استخراج مس

[ghasem motamedi]

فرایند استخراج مس
در این روش از کانه سولفیدی استفاده می‌شود. پس از طی مراحل عملیات استخراج (حفاری- انفجار- بار گیری – باربری)سنگ معدن وارد سنگ شکن اولیه(سنگ شکن فکی)شده و بعدخرد شدن وارد سنگ شکن ثانویه شده و به ابعادی در حدود 12 میلی متر در آمده و در نهایت واردآسیای گلوله ای شده و بامواد شیمیایی وشیر آهک ترکیب شده وبه صورت دوغاب در آمده و اندازه دانه ها در این مرحله به 74 میکرون می رسدسپس دوغاب حاصله وارد قسمت سوم پر عیار کردن یعنی فلوتاسیون شده وکنستانتره مس ومولیبدن به دست می آید ه پس جدا سازی مولیبدن کنستانتره مس وارد قسمت صافی شده وبه شکل خمیره در می آیدو سپس وارد کوره های خشک کن شده ورطوبت آن گرفته شده رادرکوره های روربر و یا شعله ای ذوب می‌کنند، حاصل این کوره ترکیبی از مس و سایرمواد ناخالصی نظیرگوگرد،آهن،طلا و ... می‌باشد که تقریباً حاوی 45 درصد مس می‌باشدو آن را مات مس می‌نامند.مات مس را در کوره های مبدل یا کنورتر ریخته وبا عبور هوا و اکسیژن از آن, ناخالصیها و به خصوص آهن و گوگرد را اکسیده می‌کنند وبه سرباره انتقال می‌دهند. این مس نیز ناخالص است و به دلیل وجود عناصر مختلف ومواد غیر فلزی و تخلخل بیش از اندازه آن را مس بلیستر یا مس جوشدار و یا مس خاممی‌نامند.مس خام در این مرحله بیش از 3/99 درصد مس دارد وسپس توسط پاتیلهایی وارد کوره های آند شده ودر این کوره هابا تزریق گاز پروپان ناخالصی های موجود مجدداٌ سوخته و خارج می شود درجه خلوص آن تاعیار 7/99درصد نیز می‌رسد.و سپس خروجی کوره اند به چرخ ریخته گری وارد می شود.مذاب مسخام بهصورت صفحاتی بزرگ ریخته و آنها را به عنوان آند درالکترولیزمس به کار می‌برند.وکاتد را که از صفحات مس بسیار خالص تشکیل یافته را به همراه آند(مس خام)درمحلول الکترولیت اسید سولفوریک و سولفات مس است وارد می کنند. پس از عبور جریانمعین و حساب شده، مس به صورت یک یون دو ظرفیتی از آند جدا شده و بر روی کاتدمی‌نشیند. عناصر و فلزات ناخالص در محلول الکترولیت حل نمی‌شوند و از این رو در کفکوره الکترولیز به صورت لجن رسوب می‌کنند. کاتدها را که حاوی مس الکترولیز شدهمی‌باشند و معمولاً در مرحله اول الکترولیز حدود 9/99 درصد مس دارند، ذوب کرده و درشکل و اندازه های معین و بر اساس برنامه تنظیمی‌می‌ریزند.پس از آنکه آند در عملیات الکترولیز تصفیه شد وبه کاتد پیوست، اکنون کاتد به عنوان مس خالص آماده ورود به عرصه صنعت و بازار کارمی‌باشد که در این موقع ممکن است کاتد از روشهای نورد به فرمهای متنوع شکل گیرد وازطریق کشش به شکل سیم در مصارف برقی ویا به صورت لوله در مصارف برودتی به کار گرفتهشود. بخش دیگری از کاتد راهی کارخانه های آلیاژ سازی شده ودر تولید آلیاژهای مس بهکار گرفته می‌شود.

[ghasem motamedi]

روش هیدرو متالورژی :
در این روش از کانه اکسیدی، سولفیدی کم عیار یاکنسانتره سولفیدی تشویه شده برای استخراج مس استفاده می‌شود. همانطور که در بخش اول گفته شد سنگهای اکسیدی کم عیار که استخراج مس از آن به روش پیرو متالورژی مقرون به صرفه نیست پس از بررسی های انجام گرفته روش هیدرو متالورژی(انحلال سنگ اکسید در اسید سولفوریک)و استخراج مس از محلول توسط حلال و الکترو وینینگ از سایر روشها انتخاب شد.که طی مراحل زیر مس خالص بدست می آید:
بعد از بستر سازی یک منطقه شیب دار و مناسب جهت کارتوسط ماشین آلات سنگین و کشیدن یک پلاستیک پلی اتیلن وقرار دادن یک لوله پلی اتیلن جهت خروج محلول حاصل خاک های اکسیدی را روی ان پخش می کنند وبا ریختن اسید سولفوریک بر روی خاک اکسیدی محلولی به صورت CuSo4_FeSo4 وارد لوله پلی اتیلن شده وبه حوضچه انحلال می ریزد.

[ghasem motamedi]

استخراجالکترولیتی مس (الکترووینینگ) :
در این مرحله مس فلزی از محلول غلیظ مس (ازاستخراج حلالی یا لیچینگ با اسید غلیظ) را با استفاده از یک روش الکتروشیمیاییاستخراج می‌کنند. این روش هم همانند روش تصفیه الکترولیتی در روش پیرومتالورژیمی‌باشد، با این تفاوت که در آنجا آند استفاده شده از جنس مس بود، ولی در اینجا ازجنس سرب می‌باشد و ولتاژ سلول الکتروشیمی‌2 تا 5/2 ولت می‌باشد.در طی واکنش انجام شده در سلول الکتروشیمی ‌یونمس داخل محلول بر روی آند سربی رسوب می‌دهد:Cu2+ + 2e- --> Cu
بعد از مدتی مس رسوب داده شده بر روی آند سربیرا با کاردک جدا می‌کنند و حال مس فلزی با درجه خلوص بسیار بالا آماده است.

