Как была открыта медь

История открытия меди

Медь – один из самых известных и самых полезных для человечества металлов. Пусть с точки зрения эстетов, он и не входит в самую известную тройку «благородных» (золото, серебро, бронза), зато очень много хорошего об этом полезном ископаемом могут рассказать представители самых разных профессий: металлурги, ювелиры, физики, химики, фармацевты и многие другие специалисты.

Сфера использования меди чрезвычайно обширна. Ее применение в разных областях тяжелой и легкой промышленности и отдельных отраслях современной науки, весьма разнообразно. Более того – количество ситуаций, когда медь незаменима, растёт наперегонки с техническим прогрессом, а вот способы медедобычи остаются неизменными на протяжении множества веков. Возможности меди (и все ее свойства, включая целебное) были открыты нашими предками еще в античный период. С тех пор в нашем мире изменилось практически все, начиная от мировоззрения людей и заканчивая социально-экономическим строем, а медь как приносила людям пользу, так и продолжает ее приносить.

Латинское название этого металла — Cuprum — имеет очень красивую историю, берущую своё начало в древнегреческой мифологии. Согласно верованиям древних греков, люди получили этот металл от Афродиты, богини любви и плодородия. Легенда гласит, что Афродита, родившаяся в пене прибрежных волн, вышла на берег острова Кипр, который она немедленно взяла под свое покровительство, показав его жителям залежи столь необходимого для них металла. Разумеется, в этом красивом сказании есть определенная доля истины — именно Кипр, где в древности был расположен один из самых известных алтарей поклонения Венере, издревле был богат залежами меди. Так что древние киприоты и впрямь обогащались на добыче этого металла, а имя острова дало научное название этому элементу — купрум.

Чуть позже медь начали использовать не только в тогдашней оружейной и сельскохозяйственной промышленности. Из меди начали изготавливать и посуду, и украшения, и прочие столь необходимые в хозяйстве предметы. Любопытный факт: ученым-археологам удалось реконструировать один из способов изготовления медной посуды, бытовавший примерно в V тысячелетии до нашей эры. Для того, чтобы изготовить из слитка меди таз, древним мастерам нужно было стучать огромным молотом по медному диску, размещенному на специально приготовленных для этого деревянных блоках определенной формы.

Чем выше был спрос на медь, тем больше росла популярность горячей ковки. Для борьбы с коварной хрупкостью полученных таким способом медных изделий, мастера начали добавлять в раскаленную медь иные металлы, образуя различные сплавы. В какой-то момент в плавильной печи произошло случайное соединение меди и олова. Получившийся сплав обладал куда более полезными качествами и требовал совсем иной, менее затратной обработки. Это вещество, получившее название «бронза», дало толчок для начала следующей эпохи, так называемого «бронзового века», начавшегося примерно в III тысячелетии до нашей эры. В этот период изделия из бронзы частично вытеснили медь в определенных сферах тогдашней тяжелой промышленности, но рост добычи меди (столь необходимой для изготовления бронзы) резко увеличился.

Особой популярностью медь пользовалась у древних греков. К примеру, жители знаменитой Трои, воспетой в «Илиаде» Гомера, превратили свой город в крупнейший центр развития тогдашней металлургии, причем на благородных свойствах этого металла росло состояние как ремесленников, так и купцов.

Разумеется, в эпоху древнегреческой цивилизации (и красивого мифа о дарах Афродиты) медь использовали как оружейники и ювелиры, так и врачи. В медицинских трактатах эпохи античности много говорится о целебном влиянии медных изделий на человеческий организм. В частности, о том, что воины, облаченные в медные доспехи, куда меньше устают, а их боевые раны заживают быстрее, нежели у их коллег, облаченных в бронзу.

