди во многом способствовало то, что она достаточно легко поддается обработке различными механическими способами. Кроме того, ее можно легко расплавить.

Медь, поверхность которой отличается явно выраженной желтовато-красной окраской, в силу своей мягкости легко поддается обработке методом пластической деформации. Поверхность меди при ее взаимодействии с окружающим воздухом покрывается оксидной пленкой, которая и окрашивает ее в такой красивый цвет.

Марки технической меди и их химический состав

Большое значение имеют и такие характеристики меди, как электро- и теплопроводность, по которым она занимает второе место среди всех металлов, уступая только серебру. Благодаря таким свойствам изделия из нее активно используются в электротехнической промышленности, а также в тех случаях, когда необходимо обеспечить быстрый отвод тепла от нагретого предмета.

Еще одним важным параметром меди, напрямую влияющим на объем энерго- и трудозатрат, расходуемых при производстве изделий из нее, является температура плавления. Для чистой меди температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое, составляет 1083°. Если смешать медь с оловом и получить бронзу, то температура плавления такого сплава будет составлять уже 930–1140° в зависимости от содержания в нем основной легирующей добавки. Такой сплав меди, как латунь, который получают путем добавления к основному металлу цинка, обладает еще меньшей температурой плавления, которая находится в интервале 900–1050°.

Электрические свойства меди при температуре 20°

Если вы решили реализовать в домашних условиях такой технологический процесс, как литье меди, важно знать еще один параметр – температуру ее кипения. При 2560° медь начинает буквально кипеть, что хорошо заметно по видео данного процесса

Появлению пузырьков на поверхности жидкого металла и активному газообразованию в нем способствует углерод, выделяющийся из меди в результате ее окисления, происходящего при сильном нагреве.

Если довести мель до кипения, то отливки из нее будут отличаться невысоким качеством, их структура и поверхность будут характеризоваться большим количеством пор, которые снижают не только ее декоративные, но и механические характеристики.

При соблюдении технологии плавки на поверхности медного слитка могут остаться неглубокие поры, легко удаляемые шлифовкой

Медь и ее сплавы, как источник цветного вторичного металла

Взвешивая «чистый» металл и его сплавы на весах прибыльности при сдаче металлолома, можно сказать, что стоимость первого в полтора – два раза выше. Однако весовое содержание меди в металлических конструкциях часто уступает на выходе ее сплавам.

Так, медные сплавы можно обнаружить среди пришедших в негодность изделий сантехники: водопроводные краны, вентили, душевые шланги и трубки. Многие старые светильники, дверная фурнитура также изготовлены из медных сплавов, однако верх пьедестала, по весовому содержанию, занимают радиаторы отопления.

Непосредственно медь стоит искать среди бытовых приборов, желательно уже выработавших свой эксплуатационный ресурс:

ламповый телевизор – 1,5 кг;

Ламповый телевизор с медью

полупроводниковый ТВ приемник – 0,5 кг;

компрессионный холодильник – около килограмма в двигателе, еще столько же могут содержать трубки радиатора;

электродвигатели – в среднем килограмм на киловатт мощности;

Незаслуженно обходят вниманием магнитные пускатели, хотя оборудование помимо обмотки содержит медь в шинах. Небольшое содержание металла, менее килограмма принесут автомобильные стартеры и генераторы, дроссели люминесцентных ламп, трансформаторы, реле, компрессоры холодильников

Смотрите статью – Где искать металлолом меди?

Плавление в домашних условиях

Благодаря низкой температуре плавления древние люди могли расплавлять купрум на костре и использовать металл для изготовления различных изделий.

https://youtube.com/watch?v=LbSfTbupGMU

Для расплавки меди в домашних условиях понадобится:

• древесный уголь;
• тигель и специальные щипцы для него;
• муфельная печь;
• бытовой пылесос;
• горн;
• стальной крюк;
• форма для плавления.

Процесс течет поэтапно, металл помещается в тигель, а затем размещается в муфельной печи. Выставляется нужная температура, а наблюдение за процессом осуществляется через стеклянное оконце. В процессе в емкости с Cu появится окисная пленка, которую нужно устранить — открыть окошко и отодвинуть в сторону стальным крюком.

При отсутствии муфельной печи расплавить медь можно автогеном. Плавление пойдет, если ест нормальный доступ воздуха. Паяльной лампой расплавляется латунь и легкоплавкая бронза. Пламя должно охватить весь тигель.

Если под рукой ничего из перечисленных средств нет, можно использовать горн, установленный на слой древесного угля. Для повышения Т можно использовать пылесос, включенный в режим выдувания, но шланг должен иметь металлический наконечник, хорошо, если с зауженным концом, так струя воздуха будет тоньше.

