Синонимы: Купрокупритом были названы тонкие смеси самородной меди и куприта (Вернадский, 1910). Витнеит—whitneyite (Гент, 1859) и дарвинит (Форбс, 1860) — мышьяковистая медь, образующая смеси с альгодонитом.
Группа
Происхождение названия
Латинское наименование меди cuprum происходит от названия острова Кипр, откуда в древности ввозили медь. Происхождение русского названия неясно.
Английское название минерала Медь — Copper
Медный самородок
Химический состав
Содержит иногда примеси Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge3 (серебристая медь с 3—4% Ag, железистая—2,5% Fe и золотистая—2—3% Au). Примеси наблюдаются чаще в первичной самородной меди; вторичная медь обычно более чистая. Состав самородной меди из Шамлугского месторождения (Армения): Cu — 97,20 —97,46%, Fe — 0,25%; в меди из месторождений Алтая определено 98,3% Cu и более.
Кристаллографическая характеристика
Сингония. Кубическая.
Класс. Гексоктаэдрический.
Кристаллическая структура
Для кристаллической структуры характерна гранецентрированная решетка; по углам и в центрах граней элементарного куба расположены атомы меди. Это формальное выражение того, что в структуре меди имеется плотнейшая упаковка (так называемая кубическая плотнейшая упаковка) из атомов металла с радиусом 1,27 А и расстоянием между ближайшими атомами 2,54 А при выполнении пространства в 74,05%. Каждый атом Cu окружен 12 ему подобными (координационное число 12), располагающимися вокруг него по вершинам так называемого Архимедова кубооктаэдра.
Главные формы:а (100), d (110), о (111), l (530), е (210), h (410).
Области применения
Наибольшим спросом медь пользуется в электротехнике. Благодаря низкому электрическому сопротивлению, ее активно применяют для изготовления проводов, кабелей, проводящих элементов трансформаторов, делают из нее обмотки электродвигателей. На нужды отрасли уходит более половины всей добываемой меди.
Металл обладает хорошей прочностью и пластичностью, что делает его подходящим для изготовления изделий сложной формы: предметов быта, украшений; для создания бесшовных труб. Медные трубы часто применяются в оборудовании и различных инженерных системах для организации теплообмена. Здесь используются такие свойства меди, как низкий коэффициент теплового расширения и высокая теплопроводность.
Широкое применение находят медные сплавы:
- бронза — соединение с оловом, также название применяется и для сплавов меди с другими металлами, такими как алюминий, свинец, кремний, бериллий и прочими;
- латунь — с цинком;
- мельхиор, нейзильбер, манганин — с никелем;
Также медь входит как один из компонентов в другие соединения, например, в дюрали. Ювелиры часто применяют медные сплавы с добавлением золота.
Форма нахождения в природе
Облик кристаллов. Облик кристаллов кубический, тетрагексаэдрический, додекаэдрический, реже — октаэдрический (возможно, псевдоморфозы по куприту). Грани часто шероховатые, с углублениями или возвышениями. Простые кристаллы редки.
Двойники.
Двойники срастания по (111) обычны, иногда полисинтетические, часто пластинчатые в направлении двойники оси или удлиненные паралелльны диагонали двойники плоскости. Обычно кристаллы (простые и двойники) неравномерно развиты: вытянуты, укорочены или деформированы. Характерны дендритовидные формы, представляющие собой однообразные срастания множества кристаллов (единообразно деформированных или правильных) по какому-либо одному направлению. Таковы, например, двойниковые по (111) кристаллы, вытянутые по оси симметрии 2-го порядка и сросшиеся параллельно граням ромбического додекаэдра) или срастания правильных двойниковых кристаллов, разветвляющиеся по направлению ребер и диагоналей октаэдрических граней, а также параллельные срастания кристаллов, вытянутых в направлении осей 4-го порядка. В сплошных выделениях самородной меди при травлении обнаруживаются признаки собирательной кристаллизации с развитием крупных зерен за счет более мелких зональных зерен неправильной формы.
