Плавление меди

Медь является первым металлом в истории человечества, с которым познакомились люди. Знакомство с медью значительно увеличило продуктивность орудий труда, упростив, в какой-то степени, труд. Хоть она является и мягким металлов, все таки, медные орудия труда, в отличие от каменных, давали существенный выигрыш в скорости рубки, строгании, сверлении, распилки древесины и т.д. Медь в природе встречается в самородном виде значительно чаще в отличие от золота, серебра и железа, что и является основной причиной того, что данный металл был освоен первым. Кроме чистой меди, древние люди также использовали сплавы меди и олова – бронзу, которая отличалась высокой прочностью и отлично поддавалась механической обработке (ковке). Таким образом, подтверждением того, что люди использовали медь и бронзу, являются многочисленные предметы, найденные в ходе археологических раскопок. Среди предметов присутствуют орудия труда (топоры, шила, иглы, гарпуны), оружие (мечи и топоры) и защитное снаряжение, украшения (бусы, серьги, браслеты), посуда и предметы повседневного обихода (сковороды и первые зеркала), а также культовые предметы, использовавшиеся в различных ритуалах, и обереги. Изначально для добычи меди использовали малахитовую руду, а не сульфидную. Это связано с тем, что малахитовая руда не требует предварительного обжига. Для добычи меди таким образом руду и уголь помещали в глиняную посуду и отправляли в так называемую печь (яму, в которой поджигали смесь). Угарный газ, который выделялся в результате горения, восстанавливал малахит до свободной меди:

2СО + (CuOH)₂CO₃ = 2Cu + 3 CO₂ + H₂O

На Кипре, откуда и происходит латинское название меди, еще в III тыс. до н.э. существовали медные рудники и осуществлялось плавление меди.

температура плавления меди, ранее не было известно точно. Поэтому, чтобы получить точные расчеты, применяли график плавления меди: рассчитывалось время, на протяжении которого происходила выплавка меди, и примерная температура. Промышленная выплавка меди была начата в ХІІІ – ХІV вв. А с появлением электричества в XVIII – XIX вв. медь в большом количестве использовалась для изготовления проводов и других деталей, связанных с электричеством.

В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева медь обозначается Cu, т.е. Cuprum. Название происходит от острова Кипре, на котором было найдено очень богатое медное месторождение. Медь имеет атомный номер 29 и является элементом одиннадцатой группы четвертого периода (побочной первой группы) в системе. Простое вещество медь представляет собой переходный металл с характерным золотисто-розоватым цветом и хорошей пластичностью. На открытом воздухе на поверхности металла появляется оксидная пленка, благодаря которой медь имеет характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Данный металл является одним из четырех металлов, который обладает явной цветовой окраской, отличающейся от серой или серебристой. Для меди характерны высокая теплопроводность и электропроводность. По последней характеристике медь расположилась на втором месте, пропустив перед собой серебро. Ее удельная теплопроводность при температуре 20⁰С составляет 55,5 – 58 МСм/м. Также для меди характерный относительной большой температурный коэффициент сопротивления 0,4%/⁰С. Атомная плотность меди составляет (N0) = 8,52 * 10²⁸ (атом/м³). Удельная теплота плавления меди составляет 213 кДж/кг.

В настоящее время основными способами получения меди являются: пирометаллургический, гидрометаллургический и электролиз. Для получения меди используются медные руды и минералы.

Плавление меди

Медь имеет относительно низкую температуру плавления, что и позволяло в древние времена подвергать ее различной обработке, в том числе и плавлению. Ее можно было расплавить просто на костре или в примитивных печах, что, собственно, и делали наши предки. Температура плавления меди составляет 1083⁰С, а для медных сплавов, в зависимости от состава, - от 930⁰С до 1140⁰С. Если градус плавления меди повысить до 2560⁰С, то метал начинает закипать.

Плавление меди в домашних условиях

Процесс плавления меди в домашних условиях ничем не отличается от производственного. Кроме того, существует несколько способов, которые позволяют расплавить дома данный металл. Для этого понадобится приобрести некоторое оборудование. Сложность процесса напрямую зависит от того, какое оборудование будет применяться.

Плавление меди с помощью муфельной печи

Данный метод является наиболее простым для домашнего использования. Данное приспособление можно попробовать найти среди мастеров по металлу. Перед тем, как металл поместить в печь, его измельчают. Это делается для ускорения процесса, ведь чем меньше будут частички металла, тем быстрее они расплавятся. Далее металл помещаются в графитовый тигель и отправляют в печь, предварительно разогретую до нужной температуры. Сама форма должна быть разогрета до температуры, превышающей температуру плавления меди. Печь имеет специальное окно, позволяющее следить за протеканием процесса. Когда медь станет жидкой, тигель с расплавленным металлом достают из печи. Для этого используют железные щипцы. С поверхности металла убирается оксидная пленка и уже готовый жидкий металл переливают в приготовленную заранее емкость.