Температура плавления бронзы и латуни, как температура плавления меди и алюминия — невысоки.

Сегодня в промышленных условиях в чистом виде Cu не используется. В ее составе содержится много примесей: никель, железо, мышьяк, сурьма, другие элементы. Качество продукта определяется наличием содержания в процентах примесей в сплаве (не более 1%). Важные показатели — тепло- и электропроводность. Благодаря пластичности, малой Т плавления и гибкости медь широко используется во многих отраслях промышленности.

Плавка алюминия

Изготовить печь для плавки алюминия своими руками вещь реальная. В промышленном производстве, агрегаты с названием — печи карусельного типа — очень дорогостоящие.

Чтобы понять, как сделать печь для плавки алюминия, нужно понять их принцип действия. Существует несколько видов, где проводится плавление цветного металла.

Мини-печь

Берется автомобильный диск и закапывается в землю так, чтобы верхний срез не выступал наружу. Посередине изготавливается отверстие для патрубка. Один конец пропускается в отверстие, а другой выводится наружу. На него одевается кулер, для нагнетания воздуха. Плавильня заполняется углями и алюминиевым ломом. Подается воздух и температура поднимается.

Металлический бак

Изготовить печь для алюминия можно из металлического бака. Например, корпуса стиральной машины с вертикальной загрузкой. Внутренняя часть конструкции выкладывается огнеупорным кирпичом. Снизу монтируется труба для подачи воздуха. Таким образом, получается переносное оборудование.

Из бутылки

Один из необычных способов, каким расплавляют алюминий. Вокруг бутылки наматывается проволока нихром. Предварительно поверхность бутылки смазывается маслом. Сверху наносится смесь жидкого стекла и глины. Просушивание ведется в течение недели. Затем наматывается еще слой проволоки и наносится глина. После 7 дней, бутылка вынимается и остается только термостойкая оболочка. К концам проволоки подключается напряжение для накаливания нихрома, а в очаг загружается сырье.

Медь. Описание

Медь. Это необходимый организму человека минерал, который содержится в естественной форме в продуктах питания, а также доступен в виде пищевых добавок.

Медь  является кофактором нескольких ферментов (известных как купроферменты), участвующих в выработке энергии в теле человека, метаболизме железа, активации нейропептидов, синтезе соединительной ткани и нейротрансмиттеров.

Одним из распространенных купроферментов является церулоплазмин (ЦП), который участвует в процессе метаболизма железа и составляет более 95% от общего количества меди в плазме здорового человека.

Медь также принимает участие во многих физиологических процессах, таких как:

• ангиогенез (процесс образования новых кровеносных сосудов в органах или тканях, в ходе которого происходит реорганизация первичной капиллярной сети, которая сокращается до более простой и четкой системы капилляров, артерий и вен.)
• нейрогормональный гомеостаз (саморегуляция)
• регуляция экспрессии генов (реализация заложенной информации в генах, то есть синтез РНК и белков. Другими словами — регуляция активности генов)
• развитие мозга
• пигментация и функционирование иммунной системы

Кроме того, защита от окислительного повреждения зависит в основном от медьсодержащих супероксиддисмутаз.

Достаточно большое количество как растительной, так и пищи животного происхождения содержит в своем составе медь. В среднем человек, с питанием, потребляет меди примерно 1400 мкг/ день (мужчины) и 1100 мкг/день (женщины). Далее почти вся потребленная медь абсорбируется в верхней тонкой кишке. Примерно две трети всех запасов меди в организме сосредотачивается в скелете и мышцах.

Обычно организм накапливает небольшое количество меди, у взрослого человека общее количество этого вещества в теле не превышает 50-120 мг.

Большая часть меди из организма выводится с желчью, и небольшое количество с мочой. Общие фекальный потери меди желчного происхождения и не абсорбированной диетической меди составляет около 1 мг/день.

Уровни меди в организме гомеостатически поддерживаются поглощением меди из кишечника и выделением ее печенью в желчь, чтобы снизить риски возникновения дефицита  и токсичности меди.

В клинической практике статус меди обычно не оценивается, и не было выявлено никаких биомаркеров, которые точно и достоверно бы оценивали ее статус. При исследованиях на людях обычно измеряют активность меди и купрофермента в плазме крови, потому что люди с известным дефицитом меди часто имеют низкие уровни меди и ЦП в крови. Однако на уровень ЦП в плазме и уровень меди могут влиять и другие факторы, такие как эстрогенный статус, беременность, инфекции, воспаления и некоторые виды рака.

