Фізичні та механічні властивості міді
Мідь - один із перших металів, які людина почала застосовувати для технічних цілей. Разом із золотом, сріблом, залізом, оловом, свинцем та ртуттю, мідь відома людям із найдавніших часів і зберігає своє важливе технічне значення до наших днів.
Мідь або Су(29)
Мідь - метал рожево-червоного кольору, що відноситься до групи важких металів, є відмінним провідником тепла та електричного струму. Електропровідність міді в 1,7 рази вища, ніж у алюмінію, та в 6 разів вища, ніж у заліза.
Отримання міді
У природі мідь є у вигляді сірчистих сполук, оксидів, гідрокарбонатів, вуглекислих сполук, у складі сульфідних руд і самородної металевої міді.
Найбільш поширені руди - мідний колчедан та мідний блиск, що містять 1-2% міді.
90% первинної міді отримують пірометаллургічним способом, 10% - гідрометалургійним. Гідрометалургійний спосіб - це отримання міді шляхом її вилуговування слабким розчином сірчаної кислоти та подальшого виділення металевої міді з розчину. Пірометаллургічний спосіб складається з кількох етапів: збагачення, випалення, плавки на штейн, продування в конвертері, рафінування.
Для збагачення мідних руд використовується метод флотації (заснований на використанні різної змочуваності часток, що містять мідь, і порожньої породи), який дозволяє отримувати мідний концентрат, що містить від 10 до 35 % міді.
Після випалу руда і мідний концентрат піддаються плавці на штейн, що є сплавом, що містить сульфіди міді і заліза. Штейн містить від 30 до 50% міді, 20-40% заліза, 22-25% сірки; крім того, штейн містить домішки нікелю, цинку, свинцю, золота, срібла. Найчастіше плавка виробляється у полум'яних відбивних печах. Температура у зоніплавки 1450°C.
З метою окислення сульфідів та заліза, отриманий мідний штейн піддають продмуванню стисненим повітрям у горизонтальних конвертерах з бічним дуванням. Окисли, що утворюються, переводять у шлак. Температура у конвертері становить 1200-1300°C. Цікаво, що тепло в конвертері виділяється рахунок протікання хімічних реакцій, без подачі палива. Таким чином, в конвертері отримують чорнову мідь, що містить 98,4 - 99,4% міді, 0,01 - 0,04% заліза, 0,02 - 0,1% сірки та невелику кількість нікелю, олова, сурми, срібла, золото. Цю мідь зливають у ківш і розливають у сталеві виливниці або на розливальній машині.
Далі, для видалення шкідливих домішок, чорнову мідь рафінують (проводять вогневе, а потім електролітичне рафінування). Сутність вогневого рафінування чорнової міді полягає в окисленні домішок, видаленні їх з газами та переведенні в шлак. Після вогневого рафінування одержують мідь чистотою 99,0 – 99,7%. Її розливають у виливниці та отримують чушки для подальшої виплавки сплавів (бронзи та латуні) або зливки для електролітичного рафінування.
Електролітичне рафінування проводять для отримання чистої міді (99,95%). Електроліз проводять у ваннах, де анод – з міді вогневого рафінування, а катод – з тонких листів чистої міді. Електроліт служить водний розчин. При пропусканні постійного струму анод розчиняється, мідь перетворюється на розчин, і, очищена від домішок, осаджується на катодах. Домішки осідають на дно ванни у вигляді шлаку, що йде на переробку з метою отримання цінних металів. Катоди вивантажують через 5-12 днів, коли їхня маса досягне від 60 до 90 кг. Їх ретельно промивають, а потім переплавляють у електропечах.
Крім цього, існують технології отримання міді зі брухту. Зокрема, шляхом вогневогорафінування з брухту отримують рафіновану мідь. По чистоті мідь ділиться на марки: М0 (99,95% Cu), М1 (99,9%), М2(99,7%), М3 (99,5%), М4 (99%).
Хімічні властивості міді
Мідь - малоактивний метал, який не взаємодіє з водою, розчинами лугів, соляною та розведеною сірчаною кислотою. Однак, мідь розчиняється в сильних окислювачах (наприклад, азотної та концентрованої сірчаної).
Мідь має досить високу стійкість до корозії. Однак, у вологій атмосфері, що містить вуглекислий газ, поверхня металу покривається зеленим нальотом (патиною).