Плавление меди с помощью газовой горелки

Если тигельную печь найти нет возможности, то медь вполне можно расплавить ручной портативной газовой горелкой, которая размещается снизу дна емкости с металлом. В процессе необходимо следить, чтобы днище было полностью охвачено пламенем. Благодаря данному методу происходит быстрое окисление металла. Это случается по причине тесного контакта металла и воздуха. Чтобы избежать образования толстой оксидной пленки на поверхности меди, сверху на расплавленную массу насыпают мелко измельченный древесный уголь.

Альтернатива газовой горелки – паяльная лампа. Процесс плавки металла с ее помощью такой же, как и при применении газовой горелки.

Плавление меди с помощью горна

Для этого понадобится тигель, в который кладут измельченный металл и вместе с раскаленным древесным углем помещают в горн. Чтобы ускорить процесс можно использовать обычный домашний пылесос, который включенный на режиме выдувания (как при побелке стен и потолков в домах в прошлом веке). Данный метод подойдет людям, регулярно занимающимся литьем металла дома в небольших количествах. Следует отметить, что пылесос должен иметь трубу малого диаметра и железный наконечник.

Плавление меди при помощи обычной микроволновки

Однако, простая микроволновка, которую мы используем каждый день для разогрева пищи, не совсем подойдет. Необходима микроволновка высокой мощности с измененной конструкцией. Тарелка-поддон убирается совсем. Из огнеупорного кирпича сооружается муфельная печь, в которую и помещается исходный материал. Чистая медь плохо поддается плавлению, так как в жидком виде ей присуща плохая текучесть. В связи с этим специалисты считают, что чистая медь не подходит для изготовления мелких и сложных деталей. Для производства таких деталей используют многокомпонентные соединения, в основе которых находится латунь, олово, а также цинк.

Таким образом, как видно, в домашних условиях возможно проводить плавку меди. Для этого процесса понадобятся некоторые инструменты:

• муфельная печь;
• чистое сырье;
• жаропрочный тигель;
• огнеупорная подставка;
• крюк из стальной проволоки;
• щипцы для извлечения тигля из печи;
• средства индивидуальной защиты (очки, перчатки, одежда).

Алгоритм действий при выплавке меди:

• надевание защитного костюма;
• измельчение сырья и помещение его в тигель;
•  помещение в печь и установка необходимого температурного режима. Металл нельзя доводить до кипения;
• извлечение тигля щипцами из печи после достижения заданной температуры и помещение его на огнеупорную подставку;
• снятие окисной пленки с поверхности металла;
• заливание медной жидкой массы в специально подготовленную заранее формочку;
• охлаждение.

Применение меди

Из меди получаются очень красивые, изящные украшения. Однако, зачастую для украшений используют сплавы. Например, медь часто добавляют к золоту для увеличения прочности изделий, поскольку золото в чистом виде является достаточно мягким металлом и очень подвержено механическому воздействию (деформации, истиранию и другим повреждениям). Кроме этого, в настоящее время медь применяется во многих сферах человеческой деятельности. Это связано с тем, что она имеет свои уникальные физические и химические свойства. Так, в связи с низким удельным сопротивлением, медь используется в электротехнике для производства силовых и других кабелей, проводов или иных различных проводников (например, при печатном монтаже). Медные провода используются в обмотках электроприводов и силовых трансформаторов. Однако, стоит отметить, что медь должна быть достаточно чистой для данных целей, поскольку присутствие примесей снижает электропроводимость. Так, всего 0,2% алюминия в меди снижает ее электропроводимость практически на 10%.

В связи с таким свойством, как высокая теплопроводность, медь используют для разнообразных теплоотводных устройств, в теплообменниках. Среди таковых можно назвать радиаторы охлаждения, кондиционирования, отопления, тепловые трубки и компьютерные кулеры.

Высокая механическая прочность и устойчивость к различного рода повреждениям позволяет использовать медь в производстве бесшовных труб круглого сечения, применяемых для транспортировки жидкостей и газов (внутренние системы водоснабжения, отопления, газоснабжения, системы кондиционирования и холодильные агрегаты). В некоторых странах медные трубы выступают главным материалом, используемым для вышеперечисленных целей.

В некоторых сплавах медь является достаточно значимым элементом. К таким сплавам относится дюраль, в которой медь содержится в количестве 4,4%.

Кроме этого, медь является наиболее часто употребляемым катализатором полимеризации ацетилена. В связи с этим медные трубопроводы для транспортировки ацетилена применяются только в том случае, если максимальное содержание меди в сплаве составляет 64%, не более.

Также медь применяется в архитектуре – кровли и фасады могут выполнены из тонкой листовой меди. Срок их службы составляет около 100-150 лет.