[ghasem motamedi]

الکترولیزمس:

مس آندی حاصل از مرحله قبل به صورت قطعاتی (معمولاً 40عدد) به عنوان آند و همان تعداد قطعه دیگر به عنوان کاتد در یک وان الکترولیز قرارمی‌گیرند.
کاتد مورد استفاده از جنس مس خالص می‌باشد. حالآندها به یک قطب و کاتدها به قطب دیگر متصل می‌شوند. ولتاژی در حدود 0.2-3V به دوسر آندها و کاتدها اعمال می‌شود. آندها به تدریج خورده می‌شوند و به صورت یون Cu2+ در می‌آیند، یونها وارد الکترولیت می‌شوند و روی سطح کاتد احیا می‌شوند و طی اینفرآیند مس تصفیه می‌شود و عیار آن به 99/99% افزایش می‌یابد. در طی فرآیندالکترولیتی فوق واکنشهای زیر اتفاق می‌افتد:
الف) بر روی آند: مسآندی با دادن دو الکترون به یون مس تبدیل می‌شود:Cua --> Cu2+ + 2e-
ب) بر روی کاتد: یون با گرفتن دو الکترون بهصورت مس کاتدی روی کاتد رسوب می‌دهد:
Cu2+ + 2e- --> Cuc
به این ترتیب واکنش زیر انجاممی‌شود:Cua --> Cuc
و در نهایت به صورتهای مختلف جهت مصارف خاص تولید و به بازار عرضه می شود.

[ghasem motamedi]

مس خالص و خواص آن
مس را می توان اولین فلز مورد استفاده بشر دانست این فلز با داشتن سختی
کافی دارای خاصیت انعطاف پذیری عالی نیز می باشد.به طوری که میتوان آنرا
به اشکال گوناگونی تبدیل کرددر طبیعت این فلز گاهی به صورت آزاد ولی
اغلب به صورت کانی های مختلف یافت میشود.

خواص فیزیکی مس:

مس یکی از مهم ترین عناصر مورداستفاده در صنایع غیر آهنی است.این فلز

دارای تغییرات آلوتروپیکی در 1083 درجه سانتیگراد در ساختمان fcc

ازمذاب متبلور می شود

ثابت کریستالی این عنصر 3.608 آنگسترم وبه دلیل احرازکلیشرایط حلالیت از

جمله ظرفیت،ردیف الکترو شیمی واندازه اتمی وقرار گرفتن در میانه جدول

تناوبی واندازه اتمی وردیف الکتروشیمی به عنوان حلال ترین فلزات شناخته شده

است(تقریباًکلیه عناصر به جز سرب)تاحدودی در مس

قابلیت انحلال دارند.

در جدول زیر مشخصات فیزیکی مس آورده شده است:

واحد

عدد

خواص

-----

63.57

وزن اتمی

-----

29

عدد اتمی

A°

1.277

شعاع اتمی

g/cm3

63.54

جرم اتمی

g/cm3

8.93

°20 C چگالی در

g/cm3

8.32 در حالت جامد

1083°C چگالی در

°C

1083

نقطه ذوب

°C

2580

نقطه جوش

j/gk

0.3845

°20C گرمای ویژه در

Cal/cm°s.°C

0.94

هدایت حرارتی

w/cmk

3.98

هدایت حرارتی درصفر درجه سانتیگراد

Sm/mm2

59.5

°20C هدایت الکتریکی در

N/mm2

45

°20 C سختی برینل در

این خواص نقش مهمی در کاربرد مس دارند.

به دلیل اینکه قطر دهانه نفوذ ساختمان مس نسبت به آلومینیم کوچکتر از ضریب حلالیت نفوذی عناصر دیگر است وشرایط چنین نفوذی کمتر از آلومینیم ویاسایرعناصر با قطر اتمی بزرگتر است به جز هیدروژن و مقدار کمی اکسیژن که در مس محلول می شوند بدیهی است تاٌثیر درجه حرارت در ضریب نفوذ در مورد مس نیز صادق است وافزایش درجه حرارت باعث افزایش انواع مختلف حلالیت می گردد.وزن مخصوص این عنصر نیز در درجه حرارت محیط 8.93 ووزن مخصوص آن در نزدیکی نقطه ذوب 8.4 است،میزان انقباض حجمی آن ازحالت مذاب به جامد،نزدیک به 5%می باشد که از انقباض آلومینیم کمتر است.

مس در صنعت مصارف گوناگونی دارد،محصولات مسی به صورتهای شمش،میل گرد،سیم،لوله وغیره بهعنوان ماده اولیه در سایر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد تولیدات مسی اغلبطبق استانداردهای کشور تولید شونده ساخته وبه بازار عرضه می شوند برای درک بهتر مس موجود در صنعت در زیر بررسی می شود.

مس کاتدیک:

مسی است که پس از تصفیه الکتریکی تولید شده ودارای هدایت الکتریکی مناسب می باشد این نوع کالا فقط بصورت ورق های کاتدی بفروش می رسد.

مس حاوی اکسیژن:

کالاهای مسی حاوی اکسیژن به انواع مختلف زیر تقسیم می شوند.

مس تصفیه شده الکتریکی-مس تصفیه شده حرارتی

هر دو اینها به دلیل داشتن اکسیژن جهت جوشکاری ولحیم کاری مناسب نمی باشند

مس های عاری از اکسیژن که به انواع زیر تقسیم می شوند:

مس عاری از اکسیژن:

مزایای چنین مسی دارا بودن خاصیت بسیار مناسب جوش ولحیمکاری بدون خطر هیدروژن تردی است.

مس اکسیژن زدایی شده توسط فسفر:

وجود فسفر به مقدار ناچیز باعث کاهش هدایت الکتریکی شده وبنابراین در صنایع الکتریکی به طور محدود استفاده می گردد ولی به واسطه نداشتن اکسیژن بالا ودارای خاصیت مناسب جوش ولحیم کاری است.

هدایت الکتریکی:

تاثیر ناخالصی ها در کاهش هدایت الکتریکی مس،براثر آنها روی باند هدایت،نوع حلالیتجانشینی ها یا بین نشینی آنها وهمچین به شکل وساختار فازهای رسوبی آنهابستگی دارد.کاهش هدایت الکتریکی درمورد محلولها بیشتر از فازهای رسوبی بوده.به همین دلیل حضور مقدار کمی اکسیژن وتشکیل اکسید عناصر ناخالص به افزایش هدایت الکتریکی مس ناخالص منجر می شودوهدایت الکتریکی مس به درجه حرارت بستگی دارد وبا کاهش درجه حرارت مقدار هدایت الکتریکی افزایش یافته وعملاً در درجات بسیار پائین وحدود صفر مطلق مقاومت الکتریکی مس نیز صفر می شود.

