Caractéristiques générales de l'élément cuivre. Propriétés mécaniques du cuivre

Le cuivre est un élément du sous-groupe secondaire du premier groupe, la quatrième période du système périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleïev, de numéro atomique 29. Il est désigné par le symbole Cu (lat. Cuprum). La substance simple cuivre (numéro CAS : 7440-50-8) est un métal de transition ductile de couleur rose doré (rose en l'absence de film d'oxyde). Il est largement utilisé par les gens depuis longtemps.

Histoire et origine du nom

Le cuivre est l'un des premiers métaux largement maîtrisés par l'homme en raison de sa disponibilité relative à partir du minerai et de son faible point de fusion. Dans l'Antiquité, il était principalement utilisé sous forme d'alliage avec de l'étain - bronze pour la fabrication d'armes, etc. (voir Âge du bronze).
Le nom latin du cuivre Cuprum (ancien Aes cuprium, Aes cyprium) vient du nom de l'île de Chypre, où se trouvait déjà le 3ème millénaire avant JC. e. Il y avait des mines de cuivre et une fusion du cuivre était réalisée.
Strabon appelle le cuivre chalkos, du nom de la ville de Chalkis en Eubée. De ce mot sont issus de nombreux noms grecs anciens désignant les objets en cuivre et en bronze, la forge, la forge et la fonderie. Le deuxième nom latin du cuivre Aes (sanskrit, ayas, gothique aiz, allemand erz, anglais minerai) signifie minerai ou mine. Les partisans de la théorie indo-germanique de l'origine des langues européennes dérivent le mot russe cuivre (polonais miedz, tchèque med) du vieil allemand smida (métal) et Schmied (forgeron, anglais Smith). Bien sûr, la relation entre les racines dans ce cas est sans aucun doute, cependant, ces deux mots sont dérivés du grec. le mien, le mien indépendamment les uns des autres. De ce mot sont venus des noms apparentés - médaille, médaillon (médaille française). Les mots cuivre et cuivre se retrouvent dans les monuments littéraires russes les plus anciens. Les alchimistes appelaient le cuivre Vénus. Dans des temps plus anciens, le nom de Mars a été trouvé.

Propriétés physiques

Le cuivre est un métal ductile rose doré ; à l’air, il se recouvre rapidement d’une pellicule d’oxyde, ce qui lui confère une teinte rouge jaunâtre intense caractéristique. Les fines couches de cuivre ont une couleur bleu verdâtre lorsqu’elles sont exposées à la lumière.
Le cuivre forme un réseau cubique à faces centrées, groupe d'espace F m3m, a = 0,36150 nm, Z = 4.
Le cuivre a une conductivité thermique et électrique élevée (il se classe au deuxième rang en termes de conductivité électrique après l'argent).
Il contient deux isotopes stables – 63 Cu et 65 Cu, ainsi que plusieurs isotopes radioactifs. Le plus long d'entre eux, le 64 Cu, a une demi-vie de 12,7 heures et deux modes de désintégration avec des produits différents.
Il existe un certain nombre d'alliages de cuivre : le laiton - avec le zinc, le bronze - avec l'étain et d'autres éléments, le cupronickel - avec le nickel, le régule - avec le plomb et autres.

Propriétés chimiques

Ne change pas dans l'air en l'absence d'humidité et de dioxyde de carbone. C'est un agent réducteur faible et ne réagit pas avec l'eau diluée avec de l'acide chlorhydrique. Il est transféré en solution avec des acides non oxydants ou de l'ammoniaque hydraté en présence d'oxygène, de cyanure de potassium. Il est oxydé par les acides sulfurique et nitrique concentrés, l'eau régale, l'oxygène, les halogènes, les chalcogènes et les oxydes non métalliques. Réagit lorsqu'il est chauffé avec des halogénures d'hydrogène.

Méthodes minières modernes

90% du cuivre primaire est obtenu par méthode pyrométallurgique, 10% - par méthode hydrométallurgique. La méthode hydrométallurgique est la production de cuivre par lixiviation avec une solution faible d'acide sulfurique et séparation ultérieure du cuivre métallique de la solution. La méthode pyrométallurgique comprend plusieurs étapes : enrichissement, torréfaction, fusion pour la matte, purge dans un convertisseur, affinage.
Pour enrichir les minerais de cuivre, on utilise la méthode de flottation (basée sur l'utilisation de différentes mouillabilités de particules contenant du cuivre et de stériles), qui permet d'obtenir un concentré de cuivre contenant de 10 à 35 % de cuivre.
Les minerais et concentrés de cuivre à haute teneur en soufre sont soumis à un grillage oxydatif. Lors du chauffage du concentré ou du minerai à 700-800 °C en présence d'oxygène atmosphérique, les sulfures sont oxydés et la teneur en soufre est réduite de près de la moitié par rapport à l'original. Seuls les concentrés pauvres (avec une teneur en cuivre de 8 à 25 %) sont cuits, et les concentrés riches (de 25 à 35 % de cuivre) sont fondus sans cuisson.
Après le grillage, le minerai et le concentré de cuivre sont fondus en matte, qui est un alliage contenant des sulfures de cuivre et de fer. La matte contient de 30 à 50 % de cuivre, 20 à 40 % de fer, 22 à 25 % de soufre. De plus, la matte contient des impuretés de nickel, de zinc, de plomb, d'or et d'argent. Le plus souvent, la fusion est réalisée dans des fours à réverbère ardents. La température dans la zone de fusion est de 1450 °C.
Afin d'oxyder les sulfures et le fer, la matte de cuivre obtenue est soumise à un soufflage d'air comprimé dans des convertisseurs horizontaux à soufflage latéral. Les oxydes résultants sont transformés en scories. La température dans le convertisseur est de 1 200 à 1 300 °C. Il est intéressant de noter que de la chaleur est libérée dans le convertisseur en raison de réactions chimiques, sans alimentation en carburant. Ainsi, le convertisseur produit du cuivre blister contenant 98,4 à 99,4 % de cuivre, 0,01 à 0,04 % de fer, 0,02 à 0,1 % de soufre et une petite quantité de nickel, d'étain, d'antimoine, d'argent et d'or. Ce cuivre est coulé dans une poche et coulé dans des moules en acier ou une machine de coulée.
Ensuite, pour éliminer les impuretés nocives, le cuivre blister est raffiné (un affinage au feu puis un affinage électrolytique sont effectués). L’essence du raffinage au feu du cuivre blister est l’oxydation des impuretés, leur élimination avec des gaz et leur transformation en scories. Après affinage au feu, on obtient du cuivre d'une pureté de 99,0 à 99,7 %. Il est coulé dans des moules et des lingots sont obtenus pour une fusion ultérieure d'alliages (bronze et laiton) ou des lingots pour le raffinage électrolytique.
Un affinage électrolytique est réalisé pour obtenir du cuivre pur (99,95%). L'électrolyse est réalisée dans des bains où l'anode est en cuivre affiné au feu et la cathode est constituée de fines feuilles de cuivre pur. L'électrolyte est une solution aqueuse. Lorsqu'un courant continu passe, l'anode se dissout, le cuivre entre en solution et, nettoyé des impuretés, se dépose sur les cathodes. Les impuretés se déposent au fond du bain sous forme de scories, qui sont traitées pour extraire les métaux précieux. Les cathodes sont déchargées au bout de 5 à 12 jours, lorsque leur poids atteint 60 à 90 kg. Ils sont soigneusement lavés puis fondus dans des fours électriques.

