La malleabilità si riferisce alla suscettibilità di metalli e leghe alla forgiatura e ad altri tipi di trattamento a pressione. Può essere trafilatura, stampaggio, laminazione o pressatura. La duttilità del rame è caratterizzata non solo dalla resistenza alla deformazione, ma anche dalla duttilità. Cos'è la plasticità? Questa è la capacità del metallo di cambiare i suoi contorni sotto pressione senza distruzione. I metalli malleabili sono ottone, acciaio, duralluminio e alcune altre leghe di rame, magnesio, nichel e alluminio. Sono loro che hanno un alto livello di plasticità unito a una bassa resistenza alla deformazione.
Rame
Mi chiedo che aspetto abbia la caratteristica del rame? È noto che questo è un elemento dell'11° gruppo del 4° periodo del sistema di elementi chimici di D. I. Mendeleev. Il suo atomo ha il numero 29 ed è indicato dal simbolo Cu. In effetti, è un metallo duttile di transizione di colore oro rosato. A proposito, ha un colore rosa se il film di ossido è assente. Per molto tempo, questo elemento è stato utilizzato dalle persone.
Cronologia
Uno dei primi metalli che le persone hanno iniziato a utilizzare attivamente nelle loro famiglie è il rame. In effetti, è troppo accessibile per ottenere dal minerale e ha un piccolotemperatura di fusione. Da molto tempo la razza umana conosce i sette metalli, che include anche il rame. In natura, questo elemento è molto più comune dell'argento, dell'oro o del ferro. Antichi oggetti in rame, scorie, sono la prova della sua fusione dai minerali. Sono stati scoperti durante gli scavi del villaggio di Chatal-Khuyuk. È noto che nell'età del rame si diffusero le cose di rame. Nella storia del mondo, segue quello di pietra.
S. A. Semyonov e i suoi colleghi hanno condotto studi sperimentali, in cui ha scoperto che gli strumenti di rame sono superiori a quelli di pietra in molti modi. Hanno una maggiore velocità di piallatura, foratura, taglio e segatura del legno. E la lavorazione di un osso con un coltello di rame dura quanto con uno di pietra. Ma il rame è considerato un metallo tenero.
Molto spesso nei tempi antichi, al posto del rame, si usava la sua lega con lo stagno - bronzo. Era necessario per la fabbricazione di armi e altre cose. Così, l'età del bronzo venne a sostituire l'età del rame. Il bronzo fu ottenuto per la prima volta in Medio Oriente nel 3000 a. C. AD: Alla gente piaceva la forza e l'eccellente malleabilità del rame. Dal bronzo risultante uscivano magnifici strumenti di lavoro e caccia, utensili e decorazioni. Tutti questi oggetti sono stati trovati negli scavi archeologici. Poi l'Età del Bronzo fu sostituita dall'Età del Ferro.
Come si poteva ottenere il rame nei tempi antichi? Inizialmente, non veniva estratto dal solfuro, ma dal minerale di malachite. Infatti, in questo caso, non c'era bisogno di impegnarsi nel fuoco preliminare. Per fare questo, una miscela di carbone e minerale è stata posta in un recipiente di terracotta. La nave è stata sistemataun buco poco profondo e la miscela è stata data alle fiamme. Quindi iniziò a essere rilasciato monossido di carbonio, che contribuì alla riduzione della malachite in rame libero.
È noto che a Cipro furono costruite miniere di rame già nel terzo millennio aC, dove si fondeva il rame.
Sulle terre della Russia e degli stati vicini, le miniere di rame sorsero due millenni a. C. e. Le loro rovine si trovano negli Urali, in Ucraina, nel Transcaucaso, in Altai e nella lontana Siberia.
La fusione industriale del rame fu dominata nel XIII secolo. E nel quindicesimo a Mosca fu creato il Cannon Yard. Fu lì che furono fuse pistole di vari calibri in bronzo. Un'incredibile quantità di rame veniva usata per fare le campane. Nel 1586 fu fuso il cannone dello zar in bronzo, nel 1735 - la campana dello zar, nel 1782 fu creato il cavaliere di bronzo. Nel 752, gli artigiani realizzarono una magnifica statua del Grande Buddha nel tempio Todai-ji. In generale, l'elenco delle opere d'arte di fonderia è infinito.
Nel diciottesimo secolo l'uomo scoprì l'elettricità. Fu allora che enormi volumi di rame iniziarono ad essere destinati alla produzione di fili e prodotti simili. Nel ventesimo secolo i cavi erano in alluminio, ma il rame era ancora di grande importanza nell'ingegneria elettrica.
