Cupru: definiție, compoziție, tipuri, proprietăți și aplicații

Cuprul este un element chimic care este și un metal. Proprietățile sale cheie sunt că are o conductivitate electrică excelentă, o conductivitate termică ridicată și o rezistență bună la coroziune. De asemenea, este ductil și are o culoare brun-roșcată interesantă. Combinația acestor proprietăți duce la aplicarea largă a cuprului pentru utilizări inginerești și estetice.

Ce este cuprul?

Cuprul este un element chimic, numărul 29 în tabelul periodic al elementelor. Simbolul elementului de cupru este Cu, din latinescul "cupru". Este un metal ductil cu o culoare maro-roscat. Se aplica pe scara larga datorita conductibilitatii sale termice si electrice ridicate.

Care este istoria cuprului?

Istoria cuprului datează din 8.700 î.Hr. Un pandantiv de cupru care a fost descoperit în nordul Irakului a fost datat aproximativ la acea dată și în prezent se crede că este cel mai vechi obiect din cupru. Cuprul a fost un metal crucial în multe civilizații antice, dar este în general de acord că mesopotamienii (în nordul Irakului) au descoperit cuprul. De fapt, o perioadă din preistorie este epoca cuprului cuprinsă între 5.500 î.Hr. și 4,000 î.Hr., numită de obicei Epoca Calcolitică din cuvintele grecești pentru cupru (chalkos) și stâncă (lithos).

Cuprul este unul dintre puținele metale care pot apărea în mod natural în forma sa metalică nativă. Acesta este diferit de majoritatea metalelor care trebuie extrase prin metalurgie dintr-un minereu. În locurile în care apare cuprul nativ, tehnologia metalurgiei nu a fost necesară pentru ca acele civilizații să înceapă să lucreze cu cuprul pentru a forma arme și ornamente.

Care este celălalt termen pentru cupru?

Celălalt termen pentru cupru este cuvântul latincupru, care dă cuprului simbolul Cu pe tabelul periodic al elementelor. Numele latin al cuprului a fost originar din insula Cipru, deoarece insula era principala sursă de cupru în vremurile străvechi. Cuprum a fost „metalul Ciprului”.

Din ce este făcut cuprul?

Cuprul este un element chimic. Este format dintr-un singur tip de atom - nu poate fi descompus în substanțe mai simple. Atomul de cupru are un număr atomic de 29, ceea ce înseamnă că nucleul său atomic conține 29 de protoni.

Cuprul este extras din minereuri naturale - fie un minereu de sulfură de cupru (cum ar fi calcopirita), fie un minereu de oxid de cupru. Aceste minereuri sunt extrase, zdrobite și prelucrate pentru a face cupru. Aceste minereuri de cupru se găsesc în părți din America de Nord și de Sud (țări precum Chile și Peru), precum și în zone precum Munții Urali din Rusia și în Zambia și Republica Democrată Congo din Africa.

Care sunt diferitele procese de fabricare a cuprului?

Diferitele procese de fabricare a cuprului sunt descrise mai jos:

1. Mineritul

Exploatarea minereurilor de cupru se face de obicei în mine mari deschise. Acestea sunt găuri deschise, în trepte, în pământ, care sunt săpate treptat mai adânc. Explozivii sunt folosiți pentru a exploda roca, iar bolovanii rezultați sunt transportați pentru a fi zdrobiți în bucăți mai mici pentru prelucrare.

2. Extracție

Conform celor două tipuri comune de minereu de cupru, există două procese principale de purificare. Pentru minereurile de oxizi se folosește un proces hidrometalurgic. Minereul zdrobit este îngrămădit și o soluție de leșiere acidă este percolată prin grămadă. Acest lucru creează o soluție de leșiere gravidă. Pentru minereurile sulfurate se utilizează un proces pirometalurgic. Extracția minereului se face prin flotare cu spumă și îngroșare în funcție de densitatea particulelor.

3. Purificare

Pentru minereurile oxidice se folosește hidrometalurgia. Aceasta înseamnă că soluția de leșiere gravidă este trimisă la un proces de extracție cu solvent pentru a concentra cuprul în soluție. Această soluție este apoi trimisă la electrowinning, unde electricitatea este folosită pentru a depune cuprul solid. Pentru minereurile sulfurate se folosește pirometalurgia, ceea ce înseamnă că se folosește o topitorie pentru a crea cuprul brut. Acesta este apoi purificat în continuare prin electrorafinare.

