Coure: definició, composició, tipus, propietats i aplicacions

El coure és un element químic que també és un metall. Les seves propietats clau són que té una excel·lent conductivitat elèctrica, una alta conductivitat tèrmica i una bona resistència a la corrosió. També és dúctil i té un interessant color marró vermellós. La combinació d'aquestes propietats condueix a una àmplia aplicació del coure per a usos d'enginyeria i estètics.

Què és el coure?

El coure és un element químic, número 29 a la taula periòdica dels elements. El símbol de l'element coure és Cu, del llatí "Cucúrum". És un metall dúctil de color marró vermellós. S'aplica àmpliament per la seva alta conductivitat tèrmica i elèctrica.

Quina és la història del coure?

La història del coure es remunta al 8.700 aC. Un penjoll de coure que es va descobrir al nord de l'Iraq es remunta a aproximadament aquesta data i actualment es creu que és l'objecte més antic fet de coure. El coure ha estat un metall crucial en moltes civilitzacions antigues, però en general s'acorda que els mesopotàmics (al nord de l'Iraq) van descobrir el coure. De fet, un període de la prehistòria és l'edat del coure entre el 5.500 aC i el 4,000 aC, normalment anomenada Edat Calcolítica de les paraules gregues per coure (chalkos) i roca (lithos).

El coure és un dels pocs metalls que es poden produir de manera natural en la seva forma metàl·lica nativa. Això és diferent de la majoria dels metalls que s'han d'extreure mitjançant la metal·lúrgia d'un mineral. Als llocs on es produeix el coure natiu, la tecnologia de la metal·lúrgia no era necessària perquè aquelles civilitzacions comencessin a treballar amb coure per formar armes i ornaments.

Quin és l'altre terme per al coure?

L'altre terme per al coure és la paraula llatinaCucúrum, que dóna al coure el seu símbol Cu a la taula periòdica dels elements. El nom llatí del coure era originari de l'illa de Xipre, ja que l'illa era la principal font de coure en l'antiguitat. Cuprum era el "metall de Xipre".

De què està fet el coure?

El coure és un element químic. Està format per un sol tipus d'àtom, no es pot descompondre en substàncies més simples. L'àtom de coure té un nombre atòmic de 29, el que significa que el seu nucli atòmic conté 29 protons.

El coure s'extreu de minerals naturals, ja sigui un mineral de sulfur de coure (com la calcopirita) o un mineral d'òxid de coure. Aquests minerals són extrets, triturats i processats per fer coure. Aquests minerals de coure es troben a parts d'Amèrica del Nord i del Sud (països com Xile i Perú), així com a zones com els Urals a Rússia, i a Zàmbia i la República Democràtica del Congo a Àfrica.

Quins són els diferents processos per fer coure?

A continuació es descriuen els diferents processos per fer coure:

1. Mineria

L'extracció de minerals de coure es realitza normalment a grans mines a cel obert. Són forats oberts i escalonats al terra que s'aniran excavant gradualment. Els explosius s'utilitzen per explotar la roca i les roques resultants es transporten per aixafar-les en peces més petites per processar-les.

2. Extracció

Segons els dos tipus comuns de mineral de coure, hi ha dos processos principals de purificació. Per als minerals d'òxid s'utilitza un procés hidrometal·lúrgic. El mineral triturat s'amuntega i una solució de lixiviació àcida es filtra a través del munt. Això crea una solució de lixiviació embarassada. Per als minerals de sulfur s'utilitza un procés pirometal·lúrgic. L'extracció del mineral es fa per flotació d'escuma i espessiment segons la densitat de les partícules.

3. Depuració

Per als minerals d'òxid, s'utilitza hidrometal·lúrgia. Això significa que la solució de lixiviació embarassada s'envia a un procés d'extracció amb dissolvent per concentrar el coure a la solució. Aquesta solució s'envia després a l'electrowinning, on s'utilitza electricitat per dipositar el coure sòlid. Per als minerals de sulfur, s'utilitza la pirometal·lúrgia, el que significa que s'utilitza una fosa per crear el coure en brut. A continuació, es purifica encara més mitjançant electrorefinació.

4. Aliatge

Els aliatges de coure es fabriquen fonent primer el material d'aliatge i després fonent el coure per afegir-hi. A continuació, la mescla fosa es col·loca i es deixa refredar i solidificar.

5. Electrorefinació

L'electrorefinació del coure consisteix a dissoldre electrolíticament material de coure impur en una solució. El coure pur es diposita electroquímicament sobre un elèctrode aplicant un corrent elèctric a través de la solució. Això elimina les impureses del coure per aconseguir una puresa més alta. No obstant això, el procés és car i té una demanda elèctrica molt elevada.

Quines són les característiques del coure?