Cuivre

CUIVRE-Et; et.

1. Élément chimique (Cu), métal malléable de couleur jaune avec une teinte rougeâtre (largement utilisé dans l'industrie). Extraction du cuivre. Nettoyez le samovar. Fabriquez un pot en cuivre.

2. collecté Produits fabriqués à partir de ce métal. Tout l’espace du sous-sol est devenu vert. / À propos des instruments de musique fabriqués à partir de ce métal (principalement des instruments à vent). M. orchestre.

3. collecté Razg. Pièces de monnaie faites de ce métal. Rendez la monnaie en cuivre. Il y a un m dans le portefeuille.

4. généralement quelque chose. Jaune rougeâtre, la couleur de ce métal. Feuille d'automne m. Admirez le cuivre du coucher de soleil.

5. Voix, basse, distincte (à propos des sons). Écoutez les cloches. La voix sonnait m.

◁ Cuivre (voir).

cuivre

(lat. Cuprum), élément chimique du groupe I du tableau périodique. Le métal est rouge (rose lorsqu'il est cassé), malléable et mou ; un bon conducteur de chaleur et d'électricité (juste derrière l'argent) ; densité 8,92 g/cm 3, t pl 1083,4°C. Chimiquement inactif ; dans une atmosphère contenant des vapeurs de CO 2, H 2 O, etc., il se recouvre d'une patine - un film verdâtre de carbonate basique (toxique). Les minéraux importants comprennent la bornite, la chalcopyrite, la chalcocite, la covellite et la malachite ; On trouve également du cuivre natif. L'application principale est la production de fils électriques. Les échangeurs de chaleur et les canalisations sont en cuivre. Plus de 30 % du cuivre entre dans la composition des alliages.

Avec un léger retard, vérifions si videopotok a masqué son iframe setTimeout(function() ( if(document.getElementById("adv_kod_frame").hidden) document.getElementById("video-banner-close-btn").hidden = true ; ) , 500); ) ) if (window.addEventListener) ( window.addEventListener("message", postMessageReceive); ) else ( window.attachEvent("onmessage", postMessageReceive); ) ))();