4. Aliere

Aliajele de cupru sunt fabricate prin topirea mai întâi a materialului de aliere și apoi topirea cuprului pentru a se adăuga la acesta. Amestecul topit este apoi turnat și lăsat să se răcească și să se solidifice.

5. Electrorafinare

Electrorafinarea cuprului implică dizolvarea electrolitică a materialului de cupru impur în soluție. Cuprul pur este depus electrochimic pe un electrod prin aplicarea unui curent electric prin soluție. Acest lucru elimină impuritățile din cupru pentru a obține o puritate mai mare. Cu toate acestea, procesul este costisitor și are o cerere electrică foarte mare.

Care sunt caracteristicile cuprului?

Cupru metalul are caracteristicile primare de a fi un excelent conductor electric și termic. De asemenea, este maleabil și ductil, ceea ce înseamnă că poate fi îndoit relativ ușor. Acest lucru facilitează lucrul cu, de exemplu, cablarea fiind flexibilă. O altă caracteristică cheie a metalului cuprului este rezistența sa la coroziune, în special în medii cu apă și apă de mare. În fine, cuprul are avantajul de a fi atrăgător din punct de vedere estetic, întrucât are o culoare maro-roșiatică și poate fi lustruit.

Care este culoarea cuprului?

Cuprul este de obicei o culoare maro-roșcat. Cu toate acestea, cuprul pur înainte de oxidare este de fapt o culoare roz, dar formarea oxidului de cupru maro are loc atât de rapid încât orice cuprul ușor disponibil va fi maro-roșcat comun. Cuprul poate avea, de asemenea, o pată verde (cum ar fi pe Statuia Libertății) - acesta este un carbonat de cupru.

Cum arată cuprul?

Cuprul arată ca un metal strălucitor brun-roșcat. Cuprul poate fi procesat în multe forme practice diferite, cum ar fi firele prezentate în Figura 1 de mai jos, precum și țevi de instalații sanitare și electronice:

Care sunt diferitele tipuri de cupru?

Cuprul este disponibil în diferite tipuri pentru diferite aplicații. Proprietățile și aplicațiile fiecărui grad de cupru depind de puritatea cuprului și de ce elemente de aliere (dacă există) sunt incluse. Mai jos sunt enumerate diferitele tipuri de cupru:

1. Sârmă de cupru

Sârma de cupru profită de conductivitatea electrică excelentă a metalului. Este cel mai comun conductor pentru majoritatea aplicațiilor electrice. Este folosit pentru curenți mari în industrie și, de asemenea, pentru uz casnic, până la cablurile din casa dvs. pentru prize și lumini.

2. Tuburi de cupru

Tubul de cupru a fost utilizat pe scară largă pentru sistemele menajere de apă potabilă datorită rezistenței sale la coroziune și, prin urmare, longevității. În ultimele decenii, a fost standardul în cea mai mare parte a lumii să se folosească tuburi de cupru pentru instalațiile sanitare casnice. Tuburile sunt disponibile în diferite diametre și calibre (grosimi de perete). Costul ridicat al cuprului și apariția materialelor îmbunătățite pentru tuburi din plastic înseamnă că cuprul devine din ce în ce mai puțin frecvent selectat.

3. Aliaje de cupru

Cele mai comune două aliaje de cupru sunt alama (aliat cu zinc) și bronzul (aliat cu staniu). Alama este de obicei aplicată mai pe scară largă. Este folosit pentru corpuri sanitare, instrumente muzicale și obiecte decorative. Adăugarea de zinc conferă aliajului o rezistență și o ductilitate mai mare. Bronzul are caracteristici foarte asemănătoare cu cuprul, cum ar fi: conductivitate termică ridicată, ductilitate excelentă și rezistență la coroziune în apă sărată. Prin urmare, bronzul este folosit pentru rulmenți și bucșe, precum și pentru rotoarele de nave.

