Miedź

Miedź była prawdopodobnie pierwszym metalem używanym przez człowieka. Uważa się, że ludzie neolityczni używali go jako substytutu kamienia już około 8000 lat p.n.e. Około 4000 roku p.n.e. Egipcjanie odlewali miedź w formach. Około 3500 roku p.n.e. zaczęto go stopować cyna do produkcji brązu. Na świeżo uszkodzonych powierzchniach jest nieprzezroczysty, jasny i metalicznie łososioworóżowy, ale wkrótce staje się matowobrązowy. Kryształy są rzadkie, ale po uformowaniu mają kształt sześcienny lub dwunastościenny, często ułożone w rozgałęzione agregaty. Najczęściej spotykane w postaci nieregularnych, spłaszczonych lub rozgałęzionych mas. Jest jednym z nielicznych metali, które występują w formie „natywnej”, nie związanej z innymi pierwiastkami. Miedź rodzima wydaje się być minerałem wtórnym, powstałym w wyniku interakcji roztworów zawierających miedź i żelazonośnych minerały.

Imię: Od łacińskiego cuprum, z kolei od greckiego kyprios, Cypr, z którego wyspy wcześnie wydobywano metal.

Chemia: Zwykle z niewielkimi ilościami innych metali.

Stowarzyszenie: Srebro, chalkocyt, bornit, kupryt, malachit, azuryt, tenoryt, żelazo tlenki i wiele innych minerałów.

Właściwości chemiczne

Miedź to pierwiastek chemiczny o symbolu Cu i liczbie atomowej 29. Jest to miękki, kowalny i ciągliwy metal o bardzo wysokiej przewodności cieplnej i elektrycznej. Oto niektóre z kluczowych właściwości chemicznych miedzi:

1. Liczba atomowa: 29
2. Masa atomowa: 63.55
3. Gęstość: 8.96 g / cm³
4. Temperatura topnienia: 1,083 ° C (1,981 ° F)
5. Temperatura wrzenia: 2,562 ° C (4,644 ° F)
6. Stany utlenienia: +1, +2
7. Elektroujemność: 1.9
8. Energia jonizacji: 745.5 kJ/mol
9. Przewodność cieplna: 401 W/(m·K)
10. Przewodność elektryczna: 59.6 × 10^6 S/m

Miedź jest również wysoce reaktywna z niektórymi kwasami i niemetalami, takimi jak tlen i siarka, dlatego też pod wpływem powietrza i wilgoci często z czasem pojawia się na nim zielonkawa patyna. Ta patyna to w rzeczywistości warstwa węglanu miedzi, która chroni metal przed dalszą korozją.

Właściwości fizyczne

Kolor	Czerwony na świeżej powierzchni, matowo brązowy na zmatowionej powierzchni
Smuga	Metaliczna miedziana czerwień
Połysk	Metaliczny
Łupliwość	żaden
Przeźroczystość	Nieprzezroczysty
Twardość Mohsa	2.5 do 3
Środek ciężkości	8.9
Właściwości diagnostyczne	Kolor, połysk, ciężar właściwy, plastyczność, plastyczność
System krystaliczny	Izometryczny
Wytrwałość	Ciągliwy
Złamanie	Poszarpany
Gęstość	8.94 – 8.95 g/cm3 (zmierzone) 8.93 g/cm3 (obliczone)

Właściwości optyczne

Miedź ma kilka ciekawych właściwości właściwości optyczne dzięki którym jest on użyteczny w różnorodnych zastosowaniach. Oto kilka jego właściwości optycznych:

1. Kolor: Miedź w stanie czystym ma charakterystyczny czerwonawo-pomarańczowy kolor, ale może również wydawać się brązowa lub szara, w zależności od wykończenia powierzchni i obecności innych pierwiastków lub związków.
2. Połysk: Miedź ma jasny metaliczny połysk, co oznacza, że ​​dobrze odbija światło i wydaje się błyszcząca.
3. Przezroczystość: Miedź nie jest przezroczysta dla światła widzialnego, co oznacza, że ​​światło nie może przez nią przechodzić.
4. Odbicie: Miedź jest silnie odblaskowa, co oznacza, że ​​bardzo skutecznie odbija światło od swojej powierzchni. Dzięki temu jest przydatny w zastosowaniach, w których pożądane jest odbicie, na przykład w lustrach.
5. Przewodność elektryczna: Miedź jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego, dzięki czemu jest przydatna w okablowaniu elektrycznym i innych zastosowaniach, w których prąd musi być skutecznie przewodzony.
6. Przewodność cieplna: Miedź jest również doskonałym przewodnikiem ciepła, dzięki czemu jest przydatna w zastosowaniach takich jak radiatory i patelnie.
7. Widma absorpcyjne: Miedź ma odrębne widma absorpcyjne w zakresie widzialnym i podczerwonym, które można wykorzystać do celów analizy i wykrywania.

