Koppar(lat. cuprum), cu, kemiskt element av grupp I i Mendeleevs periodiska system; atomnummer 29, atommassa 63,546; mjuk, formbar röd metall. Naturmetall består av en blandning av två stabila isotoper - 63 cu (69,1%) och 65 cu (30,9%).
Historisk referens. M. är en av de metaller som är kända sedan urminnes tider. Människans tidiga bekantskap med M. underlättades av att den förekommer i naturen i fritt tillstånd i form av nuggets, som ibland når betydande storlekar. Metall och dess legeringar spelade en stor roll i utvecklingen av den materiella kulturen. På grund av den lätta reducerbarheten hos oxider och karbonater, var metall tydligen den första metall som människan lärde sig att reducera från syreföreningar i malmer. Det latinska namnet M. kommer från namnet på ön Cypern, där de gamla grekerna bröt kopparmalm. I forntida tider, för att bearbeta sten, värmdes den över en eld och kyldes snabbt, och stenen sprack. Redan under dessa förhållanden var restaureringsprocesser möjliga. Därefter genomfördes restaurering i bränder med en stor mängd kol och med insprutning av luft genom rör och bälgar. Eldarna var omgivna av murar som gradvis höjdes, vilket ledde till skapandet av en schaktugn. Senare gav reduktionsmetoder plats för oxidativ smältning av sulfidkopparmalmer för att producera mellanprodukter - matt (en legering av sulfider), i vilken metall är koncentrerad, och slagg (en legering av oxider).
Utbredning i naturen. Det genomsnittliga innehållet av metall i jordskorpan (clarke) är 4,7 10 -3 % (i massa), i den nedre delen av jordskorpan, som består av grundläggande bergarter, finns det mer av den (1 10 -2 %) än i den övre (2 10 -3 %), där graniter och andra sura magmatiska bergarter dominerar. M. vandrar kraftigt både i djupens heta vatten och i biosfärens kalla lösningar; Svavelväte fäller ut olika mineralsulfider från naturliga vatten, som är av stor industriell betydelse. Bland de många mineralerna av mineraler dominerar sulfider, fosfater, sulfater och klorider; inhemska mineraler, karbonater och oxider är också kända.
M. är en viktig del av livet, den är involverad i många fysiologiska processer. Medelhalten av M i levande materia är 2 × 10 -4 %, organismer kända för att vara koncentratorer av M. I taiga och andra fuktiga klimatlandskap lakas M relativt lätt från sura jordar, här finns det på vissa ställen en brist på M och tillhörande sjukdomar hos växter och djur (särskilt på sand- och torvmossar). I stäpper och öknar (med svagt alkaliska lösningar utmärkande för dem) är M. inaktiv; I områden med mineralfyndigheter finns det ett överskott av det i jordar och växter, vilket gör att husdjur blir sjuka.
Det finns väldigt lite M i flodvatten, 1·10 -7%. Mossa som förs in i havet genom avrinning förvandlas relativt snabbt till marin silt. Därför är leror och skiffer något berikade i M (5,7 × 10 -3%), och havsvatten är kraftigt undermättat med M (3 × 10 -7%).
I haven från tidigare geologiska epoker fanns på platser en betydande ansamling av mineraler i silt, vilket ledde till bildandet av avlagringar (till exempel Mansfeld i Tyska demokratiska republiken). Migrerar kraftigt i biosfärens underjordiska vatten, ackumuleringen av M malmer i sandsten är förknippad med dessa processer.
Fysiska och kemiska egenskaper. Färgen på M. är röd, rosa när den är bruten och grönblå när den är genomskinlig i tunna lager. Metallen har ett ansiktscentrerat kubiskt gitter med parametern A= 3,6074 å; densitet 8,96 g/cm 3(20°C). Atomradie 1,28 å; jonradier cu + 0,98 å; cu 2+ 0,80 å; t pl. 1083°C; t slaf. 2600°C; specifik värmekapacitet (vid 20 °C) 385,48 j/(kg K) , det är 0,092 avföring/(G ·°C). De viktigaste och mest använda egenskaperna hos M.: hög värmeledningsförmåga - vid 20 °C 394.279 tis/(m K) , det är 0,941 avföring/(cm · sek ·°C); lågt elektriskt motstånd - vid 20 °C 1,68 10 -8 ohm m. Termisk linjär expansionskoefficient är 17,0 · 10 -6. Ångtrycket över M. är försumbart, tryck 133,322 n/m 2(det är 1 mmHg Konst.) uppnås endast vid 1628 °C. M. är diamagnetisk; atomär magnetisk känslighet 5,27 10 -6. Brinell hårdhet 350 Mn/m 2(det är 35 kgf/mm 2); draghållfasthet 220 Mn/m 2(det är 22 kgf/mm 2); relativ töjning 60 %, elasticitetsmodul 132 10 3 Mn/m 2(det vill säga 13,2 10 3 kgf/mm 2). Genom härdning kan draghållfastheten ökas till 400-450 Mn/m 2, medan förlängningen minskar till 2%, och den elektriska ledningsförmågan minskar med 1-3%. Glödgning av härdad metall bör utföras vid 600-700 °C. Små föroreningar bi (tusendelar av %) och pb (hundradelar av %) gör M. rödspröd, och s föroreningen orsakar sprödhet i kyla.
När det gäller kemiska egenskaper intar M. en mellanposition mellan elementen i förstatriaden i grupp VIII och alkalielementen i grupp I i det periodiska systemet. M, liksom fe, Co, ni, är benägen till komplexbildning, ger färgade föreningar, olösliga sulfider etc. Likheten med alkalimetaller är obetydlig. M bildar alltså ett antal monovalenta föreningar, men det 2-valenta tillståndet är mer typiskt för det. Salter av monovalent magnesium är praktiskt taget olösliga i vatten och oxideras lätt till föreningar av 2-valent magnesium; tvåvärda salter är tvärtom mycket lösliga i vatten och är fullständigt dissocierade i utspädda lösningar. Hydraterade Cu 2+-joner är blå. Föreningar i vilka M är 3-valent är också kända. Sålunda, genom verkan av natriumperoxid på en lösning av natriumkuprit na 2 cuo 2, erhålls oxiden cu 2 o 3 - ett rött pulver som börjar frigöra syre redan vid 100 ° C. cu 2 o 3 är ett starkt oxidationsmedel (det frigör till exempel klor från saltsyra).