خواص مکانیکی:

به طور کلی مس فلزی است نرم وچکش خواروعملیات مکانیکی باعث تغییرات در خواص آن می شودمس خالص صنعتی که در صنایع الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد اغلب مس کاتدیک ویا مس عاری از اکسیژن تشکیل شده است.و در صنعت الکتریکی خواص مکانیکی مس کاتدیک از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.با توجه به این که مقدار5δ وΨ مس اکسیژن زدایی شده توسط فسفر به علت حذف ذرات یوتکتیک بیشتر از مس کاتدیک است بنابراین قابلیت انعطاف پذیری مس اکسیژن زدایی شده نیز بیشتر از مس کاتدیک می باشد.وبا توجه به این که مقدار مقاومت به ضربه مس اکسیژن زدایی شده به مراتب بیشتر از مقاومت به ضربه مس کاتدیک است بنابر این خاصیت چکش خواری آن نیز بیشترخواهد بود.

خواص شیمیایی:

مس از فلزات نجیب به شمار آمده و در جدول تناوبی قبل از نقره قرار دارد واثر عوامل مختلف روی آنرا

می توان به ترتیب زیر تشریح کرد:

Cuo-Cu2o

هوا :

مس در مجاورت هوا و رطوبت از یک قشر نازک اکسید مس که مخلوطی از

می باشد پوشیده می شود،این قشر نازک بقیه فلز را از اکسید شدن حفظ می نماید اگردت زیادی این اکسیدها در مجاورت هوا قرار گیرند ویا سطح مس به شدت اکسید شود،رنگ مایل به سیاه آن به تدریج به رنگ سبز که مخلوطی از سولفات و کلرورهای بازی است تبدیل می گردد.و هوای محیط در تشکیل این فازها بسیار موثر بوده هب طوریکه اکثراًدر نواحی صنعتی ترکیبات سولفاتی ودر مجاورت در یاها ترکیبات کلروری به وجود می آید.

آب:

تاثیر آب بر روی مس بستگی به ترکیبات موجود در ان دارد که مهم ترین آنها وجود مقدار زیاد اکسیژن و 2CO حل شده و میزان کم CaO در ان است آب سبک با حدوداٌ 8-4 میلی گرم CaO در هر لیتر معمولاٌ تاثیر بیشتری بر مس خواهد داشت.

نمک ها و آب دریاها:

کلرورهای قلییایی وقلیایی خاکی نسبت به مس واکنش داشته وتاثیر آنها بر محصولات مسی بستگی بهغلظت نمک و میزان اکسیژن حل شده در آنا دارد.مس معمولاً در مقابل بخار آب وآبهای شور مانند آب در یا مقاوم بوده ولی وجود اکسیژن در نمکها وغلظت آنها می تواند روی شدت خوردگی اثر گذاشته وآنرا فرسوده سازد.

اسیدها :

خوردگی مس در برابر اسیدها معمولاً از دو جنبه مورد بررسی قرار می گیرد:

الف)اسید های غیر اکسید کننده:این اسیدها روی مس معمولاً اثر چندانی نداشته وحل شدن مس در آنها به مقدارهوا واکسیژن موجود در محیط بستگی دارد مانند HCL و 4SO2H

ب)اسیدهای اکسید کننده:مثل 3HCLO و 3HNO حلال بسیارخوبی برای مس بوده ومس را در خود حل می کنند

بازها:

تاثیر بازهای مانند هیدرو اکسید سدیم وهیدرو اکسید پتاسیم بر مس مورد توجه قرار گرفته وتقریباً اثرا تمشابهی دارند.معمولاً بازهای رقیق به علت امکان حلالیت بیشتر اکسیژن در آنها اثر شدید تری نسبت به بازهای غلیظ روی مس خواهند داشت.

خواص شیمی فیزیکی:

مس مذاب قابلیت انحلال شدیدتری برای گازهای مختلف دارد.این پدیده هنگام انجماد به سرعت کاهش

می یابد/مقدار حل شدن گازها در مس بستگی به درجه حرارت وفشار جزئی گازها در محیط خارج دارد.گازها اکثراً به صورت اتمی در مذاب حل می شوند.

مشخصات ریخته گری و ذوب:

آلیاژهای مس در تنوع ترکیبات مختلف،فاصله انجماد متفاوتی دارند که پدیده انجماد پوسته ای و انجماد خمیری و انجماد یوتکتیکی وهمچنین پریتکتیکی مختلف را شامل می شوند.

آلیاژهای مس معمولاًبا نقطه ذوبی بالا تر از850 درجه سانتیگراد ودرجه ریخته گری بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد ووزن مخصوص معادل 8 گرم بر سانتیمتر مکعب بیشتر در شرایط ریخته گری آلیاژهای آهنی وچدن ها قرار می گیرند واز این رو ریخته گری آن از آلومینیم مشکل تر است وسیالیت آن نیز از آلومینیم کمتر است.

تقسیم بندی آلیاژها:

آلیاژهای مس به دو نوع آلیاژهای نوردی و ریخته گری تقسیم می شوند که از طرق مختلف ریخته گری در ماسه،قالب فلزی و اخیراً سیستم های تحت فشار شکل می گیرند.

کاربردهای مختلف مس:مصارف مختلف مس وزمینه های کاربردی آلیاژهای آن معمولاً بر یک یا چند از خواص زیر استوار است:

1)هدایت الکتریکی وحرارتی بسیارخوب و بالا 2)مقاومت به فرسودگی 3)طنین صدا

4)مقاومت بسیار خوب در محیط های خورنده وخوردگی 5)رنگهای دلپذیر و زیبا

6)تنوع آلیاژی در ساخت قطعات 7)مقاومت به کشش وفشار

مصارف مختلف مس:در دو حوزه صنعتی ومهندسی وامور ساختمانی عمرانی بیشترین کاربرد را دارند،در بخش صنایع و مهندسی:عمدتاً در مبدلهای حرارتی وبویلرها به جهت قابلیت هدایت حرارتی خوب ومقاومت مناسب در مقابل خوردگی وفشار به صورت لوله های مسی در ساخت وسایل حرارتی برودتی نطیر یخچال و بخاری وآبگرمکن ودر صنعت گاز در وسایل گاز سوز ودر خطوط انتقال نیرو یکی از پر کاربردترین فلزات در صنعت برق است.

