Микроэлементы. Медь
Физиологическая роль микроэлемента. К наиболее важным микроэлементам, оказывающим ощутимое влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур, относится медь (Сu). Вместе с марганцем она участвует в окислительно-восстановительных процессах: повышает интенсивность фотосинтеза и образования хлорофилла, способствует активизации углеводного и азотного обмена. Достаточное количество меди в аграрных культурах улучшает сопротивляемость растений грибковым и бактериальным заболеваниям, увеличивает показатели засухо- и морозоустойчивости, а также стойкости к полеганию. Присутствие этого элемента в растительном питании способствует увеличению содержания белка в зерне, крахмала в клубнях картофеля, сахара в корнеплодах, жиров в зернах масличных культур, аскорбиновой кислоты и сахаров в ягодных и плодовых растениях.
Симптомы недостатка меди. При недостатке меди в питании растений происходит нарушение развития корневой системы, в связи с чем замедляется рост всей культуры. Внешние проявления можно определить по увяданию верхних листьев (возможно даже отмирание верхушек побегов), изменению их цвета (неоднородность окраски, появление более светлых пятен, пожелтение либо приобретение коричневатого оттенка), а иногда и формы (листья скручиваются и вянут).
Симптомы избытка меди. Высокие концентрации меди действуют на растения токсично. Переизбыток этого элемента приводит к замедлению развития растения, появлению бурых пятен на нижних листьях и их отмиранию. Кроме того, он может провоцировать дефицит железа в растениях. Поэтому важно правильно дозировать медьсодержащие удобрения, учитывая естественное количество меди, находящееся в плодородном слое почвы данного типа.
Содержание меди в почвах. Для этого элемента характерно сосредоточение в верхних слоях почвы. Количество меди в грунте, необходимое для оптимального обеспечения растений этим минералом, невелико и колеблется в пределах 5 – 20 мг/кг. При образовании биомассы сельскохозяйственные культуры поглощают из почвы от 10 до 300 г/га меди, но поступление этого элемента из атмосферы (метеоритная, космическая пыль, почвенно-грунтовые воды, вулканические газы, загрязнение биосферы в результате геотехнической деятельности человека), а также его количество в материнской породе почти полностью компенсируют эту потерю, а иногда и превышают ее. Происходит поглощение, накопление и распределение микроэлемента в почвенных слоях.
Содержание меди в различных типах грунтов может существенно отличаться. Большое количество ее характерно для кислых почв. Чтобы исправить эту ситуацию, применяют известкование. Бедные медью малогумусные песчаные, осушенные болотные, дерново-подзолистые с легким гранулометрическим составом, торфяные почвы, где медь находится в труднодоступной для растений форме органических соединений, требуют обогащения путем внесения медьсодержащих соединений.
Наиболее богаты медью желтоземы и красноземы. Чуть меньше ее в засоленных почвах и черноземах. Дерново-подзолистые, сероземы и каштановые грунты содержат более низкие концентрации этого микроэлемента. А верховые торфяники и дерново-карбонатные – самые бедные почвы по количеству находящейся в них меди.
Формы соединений меди. Помимо количественного показателя, который зависит от типа почвы, очень важна и форма медьсодержащих соединений, определяющая степень доступности этого элемента для растений. Растения могут питаться только водорастворимыми или поглощенными (обменно-сорбированными) формами меди.
Поглощение меди происходит различным образом: она может входить в кристаллическую решетку различных минералов, адсорбироваться коллоидными частицами почвы, входить в состав органических веществ почвы, а также образовывать водорастворимые соединения.
Катионы меди легко вступают в химическое взаимодействие с органическими и минеральными веществами, поэтому осаждаются различными анионами (сульфидом, карбонатом, гидроксидом), образуя малоподвижные формы. Водорастворимые соединения меди обычно составляют незначительную часть (до 1%) от общего ее количества в почве. К тому же они легко вымываются из грунта. Особенно это актуально для супесчаных и песчаных почв с небольшой поглощаемостью. Кроме водорастворимых хорошей доступностью для культур обладают обменно-сорбированные формы меди, когда она поглощается органическими или минеральными коллоидами почвы, или глинистыми минералами.
Применение удобрений, содержащих медь. Медные удобрения наиболее эффективны на торфяниках и заболоченных почвах легкого гранулометрического состава. Иногда торфяные почвы настолько бедны медью, что не позволяют получить урожай сельскохозяйственных культур. При их обогащении медьсодержащими удобрениями урожайность повышается на 2 – 5 ц/га.
