METALURGIA MIEDZI

Metalurgia – jest nauką o metalach. Obejmuje ona m.in.:

-obróbkę plastyczną (przekształcanie materiału za pomocą odpowiednich narzędzi, bazując na jego własnościach plastycznych)

-odlewnictwo (zalewanie ciekłym metalem formy odlewnej)

-metaloznawstwo (nauka o strukturze, składzie chemicznym oraz właściwościami fizycznymi, chemicznymi i mechanicznymi metali

i ich stopów)

-metalurgię ekstrakcyjną (procesy pirometalurgiczne wytwarzania stali i metali nieżelaznych z surowców naturalnych oraz procesy przeróbki odpadów produkcyjnych i materiałów wtórnych).

Pierwsze wyroby metalowe powstały już 14 tysięcy lat temu. Do XIX wieku służyły głównie do wytwarzania militariów, narzędzi oraz wyrobów rzemieślniczych. Przez dwa następne wieki popyt wywoływała rewolucja przemysłowa i dynamiczny rozwój technologii.

We współczesnym świecie metale są wypierane coraz bardziej przez tworzywa sztuczne, mimo to nie potrafimy się bez nich obejść, wykorzystując je chociażby w budownictwie czy też sektorze konstrukcji stalowych.

Miedź (Cu) – jest to pierwiastek chemiczny, którego łacińska nazwa cuprum pochodzi od miejsca, gdzie w starożytności był wydobywany (był to Cypr). Leży on w 11 grupie układu okresowego i posiada 26 izotopów, z czego tylko dwa są trwałe.

Niektóre właściwości:

a) fizyczne:

-gęstość 8,96 g/cm³

-temperaturę topnienia 1083°C

-po wytopie i oczyszczeniu jest miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym

b)chemiczne:

-czysta miedź zawiera 0,01-1,0% zanieczyszczeń, zależnie od rodzaju wytwarzania, przetwarzania i oczyszczania. (za zanieczyszczenia uważa się m.in: Bi, Pb, Sb, As, Fe, Ni, Sn, Zn, S)

-nie ulega działaniu kwasów w warunkach nieutleniających, natomiast w warunkach utleniających roztwarza się bez wydzielania wodoru

-zalicza się do metali półszlachetnych (jest dość odporna chemicznie)

Wydobycie:

Ze względu na duże zapotrzebowanie i stosunkowo małe zasoby naturalne miedź stanowi materiał strategiczny. Większość miedzi wydobywa się jako siarczek w kopalniach odkrywkowych ze złóż porfiru miedziowego zawierającego do 1% miedzi. Na światowym rynku w wydobyciu miedzi przoduje Chile (5,52 mln ton w 2010 roku). W Polsce wydobywa się około 430 tys. ton.

Rys.1 Miejsca wydobycia miedzi.

Miedź dla wielu celów, zwłaszcza naukowych i elektronicznych , jest jeszcze zbyt silnie zanieczyszczona. Dlatego poddaje się ją jeszcze kilku procesom. Produkcja miedzi opiera się na procesach pirometalurgicznych (aż 90% miedzi otrzymuje się za pomocą metalurgii ogniowej).

Fazy produkcyjne otrzymywania miedzi:

1.Wzbogacanie rud.

2.Uśrednianie, mieszanie, brykietowanie

mieszanki koncentratów miedzi.

3.Topienie koncentratów miedzi w piecach

szybowych.

Rys.2 Piec szybowy do wytapiania kamienia miedziowego

1-urządzenie zasypowe zamknięte podwójnym stożkiem,

2 –wylot gazów, 3 –dysze, 4 –skrzynie wodne,

5 –murowana część szybu, 6 –przewód powietrzny,

7 –otwór spustowy.

4.Rozdzielenie uzyskanego stopu na kamień miedziowy i żużel.

5.Świeżenie kamienia miedziowego w konwertorach poziomych (usunięcie żelaza, siarki, ołowiu, cynku - uzyskanie miedzi konwertorowej)

6.Ogniowa rafinacja miedzi konwertorowej w piecach płomiennych.

Rys. 3 piec płomienny do wytopu rudy miedzi, 1 –zasobniki z wsadem,2 –przestrzeń robocza pieca.

7.Odlewanie anod na karuzelowych maszynach rozlewniczych.

8.Elektrolityczne rafinowanie miedzi (oddzielenie metali szlachetnych i uzyskanie czystej miedzi katodowej).

9.Stapianie i rafinowanie miedzi katodowej w piecu płomiennym.

Rys. 4 Wanna do elektrolitycznej rafinacji miedzi, 1 –żelazobetonowa wanna, 2 –płyty z winiduru,

3 –otwór spustowy, 4 –płyty z miedzi z rafinacji ogniowej, 5 –cienkie arkusze z miedzi elektrolitycznej, 6 –szlam, 7 –elektrolit

10.Odlewanie wlewków.

Rys. 5 Makrostruktura wlewka okrągłego

Zastosowanie:

Jako, że miedź jest nierdzewna, ma wiele zastosowań, m.in. w:

-jubilerstwie (jako dodatek do do złota i srebra, co znacznie poprawia ich własności mechaniczne)

-budownictwie (do pokrywania dachów lub wytwarzania elementów wykończeniowych, np. rynny i parapety)

-przemyśle (np. do wyrobu chłodnic).

Służy on również do przesyłania energii elektrycznej.

Rys. 6 Miedziana rynna. Rys.7 Miedziane kable.