Агрегаты. Искаженные кристаллы, в одиночных неправильных зернах, дендритовидные сростки, нитевидные, проволочные, моховидные образования, тонкие пластинки, конкреции, порошковатые скопления и сплошные массы весом до нескольких сотен тонн.
Дендриты
Рафинирование меди
Рафинирование меди для получения меди необходимо чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию, и при этом, помимо удаления вредных примесей, можно извлечь также благородные металлы. Огневое рафинирование черновой меди проводят в печах, напоминающие отражательные печи, используемые для выплавки штейна из медных концентратов. Электролиз ведут в ваннах, футурованных внутри свинцом или винипластом.
Огневое рафинирование меди
Основные операции огневого рафинирования меди:
- загрузка в печь твердой меди и ее расплавление или заливка жидкой меди
- окисление меди и примесей продувкой меди воздухом и удаление из печи шлака
- восстановление оксида меди (Cu2O), растворенного в меди, и удаление растворенных в меди газов
- выпуск меди из печи и разливка в анодные слитки
В период удаления примесей из меди в газовой фазе поддерживают окислительную атмосферу, продувая расплав воздухом через железные трубки, погруженные в него одним концом. Медь при этом окисляется, а Cu2O растворяется в меди (до определенного предела). Сера удаляется из меди по реакции (48), а примеси по реакции Мепр + Cu2O Û MenpO + 2Cu.
Примеси, присутствующие в меди, можно разделить на три группы: хорошо удаляемые (S, Zn, Fe, Pb, Sn ) – степень удаления 70-99 %; частично удаляемые (Ni, As, Sb, Se, Te, Bi) – степень удаления 5-70 %; совсем неудаляемые (Au, Ag). В меди остается в сумме 0,2-0,5 % примесей.
После удаления примесей и снятия шлака проводят восстановление Сu2O, оставшегося в меди (раскисление меди), и удаление растворенных в меди газов – дразнение на ковкость и дразнение на плотность, проходящие в обратной последовательности. При дразнении медь перемешивают восстановительными газами, получаемыми за счет погруженных в медь одним концом жердей или бревен, продувки меди природным газом или мазутом в смеси с паром. Во всех случаях основными восстановителями Cu2O являются СО и Н2:
Cu2O + CО = 2Cu + CO2
Cu2O + Н2 = 2Cu + Н2О
Процесс ведут до остаточного содержания кислорода в меди 0,05-0,2 %. Шлаки рафинировочных печей содержат 35-70 % меди (выход их 1,2-4 %). Их обычно используют в качестве холодных присадок при конвертировании штейнов.
Электролитическое рафинирование меди
Электролитическое рафинирование меди позволяет получить практически чистый продукт. Аноды для электролитического рафинирования меди представляют собой пластины шириной 700-900 мм, длиной 700-1000 мм, толщиной 30-50 мм и массой 160-350 кг. Аноды имеют ушки, которыми они опираются на борта ванны или шины, по которым подводится электрический ток. Катодами в товарных ваннах служат листы из чистой меди толщиной 0,4-0,8 мм. Катодные основы получают в матричных ваннах, в которых катодами служат листы из чистой полированной меди, нержавеющей стали или титана. Электролитная ванна – это прямоугольной формы ящик, корпус которого в настоящее время делают из железобетона. Изнутри он имеет футеровку из кислотоупорного материала (свинец, винипласт и др.). Электролит – водный раствор сульфата меди (35-50 г/л меди) и серной кислоты (125-230 г/л H2SO4). Катоды и аноды завешивают в ванны параллельно друг другу через один на расстоянии 90-120 мм между центрами одноименных электродов. Число пар электродов в ванне 24-49 (анодов на один меньше). Аноды подключают к положительному, а катоды к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Электролизные ванны соединяют последовательно, объединяя в блоки и серии.
Для производства медной проволоки используют чистую рафинированную медь из которой вначале делают катанку диаметром 8 и более мм которую, затем протягивают через фильеры, получая в резудьтате одной или нескольких протяжек проволоку разных диаметров.