В засушливые годы доступность подвижных форм меди, содержащихся в почве, снижается, поэтому применение удобрений становится более эффективным. Средние расчетные дозы меди при внесении в почву составляют 1,5 – 2,0 кг/га в год. Практика зарубежных исследований рекомендует одноразовое внесение (до 10 кг) на несколько лет. Такая технология имеет долговременный эффект, поэтому даже спустя 10 лет концентрация медьсодержащих соединений в грунте остается достаточно высокой. При многократных внесениях создается риск накопления меди в количествах, токсичных для растений.
Эффективность медьсодержащих удобрений зависит от вида растений и типа почв. Они увеличивают урожайность и повышают качество продукции зерновых, льна и кормовых культур, растущих на осушенных болотных и других почвах. Правильное применение медных удобрений позволяет повысить урожаи: на 2–5 ц/га для пшеницы, на 2–3 ц/га для ячменя, на 4–6 ц/га для овса, на 21% для зеленой массы кукурузы, на 9–13% для ее початков. Урожайность плодов сахарной свеклы, растущей на дерново-подзолистых почвах, удобренных медьсодержащими соединениями, повышается на 43 – 45%. При этом та же культура, произрастающая на дерново-карбонатных грунтах, богатых соединениями подвижной меди, не дает прибавки к урожаю в случае подкормки этим минералом.
Картофель, выращиваемый на дерново-подзолистых грунтах, благодаря внесению меди при определенных условиях не только повышает урожайность и качество корнеплодов, но и повышает устойчивость к таким заболеваниям как фитофтороз и черная ножка. У моркови медьсодержащие удобрения способствуют большему образованию в корнеплодах сахаров, каротина и азота, у томатов – повышению урожайности и витамина С в плодах. Кормовые травы более интенсивно наращивают зеленую массу, питательные качества которой также улучшаются.
Промышленное производство медьсодержащих удобрений базируется на переработке различных медных руд (окисленных, сульфидных или самородных), количество меди в которых составляет 0,7 – 3%. Еще один способ получения меди – переработка вторичных цветных металлов.
Среди медьсодержащих удобрений различают: сернокислую медь (медный купорос) и суперфосфат с медью, которые используют для внекорневой подкормки и предпосевной обработки семян; пиритные огарки (промышленные отходы медеплавильного производства), окисленные медные руды с низким процентом содержания меди и шлаки медеплавильного производства, которые применяют для внесения в почву во время зяблевой обработки; медьсодержащий порошок для опудривания семян.
На осваиваемых торфяниках целесообразно вносить 4 – 5 ц/га пиритных огарков (на 4 – 6 лет). Доза сульфата меди для почвенного внесения – 25 кг/га. Для равномерного распределения микроэлемента его предварительно тщательно смешивают с минеральным удобрением.
В настоящее время одним из наиболее перспективных и эффективных источников поступления меди для растений являются различные хелатные формы удобрений, содержащие этот микроэлемент. Так, например, микроудобрение для внекорневой подкормки «Оракул колофермин меди» украинского производства позволяет эффективно ликвидировать дефицит этого микроэлемента в растениях (при норме расхода 1 — 2 л/га). Благодаря отсутствию балластных добавок, этот хелатный комплекс не вызывает ожогов листьев и полностью усваивается листовой пластиной.
Взаимодействие меди с другими элементами. Содержание меди в почвенных растворах, преимущественно органических хелатах (до 80%), составляет 3 – 135 мкг/л. В почве медь сначала поглощается органическим веществом, а затем сорбируется минералами (эта форма легче подвергается десорбции). Недостаток меди часто проявляется на богатых гумусом почвах. При повышении рН снижается ее доступность. Также значительное конкурирующее влияние на поступление меди оказывают железо и цинк. Медь способна обострять дефицит молибдена в растениях. И наоборот: внесение молибдена может ухудшить доступность меди. Токсичные количества алюминия также способны затруднять поглощение меди растениями.
Из основных элементов питания наиболее сильно медь связана с азотом. Высокое содержание азотных удобрений вызывает интенсивный рост растений, что, в свою очередь, обуславливает их повышенную потребность в меди. Фосфатные соединения обладают высоким показателем адсорбции меди, но в результатате она снижает доступность фосфора для растений. Кальций в составе карбонатов приводит к осаждению меди и возникновению ее дефицита.
Для обработки семян и внекорневых подкормок широко используют сульфат меди (медный купорос), который содержит 23,4 – 24,9% меди. Этот кристаллический порошок хорошо растворяется в воде. Для предпосевной обработки семян его применяют в концентрации 0,1%. Целесообразно проводить такую обработку в комплексе с пестицидами (для протравливания посевного материала). Внекорневые подкормки требуют значительно меньшей концентрации раствора сульфата меди: 0,02 – 0,05%.