M:s kemiska aktivitet är låg. Den kompakta metallen interagerar inte med torr luft och syre vid temperaturer under 185 °C. I närvaro av fukt och co2 bildas en grön film av basiskt karbonat på metallytan. När metall värms upp i luft sker ytoxidation; under 375 °C bildas cuo, och i intervallet 375-1100 °C, med ofullständig oxidation av metall, bildas en tvåskiktsskala, i det ytskikt som det finns cuo av, och i det inre lagret - cu 2 o. Vått klor interagerar med M. redan vid normal temperatur och bildar kloridcucl 2, som är mycket lösligt i vatten. M kombineras lätt med andra halogener. M. visar en speciell affinitet för svavel och selen; så det brinner i svavelånga. M. reagerar inte med väte, kväve och kol ens vid höga temperaturer. Lösligheten av väte i fast metall är obetydlig och vid 400 °C är den 0,06 mg vid 100 G M. Väte och andra brandfarliga gaser (co, ch 4), som verkar vid höga temperaturer på metallgöt innehållande cu 2 o, reducera det till metall med bildning av co 2 och vattenånga. Dessa produkter, som är olösliga i metall, frigörs från det, vilket orsakar uppkomsten av sprickor, vilket kraftigt försämrar metallens mekaniska egenskaper.
När nh3 förs över varm metall bildas cu3n. Redan vid het temperatur utsätts M. för kväveoxider, nämligen no, n 2 o (med bildning av cu 2 o) och no 2 (med bildning av cuo). Karbiderna cu 2 c 2 och cuc 2 kan erhållas genom inverkan av acetylen på ammoniaklösningar av salter M. Den normala elektrodpotentialen för M för reaktionen cu 2+ + 2e ® Cu är +0,337 V, och för reaktionen är cu2+ + e -> Cu +0,52 V. Därför undanträngs järn från sina salter av mer elektronegativa element (järn används i industrin) och löser sig inte i icke-oxiderande syror. I salpetersyra löses M. med bildning av cu(no 3) 2 och kväveoxider, i en varm koncentration av h 2 so 4 - med bildning av cuso 4 och so 2, i uppvärmd utspädd h 2 so 4 - när luft blåses genom lösningen. Alla salter av M. är giftiga.
M. bildar i två- och monovalent tillstånd åtskilliga mycket stabila komplexa föreningar. Exempel på komplexa föreningar av envärd M.: (nh 4) 2 kubr 3; k 3 cu(cn) 4 - komplex av dubbelsalttyp; [Сu (sc (nh 2)) 2 ]ci och andra. Exempel på komplexa föreningar av 2-valent M.: cscuci 3, k 2 cucl 4 - en typ av dubbelsalter. Ammoniumkomplexföreningar av M. är av stor industriell betydelse: [Cu (nh 3) 4] so 4, [Cu (nh 3) 2] so 4.
Mottagande. Kopparmalmer kännetecknas av ett lågt M-innehåll. Därför, före smältning, utsätts finmalen malm för mekanisk anrikning; i detta fall separeras värdefulla mineraler från huvuddelen av gråberget; Som ett resultat erhålls ett antal kommersiella koncentrat (till exempel koppar, zink, pyrit) och avfallsavfall.
I världspraxis utvinns 80 % av metallerna från koncentrat med pyrometallurgiska metoder baserade på smältning av hela materialets massa. Under smältningsprocessen, på grund av magnesiums större affinitet för svavel och den större affiniteten hos gråberg och järnkomponenter för syre, koncentreras magnesium i sulfidsmältan (skärsten), och oxiderna bildar slagg. Skärsten separeras från slaggen genom att sedimentera.
I de flesta moderna anläggningar utförs smältning i efterklangsugnar eller elektriska ugnar. I efterklangsugnar är arbetsutrymmet förlängt i horisontell riktning; härdområde 300 m 2 och mer (30 m? 10 m), erhålls värmen som är nödvändig för smältning genom att bränna kolbränsle (naturgas, eldningsolja, pulveriserat kol) i gasutrymmet ovanför badets yta. I elektriska ugnar erhålls värme genom att leda en elektrisk ström genom smält slagg (strömmen tillförs slaggen genom grafitelektroder nedsänkta i den).
Men både reflekterande och elektrisk smältning, baserad på externa värmekällor, är ofullkomliga processer. Sulfider, som utgör huvuddelen av kopparkoncentrat, har ett högt värmevärde. Därför introduceras allt oftare smältmetoder som använder förbränningsvärme av sulfider (oxidationsmedel - uppvärmd luft, luft berikad med syre eller tekniskt syre). Fina, förtorkade sulfidkoncentrat blåses med en ström av syre eller luft in i en ugn som är uppvärmd till hög temperatur. Partiklar brinner i suspension (syre-flash-smältning). Sulfider kan också oxideras i flytande tillstånd; dessa processer studeras intensivt i Sovjetunionen och utomlands (Japan, Australien, Kanada) och håller på att bli huvudriktningen i utvecklingen av pyrometallurgi av sulfidkopparmalmer.
Rika sulfidmalmer (2-3% cu) med hög svavelhalt (35-42% s) skickas i vissa fall direkt för smältning i schaktugnar (ugnar med vertikalt arbetsutrymme). I en av varianterna av schaktsmältning (koppar-svavelsmältning) tillsätts finkoks till laddningen, vilket reducerar så 2 till elementärt svavel i ugnens övre horisonter. Koppar koncentreras också i mattan i denna process.
Den resulterande flytande mattan (huvudsakligen cu 2 s, fes) hälls i en omvandlare - en cylindrisk tank gjord av stålplåt, fodrad med magnesitstenar på insidan, utrustad med en sidorad av munstycken för luftinjektion och en anordning för att rotera runt. en axel. Tryckluft blåses genom det matta lagret. Omvandlingen av mattor sker i två steg. Först oxideras järnsulfid och kvarts tillsätts till omvandlaren för att binda järnoxiderna; omvandlarslagg bildas. Sedan oxideras kopparsulfid för att bilda metallisk metall och så 2. Denna grova M. hälls i formar. Tackor (och ibland direkt smält råmetall) skickas för brandraffinering för att utvinna värdefulla satelliter (au, ag, se, fe, bi och andra) och ta bort skadliga föroreningar. Det är baserat på den större affiniteten hos föroreningsmetaller för syre än koppar: fe, zn, co och delvis ni och andra passerar till slagg i form av oxider, och svavel (i form av so 2) avlägsnas med gaser. Efter att slaggen har avlägsnats, "retas" metall för att återställa cu 2 o löst i den genom att sänka ner ändarna på råa björk- eller tallstockar i flytande metall, varefter den gjuts till platta formar. För elektrolytisk raffinering suspenderas dessa göt i ett bad av cuso 4-lösning surgjort med h 2 so 4 . De fungerar som anoder. När en ström passerar löses anoderna och ren metall avsätts på katoderna — tunna kopparplåtar, som också erhålls genom elektrolys i speciella matrisbad. För att separera täta, jämna avlagringar införs ytaktiva tillsatser (trälim, tiokarbamid och andra) i elektrolyten. Den resulterande katodmetallen tvättas med vatten och smälts. Ädelmetaller, se, te och andra värdefulla satelliter av metall koncentreras i anodslammet, från vilket de utvinns genom speciell bearbetning. Nickel koncentrerad i elektrolyten; Genom att ta bort en del av lösningarna för indunstning och kristallisation kan ni erhållas i form av nickelsulfat.