Ogólnie rzecz biorąc, właściwości optyczne miedzi sprawiają, że jest to materiał uniwersalny, przydatny w różnorodnych zastosowaniach.

Klasyfikacja minerałów miedzi

Minerały miedzi można klasyfikować na podstawie ich składu chemicznego i struktury krystalicznej. Niektóre typowe klasyfikacje obejmują:

1. Miedź rodzima: Miedź występująca w czystej postaci metalicznej, zwykle spotykana w postaci bryłek lub drutów.
2. Siarczki: Minerały siarczku miedzi obejmują chalkopiryt (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), chalkozyn (Cu2S), kowelit (CuS) i enargit (Cu3AsS4).
3. Tlenki: Minerały tlenku miedzi obejmują kupryt (Cu2O) i tenoryt (CuO).
4. Węglany: Minerały z węglanu miedzi obejmują malachit (Cu2CO3(OH)2) i azuryt (Cu3(CO3)2(OH)2).
5. Krzemiany: Minerały krzemianu miedzi obejmują Chrysocolla (CuSiO3·2H2O) i dioptaza (CuSiO2(OH)2).
6. Pierwiastki rodzime: Miedź może również występować w czystej postaci metalicznej w postaci struktur dendrytycznych lub przypominających drut.

Minerały te można znaleźć w różnych warunkach geologicznych, w tym w miedzi porfirowej depozyty, masywne złoża siarczków pochodzenia wulkanicznego, złoża miedzi zawarte w osadach oraz skarn depozyty.

Powszechne minerały miedzi i ich właściwości

Oto kilka popularnych minerałów miedzi i ich właściwości:

1. Chalkopiryt: Jest to najpopularniejszy minerał miedzi o wzorze chemicznym CuFeS2. Chalkopiryt ma mosiężno-żółty kolor, metaliczny połysk i twardość 3.5-4 w skali Mohsa. Często występuje z innymi minerałami siarczkowymi.
2. Bornit: Bornit, znany również jako ruda pawia ze względu na opalizujący fioletowo-niebieski kolor, ma wzór chemiczny Cu5FeS4. Ma twardość 3 w skali Mohsa i często występuje w żyłach hydrotermalnych z innymi minerałami miedzi.
3. Malachit: Ten zielony minerał ma wzór chemiczny Cu2CO3(OH)2 i jest utworzony przez zwietrzenie of Ruda miedzi depozyty. Ma twardość 3.5-4 w skali Mohsa i jest często używany jako kamień dekoracyjny.
4. Azuryt: Ten niebieski minerał ma wzór chemiczny Cu3(CO3)2(OH)2 i powstaje również w wyniku wietrzenia miedzi złoża rudy. Ma twardość 3.5-4 w skali Mohsa i często występuje w połączeniu z malachitem.
5. Kupryt: Ten czerwony minerał ma wzór chemiczny Cu2O i powstaje w wyniku utleniania siarczków miedzi. Ma twardość 3.5-4 w skali Mohsa i często występuje w połączeniu z innymi minerałami miedzi.
6. Covellite: Ten niebiesko-czarny minerał ma wzór chemiczny CuS i często występuje w żyłach hydrotermalnych z innymi minerałami siarczkowymi. Ma twardość 1.5-2.5 w skali Mohsa.
7. Tetraedryt: Ten szaro-czarny minerał ma wzór chemiczny Cu12Sb4S13 i często występuje w żyłach hydrotermalnych z innymi minerałami siarczkowymi. Ma twardość 3-4 w skali Mohsa.

To tylko kilka przykładów z wielu istniejących minerałów miedzi, a ich właściwości mogą się różnić w zależności od ich specyficznego składu chemicznego i kontekstu geologicznego.