Наиболее отзывчивы на медные удобрения зерновые (пшеница, овес, ячмень), корнеплоды (свекла столовая, морковь), подсолнечник, овощи и плодово-ягодные культуры. Среди овощных особенно нуждаются в меди салат, шпинат, лук, огурец, фасоль, горох. Хороший эффект от применения медьсодержащих удобрений достигается у свеклы столовой и моркови. Более худший результат показывают капуста белокочаная, сельдерей, томат.
Источник
Медная руда – свойства, применение, методы ее добычи и обработки
По сегодняшний день в мире добывается огромное количество полезных ископаемых. Это и металлы, и драгоценные камни, и топливо. Без них невозможно представить повседневную жизнь. Если обратиться к металлам, которых больше всего добывается в мире, то третье место принадлежит меди, после железа и алюминия. Сложно представить, но без этого простого и обыденного металла проблемы возникнут в таких отраслях, как электротехника, теплотехника, медицина, и во многих других. Медь — что это за руда? Какие имеет свойства? Как добывается? И каковы мировые запасы?
Свойства и характеристики
Медная руда — это особые соединения химических элементов, в которых концентрация меди достигает значения не менее 0,5–1 %. Только такая руда пригодна для переработки и дальнейшего использования. Она занимает 25-й номер в таблице Менделеева и имеет название «купрум», с латинского.
Медь — достаточно пластичный и мягкий элемент, который имеет золотисто-розовый оттенок. Этот металл легко поддается окислению, и поэтому при малейшем контакте с воздухом покрывается красноватой кислотной пленкой. Для этого материала характерні:
- хорошая электропроводность;
- высокая теплопроводность;
- устойчивость к коррозии и разрушительному воздействию.
Медь также имеет антибактериальное свойство. Она легко уничтожает всевозможные вирусы гриппа, а также бактериальные инфекции.
Если ее смешать с другим минералом, то получатся интересные сплавы. Многие из них человек использует в повседневной жизни, даже не догадываясь, что держит в руках медь. Так, известны: латунь, бронза, различные баббиты и ювелирные сплавы.
Применение медной руды
Благодаря полезным свойствам меди, ее используют в сфере электротехники. Из этого металла делают провода и силовые кабели, которые необходимы в повседневной жизни человека.
Интересно и то, что при смешивании меди с другими материалами получаются не менее полезные вещи. Так, например, сплав с никелем необходим в приборостроении. Смесь с вольфрамом используется для нитей накаливания в обычных лампочках. Кроме того, медь необходима в изготовлении радиаторов, кондиционеров, потому что она имеет хорошую теплопроводность.
Также этот металл используют в следующих отраслях:
- машиностроении;
- строительстве;
- судостроении.
Существует еще одно полезное свойство, за которое этот металл очень ценится и часто применяется в строительстве. Он слабо поддается коррозии. Изделия из него продержатся несколько десятков лет, прежде чем начнут распадаться.
Медь используется и в ювелирном деле. Иногда создаются украшения исключительно из этого металла, иногда с примесью золота. Поскольку материал мягкий и пластичный, из него удобно создавать тонкие и изысканные ювелирные изделия. Сейчас идет тенденция внедрения дверных ручек, перил из меди, так как она имеет антибактериальные свойства.
Это интересно! Статуя Свободы была облицована именно медью. На ее изготовление потребовалось 80 тонн. В королевстве Непал этот металл и вовсе считается священным.
В сельском хозяйстве медь играет важную роль. Она добавляется во многие удобрения. Многим садоводам известен медный купорос, который они используют для обработки растений от вредных насекомых.
Группы медных руд
Медь — металл, имеющий огромное количество разновидностей, каждой из которых присущи свои свойства. Существует более 200 видов. Однако в производстве используется не более 20. Все эти разновидности ученые объединяют в несколько групп.
Стратиформная — группа, характеризующаяся месторождениями, которые сформировались осадочным способом. С этим металлом часто находят сланец.
- Колчеданная — группа, состоящая из единения меди и самородков. Этот вид металлов широко применяется в ювелирном деле.
- Гидротермальная — группа, характерной чертой которой является то, что в этих месторождениях часто содержатся золото, серебро и другие полезные ископаемые вместе с медью. Их количество превышает норму.
- Скарновые породы — месторождения таких руд локальны. Они встречаются среди известняковых пород. Здесь концентрация меди не превышает 30 %. Кроме того, она неравномерна.
- Магматические— к этой группе относят виды, в которых преобладают смеси меди и никеля. Такие породы получились в результат магматических процессов, то есть затвердевания и изменения магмы или лавы.
- Карбонатные — эта группа состоит из смесей железа и меди. Во всем мире пока обнаружено только одно такое месторождение — в ЮАР.