Tillsammans med pyrometallurgiska metoder används också hydrometallurgiska metoder för att erhålla mineraler (främst från dåliga oxiderade och inhemska malmer). Dessa metoder är baserade på selektiv upplösning av kopparhaltiga mineraler, vanligtvis i svaga lösningar av h 2 so 4 eller ammoniak. Från en lösning fälls metall antingen ut med järn eller isoleras genom elektrolys med olösliga anoder. Kombinerade hydroflotationsmetoder, där syreföreningar av metall löses i svavelsyralösningar och sulfider separeras genom flotation, är mycket lovande när de appliceras på blandade malmer. Autoklavhydrometallurgiska processer, som äger rum vid förhöjda temperaturer och tryck, blir också utbredda.
Ansökan. Metallens stora roll i tekniken beror på ett antal av dess värdefulla egenskaper och framför allt dess höga elektriska ledningsförmåga, plasticitet och värmeledningsförmåga. Tack vare dessa egenskaper är M. huvudmaterialet för trådar; över 50 % av utvunnen metall används inom elindustrin. Alla föroreningar minskar metallens elektriska ledningsförmåga, och därför används inom elektroteknik den högsta metallen som innehåller minst 99,9% Cu. Hög värmeledningsförmåga och korrosionsbeständighet gör det möjligt att tillverka av metallkritiska delar av värmeväxlare, kylskåp, vakuumanordningar etc. Cirka 30-40% av metallen används i form av olika legeringar, bland vilka de viktigaste är mässing(från 0 till 50 % zn) och olika typer brons; tenn, aluminium, bly, beryllium etc. Utöver behoven för tung industri, kommunikationer och transporter förbrukas en viss mängd metall (främst i form av salter) för framställning av mineralpigment, bekämpning av skadedjur och växtsjukdomar, som mikrogödsel, och katalysatorer oxidativa processer, såväl som i läder- och pälsindustrin och vid produktion av konstsilke.
L. V. Vanyukov.
Koppar som konstnärligt material används med kopparåldern(smycken, skulptur, husgeråd, fat). Smidda och gjutna produkter gjorda av metall och legeringar är dekorerade med chasing, gravering och prägling. Den enkla bearbetningen av metall (på grund av dess mjukhet) gör det möjligt för hantverkare att uppnå en mängd olika texturer, noggrann utarbetning av detaljer och fin modellering av formen. Produkter gjorda av metall kännetecknas av skönheten i deras gyllene eller rödaktiga toner, såväl som deras förmåga att få glans när de poleras. M. är ofta förgylld, patinerad, tonad och dekorerad med emalj. Sedan 1400-talet har metall även använts för tillverkning av tryckplåtar.
Koppar i kroppen. M. - nödvändig för växter och djur spårämne. Den huvudsakliga biokemiska funktionen hos M. är deltagande i enzymatiska reaktioner som en aktivator eller som en del av kopparinnehållande enzymer. Mängden M i växter sträcker sig från 0,0001 till 0,05 % (per torrsubstans) och beror på typen av växt och M-halten i jorden. I växter är M. en komponent av enzymoxidaser och proteinet plastocyanin. I optimala koncentrationer ökar M. växternas kylresistens och främjar deras tillväxt och utveckling. Bland djuren är de rikaste i M. några ryggradslösa djur (blötdjur och kräftdjur i hemocyanin innehåller 0,15-0,26 % M.). När det tas med mat, absorberas M. i tarmarna, binder till blodserumproteinet - albumin, och absorberas sedan av levern, varifrån det återgår till blodet som en del av proteinet ceruloplasmin och levereras till organ och vävnader.
M. innehåll hos människor varierar (per 100 G torrvikt) från 5 mg i levern upp till 0,7 mg i ben, i kroppsvätskor - från 100 mcg(per 100 ml) i blodet upp till 10 mcg i cerebrospinalvätskan; totalt M. i den vuxna människokroppen är cirka 100 mg. M. ingår i ett antal enzymer (till exempel tyrosinas, cytokromoxidas) och stimulerar benmärgens hematopoetiska funktion. Små doser av M. påverkar metabolismen av kolhydrater (minskning av blodsocker), mineraler (minskad mängd fosfor i blodet) etc. En ökning av M. i blodet leder till omvandling av mineraliska järnföreningar till organiska, stimulerar användningen av järn som ackumuleras i levern under syntesen hemoglobin.
Med brist på M. drabbas spannmålsväxter av den s. k. bearbetningssjukdomen, och fruktväxter drabbas av exantem; hos djur minskar upptaget och användningen av järn, vilket leder till anemiåtföljd av diarré och utmattning. Kopparmikrogödselmedel används och djur utfodras med M-salter. M.-förgiftning leder till anemi, leversjukdom och Wilsons sjukdom. Hos människor inträffar sällan förgiftning på grund av de subtila mekanismerna för absorption och utsöndring av M. Men i stora doser orsakar M. kräkningar; när M. absorberas kan allmän förgiftning uppstå (diarré, försvagad andning och hjärtaktivitet, kvävning, koma).
I. F. Gribovskaya.
Inom medicinen används M. sulfat som ett antiseptiskt och sammandragande medel i form av ögondroppar för konjunktivit och ögonpennor för behandling av trakom. En lösning av M. sulfate används också för hudbrännskador med fosfor. Ibland används M. sulfat som ett kräkmedel. M. nitrat används som ögonsalva för trakom och konjunktivit.
Belyst.: Smirnov V.I., Metallurgi av koppar och nickel, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh K., Metallurgy of blister copper, M., 1954; Ghazaryan L. M., Pyrometallurgy of copper, M., 1960; Metallurgist's Guide to Non-Ferrous Metals, redigerad av N. N. Murach, 2nd ed., vol. 1, M., 1953, vol. 2, M., 1947; Levinson N. p., [Products made of non-ferrous and ferrous metal], i boken: Russian decorative art, vol. 1-3, M., 1962-65; hade bort w. s., illustrationer av metallarbeten i mässing och koppar mestadels sydindien, madras, 1913; Wainwright g. a., förekomsten av tenn och koppar nära bybios, "journal of Egyptian archaeology", 1934, v. 20, pkt 1, sid. 29-32; bergs? e s., förgyllningsprocessen och metallurgin av koppar och bly bland de precolumbianska indianerna, kbh., 1938; Frieden E., Kopparföreningarnas roll i naturen, i boken: Horizons of Biochemistry, översättning från engelska, M., 1964; honom. Biokemi av koppar, i boken: Molecules and Cells, översättning från engelska, in. 4, M., 1969; Koppars biologiska roll, M., 1970.
ladda ner abstrakt
Koppar är ett element i den sekundära undergruppen av den första gruppen, den fjärde perioden i det periodiska systemet för kemiska element i D.I. Mendeleev, med atomnummer 29. Det betecknas med symbolen Cu (lat. Cuprum).
