Мы продолжаем рассказывать о различных металлах, истории их открытия, применении и патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о меди. 

История открытия меди

Медь (англ. Copper, франц. Cuivre, нем. Kupfer) — один из первых металлов, которые человек стал применять для технических целей. Периоды использования меди и бронзы ознаменовали целые эпохи культурного развития человечества под названием медный век и бронзовый век. Древнейшие изделия, по-видимому, из самородной меди, найденные в Египте, относятся к Древнему царству. Позднее египтяне добывали медь из ее окисных руд (бирюзы, малахита и др.). Выплавка меди производилась в широком масштабе не только в Древнем Египте, но и в Месопотамии, на Кавказе и в других странах и регионах тысячелетия назад. 

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже в III в. до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. У Страбона медь именуется халкосом от названия города Халкиды на Эвбее. 

Потребление

Медь входит в число основных промышленных металлов. Направления использования меди и сплавов на ее основе прежде всего связаны с производством электротехнической, электронной и телекоммуникационной продукции, инженерных систем и покрытий в строительстве, транспортном машиностроении (двигателестроение, изготовление различного оборудования и его компонентов).

Основными сферами использования меди являются строительство (29% мирового потребления), инфраструктура (в первую очередь, электросети — 27%), потребительские товары (22%), транспорт (11%), тяжелое машиностроение (11%). 

Добыча из недр

Запасы меди в недрах подсчитаны в 99 странах мира и оцениваются в 825 млн т, ресурсы — более чем в 2 млрд т. Лидерами производства первичной меди являются Чили (26%), Перу (11%), Китай (9%), ДР Конго (8%), США (6%) и Россия (4%) при мировом производстве 20-21 млн тонн.

Рудничное производство меди включает получение металла в концентратах, а также в виде катодной меди, извлекаемой методом выщелачивания с последующей жидкостной экстракцией-электролизом (SX–EW). 

Производство рафинированной меди, по данным International Copper Study Group (ICSG), составляло последние года порядка 25 млн тонн, в том числе около 21 млн т из первичного сырья и более 4,1 млн тонн из вторичного.

По оценкам международного аналитического агентства Economist Intelligent Unit (EIU) мировое производство рафинированной меди на 40% сосредоточено в Китае. КНР также является крупнейшим потребителем меди — более 50% мирового потребления.

Медь в России

Геологические запасы меди в нашей стране велики, в категориях А+В+С1 они составляют около 80 млн тонн.

Согласно Стратегии развития минерально-сырьевой базы до 2035 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 22.12.2018 № 2914-р, медь относится к полезным ископаемым первой группы, сырьевая база которых достаточна для обеспечения потребностей экономики на долгосрочную перспективу при любых сценариях ее развития и не требует проведения активных геологоразведочных работ, направленных на ее воспроизводство. Медь также включена в перечень основных видов стратегического минерального сырья, утвержденный распоряжением Правительства РФ от 30.08.2022 № 2473-р.

В России осуществляется полный производственный цикл переработки медных руд. На горно-обогатительных предприятиях выпускаются медные концентраты различных марок, металлургический комплекс обеспечивает их дальнейшую переработку и получение рафинированной меди в различных формах, из которых на обрабатывающих предприятиях выпускаются изделия из меди и ее сплавов широкой номенклатуры. 

В РФ на медь разрабатывается 48 коренных месторождений, в том числе 40 существенно медных и 8 комплексных медьсодержащих, а также 3 техногенных месторождения. Основной объем добычи меди обеспечивают предприятия трех вертикально-интегрированных холдингов: ПАО «ГМК «Норильский никель» («Норникель»), ОАО «Уральская горно-металлургическая компания» (ОАО «УГМК») и АО «Русская медная компания» (АО «РМК»). Добываемые руды перерабатываются на собственных обогатительных фабриках (ОФ) предприятий, а получаемые концентраты в основном направляются на принадлежащие им же металлургические заводы. Добычу меди в стране ведут еще 19 компаний, в том числе две — ООО «Башзолото» (Вишневское) и ООО «Удоканская медь» (Удоканское) — на подготавливаемых к освоению месторождениях.

