Měď a slitiny mědi: vlastnosti, vlastnosti, výroba. Třídy mědi podle GOST. Analýza ceny mědi

Co je na mědi tak zvláštního a proč je považována za jeden z nejdůležitějších kovů v historii lidstva? Jaká je jeho hustota, bod tání a další fyzikální a chemické vlastnosti? Co způsobilo skokový nárůst cen mědi v letech 2020–2021 a proč je to v podstatě jen začátek? Na tyto a další otázky odpovídáme v našem čtvrtém článku ze série „Materials Science“.

1. MĚĎ – JAKÝ JE TO DRUH KOVU?

Měď (Cu) je měkký a tažný kov zlatorůžové barvy, 29. prvek periodické tabulky. Je to jeden z hlavních průmyslových kovů. Z hlediska objemu výroby mezi neželeznými kovy je měď na druhém místě za hliníkem.

Kujná a korozivzdorná měď se používá v inženýrských sítích, strojírenství, stavbě lodí a klenotnictví. Až 60 % vyrobených objemů však jde do elektrotechniky a energetiky. A to je celkem logické: z hlediska tepelné a elektrické vodivosti je měď před všemi průmyslovými kovy a na krk dýchá pouze stříbru. Ale kolik stojí měď a kolik stříbro? Rozdíl v ceně je stonásobný.

2. STRUČNÁ HISTORIE TĚŽBY A VÝROBY MĚDI

Měď je jedním z prvních kovů ve službách člověka. A to není bez důvodu. Začněme jednoduchým faktem: čistá měď je chemicky neaktivní kov, nemá tendenci interagovat s jinými prvky a látkami, jako je hliník. Proto se v přírodě často vyskytuje v nugetách, dokonce častěji než železo. Navíc má mírný bod tání 1 085 °C, zatímco železo má 1539 XNUMX °C.

Některé z nejstarších měděných artefaktů, staré 8500 XNUMX let, byly objeveny během vykopávek v osadě Catalhoyuk (Türkiye). Při hloubení mohyly archeologové občas nalezli okuje a strusku – zdánlivě jasný důkaz tavby měděné rudy. Někteří vědci se však zdržují unáhlených závěrů. Podle jejich verze se kusy rudy mohly vytvořit náhodně při pokusech namíchat barvu pro rituální pohřby.

Nicméně do 4. tisíciletí př. Kr. E. Měď byla domestikována mnoha, ne-li všemi civilizacemi. Nejprve se měděné nugety zpracovávaly kováním za studena: polotovary pro hroty kopí a budoucí čepele seker byly vytlučeny kameny do požadovaného tvaru. Na tehdejší dobu neuvěřitelně vyspělá kypersko-minojská civilizace představila světu hořlavou kovárnu. Jak ukazují vykopávky, ve 3. tisíciletí př. Kr. E. Na Kypru se již tavila měď z malachitu, tyrkysu a dalších oxidových rud. Odtud mimochodem pochází latinský název mědi: Cuprum, odvozený od Aes Cyprium („kov Kypru“).

Dnes se měď těží především ze sloučenin síry CuS, sulfidických rud Cu2S: pyrity mědi, třpytky mědi atd. V Rusku jsou největší ložiska mědi soustředěna v Krasnojarském území a Zabajkalsku a za předního výrobce je považován Norilsk Nickel.

3. FYZIKÁLNÍ A MECHANICKÉ VLASTNOSTI MĚDI

Čistá měď je měkký a tažný kov z rodiny přechodných kovů. Snadno se vtahuje do drátu, dobře se zpracovává pod tlakem za tepla i za studena, svařuje se téměř všemi druhy termomechanického svařování a snesitelně dobře se řeže. Mezi technologické nevýhody patří nízká kvalita odlitku. Faktem je, že tavenina mědi je hustě tekoucí, odlitky se značně smršťují, což vyžaduje složité výpočty a obecně činí spotřebu materiálu přemrštěnou.

Hustota: 8933 kg/m3 (8,93 g/cm3). Výrobky z mědi a slitin mědi jsou těžké. Bylo spočítáno, že pokud se veškerý měděný drát v osobním autě nahradí hliníkovo-zirkonovým drátem, auto „ztratí“ asi 12 kg.

Teplota tání: 1083 °C. Jedná se o středně tavitelný kov. Pro srovnání: zinek má bod tání 419,5 °C, hliník má bod tání 658 °C a železo má bod tání 1 539 °C.