Физические свойства
Оптические
Цвет в свежем изломе светло-розовый, быстро переходящий в медно-красный, затем в коричневый; часто с желтой или пестрой побежалостью.
Черта медно-красная, блестящая.
Блеск металлический.
Отлив
Прозрачность. Непрозрачна. В тончайших пластинках просвечивает зеленым цветом.
Показатели преломления
Ng = , Nm = и Np =
Механические
Твердость 2,5-3.
Плотность 8,4—8,9
Спайность не наблюдается.
Излом занозистый, крючковатый.
Химические свойства
Легко растворяется в разбавленной HNO3 и в царской водке, в H2SO4— при нагревании, в НСl — с трудом. В водном растворе аммиака растворяется, окрашивая его в синий цвет. В полированных шлифах травится всеми основными реактивами. Внутреннее строение легко выявляется с помощью NH4OH + Н2O2 или НСl+ CrO3 (50%-ный раствор).
Прочие свойства
Очень ковка и тягуча. Электропроводность очень высокая; существенно понижается от примесей.
Поведение при нагревании. Чистая медь плавится при 1083°. Теплопроводность несколько меньше, чем у серебра.
Способы добычи
В зависимости от глубины расположения руды выбирают открытый или закрытый способ ее разработки. При закрытом методе добычи строятся глубокие шахты. Чтобы перемещать работников, оборудование и добытую породу, строят лифты. Породу откалывают, дробят. Затем собирают с помощью машин, оборудованных ковшами, и за счет специальных технических средств — вагонеток, лифтов — отправляют к месту переработки.
Если руда залегает на глубине до полукилометра, то ее добывают открытым способом. Требуются большие подготовительные работы. Прежде чем начать добычу, удаляют слои пустых пород, чтобы получить доступ к месторождению. Здесь работы проще автоматизировать, легче доставлять людей и оборудование, меньше затраты на обустройство инфраструктуры.
Искусственное получение минерала.
Может быть легко получена из расплавов или путем электролиза из растворов солей меди.
Диагностические признаки
Сходные минералы
Узнается по красному цвету свежей поверхности, блестящей черте, средней твердости и ковкости, обычно покрыта зеленоватыми, черными, синими налетами окисленных минералов меди. Под микроскопом в отраженном свете легко определяется по цвету и отражательной способности.
Сопутствующие минералы. Медистое золото, халькозин, кальцит, диопсид, апатит, сфен, магнетит, малахит, барит, кварц, халькопирит.
Происхождение и нахождение
Гидротермальное. Накапливается в россыпях. Как уникальные явления описаны самородки массой до 450 т.
Самородная медь образуется в восстановительных условиях при различных геологических процессах; значительная часть ее выделяется из гидротермальных растворов. В виде микроскопических выделений наблюдается во многих, преимущественно основных, изверженных породах, подвергшихся воздействию гидротермальных растворов, например, в серпентинизированных перидотитах, дунитах и серпентинитах. В этом случае возникновение самородной меди, возможно, связано с разложением ранее образовавшихся медных сульфидов, например, кубанита (Урал, Закавказье). Аналогичное происхождение можно приписать самородной меди в амфиболитизированных основных породах Серовского района Свердловской области. В Карабашском месторождении медистого золота Челябинской области самородная медь наблюдается в жилообразных телах диопсидо-гранатовых пород, залегающих среди серпентинитов; для самородной меди здесь характерна ассоциация с медистым золотом, халькозином, кальцитом, диопсидом, апатитом, сфеном, магнетитом и др. В некоторых древних вулканических породах (мелафирах, диабазах и др.), метаморфизованных под воздействием паров, газов и гидротермальных растворов, медь выполняет миндалины, образует цемент между минералами измененной лавы, заполняет пустоты и трещины; сопровождается гидротермальными минералами: анальцимом, ломонтитом, пренитом, датолитом, адуляром, хлоритом, эпидотом, пумпелиитом, кварцем, кальцитом. Крупнейшие месторождения этого типа находятся на полуострове Кивино в районе Верхнего озера (штат Мичиган, США), где оруденение приурочено к верхнепротерозойской толще. Главная масса меди добывается из мелафиров и конгломератов, но наиболее крупные выделения меди (до 400 т и более) встречены в кальцитовых жилах, содержащих самородное серебро и домейкит.