Origine del nome
Sapete che Cuprum è il nome latino del rame, derivato dal nome dell'isola di Cipro? A proposito, Strabone chiama i gessetti di rame: la città di Chalkis sull'Eubea è colpevole dell'origine di un tale nome. La maggior parte degli antichi nomi greci per rame egli oggetti in bronzo hanno avuto origine proprio da questa parola. Hanno trovato ampia applicazione nella lavorazione del fabbro e tra i prodotti e le fusioni del fabbro. A volte il rame è chiamato Aes, che significa minerale o miniera.
La parola slava "rame" non ha un'etimologia pronunciata. Forse è vecchio. Ma si trova molto spesso nei più antichi monumenti letterari della Russia. V. I. Abaev presumeva che questa parola derivasse dal nome del paese Midia. Gli alchimisti soprannominarono la "Venere" di rame. In tempi più antichi era chiamato "Marte".
Dove si trova il rame in natura?
La crosta terrestre contiene (4, 7-5, 5) x 10-3% di rame (in massa). Nell'acqua di fiume e di mare è molto inferiore: 10-7% e 3 x 10-7% (in massa) rispettivamente.
I composti di rame si trovano spesso in natura. L'industria utilizza calcopirite CuFeS2, chiamata pirite di rame, bornite Cu5FeS4, calcocite Cu 2S. Allo stesso tempo, le persone trovano altri minerali di rame: cuprite Cu2O, azzurrite Cu3(CO3) 2(OH)2, Malachite Cu2CO3 (OH)2 e covelline CuS. Molto spesso, la massa dei singoli accumuli di rame raggiunge le 400 tonnellate. I solfuri di rame si formano principalmente nelle vene idrotermali a media temperatura. Spesso, nelle rocce sedimentarie si possono trovare depositi di rame: scisti e arenarie rameose. I giacimenti più famosi si trovano nel territorio transbaikal di Udokan, Zhezkazgan in Kazakistan, Mansfeld in Germania e la cintura del miele dell'Africa centrale. Si trovano altri giacimenti di rame più ricchiin Cile (Colhausi ed Escondida) e USA (Morenci).
La maggior parte del minerale di rame viene estratto a cielo aperto. Contiene dallo 0,3 all'1,0% di rame.
Proprietà fisiche
Molti lettori sono interessati alla descrizione del rame. È un metallo duttile color oro rosato. Nell'aria, la sua superficie viene istantaneamente ricoperta da un film di ossido, che gli conferisce una peculiare tonalità rosso-giallastra intensa. È interessante notare che i film sottili di rame hanno un colore verde-bluastro.
Osmio, cesio, rame e oro hanno lo stesso colore, diverso dal grigio o dall'argento di altri metalli. Questa sfumatura di colore indica la presenza di transizioni elettroniche tra il quarto semivuoto e il terzo orbitale atomico riempito. Tra di loro c'è una certa differenza di energia corrispondente alla lunghezza d'onda dell'arancione. Lo stesso sistema è responsabile del colore specifico dell'oro.
Cos' altro ha di straordinario il rame? Questo metallo forma un reticolo cubico centrato sulla faccia, gruppo spaziale Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Il rame è anche famoso per la sua elevata conduttività elettrica e termica. In termini di conduzione di corrente, è tra i metalli al secondo posto. A proposito, il rame ha un enorme coefficiente di resistenza alla temperatura ed è quasi indipendente dalle sue prestazioni in un ampio intervallo di temperature. Il rame è chiamato diamagnete.
Le leghe di rame sono diverse. La gente ha imparato a combinare l'ottone con lo zinco e il nichel con il cupronichel e il piombo con i babbuini,e bronzo con stagno e altri metalli.
Isotopi del rame
Il rame è composto da due isotopi stabili, 63Cu e 65Cu, che hanno rispettivamente un'abbondanza di 69,1 e 30,9 per cento atomico. In generale, ci sono più di due dozzine di isotopi che non hanno stabilità. L'isotopo più longevo è 67Cu con un'emivita di 62 ore.
Come si ottiene il rame?
Produrre il rame è un processo molto interessante. Questo metallo è ottenuto da minerali e minerali di rame. I metodi di base per ottenere il rame sono idrometallurgia, pirometallurgia ed elettrolisi.
