Плавка меди. Как расплавить медь в домашних условиях

Добывать и плавить медь люди научились с древности. Уже в то время элемент находил широкое применение в быту и из него делали различные предметы. Сплав меди с оловом (бронзу) научились делать около трех тысяч лет назад, из него получалось хорошее оружие. Бронза сразу стала популярной, поскольку отличалась прочностью и красивым внешним видом. Из нее изготавливали украшения, посуду, орудия труда и охоты.

Благодаря невысокой температуре плавления человечеству не составило большого труда быстро освоить производство меди в домашних условиях. Как происходит процесс плавления меди, при какой температуре начинает плавиться?

Происхождение и нахождение меди в природе

Свое название химический элемент получил от названия острова Кипр (Cuprum), там его научились добывать еще в 3 тысячелетии до н.э. В периодической системе химических элементов у меди 29 атомный номер, она расположена в 11 группе 4-го периода. Элемент является пластичным переходным металлом, имеющим золотисто-розовый цвет.

По распространению в земной коре элемент занимает среди других элементов 23 место и чаще всего встречается в виде сульфидных руд. Самыми распространенными видами являются медный колчедан и медный блеск. На сегодняшний день есть несколько способов получения меди из руды , но любая из технологий требует поэтапного подхода, чтобы достичь конечного результата.

В самом начале развития цивилизации люди научились получать и использовать медь, а также ее сплавы. Уже в то далекое время они добывали не сульфидную, а малахитовую руду.В таком виде она не нуждалась в предварительном обжиге. Смесь руды с углями помещали в глиняный сосуд, которые опускали в небольшую яму, после чего смесь поджигали, угарный газ помогал восстановиться малахиту до состояния свободной меди.

В природе медь встречается не только в руде, но и в самородном виде, самые богатые месторождения находятся на территории Чили. Сульфиды меди часто образуются в среднетемпературных геотермальных жилах. Часто медные месторождения могут быть в виде осадочных пород - сланцы и медяные песчаники, которые встречаются в Читинской области и Казахстане.

Физически свойства

Пластичный металл на открытом воздухе быстро покрывается оксидной пленкой , она и придает элементу характерный желтовато-красный оттенок, в просвете пленки могут иметь зеленовато-голубой цвет. Медь относится к тем немногим элементам, которые имеют заметную для глаза цветовую окраску. Она обладает высоким уровнем тепло- и электропроводности - это второе место после серебра.

Процесс плавления происходит, когда металл из твердого состояния переходит в жидкое и у каждого элемента есть своя температура плавления. Многое зависит от наличия примесей в составе металла, обычно медь плавится при температуре 1083 о С. Когда к ней добавляют олово, то температура плавления снижается и составляет 930-1140 о С, температура плавления здесь будет зависеть от содержания в сплаве олова. В сплаве меди с цинком температура плавления становится еще ниже - 900-1050 о С.

В процессе нагрева любого металла происходит разрушение кристаллической решетки. По мере нагревания температура плавления становится выше, но затем она остается постоянной, после того как достигла определенного температурного предела. В такой момент и происходит процесс плавления металла, он полностью расплавляется и после этого температура снова начинает повышаться.

Когда начинает происходить охлаждение металла, то температура начинает снижаться и в какой-то момент она остается на прежнем уровне до момента полного затвердения металла. Затем металл затвердевает полностью и температура снова снижается. Это можно увидеть на фазовой диаграмме, где отображен весь температурный процесс с начала момента плавления и до затвердения металла.

Разогретая медь при нагревании начинает переходить в состояние кипения при температуре 2560 о С. Процесс кипения металла очень напоминает процесс кипения жидких веществ, когда начинает выделяться газ и на поверхности появляются пузырьки. В моменты кипения металла при максимально высоких температурах начинает выделяться углерод, который образуется в результате окисления.

Плавление меди в домашних условиях

Низкая температура плавления позволила людям в древности расплавлять металл прямо на костре и затем использовать готовый металл в быту, чтобы сделать оружие, украшения, посуду, орудия труда. Для плавления меди в домашних условиях понадобятся следующие предметы:

Весь процесс происходит поэтапно, для начала металл нужно положить в тигель, после чего разместить в муфельную печь. Установить нужную температуру и наблюдать за процессом через стеклянное окошко. В процессе плавления в емкости с металлом появится окисная пленка , ее необходимо убрать, открыв окошко и стальным крюком отодвинуть в сторону.