[ghasem motamedi]

مس

مشخصات فيزيكي مس

.مس داراي ساختار FCC بوده و تغيرات آلوتروپيك در آن وجود ندارد .در درجه حرارت 1083 درجه سانتيگراد ذوب شده و دانستيته در حدود 8.9 گرم بر سانتي متر مكعب دارد مس داراي پارامتر شبكه 3.6 آنگسترم بوده و داراي قطر اتمي 2.55 آنگسترم مي باشد همچنين داراي مشخصات ريخته گري به شرح زير مي باشد

1-داراي نقطه ذوب بالايي نسبت به آلياژ هاي غير آهني مي باشد

2-داراي سياليت كم

3- اكسيداسيون بالا

4- آلياژ مس داراي دامنه انجماد طولاني و انجماد خميري مي باشد به خصوص در آلياژ هاي برنج كه اين دامنه انجماد خيلي طولاني مي شود مواد شارژي كه براي ساخت آلياژ هاي مس به كار مي رود شبيه آلياژ هاي آلومينيم مي باشد كه شامل :

1- شمش هاي اوليه

2-شمش هاي ثانويه

3-قراضه ها

4- برگشتي ها

5- هاردنر ها

قابل توجه است كه مس قابليت انحلال اكثر عناصر را دارد بنابراين ساخت آلياژ هاي مس همراه عنصري نظير Ni,Si,Zn امكان پذير مي باشد .

شمش هاي اوليه

در مواد شارژ شمش هاي اوليه مي باشد كه شامل شمش مس قلع سيليسيم روي و سرب مي باشد .نكته : شمش مس به شكل ورق يا مفتول استفاده مي شود كه با درجه خلوص 99.9 تا 99.5 درصد معمولا داراي ناخالصي هاي نظير قلع نيكل آهن آنيتموان سرب بيسموت مي باشد كه معمولا بيشترين ناخالصي در اين آلياژ آهن و نيكل مي باشد .

شمش قلع

اين شمش عموما براي ساخت برنز هاي قلع دار استفاده مي شود كه داراي نقطه ذوب 232 درجه سانتيگراد مي باشد كه وزن مخصوص آن در حدود 7.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد . اين عنصر داراي درجه خلوصي در حدود 99.5 تا 99.9 درصد مي باشد كه داراي ناخالصي هايي نظير مس آهن سرب آلومينيم بيسموت آنتيموان مي باشد و عموما به شكل شمش هاي 25 كيلويي و يا مفتول استفاده مي شود .

شمش سيليسيم

كه عموما در ساخت عنوان برنج ها و برنز ها استفاده مي شود و به شكل آميژن و هاردنر به مذاب مس اضافه مي شود .

شمش روي

اين شمش عموما براي ساخت برنج ها استفاده مي شود كه داراي وزن مخصوص 7.1 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و نقطه ذوب آن 420 درجه سانتي گراد مي باشد د: شمش سرب : اين شمش داراي نقطه ذوب 327 درجه سانتيگراد و وزن مخصوص 11.3 گرم بر سانتي متر مكعب مي باشد و در صنعت به عنوان سنگين ترين عنصر شناخته مي شود اين عنصر عموما در برنز هاي سرب دار و برنج هاي استفاده مي شود

شمش نيكل

نيكل از لحاظ خواص فيزيكي بسيار شبيه مس بوده و داراي نقطه ذوب 1453 درجه سانتيگراد و دانسيته 8.9 گرم بر سانتيمتر مكعب مي باشد . نيكل عموما در برنج هاي مخصوص استفاده مي شود كه در اصطلاح به اين برنج ها ورشو مي گويند .

شمش هاي ثانويه

اين شمش ها از ذوب مجدد و تصويه آلياژ هاي مس به دست مي آيد كه از نظر كنترل تركيب شيميايي مناسبت تر و مرغوب تر مي باشد همچنين داراي عناصر آلياژي مي باشد معمولا شمش هاي ثانويه داراي 2 تا 7 درصد قلع 4 تا 10 درصد روي و 2 تا 6 درصد سرب مي باشد .

قراضه ها

كه معمولا ضايعات مس بوده كه قبل از استفاده بايد پيش گرم شده و عمليات اسيد شويي و چربي گيري بر روي آن ها انجام مي شود .

آميژن ها

دليل استفاده از آميژن ها در آلياژ هاي مس به اين دليل مي باشد كه آلياژ سازي علاوه بر كاهش نقطه ذوب از تبخير عناصر آلياژي و تلفات مذاب جلوگيري مي كند .

انواع هاردنر ها در آلياژ هاي مس

آميژن مس – سيليسيم

جهت توليد اين آلياژ ساز ابتدا مس را ذوب كرده سپس سيليسيم را به شكل ذرات ريز به مذاب اضافه مي شود معمولا تعداد دفعات اضافه كردن 7 تا 8 مرتبه مي باشد كه بعد از هر دفعه اضافه كردن Si به مذاب Cu درجه حرارتش كاهش پيدا مي كند تا از تلفات Si در Cu جلوگيري شود .

آميژن Al-Cu

روش تهيه اين نوع آميژن به اين صورت مي باشد كه در صورت وجود دو كوره Alو Cu را به طور جداگانه ذوب نموده سپس مس را به شكل باركه مذاب به Al اضافه مي كنند اما روش دوم ساخت آميژن به اين صورت مي باشد كه مس را ذوب كرده سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند كه پس از هر بار اضافه كردن Al درجه حرارت را كاهش داده تا از تلفات Alجلوگيري شود

آميژن سه گانه Cu,Al,Ni

براي تهيه اين هاردنر به علت آنكه اضافه كردن Niبه مس هيچ گونه مشكلي ندارد ابتدا هاردنر Cu.Ni را ايجاد كرده و سپس Al را به مرور به مذاب اضافه مي كنند . پس از آماده سازي مواد شارژ و پيش گرم كردن قراضه ها با توجه به نقطه ذوب فشار بخار و درجه حرارت تصفيه عناصر آلياژي به مذاب اضافه مي شود . بهترين نوع كوره ها در ذوب Cu كوره هاي القايي مي باشد اما از كوره هاي و روبربرگ نيز استفاده مي شود . معمولا اين نوع آلياژ ها در صنايع الكترونيك و برق استفاده مي شود كه تا حدود 2 درصد شامل ناخالصي مي باشد و جود ناخالصي باعث كاهش هدايت الكتريكي آلياژ مي شود ناخالصي هاي موجود شامل روي آرسنيك كادميم سيليسيم كرم ونقره مي باشد به علت قابليت اكسيداسيون بالا و انجماد خميري و سياليت پايين ريخته گري اين آلياژ مشكل مي باشد .