Нормальная концентрация в сыворотке составляет 10-25 мкмоль/литр (63,5-158,9 мкг/дл) для меди и 180-400 мг/л для ЦП.

Физически свойства

Пластичный металл на открытом воздухе быстро покрывается оксидной пленкой, она и придает элементу характерный желтовато-красный оттенок, в просвете пленки могут иметь зеленовато-голубой цвет. Медь относится к тем немногим элементам, которые имеют заметную для глаза цветовую окраску. Она обладает высоким уровнем тепло- и электропроводности — это второе место после серебра.

• Плотность — 8,94*103 кг/м3
• Удельная теплоемкость при Т=20оС — 390 Дж/кг*К
• Электрическое удельное сопротивление в температурном режиме от 20-100оС — 1,78*10-8Ом/м
• Температура кипения — 2595оС
• Удельная электропроводность при Т=20оС — 55,5-58 МСм/м.

Применение меди

Уникальные свойства и эксплуатационные характеристики металла послужили причиной его использования практически во всех сферах деятельности человека. Основные области применения:

1. Электротехника. Металл отличается низким показателем удельного сопротивления, поэтому активно используется для изготовления силовых кабелей, проводов, трансформаторов и проводников, применяющихся в электротехнике.
2. Теплообмен. Благодаря эффективной теплопроводности, медь является одним из основных металлов, используемых для изготовления теплообменников и теплоотводного оборудования (радиаторов, кондиционеров, кулеров и так далее).
3. Производство труб. Часто для создания инженерной сети, необходимы трубы с высокой устойчивостью к коррозии, давлению и химическим реакциям. Медь и ее сплавы становятся отличным решением для обустройства систем водоснабжения и отопления.

Медь также используется в медицине, автомобилестроении, сельском хозяйстве, бытовых условиях и многих других областях деятельности.

Сферы применения

Свойства металла обусловили его применение разными сферами. Главный потребитель – промышленный комплекс.

Промышленность

Металл и сплавы разбирают следующие отрасли:

• Электротехника, радиоэлектроника. Кабели (силовые, другие), провода. Обмотка в трансформаторах. Теплообменные устройства (радиаторы отопления, кондиционеры, кулеры компьютеров, тепловые трубки ноутбуков).
• Приборо-, машиностроение. Из сплавов меди с цинком, оловом, алюминием делают детали, узлы машин. Без нее невозможно создание гальванических элементов и батарей.
• Трубы. Для транспортировки пара, воды, газа. В энергетике, судостроении, для бытовых потребностей.

Система охлаждения из меди на тепловых трубках в ноутбуке В Японии медные трубопроводы признаны сейсмоустойчивыми, что для этой страны жизненно важно

Строительство

Крыши из медного листа экологичны, их можно не красить, поскольку влага, погодные катаклизмы не страшны. Срок службы – до 100 лет.

Медицина

Медициной востребованы характеристики металла как антисептика и вяжущего средства.

Это компонент глазных капель и смесей для лечения ожогов.

Медные ручки дверей, другие поверхности – атрибут лечебных учреждений.

Ювелирное дело

Ювелиры используют сплавы на основе меди.

Кольцо из меди

Красное или розовое золото – это конгломерат благородного металла с медью.

Ее количество в составе определяет финальный оттенок:

• 25% – розовый;
• 50% – красный.

Эти виды золота – самые любимые ювелирами. Медь делает изделия прочнее, попутно удешевляя стоимость.

Второй популярный ювелирный сплав – мельхиор (медь + никель).

Другие отрасли

• Оксид меди – основа купрата, используемого в сверхпроводниках.
• Латунь идет на изготовление гильз для винтовок и артиллерии.
• Из мельхиора чеканят монеты, создают интерьерные украшения, столовые приборы.
• Медь задействована при синтезе хлорофилла. Ее всегда добавляют в минеральные удобрения для растений.

Свойства сплавов

Свойства, которыми обладают металлические сплавы, подразделяются на:

1. Структурно — нечувствительные. Они обуславливаются свойствами компонентов, и их процентным содержанием. К ним относятся :
   • плотность;
   • температура плавления;
   • тепловые и упругие характеристики;
   • коэффициент термического расширения;
2. структурно — чувствительные. Определяются свойствами элемента — основы.
3. https://www.youtube.com/watch?v=qgzo40bfL1o
4. Все сплавные материалы в той или иной мере проявляют характерные металлические свойства:
   • блеск;
   • пластичность;
   • теплопроводность;
   • электропроводность.
5. Кроме того, свойства подразделяют на:
   • Химические, определяемые взаимоотношениями материала с химически активными веществами.
   • Механические, определяемые взаимодействием с другими физическими телами.
6. Основными характеристиками сплавных материалов, влияющими на их пригодность для применения в той или иной инженерной конструкции, являются:
   • Прочность-характеристика силы противостояния механическим нагрузкам и разрушению.
   • Твердость-способность к сопротивлению внедрению в материал твердых тел.
   • Упругость-возможность восстановить исходную форму тела после деформации, вызванной внешней нагрузкой.
   • Пластичность — свойство, обратное упругости. Определяет способность материала к изменению формы тела без его разрушения под приложенной нагрузкой и сохранения этой новой формы.
   • Вязкость — способность сопротивляться быстро возрастающим (ударным) нагрузкам

Плавление сплавов на основе меди

На практике медь используют не только в качестве чистого вещества, но и в виде различных сплавов. Примеры таких сплавов — бронза, латунь, мельхиор и другие. Так как сплавы являются многокомпонентными веществами, то их плавление происходит по другому принципу. Рассмотрим примерный алгоритм плавления медных сплавов на примере латуни:

1. При температуре до 100 градусов Цельсия кристаллическая решетка является устойчивой и однородной. В случае удара происходит деформация материала. На поверхности материала имеется тонкая оксидная пленка, которая защищает изделие от воздействия воды, атмосферного воздуха, химически активных веществ.
2. При нагреве латуни до 100 градусов внешняя пленка постепенно плавится, что делает вещество менее прочным. Также из-за повреждения защитной пленки увеличивается химическая активность материала (то есть он начинает более активно вступать в реакцию с водой, воздухом, химическими веществами). Кристаллическая решетка устойчива к небольшому нагреву, поэтому материал сохраняет свою форму.
3. Температура 880 градусов — это точка солидуса. При достижении этой температуры начинается расплавление самых легкоплавких элементов, входящих в состав сплава. Это приводит к частичному переходу твердого вещества в жидкость. На химическом уровне при достижении точки солидуса происходит частичное разрушение кристаллической решетки вещества, однако у более тугоплавких фракций решетка сохраняется.
4. Температура 950 градусов — это точка ликвидуса. При достижении этой отметки плавятся самые тугоплавкие фракции, которые сохраняют свою твердость при более низких температурах. В результате на химическом уровне материал полностью становится жидким, поскольку полностью разрушается кристаллическая решетка у всех компонентов, входящих в состав латуни.

Предостережение

В составе металла есть изотопы: два стабильных плюс два десятка нестабильных. Хотя период полураспада «долгожителя» – менее 2,5 суток, материал токсичен.

Поэтому применение меди контролируется.

В России на федеральном уровне (национальный стандарт, федеральный Свод Правил) регламентируется:

• Производство и использование медных водо- паро- и газопроводных труб.
• Количество меди в питьевой воде.

Избыток медных компонентов вызывает отравление организма. Для приготовления пищи медная посуда непригодна.

Карьер, в котором медную руду извлекали открытым способом, становится источником токсичных соединений.

Производств цинка

Добыча металла

Цинк как самородный металл в природе не встречается. Добывается из полиметаллических руд, содержащих 1–4% металла в виде сульфида, а также меди, свинца, золота, серебра, висмута и кадмия. Руды обогащаются селективной флотацией и получаются цинковые концентраты (50–60% Zn).

Концентраты цинка обжигают в печах. Сульфид цинка переводится в оксид ZnO. При этом выделяется сернистый газ SO2, который используется в производстве серной кислоты.

Получение металла

Существуют два способа получения чистого цинка из оксида ZnO.

Самый древний метод — дистилляционный. Обожженный концентрированный состав подвергают термообработке, чтобы придать ему зернистость и газопроницаемость.

Затем концентрат восстанавливают коксом или углем при температуре 1200–1300 °C. В процессе образуются пары металла, которые конденсируют и разливают в изложницы. Жидкий металл отстаивают от железа и свинца при температуре 500 °C. Так достигается цинк чистотой 98,7%.

Иногда используется сложная и дорогая обработка цинка ректификацией — разделением смесей за счет обмена теплом между паром и жидкостью. Такая чистка позволяет получить металл чистотой 99,995% и извлечь кадмий.

Второй метод производства цинка — электролитический. Обожженный концентрат обрабатывается серной кислотой. Готовый сульфатный раствор очищается от примесей, после чего подвергается электролизу в свинцовых ваннах. Цинк дает осадок на алюминиевых катодах. Полученный металл удаляют с ванн и плавят в индукционных печах. После этого получается электролитный цинк чистотой 99,95%.

