مقدمة

في كل مرة تقوم فيها بتشغيل الضوء، أو استخدام جهاز في منزلك، أو تشغيل الصنبور، فإن النحاس هو الذي يوصل إليك الكهرباء أو الماء. لذلك يعد النحاس معدنًا مهمًا جدًا للبشر ويجمع بين خصائص مفيدة أكثر من أي معدن آخر.

يحتوي المنزل العائلي المتوسط ​​على أكثر من 90 كجم من النحاس: 40 كجم من الأسلاك الكهربائية، و30 كجم من السباكة، و15 كجم من معدات البناء، و9 كجم داخل الأجهزة الكهربائية، و5 كجم من السلع النحاسية. تحتوي طائرة بوينغ 747-200 النفاثة على حوالي 1.8 طن من النحاس. يحتوي تمثال الحرية في نيويورك على أكثر من 27 طناً من النحاس.

3 / 7

بكرة من الأسلاك النحاسية.

ملكيات

النحاس هو المعدن الوحيد الموجود في الطبيعة، غير الذهب، وله لون مميز. مثل الذهب والفضة، يعتبر النحاس موصلًا ممتازًا للحرارة والكهرباء. كما أنها قابلة للطرق والسحب للغاية. النحاس أيضًا مقاوم للتآكل (لا يصدأ بسهولة). النحاس ناعم ولكنه قوي. يتم مزجه بسهولة مع معادن أخرى لتكوين سبائك مثل البرونز والنحاس. البرونز عبارة عن سبيكة من القصدير والنحاس، والنحاس عبارة عن سبيكة من الزنك والنحاس. يمكن إعادة تدوير النحاس والنحاس بسهولة - ربما تم إعادة تدوير 70% من النحاس المستخدم الآن مرة واحدة على الأقل.

خصائص النحاس

الاستخدامات

اليوم يستخدم النحاس، لأنه موصل جيد للكهرباء، في المولدات الكهربائية والمحركات للأسلاك الكهربائية وفي السلع الإلكترونية، مثل أجهزة الراديو والتلفزيون. كما أن النحاس موصل جيد للحرارة، لذلك يتم استخدامه في مشعات السيارات ومكيفات الهواء- وأنظمة التدفئة المنزلية.

وبما أن النحاس لا يتآكل بسهولة، فإنه يستخدم أيضًا في أنابيب المياه. وتعني قابليتها للطرق أنه يمكن ثني الأنابيب النحاسية للالتفاف حول الزوايا بسهولة، دون أن تنكسر.

تستخدم كبريتات النحاس كمبيد للفطريات لمنع جذور النباتات من سد المصارف وأنظمة الصرف الصحي. اللون الأزرق-الأخضر للأخشاب المعالجة هو نتيجة نفثانات النحاس وزرنيخات النحاس-الكروم-التي تم إدخالها تحت الضغط للمساعدة في حماية الخشب من الحفارين.

يستخدم النحاس أيضًا في صنع العملات المعدنية والأدوات العلمية وكذلك في التطبيقات الزخرفية.

يوجد حوالي 15 جرامًا من النحاس في الهاتف المحمول، وقد حل النحاس مؤخرًا محل الألومنيوم في رقائق الكمبيوتر.

تاريخ

كان النحاس أول معدن استخدمه الإنسان. اكتشفه إنسان العصر الحجري الحديث منذ حوالي 9000 عام واستخدمه بدلاً من الحجر، حيث كان تشكيله أسهل بكثير. وبهذه الطريقة، تمكنوا من تشكيل النحاس إلى عناصر مفيدة مختلفة مثل الحاويات والأواني - وهي قفزة كبيرة إلى الأمام للجنس البشري. كما أن لونه الجميل جعل النحاس جذابًا للاستخدام في المجوهرات والحلي.

هناك أدلة على أن النحاس تم استخدامه منذ العصور المبكرة، حيث اكتشف علماء الآثار قطعة من الأنابيب النحاسية المستخدمة منذ 5000 عام من هرم خوفو في مصر. حوالي 4000 قبل الميلاد، تم اكتشاف البرونز (سبيكة أكثر صلابة) عن طريق خلط النحاس مع كمية صغيرة من القصدير. تم استخدامه لصنع الأسلحة والدروع والأدوات وأدوات الزينة - وهكذا بدأ العصر البرونزي النحاسي. على الرغم من أن صناعة الأدوات البرونزية أصبحت مهملة إلى حد كبير مع بداية العصر الحديدي حوالي 1000 قبل الميلاد، إلا أن النحاس استمر في استخدامه لخصائصه الأخرى. وباعتباره أحد المعدنين الملونين فقط، فإن جماله يجعله مرغوبًا للغاية لصنع الحلي، كما أن مقاومته للتآكل تجعله مناسبًا للاستخدام في البحر أو بالقرب منه.

إن القدرة على تحويل النحاس إلى صفائح ومقاومته للصدأ جعلته مادة تسقيف شائعة في المباني المهمة.