Atomnummer - 29
Atommassa - 63.546
Densitet, kg/m³ - 8960
Smältpunkt, °C - 1083
Värmekapacitet, kJ/(kg °C) - 0,385
Elektronegativitet - 1,9
Kovalent radie, Å - 1,17
1:a jonisering potential, eV - 7,73
Koppar förekommer i naturen både i föreningar och i naturlig form. Av industriell betydelse är kopparkis CuFeS2, även känd som kopparkis, kalkkis Cu2S och bornit Cu5FeS4. Tillsammans med dem finns även andra kopparmineral: covellit CuS, cuprite Cu2O, azurit Cu3(CO3)2(OH)2, malakit Cu2CO3(OH)2. Ibland finns koppar i inhemsk form; massan av enskilda kluster kan nå 400 ton. Kopparsulfider bildas huvudsakligen i medeltemperatura hydrotermiska vener. Kopparfyndigheter finns också ofta i sedimentära bergarter - kopparsandstenar och skiffer. De mest kända fyndigheterna av denna typ är Udokan i Chita-regionen, Dzhezkazgan i Kazakstan, kopparbältet i Centralafrika och Mansfeld i Tyskland.
Den mesta kopparmalmen bryts genom dagbrott. Kopparhalten i malmen varierar från 0,4 till 1,0 %. Koppars fysikaliska egenskaper
Koppar är en guldrosa seg metall, i luften blir den snabbt täckt av en oxidfilm, vilket ger den en karakteristisk intensiv gulröd nyans. Koppar har hög termisk och elektrisk ledningsförmåga (den ligger på andra plats i elektrisk ledningsförmåga efter silver). Den har två stabila isotoper - 63Cu och 65Cu, och flera radioaktiva isotoper. Den längsta livslängden av dessa, 64Cu, har en halveringstid på 12,7 timmar och två sönderfallslägen med olika produkter.
Färgen på koppar är röd, rosa när den är bruten och grönblå när den är genomskinlig i tunna lager. Metallen har ett ansiktscentrerat kubiskt gitter med parametern a = 3,6074 Å; densitet 8,96 g/cm3 (20 °C). Atomradie 1,28 Å; jonradier för Cu+ 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; smälta 1083°C; kokpunkt 2600 °C; specifik värmekapacitet (vid 20 °C) 385,48 J/(kg K), d.v.s. 0,092 kal/(g°C). De viktigaste och mest använda egenskaperna hos koppar: hög värmeledningsförmåga - vid 20 °C 394,279 W/(m K), det vill säga 0,941 cal/(cm sek °C); lågt elektriskt motstånd - vid 20 °C 1,68·10-8 ohm·m. Termisk linjär expansionskoefficient är 17,0·10-6. Ångtrycket över koppar är försumbart; ett tryck på 133.322 n/m2 (dvs. 1 mm Hg) uppnås endast vid 1628 °C. Koppar är diamagnetisk; atomär magnetisk känslighet 5,27·10-6. Brinell-hårdheten för koppar är 350 Mn/m2 (dvs. 35 kgf/mm2); draghållfasthet 220 MN/m2 (dvs. 22 kgf/mm2); relativ töjning 60 %, elasticitetsmodul 132·103 MN/m2 (dvs. 13,2·103 kgf/mm2). Genom härdning kan draghållfastheten ökas till 400-450 Mn/m2, medan töjningen minskas till 2%, och den elektriska ledningsförmågan minskas med 1-3.
Koppar(lat. Cuprum), Cu, kemiskt element av grupp I i det periodiska systemet av Mendeleev; atomnummer 29, atommassa 63,546; mjuk, formbar röd metall. Naturmetall består av en blandning av två stabila isotoper - 63 Cu (69,1%) och 65 Cu (30,9%).
Historisk referens. M. är en av de metaller som är kända sedan urminnes tider. Människans tidiga bekantskap med M. underlättades av att den förekommer i naturen i fritt tillstånd i form av nuggets (se. Inhemsk koppar), som ibland når betydande storlekar. Metall och dess legeringar spelade en stor roll i utvecklingen av materiell kultur (se. Bronsåldern). På grund av den lätta reducerbarheten hos oxider och karbonater, var metall tydligen den första metall som människan lärde sig att reducera från syreföreningar i malmer. Det latinska namnet M. kommer från namnet på ön Cypern, där de gamla grekerna bröt kopparmalm. I forntida tider, för att bearbeta sten, värmdes den över en eld och kyldes snabbt, och stenen sprack. Redan under dessa förhållanden var restaureringsprocesser möjliga. Därefter genomfördes restaurering i bränder med en stor mängd kol och med insprutning av luft genom rör och bälgar. Eldarna var omgivna av murar som gradvis höjdes, vilket ledde till skapandet av en schaktugn. Senare gav reduktionsmetoder plats för oxidativ smältning av sulfidkopparmalmer för att producera mellanprodukter - matt (en legering av sulfider), i vilken metall är koncentrerad, och slagg (en legering av oxider).
Utbredning i naturen. Det genomsnittliga innehållet av metall i jordskorpan (clarke) är 4,7 10 -3 % (i massa), i den nedre delen av jordskorpan, som består av grundläggande bergarter, finns det mer av den (1 10 -2 %) än i den övre delen (2 %) 10 -3 %), där graniter och andra sura magmatiska bergarter dominerar. M. vandrar kraftigt både i djupens heta vatten och i biosfärens kalla lösningar; Svavelväte fäller ut olika mineralsulfider från naturliga vatten, som är av stor industriell betydelse. Bland de många mineralerna av mineraler dominerar sulfider, fosfater, sulfater och klorider; inhemska mineraler, karbonater och oxider är också kända.
M. är en viktig del av livet, den är involverad i många fysiologiska processer. Medelhalten av M i levande materia är 2·10 -4%, organismer är kända för att vara koncentratorer av M. I taiga och andra fuktiga klimatlandskap lakas M relativt lätt från sura jordar, här finns det på sina ställen en brist på M och tillhörande sjukdomar hos växter och djur (särskilt på sand- och torvmossar). I stäpper och öknar (med svagt alkaliska lösningar utmärkande för dem) är M. inaktiv; I områden med mineralfyndigheter finns det ett överskott av det i jordar och växter, vilket gör att husdjur blir sjuka.
Det finns väldigt lite M i flodvatten, 1·10 -7%. Mossa som förs in i havet genom avrinning förvandlas relativt snabbt till marin silt. Därför är leror och skiffer något berikade med M (5,7·10 -3%), och havsvatten är kraftigt undermättat med M (3·10 -7%).
I haven från tidigare geologiska epoker fanns på platser en betydande ansamling av mineraler i silt, vilket ledde till bildandet av avlagringar (till exempel Mansfeld i Tyska demokratiska republiken). Migrerar kraftigt i biosfärens underjordiska vatten, ackumuleringen av M malmer i sandsten är förknippad med dessa processer.
