новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
тендеры / аналитика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы

расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты / книги
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас

реклама на сайте
контакты
Магазин химических реактивов
поиск
   

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Медь


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

МЕДЬ (лат. Cuprum-от названия острова Кипр, где в древности добывали медную руду) Сu, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 29, атомная масса 63,546. Природная медь состоит из смеси двух стабильных изотопов 63Сu (69,09%) и 65Сu (30,91%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси 3,77.10-28 м2. Конфигурация внешней электронной оболочки атома 3d104s1; степени окисления + 1, +2, редко +3, + 4; энергии ионизации Сu0 Сu+ Сu2 + Сu3+ соответственно равны 7,7264, 20,2921, 36,83 эВ; сродство к электрону 1,8 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,9; атомный радиус 0,128 нм, ионные радиусы (в скобках указаны координационные числа) Сu+ 0,060 нм (2), 0,074 нм (4), 0,091 нм (6), Сu2+ 0,071 нм (2), 0,079 нм (5), 0,087 нм (6); работа выхода электрона 4,36 эВ.

Содержание меди в земной коре (4,7.5,5).10-3% по массе. Для меди характерны месторождения гидротермального происхождения. В морской воде содержание меди 3.10-7% по массе, в речной —1.10-7%; ионы меди, поступающие в бассейны морей и океанов, сорбируются донными отложениями, поэтому содержание меди в них достигает 5,7.10-3%. Ионы меди участвуют во многих физиологических процессах, среднее содержание меди в живых организмах 2.10-4% по массе, в крови человека около 0,001 мг/л.

В земной коре медь встречается в основном в виде соединений с S (св. 90% мировых запасов и добычи медь) и в виде кислородсодержащих соединений. Среди многочисленных минералов медь (более 250) наиб. важны: халькопирит CuFeS2, ковеллин CuS, халькозин Cu2S, борнит Cu5FeS4, куприт Сu2О, малахит CuCO3.Cu(OH)2, хризоколла CuSiO3.2H2O др. Редко встречается самородная медь Медные руды по минералогическому составу могут быть подразделены на сульфидные, оксидные и смешанные (30-40% Сu в форме оксидных минералов). По текстурным особенностям различают медные руды массивные, или сплошные (колчеданные, медно-никелевые, полиметаллические), и прожилково-вкрапленные (медистые песчаники и сланцы). Медные руды полиметаллические, помимо меди, они содержат Fe, Zn, Pb, Ni, Au, Ag, Mo, Re, Se, Fe, платиновые металлы и др. Основные мировые запасы меди (кроме СССР) сосредоточены в Сев. Америке (США, Канада, Мексика)-32%, Юж. Америке (Чили, Перу)-30%, Африке (Замбия, Заир)-15%. Мировые запасы медных руд (без СССР) составляют 847,6 млн. т, в т. ч. доказанные 447,4 млн. т.

Свойства. Медь - пластичный, розовато-красный металл с характерным металлическим блеском, тонкие пленки меди при просвечивании-зеленовато-голубого цвета. Кристаллическая решетка гранецентрированная кубическая, а = 0,36150 нм, 2 = 4, пространств. группа Зт. Т. пл. 1083,4 0С, т. кип. 2567 °С; плотность 8,92 г/см3, жидкой при 1100 0С-8,36 г/см3, при 200°С-8,32 г/см3, рентгеновская плотность 8,9331 г/см3; C0р 24,44 ДжДмоль • К), уравнение температурной зависимости в интервале 248-1356,9 К: С0р = 4,187(5,41 + 1,4.7.10-3 Т)Дж/моль.К); DH0пл 13,02 кДж/моль, скрытая DHпл 205 кДж/моль, DH0исп 304,8 кДж/моль; S0298 33,15 Дж/моль.К); уравнение температурной зависимости давления пара над жидкой медь: lgp(Па) = -17650/T + 1 l,27.l,273lg Т (1356,9-2870 К). Даже при 1900 К давление пара над медь не превышает 133,32 Па. Температурный коэффициент линейного расширения 1,7.10-5 К-1 (273-323 К), уравнение температурной зависимости линейного расширения: lt = l0(1 + 1,67.10-5t + + 3,8.10-9t2 + 1,5.10-12t3) м, где l0-длина образца при 25 °С; объемная усадка при кристаллизации-4,1%. Наиболее важные и широко используемые свойства меди - ее высокая теплопроводность и малое электрическое сопротивление:


Температурный коэффициент r 4,3-10~3 К-1 (273-373 К). медь диамагнитна, удельная магнитная восприимчивость -0,66.10-6. Для жидкой медь у (в мН/м): 1120 (1413 К), 1160 (1473 К), 1226 (1573 К); h (в мПа.с): 4,0 (1356,9 К), 8,6 (1373 К), 3,41 (1418 К).

Медь - мягкий, ковкий металл; твердость по Моосу 3,0; твердость по Бринеллю 370-420 МПа; sраст 220 МПа; относительное удлинение 60%, относительное уменьшение поперечного сечения 70%; модуль продольной упругости 112 ГПа; модуль сдвига 49,25 ГПа; коэффициент Пуассона 0,34. После обработки давлением в связи с наклепом предел прочности меди возрастает до 400-450 МПа, уменьшаются на 1-3% удлинение и электрическая проводимость; последствия наклепа устраняются после отжига металла при 900-1000 К. Под действием нейтронного облучения (373 К, поток 5.1019 n/см2) предел текучести медь возрастает почти в 2,7 раза, сопротивление разрыву - в 1,26 раза, удлинение уменьшается в 1,35 раза. Небольшие примеси Bi, Pb вызывают красноломкость медь, S, О2 - хладноломкость, примеси Р, As, Al, Fe заметно уменьшают электрическую проводимость медь

Медь растворяет Н2, который существенно ухудшает ее механические свойства ("водородная болезнь"). Растворимость Н2 при 0,1 МПа (в см3 на 1 кг медь):


Стандартный электродный потенциал для реакции Сu2+ + + 2е Сu равен 0,339 В, для реакции Cu+ + e Сu 0,515 В. Химическая активность меди невелика. В сухом воздухе при комнатной температуре медь почти не окисляется. При нагревании тускнеет из-за образования пленки меди оксидов. Заметное взаимодействие с О2 воздуха начинается около 200 °С по схеме: Сu Сu2О СuО. Сначала при температуре до 377 °С образуется Сu2О, а выше 377 °С- двухслойная окалина, внутренний слой которой состоит из Сu2О, внешний-из СuО. Во влажном воздухе в присутствии СО2 на поверхности медь образуется зеленоватая пленка Cu(OH)2 x х СuСО3, в присутствии SO2-пленка CuSO4 • 3Cu(OH)2, в среде H2S-черная пленка сульфида CuS.

Медь не реагирует с Н2, N2, С, Si. При пропускании NH3 над раскаленной медью образуется Cu3N, в аналогичных условиях при контакте с парами S, Se, H2S, оксидами азота на поверхности медь образуются соответственно сульфиды, селениды, оксиды. При сплавлении с S медь дает Cu2S, с Se и Те - соответственно селениды и теллуриды. Медь активно реагирует с галогенами. образуя соответствующие соли. С соляной кислотой, разбавленными H2SO4, СН3СООН медь взаимодействует только в присутствии окислителей, образуя соответствующие соли Cu(II). В HNO3 медь растворяется с образованием Cu(NO3)2 и оксидов азота, в горячей концентрированной H2SO4 - c образованием CuSO4 и SO2 ,в концентрированных растворах цианидов - давая комплекс состава [Cu(CN)2]-.

