مس – فراتر از یک فلز

مس – فراتر از یک فلز

 

مس همه جا یافت می شود.

آیا می دانید که مس یکی از مهم ترین منابع طبیعی است؟ درباره مس چه میدانید؟ فهرستی از اطلاعات خود را در مورد مس یاد داشت کنید.

 

مس چیست؟

مس عنصری فلزی است که به طور طبیعی در بسیاری از وجوه طبیعت حضور دارد. برخی از چیزهایی که مس را می توان به طور طبیعی در آنها یافت شامل موارد زیر است:

• صخره ها و خاک
• برخی از گیاهان خاص
• برخی از حشرات و حلزون ها
• و حتی در کبد انسان

اگر مصرف مس در حال افزایش است پس باید از معادن استخراج شود!

 

 

 

 

به اطراف خود بنگرید.اگر در درون ساختمان هستید ، به دیوارها ، سقف ، چراغ ها ، اسباب خانه ، وسایل الکتریکی و سایر اشیاء دور و برخود نگاه کنید.اگر بیرون از ساختمان هستید ساختمانها ، اتومبیل ها ، خطوط توزیع برق ، خیابانها و هرچیزی دیگری را مشاهده کنید.تصدیق خواهید کرد با توجه به افزایش مصرف مس استخراج آن از معادن غیرقابل اجتناب است.

برخی از واقعیات در مورد مس:

 

هر کودکی که امروز به دنیا بیایید تقریبا ۱۳۹۸ پوند(معادل ۶۳۵کیلوگرم) مس در طول عمر خود در ساخت منزل ، حمل و نقل ، مصارف برقی و سایر محصولات مصرفی استفاده خواهد کرد.

• هر ساله تقاضا برای مس حدود ۱۷میلیون تن و روبه افزایش است 

مواد معدنی و شما…

شما هر روز صبح برمی خیزید و چراغ را روشن می کنید .صورت خود را می شوید،دندان هایتان را مسواک می کنید و لباس خود را می پوشید.رادیو را روشن و صبحانه میل می کنید.ظرفی از حبوبات و لیوانی آب میوه و احتمالا چند تکه نان تست .

به بیرون از پنجره می نگیرید و به سمت در می روید تا آماده شروع یک روز کاری شوید.

تقریبا همه کارهایی که بدین ترتیب انجام داده اید و هرکاری که در بقیه طول روز انجام خواهید داد بدون مواد معدنی امکان پذیر نیست.مواد معدنی را می توان در موراد زیر یافت :

• لوله های آب و سیم کشی برق
• یخچال ، رادیو ، اجاق تست نان ، لامپ ها و وسایل روشنایی
• ملحفه ،حوله و لباس (ریون،پلی استر،نایلون،آکریلیک و …)
• صابون و خمیر دندان
• پنجره ها ، ظروف حبوبات ، لیوان آب میوه ، فنجان قهوه
• شیرآب ، قاشق چنگال و دستگیره و….

حقایق دیگر در مورد مس :

مس را می توان به صورت نامحدود بازیابی کرد .این فلز را می توان بارها و بارها بازیابی کرد بدون آنکه خواص اولیه خود را از دست بدهد.

مس بیواستاتیک است و این بدان معنی است که باکتریها بر روی آن رشد نخواهند کرد.

مس برای انسان به عنوان یک ریز خوراک در برنامه غذایی اهمیت اساسی دارد.

 

مصارف مس :

جوامع ما قبل تاریخ مس را در موراد زیر به کار می بردند:

• ظروف و ابزار آشپزی
• لوله کشی
• ابزار
• لوازم جراحی
• انواع سلاح
• وسایل تزئین ، زیورآلات

 

 

و اما امروز کاربرد های مس را می توان در موارد زیر مشاهده کرد:

• ساختمانها (منازل،پل ها و غیره)
• وسایل مخابراتی (تلفن ،اخبار صوتی و غیره)
• محصولات الکتریکی و الکترونیکی (تلویزیون،کامپیوتر، وسایل بازی ویدیویی،رادیو و غیره)
• تجهیزات حمل و نقل (اتومبیل،هواپیما و…)
• وسایل روزمره عمومی(وسایل آشپزی،سکه و…)

 

مس عنصری کلیدی در هدایت جریان برق است …

مس جریان الکتریکی را بهتر از هر فلز دیگری بجز نقره منتقل می کند،و تقریبا در همه جنبه هایی زندگی ما کاربرد دارد .تماشای تلویزیون،رانندگی با ماشین،روشن کردن چراغ برق و یا تماس تلفنی

 

 

بدن انسان به مس نیاز دارد ..

مس در رژیم غذایی انسان دارای اهمیت ویژه ای است.این فلز به غذاهای سرشار از آهن کمک می کند تا هموگلوبین قرمز در خون ساخته شود و در صورتی که مس کافی به بدن ما نرسد میزان کلسترول در بدن افزایش یافته و بیماریهای قلبی بر ما عارض خواهد شد.

غذاهای سرشار از مس:

مس را می توان در انواع مختلفی ازسبزیجات ، میوه ها ، غلات ، حبوبات ، آجیل ،گوشت ، غذاهای دریایی ، شکلات و همچنین آب آشامیدنی یافت.غذاهایی طبیعی مانند غلات و گوشت و ماهی عموما“ شامل مقدار کافی از مس هستند تا حدود ۵۰ درصد مس مورد نیاز بدن را در یک رژیم غذایی متعادل فراهم سازند.

برخی از غذاهایی که خصوصا” سرشار از مس می باشند عبارتند از:

• اغلب اقلام آجیل (برزیل و آکاژو)
• دانه های خوراکی (خشخاش و آفتابگردان)
• انواع نخود
• جگر
• صدف خوراکی

 

 

 

 

تاریخچه مس

 

• مس قدیمی ترین فلز شناخته شده انسان است.کاربرد این فلز توسط بشر به بیش از ۱۰۰۰۰ سال گذشته بر می گردد.

باستان شناسان به بخشی از سیستم لوله کشی آب در هرم خئوپس در مصر دست یافته اند که لوله کشی مسی به کار رفته در آن پس از گذشت بیش از ۵۰۰۰ سال هنوز هم قابل استفاده به نظر می رسد.

• هنگامی که کریستف کلمب سفردریایی خود را به امریکا انجام داد کشتی هایش بنام های نینا،پینتا و سانتاماریا دارای پوسته ای مسی زیرین درآب بودند.روکش مسی باعث افزایش عمر بدنه کشتی و حفاظت آن در برابر انگل ها و باکتری ها می شد امروزه اساسا“ تمام کشتی ها با لایه ای بر پایه مس در سطح زیرین در تماس با آب پوشانده می شوند تا از آن ها در برابر پوشش گیاهی ،انگل ها و سایر ارگانیسم های دریایی محافظت کنند این امر موجب افزایش عمر کشتی خواهدشد.

 

• شناخت انسان از تاثیر گرما بر کوه های دارای مس به عصر مس بر می گردد.مردم این دوره قادر بودند انواع مختلفی از اشیاء کاربردی شامل محورهای فلزی و شمشیر بسازند.
• آینه های مصر قدیم اساسا” از مس ساخته می شد.پس از آن آینه ها را از برنز می ساختند ،که آلیاژی از مس می باشد.آلیاژ مخلوطی از فلزات را می گویند.
• زنان مصر باستان همانند همتایان امروزی خود لوازم آرایش به کار می بستند. رنگ های آبی و سبز مربوط به آرایش چشم از رنگدانه های مس ساخته می شدند.رنگ آبی از آزوریت و مقداری نقره،مس یا کلسیم به دست    می آمد. آزوریت و مالاکیت از جمله سنگ های معدنی دارای مس می باشند.

 

 

اطلاعات در مورد مجسمه آزادی :

 

عنوان مجسمه: روشنگر آزادی جهان

پیکر تراش: Auguste Bartholdi

تاریخ اتمام مجسمه در پاریس: ژوئن ۱۸۸۴

تاریخ پیشکش مجسمه به آمریکا توسط مردم فرانسه: اکتبر ۱۸۸۶

تعداد میله های موجود در تاج مجسمه: هفت عدد(به خاطر ۷اقیانوس در دنیا و وجود ۷قاره)

ارتفاع از پایه تا مشعل: ۵/۴۶ متر

کل وزن مجسمه :۲۲۵ تن

 

در این مجسمه چقدر مس به کار رفته است؟

در مجسمه آزادی ۳۱تن مس استفاده شده است

 در ساخت هر شاتل فضایی ۴۵۰ کیلوگرم مس به کار می رود.

• در انواع خاصی از زیر دریایی های هسته ای تقریبا ۹۰تن مس مصرف می شود.
• مقدار مس مصرف شده در ایالات متحده در اکثر سالها می تواند سیم الکتریکی با طولی برابر با ۲۶۳۰ بار گردش به دور زمین یا ۱۴۰بار مسافرت به کره ماه داشته باشد.
• سکه ۵سنتی نیکل آمریکایی عملا دارای ۷۵درصد مس است .سکه ۱۰سنتی،۲۵سنتی و۵سنتی دارای ۶۷/۹۱ درصد مس است.سکه پنی تنها ۶/۲ درصد مس دارد.

 

• یک خانه متوسط آمریکایی با ساخت امروزی به طور میانگین حدود ۱۸۰ کیلوگرم مس در ساختمان آن مصرف می شود.
• در هر اتومبیل معمولی امروزی حدود ۲۳ کیلوگرم مس به کار می رود.
• حدود ۲درصد (۴تن) از کل وزن هواپیمای جت بوئینگ ۷۴۷ مس می باشد.
• از سال ۱۹۶۳ ، بیش از ۵/۳ میلیون مایل لوله کشی مسی در ساختمان های آمریکا مصرف شده است که معادل لوله ای است که۲۰۰ بار در دور کره زمین چرخیده باشد.

 مس از کجا فراهم می شود؟

مس به صورت رسوب تشکیل شده در پوسته زمین در اثر جابجایی های آتشفشانی آغازین یافت می شود.سنگ های معدنی سولفیدی هنگامی تشکیل شدند که محلول های مذاب به پوسته زمین جاری گردیدند.سنگ های معدنی اکسیدی با تغییرات انجام شده توسط آب و هوا و سایر نیرو های طبیعی پدید آمدند. هر دو نوع سنگ های معدنی سولفیدی و اکسیدی از معادن استخراج و تحت فرآوری قرار می گیرند تا فلز مس ازآن جدا شود.صخره ای را به عنوان سنگ معدنی در نظر می گیرند که دارای مقدار کافی مواد کانی مسی برای عملیات معدنی باشد.در آریزونا اغلب سنگهای معدنی حاوی کمتر از ۱% مس می باشند.

 

چگونه مس را به دست می آوریم؟

مراحل زیادی از استخراج سنگ معدنی مس از زمین تا رسیدن به بازار مصرف وجود دارد.امروزه دو روش اصلی برای استخراج و فرآوری مس وجود دارد:

• تغلیظ و ذوب یا Concentration
• آب شویی یا Leaching

آنچه که در پایان حاصل می شود مسی است که در کاربرد های روزمره از آن استفاده می کنیم.

پیش از آنکه هر گونه عملیات بهره برداری از معدن به وقوع بپیوندد باید از طریق عملیات اکتشاف رسوب مواد معدنی مکان یابی شود.ولی هر رسوبی از مواد معدنی لزوما“ به تاسیس یک معدن منجر نمی شود. برخی از رسوب ها درعمق زیاد وجود دارند ، برخی از آنها پیچیده اند ویا کیفیت سنگ معدن برای عملیات معدنی بسیار پایین است.

هرگاه رسوبی یافت شود عملیات سوراخ کاری،آزمایش وامور مهندسی انجام می گیرد.تا بررسی شود که آیا در مکان مورد نظر می توان یک معدن را ایجاد کرد یا نه . شرکت های معدن کاوی باید عوامل زیادی شامل موارد زیر را در این خصوص در نظر بگیرند: عوامل زیست محیطی ،ایمنی ،سیاسی،زمین شناسی،حمل و نقل،امور مربوط به معدن و استخراج و روش های فرآوری. این فرایند اغلب چندین سال زمان نیاز دارد.

فرایند معدن کاوی

• انفجار و سنگ شکنی

سنگ معدن برای شکافته شدن باید با مواد منفجره ترکیده و به قطعات کوچکتر تبدیل شود.اکثر سنگ های معدنی در هر تن تنها ۴/۰ تا ۶/۰ درصد مس دارند.بیل های الکتریکی سنگ های معدنی خرد شده را برداشته و کامیون های حمل را بارگذاری میکنند.این بیل ها در هر باربرداری بیش از ۱۰۰ تن را از زمین بر می دارند .کامیون های حمل را بارگذاری میکنند.این بیل ها در هر بار برداری بیش از ۱۰۰تن را از زمین بر میدارند.کامیون های حمل صدها تن سنگ معدنی را می توانند حمل کنند(یک کامیون متوسط امکان حمل نیم تن بار را دارد).کامیون حمل سنگ های معدنی را به ماشین بزرگی موسوم به سنگ شکن منتقل می کنند که در آن این سنگ ها به قطعاتی با قطر متوسط ۸ اینچ – برابر با قطر یک توپ فوتبال-خرد می شود.

 

 

 

• فرآیند تغلیظ و ذوب

در مورد بسیاری از مواد معدنی مس سولفیدی ،جداسازی مس با سوزاندن انجام  می شود-که به آن فرآیند  pyrometallurgical ( pyro به زبان یونانی به معنای آتش است) می گویند.سنگ معدنی سولفیدی فرآوری شده و پس از آن در دمای بالاتر از ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد ذوب می گردد .

• آسیاب کردن

از درون سنگ شکن،سنگ معدنی را به ماشینی شبیه مخلوط کن موسوم به آسیاب منتقل میکنند که در آن سنگ معدن با آب مخلوط می شود تا به ماده ای گل آلود به نام slurry  (دوغاب) تبدیل شود.

• شناور سازی و تغلیظ

دوغاب به دست آمده به مرحله بعد فرآیند جریان می یابد که به آن شناور سازی  می گویند.مایعات خاصی به نام – معرف به این دوغاب در مسیر انتقال به منطقه شناور سازی افزوده می شود.دوغاب و معرف به ظروف فلزی بزرگ به نام سلولهای شناور سازی جاری می شوند.یکی از این معرف ها به نام جمع کننده جذب مس می شود.معرف دیگر بنام کف کننده حبابی قوی تشکیل می دهد که در آن سرانجام جمع کننده پاک سازی می شود.یک همزن پروانه ای هوا را به کف سلولهای شناور سازی می دمد.این همزن دوغاب را به صورت مخلوط حفظ کرده و هوا را به  صورت حباب های کوچک شکافته که به سطح دوغاب حرکت می کنند. جمع کننده با مس کشیده شده به سوی آن به حبابهای هوا می چسبد و به سطح منتقل می شود که در آنجا به حباب های قوی کف کننده جذب می شوند . این عمل هم زدن باعث می شود تا حباب ها به لبه پایتل منتقل شوند و از آنجا سرریز کرده و به مخازن  بزرگی به نام غلیظ کننده جریان            می یابند. به دوغاب حاصل در فرآیند شناور سازی کنسانتره می گویند.کنسانتره مس به سمت کف غلیظ کننده فرو رفته و از آنجا به درون فیلترهایی پمپ می شود که آب را از آن وکیوم می کند و زمینه را برای حمل آن به مرحله بعد-ذوب کننده –فراهم می کند .آبی که از غلیظ کننده جدا می شود مجددا“ به آسیاب بر می گردد و دوباره مصرف می شود.کنسانتره به دست آمده در این مرحله تقریبا دارای ۳۰% مس می باشد.

 

• ذوب کردن :

در قسمت ذوب کننده کنسانتره مس از چهار فرآیند گذر می کند.این فرآیندها عبارتند از:

۱- کوره ذوب :

در این قسمت کنسانتره مس ذوب می شود و بلافاصله سنگ معدن برآمده از زمین به صورت مایعی مذاب با دمای ۲۳۰۰ درجه فارنهایت در می آید به گونه ای که شبیه گدازه مذاب خارج شده از آتشفشان به نظر می رسد .به این شکل مذاب مس matte  می گویند.

۲- مبدل :

Matte حاصل به مبدل وارد می شود که در آن با دمیدن هوا به این مخلوط اکثر ناخالصی های باقیمانده جداسازی می شود. محصول ناشی از این فرآیند  blister copper    (مس متخلخل) است که خلوصی بیش از ۹۸% دارد.

۳-کوره آند :

مس متخلخل به کوره آند وارد می شود که در آن هوا و گاز طبیعی را به مخلوط اضافه می کنند.

۴- چرخ ریختگی آند :

مس از کوره آند به درون قالب های مسی ریخته می شود تا آند درست شود.آندها به صورت تختال ( slab)های مسی هستند که ضخامتی در حدود ۲ اینچ  ،عرض ۳ فوت و بلندی نیم فوت دارند.وزن هر یک از آند ها در حدود ۷۵۰پوند و خلوص مس آنها در حدود ۹۹% است. این آندها را به بخش تصفیه می برند تا خلوص مس در آنجا از این حدهم فراتر رود.

• تصفیه :

هر چند که آند مس تهیه شده از ذوب کننده دارای خلوص ۹۹ درصدی است.اما با این وجود برای بسیاری از تولید کنندگان و درخواست های دقیق آنها این حد ناخالصی بسیار زیاد است .در فرآیند تصفیه با به کارگیری جریان برق به جای حرارت اقدام به خالص سازی مس می شود.

 

در بخش تصفیه-آند تبدیل به کاتد می شود :

آندهای مس را در محلولی از اسید سولفوریک و سولفات مس بین دو صفحه آغازگر  ( صفحات نازک مسی ) درمخزن بسیار بزرگی شبیه به استخرهای شنا آویزان می کنند.با عبور جریان برق از درون مخزن ،مس از روی صفحات مس آند به درون محلول و بر روی صفحات رفته و به صفحات آغازگر می چسبد.این مس را کاتد  می نامند و خلوصی در حدود ۹۹.۸ درصد دارند که خلوص آن به حدی است که قابل فروش به تولید کنندگان می باشد.