Какие металлы применяют для изготовления проводов

Проводниковые металлы и сплавы

Проводниковые металлы и сплавы должны обладать высокой электропроводностью, достаточно высокими механическими свойствами, сопротивляемостью к атмосферной коррозии, способностью поддаваться обработке давлением в горячем и холодном состоянии.

После серебра наиболее высокой электропроводностью обладают медь и алюминий. Они и являются наиболее распространенными проводниковыми материалами. Проводимость отожженного проводникового алюминия составляет приблизительно 62% проводимости стандартной меди. Но плотность алюминия мала, поэтому проводимость 1 кг алюминия составляет 214% проводимости 1 кг меди. Следовательно, алюминий экономически более выгоден для использования в качестве проводникового материала.

Применяемые в настоящее время проводниковые материалы можно разделить на следующие группы: проводниковая медь, проводниковый алюминий, проводниковые сплавы, проводниковое железо, сверхпроводники.

Проводниковая медь. При наличии в меди даже небольшого количества примесей ее электропроводность быстро уменьшается (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Влияние примесей на электропроводность меди

Для изготовления электрических проводов применяют электролитическую (катодную) медь, с суммарным содержанием примесей не более 0,05%. Катоды переплавляются в слитки, при этом содержание примесей в меди повышается. Проводниковая медь марки Ml должна содержать не более 0,1% примесей, в том числе не более, %: 0,001 Bi; 0,002 Sb; 0,002 As; 0,005 Fe; 0,002 Ni; 0,005 Pb; 0,002 Sn; 0,005 S; 0,05 O; 0,003 Ag. Фосфор для раскисления меди марки М1 не применяется.

Проводниковая медь имеет в отожженном состоянии имеет предел прочности 270 МПа. Предел прочности меди может быть повышен до 480 МПа путем холодной деформации, но при этом ее удельное сопротивление увеличивается (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Зависимость механических свойств и удельного электрического сопротивления меди марки М1 от степени деформации

Проводниковый алюминий. Недостатком алюминия является его срав-нительно низкая прочность. Отожженный алюминий почти в три раза менее прочен на разрыв, чем медь. Поэтому при изготовлении проводов его упрочняют путем холодной деформации. В этом случае предел прочности составляет 250 МПа, что является недостаточным для сопротивления сильному натяжению, которое испытывают провода в линиях электропередач. Поэтому для линий электропередач применяют провода со стальной сердцевиной.

Для кабельных и токопроводящих изделий применяют алюминий марок А00, А0, Al, A2. Проводниковый алюминий обычно содержит десятые доли процента примесей, из которых основными являются железо и кремний (таблица 3.1).

Термическая обработка проводникового алюминия для снижения его сопротивления обычно не применяется, так как холодная обработка алюминия мало снижает его электропроводность. Так при обжатии до 95 – 98% электропроводность уменьшается не более чем на 1,2% электропроводности стандартной меди.

Проводниковые сплавы. В тех случаях, когда требуется повышенная прочность или специальные свойства (например, повышенное сопротивление истиранию), применяют сплавы на алюминиевой и медной основе. Композицию сплавов подбирают таким образом, чтобы легирующий металл не растворялся в основном металле, а упрочнение сплавов достигалось за счет интерметаллических фаз.

Проводниковое железо. Удельное электрическое сопротивление железа в 7 – 8 раз выше, чем у меди. Тем не менее, железо применяют в промышленности, т.к. оно является недефицитным материалом и имеет повышенную механическую прочность. При использовании железа в качестве проводникового материала оно должно быть достаточно чистым. Обычно для этих целей применяют армко-железо.

Железо используют при изготовлении биметаллических проводов, в этом случае сердцевину провода изготовляют из железа, а поверхностный слой из материала, имеющего более высокую электрическую проводимость (медь, алюминий).

Материалы, используемые в кабельной промышленности (медь)

Медь (лат. Cuprum) — химический элемент I группы периодическойсистемы Менделеева (атомный номер 29, атомная масса 63,546). Всоединения медь обычно проявляет степени окисления +1 и +2, известнытакже немногочисленные соединения трехвалентной меди. Важнейшиесоединения меди: оксиды Cu₂O, CuO, Cu₂O₃; гидроксид Cu(OH)₂, нитрат Cu(NO₃)₂.3H₂O, сульфид CuS, сульфат(медный купорос) CuSO₄.5H₂O, карбонат CuCO₃.Cu(OH)₂, хлорид CuCl₂.2H₂O.