Fysiska och kemiska egenskaper. Färgen på M. är röd, rosa när den är bruten och grönblå när den är genomskinlig i tunna lager. Metallen har ett ansiktscentrerat kubiskt gitter med parametern A= 3,6074; densitet 8,96 g/cm 3(20°C). Atomradie 1,28; jonradier Cu + 0,98; Cu2+ 0,80; t pl. 1083°C; t slaf. 2600°C; specifik värmekapacitet (vid 20 °C) 385,48 j/(kg K), det är 0,092 avföring/(G·°C). De viktigaste och mest använda egenskaperna hos M.: hög värmeledningsförmåga - vid 20 °C 394.279 tis/(m K), det är 0,941 avföring/(cm·sek·°C); lågt elektriskt motstånd - vid 20 °C 1,68 10 -8 ohm m. Termisk linjär expansionskoefficient är 17,0·10 -6. Ångtrycket över M. är försumbart, tryck 133,322 n/m 2(det är 1 mmHg Konst.) uppnås endast vid 1628 °C. M. är diamagnetisk; atomär magnetisk känslighet 5,27·10 -6. Brinell hårdhet 350 Mn/m 2(det är 35 kgf/mm 2); draghållfasthet 220 Mn/m 2(det är 22 kgf/mm 2); relativ töjning 60 %, elasticitetsmodul 132 10 3 Mn/m 2(det vill säga 13,2 10 3 kgf/mm 2). Genom härdning kan draghållfastheten ökas till 400-450 Mn/m 2, medan förlängningen minskar till 2%, och den elektriska ledningsförmågan minskar med 1-3%. Glödgning av kallbearbetad metall bör utföras vid 600-700 °C. Små föroreningar av Bi (tusendelar av %) och Pb (hundradelar av %) gör M. rödspröd, och inblandningen av S orsakar sprödhet i kyla.
När det gäller kemiska egenskaper intar M. en mellanposition mellan elementen i förstatriaden i grupp VIII och alkalielementen i grupp I i det periodiska systemet. M, liksom Fe, Co och Ni, är benägna att bilda komplex och producerar färgade föreningar, olösliga sulfider etc. Likheten med alkalimetaller är obetydlig. M bildar alltså ett antal monovalenta föreningar, men det 2-valenta tillståndet är mer typiskt för det. Salter av monovalent magnesium är praktiskt taget olösliga i vatten och oxideras lätt till föreningar av 2-valent magnesium; tvåvärda salter är tvärtom mycket lösliga i vatten och är fullständigt dissocierade i utspädda lösningar. Hydraterade Cu 2+-joner är blå. Föreningar i vilka M är 3-valent är också kända. Således, genom verkan av natriumperoxid på en lösning av natriumcuprit Na 2 CuO 2, erhålls oxiden Cu 2 O 3 - ett rött pulver som börjar frigöra syre redan vid 100 ° C. Cu 2 O 3 är ett starkt oxidationsmedel (det frigör till exempel klor från saltsyra).
M:s kemiska aktivitet är låg. Kompaktmetall interagerar inte med torr luft och syre vid temperaturer under 185 °C. I närvaro av fukt och CO 2 bildas en grön film av basiskt karbonat på metallytan. När metall värms upp i luft sker ytoxidation; under 375 °C bildas CuO, och i intervallet 375-1100 °C, med ofullständig oxidation av metall, bildas tvåskiktsskala, i det ytskikt av vilket det finns CuO, och i det inre lagret - Cu 2 O (se. Kopparoxider). Vått klor interagerar med mineraler redan vid normala temperaturer och bildar CuCl 2-klorid, som är mycket lösligt i vatten. M kombineras lätt med andra halogener (se. Kopparhalogenider). M. visar en speciell affinitet för svavel och selen; så det brinner i svavelånga (se. Kopparsulfider). M. reagerar inte med väte, kväve och kol ens vid höga temperaturer. Lösligheten av väte i fast metall är obetydlig och vid 400 °C är den 0,06 mg vid 100 G M. Väte och andra brandfarliga gaser (CO, CH 4), som verkar vid höga temperaturer på metallgöt som innehåller Cu 2 O, reducerar det till metall med bildning av CO 2 och vattenånga. Dessa produkter, som är olösliga i metall, frigörs från det, vilket orsakar uppkomsten av sprickor, vilket kraftigt försämrar metallens mekaniska egenskaper.
När NH 3 leds över varm metall bildas Cu 3 N. Redan vid varm temperatur utsätts metall för kväveoxider, nämligen NO, N 2 O (med bildning av Cu 2 O) och NO 2 (med bildningen) av CuO). Karbiderna Cu 2 C 2 och CuC 2 kan erhållas genom inverkan av acetylen på ammoniaklösningar av salter M. Den normala elektrodpotentialen för M för reaktionen Cu 2+ + 2e Cu är +0,337 V och för reaktionen är Cu + + e Cu +0,52 V. Därför undanträngs järn från sina salter av mer elektronegativa element (järn används i industrin) och löser sig inte i icke-oxiderande syror. I salpetersyra löses M. med bildning av Cu(NO 3) 2 och kväveoxider, i en varm koncentration av H 2 SO 4 - med bildning av CuSO 4 och SO 2, i uppvärmd utspädd H 2 SO 4 - när luft blåses genom lösningen. Alla salter av M. är giftiga (se. Kopparkarbonater, Kopparnitrat, Kopparsulfat).
M. bildar i två- och monovalent tillstånd åtskilliga mycket stabila komplexa föreningar. Exempel på komplexa föreningar av envärd metall: (NH 4) 2 CuBr 3; K3Cu(CN)4 - komplex av dubbelsalttyp; [Cu (SC (NH2))2]CI och andra. Exempel på komplexa föreningar av 2-valent metall: CsCuCI 3, K 2 CuCl 4 - en typ av dubbelsalter. Ammoniakkomplexföreningar av M är av stor industriell betydelse: [Cu (NH 3) 4 ] SO 4 , [Cu (NH 3) 2 ] SO 4 .
Mottagande. Kopparmalmer kännetecknas av ett lågt M-innehåll. Därför, före smältning, utsätts finmalen malm för mekanisk anrikning; i detta fall separeras värdefulla mineraler från huvuddelen av gråberget; Som ett resultat erhålls ett antal kommersiella koncentrat (till exempel koppar, zink, pyrit) och avfallsavfall.
I världspraxis utvinns 80 % av metallerna från koncentrat med pyrometallurgiska metoder baserade på smältning av hela materialets massa. Under smältningsprocessen, på grund av magnesiums större affinitet för svavel och den större affiniteten hos gråberg och järnkomponenter för syre, koncentreras magnesium i sulfidsmältan (skärsten), och oxiderna bildar slagg. Skärsten separeras från slaggen genom att sedimentera.
I de flesta moderna anläggningar utförs smältning i efterklangsugnar eller elektriska ugnar. I efterklangsugnar är arbetsutrymmet förlängt i horisontell riktning; härdområde 300 m 2 och mer (30 m 10 m), erhålls värmen som är nödvändig för smältning genom att bränna kolbränsle (naturgas, eldningsolja, pulveriserat kol) i gasutrymmet ovanför badets yta. I elektriska ugnar erhålls värme genom att leda en elektrisk ström genom smält slagg (strömmen tillförs slaggen genom grafitelektroder nedsänkta i den).