Другие античные источники были посвящены влиянию медных изделий на различные достоинства мужского организма. Специальные медные украшения, предназначенные специально для укрепления «мужского духа» пользовались большой популярностью у самых разных слоев древнегреческого населения. Известно, что знаменитейшая царица Клеопатра, хорошо разбиравшаяся в тогдашних новейших медицинских открытиях, предпочитала медные браслеты любым украшениям из золота и серебра, а философ и драматург Аристотель, заявлявший об общеукрепляющем действии меди на организм, часто засыпал с медным шариком в руке

Металл, принесший столько пользы древним грекам, в том числе и жителям Кипра, окрестившим его «купрумом», не остался без внимания и на других этапах развития нашей цивилизации. И в Средние века, и в эпоху Возрождения медь объемы добычи меди неуклонно росли, а лучшие умы тех времен открывали все новые способы ее применения. Самое удивительное, что техника добычи и обработки меди потом стала использоваться и при работе с другими материалами, в частности, с железом и сталью. Сейчас спрос на медь особенно высок среди компаний, специализирующихся на изготовлении различных приборов бытового и электротехнического назначения.

Источник

Медь в истории человечества

Вероятно, первый металл, с которым познакомился человек еще во времена нового каменного века (около 6 тыс. лет назад на Древнем Востоке и около 4 тыс. лет назад в Европе), была медь. Она встречается в природе В самородном состоянии в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, а также кристаллов. Самый крупный из найденных самородков весил 420 т. Медные самородки гораздо больше распространены в природе, чем самородки других металлов. Поэтому естественно, что в поисках подходящих пород для изготовления орудий человек в первую очередь встретился именно с медными самородками. Эта встреча знаменовала собой начало медного века.

Надо полагать, человек довольно быстро оценил преимущества нового материала. Возраст предметов из самородной меди достигает 6 тыс. лет. Особенно крупные самородки находили в Северной Америке на берегах Гудзонова залива и Верхнего озера. Первые орудия человека были сделаны из камня, поэтому первые медные изделия появились на свет в результате обработки медных самородков каменными топорами. Длительное время затем каменные и медные орудия применялись совместно. В этот период человек на примере меди постигал основы металлургии и металловедения.

Читайте также:  Как будет по татарски мышка

Первоначально использовались окисленные руды. Они не требуют предварительного обжига в отличие от сульфидных руд, для которых такая обработка необходима, чтобы удалить химически связанную серу. Восстановительная плавка малахитовых руд проводилась в примитивных печах. Они представляли собой глиняные тигли, наполненные рудой и углем, которые помещались в неглубокую ямку. Поверх насыпали слой древесного угля.

Уголь, сгорая, образует оксид углерода (II), который взаимодействует с малахитом, восстанавливая химически связанную медь до металла:

Крытое устройство печей обеспечивало изоляцию реакционной среды от избытка кислорода воздуха, который окисляет оксид углерода (II) в оксид углерода (IV) и тем самым мешает восстановлению меди. Неизвестно, как человек пришел к мысли, что медь надо выплавлять именно так, но, очевидно, у него для экспериментов было много времени и упорства. Имеются свидетельства очень раннего знакомства человека с металлургической выплавкой меди. В Египте, например, обработка медных руд Синайского полуострова велась уже в IV тысячелетии до н. э. С глубокой древности были известны медные руды на острове Кипр. Предполагается, что слово «купрум», научное название меди, произошло от наименования острова Кипр, где находились медные рудники древних римлян.

По мнению некоторых ученых, русское слово «медь» произошло от слова «смида», которое у некоторых древних племен, живших на европейской части современной территории СССР, обозначало вообще металл. На рубеже XVII-XVIII вв. начало промышленной переработки меди в России было положено Никитой Демидовым. В музее Тагила имеется огромный раскладной медный стол, на котором сделана надпись: «Сия первая в России медь отыскана в Сибире. Никитою Демидовиче.м Демидовым по грамотам великого Государя Императора Петра Первого в 1702 и 1706 и 1709 годах, а из сей первовыплавленной меди сделан оный стол в 1715 году».

