المعرفة الأساسية بالنحاس
النحاس هو أقدم معدن استخدمه الإنسان. في وقت مبكر من عصور ما قبل التاريخ، بدأ الناس في استخراج النحاس-من مناجم النحاس المفتوحة واستخدام النحاس الذي حصلوا عليه لصنع الأسلحة والأدوات والأواني الأخرى. إن استخدام النحاس له تأثير عميق على تقدم الحضارة الإنسانية المبكرة. النحاس معدن موجود في القشرة الأرضية والمحيطات. يبلغ محتوى النحاس في القشرة الأرضية حوالي 0.01%، وفي بعض رواسب النحاس يمكن أن يصل محتوى النحاس إلى 3-5%. يوجد معظم النحاس في الطبيعة على شكل مركبات، وهي معادن النحاس. تتجمع معادن النحاس مع معادن أخرى لتكوين خام النحاس. يصبح خام النحاس المستخرج نحاسًا مركزًا بدرجة نحاس عالية بعد إثراءه.
1. الخصائص
يتمتع النحاس بخصائص فيزيائية وكيميائية جيدة مثل التوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري ومقاومة التآكل والليونة. الموصلية الكهربائية والتوصيل الحراري تأتي في المرتبة الثانية بعد الفضة. يمكن سحب النحاس النقي إلى أسلاك نحاسية دقيقة جدًا وتحويله إلى رقائق نحاسية رفيعة جدًا. يكون المقطع العرضي الطازج من النحاس النقي باللون الأحمر الوردي، ولكن بعد تكوين طبقة أكسيد النحاس على السطح، يكون المظهر باللون الأرجواني-الأحمر، لذلك غالبًا ما يطلق عليه النحاس الأحمر.
بالإضافة إلى النحاس النقي، يمكن دمج النحاس مع القصدير والزنك والنيكل ومعادن أخرى لتكوين سبائك ذات خصائص مختلفة، وهي البرونز والنحاس والنحاس الأبيض.
تسمى إضافة الزنك إلى النحاس النقي (99.99٪) بالنحاس. على سبيل المثال، تُستخدم الأنابيب النحاسية العادية التي تحتوي على 80% نحاس و20% زنك في مكثفات محطات توليد الطاقة ومشعات السيارات؛ وتسمى إضافة النيكل النحاس الأبيض، والباقي يسمى البرونز. باستثناء الزنك والنيكل، تسمى جميع سبائك النحاس مع العناصر المعدنية الأخرى البرونز. يطلق عليهم ما هي العناصر المضافة. وأهم أنواع البرونز هي برونز فوسفور القصدير وبرونز البريليوم. على سبيل المثال، يتمتع برونز القصدير بتاريخ طويل جدًا من الاستخدام في بلدي ويستخدم في صب الأجراس والحوامل الثلاثية والآلات الموسيقية وأدوات القرابين. يمكن أيضًا استخدام برونز القصدير كمحامل وبطانات وأجزاء مقاومة للتآكل-.
يختلف عن موصلية النحاس النقي، بمساعدة صناعة السبائك، يمكن تحسين قوة النحاس ومقاومته للتآكل بشكل كبير. بعض هذه السبائك مقاومة للتآكل- ولها خصائص صب جيدة، بينما تتمتع البعض الآخر بخصائص ميكانيكية جيدة ومقاومة للتآكل.
2. الاستخدامات
نظرًا للخصائص الممتازة-المذكورة أعلاه، فإن للنحاس نطاقًا واسعًا من الاستخدامات في الصناعة. بما في ذلك الصناعة الكهربائية وتصنيع الآلات والنقل والبناء وغيرها من الجوانب. في الوقت الحاضر، يستخدم النحاس بشكل رئيسي في مجال الصناعات الكهربائية والإلكترونية لتصنيع الأسلاك وكابلات الاتصالات وغيرها من المنتجات النهائية مثل المحركات ودوارات المولدات والأدوات الإلكترونية والعدادات وما إلى ذلك. ويمثل هذا الجزء من الاستهلاك حوالي نصف إجمالي الطلب الصناعي. يحتل النحاس وسبائك النحاس مكانة مهمة في رقائق الكمبيوتر والدوائر المتكاملة والترانزستورات ولوحات الدوائر المطبوعة وغيرها من المعدات والأجهزة. على سبيل المثال، تستخدم أسلاك الترانزستور سبائك نحاس زركونيوم عالية التوصيل وعالية التوصيل للحرارة. ومؤخراً، اعتمدت شركة آي بي إم، وهي شركة كمبيوتر مشهورة عالمياً، النحاس ليحل محل الألومنيوم في رقائق السيليكون، وهو ما يمثل أحدث تقدم في تطبيق أقدم معدن عرفه الإنسان في تكنولوجيا أشباه الموصلات.