Men både reflekterande och elektrisk smältning, baserad på externa värmekällor, är ofullkomliga processer. Sulfider, som utgör huvuddelen av kopparkoncentrat, har ett högt värmevärde. Därför introduceras allt oftare smältmetoder som använder förbränningsvärme av sulfider (oxidationsmedel - uppvärmd luft, luft berikad med syre eller tekniskt syre). Fina, förtorkade sulfidkoncentrat blåses med en ström av syre eller luft in i en ugn som är uppvärmd till hög temperatur. Partiklar brinner i suspension (syre-flash-smältning). Sulfider kan också oxideras i flytande tillstånd; dessa processer studeras intensivt i Sovjetunionen och utomlands (Japan, Australien, Kanada) och håller på att bli huvudriktningen i utvecklingen av pyrometallurgi av sulfidkopparmalmer.
Rika sulfidmalmer (2-3% Cu) med hög svavelhalt (35-42% S) skickas i vissa fall direkt för smältning i schaktugnar (ugnar med vertikalt arbetsutrymme). I en av varianterna av schaktsmältning (koppar-svavelsmältning) tillsätts finkoks till laddningen, vilket reducerar SO 2 till elementärt svavel i ugnens övre horisonter. Koppar koncentreras också i mattan i denna process.
Den resulterande vätskestenen (huvudsakligen Cu 2 S, FeS) hälls i en omvandlare - en cylindrisk tank gjord av stålplåt, fodrad med magnesitstenar på insidan, utrustad med en sidorad av munstycken för luftinjektion och en anordning för att rotera runt. en axel. Tryckluft blåses genom det matta lagret. Omvandlingen av mattor sker i två steg. Först oxideras järnsulfid och kvarts tillsätts till omvandlaren för att binda järnoxiderna; omvandlarslagg bildas. Sedan oxideras kopparsulfid för att bilda metallisk metall och SO 2 . Denna grova M. hälls i formar. Tackor (och ibland direkt smält råmetall) skickas för brandraffinering för att utvinna värdefulla satelliter (Au, Ag, Se, Fe, Bi och andra) och ta bort skadliga föroreningar. Den är baserad på den större affiniteten hos föroreningsmetaller för syre än koppar: Fe, Zn, Co och delvis Ni och andra passerar till slagg i form av oxider, och svavel (i form av SO 2) avlägsnas med gaser. Efter att slaggen har tagits bort, "retas" metall för att återställa Cu 2 O löst i den genom att sänka ner ändarna av råa björk- eller tallstockar i flytande metall, varefter den gjuts till platta formar. För elektrolytisk raffinering suspenderas dessa göt i ett bad av CuS04-lösning surgjort med H2SO4. De fungerar som anoder. När en ström passerar löses anoderna och ren metall avsätts på katoderna — tunna kopparplåtar, som också erhålls genom elektrolys i speciella matrisbad. För att separera täta, jämna avlagringar införs ytaktiva tillsatser (trälim, tiokarbamid och andra) i elektrolyten. Den resulterande katodmetallen tvättas med vatten och smälts. Ädelmetaller, Se, Te och andra värdefulla satelliter av metall koncentreras i anodslammet, från vilket de utvinns genom speciell bearbetning. Nickel koncentrerad i elektrolyten; Genom att ta bort en del av lösningarna för indunstning och kristallisation kan Ni erhållas i form av nickelsulfat.
Tillsammans med pyrometallurgiska metoder används också hydrometallurgiska metoder för att erhålla mineraler (främst från dåliga oxiderade och inhemska malmer). Dessa metoder är baserade på selektiv upplösning av kopparhaltiga mineraler, vanligtvis i svaga lösningar av H 2 SO 4 eller ammoniak. Från en lösning fälls metall antingen ut med järn eller isoleras genom elektrolys med olösliga anoder. Kombinerade hydroflotationsmetoder, där syreföreningar av metall löses i svavelsyralösningar och sulfider separeras genom flotation, är mycket lovande när de appliceras på blandade malmer. Autoklavhydrometallurgiska processer, som äger rum vid förhöjda temperaturer och tryck, blir också utbredda.
Ansökan. Metallens stora roll i tekniken beror på ett antal av dess värdefulla egenskaper och framför allt dess höga elektriska ledningsförmåga, plasticitet och värmeledningsförmåga. Tack vare dessa egenskaper är M. huvudmaterialet för trådar; över 50 % av utvunnen metall används inom elindustrin. Alla föroreningar minskar metallens elektriska ledningsförmåga, och därför används högvärdig metall som innehåller minst 99,9 % Cu inom elektroteknik. Hög värmeledningsförmåga och korrosionsbeständighet gör det möjligt att tillverka av metallkritiska delar av värmeväxlare, kylskåp, vakuumanordningar etc. Cirka 30-40% av metallen används i form av olika legeringar, bland vilka de viktigaste är mässing(från 0 till 50 % Zn) och olika typer brons; tenn, aluminium, bly, beryllium, etc. (för mer information, se Kopparlegeringar). Förutom behoven hos tung industri, kommunikationer och transporter förbrukas en viss mängd metall (främst i form av salter) för framställning av mineralpigment, kontroll av skadedjur och växtsjukdomar, som mikrogödsel, katalysatorer för oxidationsprocesser , samt inom läder- och pälsindustrin och vid produktion av konstsilke.
L. V. Vanyukov.
Koppar som konstnärligt material används med kopparåldern(smycken, skulptur, husgeråd, fat). Smidda och gjutna produkter av metall och legeringar (se. Brons) är dekorerade med chasing, gravyr och prägling. Den enkla bearbetningen av metall (på grund av dess mjukhet) gör det möjligt för hantverkare att uppnå en mängd olika texturer, noggrann utarbetning av detaljer och fin modellering av formen. Produkter gjorda av metall kännetecknas av skönheten i deras gyllene eller rödaktiga toner, såväl som deras förmåga att få glans när de poleras. M. är ofta förgyllda och patinerade (se. Patina), tonad, dekorerad med emalj. Sedan 1400-talet har metall även använts för tillverkning av tryckplåtar (se. Gravyr).
Koppar i kroppen. M. - nödvändig för växter och djur spårämne. Den huvudsakliga biokemiska funktionen hos M. är deltagande i enzymatiska reaktioner som en aktivator eller som en del av kopparinnehållande enzymer. Mängden M i växter sträcker sig från 0,0001 till 0,05 % (per torrsubstans) och beror på typen av växt och M-halten i jorden. I växter är M. en komponent av enzymoxidaser och proteinet plastocyanin. I optimala koncentrationer ökar M. växternas kylresistens och främjar deras tillväxt och utveckling. Bland djuren är de rikaste i M. några ryggradslösa djur (blötdjur och kräftdjur i hemocyanin innehåller 0,15-0,26 % M.). När det tas med mat, absorberas M. i tarmarna, binder till blodserumproteinet - albumin, och absorberas sedan av levern, varifrån det återgår till blodet som en del av proteinet ceruloplasmin och levereras till organ och vävnader.