CUIVRE

CUIVRE (lat. Cuprum), Cu (lire « cuprum »), élément chimique de numéro atomique 29, masse atomique 63,546. Le nom latin du cuivre vient du nom de l'île de Chypre (Cuprus), où le minerai de cuivre était extrait dans l'Antiquité ; Il n'y a pas d'explication claire sur l'origine de ce mot dans la langue russe.
Le cuivre naturel est constitué de deux nucléides stables (cm. NUCLIDE) 63 Cu (69,09 % en poids) et 65 Cu (30,91 %). Configuration des deux couches électroniques externes d'un atome de cuivre neutre 3 s 2 p 6 d 10 4s 1 . Il forme des composés aux états d'oxydation +2 (valence II) et +1 (valence I), présente très rarement les états d'oxydation +3 et +4.
Dans le tableau périodique de Mendeleïev, le cuivre se situe dans la quatrième période et fait partie du groupe IB, qui comprend des métaux nobles tels que l'argent. (cm. ARGENT) et de l'or (cm. OR (élément chimique)).
Le rayon de l'atome de cuivre neutre est de 0,128 nm, le rayon de l'ion Cu + est de 0,060 nm (numéro de coordination 2) à 0,091 nm (numéro de coordination 6), l'ion Cu 2+ est de 0,071 nm (numéro de coordination 2) à 0,087 nm (numéro de coordination 6). Les énergies d'ionisation séquentielles de l'atome de cuivre sont 7,726, 20,291, 36,8, 58,9 et 82,7 eV. Affinité électronique 1,8 eV. Fonction de travail électronique 4,36 eV. Selon l'échelle de Pauling, l'électronégativité du cuivre est de 1,9 ; Le cuivre fait partie des métaux de transition. Le potentiel d'électrode standard de Cu/Cu 2+ est de 0,339 V. Dans la série de potentiels standards, le cuivre est situé à droite de l'hydrogène et ne déplace pas l'hydrogène de l'eau ou des acides.
Le cuivre, substance simple, est un beau métal ductile rouge rosé.
Être dans la nature
Dans la croûte terrestre, la teneur en cuivre est d'environ 5,10 -3 % en masse. Le cuivre est très rarement trouvé sous sa forme native. (cm. CUIVRE NATIF)(la plus grosse pépite de 420 tonnes a été trouvée en Amérique du Nord). Les minerais les plus courants sont les minerais sulfurés : chalcopyrite (cm. CHALCOPyRITE), ou pyrite de cuivre, CuFeS 2 (30 % de cuivre), covellite (cm. COVELLIN) CuS (64,4 % de cuivre), chalcocite (cm. CHALCOZINE), ou lustre de cuivre, Cu 2 S (79,8% de cuivre), bornite (cm. BORNITE) Cu 5 FeS 4 (52-65 % de cuivre). Il existe également de nombreux minerais d'oxyde de cuivre, par exemple : la cuprite (cm. CUPRITE) Cu 2 O, (81,8 % de cuivre), malachite (cm. MALACHITE) CuCO 3 ·Cu(OH) 2 (57,4 % de cuivre) et autres. Il existe 170 minéraux contenant du cuivre connus, dont 17 sont utilisés à l’échelle industrielle.
Il existe de nombreux minerais de cuivre différents, mais il existe peu de gisements riches sur le globe et, de plus, les minerais de cuivre sont extraits depuis plusieurs centaines d'années, de sorte que certains gisements sont complètement épuisés. La source de cuivre provient souvent de minerais polymétalliques qui, en plus du cuivre, contiennent du fer, du zinc, du plomb et d'autres métaux. En tant qu'impuretés, les minerais de cuivre contiennent généralement des oligo-éléments (cm. OLIGO-ÉLÉMENTS)(cadmium, sélénium, tellure, gallium, germanium et autres), ainsi que de l'argent et parfois de l'or. Pour le développement industriel, on utilise des minerais dont la teneur en cuivre est légèrement supérieure à 1 % en poids, voire inférieure.
L'eau de mer contient environ 1,10 à 8 % de cuivre.
Reçu
La production industrielle de cuivre est un processus complexe en plusieurs étapes. Le minerai extrait est concassé et l’enrichissement par flottation est généralement utilisé pour séparer les stériles. Le concentré obtenu (contient 18 à 45 % de cuivre en poids) est cuit dans un haut fourneau à air. À la suite de la cuisson, des cendres se forment - une substance solide contenant, en plus du cuivre, également des impuretés d'autres métaux. Les cendres sont fondues dans des fours à réverbère ou des fours électriques. Après cette fusion, en plus des scories, ce qu'on appelle la matte se forme (cm. STEIN (en métallurgie)), dans lequel la teneur en cuivre peut atteindre 40 à 50 %.
Ensuite, la matte est convertie : de l'air comprimé enrichi en oxygène est soufflé à travers la matte fondue. Un flux de quartz (sable SiO 2) est ajouté à la matte. Lors du processus de conversion, le sulfure de fer FeS contenu dans la matte comme impureté indésirable passe dans les scories et est libéré sous forme de dioxyde de soufre SO 2 :
2FeS + 3O 2 + 2SiO 2 = 2FeSiO 3 + 2SO 2
Dans le même temps, le sulfure de cuivre(I) Cu 2 S est oxydé :
2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2
Le Cu 2 O formé à ce stade réagit en outre avec Cu 2 S :
2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2
En conséquence, apparaît ce qu'on appelle le cuivre blister, dans lequel la teneur en cuivre lui-même est déjà de 98,5 à 99,3 % en poids. Ensuite, le cuivre blister est soumis à un affinage. Le raffinage lors de la première étape est un raffinage au feu ; il consiste à faire fondre le cuivre blister et à faire passer de l'oxygène à travers la masse fondue. Les impuretés de métaux plus actifs contenus dans le cuivre blister réagissent activement avec l'oxygène et se transforment en scories d'oxyde.
Au stade final, le cuivre est soumis à un raffinage électrochimique dans une solution d'acide sulfurique, le cuivre blister servant d'anode et le cuivre purifié étant séparé à la cathode. Lors d'une telle purification, les impuretés des métaux moins actifs présentes dans le cuivre blister précipitent sous forme de boues. (cm. BOUE), et les impuretés de métaux plus actifs restent dans l'électrolyte. La pureté du cuivre raffiné (cathodique) atteint 99,9 % ou plus.
Proprietes physiques et chimiques
Réseau cristallin de cuivre métallique, cube à faces centrées, paramètre de réseau UN= 0,36150 nm. Densité 8,92 g/cm3, point de fusion 1083,4 °C, point d'ébullition 2567 °C. Parmi tous les autres métaux, le cuivre possède l'une des conductivités thermiques les plus élevées et l'une des résistances électriques les plus faibles (à 20 °C, la résistivité est de 1,68 10 -3 Ohm·m).
Dans une atmosphère sèche, le cuivre reste pratiquement inchangé. Dans l'air humide, un film verdâtre de composition Cu(OH) 2 ·CuCO 3 se forme à la surface du cuivre en présence de dioxyde de carbone. Comme il y a toujours des traces de dioxyde de soufre et de sulfure d’hydrogène dans l’air, le film superficiel du cuivre métallique contient généralement des composés de cuivre-soufre. Un tel film qui apparaît au fil du temps sur les produits en cuivre et ses alliages est appelé patine. La patine protège le métal d'une destruction ultérieure. Pour créer une « patine de l'antiquité » sur les objets d'art, on leur applique une couche de cuivre, qui est ensuite spécialement patinée.
Lorsqu’il est chauffé à l’air, le cuivre se ternit et finit par noircir en raison de la formation d’une couche d’oxyde à la surface. Il se forme d'abord de l'oxyde de Cu 2 O, puis de l'oxyde de CuO.
L'oxyde de cuivre (I) brun rougeâtre Cu 2 O, lorsqu'il est dissous dans les acides bromo- et iodhydrique, forme respectivement du bromure de cuivre (I) CuBr et de l'iodure de cuivre (I) CuI. Lorsque Cu 2 O réagit avec l'acide sulfurique dilué, du cuivre et du sulfate de cuivre apparaissent :
Cu 2 O + H 2 SO 4 = Cu + CuSO 4 + H 2 O.
Lorsqu'il est chauffé dans l'air ou l'oxygène, Cu 2 O est oxydé en CuO ; lorsqu'il est chauffé dans un courant d'hydrogène, il est réduit en métal libre.
L'oxyde de cuivre noir (II) CuO, comme Cu 2 O, ne réagit pas avec l'eau. Lorsque CuO réagit avec les acides, des sels de cuivre (II) se forment :
CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O
Lorsque CuO est fusionné avec des alcalis, des cuprates se forment, par exemple :
CuO + 2NaOH = Na 2 CuO 2 + H 2 O
Chauffer Cu 2 O dans une atmosphère inerte conduit à une réaction de dismutation :
Cu2O = CuO + Cu.
Les agents réducteurs tels que l'hydrogène, le méthane, l'ammoniac, le monoxyde de carbone (II) et autres réduisent le CuO en cuivre libre, par exemple :
CuO + CO = Cu + CO2.