Медь — один из семи металлов, известных с глубокой древности.Переходный период от каменного к бронзовому веку (4 — 3-е тысячелетиедо н.э.) назывался медным веком или халколитом ( от греческого chalkos- медь и lithos — камень) или энеолитом (от латинского aeneus — медныйи греческого lithos — камень). В этот период появляются медные орудия.Известно, что при возведении пирамиды Хеопса использовались медныеинструменты.

Чистая медь — ковкий и мягкий металл красноватого, в изломе розовогоцвета, местами с бурой и пестрой побежалостью, тяжелый (плотность 8,93г/см 3 ) , отличный проводник тепла и электричества, уступая в этом отношении только серебру (температура плавления 1083 o C).Медь легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы, носравнительно мало активна. В сухом вохдухе и кислороде при нормальныхусловиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает вреакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажнымхлором образует хлорид CuCl₂, при нагревании с серой образует сульфид Cu₂S,с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействуетдаже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительнымисвойствами, на медь не действуют, например, соляная и разбавленнаясерная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется вэтих кислотах с образованием соотвествующих солей:

В атмосфере, содержащей CO₂, пары H₂O и др., покрывается патиной — зеленоватой пленкой основного карбоната (Cu₂(OH)₂CO₃)), ядовитого вещества.

Медь входит более чем в 170 минералов, из которых для промышленностиважны лишь 17, в том числе: борнит (пестрая медная руда — Cu₅FeS₄), халькопирит (медный колчедан — CuFeS₂), халькозин (медный блеск — Cu₂S), ковеллин (CuS), малахит (Cu₂(OH)₂CO₃). Встречается также самородная медь

• Плотность меди — 8,93*103кг/м 3 ;
• Удельный вес меди — 8,93 г/cм 3 ;
• Удельная теплоемкость меди при 20 o C — 0,094 кал/град;
• Температура плавления меди — 1083 o C ;
• Удельная теплота плавления меди — 42 кал/г;
• Температура кипения меди — 2600 o C ;
• Коэффициент линейного расширения меди
• (при температуре около 20 o C) — 16,7 *106(1/град);
• Коэффициент теплопроводности меди — 335ккал/м*час*град;
• Удельное сопротивление меди при 20 o C — 0,0167 Ом*мм 2 /м;

Модули упругости алюминия и коэффициент Пуассона
Наименование материала	Модуль Юнга, кГ/мм2	Модуль сдвига, кГ/мм2	Коэффициент Пуассона
Медь, литье	8400	—	—
Мель прокатанная	11000	4000	0,31-0,34
Медь холоднотянутая	13000	4900	—

Соединения меди

Оксид меди (I) Cu₂O₃ и закись меди (I) Cu₂O, как и другие соединения меди (I) менее устойчивы, чем соединения меди (II). Оксид меди (I), или закись меди Cu₂Oв природе встречается в виде минерала куприта. Кроме того, она можетбыть получена в виде осадка красного оксида меди (I) в результатенагревания раствора соли меди (II) и щелочи в присутствии сильноговосстановителя. Оксид меди (II), или окись меди, CuO — черноевещество, встречающееся в природе (например в виде минерала тенерита).Его получают прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)₂CO₃ или нитрата меди (II) Cu(NO₂)₂. Оксид меди (II) хороший осислитель. Гидроксид меди (II) Cu(OH)₂ осаждается израстворов солей меди (II) при действии щелочей в виде голубойстуденистой массы. Уже при слабом нагревании даже под водой онразлагается, превращаясь в черный оксид меди (II). Гидроксид меди (II)- очень слабое основание. Поэтому растворы солей меди (II) вбольшинстве случаев имеют кислую реакцию, а со слабыми кислотами медьобразует основные соли. Сульфат меди (II) CuSO₄ в безводномсостоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении водысинеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги ворганических жидкостях. Водный раствор сульфата меди имеет характерныйсине-голубой цвет. Эта окраска свойственна гидратированным ионам [Cu(H₂O)₄]₂+,поэтому такую же окраску имеют все разбавленные растворы солей меди(II), если только они не содердат каких-либо окрашенных анионов. Изводных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды,образуя прозрачные синие кристаллы медного купороса. Медный купоросприменяется для электролитического покрытия металлов медью, дляприготовления минеральных красок, а также в качестве исходного веществапри получении других соединений меди. В сельском хозяйстве разбавленныйраствор медного купороса применяется для опрыскивания растений ипротравливания зерна перед посевом, чтобы уничтожить споры вредныхгрибков. Хлорид меди (II) CuCl₂. 2H₂O.Образует темно-зеленые кристаллы, легко растворимые в воде. Оченьконцентрированные растворы хлорида меди (II) имеют зеленый цвет,разбавленные — сине-голубой. Нитрат меди (II) Cu(NO₃)₂.3H₂O.Получается при растворении меди в азотной кислоте. При нагревании синиекристаллы нитрата меди сначала теряют воду, а затем легко разлагаются свыделением кислорода и бурого диоксида азота, переходя в оксид меди(II). Гидроксокарбонат меди (II) (CuOH)₂CO₃.Встречается в природе в виде минерала малахита, имеющего красивыйизумрудно-зеленый цвет. Искусственно приготовляется действием Na₂CO₃ на растворы солей меди (II). 2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = (CuOH)₂CO₃v + 2Na₂SO₄ + CO₂^ Применяется для получения хлорида меди (II), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а также в пиротехнике. Ацетат меди (II) Cu (CH₃COO)₂.H₂O.Получается обработкой металлической меди или оксида меди (II) уксуснойкислотой. Обычно представляет собой смесь основных солей различногосостава и цвета (зеленого и сине-зеленого). Под названием ярь-медянкаприменяется для приготовления масляной краски. Комплексные соединения меди образуются в результатесоединения двухзарядных ионов меди с молекулами аммиака. Из солей медиполучают разноообразные минеральные краски. Все соли меди ядовиты.Поэтому, чтобы избежать образования медных солей, медную посудупокрывают изнутри слоем олова (лудят).