Медный самородок
Стадии пирометаллургического производства меди
Существует несколько методов переработки руды, из которых пирометаллургический наиболее экономичный. Данный способ не только обеспечивает высокую производительность, но и позволяет получать сопутствующие металлы. Сниженное количество вредных атмосферных выбросов также стоит отнести к преимуществам пирометаллургического метода переработки.
Обогащение
Из карьера или шахты руда попадает на обогатительный комбинат. Здесь ее измельчают дробильные машины. Так как содержание меди в руде невысоко, то далее необходимо произвести обогащение. Для этого применяется метод флотации.
Сырье загружают в специальную емкость, куда затем подают раствор, который представляет собой воду с добавлением флотореагентов. Действие данных веществ может быть различным, но назначение одинаково — они должны повысить выработку металла.
Сквозь смесь водного раствора и руды пропускают пузырьки воздуха. Частицы металла прилипают к ним и поднимаются наверх, образуя пену. Затем происходит разделение осадка — пустой породы, пены — выделяемого металла, водного раствора. Собранная пена поступает на дальнейшую переработку.
Обжиг
В выделенном методом флотации концентрате содержится большое количество примесей, которые необходимо удалить. Для этого руду отправляют в печь, где она подвергается термическому воздействию при температуре порядка 800 °C.
Таким методом выжигается сера. Под действием тепла образуется оксид серы, который затем испаряется. Металлические же примеси, например, железо, переходят в легкошлакуемое состояние, что упрощает их дальнейшее удаление.
Плавка на штейн
Массу, получившуюся после обжига, подвергают сушке. Затем ее помещают внутрь печи, где идет плавка при температурах до 1450 °C. Далее происходит разделение расплава на штейн, состоящий из сульфидов металлов, шлак, представляющий собой оксиды, и газообразную фракцию, которую применяют для изготовления серной кислоты.
Плавка может проводиться по нескольким технологиям. Принципиально различают плавку в жидкой ванной и взвешенную плавку. Эти процессы являются автогенными и преимущественно используются для создания штейнов. Кроме них применяются электроплавка, отражательная плавка, шахтная плавка.
На выходе получают слитки весом до полутора тонн. Содержание меди в них достигает 96 %. Остальную часть составляют: железо — 0,04 %, сера — 0,1 %. Еще 0,5 % — другие металлы: олово, серебро, никель, золото. Сплав носит наименование «черновая медь», маркируется как МЧ1-6, где цифры от 1 до 6 характеризуют содержание меди.
Рафинирование с использованием катодной меди
На данном этапе происходит получение чистой меди электрохимическим способом. В ванну с электролитом помещают слиток чернового металла, который используется как анод, и пластины чистого металла — они выполняют роль катода.
После подключения электричества молекулы меди, покидая черновой анод, осаждаются на пластинах чистого металла. Примеси других веществ выпадают осадком в виде шлама, который собирают и отправляют на переработку. Весь процесс длится около месяца, как результат — получается металл с содержанием меди 99,99 %.
