Медь (Cu)

[copper] — элемент VIII группы Периодической системы; атомный номер 29; атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная Cu состоит из смеси двух стабильных изотопов: ⁶³Cu (69,1 %) и ⁶⁵Cu (30,9 %); известна с глубокой древности, т.к. часто встречается в свободном состоянии в виде самородков (Смотри Самородная медь). Среднее содержание Cu в земной коре 4,7 • 10^-3 мас. %; встречается в основном в виде соединений с серой и кислородом. Из 170 известных медьсодержащих минералов 17 используются в промышленных масштабах: самородная медь, борнит Cu₅FeS₄ (пестрая медная руда); халькопирит CuFeS₂ (медный колчедан), халькозин Cu₂S (медный блеск); ковеллин CuS; бурнонит CuPbSbS₃; блеклые руды: тетраэдрит Cu₁₂Sb₄S₁₃ и теннантит Cu₁₂As₄S₁₃;
энаргит Cu₃AsS₄; куприт Cu₂О; тенорит CuО; малахит Cu[СО₃](ОН)₂; азурит Cu,[СO₃](ОН)г и др. Cu имеет ГЦК решетку с параметром a = 360,74 пм; γ = 8,96 г/см³; t_пл = 1083 °С; t_кип = 260° °С; С_{20 °С} = 385-48 Дж/(кг•К); высокое λ_{20 °С} = 394,279 Вт/(м • К); малое ρ_{20 °С} = 1,68 • 10^-8 Ом • м; а = 17,0 • 10^-7K^-1. Cu диамагнитна; НВ = 350 МПа; σ = 220 МПа; δ = 60 %, Е= 132 ГПа. Наклепом σ_в может быть повышен до 400 — 450 МПа, при этом δ уменьшается до 2 %, а электропроводность снижается на 1 — 3 %. Cu образует ряд одно-, двух- и трехвалентных соединений. Химическая активность меди невелика. Медь — компактный металл, при t < 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и СО₂ на поверхности Cu образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании Cu на воздухе идет ее поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется CuO, а при 375-1100 °С-двухслойная окалина: в поверхностном слое — CuO, а во внутреннем — Cu₂O. Влажный хлор взаимодействует с Cu уже при обычной температуре, образуя хлорид CuСl₂, хорошо растворимый в воде. Cu легко соединяется и с другими галогенами. Особое сродство проявляет Cu к сере и селену. С водородом, азотом и углеродом Cu не реагирует даже при высоких температурах.
В мировой практике 90 % Cu извлекают из обогащенных сульфидных медных и полиметаллических Cu-Pb-Zn-концентратов пирометаллургическими методами. В процессе плавки, чаще всего в отражательных или электрических печах, вследствие большого сродства Cu к сере, а компонентов пустой породы и железа — к кислороду Cu концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а оксиды образуют шлак. Штейн отделяют от шлака отстаиванием. В последние 30-35 лет получили развитие автогенные процессы плавки сульфидных медных концентратов во взвешенном состоянии и жидкой ванне. В 1-м случае эффективно используется большая реакционная способность распыления в воздухе или кислороде частиц концентрата, что приводит к резкому увеличению скорости окисления и плавления сульфидов. Во 2-м — интенсивное перемешивание ванны в результате подачи кислородного дутья в слой расплава позволяет с высокой скоростью проводить жидкофазное окисление сульфидов металлов, перерабатывать низкокачественное сырье, получать высококонцентрированные по SO₂ отходящие газы. В результате окисления сульфидов металлов при автогенной плавке выделяется значительное количество тепла, что позволяет частично или полностью отказаться от топлива. Из выплавленного штейна (или полупродукта автогенной плавки) получают черновую медь методом конвертирования (Смотри Конвертирование штейна). Для глубокого удаления примесей (Pb, As, Sb и др.) черновая Cu подвергается огневому окислительно-восстановительному рафинированию в пламенных печах, (Смотри Огневое рафинирование). После огневого рафинирования отлитая в аноды (плоские слитки) Cu подвергается электролизу с использованием в качестве электролита H₂SO₄. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая Cu выделяется на катодах — тонких медных листах, также полученных электролизом в специальных матричных ваннах. Полученную катодную Cu промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, Se, Те и другие ценные спутники Cu кониентрируются в анодном шламе, из которого их извлекают специальной переработкой.
Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллургические методы получения Cu (преимущественно из бедных оксидных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах H₂SO₄ или NH₃. Из раствора Cu либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Для переработки смешанных руд используют комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения Cu растворяются в сульфатных растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, осуществляемые при повышенных температурах и давлении. Из низкосортного и забалансового сырья Cu извлекают кучным и подземным выщелачиванием. В 1-м случае исходное сырье — вскрышная порода, забалансовые и труднообогательные руды, во 2-м — выщелоченные в старых забоях руды.
Широкое применение Cu в технике обусловлено рядом ее ценных свойств, и прежде всего высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью. Более 50 % производимой Cu, в основном высших сортов, с < 0,1 % примесей, применяют в электротехнике; Cu — основной материал для электропроводов. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготавливать из Cu ответственные детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. До 40 % меди используют в разных сплавах (Смотри Медные сплавы). Некоторое количество Cu (главным образом в виде солей) используется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных, процессов и т.д.

Смотри также:
— черновая медь
— самородная медь
— бескислородная медь
— анодная медь
— черная медь
— катодная медь