En plus des oxydes de cuivre Cu 2 O et CuO, de l'oxyde de cuivre rouge foncé (III) Cu 2 O 3, qui possède de fortes propriétés oxydantes, a également été obtenu.
Le cuivre réagit avec les halogènes (cm. HALOGÈNE) Par exemple, lorsqu'il est chauffé, le chlore réagit avec le cuivre pour former le dichlorure brun foncé CuCl 2 . Il existe également du difluorure de cuivre CuF 2 et du dibromure de cuivre CuBr 2, mais il n'y a pas de diiodure de cuivre. CuCl 2 et CuBr 2 sont tous deux très solubles dans l'eau et les ions cuivre s'hydratent et forment des solutions bleues.
Lorsque CuCl 2 réagit avec la poudre de cuivre métallique, il se forme du chlorure de cuivre (I) CuCl incolore et insoluble dans l'eau. Ce sel se dissout facilement dans l'acide chlorhydrique concentré et des anions complexes -, 2- et [СuCl 4 ] 3- se forment, par exemple grâce au processus :
CuCl + HCl = H
Lorsque le cuivre est fusionné avec du soufre, il se forme du sulfure insoluble dans l'eau Cu 2 S. Le sulfure de cuivre (II) CuS précipite, par exemple, lorsque le sulfure d'hydrogène passe à travers une solution de sel de cuivre (II) :
H 2 S + CuSO 4 = CuS + H 2 SO 4
Le cuivre ne réagit pas avec l'hydrogène, l'azote, le graphite ou le silicium. Lorsqu’il est exposé à l’hydrogène, le cuivre devient fragile (ce qu’on appelle la « maladie de l’hydrogène ») en raison de la dissolution de l’hydrogène dans le métal.
En présence d'agents oxydants, principalement de l'oxygène, le cuivre peut réagir avec l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique dilué, mais l'hydrogène n'est pas libéré :
2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.
Le cuivre réagit assez activement avec l'acide nitrique de différentes concentrations, entraînant la formation de nitrate de cuivre (II) et la libération de divers oxydes d'azote. Par exemple, avec 30 % d'acide nitrique, la réaction du cuivre se déroule comme suit :
3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.
Le cuivre réagit avec l'acide sulfurique concentré sous forte chaleur :
Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O.
La capacité du cuivre à réagir avec des solutions de sels de fer (III), le cuivre entrant en solution et le fer (III) étant réduit en fer (II), est d'une importance pratique :
2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2
Ce procédé de gravure du cuivre au chlorure de fer (III) est notamment utilisé s'il est nécessaire d'enlever une couche de cuivre déposée sur le plastique à certains endroits.
Les ions cuivre Cu 2+ forment facilement des complexes avec l'ammoniac, par exemple la composition 2+. Lorsque l'acétylène C 2 H 2 traverse des solutions ammoniacales de sels de cuivre, le carbure de cuivre (plus précisément l'acétyléniure) CuC 2 précipite.
L'hydroxyde de cuivre Cu(OH) 2 se caractérise par une prédominance de propriétés basiques. Il réagit avec les acides pour former du sel et de l'eau, par exemple :
Сu(OH) 2 + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O.
Mais Cu(OH) 2 réagit également avec des solutions concentrées d'alcalis, et les cuprates correspondants se forment, par exemple :
Cu(OH) 2 + 2NaOH = Na 2
Si la cellulose est placée dans une solution cuivre-ammoniac obtenue en dissolvant du Cu(OH) 2 ou du sulfate de cuivre basique dans l'ammoniac, alors la cellulose se dissout et une solution de complexe cuivre-ammonium cellulose se forme. À partir de cette solution, il est possible de produire des fibres de cuivre-ammoniac, qui sont utilisées dans la production de sous-vêtements, de tricots et de divers tissus.
Application
On pense que le cuivre est le premier métal que l’homme a appris à traiter et à utiliser pour ses besoins. Les artefacts en cuivre trouvés dans le cours supérieur du Tigre remontent au dixième millénaire avant JC. Plus tard, l'utilisation généralisée des alliages de cuivre a déterminé la culture matérielle de l'âge du bronze. (cm. L'ÂGE DE BRONZE)(fin du IVe - début du Ier millénaire avant JC) et a ensuite accompagné le développement de la civilisation à toutes les étapes. Le cuivre et le cuivre étaient utilisés pour fabriquer de la vaisselle, des ustensiles, des bijoux et divers objets artistiques. Le rôle du bronze était particulièrement important (cm. BRONZE) .
Depuis le 20ème siècle, la principale utilisation du cuivre est due à sa haute conductivité électrique. Plus de la moitié du cuivre extrait est utilisé en électrotechnique pour la fabrication de divers fils, câbles et parties conductrices d'équipements électriques. En raison de sa conductivité thermique élevée, le cuivre est un matériau irremplaçable pour divers échangeurs de chaleur et équipements de réfrigération. Le cuivre est largement utilisé en galvanoplastie - pour appliquer des revêtements de cuivre, pour produire des produits à parois minces de formes complexes, pour réaliser des clichés en impression, etc.
Les alliages de cuivre - le laiton - sont d'une grande importance (cm. LAITON)(le principal additif est le zinc, Zn), le bronze (alliages avec divers éléments, principalement des métaux - étain, aluminium, béryllium, plomb, cadmium et autres, à l'exception du zinc et du nickel) et les alliages cuivre-nickel, dont le cupronickel (cm. MELCHIOR) et maillechort (cm. ARGENT NICKEL). Selon la marque (composition), les alliages sont utilisés dans une grande variété de domaines technologiques comme les matériaux structurels, anti-distorsion, résistants à la corrosion, ainsi que les matériaux ayant une conductivité électrique et thermique donnée. cuivre avec aluminium et cuivre avec nickel) sont utilisés pour frapper des pièces de monnaie - « cuivre » et « argent » ; mais le cuivre fait partie à la fois de l’argent réel et de l’or.
Rôle biologique
Le cuivre est présent dans tous les organismes et fait partie des microéléments nécessaires à leur développement normal (voir Éléments biogènes (cm.ÉLÉMENTS BIOGÉNIQUES)). Chez les plantes et les animaux, la teneur en cuivre varie de 10 -15 à 10 -3 %. Le tissu musculaire humain contient 1,10 -3 % de cuivre, le tissu osseux - (1-26) ·10 -4 % et 1,01 mg/l de cuivre est présent dans le sang. Au total, le corps d'une personne moyenne (poids corporel 70 kg) contient 72 mg de cuivre. Le rôle principal du cuivre dans les tissus végétaux et animaux est sa participation à la catalyse enzymatique. Le cuivre sert d'activateur dans un certain nombre de réactions et fait partie des enzymes contenant du cuivre, principalement les oxydases. (cm. OXYDASES), catalysant les réactions biologiques d'oxydation. La plastocyanine, une protéine contenant du cuivre, est impliquée dans le processus de photosynthèse. (cm. PHOTOSYNTHÈSE). Une autre protéine contenant du cuivre, l'hémocyanine (cm. HÉMOCYANINE), agit comme l'hémoglobine (cm. HÉMOGLOBINE) chez certains invertébrés. Le cuivre étant toxique, il se trouve à l’état lié dans le corps animal. Une partie importante de celui-ci fait partie de la protéine céruloplasmine formée dans le foie, qui circule dans la circulation sanguine et délivre le cuivre aux sites de synthèse d'autres protéines contenant du cuivre. La céruloplasmine a également une activité catalytique et est impliquée dans les réactions d'oxydation. Le cuivre est nécessaire à diverses fonctions de l'organisme : respiration, hématopoïèse (stimule l'absorption du fer et la synthèse de l'hémoglobine), métabolisme des glucides et des minéraux. Le manque de cuivre provoque des maladies chez les plantes, les animaux et les humains. Avec de la nourriture, une personne reçoit 0,5 à 6 mg de cuivre par jour.
Le sulfate de cuivre et d’autres composés de cuivre sont utilisés en agriculture comme microfertilisants et pour lutter contre divers ravageurs des plantes. Cependant, lorsque vous utilisez des composés de cuivre, lorsque vous travaillez avec eux, vous devez tenir compte du fait qu'ils sont toxiques. L'ingestion de sels de cuivre dans l'organisme entraîne diverses maladies humaines. La concentration maximale admissible pour les aérosols de cuivre est de 1 mg/m 3 ; pour l'eau potable, la teneur en cuivre ne doit pas dépasser 1,0 mg/l.

