Медь. Свойства меди. Крупнейшие месторождения

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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_1351.html> 63Сu (69,09%) и 65Сu (30,91%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2375.html> для природной смеси 3,77.10-28 м2. Конфигурация внешней электронной оболочки атома <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_322.html> 3d104s1; степени окисления <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3554.html> + 1, +2, редко +3, + 4; энергии ионизации Сu0 Сu+ Сu2 + Сu3+ соответственно равны 7,7264, 20,2921, 36,83 эВ; атомный радиус <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_327.html> 0,128 нм, ионные радиусы <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_1432.html> (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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_4481.html> 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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_5846.html> содержание меди 3.10-7% по массе, в речной -1.10-7%; ионы <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_1444.html> 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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2196.html> 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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3319.html> по минералогическому составу могут быть подразделены на сульфидные, оксидные и смешанные (30-40% Сu <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3411.html> в форме оксидных минералов). По текстурным особенностям различают медные руды <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3319.html> массивные, или сплошные (колчеданные, медно-никелевые, полиметаллические), и прожилково-вкрапленные (медистые песчаники и сланцы). Медные руды <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3319.html> полиметаллические, помимо меди, они содержат Fe, Zn, Pb, Ni, Au, Ag, Mo, Re, Se, Fe, платиновые металлы <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2869.html> и др. Основные мировые запасы меди (кроме России) сосредоточены в Северной Америке (США, Канада, Мексика)-32%, Южной Америке (Чили, Перу)-30%, Африке (Замбия, Заир)-15%. Мировые запасы медных руд составляют 847,6 млн. т.

Свойства. Медь - пластичный, розовато-красный металл <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2133.html> с характерным металлическим блеском, тонкие пленки <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3804.html> меди при просвечивании-зеленовато-голубого цвета. Кристаллическая решетка гранецентрированная кубическая, а = 0,36150 нм, 2 = 4, пространств. группа FтЗт. Т. пл. 1083,4 0С, т. кип. 2567 °С; плотность 8,92 г/см3, жидкой при 11000С-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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_980.html> пара <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2680.html> над жидкой медь: lgp(Па) = -17650/T + 1 l,27.l,273lg Т (1356,9-2870 К). Даже при 1900 К давление пара <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2680.html> 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%.

Медь - мягкий, ковкий металл; твердость <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3641.html> по Моосу 3,0; твердость <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3641.html> 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 пределпрочности <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3168.html> 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").

Получение. Основное 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 <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3319.html> подвергают флотационному обогащению, получая попутно, помимо медного, и др. концентраты, например цинковый, никелевый, молибденовый, пиритный, свинцовый. Содержание медь в медных концентратах достигает 18-45%.

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.

Все соли <http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_3484.html> меди 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.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Сибайское месторождение <http://www.mining-enc.ru/s/sibajskoe-mestorozhdenie/>.

Приурочено к западному крылу Магнитогорского мегасинклинория <http://www.mining-enc.ru/m/megasinklinorij/> и расположено в восточной части Сибайской вулканогенной брахиантиклинали <http://www.mining-enc.ru/b/braxiantiklinal/>, сложенной породами базальтового, а в центральной части липаритодацитового комплексов. С востока и запада месторождение ограничено соответственно Восточным и Центральным разломами <http://www.mining-enc.ru/r/razlomy/> близмеридионального простирания и состоит из двух участков - Старого и Нового Сибая.

Все рудные тела <http://www.mining-enc.ru/r/rudnoe-telo/> - линзообразной формы, залегают в липаритодацитовых породах. В южной части месторождения в пределах Нового Сибая расположена наиболее мощная залежь массивных руд, расщеплённая по восстанию и падению на пять рудных линз <http://www.mining-enc.ru/l/linza/>; контакт их с вмещающими породами <http://www.mining-enc.ru/v/vmeschayuschaya-poroda/> чёткий, падение восточное, от пологого до крутого. Основные компоненты руд - медь <http://www.mining-enc.ru/m/med/>, цинк <http://www.mining-enc.ru/c/cink/>, сера <http://www.mining-enc.ru/s/sera/>. Отношение меди к цинку в среднем 1:1,6. Главный минеральный тип руд - медно-цинковый (халькопирит-сфалерит-пиритовый), второстепенные руды - серно-колчеданные (пиритовые) и цинково-колчеданные (сфалерит-пиритовые). Месторождение вскрыто спиральным съездом шириной 17 м с уклоном 80/00 и наклонной скиповой траншеей. Осушение карьера осуществляется с помощью горизонтальных подземных выработок (горизонты <http://www.mining-enc.ru/g/gorizont-gornyj/> 130, 230, 350 м) и пробуренных к ним вертикальных сквозных фильтров (скважин <http://www.mining-enc.ru/b/burovaya-skvazhina/>). Отработка месторождения производится от центра к границе карьера. Высота уступов <http://www.mining-enc.ru/u/ustup/> 10 м. Бурение <http://www.mining-enc.ru/b/burenie/> скважин - шарошечными станками, выемка - экскаваторами <http://www.mining-enc.ru/e1/ekskavator/>, транспортировка - автосамосвалами <http://www.mining-enc.ru/a/avtosamosval-karernyj/>. На карьере установлен наклонный скиповый подъёмник <http://www.mining-enc.ru/s/skipovyj-podemnik/> грузоподъёмностью до 40 т. Перегрузочный узел скиповой подъёмной установки расположен на глубине 228 м от дневной поверхности. Добытая руда складируется на усреднительных складах, затем направляется на обогащение по бесциановой технологии и по схеме прямой селективной флотации <http://www.mining-enc.ru/f/flotaciya/> с получением медного, цинкового и пиритного концентратов <http://www.mining-enc.ru/k/koncentrat/>.