Месторождения
Выделения самородной меди наблюдались в диабазах Новой Земли, в траппах Сибирской платформы, среди основных эффузивных пород в Италии, на Фарерских островах (Дания), в Новой Шотландии (Канада) и в других местах. Представителями редких типов гипогенных месторождений самородной меди являются цинково-марганцовое месторождение Франклин (штат Нью-Джерси, США) и марганцовые месторождения Лонгбан и Якобсберг (Швеция). Гипогенными, по-видимому, являются выделения самородной меди весом до нескольких тонн из ранее разрабатывавшегося месторождения Калмактас в Казахстане, представленные в музеях прекрасными образцами. В зоне окисления, особенно в ее нижних частях, самородная медь в основном является ранним продуктом изменения сульфидных медных минералов, главным образом халькозина. Она слагает преимущественно выделения неправильной формы, реже — кристаллы и дендритовидные агрегаты. Наиболее часто самородная медь сопровождается халькозином, купритом, кальцитом, лимонитом. Наблюдается в ряде месторождений Казахстана (Джезказган, Беркара, Успенское и др.), Рудного Алтая (Белоусовское, Зыряновское, Чудак, Таловское и др.), США (Бисби и Клифтон- Моренси в штате Аризона, Тинтик в штате Юта и др.). Частью самородная медь в зоне окисления возникает путем отложения из растворов, содержащих сульфат меди. Такова, например, самородная медь, образующая выделения в полостях среди агрегатов лимонита, иногда в ассоциации с купритом (Меднорудянекое месторождение Свердловской обл. и др.). Известны псевдоморфозы самородной меди, образовавшиеся в зоне окисления по халькозину, куприту, антлериту, халькантиту, азуриту, кальциту, арагониту и другим минералам. Особенно красивые образцы самородной меди (кристаллы и дендритовидные сростки) происходят из Турьинских рудников Свердловской области. В некоторых горных выработках из медьсодержащих вод на железных предметах выделяется так называемая цементная медь в виде пленок и корочек. Известны также случаи образования меди на полусгнивших остатках крепежной древесины. В повышенном количестве самородная медь наблюдается в некоторых осадочных породах (песчаниках, глинах, мергелях), содержащих растительные остатки, в виде выделений неправильной формы, иногда в псевдоморфозах по древесине или в виде конкреций. Таковы, например, пермские медистые песчаники отдельных районов России (Приуралье, Татарстан и др.), песчаники Науката в Киргизияи меловые медистые песчаники Корокоро и Кобрицос в Боливии и др. С восстановительными процессами связано также образование самородной меди в некоторых торфяниках, например,в Свердловской области— по реке Лёвихе в бассейне реки Тагила и в Сысертском районе. В виде галек и зерен самородная медь встречается в России в некоторых россыпях: на Урале, по Енисею, по реке Б. Сархой в Бурятия, по реке Чорох в Грузии, на Командорских островах и в других местах. В штате Коннектикут (США) самородная медь обнаружена в ледниковых отложениях в виде выделений весом до 75 кг. Мелкие, неправильной формы выделения самородной меди отмечены в самородном железе метеорита Венгерово в ассоциации с троилитом.
Медь
Что такое медная руда
Медная руда, как и любая другая – это конгломерат веществ, пород, минералов, содержание нужного вещества в которых настолько велико, что его считают целесообразным для осуществления добычи. Стоит сказать, что вместе с так называемым Купрумом (латинское название меди), в ее руде еще в более незначительных долях добывают и другие полезные элементы. Саму же медь начинают добывать в рудах, в которых ее количество превышает 0.5%.
Да, в чистом виде медь в природе встречается даже чаще, чем тот же алюминий, но все равно от общемировых запасов данная цифра равна примерно одному проценту, потому – добыча ведется все-таки из руд. Различают по местам образования и составу такие группы руд: карбонатовая, колчеданная, медно-никелевая, медно-порфировая (гидротермальная), скарновая, стратиформная.
Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)
В полированных шлифах в отраженном свете розовая. Отражательная способность (в %): для зеленых лучей — 61, для оранжевых — 83, для красных — 89. Изотропна. Показатели преломления (по Кундту) в призмах для красного света — 0,45, для белого — 0,65, для голубого — 0,95; в отражательном свете (по Друде) для Na-света 0,641,для красного — 0,580. Коэфиэциент поглощения для Na-света — 4,09, для красного света — 5,24.
Медь. Ветвистые дендриты. Россия
Медь. Ветвистые дендриты. Россия
Сомородок
Медь. Сомородок