Součinitel tepelné vodivosti: 394 W/(m K). Díky vysoké tepelné vodivosti je měď účinná v chlazení radiátorů, vytápění a klimatizace a v systémech zásobování vodou.

Elektrická vodivost: 55,5-58 MS/m. Tento ukazatel klesá s nárůstem podílu nečistot. Z tohoto důvodu jsou dráty vyrobeny z mědi s nečistotami ne více než 0,1% složení, podle norem.

Vysoká odolnost proti korozi. Navíc nejen ve sladké a mořské vodě, ale také v různých chemických prostředích, včetně organických kyselin, žíravých zásad a halogenů.

Magnetické vlastnosti. Měď je diamagnetický materiál a není přitahována magnetem.

Barva: od zlatorůžové po žlutočervenou. Nažloutlé tóny jsou způsobeny oxidovým filmem, který se tvoří při interakci se vzduchem. Tato fólie následně slouží jako přirozená ochrana proti korozi. Je třeba poznamenat, že měď oxiduje i při pokojové teplotě, což je nápadně odlišné od zlata a stříbra.

4. ROZSAH POUŽITÍ MĚDI
Elektřina, rádio, elektrotechnika

Protože je měď vynikajícím vodičem elektřiny, je široce používána v elektronice, chytrých telefonech, televizích, počítačích atd.

Dodávka vody

V domech s měděnými trubkami jsou nouzové situace vzácné. Pro srovnání: podle údajů VTsIOM za rok 2006 dochází v prvních třech letech používání plastových trubek k haváriím v 8 ze 100 bytů, měď je navíc na rozdíl od plastu inertní vůči chlóru a díky ionizaci má antibakteriální vlastnosti. Stejně jako stříbro. To mimochodem vysvětluje, proč se madla a kliky ze slitin obsahujících měď nazývají samočistící.

Plynovody, palivové potrubí

Od vnitřní elektroinstalace po čerpání topného oleje jsou měděné trubky užitečné v široké škále inženýrských prací. Navíc jejich životnost může dosáhnout 50-100 let.

Obnovitelné zdroje energie

Jen jedna 3 MW větrná turbína vyžaduje více než 4 tuny mědi. Je třeba poznamenat, že přechod na zelenou energii se všemi jejími solárními panely a větrnými generátory také vyvolal rychlý růst cen mědi, který začal v roce 2017.

Jewelcrafting

Měď je legována zlatem, aby měla větší pevnost v ohybu a odolnost proti oděru. Stejné růžové a červené zlato jsou všechny slitiny mědi s čistým žlutým zlatem v poměru 1:3 (pro vzorek 750).

5. MĚDĚNÉ ZNAČENÍ

Primární měď je označena podle GOST 859-2014 písmenem M a číslem označujícím ryzost kovu. Nejčistší třída jednosložkové mědi je M006, přetavená z katod ve vakuu, redukční nebo inertní atmosféře. Jeho čistota není nižší než 99,99 %. Pro srovnání: šrot M3 získaný přetavením obsahuje 99,5 % mědi.

Někdy je za číslem v označení písmeno: M1f, M2r. Toto písmeno na konci označuje legující prvek nebo označuje stupeň dezoxidace. Například značka M1f kromě samotné mědi (99,9 %) obsahuje fosfor (0,04 %) a další nečistoty. Třída M2p obsahuje 99,7 % mědi, 0,01 % deoxidačního kyslíku a až 0,06 % fosforu a zbytek tvoří nečistoty.

Je třeba poznamenat, že nečistoty ve složení výrazně snižují vlastnosti mědi, především tepelnou a elektrickou vodivost. Zvláště kritický je v tomto ohledu přebytek podílu arsenu (As) a antimonu (Sb). Z tohoto důvodu se jako vodič používají pouze čisté třídy elektrolytické mědi: M1 (99,9 %), M0 (99,93 %) a prakticky bez nečistot M006 (99,99 %).

6. HLAVNÍ SLITINY MĚDI A JEJICH POUŽITÍ

Pro větší pevnost a zlepšení technologických vlastností (především odlévání) se v mědi rozpouštějí různé legující složky: Zn, Sn, Be, Ae, Mn, Ni, Si. Obecně lze na základě chemického složení všechny slitiny na bázi mědi rozdělit do tří velkých skupin: mosaz, bronz a slitiny mědi a niklu.