Если нет муфельной печи, то медь можно расплавить с помощью автогена , плавление будет происходить при нормальном доступе воздуха. Используя паяльную лампу можно расплавить желтую медь (латунь) и легкоплавкие виды бронзы. Следить за тем, чтобы пламя охватило весь тигель.

Если в домашних условиях нет ничего из перечисленных средств, тогда можно воспользоваться горном , установив его на слой древесного угля. Чтобы усилить температуру можно использовать бытовой пылесос, включив режим выдувания, но только если шланг имеет металлический наконечник. Хорошо, если наконечник будет иметь зауженный конец, чтобы струя воздуха была более тонкой.

В современных промышленных условиях медь в чистом виде не применятся , ее состав содержит в себе много различных примесей - железа, никеля, мышьяка и сурьмы, а также других элементов. Качество готового изделия определяется наличием процентного содержания примесей в сплаве, но не более 1%. Важными показателями являются тепло- и электропроводность металла. Медь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря своей пластичности, гибкости и низкой температуре плавления.

Историки предполагают, что первобытные люди находили медь в виде самородков, порой достигающих значительных размеров. Свое название на латинском языке медь (Cuprum) получила от острова Кипр, где ее добывали древние греки. Благодаря тому, что меди не слишком высока и составляет 1083 °С, самородки или руду, содержащую медь, можно было плавить на костре. Это обеспечивало получение меди и позволяло использовать ее для изготовления оружия и предметов быта.

Несмотря на то, что медь широко применялась людьми еще с древних времен, по распространению в земной коре она занимает 23 место среди других элементов. Чаще всего она в природе встречается в виде соединений, входящих в состав сульфидных руд. Наиболее распространенные из них - медный блеск и Существует несколько технологий получения меди из руды, причем по каждой из них процесс происходит в несколько этапов.

Как уже отмечалось, невысокая температура плавления меди позволяла успешно ее обрабатывать еще на самом начальном этапе развития цивилизации. И надо отдать должное древним металлургам, ими были найдены варианты получения и использования не только чистой меди, но и ее сплавов. Плавление - это переход металла из твердого состояния в жидкое. Для этого использовали нагрев, и низкая температура плавления меди позволяла успешно проводить подобную операцию.

Затем в жидкую медь добавляли олово или производили его восстановление из содержащей олово) на поверхности меди. В итоге получали бронзу, по прочности превосходящую Cuprum и применяемую для изготовления оружия. Однако сейчас хотелось бы остановиться более подробно на операции плавления, позволяющей получить достаточно чистый материал из руды.

Температура плавления у каждого металла своя и зависит от наличия примесей в составе исходного материала. Так, медь, температура плавления которой составляет 1083 °С, после добавления олова образует бронзу, которая плавится при температуре 930-1140°С в зависимости от содержания олова. Латунь же, сплав меди и цинка, имеет температуру плавления 900-1050°С.

В процессе нагрева металла происходит разрушение кристаллической решетки. Первоначально, по мере нагрева, температура возрастает, а затем, начиная с некоторого значения, остается постоянной, хотя нагрев и продолжается. В этот момент и происходит плавление. Так продолжается в течение всего времени, пока весь металл не расплавится, и только потом температура начнет повышаться. Это справедливо для всех металлов, температура плавления меди также не изменяется.

При охлаждении картина обратная: сначала температура снижается до начала затвердевания металла, потом держится постоянной и после полного отвердения металла начинает опять понижаться. Такое поведение металла, если его изобразить на графике, называется фазовой диаграммой, показывающей, в каком состоянии находится вещество при конкретной температуре. Для ученых фазовая диаграмма является одним из инструментов в изучении поведения металлов при плавлении.

Если продолжить нагрев расплавленного металла, то при некоторой температуре начинается процесс, похожий на кипение. Так, температура кипения меди составляет 2560 °С. Это название процесс получил за внешнее сходство с кипением жидкости, когда из нее начинают выделяться пузырьки газа. То же самое происходит и с металлом, например, при достаточно высокой температуре из жидкого железа начинает выходить углерод, образующийся в ходе его окисления.

В статье рассмотрен процесс плавления металлов, описано понятие температуры плавления, ее поведение в процессе проведения плавки. Объясняется, какое влияние низкая температура плавления меди оказала на развитие цивилизации и металлургии.