ارتبط نمو صناعة النحاس ارتباطًا وثيقًا بزيادة استخدام الكهرباء. لا تزال التطبيقات الكهربائية هي الاستخدام الرئيسي للمعدن، والذي يمكن أن يعزى إلى خاصيتين فيزيائيتين. وهو موصل ممتاز للكهرباء (والحرارة)، كما أنه مرن بما يكفي لسحبه إلى سلك وضربه على شكل صفائح دون أن ينكسر. يستخدم النحاس على نطاق واسع في مكونات السباكة وهو مكون رئيسي في السبائك، وكثير منها أصلب وأقوى وأكثر صلابة من العناصر المكونة لها. في عام 1837، حصل تشارلز ويتستون وويليام كوك على براءة اختراع لأول تلغراف كهربائي باستخدام الأسلاك النحاسية. في عام 1876 كان ألكسندر جراهام بيل أول من استخدم أسلاك الهاتف النحاسية. في عام 1878، اخترع توماس إديسون أول ضوء كهربائي، حيث اعتمد على النحاس لنقل التيار إليه. وفي غضون سنوات قليلة، أدى الاستخدام الشامل لهذين الاختراعين إلى زيادة مذهلة في تعدين وإنتاج النحاس.

تشكيل

ونظرًا لأن النحاس يتفاعل بسهولة مع مواد أخرى، فمن الممكن أن يتشكل بطرق متنوعة في القشرة الأرضية. وغالبًا ما يوجد في الرواسب مع معادن أخرى مثل الرصاص والزنك والذهب والفضة.

تم العثور على أكبر كميات من النحاس في القشرة في أجسام تعرف باسم رواسب النحاس السماقي. وكانت هذه الرواسب عبارة عن كتل كبيرة من الصخور المنصهرة التي بردت وتصلبت في القشرة الأرضية. وعندما بردت، نمت بعض البلورات الكبيرة، والتي كانت بعد ذلك محاطة ببلورات أصغر عندما أصبح التبريد أكثر سرعة - يسمي الجيولوجيون هذه الصخور بالبورفيريات. في البداية، تم نشر النحاس في جميع أنحاء الكتلة الكبيرة من الصخور المنصهرة بتركيزات منخفضة. وعندما بردت الصهارة وبدأت تتشكل البلورات، أصبحت كمية الذوبان أقل. بقي النحاس في المنصهر، وأصبح أكثر تركيزًا. عندما كانت الصخرة صلبة تمامًا تقريبًا، انكمشت وتصدعت وتم ضغط السائل الغني بالنحاس المتبقي-في الشقوق، حيث تتصلب أيضًا في النهاية. على مدار ملايين السنين، تآكلت الصخور التي تغطي هذه الرواسب وظهرت الرواسب في النهاية على السطح. ومن أمثلة رواسب الحجر السماقي كاديا هيل (نيو ساوث ويلز) وسيرو كولورادو (بنما).

يُسمى خليط من النحاس والحديد والكبريت بالكالكوبايرايت (CuFeS₂) أو "الذهب الأحمق"، وقد خدع العديد من المنقبين القدامى-! تم العثور على الكالكوبايرايت في أستراليا في صخور يزيد عمرها عن 250 مليون سنة. بورنيت (النحاس₅فاس₄) والكوفيليت (CuS) والكالكوسيت (Cu₂S) تعتبر مصادر مهمة للنحاس في العالم كما تحتوي العديد من أجسام الخام على بعض الملكيت (CuCO₃.النحاس (أوه)₂) ، اللازورد (Cu₃(كو₃) 2. النحاس (أوه)₂) ، كوبريت (Cu₂O)، والتينوريت (CuO) والنحاس الأصلي. الكبريتيدات، التي تنتج معظم النحاس المنتج في جميع أنحاء العالم، تشغل عمومًا الأجزاء العميقة من العقد التي لم تتعرض للعوامل الجوية. بالقرب من السطح يتم تغييرها عن طريق الأكسدة والإجراءات الكيميائية الأخرى لإنتاج الأكاسيد والكربونات. قد تشكل هذه المعادن النحاسية الثانوية خامًا غنيًا في الأجزاء العليا من العديد من الرواسب، ونظرًا للون الأخضر أو ​​الأزرق المميز، يمكن رؤية كميات صغيرة بسهولة في الصخور التي تتواجد فيها. توجد عادة المعادن الحاملة للنحاس مع المعادن التي قد تحتوي على الذهب والرصاص والزنك والفضة.

موارد

في أستراليا، بدأ البحث عن النحاس بعد وقت قصير من الاستيطان الأوروبي. كان أول اكتشاف كبير للنحاس في أستراليا في كابوندا بجنوب أستراليا في عام 1842 عندما عثر فرانسيس داتون على خام النحاس أثناء البحث عن الأغنام المفقودة. بحلول ستينيات القرن التاسع عشر، كانت جنوب أستراليا تُعرف باسم "مملكة النحاس" لأنها كانت تمتلك بعضًا من أكبر مناجم النحاس في العالم.

