Реферат МЕДЬ. медь. Медь
 Скачать 25.85 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Иркутский национальный исследовательский технический университет Факультет специального профессионального образования Машиностроительный колледж РЕФЕРАТ На тему: «Медь» Работу выполнил: Ковалев Н.А. Группа: мТМ-20-1 Работу проверил: Чадаева В.В. Иркутск-2021 Содержание 1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 2.ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ 3.НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ 4.СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЕ 5.ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 6.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Основные понятия Медь — химический элемент с атомным номером 29, атомной массой 63,546 в периодической системе, обозначается символом Cu (лат. Cuprum), красновато-золотистого цвета (розовый при отсутствии оксидной пленки). Пластичный переходный металл, с давних пор широко применяемый человеком. Из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления медь — самый первый металл, широко освоенный человеком. В древности применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для изготовления оружия. Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных руд выплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержат много пустой породы. Поэтому для получения меди используется процесс обогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд. Она получила широкое применение в технике и промышленности благодаря ряду ценных свойств, которыми обладает. Важнейшими свойствами меди являются высокие электро- и теплопроводность, высокая пластичность и способность подвергаться пластической деформации в холодном и нагретом состояниях, хорошая сопротивляемость коррозии и способность к образованию многих сплавов с широким диапазоном различных свойств. По показателям электро- и теплопроводности медь уступает только серебру, имеет очень высокую удельную теплоёмкость. Медь диамагнитна. Более 50% добываемой меди применяется в электротехнической. промышленности (чистая медь); примерно 30 — 40 % меди применяется в виде сплавов, которые имеют большое значение (латуни, бронзы, мельхиоры и др.). Например, в производстве полупроводниковых приборов медь используют для изготовления деталей самого прибора, прежде всего выводов и кристаллодержателей мощных приборов и деталей технологического оборудования. Изначально процесс восстановления этого металла выглядел очень примитивно: медную руду просто нагревали на кострах, а затем подвергали резкому охлаждению, что приводило к растрескиванию кусков руды, из которых уже можно было извлекать медь. Дальнейшее развитие такой технологии привело к тому, что в костры начали вдувать воздух: это повышало температуру нагревания руды. Затем нагрев руды стали выполнять в специальных конструкциях, которые и стали первыми прототипами шахтных печей. Естественно, предпосылками к такому активному использованию данного металла стали не только относительная простота его получения из руды, но и его уникальные свойства: удельный вес, плотность, магнитные свойства, электрическая, а также удельная проводимость и др. ИСТОРИЯ ПРОИСХОЖДЕНИЯ Медь относится к металлам, известных с глубокой древности. Раннему знакомству человека с Медью способствовало то, что она встречается в природе в свободном состоянии в виде самородков, которые иногда достигают значительных размеров. Медь и ее сплавы сыграли большую роль в развитии материальной культуры. Благодаря легкой восстановимости оксидов и карбонатов медь была, по-видимому, первым металлом, который человек научился восстановлять из кислородных соединений, содержащихся в рудах. О том, что медь используется человечеством с древних времен, свидетельствуют археологические находки, в результате которых были найдены изделия из данного металла. Историками установлено, что первые изделия из меди появились уже в 10 тысячелетии до н.э, а наиболее активно она стала добываться, перерабатываться и использоваться спустя 8–10 тысяч лет. Знания человека об этом материале и опыт использования меди уходят в далекое прошлое. Считается, что начало было положено 10 000 лет тому назад. Фрагменты медных бус и брошей из крупиц чистой меди были найдены на Среднем Востоке и в районах современной Турции. Искусство плавления руд карбоната и окисла меди, скорее всего, было освоено человеком около 2 000 – 4 000 лет назад в районе Турции и в небольшом регионе между современным Израилем и Египтом. Производство изделий из меди по мере развития методов ее добычи, положительное значение имело также освоение техники плавления сульфидных руд около 4 500 лет назад. К 3000 до н.