Медные изделия неизменно привлекают к себе внимание. Из меди изготавливают различные предметы декора, сувениры и просто красивые и необычные вещи. Этот металл любим многими мастерами. А кто-то использует его для создания какой-либо полезной детали. Чаще всего используется красная чистая медь, а также её сплавы: латунь и бронза. Если вы также решили что-то сделать из меди, то вам придётся растопить данный металл. Но как расплавить медь в домашних условиях?

Подручные средства и ход действий

Чтобы реализовать данный процесс, потребуются:

обычный горн;
тигель;
щипцы для тигля;
крючок из стальной проволоки;
печка муфельная;
уголь древесный;
формочка;
пылесос.

Действовать нужно в следующем порядке.

На заметку

Решив растопить медь, учтите, что горн при необходимости можно заменить паяльной лампой либо автогеном. Тигли должны быть сделаны из керамики либо глины. Муфельная печь предоставляет возможность получать температуру в 1083 °C – для меди, 930-1140 °C – для бронзы, 880-950 °C – для латуни. В целях увеличения температуры надо вдувать в горн больше воздуха. Для этих целей подходят простой пылесос, который работает на выдувание, и компрессор. Важно, чтобы шланг пылесоса имел металлический наконечник. Тонкую струю воздуха удастся получить в том случае, если отверстие наконечника будет заужено.

Одним из красивейших при декорировании материалом является медь. Однако осуществить плавление меди в мастерской довольно проблематично. Поэтому люди придумывают различные ухищрения и способы, чтоб осуществить плавление меди дома. Это связано с тем, что медь очень «благородно» смотрится, ее благородный внешний вид украсит любую поделку. Например, медные детали прекрасно украсят рукоятки ножей (охотничьих, так и бытовых), шкатулки, зажигалки, брелоки, дамские сумочки и кошельки и т.д. Однако, при изготовлении таких поделок дома, человек сталкивается с целым рядом проблем: начиная от вопроса «где достать металл?», заканчивая вопросом «как его расплавить?» и «как придать нужную форму элементу?». Где найти медь в быту, как осуществить плавление меди в бытовых условиях и как приготовить формы для заливки детали, будет рассказано ниже.

Медь: где ее достать

Все помнят из школьного курса химии то, что медь это 11 элемент таблицы Менделеева, с температурой плавления порядка 1083,5 градусов Цельсия. Но помимо всего прочего, медь не широко распространена в природе, поэтому на данный момент стоимость меди достигает 9000 долларов США за тонну (при этом исторический рекорд по цене — 12000 долларов за тонну в 2011 году). Высокая стоимость вызвана небольшим количеством месторождений. Основные месторождения меди находятся в Южной Америке (Чили и Перу), Казахстане, Китае, Австралии и США. Именно этим обоснована высокая стоимость чистого металла. Поэтому возникает вопрос: где достать медь в быту?

Медь может находиться в электронике и электротехнических изделиях. Из меди изготавливают провода и кабели, обмотки для трансформаторов и электрических машин (электродвигателей и электрогенераторов), небольшое количество металла содержится в печатных платах.

Другие бытовые изделия — это радиаторы и нагреватели. В продаже имеются полотенцесушители, трубы, радиаторы (в том числе и автомобильные), которые выполнены из чистой меди. Их достаточно легко определить по желтому (специфическому) цвету материала и массе (медь довольно тяжела).

В продаже (на барахолках или в магазинах) можно встретить медные дверные ручки, столовые приборы, различные поделки и, естественно, монеты, гильзы от артиллерийских снарядов и от стрелкового оружия.

При этом количество металла в тех или иных элементах бывает недостаточно, поэтому многие люди смешивают металл из одного изделия с другим. Однако это неправильно, поскольку столовая медь является очищенной, а электротехническая или металл из труб токсичен, и не годиться для приготовления пищи (если конечное изделие планируется использовать на кухне).

Другим вариантом получения меди является использование сплавов меди, таких как латунь или бронза. Так, латунью называют сплав меди и цинка в соотношении примерно 5 к 8 (на 5 частей меди 8 частей цинка). Из латуни изготавливают широкий спектр изделий, связанных с водопроводом: краны, вентиля, патрубки и т.д. Латунь может использоваться в смесителях. Из латуни также делают метизы (гайки, шайбы, болты), манометрические трубки и т.д. Обычно латунь имеет желтый или золотистый цвет, однако существуют сплавы и зеленого цвета. Ее температура плавления около 900 градусов Цельсия.

Бронзой называют сплав меди с оловом в соотношении 90% к 10%. Температура плавления бронзы составляет порядка 1000-1100 градусов Цельсия. В современном мире встретить изделия из бронзы довольно сложно, поскольку ее используют только для отливки украшений и элементов декора. Некоторые бронзовые сплавы применяются для изготовления смесителей.