Основні фізичні властивості міді
| Температура плавлення °C | 1084 |
| Температура кипіння °C | 2560 |
| Щільність, при 20°C, кг/м³ | 8890 |
| Питома теплоємність при постійному тиску, Ср при 20°C, кДж/(кг•Дж) | 385 |
| Температурний коефіцієнт лінійного розширення, а 10 6 від 20 до 100°C, К -1 | 16,8 |
| Питома електрична опір, р при 20°C, мкОм•м | 0,01724 |
| Теплопровідність при 20°C, Вт/(м•К) | 390 |
| Питома електрична провідність, при 20°C, МОм/м | 58 |
Механічні властивості міді
| Властивості | Стан | |
| Деформований | Відпалене | |
| Межа міцності на розрив, σ МПа | 340 – 450 | 220 - 245 |
| Відносне подовження після розриву, δ ψ % | 4 - 6 | 45 - 55 |
| Відносне звуження, після розриву, % | 40 - 60 | 65 - 80 |
| Твердість по Брінеллю, НВ | 90 - 110 | 35 - 55 |
При негативних температурах мідь маєбільш високі властивості міцності і більш високу пластичність, ніж при температурі 20°С. Ознак холодноламкості технічна мідь не має. Зі зниженням температури збільшується межа плинності міді і різко зростає опір пластичної деформації.
Застосування міді
Такі властивості міді, як електропровідність та теплопровідність, обумовили основну сферу застосування міді - електротехнічна промисловість, зокрема, для виготовлення дротів, електродів тощо. Для цієї мети застосовується чистий метал (99,98-99,999%), пройшов електролітичне рафінування.
Мідь має численні унікальні властивості: стійкість до корозії, хорошу технологічність, досить довгий термін служби, чудово поєднується з деревом, природним каменем, цеглою і склом. Завдяки своїм унікальним властивостям, з давніх-давен цей метал використовується в будівництві: для покрівлі, прикраси фасадів будівель і т. д. Термін служби мідних будівельних конструкцій обчислюється сотнями років. Крім цього, з міді виготовлені деталі хімічної апаратури та інструмент для роботи з вибухонебезпечними або легкозаймистими речовинами.
Дуже важлива сфера застосування міді - виробництво сплавів. Один з найкорисніших і найбільш уживаних сплавів – латунь (або жовта мідь). Її головні складові: мідь і цинк. Добавки інших елементів дозволяють отримувати латуні із найрізноманітнішими властивостями. Латунь твердіша за мідь, вона ковка і в'язка, тому легко прокочується в тонкі листи або виштампується в найрізноманітніші форми. Одна біда: вона згодом чорніє.
З найдавніших часів відома бронза. Цікаво, що бронза легкоплавкіша в порівнянні з міддю, але за своєю твердістю перевершує окремо взяті чисті мідь іолово. Якщо ще 30-40 років тому бронзою називали лише сплави міді з оловом, то сьогодні вже відомі алюмінієві, свинцеві, кремнієві, марганцеві, берилієві, кадмієві, хромові, цирконієві бронзи.
Мідні сплави, так само як і чиста мідь, з давніх-давен використовуються для виробництва різних гармат, посуду, застосовуються в архітектурі та мистецтві.
Мідні карбування та бронзові статуї прикрашали житло людей із давніх часів. До наших днів збереглися вироби із бронзи майстрів Стародавнього Єгипту, Греції, Китаю. Великими майстрами у сфері бронзового лиття були японці. Гігантська фігура Будди у храмі Тодайдзі, створена у VIII столітті, важить понад 400 тонн. Щоб відлити таку статую, потрібна була справді видатна майстерність.
Цікаве про мідь
Серед товарів, якими торгували в далекі часи олександрійські купці, велику популярність мала "мідна зелень". За допомогою цієї фарби модниці підводили зелені кола під очима - на той час це вважалося виявом гарного смаку.
З давніх-давен люди вірили в чудодійні властивості міді і використовували цей метал при лікуванні багатьох недуг. Вважалося, що мідний браслет, одягнений на руку, приносить своєму власнику удачу та здоров'я, нормалізує тиск, перешкоджає відкладенню солей.
Багато народів і нині приписують міді цілющі властивості. Жителі Непалу, наприклад, вважають мідь священним металом, який сприяє зосередженню думок, покращує травлення та лікує шлунково-кишкові захворювання (хворим дають пити воду зі склянки, в якій лежать кілька мідних монет). Один з найбільших і найкрасивіших храмів у Непалі має назву "Мідний".
Був випадок, коли мідна руда стала. винуватцем аварії, яку зазнало норвезьке вантажнесудно "Анатіна". Трюми теплохода, що прямував до берегів Японії, були заповнені мідним концентратом. Раптом пролунав сигнал тривоги: судно дало текти.
Виявилося, що мідь, що міститься в концентраті, утворила зі сталевим корпусом "Анатини" гальванічну пару, а випари морської води послужили електролітом. Виниклий гальванічний струм роз'їв обшивку судна настільки, що в ній з'явилися дірки, куди й ринула океанська вода.