ידע בסיסי בנחושת
נחושת היא המתכת הקדומה ביותר ששימשה את בני האדם. כבר בתקופה הפרהיסטורית, אנשים החלו לכרות מכרות נחושת פתוחות ולהשתמש בנחושת שהשיגו לייצור כלי נשק, כלים וכלים אחרים. לשימוש בנחושת יש השפעה עמוקה על התקדמות הציוויליזציה האנושית המוקדמת. נחושת היא מתכת הקיימת בקרום כדור הארץ ובאוקיינוס. תכולת הנחושת בקרום כדור הארץ היא בערך 0.01%, ובחלק ממרבצי הנחושת, תכולת הנחושת יכולה להגיע ל-3-5%. רוב הנחושת בטבע קיימת כתרכובות, כלומר מינרלים נחושת. מינרלים נחושת מתקבצים עם מינרלים אחרים ויוצרים עפרות נחושת. עפרות הנחושת הכרות הופכות לרכז נחושת בדרגת נחושת גבוהה לאחר ההטבה.
1. נכסים
לנחושת תכונות פיזיקליות וכימיות טובות כמו מוליכות חשמלית, מוליכות תרמית, עמידות בפני קורוזיה וגמישות. המוליכות החשמלית והמוליכות התרמית הם שניים רק לכסף. ניתן למשוך נחושת טהורה לחוטי נחושת עדינים מאוד ולהפוך אותם לרדיד נחושת דק מאוד. החתך הטרי של נחושת טהורה הוא אדום ורד, אך לאחר יצירת סרט תחמוצת הנחושת על פני השטח, המראה הוא סגול-אדום, ולכן הוא נקרא לעתים קרובות נחושת אדומה.
בנוסף לנחושת הטהורה, ניתן לשלב נחושת עם בדיל, אבץ, ניקל ומתכות אחרות ליצירת סגסוגות בעלות מאפיינים שונים, כלומר ברונזה, פליז ונחושת לבנה.
הוספת אבץ לנחושת טהורה (99.99%) נקראת פליז. לדוגמה, צינורות פליז רגילים עם 80% נחושת ו-20% אבץ משמשים במעבים של תחנות כוח ורדיאטורים לרכב; הוספת ניקל נקראת נחושת לבנה, והשאר נקראים ברונזה. למעט אבץ וניקל, כל סגסוגות הנחושת עם יסודות מתכת אחרים נקראות ברונזה. הם נקראים אילו אלמנטים מתווספים. הברונזות החשובות ביותר הן ברונזה זרחנית בדיל וברונזה בריליום. לדוגמה, ברונזה פח יש היסטוריה ארוכה מאוד של יישומים במדינה שלי והיא משמשת ליציקת פעמונים, חצובות, כלי נגינה וכלי קורבנות. ברונזה פח יכולה לשמש גם כמיסבים, תותבים וחלקים עמידים בפני שחיקה.
בשונה מהמוליכות של נחושת טהורה, בעזרת סגסוגת, ניתן לשפר מאוד את החוזק ועמידות הקורוזיה של הנחושת. חלק מסגסוגות אלו עמידות בפני שחיקה ובעלות תכונות יציקה טובות, בעוד שלאחרות יש תכונות מכניות טובות ועמידות בפני קורוזיה.
2. שימושים
בשל התכונות המצוינות שהוזכרו לעיל, לנחושת מגוון רחב של שימושים בתעשייה. כולל תעשיית החשמל, ייצור מכונות, הובלה, בנייה והיבטים נוספים. כיום, נעשה שימוש בנחושת בעיקר בתחום תעשיות החשמל והאלקטרוניקה לייצור חוטים, כבלי תקשורת ומוצרים מוגמרים אחרים כגון מנועים, רוטורים גנרטורים ומכשור אלקטרוני ומדדים ועוד. חלק זה מהצריכה מהווה כמחצית מהצריכה. הביקוש התעשייתי הכולל. נחושת וסגסוגות נחושת תופסות עמדה חשובה בשבבי מחשב, מעגלים משולבים, טרנזיסטורים, מעגלים מודפסים וציוד והתקנים אחרים. לדוגמה, מובילי טרנזיסטור משתמשים בסגסוגות נחושת כרום-זירקוניום מוליכות גבוהה ומוליכות תרמית. לאחרונה, IBM, חברת מחשבים בעלת שם בינלאומי, אימצה נחושת כדי להחליף אלומיניום בשבבי סיליקון, מה שמסמן את פריצת הדרך האחרונה ביישום המתכת העתיקה ביותר של האנושות בטכנולוגיית המוליכים למחצה.