مواد قالب گيري در ريخته گري مس

ريخته گري مس هم در داخل قالب هاي دائمي و هم قالب هاي موقت انجام مي شود ريخته گري قالب هاي موقت به روش هاي ماسه اي تر ماسه اي خشك پوسته اي CO2 انجام مي شود كه حسب مورد استفاده آن بنتونيت همراه مواد افزودني مي باشد كه آرد حبوبات به دليل افزايش استحكام، خاك اره به جهت افزايش نفوذ گاز مي باشد در آلياژ هاي مس بايد نفوذ گاز ماسه به دليل انجماد خميري بالا باشد همچنين گرد زغال باعث افزايش مقاومت به ماسه سوزي ماسه استفاده مي شود .

ريخته گري قالب هاي دائمي

به دو روش ريژه وتزريقي انجام مي شود كه عمر قالب هاي دائمي در آلياژ هاي مس در مقايسه با ساير آلياژ هاي غير آهني كوتاه تر مي باشد كه به دليل درجه حرارت ريخته گري بالاي مس ودانسيته بالاي مس مي باشد نكته : چگالي و دانسيته مس 8.4 مي باشد جهت افزايش عمر قالب:

استفاده از انواع پوشش ها به جهت جلوگيري از شوك حرارتي به محفظه قالب جنس محفظه قالب از چدن يا فولاد مي باشد كه در آلياژ هاي مس در داخل فولاد تمركز حرارتي شديدي وجود دارد كه به علت انتقال حرارتي كم فولاد مي باشد به دليل انتقال حرارتي شديد مذاب و انتقال حرارتي كم قالب تمركز حرارتي در قالب هاي فولادي به وجود مي آيد .

سيستم هاي راهگاهي

كه با توجه به سياليت پايين مذاب مس در مقايسه با آلياژ هاي غير آهني ديگر معمولا ابعاد سيستم راهگاهي در آلياژ هاي مس بزرگتر از آلياژ هاي ديگر مي باشد سيتسم راهگاهي در اين نوع قالب ها به دو دسته تقسيم مي شوند .

قطعات كوچك با ابعاد يكنواخت :

در اين گونه قطعات سيستم راهگاهي به گونه اي طراحي مي شود كه كار تغذيه را سيستم راهگاهي انجام مي دهد و عملا نيازي به تغذيه گذاري نداريم نسبت به سيستم راهگاهي در اين حالت 1-9-3 و 1-8-2 مي باشد .

قطعات بزرگ و يكنواخت :

در اين روش نياز به تغذيه گذاري مي باشد كه نسبت سيستم راهگاهي در اين حالت 2-3-2 و 1-8-2 مي باشد تغذيه هاي به كار گرفته شده دراين سيستم هم به صورت گرم و هم به صورت سرد مي باشد .

تغذيه گذاري

تغذيه گذاري در آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد دارد انواع آلياژ هاي مس بسته به نوع انجماد عموما به سه دسته تقسيم مي شوند :

1- آلياژ ها با دامنه انجماد كوتاه و انجماد پوسته اي مانند مس – آلومينيم در اين گونه قطعات ميزان مك و حفرات گازي پراكنده كمتر و بيشترين انقباض در قسمت وسط يا گرمترين نقطه انجماد در نظر گرفته مي شود داراي 4.5 تا 4% انقباض مي باشد

2- آلياژ ها با دامنه و انجماد خميري مانند آلياژ هاي مس – روي ، برنز ها – مس –سرب اين نوع آلياژ ها داراي انجماد شديد خميري مي باشند ميزان مك و حفرات انقباضي پراكنده در اين گونه آلياژ ها زياد مي باشد لذا تعيين محل تغذيه مشكل مي باشد بنابراين بايد با استفاده از مبرد و يا مواد اگزوترم مواد گرما زا انجماد جهت دار در قطعه به وجود آوريم تا حداقل ميزان مك و حفرات انفباضي و گازي در قطعه توليد شوند كه معمولا در اين قطعات از تغذيه گرم استفاده مي شود .

3- آلياژ هايي با دامنه انجاد متوسط مي باشد اين نوع آلياژ ها در حدفاصل دو حالت بالا قرار مي گيرند معمولا در اين نوع قطعات هم انقباضات متمركز و هم غير متمركز ديده مي شود كه اين امر را مي توان با اگزوتر و مبرد برطرف كرد مانند مس – بريليم .

عمليات كيفي تهيه مذاب Cu

كه شامل مرحل :

1-اكسيژن زدايي

2-هيدروژن زدايي

3-كنترل تركيب شيميايي

4- تصفيه

اكسيژن زدايي

اكسيژن يكي از مهمترين عناصري كه ميل تركيبي زيادي با مس و آلياژ هاي مس دارد كه با افزايش درجه حرارت تا حدود 700 درجه مس با اكسيژن توليد اكسيد مس دو ظرفيتي مي كند . در 1050 تا 1100 درجه اكسيد 2 ظرفيتي مس تبديل به اكسيد يك ظرفيتي مي شود . اگر درجه حرارت از 1100 بيشتر شود مجددا اكسيد مس تجزيه مي شود به مس و اكسيژن محلول كه اين اكسيژن در داخل مذاب حل شده و توليد اكسيد مي كند واكنش ديگري را كه انجام مي دهد با هيدروژن مي باشد كه توليد رطوبت و اكسيد فلزات موجود در مذاب را مي كند بخار مرطوب موجود به مرور از مذاب خارج شده و اكسيد هاي موجود نيز به شكل ناخالصي در مذاب به وجود مي آيد براي حذف اكسيژن و اكسيد هاي فلزي در آلياژ هاي مس از سه روش استفاده مي شود :

استفاده از فلاكس هاي پوششي:

اين مواد مانع از ورود اكسيژن و هيدوژن به داخل مذاب Cu مي شود . فلاكس هاي مورد استفاده معمولا تركيبات كربني – خورده شيشه – و براكس مي باشد( براكس كه تركيبات سديم و پتاسيم كريوليت مي باشد )و خورده شيشه نيز تركيبات سيليسي بوده كه علاوه بر مانع شدن ورود اكسيژن به مذاب باعث افزايش سياليت مذاب و سرباره گيري آسان مي شود .