في منتصف الثمانينيات، كانت الصناعة الكهربائية تمثل أكبر نسبة من استهلاك النحاس المكرر في الولايات المتحدة واليابان ودول أوروبا الغربية، ولم تكن الصين استثناءً.
منذ التسعينيات، زاد استخدام النحاس للأنابيب في صناعة البناء والتشييد بشكل كبير، ليصبح أكبر مستهلك للنحاس في الخارج. وفقًا لتقرير نشرته جمعية تنمية النحاس (CDA) في نيويورك: في عام 1997، كانت صناعة البناء لا تزال تمثل أكبر-سوق للاستخدام النهائي لمنتجات النحاس في الولايات المتحدة. غالبًا ما تستخدم صناعة البناء مقاومة النحاس للتآكل لتصنيع أنابيب المياه والأسقف وغيرها من مرافق إمدادات المياه والصرف الصحي. بالإضافة إلى ذلك، فهو يستخدم أيضًا في ديكور المباني نظرًا لمظهره الجميل. يحتل استخدام النحاس في صناعة البناء المركز الأول في إجمالي استهلاك منتجات النحاس في الولايات المتحدة. وفقا للإحصاءات الداخلية الصادرة عن مجموعة المعادن غير الحديدية الصينية، في عام 1997، كانت الصناعة الكهربائية (بما في ذلك الأسلاك والكابلات) تمثل 77.7٪ من استهلاك النحاس في بلدي، لتصبح أكبر سوق للنحاس. مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، يتوسع نطاق تطبيق النحاس، وبدأ النحاس في لعب دور في الطب والبيولوجيا والموصلية الفائقة والبيئة. على سبيل المثال، عندما تحتوي رغوة البولي يوريثان البلاستيكية على النحاس أو أكسيد النحاس، فإنها يمكن أن تقلل بشكل كبير من الغاز السام القاتل المنبعث عندما يحرق هذا البلاستيك - سيانيد الهيدروجين (HCN). تثبت كمية كبيرة من البيانات البحثية أن تأثير النحاس المبيد للجراثيم يمكن أن يقلل بشكل فعال من انتشار بكتيريا الالتهاب الرئوي، ويمنع نمو البكتيريا، ويحافظ على مياه الشرب نظيفة وصحية. ولذلك، فإن آفاق التنمية المستقبلية لأنابيب النحاس في صناعة البناء والتشييد المحلية ستكون واسعة جدا.
3. احتياطيات النحاس:
تنقسم الأنواع الصناعية لمناجم النحاس في العالم إلى تسع فئات: نوع الحجر السماقي، ونوع الحجر الرملي، ونوع النحاس-نوع كبريتيد النيكل، ونوع البيريت، ونوع النحاس-اليورانيوم-نوع الذهب، ونوع النحاس الطبيعي، ونوع الوريد، ونوع الكربونات، ونوع السكارن. الفئات الأربع الأولى هي الأكثر أهمية، حيث تمثل 96% من إجمالي احتياطي النحاس في العالم، منها مناجم الحجر السماقي والصخر الرملي تمثل 55% و29% على التوالي. يوجد حوالي 60 منجمًا عملاقًا للنحاس باحتياطيات نحاس تزيد عن 5 ملايين طن في العالم، منها 38 منجم البورفيري و15 منجم الصخر الرملي، وهو ما يمثل 88% من إجمالي مناجم النحاس العملاقة. هناك عدد قليل جدًا من موارد تركيز النحاس المتاحة للتعدين في الصين. في الوقت الحاضر، مناجم النحاس الرئيسية هي منجم ديكسينغ للنحاس في جيانغشي، ومنجم نحاس يولونغ في التبت، ومنجم نحاس يولونغ ومنجم نحاس أشيلي المكتشف مؤخرًا في شينجيانغ. 4. عملية صهر النحاس يصبح خام النحاس المستخرج من منجم النحاس مركزًا للنحاس أو رمل خام النحاس بدرجة نحاس أعلى بعد إثراءه. يحتاج تركيز النحاس إلى صهره واستخلاصه قبل أن يصبح نحاسًا مكررًا ومنتجات نحاسية. في الوقت الحاضر، هناك طريقتان رئيسيتان لصهر النحاس في العالم: معالجة المعادن الحرارية واستخلاص المعادن المائية (SX-EX) 1. طريقة الحريق:
يتم إنتاج النحاس الكاثود، المعروف أيضًا باسم النحاس الإلكتروليتي، من خلال الصهر والتكرير الإلكتروليتي، وهو مناسب بشكل عام لخامات كبريتيد النحاس عالية الجودة-.