Внутреннее потребление в РФ

В обрабатывающем секторе промышленности из меди и ее сплавов выпускается продукция широкой номенклатуры: кабельно-проводниковая, прокат (трубы и трубки, листы и полосы, прутки, профили, проволока, слитки, шины, фольга и др.), штампованные изделия (кабельные наконечники, гильзы, шайбы, прокладки), которые находят применение в машиностроении, строительстве, производстве электротехнических и электронных изделий. Получаемый из меди медный купорос используется в качестве фунгицида в сельском хозяйстве, строительстве, текстильной промышленности и др. Разнообразная медная продукция также потребляются домохозяйствами.

Патентный аспект

На портале Google.Patents указано 100000 документов по слову Copper. Среди патентообладателей нет абсолютных лидеров, патенты распылены по сотням промышленных компаний. Но топ-5 выглядит так:

Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (株式会社半導体エネルギー研究所) — 4,1%;

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. — 3,4%;

True Velocity Ip Holdings, Llc — 1,4%;

iCometrue Company Ltd. — 1,3%;

Applied Materials, Inc. — 1,2%.

То есть, в целом по миру первые строки занимают транснациональные компании из Тайваня, Японии и США. Первой по активности компанией является Semiconductor Energy Laboratory Co., ее основателю Ямадзаки Сюмпэю мы уже посвятили отдельный материал на Хабре. 

Популярные темы в рамках международной патентной классификации всего по миру выглядят так, % от всех патентов на медь:

  • полупроводниковые приборы H01L — 39,8%;

  • сокращение выбросов парниковых газов Y02E — 14,4%;

  • печатные схемы; корпусы или детали электрических приборов H05K — 12,4%;

  • способы и устройства, например батареи, для непосредственного преобразования химической энергии в электрическую H01M — 10,1%;

  • защита природы в разных процессах, в т.ч. биологическая очистка Y02P — 8,7%;

  • химические и физические процессы B01J — 8,2%;

  • разное оборудование Y10T — 6,5%;

  • покрытия C23C — 6,3%.

Видно, что с большим отрывом лидируют полупроводниковые приборы, патентов по ним в базе Google.Patents аж 66042 единиц! А что же в России? 

В базе ФИПС на слово «медь» в реферате числится 8849 патент РФ на изобретения, из которых 2822  действующие. Тематика медных изобретений РФ очень разнообразна. Нас интересуют в первую очередь высокие технологии, но пробежимся и по другим сферам. 

В разделе «технологии процессов, B» — 547 патентов.  Способы получения направлены на различные сплавы, например электроконтактные проводы — №2540944, катализаторы, в частности — №2671498 и №2771385,  композиты — №2811355, квазикристаллические износостойкие покрытия — №2434077 и  т.п.

В разделе «химия и металлургия, C» 2183 патента — от металлургии первичной меди до разнообразных металлических, керамических и прочих соединений. Ясно, что по этой тематике классифицировано большинство патентов на изобретения в РФ (75,4%). Сравнивая с мировой структурой медных патентов легко видеть, что в нашей стране упор сделан на первичные химико-металлургические изобретения, а за границей – в Японии, Южной Корее, на Тайване — на готовые изделия с медью, в первую очередь, в области электроники и электротехники, в том числе в экологическом, природоохранном аспекте.

Собственно, в российском разделе «электричество, H» — 169 патентов на изобретения, в большинстве по электротехнике (№2522584 — контакты, поглотитель электромагнитных волн — №2580408 и пр.). 

Так, к микроэлектронике относится способ изготовления многослойных печатных плат от АО  Государственный Рязанский приборный завод (№2674290), смысл которого в том, что в печатных платах выполняют глухие переходные отверстия, размещаемые непосредственно под контактными площадками выводов элементов, металлизируют их и заращивают медью. 