После того как человек научился получать и обрабатывать медь, несколько тысячелетий наряду с камнем она являлась основньш твердым материалом древности (рис. 12). Уже первобытные металлурги пытались повысить твердость этого в чистом виде довольно мягкого металла. Первоначально, по-видимому, случайное образование сплава меди с оловом, которое могло произойти при обработке некоторых руд, содержащих вместе олово и медь, определило направление поисков улучшения механических свойств меди. Удачное соединение меди с оловом воспроизводилось человеком уже сознательно.


Рис. 12. Основные твердые материалы древности

Естественно, что испытывались композиции меди и с другими металлами (цинк, мышьяк, никель и др.). Сплав меди с цинком получали, например, в Древнем Иране. Медно-мышьяково-никелевая четырехгранная приколка, найденная в Азербайджане, имеет возраст более 5 тыс. лет. Предметы, изготовленные из медно-никелевых сплавов, найдены в Германии, Испании, Португалии и относятся примерно к тому же периоду.

По мере того как человечество накапливало технический и технологический опыт, наряду с бронзой появились и другие сплавы меди, обладающие различными ценными свойствами. В настоящее время известно большое количество сплавов, которые медь образует с другими элементами: Zn, Sn, Al, Ni, Pb, Mn, Be, Fe, Mg, Hg, Ag, Au, Si. Широкое распространение медных сплавов объясняется тем, что разные группы их имеют разные достоинства. К этим достоинствам можно отнести антифрикционность, коррозийную стойкость, пластичность, хорошие литейные свойства, красивый внешний вид и т. п. Сплавы меди с цинком называются латунями и по составу делятся на красные латуни (меньше 20% Zn), обладающие хорошей текучестью; желтые латуни (20-50% Zn); хрупкие белые латуни (50-80% Zn) и специальные латуни, которые наряду с медью и цинком содержат Ni, Mn, Fe, Sn и Al.

Производство меди. Медьсодержащие минералы в чистом виде в промышленных масштабах не встречаются. В кусках руд тесно переплетены между собой минералы, содержащие разные элементы. Они срастаются, образуют небольшие вкрапления. Обычно медные руды содержат от 0,5 до 2 % меди. Только в Конго встречаются месторождения, содержание меди в которых доходит до 20 %. Малая концентрация меди в рудах затрудняет ее добычу, и производство меди становится сложным многоступенчатым процессом.

Самым распространенным сейчас способом обогащения является флотация (рис. 13). В металлургии флотация применяется, в основном, для отделения сульфидных минералов от пустой породы, а также для разделения частиц руд различных металлов. Метод основан на различии адсорбционных


Рис. 13. Схема флотационного способа обогащения руд

Чтобы получить чистую медь, от примесей необходимо избавиться. Это удается сделать не сразу, а в несколько этапов. Первым из них является обжиг концентрата. Концентрат подвергают обжигу для того, чтобы снизить в нем содержание серы. Кроме того, в результате обжига получается оксид серы (IV) в таких концентрациях, что его можно в дальнейшем использовать для производства серной кислоты. Комплексное использование сырья приводит к уменьшению загрязнения атмосферы отходами производства.


Рис. 14. Схема отражательной печи

Основным химическим процессом, который происходит на этом этапе, является переход железа в шлак:

Часть сульфида железа расходуется на обменную реакцию с оксидом меди:

Эта реакция является основным источником тепла для конверторных процессов.

Оксид меди (I), который также получается на этом этапе:

сразу же переводится обратно в сульфид по реакции:

Далее FeO, связываясь с кварцем, переходит в шлак. Накопившийся шлак сливают через горловину, наклоняя конвертор. После слива шлака в конвертор загружают новую порцию штейна и процедуру продувки повторяют до тех пор, пока в конверторе не накопится достаточного количества богатого медью расплава. Таким образом на этом этапе продувки происходит отделение железа от меди: железо удаляется со шлаком, медь остается в конверторе в виде расплава.