Slitina mědi s přídavkem zinku (od 5 do 45%) a někdy dalších přísad. Barva je vždy lesklá a v závislosti na obsahu zinku se mění od červenožluté nebo žluté (Zn ≤ 20 %) až po lehce nazelenalou (Zn 36-45 %). Ve srovnání s mědí se mosaz snáze odlévá, ale je náchylná k praskání pod napětím a hůře reaguje na mořskou vodu. Použití: vodoinstalace, spínací přístroje v elektrotechnice, různé armatury, dekorace atd.

Slitina mědi s cínem (~12%) a dalšími legujícími složkami: hliník, mangan, fosfor, křemík atd. Barva je červenohnědá. Přestože je mnoho bronzů křehčí než měď a mosaz, přesto se dobře hodí pro umělecké odlévání, s pouhým 1% smrštěním. Bronz má také vynikající odolnost vůči mořské vodě a agresivním chemikáliím, proto se používá v palivových a parních armaturách. Někteří ho znají i jako ložiskový materiál, kde o sobě dávají vědět jeho vynikající kluzné vlastnosti.

Slitiny mědi a niklu

Zejména konstrukční slitiny kupronickel (Ni 5-30 %) a niklové stříbro (Ni 5-35 %, Zn 13-45 %). Méně známé jsou elektrické slitiny konstantan (Ni 39-41 %, Mn 1-2 %) a copel (Ni 43-44 %, Fe 2-3 %).

Slitiny mědi a niklu se používají při výrobě reostatů a odporů; ve stavbě lodí; v lékařském průmyslu; v ražbě mincí. Zejména do roku 2009 Banka Ruska razila 1 a 2 rublové mince ze slitin mědi a niklu. V roce 2009 došlo ke změně materiálu: od té doby je to pozinkovaná ocel. Inu, pokrizová doba vyžaduje pokrizová řešení.

8. JAKÁ JE CENA: KOLIK STOJÍ MĚĎ?

Od poloviny července 2021 je cena za 1 kg mědi na sběrných místech od ~300 rublů. pro měděnou a niklovou trubku MNZh5-1 až ~ 550 rublů. pro lesklý měděný kabel.

Pokud jde o burzovní ceny, po zimním vrcholu, který mnohé šokoval, se objevil kurz k postupné stabilizaci. V době psaní tohoto článku se měď na londýnské burze obchoduje za 9 419,2817 USD za tunu.

Stabilizace je stabilizace, ale návrat cen na úroveň roku 2019 se zatím neočekává. Je mnohem pravděpodobnější, že se dočkáme nového kola růstu. Důvodů je několik. Mezi ty nejzřetelnější patří zrychlení globální inflace a nedostatek válcovaných výrobků způsobený ukončením sběru kovového odpadu během první vlny koronavirových karantén a poté lavina odložené poptávky. To vše bude z dlouhodobého hlediska dále komplikovat agresivní politika ekologizace energetického sektoru. Dekarbonizace ekonomik v souladu s cíli udržitelného rozvoje uloženými OSN a naplánovaná v první fázi do roku 2030 bude vyžadovat hodně vzácných zemin a neželezných kovů. A měď je téměř na vrcholu tohoto seznamu.

7. TOTO TÉMA NEMOHLI JSME OBEJÍT: MĚĎ A DVEŘNÍ KOVÁNÍ

Měď ve své čisté formě se při výrobě zámků a kování nepoužívá. Používá se však měď a slitiny obsahující měď, především mosaz a TsAM (slitina zinku s Cu ~1 %).

Zjednodušeně řečeno, čím více mědi ve slitině, tím kvalitnější tvarovky: přesnější rozměr, delší životnost povlaku, lepší odolnost proti korozi. Například dveřní panty Palladium jsou odlity z prémiové mosazi třídy A s Cu 54-57,4 %. Proto ta referenční geometrie, úžasná plynulost pohybu a věčná životnost. Pozoruhodné jsou také mosazné visací zámky Palladium a vodovodní baterie Manzzaro. Ten mimochodem používá mosaz LC40S s Cu 59-60%.

A nakonec o kování ze slitiny TsAM obsahující měď, nejprve o klikách dveří. Samotný materiál obsahuje ~1% mědi. Pokovování mědí je však nejdůležitější fází galvanizace, protože na něm závisí trvanlivost naneseného povlaku. Pokud výrobce ošidil a nedodal požadovanou tloušťku lepicí měděné vrstvy, rukojeť se za 1-2 roky opotřebuje nebo ztmavne. Pokud je technologie poctivě dodržována, rukojeť TsAM by si měla zachovat téměř prodejný vzhled po dobu 5-10 let. I když je instalován na dveřích v koupelně, kuchyni a dalších místnostech s náladovým prostředím.