Производство меди

Медь добывают из оксидных и сульфидных руд. Из сульфидных рудвыплавляют 80% всей добываемой меди. Как правило, медные руды содержатмного пустой породы. Поэтому для получения меди используется процессобогащения. Медь получают методом ее выплавки из сульфидных руд.Процесс состоит из ряда операций: обжига, плавки, конвертирования,огневого и электролитического рафинирования. В процессе обжига большаячасть примесных сульфидов превращается в оксиды. Так, главная примесьбольшинства медных руд пирит FeS₂ превращается в Fe₂O₃. Газы, образующиеся при обжиге, содержат CO₂,который используется для получения серной кислоты. Получающиеся впроцессе обжига оксиды железа, цинка и других примесей отделяются ввиде шлака при плавке. Жидкий медный штейн (Cu₂S с примесьюFeS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходеконвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая или сыраямедь. Для извлечения ценных (Au, Ag, Te и т.д.) и для удаления вредныхпримесей черновая медь подвергается сначала огневому, а затемэлектролитическому рафинированию. В ходе огневого рафинирования жидкаямедь насыщается кислородом. При этом примеси железа, цинка и кобальтаокисляются, переходят в шлак и удаляются. А медь разливают в формы.Получающиеся отливки служат анодами при электролитическом рафинировании.

Основным компонентом раствора при электролитическом рафинированиислужит сульфат меди — наиболее распространенная и дешевая соль меди.Для увеличения низкой электропроводности сульфата меди в электролитдобавляют серную кислоту. А для получения компактного осадка меди враствор вводят небольшое количество добавок. Металлические примеси,содержащиеся в неочищенной («черновой») меди, можно разделить на двегруппы.

1. Fe, Zn, Ni, Co. Эти металлы имеют значительно более отрицательныеэлектродные потенциалы, чем медь. Поэтому они анодно растворяютсявместе с медью, но не осаждаются на катоде, а накапливаются вэлектролите в виде сульфатов. Поэтому электролит необходимопериодически заменять.
2. Au, Ag, Pb, Sn. Благородные металлы (Au, Ag) не претерпеваютанодного растворения, а в ходе процесса оседают у анода, образуя вместес другими примесями анодный шлам, который периодически извлекается.Олово же и свинец растворяются вместе с медью, но в электролитеобразуют малорастворимые соединения, выпадающие в осадок и такжеудаляемые.

Сплавы меди

Сплавы, повышающие прочность и другие свойства меди, получаютвведением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец,алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни — сплавы меди с цинком ( меди от 60 до 90% ицинка от 40 до 10%) — прочнее меди и менее подвержены окислению. Приприсадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционныекачества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастаетантикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются вмашиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, впроизводстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы. Раньше бронзами называли сплавы меди(80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянныебронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

• Алюминиевыебронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическимисвойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.
• Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используютглавным образом для изготовления подшипников, работающих при высокихдавлениях и больших скоростях скольжения.
• Кремниевые бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.
• Бериллиевыебронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью послезакалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин ипружинящих изделий.
• Кадмиевые бронзы — сплавы меди с небольшим количествакадмия (до1%) — используют при производстве троллейных проводов, дляизготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои — сплавы цветных металлов, применяемые припайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоевизвестен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное -цинк).