Соли Cu(I) бесцветны, практически не растворимы в воде, легко окисляются; Cu(I) склонна к диспропорционированию. 2Cu+ Cu2+ + Сu0. Соли Cu(II), напротив, хорошо растворимы в воде, в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Аквакатионы [Сu(Н2О)4]2 + придают водному раствору голубой цвет. При введении NaOH в растворы солей Cu(II) сначала выпадает Сu(ОН)2, а в очень концентрированных растворах NaOH образуется Na2[Cu(OH)4]. В растворах соединений Cu(II) при действии Na2CO3 или К2СО3 осаждаются основные карбонаты mCuCO3.Cu(OH)2, при избытке осадителя они растворимы с образованием комплексов, например К2[Сu(СО3)2].ЗН2О. При обработке аммиачных растворов солей медь ацетиленом получают карбид СuС2. Ионы медь количественно восстанавливаются до металла другими более электроотрицательными металлами.

Соли Cu(I) и Cu(II) с рядом молекул и ионов (NH3, CN-, Сl- и др.) образуют устойчивые комплексные соединения, например (NH4)2[CuBr3], K3[Cu(CN)4], K2[CuCl4], аммиакаты. координационные числа для Сu(I)-2, 3, 4, для Сu(II)-3, 4, 6. Путем образования комплексных соединений можно перевести в раствор многие нерастворимые соли медь Известны соединения Cu(III) - неустойчивые, сильные окислители, примеры-KCuO2, K3[CuF6]. Наиболее важным соединениям меди посвящены отдельные статьи, смотри, например, Меди ацетаты. Меди нитрат, Меди сульфат, Медь-органические соединения.

Получение. Осн. сырье для получения медь-сульфидные, реже-смешанные руды. Большое значение приобретает переработка вторичного сырья, из которого в ряде развитых стран получают до 30-60% производимой медь В связи с невысоким содержанием медь в рудах (0,5-1,2%) и их много-компонентностью руды подвергают флотационному обогащению, получая попутно, помимо медного, и др. концентраты, например цинковый, никелевый, молибденовый, пиритный, свинцовый. Содержание медь в медных концентратах достигает 18-45%.

Основное количество меди (85-88%) получают по пирометаллургическим схемам, которые, как правило, включают следующие последовательные стадии: обжиг концентрата, плавку, конвертирование, рафинирование. Обжиг проводят при переработке высокосернистых и полиметаллических концентратов. При обжиге удаляют избыточное количество S в форме газов. содержащих 5-8% SO2 и используемых для производства H2SO4, и переводят часть примесей (Fe, Zn, As, Pb и др.) в формы, переходящие при последующей плавке в шлак. Обжиг проводят в печах "кипящего слоя" с применением дутья, обогащенного О2 (24-26% О2), без затрат углеродистого топлива. Продукт обжига - огарок - плавят в печах отражательного типа, реже - электропечах. Богатые медь руды плавили в шахтных печах, в настоящее время этот способ имеет подчиненное значение. Перечисленные способы плавки связаны с расходом (10-18% от массы шихты) углеродистого топлива (природный газ, мазут, кокс) или электроэнергии (350-450 кВт.ч на 1 т шихты).

В процессе плавки образуются 2 жидкие фазы-сплав сульфидов меди, Fe, цветных металлов (штейн; 22-45% Сu) и сплав оксидов металлов и силикатов (шлак; 0,4-0,7% Сu), которые не смешиваются друг с другом. Шлаки складируют или используют при производстве строительных материалов. Осваиваются автогенные процессы плавки, использующие тепло экзотермических реакций окисления сульфидов; концентраты обрабатывают в атмосфере О2, воздуха, обогащенного О2, или подогретого воздуха. Высокая производительность, получение богатых медь штейнов (до 75% Сu) и концентрированных по SO2 газов, минимальный расход углеродистого топлива-достоинства, определяющие автогенные процессы как перспективное направление в развитии пирометаллургии медь Важнейшие способы автогенной плавки-кислородно-факельная, взвешенная, отражательная, электроплавка, плавка в жидкой ванне, процессы "Норанда", "Мицубиси".