באמצע ה-1980ות, תעשיית החשמל הייתה אחראית לחלק הגדול ביותר של צריכת הנחושת המזוככת בארצות הברית, יפן ומדינות מערב אירופה, וסין לא הייתה יוצאת דופן.
מאז שנות ה-90, השימוש בנחושת לצינורות בענף הבנייה גדל באופן דרמטי, והפך לצרכן הנחושת הגדול ביותר בחו"ל. לפי דו"ח שפרסם האגודה לפיתוח נחושת (CDA) בניו יורק: בשנת 1997, תעשיית הבנייה הייתה עדיין השוק הסופי הגדול ביותר של מוצרי נחושת בארצות הברית. תעשיית הבנייה משתמשת לעתים קרובות בעמידות בפני קורוזיה של נחושת לייצור צינורות מים, גגות ומתקני אספקת מים וניקוז אחרים. בנוסף, הוא משמש גם לקישוט בניין בשל המראה היפה שלו. השימוש בנחושת בתעשיית הבנייה מהווה את המקום הראשון בצריכה הכוללת של מוצרי נחושת בארצות הברית. על פי נתונים סטטיסטיים פנימיים של China Nonferrou Metals Group, בשנת 1997, תעשיית החשמל (כולל חוטים וכבלים) היוותה 77.7% מצריכת הנחושת של ארצי, והפכה לשוק הגדול ביותר של נחושת. עם ההתפתחות המהירה של המדע והטכנולוגיה, היקף היישום של נחושת מתרחב, ונחושת החלה למלא תפקיד ברפואה, ביולוגיה, מוליכות-על ואיכות הסביבה. לדוגמה, כאשר קצף פלסטיק פוליאוריטן מכיל נחושת או תחמוצת נחושת, זה יכול להפחית מאוד את הגז הרעיל הקטלני שמשתחרר כאשר הפלסטיק הזה נשרף - מימן ציאניד (HCN). כמות גדולה של נתוני מחקר מוכיחה שההשפעה הקוטלית של נחושת יכולה להפחית ביעילות את התפשטות חיידקי דלקת הריאות, לעכב את צמיחת החיידקים ולשמור על מי השתייה נקיים והיגייניים. לכן, סיכויי הפיתוח העתידיים של צינורות נחושת בתעשיית הבנייה המקומית יהיו רחבים מאוד.
3. עתודות נחושת:
משאבי הנחושת בעולם עשירים יחסית. על פי נתונים סטטיסטיים של לשכת המכרות האמריקאית ב-1995, עתודות מתכות הנחושת בעולם הן 310 מיליון טון, ובסיס הרזרבה הוא 590 מיליון טון. המדינות עם עתודות הנחושת הגדולות ביותר הן צ'ילה וארה"ב, המהוות 23.7% ו-15.3% מבסיס הרזרבות בעולם, בהתאמה, ואחריה פולין 15%, זמביה 6%, רוסיה 5%, זאיר 5%, פרו 4% , קנדה 4% ואוסטרליה 4%.