Применение меди

Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

В электротехнике медь используется в чистом виде: в производствекабельных изделий, шин голого и контактного проводов,электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования ирадиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты,трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы. Сплавы меди с другимиметаллами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторнойпромышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химическойаппаратуры.

Высокая вязкость и пластичность металла позволяют применять медь дляизготовления разнообразных изделий с очень сложным узором. Проволока изкрасной меди в отожженном состоянии становится настолько мягкой ипластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры ивыгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока измеди легко спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится изолотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом припроизводстве филигранных изделий.

Коэффициент линейного и объемного расширения меди при нагреванииприблизительно такой же , как у горячих эмалей, в связи с чем приостывании эмаль хорошо держится на медном изделии, не трескается , неотскакивает. Благодаря этому мастера для производства эмалевых изделийпредпочитают медь всем другим металлам.

Как и некоторые другие металлы, медь входит в число жизненно важныхмикроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоениирастениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала,витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата -медного купороса CuSO4.5H2O. В большом количестве он ядовит, как имногие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малыхже дозах медь необходима всему живому.

Какой кабель сдают на металлолом?

Цены актуальны на сегодня, но окончательная стоимость зависит от объема и условий сдачи.

К наиболее распространенному виду металлолома относится кабель: отслужившие свой срок провода могут стать вполне ликвидным товаром. Но чтобы получить прибыль от сдачи вторсырья, нужно знать, какой кабель принимают в пунктах металлолома.

Материал изготовления кабелей

Собираясь сдать кабель, нужно понимать, что основная ценность этого вторсырья заключается в токопроводящих жилах, которые могут быть выполнены из следующих металлов:

Последние два металла являются большой редкостью, так как провода из них используются только там, где требуется сверхпроводимость (например, в электронике). Кабели из драгметаллов имеют небольшие размеры и вес, обычно их сдают организации, которые используют проводники такого типа. Наибольшее распространение получили кабели с медными и алюминиевыми токопроводящими жилами, кроме того, широко используются кабели на основе сплавов этих металлов и биметаллические (стальная основа покрывается цветным металлом).

Разновидности кабелей

Помимо типа металла токопроводящих жил, кабельное вторсырье подразделяется в зависимости от назначения кабелей:

• силовые;
• обмоточные;
• контрольные;
• монтажные;
• кабели для связи (компьютерные, телефонные);
• неизолированные провода.

С точки зрения получения дохода от сдачи вторсырья силовые кабели выглядят наиболее предпочтительно, так как в них больше всего металла. Дело в том, что в силовых кабелях может быть до 5 токопроводящих жил, сечение каждой из них варьируется в пределе от 1,5 до 1000 кв. мм.

После силовых второе по доходности от сдачи – кабель для монтажа силовых установок. Его токопроводящие жилы изготавливаются из дорогостоящей меди, которая может покрываться сплавами на основе никеля, олова или серебра. Отличить кабель для монтажа силовых установок можно по его высокой эластичности.

Третий по прибыльности сдачи – кабель телефонных соединений (обычно в качестве них выступает витая пара из меди). Недостатком таких проводов является большое количество жил, что сильно затрудняет отделение металла от токоизолирующей обмотки.

Обмоточные провода в качестве изоляции имеют только слой эмали, что упрощает отделение самого металла, поэтому они тоже весьма интересны в качестве вторсырья.

Как подготовить кабельный лом к сдаче в пункт металлолома?

Если вы придете в пункт с отработанным кабелем, у вас его вряд ли примут. С вторсырьем потребуется предварительно выполнить следующие работы:

• отделить металл от токоизолирующей оболочки провода;
• отделить цветной лом от черного (стальными включениями можно пренебречь в случае, если это не сама жила);
• сгруппировать металлы по виду (отделить алюминий, медь и сталь).

Первый пункт в этом списке является самым сложным, отделить токоизолирующую обмотку от жилы можно несколькими способами:

• шредер;
• механическим способом;
• при помощи термообработки.

Термообработка (сжигание) – наиболее простой способ избавиться от обмотки, но использовать его не всегда целесообразно. Дело в том, что тонкие жилы могут разрушаться вместе с обмоткой. Кроме того, вспомогательная оплетка из алюминия и свинца при сжигании может загрязнить медную жилу.

Еще один способ, который доступен всем, – это механическая обработка, которая предполагает удаление обмотки кабеля вручную. Но этот процесс настолько трудоемок (для очистки кабеля придется потратить немало времени и сил), что конечная прибыль от сдачи металла может не окупить затраченных усилий.

