Мідь і мідні сплави, будівельні матеріали та технології

Мідне сировину проходить кілька стадій послідовного збагачення з виведенням з основних процесів схеми значної частини компонентів порожньої породи.

Початкова стадія збагачення представлена ​​стадією гірничо-металургійного збагачення руди з отриманням рудного концентрату і хвостів збагачення.

Надалі мідний концентрат проходить металургійну стадію збагачення плавкою з отриманням проміжного продукту металургійної переробки - штейну, і продукту, коллектірующего компоненти порожньої породи, шлаку.

Промпродукт металургійної переробки - штейн піддається подальшому збагаченню конвертацією з отриманням чорнового металу - чорнової міді, продукту, забрудненого домішками і не є в більшості випадків товарним металом.

На етапі отримання чорнового металу конвертацією відбувається подальше відділення компонентів порожньої породи в шлак. Чорнова мідь рафинируется (очищається), збагачується за цінному металу - міді з відділенням супутніх компонентів в шлак рафінування - черговий промпродукт, що містить супутні мідному сировини компоненти. Це первинне рафінування проводять в операції вогневого рафінування міді. Тонке очищення і відділення від міді цінних домішок відбувається при електролітичному рафінуванні міді.

Основні операції, які складають технологічну схему, такі:

1. флотації збагачення мідних руд.

2. Випал флотаційних концентратів.

3. Плавка флотаційних концентратів на штейн.

4. Конвертація мідних штейн до чорнової міді.

5. Окислительное рафінування чорнової міді.

6. Електролітичне рафінування міді - отримання товарного продукту - катодного міді.

Крім того, основні процеси технологічної схеми пов'язані з рядом процесів комплексного використання сировини. Це процеси і виробництва: утилізація тепла технологічних газів різних операцій (випал, плавка, конвертація, окисне рафінування), виділення і переробка цінних супутників з отриманням товарних продуктів (нікель, цинк, свинець, благородні метали і ін.), Переробка технологічних газів. містять діоксид сірки, з отриманням товарної сірчаної кислоти.

В сучасних технологічних схемах мідні сирі концентрати, що надходять на металургійну переробку, піддаються безперервної плавці, безперервному конвертації і іноді і безперервному вогневому рафінування з прямим отриманням міді.

Виробництво міді, воно пов'язане з високими енерго витратами і високою екологічною небезпекою.

Чистий мідь використовується для виготовлення електричних проводів, але основна частина йде на легування інших металів і приготування мідних сплавів.

Сплавами плаву міді є латуні, бронзи, мідно-нікелеві.

Латунями називаються сплави міді з цинком, який підвищує міцність та пластичність міді. Вона добре обробляється і використовується у вигляді дротів, труб і т.д

Бронзи - сплави міді з будь-якими металами крім цинку (але він може домішуватися у вигляді легуючого елемента). Бувають оловяністие, і не оловяністие.

Бронза добре обробляється. А оловяністие широко застосовуються в художньому лиття.

Підвищена твердість і пластичність, застосовується в приладобудування. Основні з них: Мельхіор і нейзильбер.

Одна з найважливіших галузей застосування міді - електротехнічна промисловість. З міді виготовляють електричні дроти. Для цієї мети метал повинен бути дуже чистий: домішки різко знижують електричну провідність. Присутність в міді 0,02% алюмінію знизить її електричну провідність майже на 10%. Ще більш різко зростає. опір металу в присутності неметалевих домішок. Для отримання чистої міді, яку можна використовувати в електротехніці, проводять її електрорафінування. Цей метод заснований на проведенні електролізу водного розчину солі міді з розчинною мідним анодний або чорнову, мідь, яка служить одним з електродів, занурюють ванну, заповнену водним розчином сульфату міді. У ванну занурюють ще один електрод. До електродів підключають джерело постійного струму таким чином, щоб технічна мідь стала анодом (позитивний полюс джерела струму), електрод - катодом. На аноді йде реакція окислення металу:

анод (+) Сu (техн.) - 2 e = Сu2 + + домішки

Іони міді переходять в розчин і переміщаються до катода (негативно зарядженого електроду). Нерозчинні домішки збираються поблизу анода, деякі домішки можуть переходити в розчин. На катоді протікає процес відновлення іонів міді:

катод (-) Сu2 + + 2е = Сu

Умови електролізу такі, що домішки, що знаходяться в розчині, не відновлюються. Електрорафінування отримують Н велектролітичні мідь чистотою 99,999%, що цілком достатньо для потреб електротехнікі.Очень важлива область застосування міді-виробництво мідних сплавів. З багатьма металами мідь утворює так звані тверді розчини, які схожі на звичайні розчини тим, що в них атоми одного компонента (металу) рівномірно розподілені серед атомів іншого. Більшість сплавів міді-це тверді розчини.

