Cuprul și Aliajele Sale

Cuprul Elementar

Cuprul este printre primele metale utilizate de om, în decursul istoriei. Având o răspandire relativ redusă, el se găşeşte şi în cantitate mică în scoarţa pământului (cca. 0,01% în greutate), atât în stare nativă (cu 95% Cu, impurificat mai ales cu Ag, Bi), cât şi sub formă de compuşi. Mineralele de cupru sunt sulfuroase sau oxidice, însoţite permanent de pirită şi mai rar de pirotină, cu importanţă economică deosebită fiind calcopirita.

Cuprul nativ formează zăcăminte importante în S.U.A (Lacul Superior-Calumet, Hecla), Bolivia (Corocoro); în ţara noastră, zăcămintele cuprifere cele mai importante sunt în regiunea Baia Mare (Nistru, Baia Sprie, Herja, Cavnic, Jereapăn), unde mineralizaţia este formată din sulfuri polimetalice, Bălan (cu calcopirită şi pirită în şisturi cristaline), în Munţii Apuseni, la Deva (calcopirită, bolină, covelină), Baia de Arama, Moldova Nouă. Minereurile sulfuroase asigură 90% din producţia mondială de cupru.

Cele mai importante minerale, sub formă de compuşi ai cuprului sunt: calcopirita (CuFeS3), calcozina (Cu2S), covelina (CuS), cupritul (Cu2O), malachitul Cuco3Cu(OH)2, chrysocolle (CuSio32H2o) şi bournonita (CuPbSbs2), împărţindu-se în două grupe principale: minereuri sulfuroase şi minereuri exidice.

Dintre acestea, cea mai mare importanţă industrială o au minereurile sulfuroase. Iniţial, minereurile sulfuroase sunt complexe şi au în componenţa lor un număr mare de compuşi utili. Este necesară deci, o separare selectivă a compuşilor de plumb, zinc, nichel etc. şi apoi o îmbogăţire prin flotaţie a concentratului sulfuros de cupru. Extragerea cuprului din aceste concentrate sulfuroase, prin reducere directă (cu carbine) sau cu hidrogen, pe cale industrială, nu este posibilă sau ar necesita instalaţii mult prea complexe ori procedee mult prea costisitoare pentru a fi eficiente. De aceea, în general, prelucrarea industrială a minereurilor sulfuroase concentrate se realizează prin două procedee importante, în funcţie de cantitatea de cupru din minereu, şi anume:

a) extragerea cuprului din concentrate sulfuroase, prin prăjire oxidantă (totală), transformând sulfurile în oxizi, iar aceştia în metale, prin reducere fără topire, reducere cu topire sau reducere cu vaporizare; se mai poate aplica şi metoda topirii cu precipitare a sulfurilor bogate în cupru, în care un metal capabil să precipite cuprul din sulfuri realizează reacţia:

CuS + MeCu + MeS.

b) extragerea cuprului din sulfuri sărace în cupru, prin metoda pe cale uscată sau prin metoda pe cale umedă; în urma acestor procedee se obţine cuprul brut, care urmează apoi să fie rafinat prin diverse procedee, în funcţie de puritatea cerută.

Iniţial, cuprului brut i se aplică o rafinare terminală, preliminară, în cuptoare cu flacară, proces în urma căruia sunt eliminate în special elementele uşor oxidabile şi apoi o rafinare electrolitică pentru a obţine cuprul pur, destinat industrializării ca metal sau pentru elaborarea prealiajelor şi aliajelor de bază cu cupru.

Cuprul pur este un metal plastic şi ductil, laminându-se uşor sub formă de fire şi folii subţiri, este un foarte bun conducător de căldură şi electricitate şi are o bună rezistenţă la coroziune.

Din cupru se realizează în principal conducători de diferite secţiuni pentru industria electrotehnică, diverse contacte electrice şi piese – cale de curent pentru maşinile şi aparatajul electric, se utilizează ca metal, sau sub formă de aliaje, în industria constructoare de maşini, în industria chimică, uşoară şi alimentară.

1. PROPRIETĂŢI ATOMICE

Cuprul pur este un element chimic, situat în grupa I a sistemului periodic al elementelor, subgrupa “b”, perioada IV. Stabilitatea maximă o are nucleul atomic cu 34 neutroni şi 29 protoni.

Activitatea nucleară a celor opt izotopi instabili se realizează prin emanarea de pozitroni, neutroni sau radiaţii β. Cuprul are, de asemenea, şi doi izotopi stabili. Raza atomică este de 1,275Ǻ, raza covalentă de 1,9Ǻ, iar volumul atomic de 72,8 w/D; cristalizează în sistem cubic cu feţe centrate tip A având distanţa minimă interatomica de 2,551 kX.

2. PROPRIETĂŢI FIZICE

Densitatea cuprului pur la 20˚C este de 8.96 g/cm3, o deformare procentuală de 0,028% conducând la reducerea sa cu 50%. În comparativ cu conductivitatea termică a argintului şi a aurului, conductivitatea termică a cuprului pur, reprezintă 73,2% şi respectiv 88,8%.

Rezistivitatea electrică la 20˚C oebtry cuprul pur este de 0,14983Ω/mg.

La 0˚C conductivitatea electrică a cuprului pur este de 1,5500μΩcm.

În domeniul tehnicii de înaltă frecvenţă, efectul SKIN capătă, după cum este cunoscut, o mare importanţă practică, cuprul prezentând o conducţie de curent doar în stratul superficial subţire, în care, aşa numita adâncime de pătrundere este în funcţie de frecvenţă.