استفاده از مواد غير محلول در مذاب جهت حذف اكسيژن :

مواد غير محلول در سطح مذاب قرار داده كه اين مواد در روي سطح شروع به انجام واكنش شيميايي كرده و در ضمن احياء اكسيد هاي مذاب به عنوان مواد پوششي در سطح مذاب از اكسيد شدن مذاب جلوگيري مي كنند كه مهمترين آن ها عبارتند از كاربيد كلسيم CaO2، پرايد منيزيم Mg3O2 فلاكس هاي مايع نظير اسيد بوريك زغال چوب اين مواد ضمن خاصيت احيايي داراي وزن مخصوص پايين مي باشد و روي مذاب قرار مي گيرند بعضي از واكنش هايي كه اين مواد انجام مي دهند شامل

استفاده از اكسيزن زداهاي محلول در مذاب :

اين نوع اكسيژن زداها در حد فاصل سرباره و مذاب واكنش مي دهند معمولا احياء كننده هاي قوي هستند كه عناصري مانند فسفر روي منگنز سيليسيم ليتيم آلومينيم و در بعضي از مواد سرب شامل اين دسته از اكسيژن زداها مي باشد اين عناصر قابليت انحلال در مذاب مس را دارند و با توجه به قابليت احياء كنندگي قوي اكسيد مس را احياء مي كنند و محصولات واكنش عموما وارد سرباره شده و يا به صورت گاز از مذاب خارج مي شود واكنش هايي كه اين عناصر انجام مي دهند شامل عناصر Al- ليتيم –سيليسيم پس از پايان واكنش محصولات واكنش در آنها باقي مي ماند لذا كمتر استفاده مي شود و بهترين اكسيژن زداي محلول فسفر مي باشد كه پس از واكنش از مذاب خارج مي شود و با كاهش انحلال اكسيژن در مذاب از طرف ديگر انحلال هيدروژن افزايش پيدا مي كند لذا بعد از مرحله اكسيژن زدايي بايد عمليات ريخته گري بلافاصله انجام شود .

هيدروژن زدايي

اين عنصر ماننداكسيژن از اتمسفر محيط و يا رطوبت موجود در مواد شارژ و محيط قالب وارد مواد شارژ مي شود اگر داخل مذاب ميزان اكسيژن بالا باشد باعث كاهش حلاليت هيدروژن مي شود . هيدروژن در مرحله انجماد تبديل به مولكول هيدروژن مولكولي در داخل حفرات انقباضي قرار گرفته و مانع از تغذيه حفرات انقباضي توسط مذاب مي شود در نتيجه حفرات انقباضي تشديد مي شوند .

نكته : حفرات گازي هستند كه در مقطع برشي آن حفرات به صورت گرد و منظم مي باشد اما حفرات انقباضي حفراتي مي باشند كه در مقطع شكست آن شكل حفرات نامنظم و زبر بوده و حفرات سوزني شكلي نيز در دور آن تشكيل شده است

بخار آب موجود به سه شكل در قطعات توليدي اثر مي گذ ارد :

1- مقدار بخار آب توليدي كمتر از حد بحراني باشد در اين شرايط اگر درجه حرارت ذوب و يا فوق ذوب بالا باشد در زمان انجماد نيز بالا باشد بخار آب فرصت خروج از محيط را پيدا مي كند

2- مقدار بخار آب توليدي حدود حد بحراني باشد در اين شرايط در اثر افزايش دما و كاهش چگالي بخار آب و افزايش حجم بخار و همچنين افزايش فشار بخار سرعت خروج بخار از محيط قالب برابر با سرعت توليد گاز توسط مذاب است در اين شرايط ميزان عيوب گازي به حداقل مي رسد .

3- ميزان بخار آب توليدي بيشتر از حد بحراني باشد تشكيل بخار و عدم خروج بخار از محيط باعث افزايش مك تحلخل حفرات گازي و انقباضي در قطعه مي شود .

روش هاي حذف هيدروژن

استفاده از فلاكس و سرباره هاي اكسيدي :

اين نوع سرباره ها با هيدروژن موجود در مذاب واكنش داده و تشكيل بخار آب مي دهد اين بخار از سرباره خارج شده و لذا عمل هيدروژن زدايي تشكيل مي شود اين روش در صنعت كمتر استفاده مي شود كه به دلايل زير مي با شد

1- واكنش هاي ايجاد شده در سرباره باعث كاهش سرباره مي شود .

2- باعث افزايش تلفات مذاب مي شود

3- ممكن است بخار آب موجود در فصل مشترك مذاب و بخار دوباره تجزيه شود و هيدروژن دوباره به داخل مذاب برگشت زده شود .

دمش گاز خنثي :

با دمش گاز خنثي مثل نيتروژن و آرگون مي توان هيدروژن موجود در مذاب را به شكل فيزيكي و مكانيكي به سطح مذاب هدايت كرد علاوه بر گاز هاي هيدروژن و اكسيژن كه ممكن است در مذاب وجود داشته باشد دي اكسيد كربن CO2 و دي اكسيد گوگرد SO2 نيز در مذاب وجود دارد كه منشا اين عناصر محصولات حاصل از احتراق مي باشد CO2 مي تواند با مذاب واكنش داده و تشكيل سولفيد مس دهد : كه سولفيد مس مي تواند به صورت ناخالصي در حفرات باقي بماند .

كنترل تركيب شيميايي

مواد شارژ حين تهيه مذاب داراي تلفات مي باشد اين نوع تلفات باعث بر هم خوردن تركيب شيميايي مذاب مي شود

منشاء تلفات عناصر آلياژي در مذاب

تلفات مذاب و عناصر آلياژي در سرباره :

به علت قابليت چسبندگي مذاب و عناصر آلياژي با سرباره مقداري از مذاب و عناصر آلياژي همراه با سرباره خارج ميشود .

تمايل تركيب عناصر آلياژي با اكسيژن :

درجه حرارت بالاي مذاب كه باعث تصعيد و تبخير عناصر آلياژي مي شود .

تلاطم مذاب :

باعث افزايش سطح تماس مذاب و سرباره مي شود كه اين امر باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .

روش ذوب :

اگر در روش ذوب تقدم و تاخر اضافه كردن عناصر آلياژي در نظر گرفته نشود باعث افزايش تلفات مذاب و عناصر آلياژي مي شود .