Расплав штейна (в основном Cu2S • FeS) направляют на конвертирование - продувку сжатым воздухом с целью количественного окисления FeS и его ошлакования в присутствии кварцевого флюса (первая стадия процесса), окисления Cu2S и макс. удаления S и большинства примесей (вторая стадия):


При конвертировании используют тепло экзотермических реакций окисления, конечный продукт-черновая медь (98,5-99,3% Сu).

Черновую медь рафинируют огневым, а затем электрохимическим способом. Огневое рафинирование основано на большем, чем у меди, сродстве большинства металлов-примесей к кислороду, что позволяет при продувке расплава воздухом окислить и ошлаковать количественно Fe, S, Zn, Pb и, частично, Ni, As, Sb, Bi. Для удаления кислорода расплав меди обрабатывают восстановителем (природный конверсированный газ, сырая древесина). Готовый металл (>=99,5% Сu) разливают в формы, удобные для проведения электролиза. Полученные отливки служат анодами. Электролитическое рафинирование проводят в сернокислых растворах при наложении постоянного тока; в процессе электролиза осуществляется непрерывная циркуляция подогреваемого (57-67°С) раствора, медь осаждают на катодных основах, получаемых также электролизом в спец. матричных ваннах при условиях, обеспечивающих осаждение чистого металла. Для получения ровного катодного осадка требуемой текстуры в электролит вводят ПАВ. Катодную медь (>=99,94% Сu) переплавляют и разливают в формы, удобные для послед. обработки прокаткой, волочением. При растворении анодов ряд примесей (As, Fe, Ni, Sb) накапливается в электролите, поэтому часть его выводят из циркуляционного цикла (заменяя равным объемом раствора H2SO4) и направляют на переработку для получения технических сортов медного и никелевого купоросов. Нерастворимые включения анода образуют дисперсный продукт - шлам, в котором концентрируются благородные и редкие металлы. Этот продукт специально перерабатывают в шламовом цикле. Анодные остатки (выход их 15-18% от массы анода) возвращают на переплавку в цикл огневого рафинирования.

При пирометаллургической переработке медного концентрата извлекают до 96-98% медь и благородных металлов, однако степень извлечения сопутствующих элементов (S, Zn, Ni, Pb) гораздо ниже, a Fe полностью теряется со шлаком.

Многие проблемы пирометаллургического производства медь (экологическая из-за повышенной тепло-, пыле- и газоотделения, взрывоопасность в случае контакта расплава штейна с водой и др.) устраняются при использовании гидрометаллургических технологии. Она включает: селективное выщелачивание меди из сырья, чаще всего раствором H2SO4 или NH3; очистку раствора от примесей и извлечение сопутствующих ценных элементов (Zn, Co, Ni, Cd и др.); выделение меди. При переработке бедных растворов (0,5-12,0 г/л медь) используют цементацию на железном скрапе и экстракцию с последующим электрохимическом осаждении меди. Из богатых растворов (30-40 г/л медь) медь извлекают чаще электролизом или автоклавным осаждением водородом (127-197 °С, давление Н2 1,5-2,5 МПа). В последнем случае медь получают в форме порошка (>=99,6% медь). Гидрометаллургические схемы эффективны при извлечении медь из бедных руд методами подземного, кучного, чанового выщелачивания, в том числе с использованием биохимического окисления сульфидов; остатки от выщелачивания смешанных руд обогащают флотацией. Рациональна переработка полиметаллических концентратов, вторичного сырья, особенно при небольшом объеме производства. В этом случае весьма перспективно автоклавное выщелачивание при повышенных температурах (137-197 °С) и давлении кислородсодержащего газа-окислителя (давление О2 0,2-1,0 МПа), обеспечивающее значит. интенсификацию процесса, получение более чистых растворов и элементной S при окислении сульфидов. Гидрометаллургические схемы позволяют более комплексно использовать сырье, проще обеспечить экологическую и промышленную санитарию. Внедрение их сдерживается из-за недостаточной интенсивности, повышения эксплуатационных затрат и др.