Выплавить медь из деталей или из сплавов (латуни, бронзы) примерно одинаково по материальным затратам и по времени. Поэтому любая деталь, изготовленная из вышеперечисленных металлов годиться для плавки.

Вернуться к оглавлению

Организация рабочего места

Поскольку медь является тугоплавким металлом, то необходимо приобрести некоторое оборудование для ее плавления. Рассмотрим вариант плавки заготовки весом более 0,5 кг. Что для этого потребуется:

Первое, с чего следует начать — это постройка горна. Есть много способов построить горн своими руками. Его выкладывают из огнеупорных кирпичей полностью. При этом не следует гнаться за большим объемом плавильной камеры, для переплавки небольшого объема металла потребуется небольшой объем. Так объема в 0,5 кубометра хватить для переплавки 1 кг меди. Самый примитивный горн делается следующим образом: огнеупорными кирпичами (без раствора) складывается небольшая камера (для этого потребуется 25-30 кирпичей), в которую подводиться газ. При этом особое внимание стоит уделить системе подачи газа и горелке. Естественно, что такая конструкция не предназначена для большого количества плавок, однако на 2-3 плавки.
Муфельная печь. Ею обзаводятся, если лень строить горн. Ее можно свободно приобрести у специализированных фирм. Для малого объема плавки в продаже имеются лабораторные муфельные печи. Стоит отметить, что приобрести готовую муфельную печь менее трудозатратно и не сильно дорого по сравнению с горном. Так стоимость материалов для самостоятельного строительства горна может составлять 70% от стоимости готового изделия.
Далее следует тигель и щипцы к нему. Тиглем называют емкость из тугоплавкого материала, в которой переноситься и плавиться металл. Тигель и щипцы для него рекомендуется купить (их свободно продают для лабораторных нужд).
Бытовой пылесос или компрессор — для нагнетания воздуха в горн и печь. Реконструкторы могут построить кузнечные меха.
Формы для заливки изделий. Их часто изготавливают (вырезают) из дерева или камня. Форма должна быть идентична желаемой детали.
Крюк из стали. Подбирается по диаметру тигля. Крюк должен быть немного меньше диаметра.
Расходные материала. Сюда относится топливо: дрова, кокс и газ.

Вернуться к оглавлению

Как производится плавка

После того, как все необходимое построено, собрано и проверено на работоспособность, можно осуществить плавление меди.

Сначала внутрь тигля укладываются детали и элементы, которые идут на переплавку. После чего тигель помещается внутрь муфельной печи. Далее задается необходимая температура плавки. При этом важно постоянно контролировать металл, чтобы он не сгорел и не выгорел. Для наблюдения в печи имеется смотровое окошко. При этом стоит помнить, что на поверхности металла может образовываться пленка окиси.

Когда температура в печи достигла выставленного значения, дверь печи открывают и при помощи щипцов достают тигель.

Далее следует отодвинуть окисную пленку стальной проволокой, после чего выливают расплавленную медь внутрь стоящей рядом формы. Важно, чтобы форма находилась недалеко от печи, чтобы не дать застыть металлу в процессе переноски. После заливки металлу дают время, чтобы остыть, после чего извлекают готовое изделие. Плавки с использованием муфельной печи очень удобны, требуют минимум вмешательства человека.

В случае, если печь отсутствует, медные детали можно переплавить в горне. Здесь в качестве топлива можно использовать древесные угли, каменные угли, кокс и другие виды топлива. Перед плавкой тигель с металлом устанавливается на слой угля и обкладывается углем. К горну приставляется компрессорная установка для нагнетания воздуха внутрь. В качестве компрессора отлично подойдут бытовые пылесосы, которые работают на выдув. Далее топливо поджигается, и запускается компрессорная установка. Главное отличие плавки в горне от муфельной печи заключается в постоянном участии в процессе плавки (топливо добавить, увеличить напор воздуха и т.д.). При этом стоит постоянно контролировать плавление металла. После того, как медь расплавилась, тигель вынимают щипцами, и металл заливают в форму.

Если объем меди для переплавки небольшой, то можно воспользоваться автогеном. Для этого струю пламени направляют от днища тигля вверх. При этом необходимо защитить металл от чрезмерного окисления. Для этого поверхность металла в тигле присыпают древесным углем (растолченным в пыль). После расплавления металла его также заливают в форму.Небольшие детали из сплавов меди (латунь и бронза) могут быть расплавлены на паяльной лампе.