Czynniki wpływające na mineralizację miedzi

Istnieje kilka czynników, które mogą wpływać na powstawanie i stężenie mineralizacji miedzi, w tym:

1. Geologia: obecność odpowiedniego żywiciela skały i korzystne struktury geologiczne, takie jak błędy lub pęknięcia, mogą zapewnić ścieżki przepływu płynów mineralizujących i osadzać minerały miedziowe.
2. Otoczenie tektoniczne: Mineralizacja miedzi jest często powiązana z obszarami aktywności tektonicznej, takimi jak strefy subdukcji, gdzie magma i płyny hydrotermalne można wytworzyć i przetransportować na powierzchnię Ziemi.
3. Temperatura i ciśnienie: Mineralizacja miedzi jest na ogół związana z aktywnością hydrotermalną, na którą wpływają warunki temperatury i ciśnienia. Warunki wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia mogą ułatwiać osadzanie się minerałów miedzi.
4. Chemia płynów: Skład chemiczny płynów mineralizujących, w tym ich pH, ​​stopień utlenienia oraz stężenie metali i ligandów, może wpływać na rozpuszczalność i osadzanie się minerałów miedzi.
5. Czas: Im dłużej aktywny jest system mineralizacji, tym większa jest szansa na akumulację minerałów miedzi i utworzenie ekonomicznie opłacalnych złóż.

Metody poszukiwań minerałów miedzi

Poszukiwania minerałów miedzi zwykle obejmują kombinację technik, w tym mapowanie geologiczne, pobieranie próbek geochemicznych, badania geofizyczne i wiercenia.

Mapowanie geologiczne obejmuje szczegółowe badanie i mapowanie skał powierzchniowych i wychodni w celu zidentyfikowania cech geologicznych związanych z mineralizacją miedzi, takich jak zmiana strefy, żyły i brekcje.

Pobieranie próbek geochemicznych obejmuje pobieranie i analizę próbek skał, gleby i wody w celu wykrycia anomalnych stężeń miedzi i innych pierwiastków związanych z mineralizacją.

W badaniach geofizycznych wykorzystuje się różne metody, w tym badania magnetyczne, grawitacyjne i elektromagnetyczne, w celu wykrycia zmian we właściwościach fizycznych skał, które mogą wskazywać na obecność mineralizacji miedzi.

Wiercenia służą do badania i potwierdzania obecności i stopnia mineralizacji miedzi na głębokości. Diament wiercenie jest najpowszechniejszą metodą, ale można również zastosować inne metody, takie jak wiercenie z odwróconym obiegiem.

Nowoczesne techniki eksploracji wykorzystują również technologie teledetekcji, takie jak zdjęcia satelitarne i zdjęcia lotnicze, aby pomóc w identyfikacji potencjalnych obszarów dalszych eksploracji.

Występowanie

Miedź jest stosunkowo obfitym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, którego szacowane stężenie wynosi około 50 części na milion (ppm). Występuje w różnych minerałach, w tym chalkopirycie (CuFeS2), Bornicie (Cu5FeS4), chalkokicie (Cu2S), kuprycie (Cu2O), malachicie (Cu2CO3(OH)2) i azurycie (Cu3(CO3)2(OH)2). , pośród innych.

Złoża miedzi powstają zwykle w wyniku procesów hydrotermalnych związanych z aktywnością magmową. Procesy te obejmują cyrkulację gorących, bogatych w minerały płynów przez pęknięcia i inne otwory w otaczającej skale. Gdy płyny ochładzają się, minerały, które niosą, osadzają się w żyłach, pęknięciach i innych elementach strukturalnych.

Miedź występuje także m.in skały osadowe oraz w niektórych złożach związanych z działalnością wulkaniczną. Ponadto miedź można znaleźć w śladowych ilościach w wodzie morskiej, chociaż stężenie jest zbyt niskie, aby było ekonomicznie opłacalne dla wydobycia.

Geologiczne uwarunkowania mineralizacji miedzi

Mineralizacja miedzi może zachodzić w różnych warunkach geologicznych, ale do najpowszechniejszych należą:

1. Porfirowe złoża miedzi: Są to najważniejsze na świecie źródła miedzi i kojarzą się z dużymi, inwazyjnymi skały magmowe. Porfirowe złoża miedzi tworzą się w płytkiej skorupie (na głębokości 1–6 km), gdy gorące, bogate w metale płyny unoszą się z chłodzących komór magmowych i napotykają chłodniejsze skały, powodując wytrącanie się miedzi i innych metali w otaczającej skale.
2. Złoża miedzi zasiedlone przez osady: Osady te występują w skałach osadowych, które powstały w środowisku morskim lub jeziornym. Miedź jest zwykle kojarzona z łupek ilasty, piaskowieci skały węglanowe, a osady mogą być warstwowe (równoległe do podłoża) lub kontrolowane strukturalnie.
3. Wulkanogenny masywny siarczek (VMS) depozyty: Są to zazwyczaj małe i średnie osady, które tworzą się na dnie morskim lub w jego pobliżu w skałach wulkanicznych lub osadowych. Charakteryzują się wysoką zawartością miedzi, cynk, prowadzići inne metale i często są kojarzone z kominami hydrotermalnymi na dnie morskim.
4. Miedziane skarny: To są złoża hydrotermalne występujące w skałach węglanowych, zazwyczaj w pobliżu intruzji skał granitowych lub diorytowych. Złoża Skarna charakteryzują się zazwyczaj wysokimi zawartościami miedzi, a także znacznymi ilościami innych metali, takich jak złoto, srebroi molibdenu.
5. Osady tlenku miedzi: Osady te zwykle znajdują się w pobliżu powierzchni i powstają w wyniku wietrzenia i utleniania minerałów siarczku miedzi. Zwykle występują w regionach suchych lub półsuchych, gdzie minerały miedzi są wymywane ze skał przez kwaśne wody gruntowe i gromadzą się w postaci minerałów tlenku miedzi.

To tylko kilka z najczęstszych warunków geologicznych mineralizacji miedzi, a jest ich także wiele innych.

Znaczenie minerałów miedzi

Minerały miedzi są ważne, ponieważ są głównym źródłem miedzi metalicznej, cennego metalu przemysłowego wykorzystywanego w szerokim zakresie zastosowań. Miedź jest doskonałym przewodnikiem prądu elektrycznego i jest szeroko stosowana w przemyśle elektrycznym i elektronicznym do produkcji okablowania, silników, generatorów i innego sprzętu. Miedź jest również stosowana w budownictwie, instalacjach wodno-kanalizacyjnych i grzewczych ze względu na jej wysoką przewodność cieplną i odporność na korozję. Ponadto miedź jest wykorzystywana do produkcji mosiądzu i brązu, dwóch ważnych stopów wykorzystywanych do wytwarzania różnych produktów. Miedź jest również niezbędnym składnikiem odżywczym dla zdrowia człowieka, pełniącym szereg biologicznych funkcji w organizmie, w tym tworzenie czerwonych krwinek i utrzymanie zdrowej tkanki łącznej.

Używa obszaru

Miedź ma szeroki zakres zastosowań w różnych gałęziach przemysłu i zastosowaniach ze względu na doskonałą przewodność elektryczną, ciągliwość, plastyczność i odporność na korozję. Do głównych obszarów zastosowania miedzi należą:

1. Przemysł elektryczny: Miedź jest metalem o wysokiej przewodności i jest szeroko stosowana w okablowaniu elektrycznym, wytwarzaniu energii i transmisji. Stosowany jest również do produkcji silników, transformatorów, przełączników i innego sprzętu elektrycznego.
2. Przemysł budowlany: Miedź jest stosowana w instalacjach wodno-kanalizacyjnych, pokryciach dachowych i okładzinach ze względu na jej odporność na korozję i trwałość. Znajduje również zastosowanie w instalacjach grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.
3. Przemysł motoryzacyjny: Miedź wykorzystywana jest do produkcji grzejników, wymienników ciepła i przewodów elektrycznych.
4. Przemysł elektroniczny: Miedź jest wykorzystywana do produkcji płytek drukowanych, chipów komputerowych i innych elementów elektronicznych.
5. Przemysł medyczny: Miedź jest stosowana w sprzęcie medycznym, takim jak aparaty rentgenowskie, ze względu na jej doskonałą przewodność elektryczną i nieprzepuszczalność dla promieni rentgenowskich.
6. Monety: Miedź jest wykorzystywana do produkcji monet ze względu na jej trwałość i odporność na korozję.
7. Zastosowania dekoracyjne: Miedź jest stosowana w biżuterii, rzeźbach i innych zastosowaniach dekoracyjnych ze względu na jej atrakcyjny czerwono-brązowy kolor i plastyczność.
8. Właściwości przeciwdrobnoustrojowe: Miedź ma naturalne właściwości przeciwdrobnoustrojowe i jest wykorzystywana do produkcji sprzętu szpitalnego, klamek do drzwi i innych powierzchni często dotykanych w celu ograniczenia rozprzestrzeniania się infekcji.

Ogólnie rzecz biorąc, miedź jest wszechstronnym metalem o szerokim zakresie zastosowań w różnych gałęziach przemysłu i zastosowaniach.

Globalna dystrybucja minerałów miedzi

Minerały miedzi występują w wielu częściach świata, a produkcja miedzi jest głównym przemysłem w wielu krajach. Do największych krajów produkujących miedź na świecie należą Chile, Peru, Chiny, Stany Zjednoczone, Australia, Demokratyczna Republika Konga, Zambia, Rosja i Kanada.

Chile jest największym producentem miedzi na świecie, odpowiadającym za około 28% światowej produkcji miedzi w 2020 r. Peru jest drugim co do wielkości producentem, za Chinami i Stanami Zjednoczonymi. Inne znaczące kraje produkujące miedź to Indonezja, Meksyk, Kazachstan i Polska.

Minerały miedzi zwykle występują w połączeniu z innymi minerałami, takimi jak złoto, srebro, ołów i cynk, i często są ekstrahowane jako produkty uboczne tych innych metali. Niektóre z najważniejszych miedzi złoża minerałów na świecie należą kopalnie Chuquicamata i Escondida w Chile, kopalnia Grasberg w Indonezji i kopalnia Olympic Dam w Australii.

• W USA jako niezwykle duże masy i doskonałe, duże kryształy w złożach Półwyspu Keweenaw, Keweenaw i Houghton Cos., Michigan; w kilku osady porfiru w Arizonie, w tym w kopalni New Cornelia, Ajo, Pima Co.; Copper Queen i inne kopalnie w Bisbee, Cochise Co.; oraz w Ray, Gila Co.; podobnie w kopalni Chino w Santa Rita, Grant Co., Nowy Meksyk.
• W Namibii, w kopalni Onganja, 60 km na północny wschód od Windhoek i w Tsumeb.
• W dużych kryształach z kopalni Turinsk, Bogosłowsk, Ural, Rosja.
• W Niemczech w Rheinbreitbach w Nadrenii Północnej-Westfalii oraz w kopalni Friedrichssegen w pobliżu Bad Ems w Nadrenii-Palatynacie.
• W pięknych okazach z wielu kopalni w Kornwalii w Anglii.
• W Australii, w Broken Hill w Nowej Południowej Walii.
• W Chile, w Andacolla, niedaleko Coquimbo. Z Boliwii, w Corocoro.

Popyt i trendy produkcyjne miedzi

Miedź jest szeroko stosowanym metalem o szerokim zakresie zastosowań, w tym w instalacjach elektrycznych, hydraulice, budownictwie i elektronice. W efekcie na światowy popyt na miedź duży wpływ mają trendy panujące w tych branżach.

W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat popyt na miedź stale wzrastał ze względu na rosnące wykorzystanie urządzeń elektronicznych, rozwój infrastruktury w gospodarkach wschodzących oraz elektryfikację transportu. Według International Copper Study Group (ICSG) światowa konsumpcja miedzi rosła w średnim rocznym tempie 3.4% w latach 2000–2019.

Aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu, wzrosła również produkcja miedzi. Największymi producentami miedzi są Chile, Peru, Chiny, Stany Zjednoczone i Demokratyczna Republika Konga. Szacuje się, że w 2020 roku światowa produkcja kopalni miedzi wyniesie około 20 milionów ton.

Jednakże na produkcję miedzi mogą mieć wpływ różne czynniki, takie jak klęski żywiołowe, strajki pracowników i wahania cen towarów. Przykładowo pandemia COVID-19 w 2020 r. doprowadziła do tymczasowego spadku produkcji miedzi w związku z zamykaniem kopalń i zakłóceniami w łańcuchu dostaw.

Ogólnie rzecz biorąc, oczekuje się, że popyt na miedź będzie w nadchodzących latach nadal rosnąć, napędzany rozwojem energii odnawialnej, pojazdów elektrycznych i innych zaawansowanych technologicznie zastosowań.

Referencje

Bonewitz, R. (2012). Skały i minerały. wydanie 2. Londyn: Wydawnictwo DK.
Handbookofmineralogy.org. (2019). Podręcznik Mineralogia. [online] Dostępne pod adresem: http://www.handbookofmineralogy.org [dostęp: 4 marca 2019 r.].
Mindat.org. (2019). Miedź: informacje o minerałach, dane i lokalizacje..
Dostępne na: https://www.mindat.org/min-727.html [Dostęp: 4 marca 2019 r.].