На втором этапе из расплава сульфида меди получают металлическую медь. После окисления железа и слива шлака окислению в конверторе подвергается Cu2S:

Читайте также:  Как будет сантиметр на английском языке

Так как в отличие от первого этапа в реакционной среде отсутствует сульфид железа, оксид меди реагирует уже с избытком сульфида меди. В результате получается черновая медь:

Суммарно процесс, происходящий в конверторе на втором этапе продувки, можно описать следующей реакцией:

Рафинирование осуществляют двумя способами: огневым (вдувание воздуха при температуре 1150°С) и электролитическим. Первым способом удается избавиться от примесей путем перевода их в нерастворимые в меди оксиды:

Оксиды примесей всплывают на поверхность и шлакуются кварцевым флюсом. Образующийся оксид меди (I) восстанавливается продуктами сухой перегонки дерева. Для этого в печь, где проводится рафинирование, после удаления шлаков вводят сырое дерево (жерди, бревна). Выделяющиеся пары воды и углеводороды, перемешивая медь, способствуют удалению из нее газов и переводят в металлическую медь:

Однако огневой способ не позволяет извлечь из меди благородные металлы. Это удается сделать, подвергая медь электролитическому рафинированию. Смысл его заключается в анодном растворении очищаемой меди и высаживании чистой меди на катоде. Для этого из меди, прошедшей предварительную очистку огневым способом, отливают аноды. Они имеют особую форму, удобную для подвешивания (рис. 15). Их масса 250-320 кг. В качестве катодов используют листы чистой меди. Электроды помещают в электролитической ванне, представляющей собой обложенные свинцовыми пластинами бетонные чаны, наполненные соответствующим раствором и серной кислотой. Ванны имеют несколько метров в длину (от 3 до б м) и содержат до сотни электродов. Из соображений экономии ванны соединяют между собой в блоки (рис. 16). При пропускании через такую систему тока на катодах выделяется чистая медь:

а аноды растворяются:

При этом примеси, содержащиеся в медном аноде, в зависимости от их свойств либо переходят в электролит (Zn, Fe, Sn, Ni), либо выпадают в осадок (Ag, Au, Pt), откуда их потом извлекают. Процесс растворения анодов продолжается около 20 суток. Катоды меняют через 6-8 суток. Их извлекают, сушат, переплавляют и разливают медь в слитки. Чистота получаемой электролитическим способом меди достигает 99,95-99,96 %.

Характерной особенностью пирометаллургии является использование высоких температур.

Гидрометаллургический способ, которым сейчас добывают около 25 % всей меди, не связан с использованием высоких температур. Этот способ применяют для извлечения меди главным образом из бедных окисленных руд, но он также может быть использован и для переработки сульфидных и смешанных руд. В ходе гидрометаллургической переработки меди ее труднорастворимые соединения переводятся в растворимые действием различных реагентов. Такими реагентами могут быть: H24, NH4OH, NaCN, Fe2(SО4)3. Затем из раствора медь извлекают тем или иным способом. Например, обработка руды, содержащей медь в виде оксида СиО, разбавленной серной кислотой переводит медь в раствор в виде сульфата:

Извлечь медь из полученного раствора можно электролизом или вытеснением с помощью железа:

Преимуществом гидрометаллургического метода является то, что получать металлы можно, не извлекая руду на поверхность. В настоящее время этот метод является весьма перспективным.

Естественно, что за многие тысячелетия, которые насчитывает металлургия меди и медных сплавов, менялись задачи, стоявшие перед металлургами, менялись условия труда, совершенствовалась технология, менялась область применения продуктов производства.

Источник

История Азербайджана

Научно-популярный портал по истории Азербайджана

История появления меди

О.БУЛАНОВА

Одним из первых металлов, которые человек стал в быту, стала медь. Медь, золото, серебро, железо, олово, свинец и ртуть принято называть доисторическими металлами – потому что они были известны человеку с древнейших времен. Однако роль меди в становлении человеческой культуры особенна.

Как известно, сначала был каменный век, названный так на основании материала, из которого делались орудия труда. Следующий за ним – медный век. Т.е. медь – металл, “укрощать” который человечество научилось прежде всего.