M. innehåll hos människor varierar (per 100 G torrvikt) från 5 mg i levern upp till 0,7 mg i ben, i kroppsvätskor - från 100 mcg(per 100 ml) i blodet upp till 10 mcg i cerebrospinalvätskan; totalt M. i den vuxna människokroppen är cirka 100 mg. M. ingår i ett antal enzymer (till exempel tyrosinas, cytokromoxidas) och stimulerar benmärgens hematopoetiska funktion. Små doser av M. påverkar metabolismen av kolhydrater (minskning av blodsocker), mineraler (minskad mängd fosfor i blodet) etc. En ökning av M. i blodet leder till omvandling av mineraliska järnföreningar till organiska, stimulerar användningen av järn som ackumuleras i levern under syntesen hemoglobin.
Med brist på M. drabbas spannmålsväxter av den s. k. bearbetningssjukdomen, och fruktväxter drabbas av exantem; hos djur minskar upptaget och användningen av järn, vilket leder till anemiåtföljd av diarré och utmattning. Kopparmikrogödselmedel och utfodring av djur med kopparsalter används (se. Mikrogödselmedel). M.-förgiftning leder till anemi, leversjukdom och Wilsons sjukdom. Hos människor inträffar sällan förgiftning på grund av de subtila mekanismerna för absorption och utsöndring av M. Men i stora doser orsakar M. kräkningar; när M. absorberas kan allmän förgiftning uppstå (diarré, försvagad andning och hjärtaktivitet, kvävning, koma).
I. F. Gribovskaya.
Inom medicinen används M. sulfat som ett antiseptiskt och sammandragande medel i form av ögondroppar för konjunktivit och ögonpennor för behandling av trakom. En lösning av M. sulfate används också för hudbrännskador med fosfor. Ibland används M. sulfat som ett kräkmedel. M. nitrat används som ögonsalva för trakom och konjunktivit.
Belyst.: Smirnov V.I., Metallurgi av koppar och nickel, Sverdlovsk - M., 1950; Avetisyan Kh K., Metallurgy of blister copper, M., 1954; Ghazaryan L. M., Pyrometallurgy of copper, M., 1960; Metallurgist's Guide to Non-Ferrous Metals, redigerad av N. N. Murach, 2nd ed., vol. 1, M., 1953, vol. 2, M., 1947; Levinson N.P., [Products made of non-ferrous and ferrous metal], i boken: Russian decorative art, vol. 1-3, M., 1962-65; Hadaway W. S., Illustrationer av metallarbete i mässing och koppar mestadels Sydindien, Madras, 1913; Wainwright G. A., Förekomsten av tenn och koppar nära bybios, "Journal of Egyptian archaeology", 1934, v. 20, pkt 1, sid. 29-32; BergsÆe P., Förgyllningsprocessen och metallurgin av koppar och bly bland de precolumbianska indianerna, Kbh., 1938; Frieden E., Kopparföreningarnas roll i naturen, i boken: Horizons of Biochemistry, översättning från engelska, M., 1964; honom. Biokemi av koppar, i boken: Molecules and Cells, översättning från engelska, in. 4, M., 1969; Koppars biologiska roll, M., 1970.
Koppar- ett element i en sekundär undergrupp av den första gruppen, den fjärde perioden av det periodiska systemet av kemiska element i D.I. Mendeleev, med atomnummer 29. Betecknas med symbolen Cu (lat. Cuprum).
Koppar förekommer i naturen både i föreningar och i naturlig form. Av industriell betydelse är kopparkis CuFeS2, även känd som kopparkis, kalkkis Cu2S och bornit Cu5FeS4. Tillsammans med dem finns även andra kopparmineral: covellit CuS, cuprite Cu2O, azurit Cu3(CO3)2(OH)2, malakit Cu2CO3(OH)2. Ibland finns koppar i inhemsk form; massan av enskilda kluster kan nå 400 ton. Kopparsulfider bildas huvudsakligen i medeltemperatura hydrotermiska vener. Kopparfyndigheter finns också ofta i sedimentära bergarter - kopparsandstenar och skiffer. De mest kända fyndigheterna av denna typ är Udokan i Chita-regionen, Dzhezkazgan i Kazakstan, kopparbältet i Centralafrika och Mansfeld i Tyskland.
Den mesta kopparmalmen bryts genom dagbrott. Kopparhalten i malmen varierar från 0,4 till 1,0 %. Koppars fysikaliska egenskaper
Koppar är en guldrosa seg metall, i luften blir den snabbt täckt av en oxidfilm, vilket ger den en karakteristisk intensiv gulröd nyans. Koppar har hög termisk och elektrisk ledningsförmåga (den ligger på andra plats i elektrisk ledningsförmåga efter silver). Den har två stabila isotoper - 63Cu och 65Cu, och flera radioaktiva isotoper. Den längsta livslängden av dessa, 64Cu, har en halveringstid på 12,7 timmar och två sönderfallslägen med olika produkter.
Färgen på koppar är röd, rosa när den är bruten och grönblå när den är genomskinlig i tunna lager. Metallen har ett ansiktscentrerat kubiskt gitter med parametern a = 3,6074 Å; densitet 8,96 g/cm3 (20 °C). Atomradie 1,28 Å; jonradier för Cu+ 0,98 Å; Сu2+ 0,80 Å; smälta 1083°C; kokpunkt 2600 °C; specifik värmekapacitet (vid 20 °C) 385,48 J/(kg K), d.v.s. 0,092 kal/(g°C). De viktigaste och mest använda egenskaperna hos koppar: hög värmeledningsförmåga - vid 20 °C 394,279 W/(m K), det vill säga 0,941 cal/(cm sek °C); lågt elektriskt motstånd - vid 20 °C 1,68·10-8 ohm·m. Termisk linjär expansionskoefficient är 17,0·10-6. Ångtrycket över koppar är försumbart; ett tryck på 133.322 n/m2 (dvs. 1 mm Hg) uppnås endast vid 1628 °C. Koppar är diamagnetisk; atomär magnetisk känslighet 5,27·10-6. Brinell-hårdheten för koppar är 350 Mn/m2 (dvs. 35 kgf/mm2); draghållfasthet 220 MN/m2 (dvs. 22 kgf/mm2); relativ töjning 60 %, elasticitetsmodul 132·103 MN/m2 (dvs. 13,2·103 kgf/mm2). Genom härdning kan draghållfastheten ökas till 400-450 Mn/m2, medan töjningen minskas till 2%, och den elektriska ledningsförmågan minskas med 1-3.
Koppar är en seg guldrosa metall med en karakteristisk metallglans. I det periodiska systemet av D.I. Mendeleev betecknas detta kemiska element som Cu (Cuprum) och är beläget under serienummer 29 i grupp I (sidoundergrupp), i den fjärde perioden.