Dictionnaire encyclopédique. 2009 .

Synonymes:

Ce qui fait référence aux métaux non ferreux est connu depuis longtemps. Sa production a été inventée avant que l’on commence à fabriquer du fer. On pense que cela est dû à sa disponibilité et à son extraction assez simple à partir de composés et d’alliages contenant du cuivre. Examinons donc aujourd'hui les propriétés et la composition du cuivre, les principaux pays mondiaux producteurs de cuivre, la fabrication de produits à partir de celui-ci et les caractéristiques de ces zones.

Le cuivre possède un coefficient de conductivité électrique élevé, ce qui augmente sa valeur en tant que matériau électrique. Si auparavant jusqu'à la moitié de tout le cuivre produit dans le monde était dépensé en fils électriques, l'aluminium est désormais utilisé à ces fins en tant que métal plus abordable. Et le cuivre lui-même devient le métal non ferreux le plus rare.

Cette vidéo traite de la composition chimique du cuivre :

Structure

La composition structurelle du cuivre comprend de nombreux cristaux : or, calcium, argent et bien d'autres. Tous les métaux inclus dans sa structure se distinguent par une relative douceur, ductilité et facilité de traitement. La plupart de ces cristaux, lorsqu'ils sont combinés avec le cuivre, forment des solutions solides avec des rangées continues.

La maille unitaire de ce métal est de forme cubique. Pour chacune de ces cellules, il y a quatre atomes situés aux sommets et dans la partie centrale du visage.

Composition chimique

La composition du cuivre lors de sa production peut contenir un certain nombre d'impuretés qui affectent la structure et les caractéristiques du produit final. Dans le même temps, leur contenu doit être réglementé à la fois par des éléments individuels et par leur quantité totale. Les impuretés présentes dans le cuivre comprennent :