Consideriamo il metodo pirometallurgico. In questo modo, il rame è ottenuto da minerali di solfuro, ad esempio calcopirite CuFeS2. La materia prima calcopirite contiene 0,5-2,0% Cu. In primo luogo, il minerale originale viene sottoposto ad arricchimento per flottazione. Quindi viene ossidato arrostito ad una temperatura di 1400 gradi. Successivamente, il concentrato calcinato viene fuso per ottenere un mascherino. La silice viene aggiunta alla massa fusa per legare l'ossido di ferro.
Il silicato risultante galleggia come scoria e viene separato. Sul fondo rimane opaco: una lega di solfuri CU2S e FeS. Quindi viene fuso secondo il metodo di Henry Bessemer. Per fare ciò, il mascherino fuso viene versato nel convertitore. Il vaso viene quindi spurgato con ossigeno. E il solfuro di ferro che rimane viene ossidato in ossido e, con l'aiuto della silice, viene rimosso dal processo sotto forma di silicato. Il solfuro di rame viene ossidato in modo incompleto in ossido di rame, ma poi viene ridotto a rame metallico.
Bil risultante blister di rame contiene il 90,95% del metallo. Quindi viene sottoposto a purificazione elettrolitica. È interessante notare che una soluzione acidificata di solfato di rame viene utilizzata come elettrolita.
Sul catodo si forma rame elettrolitico, che ha un' alta frequenza di circa il 99,99%. Una varietà di articoli sono realizzati con rame ottenuto: fili, apparecchiature elettriche, leghe.
Il metodo idrometallurgico ha un aspetto leggermente diverso. Qui, i minerali di rame vengono disciolti in acido solforico diluito o in una soluzione di ammoniaca. Dai liquidi preparati, il rame viene sostituito dal ferro metallico.
Proprietà chimiche del rame
Nei composti, il rame mostra due stati di ossidazione: +1 e +2. Il primo tende alla sproporzione ed è stabile solo in composti o complessi insolubili. A proposito, i composti di rame sono incolori.
Lo stato di ossidazione +2 è più stabile. È lei che dà il colore blu sale e blu-verde. In condizioni insolite, possono essere preparati composti con uno stato di ossidazione di +3 e persino +5. Quest'ultimo si trova solitamente nei sali anionici di cupbororano ottenuti nel 1994.
Il rame puro non cambia nell'aria. È un agente riducente debole che non reagisce con acido cloridrico diluito e acqua. Ossidato da acido nitrico e solforico concentrato, alogeni, ossigeno, acqua regia, ossidi non metallici, calcogeni. Quando riscaldato, reagisce con gli alogenuri di idrogeno.
Se l'aria è umida, il rame si ossida per formare carbonato di rame (II) di base. Reagisce benissimo con acido solforico saturo freddo e caldo, acido solforico anidro caldo.
Il rame reagisce con acido cloridrico diluito in presenza di ossigeno.
Chimica analitica del rame
Tutti sanno cos'è la chimica. Il rame in soluzione è facile da rilevare. Per fare ciò, è necessario inumidire il filo di platino con la soluzione di prova, quindi portarlo sulla fiamma del becco Bunsen. Se nella soluzione è presente del rame, la fiamma sarà blu-verde. Devi sapere che:
- Di solito, la quantità di rame in soluzioni leggermente acide viene misurata utilizzando acido solfidrico: viene miscelato con la sostanza. Di norma, in questo caso precipita il solfuro di rame.
- In quelle soluzioni dove non ci sono ioni interferenti, il rame viene determinato complessometricamente, ionometricamente o potenziometricamente.
- Piccole quantità di rame nelle soluzioni vengono misurate con metodi spettrali e cinetici.
Uso del rame
D'accordo, lo studio del rame è una cosa molto divertente. Quindi, questo metallo ha una bassa resistività. A causa di questa qualità, il rame viene utilizzato nell'ingegneria elettrica per la produzione di energia e altri cavi, fili e altri conduttori. I fili di rame sono utilizzati negli avvolgimenti di trasformatori di potenza e azionamenti elettrici. Per creare i prodotti di cui sopra, il metallo è selezionato in modo molto puro, poiché le impurità riducono istantaneamente la conduttività elettrica. E se c'è lo 0,02% di alluminio nel rame, la sua conduttività elettrica diminuirà del 10%.
La seconda qualità utile del rame èottima conducibilità termica. A causa di questa proprietà, viene utilizzato in vari scambiatori di calore, tubi di calore, dissipatori di calore e refrigeratori per computer.