El coure metall té les característiques principals de ser un excel·lent conductor elèctric i tèrmic. També és mal·leable i dúctil, el que significa que es pot doblegar amb relativa facilitat. Això fa que sigui fàcil de treballar, per exemple, amb un cablejat flexible. Una altra característica clau del metall de coure és la seva resistència a la corrosió, especialment en ambients d'aigua i aigua de mar. Finalment, el coure té l'avantatge de ser estèticament atractiu, ja que té un color marró vermellós i es pot polir.

Quin és el color del coure?

El coure és típicament de color marró vermellós. Tanmateix, el coure pur abans de l'oxidació és en realitat un color rosat, però la formació d'òxid de coure marró es produeix tan ràpidament que qualsevol coure disponible serà el marró vermellós comú. El coure també pot tenir un envelliment verd (com a l'estàtua de la Llibertat): aquest és un carbonat de coure.

Com és el coure?

El coure sembla un metall brillant de color marró vermellós. El coure es pot processar en moltes formes pràctiques diferents, com ara els cables que es mostren a la figura 1 a continuació, així com les canonades i l'electrònica:

Quins són els diferents tipus de coure?

El coure està disponible en diferents tipus per a diferents aplicacions. Les propietats i aplicacions de cada grau de coure depenen de la puresa del coure i dels elements d'aliatge (si n'hi ha) inclosos. A continuació es detallen els diferents tipus de coure:

1. Fil de coure

El fil de coure aprofita l'excel·lent conductivitat elèctrica del metall. És el conductor més comú per a la majoria d'aplicacions elèctriques. S'utilitza per a grans corrents a la indústria, i també per a ús domèstic, fins al cablejat de la teva llar per a endolls i llums.

2. Tubs de coure

Els tubs de coure s'han utilitzat àmpliament per als sistemes domèstics d'aigua potable a causa de la seva resistència a la corrosió i, per tant, de la seva longevitat. Durant les últimes dècades, ha estat l'estàndard a la major part del món utilitzar tubs de coure per a la fontaneria domèstica. Els tubs estan disponibles en diferents diàmetres i calibres (gruixos de paret). L'elevat cost del coure i l'aparició de materials de tubs de plàstic millorats fan que el coure sigui seleccionat amb menys freqüència.

3. Aliatges de coure

Els dos aliatges de coure més comuns són el llautó (aliat amb zinc) i el bronze (aliat amb estany). El llautó s'aplica normalment més àmpliament. S'utilitza per a accessoris de fontaneria, instruments musicals i articles de decoració. L'addició de zinc dóna a l'aliatge una major resistència i ductilitat. El bronze té característiques molt semblants al coure, com ara: la seva alta conductivitat tèrmica, excel·lent ductilitat i resistència a la corrosió de l'aigua salada. Per tant, el bronze s'utilitza per a coixinets i casquilles, així com per a impulsors de vaixells.

4. Coures Purs

El coure pur està específicament preparat per assegurar un mínim d'impureses, maximitzant les propietats tèrmiques i elèctriques del coure. El coure pur tendeix a ser més tou i menys resistent que el coure amb additius o materials d'aliatge menors. S'utilitza idealment en components elèctrics de precisió, per als quals la seva conductivitat elèctrica i la seva baixa expansió tèrmica són ideals.

5. Nanopartícules de coure

Les nanopartícules de coure són partícules molt petites de coure, o materials basats en coure, que es troben dins del rang de mida d'1 a 100 nm. S'ha trobat que les nanopartícules tenen comportaments diferents dels dels materials a granel. En el cas de les nanopartícules de coure, mostren una activitat catalítica molt elevada per a reaccions químiques industrials, probablement a causa de la seva gran relació superfície-volum. A més, les nanopartícules de coure han mostrat excel·lents efectes antimicrobians.

6. Coures de mecanitzat lliure

Els coures de mecanitzat lliure tenen quantitats menors (<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. Làmines i plaques de coure

Les làmines de coure són làmines primes de coure (uns 2 mm o menys), mentre que les plaques són més gruixudes (fins a 12 mm de gruix). En general, aquests estan disponibles en diferents graus de coure. Les làmines són altament mal·leables i es poden formar en diferents components.

8. Coures sense oxigen

Els coures lliures d'oxigen es fonen sota un bany de grafit granulat per excloure l'oxigen. Són els coures més purs disponibles, amb impureses mínimes a causa de les condicions no oxidants. La seva alta conductivitat elèctrica i les seves baixes impureses volàtils el fan adequat per al seu ús en electrònica d'alt buit.

9. Coures electrolítics

Els coures electrolítics es refinen per electròlisi dins d'una solució per eliminar les impureses. Aquest grau de coure d'alta puresa té una alta conductivitat elèctrica i, per tant, s'utilitza en diversos components elèctrics com ara barres i bobinatges.