הסוגים התעשייתיים של מכרות הנחושת בעולם מתחלקים לתשע קטגוריות: סוג פורפיר, סוג פצלי אבן חול, סוג נחושת-ניקל גופרתי, סוג פיריט, סוג נחושת-אורניום-זהב, סוג נחושת טבעית, סוג וריד, סוג קרבונט וסקרן סוּג. ארבע הקטגוריות הראשונות הן החשובות ביותר, מהוות 96% מכלל עתודות הנחושת בעולם, מהן מכרות פצלי פורפיר ואבן חול מהווים 55% ו-29% בהתאמה. בעולם פועלים כ-60 מכרות נחושת ענקיים עם עתודות נחושת של יותר מ-5 מיליון טון, מתוכם מכרות פורפיר מהווים 38 ומכרות פצלי אבן חול מהווים 15, המהווים 88% ממכרות הנחושת הענקיים בסך הכל. יש מעט מאוד משאבי תרכיז נחושת זמינים לכרייה בסין. נכון לעכשיו, מכרות הנחושת העיקריים הם מכרה הנחושת Dexing בג'יאנגשי, מכרה הנחושת יולונג בטיבט, מכרה הנחושת יולונג ומכרה הנחושת Ashele שהתגלה לאחרונה בשינג'יאנג. 4. תהליך התכת נחושת עפרות הנחושת הנכרות ממכרה הנחושת הופכות לאחר ההטבה לרכז נחושת או לחול עפרות נחושת בדרגת נחושת גבוהה יותר. יש להתיך ולחלץ את רכז הנחושת לפני שהוא יכול להפוך לנחושת ולמוצרי נחושת מזוקקים. נכון להיום, קיימות שתי דרכים עיקריות להתכת נחושת בעולם: פירו-מטלורגיה והידרו-מטלורגיה (SX-EX) 1. שיטת אש:
נחושת קתודית, הידועה גם בשם נחושת אלקטרוליטית, מיוצרת באמצעות התכה וזיקוק אלקטרוליטי, אשר מתאימה בדרך כלל לעפרות גופרתי נחושת בדרגה גבוהה.
בנוסף לרכז נחושת, גרוטאות נחושת היא אחד מחומרי הגלם העיקריים לנחושת מזוקקת, לרבות גרוטאות נחושת ישנה וגרוטאות נחושת חדשה. גרוטאות נחושת ישנות מגיעות מציוד ישן ו
מכונות ישנות, מבנים נטושים וצינורות תת קרקעיים; גרוטאות נחושת חדשות מגיעות משאריות נחושת שהושלכו על ידי מפעלי עיבוד (יחס התפוקה של חומרי נחושת הוא כ-50%). בדרך כלל, אספקת גרוטאות הנחושת היא יציבה יחסית. ניתן לחלק גרוטאות נחושת ל: גרוטאות נחושת חשופה: כיתה מעל 90%; גרוטאות נחושת צהובה (חוט): חומרים המכילים נחושת (מנועים ישנים, מעגלים);
נחושת המופקת מגרוטאות נחושת וחומרים דומים אחרים נקראת גם נחושת ממוחזרת.
2. שיטה רטובה:
ספינה מתאימה לתחמוצת נחושת בדרגה נמוכה, והנחושת המעודנת המיוצרת נקראת נחושת אלקטרוליטית.
תהליך ההיתוך הרטוב הוא:
3. מאפיינים של שני התהליכים של פירומטלורגיה והידרומטלורגיה
בהשוואה בין שני תהליכי ייצור הנחושת של פירומטלורגיה והידרומטלורגיה, ישנם המאפיינים הבאים:
(1) ציוד ההיתוך של האחרונים הוא פשוט יותר, אבל תכולת הטומאה גבוהה יותר, וזה תוספת מועילה לראשונים.
(2) לאחרון יש מגבלות והוא כפוף לדרגה ולסוג העפרה.
(3) העלות של הראשונה היא כ-70-80 סנטים/פאונד (כ-1540-1760 דולר ארה"ב/טון), בעוד שהעלות של השנייה היא רק 30-40 סנטים/פאונד (כ-{ {4}} דולר אמריקאי/טון).