Det latinska namnet Cuprum kommer från namnet på ön Cypern. Det finns kända fakta att det på Cypern redan på 300-talet f.Kr. fanns koppargruvor och lokala hantverkare smälte koppar. Du kan köpa koppar från företaget « ».
Enligt historiker har samhället varit bekant med koppar i cirka nio tusen år. De äldsta kopparprodukterna hittades under arkeologiska utgrävningar i det moderna Turkiets område. Arkeologer har upptäckt små kopparpärlor och tallrikar som används för att dekorera kläder. Fynden går tillbaka till skiftet 8-7 årtusende f.Kr. I antiken användes koppar för att göra smycken, dyra rätter och olika verktyg med tunna blad.
En stor prestation av antika metallurger kan kallas produktionen av en legering med en kopparbas - brons.
Grundläggande egenskaper hos koppar
1. Fysikaliska egenskaper.
I luft får koppar en ljus gulröd nyans på grund av bildandet av en oxidfilm. Tunna plattor har en grönblå färg när de undersöks genom dem. I sin rena form är koppar ganska mjuk, formbar och lätt att rulla och dra. Föroreningar kan öka dess hårdhet.
Den höga elektriska ledningsförmågan hos koppar kan kallas huvudegenskapen som bestämmer dess övervägande användning. Koppar har också mycket hög värmeledningsförmåga. Föroreningar som järn, fosfor, tenn, antimon och arsenik påverkar de grundläggande egenskaperna och minskar elektrisk och värmeledningsförmåga. Enligt dessa indikatorer är koppar näst efter silver.
Koppar har höga densiteter, smältpunkter och kokpunkter. En viktig egenskap är också god motståndskraft mot korrosion. Till exempel, vid hög luftfuktighet, oxiderar järn mycket snabbare.
Koppar lämpar sig väl för bearbetning: rullad till kopparplåt och kopparstång, dragen till koppartråd med en tjocklek som bringas till tusendelar av en millimeter. Denna metall är diamagnetisk, det vill säga den magnetiseras mot det yttre magnetfältets riktning.
Koppar är en relativt lågaktiv metall. Under normala förhållanden i torr luft sker inte dess oxidation. Den reagerar lätt med halogener, selen och svavel. Syror utan oxiderande egenskaper har ingen effekt på koppar. Det finns inga kemiska reaktioner med väte, kol och kväve. I fuktig luft sker oxidation för att bilda koppar(II)karbonat - det översta lagret av platina.
Koppar är amfotär, vilket betyder att den bildar katjoner och anjoner i jordskorpan. Beroende på förhållandena uppvisar kopparföreningar sura eller basiska egenskaper.
Metoder för att få koppar
I naturen finns koppar i föreningar och i form av nuggets. Föreningarna representeras av oxider, bikarbonater, svavel- och koldioxidkomplex samt sulfidmalmer. De vanligaste malmerna är kopparkis och kopparglans. Kopparhalten i dem är 1-2%. 90 % av primär koppar bryts med den pyrometallurgiska metoden och 10 % med den hydrometallurgiska metoden.
1.
Den pyrometallurgiska metoden inkluderar följande processer: anrikning och rostning, smältning för skärsten, spolning i en omvandlare, elektrolytisk raffinering.
Kopparmalmer anrikas genom flotation och oxidativ rostning. Kärnan i flotationsmetoden är som följer: kopparpartiklar suspenderade i ett vattenhaltigt medium fäster vid ytan av luftbubblor och stiger till ytan. Metoden låter dig få kopparpulverkoncentrat, som innehåller 10-35% koppar.
Kopparmalmer och koncentrat med en betydande svavelhalt är föremål för oxidativ rostning. Vid upphettning i närvaro av syre oxideras sulfider, och mängden svavel reduceras med nästan hälften. Dåliga koncentrat som innehåller 8-25% koppar rostas. Rika koncentrat som innehåller 25-35 % koppar smälts utan att behöva rosta.
Nästa steg i den pyrometallurgiska metoden för att framställa koppar är smältning för skärsten. Om kopparmalm med en stor mängd svavel används som råmaterial, utförs smältning i schaktugnar. Och för pulveriserat flotationskoncentrat används efterklangsugnar. Smältning sker vid en temperatur på 1450 °C.
I horisontella omvandlare med sidblåsning blåses kopparstenen med tryckluft för att oxidation av sulfider och ferrum ska ske. Därefter omvandlas de resulterande oxiderna till slagg och svavel till oxid. Omvandlaren producerar blisterkoppar, som innehåller 98,4-99,4 % koppar, järn, svavel, samt små mängder nickel, tenn, silver och guld.
Blisterkoppar utsätts för brand och sedan elektrolytisk raffinering. Föroreningar avlägsnas med gaser och omvandlas till slagg. Som ett resultat av brandraffinering bildas koppar med en renhet på upp till 99,5%. Och efter elektrolytisk raffinering är renheten 99,95%.
2. Den hydrometallurgiska metoden går ut på att koppar lakas ut med en svag lösning av svavelsyra och sedan separeras kopparmetall direkt från lösningen. Denna metod används för bearbetning av lågvärdiga malmer och tillåter inte den tillhörande utvinningen av ädelmetaller tillsammans med koppar.
Kopparapplikationer
På grund av sina värdefulla egenskaper används koppar och kopparlegeringar inom el- och elektroteknikindustrin, inom radioelektronik och instrumenttillverkning. Det finns legeringar av koppar med metaller som zink, tenn, aluminium, nickel, titan, silver och guld. Mindre vanligt förekommande är legeringar med icke-metaller: fosfor, svavel, syre. Det finns två grupper av kopparlegeringar: mässing (legeringar med zink) och brons (legeringar med andra grundämnen).
Koppar är mycket miljövänligt, vilket tillåter dess användning vid byggande av bostadshus. Till exempel kan ett koppartak, på grund av dess korrosionsskyddande egenskaper, hålla i mer än hundra år utan särskild skötsel eller målning.
Koppar i legeringar med guld används i smycken. Denna legering ökar produktens hållfasthet, ökar motståndet mot deformation och nötning.
Kopparföreningar kännetecknas av hög biologisk aktivitet. I växter deltar koppar i syntesen av klorofyll. Därför kan det ses i sammansättningen av mineralgödselmedel. Brist på koppar i människokroppen kan orsaka försämring av blodsammansättningen. Det finns i många livsmedelsprodukter. Till exempel finns denna metall i mjölk. Det är dock viktigt att komma ihåg att överskott av kopparföreningar kan orsaka förgiftning. Det är därför du inte bör laga mat i kopparkokkärl. Under kokning kan stora mängder koppar läcka ut i maten. Om disken inuti är täckt med ett lager av tenn, är det ingen fara för förgiftning.
Inom medicinen används koppar som ett antiseptiskt och sammandragande medel. Det är en komponent i ögondroppar för konjunktivit och lösningar för brännskador.