Патентов РФ на полезные модели по меди числится 1265. Из них действующих 200, в основном они повторяют тематику изобретений. По микроэлектронике и электротехнике — 117 штуки, то есть больше половины. Например, №199754 «Кабель силовой», №212366 «Дугогасительная камера», №213234 «Коллекторный узел мощного СВЧ прибора», №163839 «Мощная полупроводниковая микросхема». 

Программ для ЭВМ по слову «медь» в РФ зарегистрировано всего 67 штук разнообразной тематики от извлечения первичной меди из технологических растворов, рафинирования меди, роста трещин в медных материалах, профили теплопроводности медных теплообменников — до обсчёта равновесия на рынке меди. Примерами в области электроники являются:

  • Программа для расчета эффективной диэлектрической проницаемости двухкомпонентной композитной среды — №2022667735.

  • Программа синтеза нанокомпозитов на основе оксида меди и металлорганических каркасов при плазмохимическом распылении меди — №2020614494.

Баз данных в РФ по меди — 96. В основном они касаются экологии, но также медным электродам, характеристикам катализаторов, археологическим артефактам бронзового века и содержания меди в крови беременных женщин.

Также в РФ зарегистрировано 9 топологий интегральных схем с медью.

Перспективные исследования 

В базе научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ гражданского назначения числится около 16 тыс. документов по ключевому слову медь, в основном отчёты по НИР по грантам и диссертации. 

Наше внимание привлекли сведения о начинаемых НИОКТР со сроками исполнения 2025-2026 годы. В частности, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН решает технологические проблемы, например способы рециклинга клинкера вельцевания пылей электросталеплавильного производства на основе магнитной сепарации и выщелачивания за 3 млн руб. от Российского научного фонда. 

Исследование влияния методов консолидации на свойства порошковых конструкционных и функциональных материалов Институт начал за грант от Минобрнауки РФ в 7,6 млн руб. Цель — развитие высокоэнергетических способов получения высокоплотных композиций на основе порошков меди и вольфрама. 

Развитие физико-химических основ создания металлических конструкционных и функциональных материалов с заданными комплексами механических, коррозионных и специальных эксплуатационных свойств осуществляется им за грант в 37,8 млн руб. от Минобрнауки РФ. В частности, в двухкомпонентной системе Al-Cu для заэвтектических составов равновесной диаграммы состояния будут изучены интервалы кристаллизации и морфология интерметаллида Al2Cu. 

Заключение

Медь — это не только Бронзовый век на уроках истории в школе, но и полезный тепло- и электропроводящий компонент в электронике. Медные кабели и провода известны всем, кто хоть раз сталкивался с электричеством. Даже в устройстве, с которого вы только что прочли данную статью, содержится медь. 

Согласно исследованию Copper Price Forecast 2024, 2025, 2030: Is Red Metal Set for New Record High? после рекордно высокого уровня в 10845 долларов за тонну в марте 2022 года цена на медь неуклонно снижалась в течение последних двух лет из-за ослабления экономики Китая. Агрессивное ужесточение денежно-кредитной политики в Соединенных Штатах, вызванной резким ростом инфляции, усугубили падение цен на медь, которая часто рассматривается как барометр экономического здоровья.

Однако в долгосрочной перспективе ожидается, что спрос при неуклонном переходе на «зеленую» энергетику станет попутным ветром для меди.

Что же касается патентного аспекта, то очевидно, что в плане металлургии все хорошо, чего не скажешь об упомянутых выше полупроводниках. Здесь лидерство у Японии, Тайваня и США.  

Полезное от Онлайн Патент:

  1. Как получить господдержку для IT-компании?

  2. Какие выгоды можно получит от регистрации программы для ЭВМ?

  3. Как защитить базу данных клиентов?

  4. Не только айтишники: какие компании могут внести свои программы в Реестр отечественного ПО?  

  5. Руководство по товарным знакам в 2024 году.

Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале