Медь, медь, атомный номер 29
Цена на медь, возникновение, добыча и использование
Медь (латинский Cuprum) представляет собой химический элемент с символом элемента Cu и атомным номером 29. Это переходный металл, в периодической таблице он находится в 4. Период и 1. Подгруппа (после новой группы отсчетов 11) или группа меди. Латинское название cuprum происходит от (aes) cyprium "руда с греческого острова Кипр", в которой медь добывалась в древние времена.
Как относительно мягкий металл, медь легка в форме и прочна. Являясь отличным проводником тепла и электричества, он находит универсальное применение. Кроме того, он также относится к группе монет металлов.
Как слабореактивный тяжелый металл, медь является одним из полудрагоценных металлов.
история
Медь, золото, серебро и олово были первыми металлами, которые человечество узнало в своем развитии. Поскольку медь легко обрабатывается, она уже использовалась древнейшими известными культурами около 10.000 лет назад. Время его длительного использования 5. Тысячелетие до нашей эры К 3. Тысячелетие до нашей эры В зависимости от региона Британская Колумбия также называется медным веком. У Худжайрата аль-Гузлана в Иордании уже был 4.000 v. Chr. Массовое производство меди. В алхимии медь ассоциировалась с Венерой / Женственностью ♀ (планетарные металлы) и считалась соединением серы и ртути. Первые зеркала были сделаны из этого металла. Во время позднего восточного средиземноморского бронзового века медь в основном добывалась на Кипре и экспортировалась оттуда в основном в толстых медных слитках весом около 30 в виде бычьих шкур (так называемых слитков быка). Фрагменты кипрских бычьих шкур слитков времен 16. и 11. До н.э. Хр. Встречаются в значительной части Средиземного моря, вплоть до Сардинии, на Балканах и даже к северу от Альп (Фонд депо Обервильфлинген). Крупнейшим доиндустриальным производителем меди была Римская империя с предполагаемым годовым объемом производства 15.000 т.
Позднее медь была легирована оловом и свинцовыми компонентами до бронзы. Этот более твердый и технически стойкий сплав стал названием бронзового века. Различие между свинцом и оловом было введено только с ростом знаний о металле, поэтому термин «бронза» с сегодняшней точки зрения применяется только к сплавам с высоким содержанием меди и олова и меди.
Золотисто-желтый медно-цинковый сплав «латунь» был известен еще в Древней Греции. Он был расплавлен путем совместной переработки соответствующих руд, но только римляне интенсивно использовали эту процедуру. В древней Колумбии часто использовался золото-медный сплав Тумбага.
Вхождение
Медь находится в земной коре с содержанием около 0,006% и, следовательно, зависит от частоты элементов в земной коре на 23. Место. Часто медь выглядит твердой, то есть в элементарной форме. В настоящее время (2017) 3000 известен во всем мире благодаря твердой меди, в том числе в Афганистане, Аргентине, Австралии, Бельгии, Боливии, Бразилии, Болгарии, Чили, Китае, Демократической Республике Конго, Германии, Финляндии, Франции, Греции, Индия, Иран, Ирландия, Италия, Япония, Канада, Казахстан, Марокко, Мексика, Монголия, Намибия, Новая Зеландия, Норвегия, Австрия, Перу, Филиппины, Польша, Португалия, Румыния, Россия, Замбия, Швеция, Швейцария , Зимбабве, Словакии, Испании, ЮАР, Чехии, Турции, Украины, Венгрии, Соединенных Штатов Америки (США) и Великобритании (Великобритания).
В нескольких образцах горных пород из Срединно-Атлантического хребта и Луны, которые принесли зонд миссии Luna 24 Mare Crisium, можно было обнаружить достойную медь.
Основные производители медной руды Источник: Википедия
Медь как минерал
Медный самородок
Природные месторождения твердой меди, то есть в ее элементарной форме, были известны задолго до основания Международной минералогической ассоциации (IMA). Поэтому медь признана так называемым «добытым» минералом как самостоятельный минеральный вид.
Согласно классификации минералов по Струнзу (издание 9) меди по системе №. «1.AA.05» (Элементы - металлы и интерметаллические соединения - семейство медных купалитов - медная группа) соответственно в устаревшем 8. Издание перечислено под I / A.01 (медная серия). Классификация минералов по Дане, которая преимущественно используется в англоязычных странах, приводит элемент минерал по системе №. 01.01.01.03 (Золотая группа).
Медь дендриты
В природе медь обычно образуется в базальтовых лавах либо в форме «медно-красных», блестящих металлических самородков (затвердевших из расплава), либо в разветвленных структурах, так называемых дендритах. Иногда можно найти кристаллическое обучение. Медь встречается в парагенезисе с различными, в основном вторичными, минералами меди, такими как борнит, халькоцит, корнуоллит, куприт, азурит и малахит, а также тенорит, но также может быть связана со многими другими минералами, такими как кальцит, клиноклас, пренит, пумпеллит, кварц и серебро.
Dicey медные кристаллы
Медные руды распространены. Например, медь изготавливается из халькопирита (халькопирит, CuFeS2), халькоцита (халькоцит, Cu2S), реже также из борнита (халькопирит меди, Cu5FeS4), атакамита (CuCl2 · CuX (CO) (CO) (CO) (CO) (CO) (CO) (CO) XUMX (CO) (CO) (CO) XUMX (CO) (CO) (CO) XUMX (CO)) ) и другие руды. В 2 2 были известны минералы меди. Минералы с самой высокой концентрацией меди в соединении - это куприт (до 2%) и альгодонит (до 3%), а также паралаконит, тенорит и халькоцит (до 2019%).
продвижение по службе
Наиболее важным производителем меди является Чили, за которым следуют Перу и США. В Европе заслуживают внимания Польша, Португалия и Швеция. Основные экспортеры были организованы из 1967 в 1988 в CIPEC. В CIPEC входили Чили, Перу и Папуа-Новая Гвинея, на острове Бугенвиль которых одна из крупнейших в мире медных шахт 1988 привела к гражданской войне.
Исторически значимыми были медные рудники на полуострове Кьюнау в Верхнем озере (США). Здесь было крупнейшее в мире месторождение твердой меди. Деградация произошла там уже в доколумбовые времена. В Германии медный сланец добывался на Земле Мансфельдер до 1990, а в Корнуолле - в основном на 18. и 19. Век дал значительную добычу меди.
восстановление
Извлечение меди после левитационного плавления
Различные процедуры
| Позиция | Земля | продвижение по службе (2017) |
резервы (2017) |
ресурсная база (2009) |
|---|---|---|---|---|
| 1. |  Чили |
5.330 | 170.000 | 360.000 |
| 2. |  Перу |
2.390 | 81.000 | 120.000 |
| 3. |  Китайская Народная Республика |
1.860 | 27.000 | 63.000 |
| 4. |  Соединённые Шта́ты
|
1.270 | 45.000 | 70.000 |
| 5. |  Австралия |
920 | 88.000 | 88.000 |
| 6. |  ДР Конго |
850 | 20.000 | k. А. |
| 7. |  Мексика |
755 | 46.000 | 50.000 |
| 7. |  Замбия |
755 | 20.000 | 35.000 |
| 9. |  Индонезия |
650 | 26.000 | 38.000 |
| 10. |  Канада |
620 | 11.000 | 20.000 |
| Другие страны | 4.300 | 260.000 | 110.000 | |
| Welt | 19.700 | 790.000 | 1.000.000 |
Наиболее важными печами для производства меди являются пламенная печь и, начиная с 1980, печь мгновенной плавки.
Процесс извлечения меди
Для производства меди вначале из халькопирита (CuFeS2) получают так называемый медный камень (Cu2S с различным содержанием FeS, содержание Cu около 70%). Для этого исходный материал обжаривают с добавлением кокса и содержащихся в нем оксидов железа, зашлакованных кремнистыми заполнителями. Этот шлак из силиката железа плавает на матовой поверхности и может быть легко слит.
Röstarbeit:
Таяние работы:
Полученный таким образом медный штейн затем перерабатывают в сырую медь (также черную медь). Для этого его заливают в конвертер с жидким свечением, а в этот расплав вдувают воздух. На первой стадии (продувка шлаком), в то время как содержащийся в нем сульфид железа обжаривается до оксида железа, и это связывается хлопьевидным кварцем со шлаком, который можно сливать. На втором этапе (Garblasen) две трети оставшихся Cu2S окисляются до Cu2O. Затем оксид реагирует с оставшимся сульфидом с образованием неочищенной меди.
Пузырьки Шлак:
Garblasen:
Сырая медь имеет содержание меди 98%. Оставшийся 2% содержит драгоценные металлы, такие как серебро и золото, а также основные металлы, такие как железо и цинк. Электролитическое рафинирование меди проводят в сульфатсодержащем растворе сульфата меди (II) с неочищенным медным анодом и чистым медным катодом. Во время электролиза все металлы, которые менее благородны, чем медь, окисляются и растворяются в виде катионов, в то время как благородные металлы тонут в виде анодного шлама.
Уравнение реакции электролитического рафинирования:
Анод
катод
В то время как анод медленно растворяется с образованием катионов, только медь, электролитическая медь, осаждается на катоде при восстановлении ионов меди с массовой долей w (Cu) = 99,99%.
Анодный шлам, полученный в качестве побочного продукта, позднее рециркулируется и используется в качестве исходного материала для извлечения драгоценных металлов.
Добыча меди происходит в Affinerien. В Европе Aurubis AG (ранее Norddeutsche Affinerie) со штаб-квартирой в Гамбурге, ранее это также был медеплавильный завод в Дуйсбурге (сейчас DK Recycling).
Медь также может быть получена в виде так называемой цементной меди путем осаждения из раствора сульфата меди с железом. Процесс осаждения называется цементацией. Получающаяся медь часто загрязнена. Осаждение меди на железо из природных растворов солей металлов практикуется в Китае с 1086 нашей эры.
Медь также может быть представлена алюмотермической реакцией. Термит служит смесью оксида меди (II) и манной крупы алюминия. Использование агента потока (например, фторида кальция) может увеличить выход, потому что элементарные металлы не могут растворить полученный шлак в агенте потока. Алюминотермическая экстракция неэкономична из-за необходимого алюминия.
Добыча меди после Schweehmmelzverfahren, источник Википедия
Свойства
Физические свойства
При плотности 8920 кг / м³ медь является одним из тяжелых металлов, который кристаллизуется гранецентрированным кубом и, следовательно, имеет кубическую ближайшую упаковку с пространственной группой Fm3m (номер пространственной группы 225). Параметр решетки для чистой меди равен 0,3615 нм (соответствует 3,615 Å) для формульных единиц 4 на элементарную ячейку.
Медь является очень хорошим проводником тепла. Его температура плавления составляет 1083,4 ° C. Точно так же медь - очень хороший электрический проводник с электропроводностью 58 · 106 S / m. Его проводимость лишь немного хуже, чем у серебра, и намного лучше, чем у золота. Поскольку все примеси, растворенные в меди, особенно примеси, такие как фосфор и железо, значительно снижают электропроводность, для проводниковых материалов часто ищут самые высокие уровни чистоты.
Твердость по шкале Мооса для меди составляет от 2,5 до 3, что соответствует твердости по Виккерсу (VHN) 77-99 при испытательном усилии 100 g. Холодная штамповка увеличивает прочность 150 ... 200 MPa (состояние отливки) до значений около 450 MPa. Удлинение при разрыве составляет 4,5% со значениями твердости около 100 HB. Деформированная и впоследствии отожженная медь с прочностью 200 ... 240 МПа имеет относительное удлинение при разрыве более 38% и значения твердости вокруг 50 HB.
Ковка очень возможна при температурах от 700 до 800 ° C. Холодные деформации можно проводить без промежуточного отжига.
Поскольку голая металлическая медь имеет ярко-красный цвет, цвет линии - розовый. Красный цвет связан с тем, что он поглощает дополнительный зеленый и синий свет немного больше при нормальной температуре. Это начинается в воздухе и становится красновато-коричневым. При дальнейшем выветривании и коррозии гладкая поверхность теряется очень медленно (часто в течение столетий), а цвет меняется от красновато-коричневого до сине-зеленого из-за образования патины.
Химические свойства
Медь встречается в состояниях окисления 0, + 1, + 2, + 3 и + 4, чаще всего + 1 и + 2, где + 2 - наиболее стабильное состояние окисления в водных растворах; Уровень + 4 встречается крайне редко (например, в Cs2CuF6). Соли меди (II) (например, сульфат меди) в основном имеют синий или зеленый цвет. Медь имеет некоторые химические свойства, сходные с серебром и золотом в той же группе. Слой металлической меди наносится на железный гвоздь, погруженный в раствор сульфата меди, для которого железо растворяется в виде сульфата железа, поскольку железо менее благородно, чем медь (см. Также серию напряжений). Медь обычно не подвергается воздействию соляной кислоты, но она сильно подвергается воздействию кислорода и растворяется горячей серной кислотой. Он также растворяется в азотной кислоте и царской водке. Смесь соляной или серной кислоты с перекисью водорода растворяет медь очень быстро. Металл также подвергается воздействию органических кислот. Против щелочей ведет себя стабильно. При красном нагревании он реагирует с кислородом, образуя толстый слой оксида меди. Медь пассивируется фтором и его соединениями. В зависимости от размера зерна, медный порошок является легковоспламеняющимся или горючим. Металл в компактной форме не воспламеняется и не подвергается дальнейшему воздействию образования тонкого оксидного слоя воздуха и воды, поэтому он устойчив к чистому воздуху и воде.
В жидкой меди растворяются кислород и водород, которые могут превращаться в пар при затвердевании расплава и, таким образом, формировать газовую пористость в отливке.
В кислородсодержащих видах меди могут образовываться трещины и пустоты при контакте с водородсодержащими газами, что приводит к так называемому водородному охрупчиванию меди.
Биологические свойства
По сравнению со многими другими тяжелыми металлами медь относительно слаба для высших организмов. Таким образом, человек может ежедневно принимать 0,04 грамм меди, не причиняя вреда своему здоровью. В свободной форме, не связанной с белком, медь обладает антибактериальными свойствами; здесь говорят, как и с серебром, об олигодинамическом эффекте, почему z. Б. Цветочная вода, которая хранится в медных сосудах или в которой помещена медная монета, не так быстро становится нечистой.
Бактерицидные свойства
Медь токсична для многих микроорганизмов даже при низких концентрациях. Поэтому (но также и потому, что легко установить) водопроводные трубы часто содержат медь. Из-за бактерицидных свойств меди, она тестируется в крупномасштабных испытаниях, чтобы определить, имеет ли экономический смысл оснащать палаты для больниц медными дверными ручками. Например, клиническое исследование 2008 / 2009 показывает, что в клинике Асклепиос в Вандсбеке, Гамбург, после замены дверных ручек / накладок 50 и выключателей освещения количество микробов MRSA было снижено до 63%. Чилийское исследование показало, что влажность воздуха от 7,2 до 19,7% снижает количество меди на целых 92%. Многоцентровое исследование 2010 / 2011 из США показывает, что уровень заражения в «медных комнатах» падает почти на 60%, а на самих медных объектах - более чем на 80%. 2013 преобразовал отделение педиатрии в Нидерберге, Северный Рейн-Вестфалия, в медные сплавы.
Токсический эффект заключается в том, что ионы меди связываются с тиоловыми группами белков и перекисляют липиды клеточной мембраны, что приводит к образованию свободных радикалов, которые повреждают ДНК и клеточные мембраны. Например, у людей в случае болезни Вильсона (болезнь накопления меди) это приводит к повреждению органов с высоким избытком меди.
Медные сплавы с содержанием меди не менее 60% также проявляют токсическое действие в отношении норовирусов.
Действие против улиток
Слизь улитки окисляет медь в медной проволоке или медной фольге, которая служит барьером для исчезающих растений. Это создает раздражающее вещество, которое препятствует дальнейшему ползанию улитки.
Потребности в органической меди
В большинстве многоклеточных организмов медь является компонентом многих ферментов (металлоферментов) и, следовательно, жизненно важным микроэлементом. Медь входит в состав голубого гемоцианина, который служит кровяным красителем у моллюсков и членистоногих для транспорта кислорода.
Суточная потребность взрослого человека составляет миллиграммы 1,0-1,5. В организме человека медь в основном хранится в печени.
Медь в основном содержится в шоколаде, печени, злаках, овощах и орехах. Дефицит меди редко встречается у людей, главным образом при длительной диарее, у недоношенных детей, после продолжительного недоедания или мальабсорбции такими заболеваниями. Спру, болезнь Крона или муковисцидоз. Потребление высоких доз цинка, железа или молибдата также может привести к снижению количества меди в организме. Синдром Менкеса является редким врожденным нарушением обмена меди.
Избыток меди поступает в пищеварительную систему с желчью для выведения.
Сульфат меди (медный купорос) является сильным рвотным средством и поэтому используется для лечения многих интоксикаций, таких как белый фосфор, который в данном конкретном случае также обладает преимуществом одновременного связывания фосфора в виде труднорастворимого фосфида меди.
При редком наследственном заболевании экскреция меди по Вильсону нарушается, и происходит увеличение накопления меди, сначала в печени, а затем, когда это выделяет медь в кровоток, в другие органы. Другим не менее редким заболеванием обмена меди является синдром Менкеса. Несмотря на то, что медь может поглощаться клетками, они не могут в дальнейшем транспортироваться упорядоченным образом, так что некоторые органы имеют повышенное содержание меди, а другие - более низкое содержание меди.
Медь и болезнь Альцгеймера
Снова и снова обсуждалась связь между медью и развитием болезни Альцгеймера. Уже исследователи 2003 предположили, что медь замедляет выработку амилоида А и что недостаток меди способствует развитию болезни Альцгеймера. Однако последующее пилотное исследование с участием пациентов с болезнью Альцгеймера 70 не показало какого-либо защитного эффекта от повышенного потребления меди, даже несмотря на то, что отходы Abeta42 стабилизировались в спинномозговой жидкости, маркере болезни Альцгеймера.
Другие исследования показали, что медь может быть вредна для мозга. Таким образом, исследование с ионофором PBT2 в качестве активного ингредиента против болезни Альцгеймера показало хорошие результаты в исследовании фазы II. Активный ингредиент связывает не только цинк, но и медь и тем самым снижает концентрацию меди в мозге.
Новое исследование показывает, что медь накапливается в мозговых капиллярах при длительном высоком потреблении и может повредить там гематоэнцефалический барьер. В результате удаление бета-амилоида затрудняется, а накопление вещества вызывает болезнь Альцгеймера.
Использовать
Медь используется исключительно или в качестве сплава в электроустановках, для трубопроводов (отопление, вода, газы), для прецизионных деталей, монет, столовых приборов, произведений искусства, музыкальных инструментов и многого другого.
При использовании в контакте с другими металлами он вызывает контактную коррозию при воздействии влаги.
Электрический кабель (многожильный провод)
После серебра медь обладает второй по величине электропроводностью среди всех веществ даже до золота и поэтому используется среди прочего для:
электрические кабели, перемычки и силовые кабели малого сечения, воздушные линии
Следы печатных плат на печатных платах и частично в интегральных микросхемах
Электрические машины: проводные обмотки в трансформаторах, катушках индуктивности / катушках и электродвигателях
Компоненты: анодные корпуса магнетронов, зажимы, соединительные ножки компонентов, держатели контактов, пресс-гильзы
Хотя алюминий дешевле и по массе на длину лучше электрический проводник, чем медь. Это однако объемно. U. a. Следовательно, и поскольку медь может лучше контактировать и имеет более высокое сопротивление изгибу, она обычно предпочтительна в качестве проводника для алюминия, за исключением случаев, когда речь идет о весе или цене.
Провода и жилы, изготовленные из так называемой бескислородной меди (OFC, англ. Бескислородная медь с чистотой> 99,99%), имеют очень мелкозернистую кристаллическую структуру и особенно высокую усталостную прочность. Они используются для кабелей и проводов, которые подвергаются высоким механическим нагрузкам.
Для воздушных линий используются сплавы меди и магния. Должен быть найден компромисс между увеличением прочности на разрыв и снижением проводимости.