Литье металла

Горячий цинк — жидкий и текучий металл. Благодаря таким свойствам он легко заполняется в литейные формы.

Примеси влияют на величину натяжения поверхности цинка. Технологические свойства металла можно улучшить, добавив небольшое количество лития, магния, олова, кальция, свинца или висмута.

Чем выше температура перегрева цинка, тем лучше он заполняет формы. При литье металла в чугунные изложницы его объем уменьшается на 1,6%. Это затрудняет получение крупных и длинных цинковых отливок.

Плавка золота и серебра

Печь для плавки золота легко сделать в домашних условиях. Она применима и для плавки серебра.

Порядок работы следующий:

• Берется шамотный кирпич и разрезается на 2 части. Победитовым сверлом диаметра 48 мм, делается в одной половинке, в середине, сквозное отверстие. А во второй отверстие сверлится на половину высоты.
• Через отверстие, проводится спираль и обе половинки стягиваются болтами, отверстия для которых сверлятся с боков.
• Сверху устанавливается графитовый тигель.
• Изготавливается металлический каркас и обе половинки вставляются в него.
• Все боковые зазоры замазываются глиной.
• К выведенным концам спирали подводится напряжение.
• В тигель бросаются куски золота или серебра.
• В процессе нагрева идет расплавление цветного металла.

Изготовление печей для плавки металла своими руками процесс сложный, но выполнимый. Для этого нужно изучить характеристики видов оборудования. Определиться какое из них наиболее предпочтительно к данным условиям. Затраты на изготовление быстро себя окупят.

Области использования меди

Благодаря физико-механическим свойствам, она широко используется для различных отраслей промышленности. Наиболее часто ее можно встретить в электротехнической области в качестве составляющей части электрического провода. Не меньшей популярностью она пользуется также в производстве систем отопления и охлаждения, электроники и системах теплового обмена.

В строительной отрасли она используется, прежде всего, для создания разного рода конструкций, которые получаются гораздо меньше по массе, чем из любых других аналогичным материалов. Часто ее используют для кровли, так как такие изделия обладают легкостью и пластичностью. Такой материал легко обрабатывается и позволяет менять геометрии профиля, что очень удобно.

Как уже говорилось выше, основное свое применение она находит в изготовлении электрических и иных токопроводящих кабелей, где она используется для изготовления жил проводов и кабелей. Обладая хорошей электропроводностью, она дает достаточное сопротивление электронам тока.

Широко используются также сплавы меди, например, сплав меди и золота повышает прочность последнего в разы.

На стенках медных прокатов никогда не образуются соляные отложения. Такое качество полезно для транспортировки жидкостей и паров.

На основе оксидов меди получают сверхпроводники, а в чистом виде она идет на изготовление гальванических источников питания.

Схема гальванического источника питания

Она входит в состав бронзы, которая обладает стойкостью к агрессивным средам, как морская вода. Поэтому часто ее используют в навигации. Также бронзовые продукты можно увидеть на фасадах домов, как элемент декора, так как такой сплав обрабатывается легко, так как очень пластичен.

Названия и состав сплавов меди

Сплавы меди — это соединение цветного металла с некоторыми элементами таблицы Менделеева. В процессе их формирования атомы кристаллической решетки меди замещаются атомами другого вещества. В результате образовывается новое твердое соединение. Каждое из них обладает своими физическими и химическими показателями.

Чаще всего, на основе меди получают бронзу и латунь, путем добавления цинка и олова. Новые соединения снижают цену основного металла, улучшая некоторые параметры. Идет повышение пластичности и коррозионной стойкости. Это дает возможность использовать их в некоторых отраслях промышленности.

Сплав меди

Температура плавления меди

ооо

В процессе нагрева любого металла происходит разрушение кристаллической решетки. По мере нагревания температура плавления становится выше, но затем она остается постоянной, после того как достигла определенного температурного предела. В такой момент и происходит процесс плавления металла, он полностью расплавляется и после этого температура снова начинает повышаться.

Когда начинает происходить охлаждение металла, то температура начинает снижаться и в какой-то момент она остается на прежнем уровне до момента полного затвердения металла. Затем металл затвердевает полностью и температура снова снижается. Это можно увидеть на фазовой диаграмме, где отображен весь температурный процесс с начала момента плавления и до затвердения металла.

Разогретая медь при нагревании начинает переходить в состояние кипения при температуре 2560оС. Процесс кипения металла очень напоминает процесс кипения жидких веществ, когда начинает выделяться газ и на поверхности появляются пузырьки. В моменты кипения металла при максимально высоких температурах начинает выделяться углерод, который образуется в результате окисления.