Сплав міді, відомий з найдавніших часів, -бронза містить 4-30% олова (зазвичай 8-10%). Цікаво, що бронза по своїй твердості перевершує окремо взяті чисті мідь і олово. Бронза більш легкоплавка в порівнянні з міддю. До наших днів збереглися вироби з бронзи майстрів Стародавнього Єгипту, Греції, Китаю. З бронзи відливали в середні століття знаряддя і багато інших виробів. Знамениті Цар-гармата і Цар-дзвін в Московському Кремлі також відлиті з сплаву міді з оловом.

В даний час в бронзах олово часто замінюють іншими металами, що призводить до зміни їх властивостей. Алюмінієві бронзи, які містять 5-10% алюмінію, мають підвищену міцність. З такою бронзи карбують мідні монети. Дуже міцні, тверді і пружні берилієві бронзи містять приблизно 2% берилію. Пружини, виготовлені з берилієвої бронзи, практично вічні. Широке застосування в народному господарстві знайшли бронзи, виготовлені на основі інших металів: свинцю, марганцю, сурми, заліза, нікелю і кремнію.

Велику групу становлять мідно-нікелеві сплави. Ці сплави мають сріблясто-білий колір, незважаючи на те що переважаючим компонентом є мідь. Сплав мельхіор містить від 18 до 33% нікелю (решта мідь). Він має гарний зовнішній вигляд. З мельхіору виготовляють посуд і прикраси, карбують монети ( «срібло»). Схожий на мельхіор сплав - нейзильбер-містить крім 15% нікелю, до 20% цинку. Цей сплав використовують для виготовлення художніх виробів, медичного інструменту.

Мідно-нікелеві сплави константан (40% нікелю) і манганін (сплав міді, нікелю та марганцю) мають дуже високим електричним опором. Їх використовують у виробництві приладів. Характерна особливість усіх мідно-нікелевих сплавів-їхня висока стійкість до процесів корозії - вони майже не піддаються руйнуванню навіть у морській воді.

З латуней виготовляють труби для радіаторів автомашин, трубопроводи, патронні гільзи, пам'ятні медалі, а також частини технологічних апаратів для отримання різних речовин.

У техніці застосовують процеси міднення - покриття сталевих виробів тонким шаром міді. Навіщо це робиться? Сталеві деталі і вироби часто покривають захисно-декоративними хромовими і нікелевими покриттями. Таке покриття, нанесене безпосередньо на сталь, неміцно: воно дає тріщини і відпадає. Якщо сталь покрити тонким шаром міді, а потім хромом або нікелем, то електролітичні опади виходять високої якості. Меднение проводять також для полегшення споювання деталей - мідь дуже добре піддається пайку.

Ще одна важлива галузь, де мідь використовується електрохімік, - гальванопластика. Цей метод отримання точних Металлических копій був запропонований в 1837 році українським академіком Б. С. Якобі. Суть методу полягає в наступному. Спочатку виготовляється вихідна форма або береться предмет, який підлягає копіюванню. Вони можуть бути виконані з гіпсу, пластмаси, воску. металів і інших матеріалів.

Якщо форма зроблена не з металу, то на неї наносять струмопровідний шар: найчастіше напилюють тонкий шар графіту. Потім проводять електроліз розчину, що містить солі міді, причому форма з напиленням то-копроводящім шаром грає роль катода. На шарі графіту осідає металева мідь. Таким чином виходить копія, яка може бути використана для виготовлення (наприклад, методом лиття) виробів, що мають таку ж форму, як і вихідний предмет. В даний час методом гальванопластики виготовляють інструменти, грамплатівки і т.д.

Солі міді (II) мають широке застосування. Особливо важливе значення має мідний купорос-кристаллогидрат сульфату міді (II) CuS04 • 5 Н20. Мідний купорос використовують у виробництві мінеральних і органічних барвників, у медичній промисловості, для просочення деревини як антисептик (оберігає дерево від гниття). Велике значення має мідний купорос в сільському господарстві: їм протруюють насіння перед посівом, обприскують дерева і чагарники для боротьби зі шкідниками.

Марки мідних сплавів

Властивості мідних сплавів

Мідні сплави можуть змінюватися при відпалі і під час холодної обробки тиском. Саме холодна обробка дозволяє значно збільшити міцність і твердість матеріалу. Мідь і мідні сплави пластичні, є хорошими електропровідниками і теплопровідником, стійкі до корозії, мають низький коефіцієнт тертя.

Застосування міді та мідних сплавів

Лиття мідних сплавів використовується вже протягом декількох тисячоліть. З виливки з мідних сплавів в минулому виготовляли монети, посуд, прикраси і різноманітну домашнє начиння. Коли мідні ливарнісплави стали включати в себе додаткові елементи: олово, бронза і так далі - то почалося виробництво статуй, гармат, дзвонів.

Так як мідь славиться ще й високими декоративними і естетичними характеристиками, то сьогодні її використовують і в ювелірній справі, створюються оригінальні деталі інтер'єру, сувеніри та інша продукція. Мідь і мідні сплав знайшла застосування і в будівельній сфері, з їх допомогою здійснюється облицювання фасадів об'єктів і покрівлі.