Медь обладает высокой отражательной способностью в инфракрасном диапазоне и поэтому используется в качестве зеркала для излучения лазера на углекислом газе и для покрытия стекла (изоляционное стекло).
Благодаря высокой теплопроводности и коррозионной стойкости, он хорошо подходит в качестве материала для теплообменников, радиаторов и монтажных пластин силовых полупроводников.
«Брюнингталер» - медная или бронзовая курсовая монета за 4 рейхспфеннига 1932 года - изображение Википедия
В декоративно-прикладном искусстве медный лист приводят в движение, который деформируется ударом, что легко возможно благодаря его мягкости. В изобразительном искусстве медь до сих пор используется для производства печатных форм для гравировки и офорта.
Даже крыши покрыты медным листом, который затем образует устойчивую зеленоватую патину, которая состоит из различных основных карбонатов меди или меди. Эту патину, которую часто ошибочно называют вердигрисом (см. Ацетат меди), хорошо защищает нижележащий металл от дальнейшей коррозии, поэтому медные кровли могут прослужить несколько веков. Медные гвозди используются в традиционной шиферной кровле.
сплавы
Медная крыша для Dresden Residenzschloss, изображение: Википедия
Медь также входит в состав многих таких сплавов. Как латунь (с цинком), бронза (с оловом) и никель серебро (с цинком и никелем). Эти медные сплавы широко используются из-за их хороших свойств, таких как цвет, коррозионная стойкость и технологичность. Кованые сплавы (латунь и никель-серебро) и литейные материалы (бронзовый металл, бронза). Кованые сплавы приводятся в желаемую форму с помощью пластического формования (горячая штамповка: прокатка, ковка и т. Д. Или холодная штамповка: волочение проволоки, ковка, холодная прокатка, глубокая вытяжка и т. Д.), В то время как литые материалы обычно трудно или невозможно пластически формуемых.
В зависимости от добавления никеля цвет меди исчезает и образуются коррозионно-стойкие сплавы от желтоватого до белого (мельхиор).
Многие материалы для монет изготовлены из меди, поэтому «северное золото», называемое металлом золотых частей монет евро, представляет собой сплав меди, цинка, алюминия и олова. Металлы монет монет 2001-DM действительны до 1, а яркие части монет евро сделаны из сплавов мельхиора.
Соединения меди используются в цветных пигментах, в качестве тонеров, в медицинских препаратах и гальванических покрытиях.
Цена истории
Медь является относительно дорогим металлом. Его цена в значительной степени обусловлена основными товарными биржами и биржами товарных фьючерсов в мире. Лидером в торговле медью является Лондонская биржа металлов (LME).
Цена на медь на мировом рынке подвержена сильным колебаниям: самое большое колебание, которое он испытал за последние 10 года в году 2008, как и цена на медь в 2. Торгуется на LME на промежуточном максимуме 8.940 USD / т в июле и до 23. Декабрь 2008 упал до годового минимума 10 в размере 2.825 USD [55]. После этого цена на медь, восстановленная менее чем за 4 месяцев (15, апрель 2009), вернулась к 4.860 USD / т. Его максимум 10 за год был цен на медь на 14. Февраль 2011 с 10.180 USD / т.
С марта 2012 по март 2013 цена на медь выросла в верхней части (2, апрель 2012), за исключением 8.619,75 USD и 2. Август 2012 снизился до 7.288,25 USD. Аналогичный спрэд был также замечен с октября 2012 до марта 2013 между 8.350 USD / т и 7.577 USD / т.
В августе 2014 цена на медь на мировом рынке была около 7.000 USD / т. По курсу на тот момент это были 6.199 EUR / т.
Высокая цена на медь также вызывает увеличение краж медьсодержащих предметов. Особенно пострадали здесь кабели заземления железных дорог. Например, в год 2015 Deutsche Bahn AG понес убытки в размере около 14 миллионов евро.
Один из крупнейших финансовых скандалов в новейшей истории - дело Сумитомо. Он был основан на торговле медью. В результате раскрытия, цена на медь 1996 упала на 27% в течение одного дня.