[ghasem motamedi]

دید کلی

استخراج فلز مس از سنگهای معدنی آن ، بستگی به نوع سنگ معدن ، بهای انرژی الکتریکی و عیار سنگ معدن دارد. اکثر سنگهای استخراجی دارای عیار پائین می باشند. لذا لازم است عملیات پر عیار کردن روی آنها انجام شود. عملیات پر عیار کردن سنگهای مس ، روشهای مختلفی دارد که متداول‌ترین آنها روش فلوتاسیون می‌باشد. مراحل مختلف پر عیار کردن فلز مس را مرور می‌کنیم.

سنگ شکن‌ها

هدف از شکستن سنگها ، کوچک کردن اندازه سنگ ورودی می‌باشد. بطور کلی ، سنگ شکن‌ها دارای ضریب خرد کردن محدودی می‌باشند و اگر ابعاد سنگها بزرگ باشند، از سنگ شکن‌هایی که بطور سری قرار گرفته‌اند، استفاده می‌شود. معمولا سنگ شکن‌های آخر را در مسیر بسته با غربال قرار می‌دهند تا ذرات درشت‌تر دوباره به سنگ شکنها بازگردانده شود. سختی ، شکل تبلور ، حالت سطحی و خلل و فرج و شکافهای موجود ، در شکستن سنگها دخالت می‌کند و برحسب این عوامل ، میزان صرف انرژی تعیین می‌شود.

آسیا کردن

قسمت نرم کردن شامل انواع آسیاهاست و متداولترین آنها آسیای گلوله‌ای می‌باشد. ولی اگر منظور نرم کردن بسیار زیاد باشد، آسیای میله‌ای و سپس آسیای گلوله ای را به صورت سری قرار می‌دهند. معمولا آسیاها در مسیر بسته با یک سیلیکون یا کلاسیفایر قرار دارند که بار خروجی دارد . این دستگاه‌های جداکننده ، ذرات ریز و مطلوب را به قسمت پر عیار و ذرات درشت را به قسمت آسیاب برمی‌گردانند.

مرحله آخر پر عیار کردن

قسمت سوم کارگاه پر عیار کردن ، شامل انواع دستگاههای پر عیار کردن می‌باشد و به دسته دستگاههای فیزیکی و دستگاههای فیزیکو شیمیایی تقسیم می‌شوند.

روش فیزیکی پر عیار کردن

روشهای فیزیکی ، جدا کردن بر مبنای خواص فیزیکی سنگهای معدنی از قبیل رنگ ، خواص مغناطیسی و الکتریکی و وزن مخصوص قرار دارد. برای جدا شدن کانی از گانگ ، باید درجه آزادی ذرات بسیار بالا باشد و خواص فیزیکی دو ذره باهم اختلاف زیادی داشته باشد. اکثر این دستگاه ها به روش وزن مخصوص کار می‌کنند، پس باید اختلاف وزن مخصوص کانه با گانگ زیاد باشد. ضریب پر عیار کردن با روشهای فیزیکی چندان بالا نبوده ، مشخصه کلی این روشها هزینه کم می باشد. بنابراین برای واحدهای کوچک مناسبتر است.

روشهای فیزیکوشیمیایی

• فلوتاسیون:
  
  اساس فلوتاسیون ، جذب مواد آلی ( که کلکتور نامیده می‌شوند ) در سطح ماده معدنی می‌باشد. مخلوط مواد جامد و آب که به آن ، مقداری از معرفهای فلوتاسیون اضافه شده است، از داخل سلولهایی که به‌شدت بهم زده شده ، حباب هوا به داخل آن دمیده می‌شود، عبور می‌کند و در نتیجه سطوح جامدی که توسط معرفهای فلوتاسیون مورد عمل قرار گرفته و لایه‌ای از معرف روی آن را پوشانده و آن را آبگریز کرده است، حبابهای هوا را جذب کرده ، شناور می‌گردند.
• کلکتور:
  
  معرفهایی که روی سطح ذرات ، تشکیل لایه می‌دهند، کلکتور نام دارند. کلکتورها ، مواد آلی و معمولا با یک مولکول بزرگ هستند که انواع مختلفی دارند و هر یک دارای خاصیت تشکیل لایه بر روی سطوح جدید معینی هستند. بدین ترتیب هر کلکتور روی کانه خاص با ترکیب شیمیایی و یا شبکه بلوری معینی ، تشکیل لایه داده ، سطح آن را آماده برای جذب حباب هوا می‌کند و سایر ذرات که کلکتور روی آنها فیلمی تشکیل نداده است، فاقد خاصیت جذب حباب هوا بوده ، در نتیجه شناور نخواهند شد و بدین ترتیب می‌توانند ذرات خاصی را از یک مجموع ذرات ، شناور کرده ، جدا کنند.

چند نمونه از کلکتورهای معروف

گزانتانها

بر روی سولفورهای فلزی ، تشکیل فیلم داده ، آنرا شناور می‌کنند. به فرمول عمومی M=ORS2M=یک فلز قلیایی

تیوکاربانیلیدها

روی سولفورهای فلزی به صورت انتخابی عمل می‌کنند. مثلا از مخلوط سولفورهای سرب و روی ، واکنش فقط روی سولفور سرب (گالن) ، لایه تشکیل داده ، آن را شناور می‌کنند. به فرمول عمومی RSC(NH)22R22 =یک هیدروکربن حلقوی

اسیدهای چرب و صابونها)

این کلکتورها ، برای شناور کردن اکسیدهای فلزی بعضی از ترکیبات سیلیکاتها و فسفات ها بکار می‌روند.

کلکتورهای کاتیوتیک

دارای فرمول عمومی به صورت RNH2 و RCONH2 می‌باشند و برای شناور سازی کانی های غیر فلزی و املاح بکار می‌روند.



عوامل موثر بر شناور سازی ذرات

PH محیط ، شدت بهم زدن ، زمان تماس کلکتور با ذرات ، ابعاد ذرات ، درجه حرارت ، وجود ناخالصیها و املاح موجود در آب در شناور شدن ذرات نقش اساسی دارند.

معرفهای دیگر فلوتاسیون

کف ساز

باعث پایدارشدن حباب هوا با کم کردن کشش سطحی آب می شوند.

رسوب دهنده ها

در فلوتاسیون انتخابی ، اگر کلکتور مناسبی برای یک سولفور فلزی وجود نداشته باشد، از این مواد استفاده می‌شود که با تشکیل لایه در روی بعضی از کانه‌ها مانع جذب کلکتور توسط سطح این کانه‌ها می‌شوند.