ניתן לראות שלטכנולוגיית הידרומטלורגיה יש יתרונות ניכרים, אך היקף היישום שלה מוגבל. לא ניתן להתיך את כל מכרות הנחושת בתהליך זה. עם זאת, באמצעות שיפורים טכנולוגיים, יותר ויותר מדינות, כולל ארצות הברית, צ'ילה, קנדה, אוסטרליה, מקסיקו ופרו, יישמו את התהליך הזה על יותר מכרות נחושת בשנים האחרונות. השיפור של טכנולוגיית ההידרו-מטלורגיה וקידום היישום שלה הפחיתו את עלות הייצור של הנחושת, הגדילו את כושר הייצור של מכרות הנחושת, הגדילו את היצע המשאבים החברתיים בטווח הקצר, גרמו לעודף יחסי של כלל ההיצע החברתי, והיה להם השפעה מושכת על המחירים. בשנת 1997, המחיר העתידי של נחושת ירד מהשיא של 2,600 דולר לטונה ב-1996 לכ-1,600 דולר לטונה בנובמבר 1998. זה קשור ישירות לעובדה ששיעור התהליך ההידרו-מטלורגי גדל מאוד, וכתוצאה מכך כמות גדולה של נחושת בעלות נמוכה שמוציאה לשוק. נכון להיום, מכיוון שעלות הייצור הממוצעת של נחושת היא בין 1,400 ל-1,600 דולר אמריקאי לטון (64-73 סנטים לפאונד), הירידה במחירי החוזים העתידיים היא החזרה סבירה של המחירים לערך. ככל ששיעורו בתהליך ההיתוך ימשיך לעלות, מגמת מחיר הנחושת תושפע יותר ויותר. לפי דיווחים, העלות המינימלית הנוכחית של התכת נחושת הידרו-מטלורגית היא רק 20 סנט לפאונד (שווה ערך ל-450 דולר ארה"ב לטון), הגבוהה ביותר היא 77 סנט לפאונד (שווה ערך ל-1,697.5 דולר ארה"ב לטון), והממוצע הוא בערך פחות מ-50 סנט לפאונד (שווה ערך ל-1,100 דולר אמריקאי לטון). יש לציין כי בשנת 1995, עלות הייצור הממוצעת של התכת נחושת רטובה הייתה רק 39 סנט לפאונד. לאחרונה עלתה עלות הייצור הממוצעת של התכת נחושת רטובה, בעיקר בגלל שתהליך ההתכת הנחושת הרטובה הורחב לטיפול במינרלים גופרתיים של נחושת. תהליך התכת הנחושת הרטובה מתאים יותר לטיפול במינרלי תחמוצת נחושת ובעפרות עניות, בעוד שבטיפול במינרלי סולפיד ובעפרות עשירות יותר, או כשהמכרה ממוקם באזור קר, גם עלות הייצור של טכנולוגיית התכת נחושת רטובה גבוהה יותר, בעיקר. מעל 50 סנט לפאונד. סין החלה ללמוד את הטכנולוגיה של הפקת נחושת מעפרות נחושת ברמה נמוכה בשנות ה-70. בשנת 1983 הוקם המפעל הראשון להתכת נחושת רטובה, עם תפוקה שנתית של 120 טון. לאחרונה, עקב כניסתם של מחלצי נחושת זרים מצוינים ופיתוח תעשיית הנחושת המקומית, נבנו עשרות בתי יתוך רטובים קטנים, הנעים בין כמה מאות ל-2,000 טון, אך התפוקה השנתית של נחושת הוא רק 15,000 טון, וזה רחוק מלהספיק בהשוואה לתפוקה השנתית של מיליון טונות של נחושת מזוקקת במדינה שלי. נכון לעכשיו, עלות הייצור של נחושת במדינה שלי היא כ-18,500 יואן, גבוה בהרבה מהממוצע העולמי של 1,477 דולר אמריקאי (67 סנט). במהלך תקופת "95", ועדת התכנון של המדינה ותאגיד תעשיית המתכות הלא-ברזליות בסין רשמו את הפרויקט ההידרו-מטלורגי כפרויקט מחקר מרכזי, ובנו מספר מפעלי הדגמה במכרה הנחושת Dexing, מכרה הנחושת יולונג, מכרה הנחושת Daye Tongluhan ומקומות נוספים. לאחר מספר שנים של עבודה מאומצת, ההערכה היא שלטכנולוגיה ההידרו-מטלורגית של ארצי תהיה התפתחות משמעותית עד סוף המאה הזו, ויכולת הייצור השנתית מוערכת להגיע ליותר מ-50,000 טון. לפי הסטטיסטיקה, תפוקת הנחושת המזוקקת מהתכת נחושת הידרו-מטלורגית היווה 2.5% מתפוקת הנחושת המזוקקת בעולם ב-1980, והשיעור גדל ל-10% ב-1994 ול-18% ב-1997. צפוי כי שיעור הנחושת ההידרופלטורגית הייצור בסופו של דבר יגדל בין 25-35%.