بالإضافة إلى تركيز النحاس، يعد النحاس الخردة أحد المواد الخام الرئيسية للنحاس المكرر، بما في ذلك النحاس الخردة القديم والنحاس الخردة الجديد. النحاس الخردة القديم يأتي من المعدات القديمة و
الآلات القديمة والمباني المهجورة والأنابيب تحت الأرض؛ يتم الحصول على خردة النحاس الجديدة من قصاصات النحاس التي يتم التخلص منها بواسطة مصانع المعالجة (نسبة إنتاج المواد النحاسية حوالي 50٪). وبشكل عام، فإن إمدادات النحاس الخردة مستقرة نسبيًا. يمكن تقسيم خردة النحاس إلى: خردة النحاس العارية: درجة أعلى من 90%؛ خردة النحاس الأصفر (الأسلاك): النحاس-الذي يحتوي على مواد (المحركات القديمة، لوحات الدوائر)؛
ويسمى النحاس الناتج من خردة النحاس والمواد المماثلة الأخرى أيضًا بالنحاس المعاد تدويره.
2. الطريقة الرطبة:
تعتبر السفينة مناسبة لأكسيد النحاس ذي الدرجة المنخفضة-، ويسمى النحاس المكرر المنتج بالنحاس الإلكتروليتي.
عملية الصهر الرطب هي:
3. خصائص عمليتي معالجة المعادن الحرارية واستخلاص المعادن المائية
عند المقارنة بين عمليتي إنتاج النحاس، علم المعادن الحراري وعلم المعادن المائي، توجد الخصائص التالية:
(1) معدات الصهر الخاصة بالأخيرة أبسط، ولكن محتوى الشوائب أعلى، وهو مكمل مفيد للأولى.
(2) هذا الأخير له حدود ويخضع لدرجة ونوع الخام.
(3) تبلغ تكلفة الأول حوالي 70-80 سنتًا/رطل (حوالي 1540-1760 دولارًا أمريكيًا/طن)، في حين أن تكلفة الأخير تبلغ فقط 30-40 سنتًا/رطل (حوالي 660-880 دولارًا أمريكيًا/طن).