э. в Индии, Месопотамии и Греции для выплавки более твердой бронзы в медь стали добавлять олово. Открытие бронзы могло произойти случайно, однако ее преимущества по сравнению с чистой медью быстро вывели этот сплав на первое место. Так начался «бронзовый век». Изделия из бронзы были у ассирийцев, египтян, индусов и других народов древности. Однако цельные бронзовые статуи древние мастера научились отливать не раньше 5 в. до н.э. Около 290 до н.э. в честь бога солнца Гелиоса был создан Колосс Родосский. Он имел высоту 32 м и стоял над входом во внутреннюю гавань древнего порта острова Родоса в восточной части Эгейского моря. Гигантская бронзовая статуя была разрушена землетрясением в 223 н.э. Предки древних славян, жившие в бассейне Дона и в Приднепровье, применяли медь для изготовления оружия, украшений и предметов домашнего обихода. Русское слово «медь», по мнению некоторых исследователей, произошло от слова «мида», которое у древних племен, населявших Восточную Европу, обозначало металл вообще. Огромное количество древних медных и бронзовых изделий, обнаруживаемых археологами, заставляет сомневаться в том, что медь выплавлялась только из окисных руд. Источники (Х - XI вв.) свидетельствуют об использовании для добычи меди сернистых руд. В сочинении Теофила "О различных искусствах" описывается предварительная операция обработки руды окислительный обжиг кусков руды на кострах (выжигание серы). В Х - ХII вв. до н.э. медные и бронзовые орудия труда и оружие начинают вытесняться железными. Однако это не помешало меди сохранить свое важное техническое значение до наших дней. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ В земной коре содержание меди составляет около 5·10-3% по массе. Очень редко медь встречается в самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке). Из руд наиболее широко распространены сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2 (30% меди), ковеллин CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu2S (79,8% меди), борнит Cu5FeS4. (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например: куприт Cu2O, (81,8% меди), малахит CuCO3·Cu(OH)2 (57,4% меди) и другие. Большие месторождения медных руд найдены в различных частях Северной и Южной Америк, в Африке и на территории нашей страны. В 18–19 вв. близ Онежского озера добывали самородную медь, которую отправляли на монетный двор в Петербург. Открытие промышленных месторождений меди на Урале и в Сибири связано с именем Никиты Демидова. Именно он по указу Петра I в 1704 начал чеканить медные деньги. Богатые месторождения меди давно выработаны. Сегодня почти весь металл добывается из низкосортных руд, содержащих не более 1% меди. Некоторые оксидные руды меди могут быть восстановлены непосредственно до металла нагреванием с коксом. Однако большая часть меди производится из железосодержащих сульфидных руд, что требует более сложной переработки. Эти руды сравнительно бедные, и экономический эффект при их эксплуатации может обеспечиваться лишь ростом масштабов добычи. Часто источником меди служат полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют железо, цинк, свинец, и другие металлы. Как примеси медные руды обычно содержат рассеянные элементы (кадмий, селен, теллур, галий, германий и другие), а также серебро, а иногда и золото. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды меди, имеющие большое промышленное значение. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ В природе медь существует в соединениях и в виде самородков. Соединения представлены оксидами, гидрокарбонатами, сернистыми и углекислыми комплексами, а также сульфидными рудами 1. Пирометаллургический способ включает в себя такие процессы: обогащение и обжиг, плавка на штейн, электролитическое рафинирование. Обогащают медные руды методом флотации и окислительного обжига. Сущность метода флотации заключается в следующем: частицы меди, взвешенные в водной среде, прилипают к поверхности пузырьков воздуха и поднимаются на поверхность. Метод позволяет получить медный порошкообразный концентрат, который содержит 10-35% меди. Этому подлежат медные руды и концентраты со значительным содержанием серы. При нагреве в присутствии кислорода происходит окисление сульфидов, и количество серы снижается почти в два раза. Обжигу подвергаются бедные концентраты, в которых содержится 8-25% меди. Богатые концентраты, содержащие 25-35% меди, плавят, не прибегая к обжигу. Следующий этап пирометаллургического способа получения меди – это плавка на штейн. Если в качестве сырья используется кусковая медная руда с большим количеством серы, то плавку проводят в шахтных печах. А для порошкообразного флотационного концентрата применяют отражательные печи. Плавка происходит при температуре 1450 °С. В конвертере образуется черновая медь, которая содержит 98,4-99,4% меди, железо, серу, а также незначительное количество никеля, олова, серебра и золота. Черновая медь подлежит огневому, а далее электролитическому рафинированию. Примеси удаляют с газами и переводят в шлак. В результате огневого рафинирования образуется медь с чистотой до 99,5%. А после электролитического рафинирования чистота составляет 99,95%. 2. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании меди слабым раствором серной кислоты, а затем выделении металлической меди непосредственно из раствора. Такой способ применяется для переработки бедных руд и не допускает попутного извлечения драгоценных металлов вместе с медью. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Xимический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная медь состоит из смеси двух стабильных изотопов - 63Сu (69,1%) и 65Сu (30,9%). Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку, удельная теплоемкость (при 20 °С). Наиболее важные и широко используемые свойства меди: высокая теплопроводность - при 20 °С малое электрическое сопротивление. Отжиг наклепанной меди следует проводить при 600-700 °С. Небольшие примеси Bi (тысячные доли%) и Рb (сотые доли%) делают медь красноломкой, а примесь S вызывает хрупкость на холоде. Медь растворяет водород, который существенно ухудшает ее механические свойства ("водородная болезнь"). Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными свойствами. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Следует отметить, что важными технологическими свойствами меди, необходимыми для расчета научно обоснованных режимов обработки давлением и термической обработки, являются сопротивление деформации и пластичность. Бескислородная медь и медь, раскисленная фосфором с малым остатком раскислителя, по деформируемости в горячем и холодном состоянии превосходит кислородсодержащую медь. Заготовки из бескислородной меди перед горячей деформацией нагревают в нейтральной или восстановительной атмосфере до температур в диапазоне 800...900°С. Суммарная относительная деформация бескислородной меди при холодной обработке давлением (прокатка, волочение) может достигать 98%. Слитки и заготовки из кислородсодержащей меди нагревают до 875...900°С, продолжительность нагрева зависит от толщины слитка и составляет 15...20 мин. на каждые 25 мм толщины. Минимальная температура окончания горячей прокатки составляет 700°С. Ниже этой температуры кислородсодержащую медь обрабатывать не рекомендуется во избежание растрескивания заготовок. Горячую деформацию слитков из кислородсодержащей меди проводят с небольшими единичными обжатиями, а из бескислородной меди — с максимальными. Нагрев заготовок кислородсодержащей меди следует проводить в нейтральной или окислительной атмосфере, так как медь, содержащая кислород, подвержена «водородной болезни». При нагреве меди в восстановительной атмосфере (в средах, содержащих Н2, СН4, и др. газы) соединения диссоциируют и образуется атомарный водород, который обладает высокой диффузионной подвижностью в твердой меди. Водород, диффундируя в металл, взаимодействует с закисью меди. Образующиеся при этом пары воды не растворяются в меди и создают высокое давление в микрообъемах металла, вызывающее образование надрывов и трещин, из-за чего резко снижается пластичность и прочность меди. При штамповании меди нужно иметь виду, что в отожженном состоянии она отличается значительной анизотропией механических свойств, вызывающей образование фестонов при глубокой вытяжке. Кроме анизотропии свойств на штампуемость меди влияет величина зерна в отожженном металле. Для определения способности металла к холодной штамповке применяется испытание по Эриксену. Медь подвергают двум видам термической обработки: отжигу для уменьшения остаточных напряжений и рекристаллизационному отжигу. Температура начала рекристаллизации бескислородной меди высокой частоты составляет 200...240°С, а электролитической деформированной меди в зависимости от содержания кислорода составляет 180...230°С. Во избежание водородной болезни, как отмечено выше, полуфабрикаты из меди, содержащей кислород, рекомендуется отжигать в слабоокислительной или нейтральной атмосфере. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Медь и сплавы на ее основе, ввиду уникальности и разнообразия свойств, постоянно находились и находятся в центре внимании ученых и специалистов различных отраслей промышленности. В результате многолетних исследований, накоплен значительный объем научной и технической информации по сплавам, технологиям их изготовления и особенностям применения. Поэтому производство и потребление меди и медных сплавов в мире постоянно растет, появляются все новые области применения металлопродукции. |