Quines són les propietats del coure?

Les propietats dels diferents tipus de coure es mostren a la taula 1:

Taula 1: Propietats del coure

Les propietats de cada grau són similars, però les seves diferències donen lloc a una varietat d'aplicacions.

Quines són les propietats físiques del coure?

Les propietats físiques dels diferents tipus de coure es mostren a la taula 2 següent:

Taula 2: Propietats físiques del coure

Crèdit de taula: https://www.lenntech.com/

Les propietats físiques depenen del percentatge de coure del material així com dels elements d'aliatge

Quines són les propietats químiques del coure?

Les propietats químiques del coure depenen principalment del seu estat d'oxidació. Els dos estats d'oxidació que existeixen habitualment són Cu+ i Cu2+. La taula 3 a continuació ofereix algunes de les propietats químiques dels compostos comuns i les condicions del coure:

Taula 3: Propietats químiques del coure

Aquestes propietats poden variar per a cada compost de coure específic (com ara oxalats, sulfits i sulfats.

Quines són les aplicacions del coure?

Les aplicacions del coure es troben a tota la societat quotidiana. A continuació es mostren alguns exemples habituals:

1. Electrònica

El coure s'utilitza àmpliament en electrònica ja que té una conductivitat elèctrica excel·lent. Permet transportar corrents en seccions transversals més petites de coure en comparació amb l'alumini, permetent que s'utilitzi menys volum i que els components siguin més petits.

2. Arquitectura

El coure s'utilitza en arquitectura per a un aspecte estètic sorprenent. S'ha utilitzat per a cobertes i revestiments de parets, així com canalons i baixants d'aigua de pluja.

3. Fontaneria

Els tubs de coure s'utilitzen àmpliament per a les canonades d'aigua domèstiques a les llars, a causa de la seva molt bona resistència a la corrosió.

4. Transport

El coure s'utilitza àmpliament en els vehicles moderns a causa de la quantitat de cablejat elèctric utilitzat per a l'electrònica complexa. A mesura que els vehicles elèctrics creixen en quota de mercat, s'utilitzen quantitats creixents de coure per a elements com els motors elèctrics. Això es deu a l'excel·lent conductivitat elèctrica del coure, només per darrere de la plata.

5. Energies renovables

El coure s'utilitza en el mercat de les energies renovables de diverses maneres. Per exemple, els aerogeneradors utilitzen coure dins de les turbines generadores. Els panells solars fotovoltaics també requereixen coure per a les connexions i el cablejat.

6. Equipament mèdic

El coure s'utilitza com a recobriment en equips mèdics a causa de les seves propietats antibacterianes. D'aquesta manera, redueix el risc d'infecció en els pacients.

7. Cablejat elèctric

El coure s'utilitza àmpliament per al cablejat elèctric a causa de la seva excel·lent conductivitat elèctrica. La secció transversal de coure necessària per portar un corrent particular de manera efectiva és menor que altres materials raonablement disponibles com l'alumini.

8. Encunyació

Històricament, el coure s'ha utilitzat a les monedes per diversos motius: és mal·leable i, per tant, fàcil d'estampar, però encara és prou durador per sobreviure en circulació. També té propietats antimicrobianes i resistència a la corrosió.

9. Maquinària industrial

El coure s'utilitza de diverses maneres en equips industrials, amb serveis com la fosa a pressió de coure. A més d'aplicacions elèctriques com motors i cablejats, també s'utilitza en intercanviadors de calor com ara condensadors de refrigeració. També es pot aplicar per a una resistència química particular.

Quins són els beneficis del coure?

El coure té una sèrie de beneficis clars que s'enumeren a continuació:

Té una excel·lent conductivitat elèctrica, només per darrere de la plata, el que el converteix en el conductor més utilitzat per a components elèctrics i electrònics a nivell mundial.

Té una conductivitat tèrmica molt bona, i per tant s'utilitza en intercanviadors de calor, com ara condensadors en unitats de refrigeració i aire condicionat.

És resistent a la corrosió, especialment en aplicacions d'aigua i aigua de mar, fet que ha portat al seu ús generalitzat en canonades de fontaneria per a sistemes d'aigua.

És dúctil i es pot doblegar amb relativa facilitat. És fàcil de treballar tant en sistemes de fontaneria com en cablejat.

És antimicrobià, que pot ser molt útil en el transport d'aigua, així com en aplicacions mèdiques per protegir la salut dels pacients.

Quins són els beneficis per a la salut del coure?

El coure és un mineral traça essencial per a la salut humana en quantitats molt petites. El coure juga un paper en el cos afavorint l'absorció de ferro, participant en la producció de glòbuls vermells, així com en la producció de col·lagen. S'entén que millora la funció del sistema immunitari.