Но не везде процесс перехода от каменного века к медному происходил одновременно. Коренное население Америки, например, сделало этот переход лишь в XVI в., т.е. всего чуть больше четырехсот лет назад.

А в древнем Египте медный век наступил в IV тыс. до н.э.: ортодоксальная египтология считает, что каменные глыбы, из которых примерно 5 тысяч лет назад была сложена 147-метровая пирамида Хеопса, добыты и обтесаны медным инструментом… С этим можно спорить, но факт, что египтяне знали медь в те далекие тысячелетия, подтверждается обнаружением в раскопках мелких и крупных изделий из меди, а также орудий труда.

Подобно золоту и серебру, медь иногда образует самородки. По-видимому, именно из них и были сделаны в Египте эти вещи. Впрочем, в других местах земного шара изделия из самородковой меди были известны еще 10 тысяч лет назад.

На эти самородки наши предки, скорее всего, набрели чисто случайно, когда искали себе подходящие камни – чтобы сделать орудия труда. Они обратили внимание на серо-зеленые и красно-зеленые кусочки непонятной породы. Их находили на берегах рек, скальных обрывах. В те времена человеку были доступны только красная медная руда (куприт), медный блеск и медный колчедан. Сначала эти самородки использовались человеком так же, как и обычные камни, т.е. их подвергали минимальной обработке.

Вскоре древние люди заметили, что обработав медь каменным молотком, можно существенно повысить ее твердость и из нее будут получаться хорошие инструменты. Так зародился прообраз холодной ковки. Чуть позднее был открыт и секрет плавления меди, когда металл, попав в костер и остыв, сохранял новую форму.

Распространению меди способствовала – кроме способности к холодной ковке – и относительная простота выплавки из богатых руд, а также мягкость. С одной стороны, это плохо – камень намного тверже меди. Но зато благодаря мягкости медь хорошо поддается изгибу и заточке. Так что за медной рудой была объявлена настоящая охота.

Как оказалось, встретить медную руду было не так и просто. На территориях, где обнаруживались ее залежи, организовывалась добыча, строились рудники и шахты. Даже в древности добыча меди велась в крупных масштабах, что было обусловлено большим спросом на этот металл.

Читайте также:  Как будет с любовью по французски

Так, некоторые медные шахты производили ее добычу на глубине 100 м, удаляясь от основанного ствола на расстояние до нескольких километров. Перед шахтерами того времени стояли проблемы, аналогичные современным. Нужно было укреплять потолок штолен, вентилировать и освещать туннели, решать проблемы, связанные с подъемом руды наверх. В качестве подпорок для укрепления сводов использовали деревянные брусья и бревна. Плавление производили тут же рядом с шахтами, в толстостенных печах, сделанных из глины.

В Египте добывать медь стали из ее окисных руд – бирюзы, малахита и др. Руды плавили в примитивных горнах с применением дутья при 1083 градусах по Цельсию. Т.е. медь – относительно легкоплавкий металл, о работе таким же путем с железом, температура плавления которого составляет 1530 градусов, не могло быть и речи.

Около III-II вв. до н.э. выплавка меди производилась в широком масштабе не только в Египте, но и в Месопотамии, на Кавказе и Закавказье и в других странах древнего мира. Огромное количество древних медных и позднее бронзовых изделий, обнаруживаемых археологами, заставляет сомневаться в том, что медь выплавлялась только из окисных руд. Более поздние источники свидетельствуют об использовании для добычи меди сернистых руд.

Например, в сочинении Теофила “О различных искусствах” описывается предварительная операция обработки руды – окислительный обжиг кусков руды на кострах (выжигание серы).

История меди продолжалась вместе с развитием человечества. Усложнились плавильные процессы. Для литья стали использовать специальные печи, позволяющие добиваться высокой температуры плавления.