Наиболее эффективный способ удаления обмотки – при помощи шредера: эта машина быстро и эффективно удаляет изоляцию механическим способом, после ее работы остается только чистый металл.

Цены на металлолом

Цены актуальны на сегодня, но окончательная стоимость зависит от объема и условий сдачи.

Материалы для жил силовых кабелей

Основными элементами силовых кабелей, которые имеются в любой электроустановке и предназначены для передачи электрической энергии, являются токопроводящие жилы, изоляция, оболочка и защитные покровы. (В некоторых типах есть еще экран, заполнители и защитное заземление.)

Главное различие между силовыми кабелями разного типа состоит в применении в их конструкции разных материалов для изготовления жил и изоляции, а также в типе оболочки.

Кабельные жилы могут быть многопроволочными или однопроволочными, а также различаться по форме: они бывают сегментные, секторные, круглые и т.п.

В этой статье мы обсудим, какие материалы используются для кабельных жил.

Основные материалы для изготовления жил кабелей — это алюминий и медь. Сравним их.

(Стоит сказать, что изготавливаются жилы для кабелей и из стали, а также биметаллические. Однако, в силу плохой проводимости, они очень редко используются на практике, поэтому о них мы ниже говорить не будем.)

В изготовлении силовых кабелей первое место среди материалов занимает электротехническая медь, которую получают в процессе электролитического рафинирования. Данный процесс недешев, однако именно он дает наиболее качественный проводник. Из шести классов токопроводящих жил, на которые согласно ГОСТу подразделяется данная продукция, лишь медь подходит для применения в изделиях всех классов, в том числе в кабелях повышенной гибкости.

Алюминий занимает второе место среди используемых материалов в сфере производства проводов и кабелей. Но так как цены на медь с 2008 года выросли в четыре раза (да и до этого медь была намного дороже алюминия), значение алюминиевой катанки все увеличивается. Свойствами алюминия (низкой стойкостью на излом) обусловлено то, что жилы из него не используют в гибких кабелях, а только для стационарной прокладки.

Провода из меди могут выдерживать больше изгибов в одном и том же месте, чем алюминиевые (восемьдесят против двенадцати). Но если речь идет о, например, квартирной проводке, спокойно лежащей внутри стены, то стойкость к изгибам, разумеется, теряет значение.

Жилы из меди сечением до 12 мм 2 делают однопроволочными, 25—95 мм 2 могут быть много- или однопроволочными, а с 120 до 800 мм 2 уже только многопроволочными.

Алюминий более мягок, а потому однопроволочные жилы из алюминия могут быть толще. Для алюминиевых жил те же самые цифры выглядят следующим образом: меньше 35 мм 2 — одно-, 50—240 мм 2 — одно- или много-, и от 300 до 800 мм 2 — исключительно многопроволочные.

С точки зрения устойчивости к окислению ситуация в целом одинакова, окисление алюминия, о котором говорят его противники, происходит лишь на поверхности, тогда как внутри жила сохраняет превосходные электропроводящие свойства. Примерно та же ситуация с медью – окисление идет поверхностно, но у меди еще и гораздо медленнее.

Алюминиевые жилы чаще применяют в промышленности (сварочной и металлургической), тогда как медные в основном являются материалом для электротехники и прокладки кабелей в жилых зданиях. Кроме того, для алюминиевого кабеля характерен гальванический эффект, который ведет к электрокоррозии и снижает эффективность провода. Поэтому, несмотря на дороговизну медного кабеля, в особенно ответственных конструкциях применяют именно его.

При выборе медного кабеля стоит быть аккуратным. Если в жилах силового кабеля используются неочищенная или вторичная медь, это резко снижает не только стоимость производства такого кабеля, но и его качество. Однако ни микрометр, ни весы не помогут вскрыть этот недостаток — здесь понадобится омметр – сопротивление кабеля из неочищенной меди выше эталонного сопротивление чистой медной жилы.

Итак, какие нужно сделать выводы? Алюминиевый кабель намного дешевле медного, но уступает ему почти по всем остальным параметрам. Соответственно, перед тем как выбрать алюминий, нужно тщательно взвесить, не повлияет ли какой-либо из его недостатков на использование. Только если вы абсолютно уверены, что кабель не придется часто перекладывать или прокладывать в труднодоступных местах, не придется сильно перегибать, от него не потребуется работать под высокими напряжениями и не потребуется работать в течение долгого времени (десятилетий), то можно взять именно алюминий. Во всех остальных случаях (а также если есть сомнения) рекомендуем медь.