تمتلك أستراليا جزءًا كبيرًا من النحاس في العالم، واحتلت المرتبة الثانية خلف تشيلي في عام 2016، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS). لدينا العديد من مناجم النحاس ذات الأهمية العالمية، بما في ذلك رواسب النحاس -الرصاص- والزنك في جبل إيسا في كوينزلاند ورواسب الذهب -اليورانيوم-النحاس في السد الأولمبي في جنوب أستراليا والتي يتم استخراج واحدة من أكبر رواسب النحاس-في العالم. توجد أمثلة أخرى لموارد النحاس المهمة في رواسب الذهب في Prominent Hill وCarrapateena النحاس-في جنوب أستراليا، ورواسب النحاس في Northparkes-الذهب، ونحاس CSA-الرصاص-رواسب النحاس في نيو ساوث ويلز، ورواسب النحاس في Ernest Henry وOsborne وMammoth ورواسب الذهب-النحاس في سيلوين في كوينزلاند و رواسب النحاس-الزنك في Golden Grove ورواسب النحاس Nifty في غرب أستراليا.

رواسب النحاس الأسترالية والمناجم العاملة، 2022
يعتمد حجم الودائع على إجمالي الموارد (EDR + الموارد الاقتصادية الفرعية المثبتة + المستنتجة).
من أجل الوضوح، يتم تصنيف الودائع الكبيرة أو الكبيرة فقط.

التعدين

على الرغم من أنه يتم استخراج رواسب النحاس الكبيرة بطرق القطع المفتوح- في العديد من البلدان المنتجة الرئيسية، إلا أن معظم خام النحاس المنتج في أستراليا يأتي من مناجم تحت الأرض. تتضمن الطريقة التقليدية المستخدمة في معظم المناجم تكسير الخام وإحضاره إلى السطح لسحقه. يتم بعد ذلك طحن الخام جيدًا قبل أن يتم تركيز معادن النحاس التي تحتوي على كبريتيد-من خلال عملية التعويم التي تفصل حبيبات المعدن الخام عن مواد النفايات أو الشوائب. اعتمادًا على نوع المعادن الحاملة للنحاس في الخام وعمليات المعالجة المستخدمة، يحتوي التركيز عادةً على ما بين 25 إلى 30% من النحاس، ومع ذلك قد يصل إلى حوالي 60% من النحاس. ثم تتم معالجة التركيز في مصهر.

يعالج

في بعض المناجم الأسترالية، يتم ترشيح النحاس من الخام لإنتاج محلول غني بالنحاس- والذي يتم معالجته لاحقًا لاستعادة معدن النحاس. يتم تكسير الخام أولاً ووضعه على منصات الترشيح حيث يتم إذابته بواسطة محلول حمض الكبريتيك لتصفية النحاس. يتم بعد ذلك ضخ المحلول الغني بالنحاس- إلى محطة استخلاص المذيبات لفصل النحاس كمركب نحاسي. يتم تركيز هذا ويتم تمرير المحلول إلى محطة الاستخلاص الكهربائي لاستعادة النحاس. تحتوي كاثودات النحاس المنتجة بالاستخلاص الكهربائي على 99.99% من النحاس وهو مناسب للاستخدامات الكهربائية. تُعرف هذه العملية برمتها باسم الاستخلاص الكهربائي بالمذيبات (SX-EW).

يتم استخدام طرق صهر مختلفة لتحويل المركزات إلى معدن النحاس. تتمثل إحدى الطرق في صهرها بالصهورات في فرن صهر لإنتاج النحاس غير اللامع، وهو عبارة عن خليط أساسًا من الحديد وكبريتيد النحاس الذي يحتوي عادةً على 50 إلى 70٪ من النحاس. يتم صب المادة المنصهرة في محول يحتوي على المزيد من التدفقات ويتم تحويلها إلى نحاس نفطة، وهو نقي بنسبة 98 إلى 99٪ تقريبًا. يتم استغلال النحاس البثري، ثم تكريره في فرن الأنود، ثم تنقيته كهربائيًا في النهاية إلى نحاس الكاثود النقي.

وفي Olympic Dam، يتم صهر المركز-مباشرة إلى النحاس البثري. في هذه العملية يتم تغذية مركز النحاس إلى المصهر بالهواء الغني بالأكسجين-. يتفاعل المركز الناعم أو "يومض" على الفور حيث يتم حرق جزء الكبريت من كبريتيد النحاس ويتحول إلى غاز ثاني أكسيد الكبريت. يسقط النحاس المنصهر والخبث في موقد المصهر. يشكل الخبث طبقة على سطح النحاس المنصهر. تتم إزالة النحاس البثري بشكل دوري لمزيد من التنقية في فرن الأنود ويتم تكريره كهربائيًا.

مزيد من المعلومات

مزيد من المعلومات عن الموارد والإنتاج