Медный век с течением времени сменился бронзовым, который длился вдвое дольше – около двух тысяч лет. Бронза – это сплав меди, обычно с оловом, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и др., за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор).

Любопытно, что в Греции культура меди зародилась позже, чем в Египте, а бронзовый век наступил раньше. А все дело в том, что руда, из которой выплавляли медь египтяне, не содержала олова. Грекам в этом отношении повезло больше, они добывали “оловянный камень” иногда там же, где и медную руду.

Открытие бронзы произошло, по-видимому, случайно, однако большие твердость и плотность, а также относительная легкоплавкость позволили бронзе быстро вытеснить медь из многих производственных сфер.

Искусство выплавки и обработки меди и бронзы от греков унаследовали римляне. Они получали медь из покоренных стран, в первую очередь из Галлии и Испании, продолжали начатую греками добычу медной руды на Крите и Кипре.

Кстати, о Кипре. Именно с названием этого острова связано происхождение латинского названия меди – “Cuprum” (“Aes cuprium”, “Aes cyprium”). На Кипре уже в III в. до н.э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

Что касается других названий, то у Страбона медь именуется “халкос” – от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья. Второе латинское название меди “Aes” (санскритское “ayas”, готское “aiz”, германское “erz”, английское “ore”) означает “руда, рудник”.

Сторонники индогерманской теории происхождения европейских языков ведут происхождение русского слова “медь” (польское “miedz”, чешское “med”) от древненемецкого “smida” – “металл” и “Schmied” – “кузнец” (английское “Smith”).

Конечно, родство корней в данном случае несомненно, однако оба эти слова произведены, скорее всего, от греческого “рудник, копь” независимо друг от друга. От этого слова произошли и родственные названия – “медаль”, “медальон” (французское “medaille”). Слова “медь” и “медный” встречаются в древнейших литературных памятниках на славянских языках.

А вот алхимики, у которых был свой засекреченный язык, именовали медь “венера” (“Venus”); в более древние времена встречается название “марс” (“Mars”).

Бронза и медь сыграли выдающуюся роль не только в становлении материальной культуры большинства народов, но и в изобразительном искусстве.

Несмотря на наступление этого самого железного века, медь не потеряла своих позиций и сохранила свое важное техническое значение. Медь – главный металл электротехники. Он популярен не только в среде инженеров-конструкторов, электриков и машиностроителей, но и у людей гуманитарных профессий – историков, скульпторов, литераторов…

Любопытно, что тупых, ограниченных людей называли меднолобыми. Легендарный Ходжа Насреддин известен в этой связи поговоркой-дразнилкой: “Тот, кто носит медный щит, тот имеет медный лоб”. К медному щиту вернемся позже, а пока стоит разобраться с медным лбом.

Может быть, меднолобыми тупых людей называют из-за того, что медь – метал, несмотря на свою мягкость, прочный? Но он отнюдь не прочный.

Противодействие ударным нагрузкам (а именно такие нагрузки в основном достаются щитам – тем самым, из дразнилки Насреддина) у меди также меньше, чем у многих других металлов и сплавов. Не отличается медь и особой твердостью: она, правда, тверже, чем золото и серебро, но в полтора раза мягче железа.

А вот теперь можно подойти к загадочному щиту, который какие-то древние тупые граждане додумались делать из меди, мягкого и непрочного металла. Может быть, не стоит все-таки считать их такими уж тупыми?

Оружейников древности и даже Средневековья прочностные характеристики меди вполне устраивали. Во-первых, нагрузка, которую испытывал щит при ударе копьем или секирой, куда меньше пробивной силы винтовочного выстрела. Во-вторых, у древних металлургов не было другого материала – прочного, как медь, и доступного, как медь. Не случайно античный бог- кузнец Гефест выковал непобедимому Ахиллесу медный щит. Именно медный!

Так что Насреддин усмотрел глупость стражников не в том, что они носили медные щиты, а в том, что были стражниками…

Источник

Имя, Названия, Аббревиатуры, Сокращения
Добавить комментарий