4. Cupru pur

Cuprul pur este special preparat pentru a asigura un minim de impurități, maximizând proprietățile termice și electrice ale cuprului. Cuprul pur tinde să fie mai moale și mai puțin dur decât cuprul cu aditivi sau materiale de aliere minore. Este utilizat în mod ideal în componentele electrice de precizie, pentru care conductivitatea sa electrică și dilatarea termică scăzută sunt ideale.

5. Nanoparticule de cupru

Nanoparticulele de cupru sunt particule foarte mici de cupru sau materiale pe bază de cupru, care se află în intervalul de dimensiuni de 1-100 nm. S-a descoperit că nanoparticulele au comportamente diferite de cele ale materialelor în vrac. În cazul nanoparticulelor de cupru, acestea prezintă o activitate catalitică foarte mare pentru reacțiile chimice industriale, probabil datorită raportului lor mare suprafață-volum. În plus, nanoparticulele de cupru au demonstrat efecte antimicrobiene excelente.

6. Cupru cu prelucrare liberă

Cuprul de prelucrare gratuită are cantități minore (<1%) of other alloying elements added to improve the machinability of the copper. Free-machining copper can then be more easily machined into items such as welding nozzles and soldering iron tips.

7. Foi și plăci de cupru

Foile de cupru sunt foi subțiri de cupru (aproximativ 2 mm sau mai puțin), în timp ce plăcile sunt mai groase (până la 12 mm grosime). În general, acestea sunt disponibile în diferite grade de cupru. Foile sunt foarte maleabile și pot fi formate în diferite componente.

8. Cupru fără oxigen

Cuprurile fără oxigen sunt topite sub o baie de grafit granulat pentru a exclude oxigenul. Sunt cele mai pure cupru disponibile, cu impurități minime datorită condițiilor de neoxidare. Conductivitatea sa electrică ridicată și impuritățile volatile scăzute îl fac potrivit pentru utilizare în electronice cu vid înalt.

9. Cupru electrolitic

Cuprul electrolitic este rafinat prin electroliză într-o soluție pentru a îndepărta impuritățile. Acest grad de puritate ridicat al cuprului are o conductivitate electrică ridicată și, prin urmare, este utilizat în diferite componente electrice, cum ar fi bare și înfășurări.

Care sunt proprietățile cuprului?

Proprietățile diferitelor tipuri de cupru sunt prezentate în Tabelul 1:

Tabelul 1: Proprietățile cuprului

Proprietățile fiecărei clase sunt similare, dar diferențele lor duc la o varietate de aplicații.

Care sunt proprietățile fizice ale cuprului?

Proprietățile fizice ale diferitelor tipuri de cupru sunt prezentate în Tabelul 2 de mai jos:

Tabelul 2: Proprietățile fizice ale cuprului

Credit de masă: https://www.lenntech.com/

Proprietățile fizice depind de procentul de cupru din material, precum și de elementele de aliere

Care sunt proprietățile chimice ale cuprului?

Proprietățile chimice ale cuprului depind în primul rând de starea sa de oxidare. Cele două stări de oxidare care există în mod obișnuit sunt Cu+ și Cu2+. Tabelul 3 de mai jos oferă unele dintre proprietățile chimice ale compușilor obișnuiți și condițiile pentru cupru:

Tabelul 3: Proprietățile chimice ale cuprului

Aceste proprietăți pot varia pentru fiecare compus specific de cupru (cum ar fi oxalați, sulfiți și sulfați.

Care sunt aplicațiile cuprului?

Aplicațiile cuprului se găsesc în întreaga societate de zi cu zi. Mai jos sunt enumerate câteva exemple comune:

1. Electronică

Cuprul este utilizat pe scară largă în electronică, deoarece are o conductivitate electrică excelentă. Permite transportarea curenților pe secțiuni transversale mai mici de cupru în comparație cu aluminiu, permițând utilizarea mai puțin în vrac, iar componentele să fie mai mici.

2. Arhitectura

Cuprul este folosit în arhitectură pentru un aspect impresionant din punct de vedere estetic. A fost folosit pentru acoperișuri și placarea pereților, precum și pentru jgheaburi și burlane de apă de ploaie.

3. Instalatii sanitare

Tuburile de cupru sunt utilizate pe scară largă pentru conductele de apă menajeră în gospodării, datorită rezistenței sale foarte bune la coroziune.