E dove viene usata la durezza del rame? È noto che i tubi di rame tondi senza saldatura hanno una notevole resistenza meccanica. Resistono perfettamente alle lavorazioni meccaniche e vengono utilizzate per movimentare gas e liquidi. Di solito possono essere trovati nei sistemi interni di approvvigionamento di gas, approvvigionamento idrico, riscaldamento. Sono ampiamente utilizzati nelle unità di refrigerazione e nei sistemi di condizionamento dell'aria.
L'eccellente durezza del rame è nota in molti paesi. Quindi, in Francia, Regno Unito e Australia, i tubi di rame vengono utilizzati per la fornitura di gas agli edifici, in Svezia - per il riscaldamento, negli Stati Uniti, in Gran Bretagna e Hong Kong - questo è il materiale principale per l'approvvigionamento idrico.
In Russia, la produzione di tubi in rame per acqua e gas è regolata dallo standard GOST R 52318-2005 e il codice federale delle regole SP 40-108-2004 ne regola l'uso. I tubi in rame e sue leghe sono utilizzati attivamente nell'industria energetica e nella costruzione navale per spostare vapore e liquidi.
Sapete che le leghe di rame sono utilizzate in vari campi della tecnologia? Di questi, bronzo e ottone sono considerati i più famosi. Entrambe le leghe comprendono una colossale famiglia di materiali che, oltre allo zinco e allo stagno, possono includere bismuto, nichel e altri metalli. Ad esempio, il gunmetal, utilizzato fino al XIX secolo per realizzare pezzi di artiglieria, era costituito da rame, stagno e zinco. La sua ricetta cambiava a seconda del luogo etempo di fabbricazione dell'utensile.
Tutti conoscono l'eccellente producibilità e l'elevata duttilità del rame. Grazie a queste proprietà, un'incredibile quantità di ottone viene utilizzata nella produzione di proiettili per armi e munizioni di artiglieria. È interessante notare che i ricambi auto sono realizzati in leghe di rame con silicio, zinco, stagno, alluminio e altri materiali. Le leghe di rame sono caratterizzate da un'elevata resistenza e mantengono le loro proprietà meccaniche durante il trattamento termico. La loro resistenza all'usura è determinata solo dalla composizione chimica e dal suo effetto sulla struttura. Si prega di notare che questa regola non si applica al bronzo al berillio e ad alcuni bronzi di alluminio.
Le leghe di rame hanno un modulo elastico inferiore rispetto all'acciaio. Il loro principale vantaggio può essere chiamato un piccolo coefficiente di attrito, combinato per la maggior parte delle leghe con elevata duttilità, eccellente conduttività elettrica ed eccellente resistenza alla corrosione in un ambiente aggressivo. Di norma, si tratta di bronzi di alluminio e leghe di rame-nichel. A proposito, hanno trovato la loro applicazione in coppie di slip.
In pratica tutte le leghe di rame hanno lo stesso coefficiente di attrito. Allo stesso tempo, la resistenza all'usura e le proprietà meccaniche, il comportamento in un ambiente aggressivo dipendono direttamente dalla composizione delle leghe. La duttilità del rame viene utilizzata nelle leghe monofase e la resistenza viene utilizzata nelle leghe bifase. Il cupronichel (lega di rame-nichel) viene utilizzato per coniare monete in spiccioli. Le leghe rame-nichel, tra cui "Admir alty", sono utilizzate nella costruzione navale. Sono usati per realizzare tubi per condensatori che puliscono il vapore di scarico della turbina. È interessante notare che le turbine sono raffreddate dall'acqua fuoribordo. Le leghe rame-nichel hanno un'incredibile resistenza alla corrosione, quindi sono ricercate in aree soggette agli effetti aggressivi dell'acqua di mare.
In effetti, il rame è il componente più importante delle saldature dure, le leghe con un punto di fusione compreso tra 590 e 880 gradi Celsius. Sono loro che hanno un'adesione eccellente alla maggior parte dei metalli, grazie alla quale vengono utilizzati per collegare saldamente varie parti metalliche. Questi possono essere raccordi per tubi o motori a reazione a propellente liquido realizzati con metalli diversi.
E ora elenchiamo le leghe in cui la malleabilità del rame è di grande importanza. Dural o duralluminio è una lega di alluminio e rame. Qui il rame è del 4,4%. Leghe di rame e oro sono spesso utilizzate in gioielleria. Sono necessari per aumentare la forza dei prodotti. Dopotutto, l'oro puro è un metallo molto tenero che non può resistere alle sollecitazioni meccaniche. Gli oggetti in oro puro vengono rapidamente deformati e abrasi.