Удоканское медное месторождение.

Расположено в 30 километрах южнее железнодорожной станции Новая Чара <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%A7%D0%B0%D1%80%D0%B0> Читинской области <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8C> России. Крупнейшее в стране и третье в мире по запасам меди <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B4%D1%8C> (около 20 млн т).

Его предварительные запасы оцениваются в 1,3 миллиарда тонн медной руды, среднее содержание меди в руде 1,5 %, что составляет около 30 % всех запасов этого металла в России. Месторождение находится в сейсмоопасном районе.

Месторождение было открыто еще в середине XX века. В 1992 году лицензию на освоение Удокана получило никому не известное российско-американское СП «Удоканская горная компания». Но работа так и не началась, спустя 6 лет государство отозвало лицензию.

По состоянию на декабрь 2010 года на месторождении осуществляется геологоразведка

ЧУКИКАМАТА (Chuquicamata)

Крупнейшее в мире месторождение <http://www.mining-enc.ru/m/mestorozhdenie-poleznyx-iskopaemyx/> медных руд <http://www.mining-enc.ru/m/mednye-rudy/> на севере Чили <http://www.mining-enc.ru/ch/chili/>, в провинции Эль-Лоа, к северо-востоку от горы Антофагаста. Расположено на высоте 2840 м. Месторождение известно с древнейших времён. Разработка и плавка медных руд <http://www.mining-enc.ru/r/ruda/> велись инками в 16 веке. В промышленных масштабах разрабатывается с 1915. Рудное поле <http://www.mining-enc.ru/r/rudnoe-pole/> Чукикамата входят также месторождения Мина-Cyp (бывшее название Эксотика), открытое в 1957 и разрабатываемое с 1971, и Мина-Норте (северное продолжение Чукикамата). Молибден-медно-порфировое месторождение Чукикамата расположено в узкой полосе складчатой зоны Главных Кордильер, в пределах Меденосного пояса Южной Америки <http://www.mining-enc.ru/m/medenosnyj-poyas-yuzhnoj-ameriki/>. Оруденение приурочено к массиву эоценовых монцонит-порфиров, имеющему в плане вид линзы <http://www.mining-enc.ru/l/linza/> длиной 3000 м при максимальной ширине 1100 м. Оруденение представлено густой сетью минерализованных прожилков и ветвящихся жил <http://www.mining-enc.ru/zh/zhila/>. Главные минералы <http://www.mining-enc.ru/m/mineral/> первичных руд: пирит <http://www.mining-enc.ru/p/pirit/>, энаргит <http://www.mining-enc.ru/e1/enargit/> и халькопирит; второстепенные - борнит <http://www.mining-enc.ru/b/bornit/>, сфалерит <http://www.mining-enc.ru/s/sfalerit/>, галенит <http://www.mining-enc.ru/g/galenit/> и молибденит <http://www.mining-enc.ru/m/molibdenit-/>. Вмещающие породы <http://www.mining-enc.ru/v/vmeschayuschaya-poroda/> интенсивно гидротермально изменены. На месторождении до глубины 200 м проявлена зона окисления, а до глубины 700 м - зона вторичного обогащения. Вторичные руды сложены ковеллином <http://www.mining-enc.ru/k/kovellin/>, халькозином <http://www.mining-enc.ru/x/xalkozin/>, брошантитом <http://www.mining-enc.ru/b/broshantit/> и атакамитом. Общие запасы меди <http://www.mining-enc.ru/m/med/> оцениваются в 92 млн. т при содержании в руде 1,19%, молибдена <http://www.mining-enc.ru/m/molibden/> - около 2 млн. т при содержании 0,02-0,03% и рения - 460 т. Разведанные запасы меди 42,0 млн. т (1987). Государственная компания "Соdelсо" разрабатывает открытым способом месторождение Чукикамата и месторождение Мина-Cyp. До 1952 отрабатывалась зона окисления, затем зона вторичного обогащения, а после отработки последней - сульфидные руды <http://www.mining-enc.ru/s/sulfidnye-rudy/> (на месторождении Мина-Cyp добывается окисленная руда).