Bismuth. Ce composant affecte négativement les propriétés technologiques et mécaniques du métal. C'est pourquoi elle ne doit pas dépasser 0,001 % de la composition finie.
Oxygène. Elle est considérée comme l’impureté la plus indésirable du cuivre. Sa teneur maximale dans l'alliage peut atteindre 0,008 % et diminue rapidement lorsqu'elle est exposée à des températures élevées. L'oxygène affecte négativement la ductilité du métal, ainsi que sa résistance à la corrosion.
Manganèse. Dans le cas de la fabrication de cuivre conducteur, ce composant affecte négativement sa conductivité. Déjà à température ambiante, il se dissout rapidement dans le cuivre.
Arsenic. Ce composant crée une solution solide avec le cuivre et n'a pratiquement aucun effet sur ses propriétés. Son action vise en grande partie à neutraliser les effets négatifs de l'antimoine, du bismuth et de l'oxygène.
. Forme une solution solide avec le cuivre et réduit en même temps sa conductivité thermique et électrique.
. Crée une solution solide et améliore la conductivité thermique.
Sélénium, soufre. Ces deux composants ont le même effet sur le produit final. Ils forment une liaison fragile avec le cuivre et ne représentent pas plus de 0,001 %. À mesure que la concentration augmente, le degré de ductilité du cuivre diminue fortement.
Antimoine. Ce composant est très soluble dans le cuivre et a donc un impact minime sur ses propriétés finales. Il n'est pas autorisé plus de 0,05 % du volume total.
Phosphore. Sert de principal désoxydant du cuivre, dont la solubilité maximale est de 1,7% à une température de 714°C. Le phosphore, associé au cuivre, favorise non seulement un meilleur soudage, mais améliore également ses propriétés mécaniques.
. Contenu dans une petite quantité de cuivre, il n’a pratiquement aucun effet sur sa conductivité thermique et électrique.

Production de cuivre

Le cuivre est produit à partir de minerais sulfurés, qui contiennent au moins 0,5 % de ce cuivre. Dans la nature, il existe environ 40 minéraux contenant ce métal. Le minéral sulfuré le plus couramment utilisé dans la production de cuivre est la chalcopyrite.

Pour produire 1 tonne de cuivre, il faut prélever une énorme quantité de matières premières qui en contiennent. Prenons par exemple la production de fonte : pour obtenir 1 tonne de ce métal, il faudra traiter environ 2,5 tonnes de minerai de fer. Et pour obtenir la même quantité de cuivre, il faudra traiter jusqu’à 200 tonnes de minerai en contenant.

La vidéo ci-dessous vous parlera de l'extraction du cuivre :

Technologie et équipement nécessaire

La production de cuivre comporte plusieurs étapes :

Broyage du minerai dans des concasseurs spéciaux et broyage ultérieur plus approfondi dans des broyeurs à boulets.
Flottation. La matière première pré-broyée est mélangée à une petite quantité de réactif de flottation puis placée dans une machine de flottation. Ce composant supplémentaire est généralement du xanthate de potassium et de chaux, qui est recouvert de minéraux de cuivre dans la chambre de la machine. Le rôle de la chaux à ce stade est extrêmement important, car elle empêche l'enveloppement du xanthate par des particules d'autres minéraux. Seules les bulles d'air adhèrent aux particules de cuivre qui le transportent vers la surface. À la suite de ce processus, un concentré de cuivre est obtenu, destiné à éliminer l'excès d'humidité de sa composition.
Brûlant. Les minerais et leurs concentrés subissent un processus de grillage dans des fours monopodes, nécessaire pour en éliminer le soufre. Il en résulte des cendres et des gaz contenant du soufre, qui sont ensuite utilisés pour produire de l'acide sulfurique.
Fusion de la charge dans un four réfléchissant. A ce stade, vous pouvez prendre un mélange cru ou déjà cuit et le cuire à une température de 1500°C. Une condition de fonctionnement importante consiste à maintenir une atmosphère neutre dans le four. En conséquence, le cuivre est sulfuré et transformé en matte.
Conversion. Le cuivre obtenu, associé au flux de quartz, est soufflé dans un convecteur spécial pendant 15 à 24 heures. Le résultat est un cuivre blister résultant de la combustion complète du soufre et de l'élimination des gaz. Il peut contenir jusqu'à 3 % de diverses impuretés, qui sont éliminées par électrolyse.
Raffinage par le feu. Le métal est préfondu puis affiné dans des fours spéciaux. La sortie est en cuivre rouge.
Raffinage électrolytique. Le cuivre anodique et flammé passe par cette étape pour une purification maximale.

Découvrez ci-dessous les usines et centres de cuivre en Russie et dans le monde.

Fabricants célèbres

Il n'existe que quatre plus grandes entreprises d'extraction et de production de cuivre en Russie :

« Norilsk Nickel » ;
"Uralélectromed";
Usine métallurgique de Novgorod ;
Usine d'électrolyte de cuivre de Kyshtym.

Les deux premières sociétés font partie du célèbre holding UMMC, qui comprend une quarantaine d'entreprises industrielles. Elle produit plus de 40 % de tout le cuivre de notre pays. Les deux dernières usines appartiennent à la Société russe du cuivre.

La vidéo ci-dessous vous parlera de la production de cuivre :

Histoire du cuivre

Le cuivre est considéré comme l'un des premiers métaux que l'homme a maîtrisé dans l'Antiquité et qui l'utilise encore aujourd'hui. L’extraction du cuivre était abordable car le minerai devait être fondu à une température relativement basse. Le premier minerai à partir duquel le cuivre a commencé à être extrait était le minerai de malachite (calorizateur). L’âge de pierre dans l’histoire de l’humanité a précisément changé cuivre, lorsque les articles ménagers, les outils et les armes en cuivre sont devenus les plus répandus.

Le cuivre est un élément du groupe XI de la période IV du tableau périodique des éléments chimiques D.I. Mendeleev, a le numéro atomique 29 et la masse atomique 63,546. La désignation acceptée est Cu(du latin Cuprum).

Être dans la nature

Le cuivre est assez largement représenté dans la croûte terrestre, dans les roches sédimentaires, dans les eaux marines et douces et dans les schistes. Distribué à la fois sous forme de connexions et en version indépendante.

Proprietes physiques et chimiques

Le cuivre est un métal ductile, appelé métal de transition, et a une couleur rose doré. Au contact de l'air, un film d'oxyde se forme à la surface du cuivre, donnant au métal une teinte rouge jaunâtre. Les principaux alliages de cuivre sont connus - avec le zinc (laiton), avec l'étain (bronze), avec le nickel (cupronickel).

Besoin quotidien en cuivre

Les besoins en cuivre chez un adulte sont de 2 mg par jour (environ 0,035 mg/1 kg de poids).