4. Transport

Cuprul este utilizat pe scară largă în vehiculele moderne datorită cantității de cabluri electrice utilizate pentru electronice complexe. Pe măsură ce vehiculele electrice cresc în cota de piață, cantități tot mai mari de cupru sunt folosite pentru elemente precum motoarele electrice. Acest lucru se datorează conductivității electrice excelente a cuprului, pe locul doi după argint.

5. Energie regenerabilă

Cuprul este utilizat pe piața energiei regenerabile în mai multe moduri. De exemplu, turbinele eoliene folosesc cuprul în turbinele generatoare. Panourile solare fotovoltaice necesită, de asemenea, cupru pentru conexiuni și cablare.

6. Echipamente medicale

Cuprul este folosit ca acoperire pe echipamentele medicale datorită proprietăților sale antibacteriene. În acest fel, reduce riscul de infecție la pacienți.

7. Cablaje electrice

Cuprul este utilizat pe scară largă pentru cablarea electrică datorită conductibilității sale electrice excelente. Secțiunea transversală a cuprului necesară pentru a transporta un anumit curent în mod eficient este mai mică decât alte materiale disponibile în mod rezonabil, cum ar fi aluminiul.

8. Moneda

Cuprul a fost folosit istoric în monede din mai multe motive: este maleabil și, prin urmare, ușor de ștanțat, dar suficient de durabil pentru a supraviețui în circulație. De asemenea, are proprietăți antimicrobiene și rezistență la coroziune.

9. Utilaje industriale

Cuprul este utilizat într-o varietate de moduri în echipamentele industriale, cu servicii precum turnarea sub presiune a cuprului. În afară de aplicațiile electrice, cum ar fi motoare și cablare, este utilizat și în schimbătoarele de căldură, cum ar fi condensatoarele frigorifice. Poate fi aplicat și pentru o rezistență chimică specială.

Care sunt beneficiile cuprului?

Cuprul are o serie de beneficii clare, care sunt enumerate mai jos:

Are o conductivitate electrică excelentă, pe locul doi după argint, ceea ce îl face cel mai utilizat conductor pentru componentele electrice și electronice la nivel global.

Are o conductivitate termică foarte bună și, prin urmare, este utilizat în schimbătoarele de căldură, cum ar fi condensatoarele din unitățile frigorifice și de aer condiționat.

Este rezistent la coroziune, în special în aplicații cu apă și apă de mare, ceea ce a condus la utilizarea pe scară largă în conductele sanitare pentru sistemele de apă.

Este ductil și poate fi îndoit relativ ușor. Este ușor de lucrat în sistemele sanitare, precum și în cablare.

Este antimicrobian, care poate fi foarte util în transportul apei, precum și în aplicații medicale pentru a proteja sănătatea pacienților.

Care sunt beneficiile cuprului pentru sănătate?

Cuprul este un oligomineral care este esențial pentru sănătatea umană în cantități foarte mici. Cuprul joacă un rol în organism prin promovarea absorbției fierului, participând la producerea de celule roșii din sânge, precum și la producerea de colagen. Se înțelege că îmbunătățește funcția sistemului imunitar.

Sunt necesare mai multe cercetări, dar există unele indicii că cuprul poate ameliora osteoporoza (densitate osoasă scăzută) și există teorii nedovedite conform cărora brățările de cupru pot fi folosite pentru a calma durerile articulațiilor cauzate de artrită.

Grupele de alimente care conțin cupru includ legumele cu frunze verzi, cerealele integrale, nucile și semințele. Produsele alimentare specifice care sunt bogate în cupru sunt stridiile, ciupercile shiitake, cartofii dulci și ciocolata neagră.

Care sunt limitările cuprului?

Cuprul are o serie de limitări, dintre care unele sunt enumerate mai jos:

Este relativ scump în comparație cu potențialele materiale alternative, cum ar fi: aluminiu (cablare electrică) sau materiale plastice (conducte de apă).

Este relativ greu în comparație cu materiale precum aluminiul, așa că pentru firele aeriene, s-ar putea să nu fie practic.

Se oxidează, în special la temperaturi ridicate și, prin urmare, are o durată de viață limitată dacă este expus la aer.