Уже в древности люди добывали и плавили медь. Этот металл широко применялся в быту и служил материалом для изготовления различных предметов. Бронзу научились делать примерно 3 тыс. лет назад. Из этого сплава делали хорошее оружие. Популярность бронзы быстро распространялась, так как металл отличался красивым внешним видом и прочностью. Из него делали украшения, орудия охоты и труда, посуду. Благодаря небольшой температуре плавления меди человек быстро освоил ее производство.

Нахождение в природе

Свое латинское название Cuprum металл получил от названия острова Кипр, где его научились добывать в третьем тысячелетии до н. э. В системе Менделеева Сu получил 29 номер, а расположен в 11-й группе четвертого периода.

В земной коре элемент на 23-м месте по распространению и встречается чаще в виде сульфидных руд. Наиболее распространены медный блеск и колчедан. Сегодня медь из руды добывается несколькими способами, но любая технологий подразумевает поэтапный подход для достижения результата.

Физические свойства

Металл пластичен и на открытом воздухе покрывается оксидной пленкой за короткое время. Благодаря этой пленке медь и имеет свой желтовато-красный оттенок, в просвете пленки цвет может быть зеленовато-голубым. По уровню уровнем тепло- и электропроводности Cuprum на втором месте после серебра.

Плoтность - 8,94×103 кг/ м3 .
Удельная теплоемкость при Т=20 ° C - 390 Дж/кг х К.
Электрическoе удельное при 20−100 ° C - 1,78×10−8 Ом/м.
Температура кипeния - 2595 ° C.
Удельная электропрoводность при 20 ° C - 55,5−58 МСм/м.

При какой температуре плавится медь

Плавления происходит, когда из твердого состояния металл переходит в жидкое. Каждый элемент имеет собственную температуру плавления. Многое зависит от примесей в металле . Обычная температура плавления меди - 1083 ° C. Когда добавляется олово, температура снижается до 930- 1140 ° C. Температура плавления зависит здесь от содержания в сплаве олова. В сплаве купрума с цинком плавление происходит при 900- 1050 ° C .

При нагреве любого металла разрушается его кристаллическая решетка. По мере нагревания повышается температура плавления, но затем выравнивается по достижении определенного предела температуры. В этот момент и плавится металла. Полностью расплавляется, и температура повышается снова.

Когда металл охлаждается, температура снижается, в определенный момент остается на прежнем уровне, пока металл не затвердеет полностью. После полного затвердевания температура снижается опять. Это демонстрирует фазовая диаграмма, где отображен температурный процесс с начала плавления до затвердения. При нагревании разогретая медь при 2560 ° C начинает закипать. Кипение подобно кипению жидких веществ, когда выделяется газ и появляются пузырьки на поверхности. В момент кипения при максимально больших температурах начинается выделение углерода, образующегося при окислении.

Плавление в домашних условиях

Благодаря низкой температуре плавления древние люди могли расплавлять купрум на костре и использовать металл для изготовления различных изделий.

Для расплавки меди в домашних условиях понадобится:

Процесс течет поэтапно, металл помещается в тигель, а затем размещается в муфельной печи. Выставляется нужная температура, а наблюдение за процессом осуществляется через стеклянное оконце. В процессе в емкости с Cu появится окисная пленка, которую нужно устранить - открыть окошко и отодвинуть в сторону стальным крюком.

При отсутствии муфельной печи расплавить медь можно автогеном. Плавление пойдет, если ест нормальный доступ воздуха. Паяльной лампой расплавляется латунь и легкоплавкая бронза. Пламя должно охватить весь тигель.

Если под рукой ничего из перечисленных средств нет, можно использовать горн, установленный на слой древесного угля. Для повышения Т можно использовать пылесос, включенный в режим выдувания, но шланг должен иметь металлический наконечник, хорошо, если с зауженным концом, так струя воздуха будет тоньше.

Температура плавления бронзы и латуни, как температура плавления меди и алюминия - невысоки.

Сегодня в промышленных условиях в чистом виде Cu не используется. В ее составе содержится много примесей: никель, железо, мышьяк, сурьма, другие элементы. Качество продукта определяется наличием содержания в процентах примесей в сплаве (не более 1%). Важные показатели - тепло- и электропроводность. Благодаря пластичности, малой Т плавления и гибкости медь широко используется во многих отраслях промышленности.