ويمكن ملاحظة أن تكنولوجيا معالجة المعادن بالمياه لها مزايا كبيرة، ولكن نطاق تطبيقها محدود. لا يمكن صهر جميع مناجم النحاس بهذه العملية. ومع ذلك، من خلال التحسينات التكنولوجية، قامت المزيد والمزيد من البلدان، بما في ذلك الولايات المتحدة وشيلي وكندا وأستراليا والمكسيك وبيرو، بتطبيق هذه العملية على المزيد من مناجم النحاس في السنوات الأخيرة. أدى تحسين تكنولوجيا التعدين المائي وتعزيز تطبيقها إلى خفض تكلفة إنتاج النحاس، وزيادة القدرة الإنتاجية لمناجم النحاس، وزيادة المعروض من الموارد الاجتماعية على المدى القصير، وتسبب في فائض نسبي في إجمالي العرض الاجتماعي، وكان له تأثير شد على الأسعار. في عام 1997، انخفض سعر النحاس الآجل من 2600 دولار أمريكي للطن في عام 1996 إلى حوالي 1600 دولار أمريكي للطن في نوفمبر 1998. ويرتبط هذا ارتباطًا مباشرًا بحقيقة أن نسبة العمليات التعدينية المائية قد زادت بشكل كبير، مما أدى إلى طرح كمية كبيرة من النحاس منخفض التكلفة-في السوق. في الوقت الحاضر، نظرًا لأن متوسط تكلفة إنتاج النحاس يتراوح بين 1400 و1600 دولار أمريكي للطن (64-73 سنتًا للرطل الواحد)، فإن انخفاض أسعار العقود الآجلة يمثل عودة معقولة للأسعار إلى القيمة. ومع استمرار تزايد نسبته في عملية الصهر، فإن اتجاه سعر النحاس سوف يتأثر بشكل أعمق. وفقًا للتقارير، فإن التكلفة الدنيا الحالية لصهر النحاس التعديني المائي تبلغ 20 سنتًا فقط للرطل (أي ما يعادل 450 دولارًا أمريكيًا للطن)، والأعلى هو 77 سنتًا للرطل (أي ما يعادل 1697.5 دولارًا أمريكيًا للطن)، والمتوسط أقل من 50 سنتًا للرطل (أي ما يعادل 1100 دولار أمريكي للطن). تجدر الإشارة إلى أنه في عام 1995، كان متوسط تكلفة إنتاج صهر النحاس الرطب 39 سنتًا فقط للرطل الواحد. في الآونة الأخيرة، ارتفع متوسط تكلفة إنتاج صهر النحاس الرطب، ويرجع ذلك أساسًا إلى توسيع عملية صهر النحاس الرطب لتشمل معالجة معادن كبريتيد النحاس. تعد عملية صهر النحاس الرطب أكثر ملاءمة لمعالجة معادن أكسيد النحاس والخامات الفقيرة، بينما عند معالجة معادن الكبريتيد والخامات الأكثر ثراء، أو عندما يقع المنجم في منطقة باردة، تكون تكلفة إنتاج تكنولوجيا صهر النحاس الرطب أعلى أيضًا، حيث تزيد في الغالب عن 50 سنتًا للرطل الواحد. بدأت الصين في دراسة تكنولوجيا استخراج النحاس من خامات النحاس منخفضة الجودة في السبعينيات. وفي عام 1983، تم إنشاء أول مصنع لصهر النحاس الرطب، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 120 طنًا. في الآونة الأخيرة، وبفضل إدخال مستخرجات النحاس الأجنبية الممتازة وتطور صناعة النحاس المحلية، تم بناء العشرات من المصاهر الرطبة الصغيرة، تتراوح من بضع مئات إلى 2000 طن، لكن الإنتاج السنوي للنحاس يبلغ 15000 طن فقط، وهو بعيد عن أن يكون كافيًا مقارنة بالإنتاج السنوي البالغ مليون طن من النحاس المكرر في بلدي. وفي الوقت الحاضر، تبلغ تكلفة إنتاج النحاس في بلدي حوالي 18500 يوان، وهو أعلى بكثير من المتوسط العالمي البالغ 1477 دولارًا أمريكيًا (67 سنتًا). خلال فترة "95"، أدرجت لجنة تخطيط الدولة وشركة صناعة المعادن غير الحديدية الصينية مشروع التعدين المائي كمشروع بحث رئيسي، وبنت العديد من المصانع التجريبية في منجم ديكسينغ للنحاس، ومنجم يولونغ للنحاس، ومنجم داي تونغلوشان للنحاس وأماكن أخرى. وبعد عدة سنوات من العمل الشاق، تشير التقديرات إلى أن تكنولوجيا التعدين المائي في بلدي ستحقق تطورا كبيرا بحلول نهاية هذا القرن، ومن المقدر أن تصل الطاقة الإنتاجية السنوية إلى أكثر من 50 ألف طن. ووفقاً للإحصاءات، فإن إنتاج النحاس المكرر من صهر النحاس التعديني المائي شكل 2.5% من إنتاج النحاس المكرر في العالم في عام 1980، وارتفعت النسبة إلى 10% في عام 1994 و18% في عام 1997. ومن المتوقع أن ترتفع نسبة إنتاج النحاس التعديني المائي في النهاية إلى ما بين 25-35%.