Es necessiten més investigacions, però hi ha alguns indicis que el coure pot millorar l'osteoporosi (baixa densitat òssia) i hi ha teories no provades que les polseres de coure es poden utilitzar per alleujar el dolor a les articulacions de l'artritis.

Els grups d'aliments que contenen coure inclouen verdures de fulla verda, cereals integrals, fruits secs i llavors. Els aliments específics que són rics en coure són les ostres, els bolets shiitake, els moniatos i la xocolata negra.

Quines són les limitacions del coure?

El coure té una sèrie de limitacions, algunes de les quals s'enumeren a continuació:

És relativament car en comparació amb possibles materials alternatius com ara: alumini (cablejat elèctric) o plàstics (conductes d'aigua).

És relativament pesat en comparació amb materials com l'alumini, de manera que per als cables aeri, pot ser que no sigui pràctic.

S'oxida, sobretot a altes temperatures, i per tant té una vida útil limitada si s'exposa a l'aire.

Presenta un risc de xoc en comparació amb la tecnologia alternativa de transmissió de senyal de fibra òptica.

És tòxic en grans quantitats, per la qual cosa no es pot aplicar on es pugui produir una ingestió regular de coure, com per exemple en estris.

El coure s'oxida fàcilment?

El coure no s'oxida tècnicament, ja que l'òxid és un òxid de ferro i no hi ha ferro al coure. Tanmateix, el coure experimenta una mica de corrosió superficial limitada. El coure es considera generalment resistent a la corrosió. Naturalment té un color marró vermellós, que es deu a la formació d'una pel·lícula de passivació d'òxid de coure a la superfície del metall. Amb el temps, es forma un carbonat de coure verd a la superfície a mesura que l'òxid de coure reacciona amb l'aigua i el diòxid de carboni de l'aire.

El coure és verinós per als humans?

Sí, el coure pot ser verinós per als humans en concentracions importants. El coure és un oligoelement essencial per a la salut humana, però si hi ha un excés de coure, sorgeixen diverses complicacions. Una concentració elevada de coure en sang està relacionada amb la malaltia d'Alzheimer i tipus particulars de càncer com el de mama i de pulmó. La intoxicació aguda per coure és molt rara, però pot ocórrer si s'absorbeixen grans quantitats. Això pot ser fatal a mesura que comença a produir-se una fallada d'òrgans com el fetge i els ronyons.

El coure és un metall?

Sí, el coure és un metall. A més, es considera un metall pesat a causa de la seva densitat relativament alta. Per obtenir més informació, consulteu la nostra guia sobre metalls.

Quina diferència hi ha entre el coure i el metall?

El coure és un dels més de 90 metalls elementals. El coure és un metall, però molts metalls són molt diferents del coure. Altres metalls són diferents pel seu color; la majoria dels metalls són blancs o grisos, però el coure és de color marró vermellós. Altres metalls poden ser diferents en les seves propietats físiques i químiques: més durs i més trencadissos que el coure, i generalment no condueixen la calor o l'electricitat amb tanta facilitat.

Quina diferència hi ha entre el coure i l'alumini?

El coure i l'alumini són dos metalls diferents amb propietats diferents. La diferència visual més òbvia és el color: el coure és d'un marró vermellós mentre que l'alumini és d'un gris platejat apagat. El coure té una resistència a la tracció més alta que l'alumini i una millor conductivitat elèctrica i tèrmica.

Quina diferència hi ha entre el coure i el llautó?

El llautó és un aliatge de coure i zinc predominantment. Per tant, el llautó és diferent del coure, ja que inclou altres metalls. El llautó pot incloure altres metalls com estany, plom, alumini o manganès en quantitats més petites per aconseguir propietats específiques.

Resum

En aquest article es presentava el coure, s'explicava què és i es parlava de les diferents aplicacions del coure. Per obtenir més informació sobre el coure, poseu-vos en contacte amb un representant de Xometry.

Xometry ofereix una àmplia gamma de capacitats de fabricació i altres serveis de valor afegit per a totes les vostres necessitats de producció i prototipat. Visiteu el nostre lloc web per obtenir més informació o per sol·licitar un pressupost gratuït i sense compromís.

Exempció de responsabilitat

El contingut que apareix en aquesta pàgina web només té finalitats informatives. Xometry no fa cap representació ni garantia de cap tipus, ja sigui expressa o implícita, quant a l'exactitud, la integritat o la validesa de la informació. Els paràmetres de rendiment, les toleràncies geomètriques, les característiques específiques de disseny, la qualitat i els tipus de materials o els processos no s'han de deduir per representar el que seran lliurats per proveïdors o fabricants de tercers a través de la xarxa de Xometry. Els compradors que cerquen pressupostos per a peces són els responsables de definir els requisits específics per a aquestes peces. Consulteu els nostres termes i condicions per obtenir més informació.