Le cuivre est l'un des oligo-éléments les plus importants pour l'organisme, c'est pourquoi les aliments riches en cuivre devraient figurer dans l'alimentation de chacun. Ce:

noix, céréales,
poisson,
céréales (surtout et),
les produits laitiers
, des baies et

Signes de carence en cuivre

Les signes d'une quantité insuffisante de cuivre dans l'organisme sont : anémie et mauvaise respiration, perte d'appétit, maux d'estomac, nervosité, dépression, fatigue, troubles de la pigmentation de la peau et des cheveux, fragilité et chute des cheveux, éruptions cutanées, infections fréquentes. . Une hémorragie interne est possible.

Signes d’excès de cuivre

Un excès de cuivre se caractérise par l'insomnie, une activité cérébrale altérée, l'épilepsie et des problèmes de cycle menstruel.

Interactions avec les autres

On suppose que le cuivre et le cuivre entrent en compétition lors de l'absorption dans le tube digestif, de sorte qu'un excès de l'un de ces éléments dans les aliments peut entraîner une carence de l'autre élément.

Le cuivre est d'une grande importance dans l'économie nationale, son utilisation principale est dans l'électrotechnique, mais le métal est largement utilisé pour frapper des pièces de monnaie, souvent dans des œuvres d'art. Le cuivre est également utilisé en médecine, en architecture et en construction.

Propriétés bénéfiques du cuivre et son effet sur l'organisme

Nécessaire à la conversion du corps en hémoglobine. Permet d'utiliser l'acide aminé tyrosine, lui permettant d'exercer son effet de facteur de pigmentation des cheveux et de la peau. Une fois le cuivre absorbé par les intestins, il est transporté vers le foie grâce à l’albumine. Le cuivre est également impliqué dans les processus de croissance et de reproduction. Participe à la formation du collagène et de l'élastine et à la synthèse des endorphines - hormones du « bonheur ».

Le cuivre est l’un des premiers métaux que l’homme a commencé à utiliser à des fins techniques. Avec l'or, l'argent, le fer, l'étain, le plomb et le mercure, le cuivre est connu de l'homme depuis l'Antiquité et conserve encore aujourd'hui son importance technique importante.

Cuivre ou Cu(29)

Le cuivre est un métal rose-rouge, appartient au groupe des métaux lourds et est un excellent conducteur de chaleur et de courant électrique. La conductivité électrique du cuivre est 1,7 fois supérieure à celle de l’aluminium et 6 fois supérieure à celle du fer.

Le nom latin du cuivre Cuprum vient du nom de l'île de Chypre, où l'on trouvait déjà le cuivre au 3ème siècle. avant JC e. Il y avait des mines de cuivre et on fondait le cuivre. Vers le IIe-IIIe siècle. La fusion du cuivre était réalisée à grande échelle en Égypte, en Mésopotamie, dans le Caucase et dans d’autres pays du monde antique. Mais néanmoins, le cuivre est loin d'être l'élément le plus répandu dans la nature : la teneur en cuivre de la croûte terrestre est de 0,01 %, ce qui ne représente que la 23e place parmi tous les éléments trouvés.

Production de cuivre

Dans la nature, le cuivre est présent sous forme de composés soufrés, d'oxydes, d'hydrocarbures, de composés de dioxyde de carbone, dans la composition des minerais sulfurés et du cuivre métallique natif.

Les minerais les plus courants sont la pyrite de cuivre et le lustre de cuivre, contenant 1 à 2 % de cuivre.

Pour enrichir les minerais de cuivre, on utilise la méthode de flottation (basée sur l'utilisation de différentes mouillabilités de particules contenant du cuivre et de stériles), qui permet d'obtenir un concentré de cuivre contenant de 10 à 35 % de cuivre.

Les minerais et concentrés de cuivre à haute teneur en soufre sont soumis à un grillage oxydatif. Lors du chauffage du concentré ou du minerai à 700-800°C en présence d'oxygène atmosphérique, les sulfures sont oxydés et la teneur en soufre est réduite de près de la moitié par rapport à l'original. Seuls les concentrés pauvres (avec une teneur en cuivre de 8 à 25 %) sont cuits, et les concentrés riches (de 25 à 35 % de cuivre) sont fondus sans cuisson.

Après le grillage, le minerai et le concentré de cuivre sont fondus en matte, qui est un alliage contenant des sulfures de cuivre et de fer. La matte contient de 30 à 50 % de cuivre, 20 à 40 % de fer, 22 à 25 % de soufre. De plus, la matte contient des impuretés de nickel, de zinc, de plomb, d'or et d'argent. Le plus souvent, la fusion est réalisée dans des fours à réverbère ardents. La température dans la zone de fusion est de 1450°C.

Afin d'oxyder les sulfures et le fer, la matte de cuivre obtenue est soumise à un soufflage d'air comprimé dans des convertisseurs horizontaux à soufflage latéral. Les oxydes résultants sont transformés en scories. La température dans le convertisseur est de 1 200 à 1 300°C. Il est intéressant de noter que de la chaleur est libérée dans le convertisseur en raison de réactions chimiques, sans alimentation en carburant. Ainsi, le convertisseur produit du cuivre blister contenant 98,4 à 99,4 % de cuivre, 0,01 à 0,04 % de fer, 0,02 à 0,1 % de soufre et une petite quantité de nickel, d'étain, d'antimoine, d'argent et d'or. Ce cuivre est coulé dans une poche et coulé dans des moules en acier ou une machine de coulée.

Ensuite, pour éliminer les impuretés nocives, le cuivre blister est raffiné (un affinage au feu puis un affinage électrolytique sont effectués). L’essence du raffinage au feu du cuivre blister est l’oxydation des impuretés, leur élimination avec des gaz et leur transformation en scories. Après affinage au feu, on obtient du cuivre d'une pureté de 99,0 à 99,7 %. Il est coulé dans des moules et des lingots sont obtenus pour une fusion ultérieure d'alliages (bronze et laiton) ou des lingots pour le raffinage électrolytique.