È interessante notare che gli ossidi di rame sono usati per creare ossido di ittrio-bario-rame. Serve come base per la produzione di superconduttori ad alta temperatura. Il rame è anche usato per produrre batterie e celle elettrochimiche all'ossido di rame.
Altre applicazioni
Sapete che il rame è spesso usato come catalizzatore per la polimerizzazione dell'acetilene? A causa di questa proprietà, le tubazioni di rame utilizzate per il trasporto dell'acetilene sono consentiteutilizzare solo quando il contenuto di rame in essi contenuto non supera il 64%.
Le persone hanno imparato a usare la malleabilità del rame in architettura. Facciate e tetti realizzati con la lamiera di rame più sottile servono senza problemi per 150 anni. Questo fenomeno si spiega semplicemente: nelle lastre di rame, il processo di corrosione si autoestingue. In Russia, la lamiera di rame viene utilizzata per facciate e tetti in conformità con le norme del Codice federale delle regole SP 31-116-2006.
In un futuro non troppo lontano, le persone stanno pianificando di utilizzare il rame come superfici germicide nelle cliniche per impedire ai batteri di spostarsi all'interno. Tutte le superfici toccate dalla mano umana - porte, maniglie, ringhiere, rubinetterie, controsoffitti, letti - saranno realizzate da specialisti solo con questo straordinario metallo.
Marcatura del rame
Quali gradi di rame usa una persona per produrre i prodotti di cui ha bisogno? Ce ne sono molti: M00, M0, M1, M2, M3. In generale, i gradi di rame sono identificati dalla purezza del loro contenuto.
Ad esempio, i gradi di rame M1r, M2r e M3r contengono lo 0,04% di fosforo e lo 0,01% di ossigeno e i gradi M1, M2 e M3 - 0,05-0,08% di ossigeno. Non c'è ossigeno nel grado M0b e in MO la sua percentuale è 0,02%.
Quindi diamo un'occhiata più da vicino al rame. La tabella seguente fornirà informazioni più precise:
| Grado rame | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Percentuale contenuti rame |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 gradi di rame
Ci sono ventisette gradi di rame in totale. Dove usa una persona una tale quantità di materiali di rame? Considera questa sfumatura in modo più dettagliato:
- Il materiale Cu-DPH viene utilizzato per realizzare i raccordi necessari per collegare i tubi.
- È necessario AMF per creare anodi laminati a caldo e laminati a freddo.
- AMPU viene utilizzato per la produzione di anodi laminati a freddo e a caldo.
- M0 è necessario per creare conduttori di corrente e leghe ad alta frequenza.
- Il materiale M00 viene utilizzato per la produzione di leghe ad alta frequenza e conduttori di corrente.
- M001 viene utilizzato per la produzione di cavi, pneumatici e altri prodotti elettrici.
- M001b è richiesto per la fabbricazione di prodotti elettrici.
- M00b viene utilizzato per creare conduttori di corrente, leghe ad alta frequenza e dispositivi per l'industria dell'elettrovuoto.
- M00k - materia prima per la creazione di grezzi deformati e fusi.
- M0b viene utilizzato per creare leghe ad alta frequenza.
- M0k viene utilizzato per la produzione di grezzi fusi e deformati.
- M1 necessario per la produzionefili e prodotti della tecnologia criogenica.
- M16 viene utilizzato per la produzione di dispositivi per l'industria del vuoto.
- M1E è necessario per creare fogli e strisce laminate a freddo.
- M1k è necessario per creare prodotti semilavorati.
- M1op viene utilizzato per la fabbricazione di cavi e altri prodotti elettrici.
- M1p viene utilizzato per realizzare elettrodi utilizzati per la saldatura di ghisa e rame.
- M1pE è necessario per la produzione di nastri e fogli laminati a freddo.
- M1u viene utilizzato per creare anodi laminati a freddo e laminati a caldo.
- M1f è necessario per creare nastri, fogli di alluminio, fogli laminati a caldo e laminati a freddo.
- M2 viene utilizzato per realizzare leghe a base di rame e semilavorati di alta qualità.
- M2k viene utilizzato per la produzione di semilavorati.
- M2p è necessario per fare le barre.
- M3 è necessario per la fabbricazione di prodotti laminati, leghe.
- M3r viene utilizzato per creare prodotti laminati e leghe.
- MB-1 è necessario per creare bronzi contenenti berillio.
- MSr1 viene utilizzato per la fabbricazione di strutture elettriche.