Из каких руд получают медь
Медь крайне редко встречается в виде самородков. Она всегда добывается с дополнительными примесями. Самый большой самородок был найден в США. Он имеет вес более 420 тонн.
Всего 20 видов используются в тяжелой промышленности. Самые известные и широко применяемые из них — халькозин, халькопирит и борнит. Каковы их свойства?
- Халькозин — наиболее концентрированная медь. Здесь ее концентрация может быть до 80 %.
- Халькопирит — медь, входящая в состав полиметаллов и имеющая гидротермальное происхождение.
- Борнит — этот вид имеет синеватый оттенок из-за примесей железа и серебра. Концентрация — более 60 %.
- Ковелин — относится к гидротермальной группе, как и халькопирит. Концентрация составляет 64 %.
Именно из этих руд получают большую часть металла, которая потом используется человеком.
Способы добычи медной руды
Как уже говорилось, медь имеет разные способы образования и происхождения. Какие-то пласты находятся ближе к поверхности, какие-то дальше. В зависимости от этого и определяется способ добычи этого металла. Так, существуют закрытый и открытый способы.
Закрытый способ применяется в случае, если полезные ископаемые находятся под землей на расстоянии более 600 метров от поверхности. Чаще всего они залегают намного глубже. В таком случае строятся длинные шахты, которые протягиваются на несколько десятков километров. Они оснащаются всем необходимым оборудованием, в частности техникой. Для добычи меди нужны специальные машины, имеющие буровой механизм с шипами. Машина в прямом смысле дробит и царапает породы, тем самым добывая медь. К закрытому способы можно также отнести бурение.
Открытый способ используется чаще, но только в том случае, если полезные ископаемые находятся на глубине не более 500 метров. В таком случае снимаются верхние слои, не имеющие ценности. Затем происходит сама добыча меди. Часто используются взрывные устройства, которые упрощают работу. Такой способ добычи крайне губителен для окружающей среды. После того как месторождение иссякает, его забрасывают, а яма так и остается на поверхности земли. В ней скапливается вода и происходит коррозия почвы, что приводит к образованию оврагов.
Технологический процесс производства меди
После того как металл был изъят из недр земли, его необходимо переработать и произвести непосредственно саму продукцию. Всего существует три технологии:
Первый способ — пирометаллургический — он предполагает обработку руды с помощью огневого рафинирования. В ходе этой обработки из руды извлекаются все полезные ископаемые и их элементы. Такая технология позволяет добыть медь даже из самых скудных пород, где ее концентрация ниже 0,5 %.
Второй способ — гидрометаллургический — применяется реже, и только для обработки уже окисленной меди или ее самородков с бедной концентрацией металла. Эти технологии позволяют использовать всю медь, которая есть в той или иной руде.
Третий способ — электролиз — особый процесс, при котором с помощью электричества и жидкости происходит очищение руды. Этот способ появился сравнительно недавно.
Добыча медных руд в мире
Месторождения не имеют какой-то системы, которая позволяет их отыскивать. Она распространена в самых разных географических зонах и расположена случайным образом. Так, медь добывается во многих странах, в частности, в США, Перу, Казахстане, Чили, России, Китае, Индонезии, на Кубе. Происходит добыча всех видов меди, независимо от ее концентрации в руде. Например, в Америке производится халькозиновая медь.
Интересно то, что в мире практически не осталось богатых месторождений. Медь добывается несколько сотен лет, и поэтому все крупные источники давно иссякли. Так сейчас активно идет снижение процесса использования в производстве концентрированного материала. Чаще всего используется руда с концентрацией этого металла, не превышающей 0,5 %. Это позволяет более экономно тратить необходимый материал.
Мировые запасы
Как уже говорилось, запасы сокращаются. По количеству добытого материала лидируют Чили, США и Россия. Причем процент производства этого металла в Федерации составляет всего 9 % от мирового.
Интересно то, что по количеству запасов лидирует Чили. На территории этой страны содержится 33 % мирового запаса. В Чили находится один из старейших рудников мира по добыче меди — Чукикамата. Работы там ведутся более 100 лет, и уже было вывезено более 26 миллионов тонн этого металла.
Миру также известны следующие рудники:
- в Чили — Эскондида;
- в Индонезии — Грасберг;
- в Перу — Антамина;
- в Бразилии — Салобу;
- в Казахстане — Нурказган.
Большая часть меди, добываемая в России, относится к медно-никелевым и сульфидным группам. Они составляют 40 %. Существует большое количество месторождений, но самые известные из них находятся на полуострове Таймыр и в районах Уральских гор. Недавно было открыт новый запас недалеко от Читы. Его еще не начали разрабатывать, так как нет соответствующей инфраструктуры. Ученые утверждают, что это месторождение иссякнет приблизительно через 30 лет.
Источник