Un affinage électrolytique est réalisé pour obtenir du cuivre pur (99,95%). L'électrolyse est réalisée dans des bains où l'anode est en cuivre affiné au feu et la cathode est constituée de fines feuilles de cuivre pur. L'électrolyte est une solution aqueuse. Lorsqu'un courant continu passe, l'anode se dissout, le cuivre entre en solution et, nettoyé des impuretés, se dépose sur les cathodes. Les impuretés se déposent au fond du bain sous forme de scories, qui sont traitées pour extraire les métaux précieux. Les cathodes sont déchargées au bout de 5 à 12 jours, lorsque leur poids atteint 60 à 90 kg. Ils sont soigneusement lavés puis fondus dans des fours électriques.

De plus, il existe des technologies permettant d'obtenir du cuivre à partir de ferraille. En particulier, le cuivre affiné est obtenu à partir de ferraille par affinage au feu.
Selon la pureté, le cuivre est divisé en grades : M0 (99,95 % Cu), M1 (99,9 %), M2 (99,7 %), M3 (99,5 %), M4 (99 %).

Propriétés chimiques du cuivre

Le cuivre est un métal peu actif qui n'interagit pas avec l'eau, les solutions alcalines, l'acide chlorhydrique et sulfurique dilué. Cependant, le cuivre se dissout dans les agents oxydants puissants (par exemple l'azote et le soufre concentré).

Le cuivre présente une résistance à la corrosion assez élevée. Cependant, dans une atmosphère humide contenant du dioxyde de carbone, la surface du métal se recouvre d'une couche verdâtre (patine).

Propriétés physiques de base du cuivre

Propriétés mécaniques du cuivre

À des températures négatives, le cuivre présente des propriétés de résistance et une ductilité plus élevées qu'à une température de 20°C. Le cuivre commercial ne présente aucun signe de fragilité à froid. À mesure que la température diminue, la limite d'élasticité du cuivre augmente et la résistance à la déformation plastique augmente fortement.

Applications du cuivre

Les propriétés du cuivre telles que la conductivité électrique et la conductivité thermique ont déterminé le principal domaine d'application du cuivre - l'industrie électrique, en particulier pour la fabrication de fils, d'électrodes, etc. Le métal pur (99,98-99,999 %) est utilisé pour cela. affinage électrolytique.

Le cuivre possède de nombreuses propriétés uniques : résistance à la corrosion, bonne fabricabilité, durée de vie assez longue et se marie bien avec le bois, la pierre naturelle, la brique et le verre. En raison de ses propriétés uniques, ce métal est utilisé dans la construction depuis l'Antiquité : pour la toiture, la décoration des façades de bâtiments, etc. La durée de vie des structures de construction en cuivre est de plusieurs centaines d'années. De plus, les pièces d'équipements chimiques et les outils permettant de travailler avec des substances explosives ou inflammables sont en cuivre.

Une application très importante du cuivre est la production d’alliages. L’un des alliages les plus utiles et les plus couramment utilisés est le laiton (ou cuivre jaune). Ses principaux composants sont le cuivre et le zinc. L'ajout d'autres éléments permet d'obtenir du laiton aux propriétés très variées. Le laiton est plus dur que le cuivre, malléable et résistant, il peut donc être facilement roulé en fines feuilles ou estampé dans une grande variété de formes. Un problème : il devient noir avec le temps.

Le bronze est connu depuis l’Antiquité. Il est intéressant de noter que le bronze est plus fusible que le cuivre, mais sa dureté est supérieure à celle du cuivre pur et de l'étain individuels. S'il y a 30 à 40 ans, seuls les alliages de cuivre et d'étain étaient appelés bronze, on connaît aujourd'hui déjà les bronzes d'aluminium, de plomb, de silicium, de manganèse, de béryllium, de cadmium, de chrome et de zirconium.

Les alliages de cuivre, ainsi que le cuivre pur, sont utilisés depuis longtemps pour la production de divers outils, ustensiles et sont utilisés dans l'architecture et l'art.

Les pièces de monnaie en cuivre et les statues en bronze décorent les maisons depuis l'Antiquité. Les produits en bronze des maîtres de l'Égypte ancienne, de la Grèce et de la Chine ont survécu jusqu'à ce jour. Les Japonais étaient de grands maîtres dans le domaine de la fonte du bronze. La figure géante du Bouddha du temple Todaiji, créée au VIIIe siècle, pèse plus de 400 tonnes. Couler une telle statue nécessitait un savoir-faire vraiment exceptionnel.

Parmi les marchandises que les marchands alexandrins commercialisaient dans l'Antiquité, les « verts de cuivre » étaient très populaires. Les fashionistas utilisaient cette peinture pour ajouter des cernes verts sous leurs yeux - à l'époque, c'était considéré comme un signe de bon goût.

Depuis l’Antiquité, les gens croient aux propriétés miraculeuses du cuivre et utilisent ce métal pour traiter de nombreux maux. On croyait qu'un bracelet en cuivre porté à la main apporterait chance et santé à son propriétaire, normaliserait la tension artérielle et empêcherait les dépôts de sel.

De nombreux peuples attribuent encore au cuivre des propriétés curatives. Les habitants du Népal, par exemple, considèrent le cuivre comme un métal sacré qui favorise la concentration des pensées, améliore la digestion et traite les maladies gastro-intestinales (les patients reçoivent de l'eau à boire dans un verre contenant plusieurs pièces de cuivre). L'un des temples les plus grands et les plus beaux du Népal s'appelle "Cuivre".

Il y a eu un cas où le minerai de cuivre est devenu... le coupable de l'accident subi par le cargo norvégien Anatina. Les cales du navire, se dirigeant vers les côtes du Japon, étaient remplies de concentré de cuivre. Soudain, une alarme retentit : le navire avait développé une fuite.

Il s’est avéré que le cuivre contenu dans le concentré formait un couple galvanique avec le corps en acier de l’Anatina, et l’évaporation de l’eau de mer servait d’électrolyte. Le courant galvanique qui en a résulté a corrodé la coque du navire à tel point que des trous y sont apparus, dans lesquels l'eau de l'océan s'est déversée.