Prezintă un risc de șoc în comparație cu tehnologia alternativă de transmitere a semnalului a fibrei optice.

Este toxic în cantități mari, așa că nu poate fi aplicat acolo unde ar putea apărea ingestia regulată de cupru, cum ar fi în ustensile.

Cuprul ruginește ușor?

Cuprul nu ruginește din punct de vedere tehnic, deoarece rugina este un oxid de fier și nu există fier în cupru. Cu toate acestea, cuprul suferă o coroziune limitată la suprafață. Cuprul este în general considerat rezistent la coroziune. Are în mod natural o culoare maro-roșiatică, care se datorează formării unei pelicule de pasivare de oxid de cupru pe suprafața metalului. De-a lungul timpului, la suprafață se formează un carbonat de cupru verde, pe măsură ce oxidul de cupru reacționează cu apa și dioxidul de carbon din aer.

Este cuprul otrăvitor pentru oameni?

Da, cuprul poate fi otrăvitor pentru oameni în concentrații semnificative. Cuprul este un oligomineral esențial pentru sănătatea umană, dar dacă este prezent un exces de cupru, apar o serie de complicații. O concentrație mare de cupru în sânge este legată de boala Alzheimer și de anumite tipuri de cancer, cum ar fi cancerul de sân și pulmonar. Intoxicația acută cu cupru este foarte rară, dar poate apărea dacă sunt absorbite cantități mari. Acest lucru poate fi fatal pe măsură ce insuficiența unor organe precum ficatul și rinichii începe să se producă.

Este cuprul un metal?

Da, cuprul este un metal. În plus, este considerat a fi un metal greu datorită densității sale relativ mari. Pentru mai multe informații, consultați ghidul nostru despre metaloizi.

Care este diferența dintre cupru și metal?

Cuprul este unul dintre cele peste 90 de metale elementare. Cuprul este un metal, dar multe metale sunt foarte diferite de cuprul. Alte metale sunt diferite în culoarea lor; majoritatea metalelor sunt albe sau gri, dar cuprul este maro-roșcat. Alte metale pot fi diferite în ceea ce privește proprietățile lor fizice și chimice - mai dure și mai fragile decât cuprul și, în general, nu conduc căldura sau electricitatea la fel de ușor.

Care este diferența dintre cupru și aluminiu?

Cuprul și aluminiul sunt două metale diferite cu proprietăți diferite. Cea mai evidentă diferență vizuală este culoarea: cuprul este maro-roșcat, în timp ce aluminiul este un gri argintiu tern. Cuprul are o rezistență la tracțiune mai mare decât aluminiul și o conductivitate electrică și termică mai bună.

Care este diferența dintre cupru și alamă?

Alama este un aliaj predominant de cupru și zinc. Prin urmare, alama este diferită de cupru, deoarece include și alte metale. Alama poate include și alte metale precum staniul, plumbul, aluminiul sau manganul în cantități mai mici pentru a obține proprietăți specifice.

rezumat

Acest articol a prezentat cuprul, a explicat ce este acesta și a discutat despre diferitele aplicații ale cuprului. Pentru a afla mai multe despre cupru, contactați un reprezentant Xometry.

Xometry oferă o gamă largă de capabilități de producție și alte servicii cu valoare adăugată pentru toate nevoile dvs. de prototipare și producție. Vizitați site-ul nostru pentru a afla mai multe sau pentru a solicita o ofertă gratuită, fără obligații.

Disclaimer

Conținutul care apare pe această pagină web are doar scop informativ. Xometry nu oferă nicio declarație sau garanție de niciun fel, fie ea expresă sau implicită, cu privire la acuratețea, completitudinea sau validitatea informațiilor. Orice parametri de performanță, toleranțe geometrice, caracteristici specifice de proiectare, calitate și tipuri de materiale sau procese nu ar trebui să fie deduși pentru a reprezenta ceea ce va fi livrat de furnizori sau producători terți prin rețeaua Xometry. Cumpărătorii care caută oferte pentru piese sunt responsabili pentru definirea cerințelor specifice pentru acele piese. Vă rugăm să consultați termenii și condițiile noastre pentru mai multe informații.