Определение. Соединения меди в смеси с содой и углем в пламени горелки образуют красный металлический королек, растворимый в HNO3. Растворы, содержащие ионы Сu2+ , при добавлении NH3 приобретают синюю окраску (чувствительность 0,007 мг/л); при добавлении K4[Fe(CN)6] выпадает красно-коричневый осадок (чувствительность 0,0001 мг/л); при взаимодействии с Na2S или (NH4)2S образуется черный осадок CuS. Для количественного определения меди используют гравиметрический, объемный, комплексонометрический, амперометрический, кондуктометрический, полярографический, потенциометрический, радиоактивационный, эмиссионный, спектральный методы анализа. При повышенном содержании меди ее определяют объемным иодометрическим или более точным электрогравиметрическим методом. Для определения малых количеств меди используют фотометрический метод с дитизоном, купфероном, диэтилдитиокарбаматом Na (чувствительность 0,02-0,002 мг/л), атомно-абсорбционный (кислородно-водородное пламя, l = 324,7 нм, чувствительность 0,01-0,0015 мг/л). При определении содержания меди в сточных водах дополнительно используют флуоресцентный (чувствительность 0,002 мг/л), спектральный (0,002-0,003 мг/л), хроматографический (0,07 мг/л) методы анализа.

Применение. Широкое применение медь в промышленности обусловлено рядом ее ценных свойств и прежде всего высокой электрической проводимостью, пластичностью, теплопроводностью. Более 50% медь используется для изготовления проводов, кабелей, шин, токопроводящих частей электрических установок. Из меди изготовляют теплообменную аппаратуру (вакуум-испарители, подогреватели, холодильники). Более 30% меди применяют в виде сплавов, важнейшие из которых - бронзы, латуни, мельхиор и другие. Медь и ее сплавы используют также для изготовления художественных изделий. В виде фольги медь применяют в радиоэлектронике. Значительное количество меди (10-12%) применяют в виде различных соединений в медицине (антисептические и вяжущие средства), для изготовления инсектофунгицидов, в качестве медных удобрений, пигментов, катализаторов, в гальванотехнике и т.д.

Мировое производство меди (без СССР) ок. 7,5 млн. т, в том числе из вторичного сырья-1,15 млн. т/год (1985). Основные страны-производители рафинированной медь (1985): США (1,7 млн. т), Япония (1,1), Чили (0,9), Канада (0,8), Замбия (0,53), Заир (0,5).

Все соли медь ядовиты; раздражают слизистые, поражают желудочно-кишечный тракт, вызывают тошноту, рвоту, заболевание печени и др. При вдыхании пыли медь развивается хроническое отравление. ПДК для аэрозолей меди 1 мг/м3, питьевой воды 1,0 мг/л, для рыбных водоемов 0,01 мг/л, в сточных водах до биол. очистки 0,5 мг/л.

медь известна человечеству с глубокой древности. Медь и ее сплавы сыграли заметную роль в развитии цивилизации.

Лит.: Набойченко С. С., Смирнов В. И., Гидрометаллургия меди, М., 1974; Металлургия меди, никеля, кобальта, 2 изд., ч. 1, М., 1977; Онаев И. А., Жакибаев Б. К., Медь в истории цивилизации, А.-А., 1983; Ванюков А. В., Уткин Н. И., Комплексная переработка медного и никелевого сырья, М., 1988; Ванюков А. В. [и др.], Плавка в жидкой ванне, М., 1988; Подчайно-ва В.Н., Симонова Л.Н., Медь, М., 1990. С. С. Набойченко.

Дополнительная информация: "Медь: химические и физические свойства".


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


Все новости



Новости компаний

Все новости


© ChemPort.Ru, MMII-MMXVII
Контактная информация