تقویت کننده‌ها

این مواد بر روی سطوحی که فاقد خاصیت جذب کلکتوری هستند، تشکیل فیلم داده ، سطح را آماده جذب کلکتور می‌سازند. سولفور سدیم از جمله تقویت کننده‌ها می‌باشد.

خاصیت شناور شدن سنگ معدن مس

سنگهای سولفوره مس ، دارای خاصیت آلی شناور شدن بوده ، توسط گزانتانها شناورسازی می‌شوند. برای جداسازی سولفور مس از سولفور سایر فلزات می‌توان از فلوتاسیون انتخابی در حضور مقادیر کم سیانور سدیم (کمتر از 50 گرم به ازای هر تن) استفاده کرد. سولفورهای مس به مقادیر کم سیانور حساس نیستند. شناورسازی سنگهای کربناته و اکسیده مس مشکل است و باید از معرفهایی که خواص سطحی را تغییر نمی‌دهند، استفاده کرد.

مزایای فلوتاسیون نسبت به روش فیزیکی

1. سنگهای فقیر با عیار کمتر از 0.5 درصد را با راندمان بالا می‌توان پر عیار کرد.
2. اختلاف وزن مخصوص یا سایر خواص فیزیکی بین کانه و گانگ سنگ معدن ، اثر عمده ای ندارد.
3. ضریب بازیابی و عیار کانه بالاتر از روش فیزیکی است.
4. با این روش ، می‌توان ترکیبات با ارزش موجود در سنگ معدن را با راندمان و ضریب پر عیاری کافی جدا کرد.
5. با این همه ، فلوتاسیون یک روش گران بوده ، در ظرفیتها و حجمهای کم ، مقرون به صرفه نمی‌باشد.

[ghasem motamedi]

مقدمه

معمولاً در انتخاب یک روش برای استخراج مس یا هر فلز دیگر پارامترهای مختلفی دخالت دارد و مهمترین آنها اقتصادی و مقرون به صرفه بودن آن روش است. دست‌اندر کاران صنعت استخراج معمولاً سعی در ابداع یک روش جدید با هزینه‌های کمتر و بازده بالا یا بهبود روشهای قبلی برای پایین آوردن هزینه و بهره‌وری بالاتر دارند. با پیشرفت تکنولوژی و ساخت دستگاه‌های جدید روز به روز روشهای اقتصادی‌تر جایگزین روشهای پرهزینه قدیمی می‌شود. روشهای مرسوم و کلی استخراج مس ر زیر آمده است.

روش احیا

این روش برای استخراج مس از سنگهای اکسیدی و پرعیار بکار می‌رود. اساس این روش ، حذف کامل گوگرد از سنگ معدن مس و احیاء بعدی آن توسط عوامل احیا کننده مانند کربن یا منوکسید کربن قرار دارد. این روش ، قدیمی است و امروزه بدلیل کمیاب بودن سنگهای اکسیدی پرعیار و همچنین مصرف سوخت و انرژی بالا ، تلفات زیاد مس در سرباره و هزینه زیاد حذف ناخالصی‌ها ، مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

روش تهیه مات

در این روش ، سنگهای معدنی مس گوگرددار در کوره‌های ذوب به مخلوطی از سولفورهای مس و آهن که مات مس نام دارد، تبدیل می‌شود و سپس توسط یک کنورتور (مبدل) به مس خام تبدیل می‌شود که بعد از تصفیه و ذوب کاتدی مس فلزی بدست می‌آید. این روش ، بدلیل مصرف سوخت کمتر (وجود عناصر گرمازای کافی در مات که کنورتور را بی‌نیاز از سوخت خارجی می‌کند) و همچنین درجه خلوص بالاتر مس خام ، نسبت به روش احیا ، اقتصادی‌تر بوده ، مورد استفاده قرار می‌گیرد.



متالوژی مس از طریق تشکیل مات

در میان روشهای استخراج مس ، تهیه مات متداولترین روش می‌باشد که بر اساس دو اصل زیر استوار می‌باشد:

• واکنش پذیری مس با گوگرد از سایر عناصر وجود در کانی بیشتر بوده ، زودتر از عناصری مثل نیکل و کبالت و سرب می‌تواند سولفور تشکیل بدهد. آهن هم سریعتر از عناصر فوق با گوگرد وارد واکنش می‌شود، از این رو ، مات مس معمولاً سولفور دوگانه آهن و مس می‌باشد که به‌سهولت از گانگ‌ها به‌صورت مذاب جدا می‌شود. مقدار گوگرد موجود در سنگ معدن ، عیار مات را تعیین می‌کند. مقدار بالای گوگرد نشانگر پایین بودن عیار مس می‌باشد بهترین حالت وقتی است که مقدار گوگرد 50-35 درصد مس کافی باشد.
  
  میل ترکیبی مس با اکسیژن کمتر از سایر فلزات و عناصر موجود می‌باشد، از این رو ، در محیط اکسیژنی پایدار است و به این ترتیب ، از مات مس جدا می‌شود

روش هیدرومتالوژی

این روش در مورد سنگهای اکسیدی و بخصوص کربناتها بکار می‌رود. سنگهای مورد مصرف ، ممکن است پرعیار یا کم عیار باشند. در صورت بالا بودن میزان گوگرد ، با استفاده از فرایند تشویه می‌توان گوگرد اضافی را حذف کرد. سپس در حلالهای مناسبی مثل اسید سولفوریک و اسید کلریدریک حل کرده ، مس را با روشهای مختلفی جدا کرد. میزان آلودگی محیط زیست با استفاده از این روش پایین بوده ، از این لحاظ بر روش احیا و تهیه مات مس برتری دارد.

[ghasem motamedi]

مقدمه

مس ، حدود در صد پوسته زمین را تشکیل می‌دهد. مقدار آن در آب دریاها در حدود درصد می‌باشد. قشر زمین برای استخراج مس مناسبتر است. مس به سه صورت در طبیعت یافت می‌شود که عبارتند از سنگهای اکسیده ، سنگهای سولفوره و مس طبیعی.

سنگهای اکسیده مس



سنگهای اکسیده بیشتر در قشر زمین وجود دارند و تغییرات جوی و فعل و انفعالات طبیعی ، باعث تبدیل سنگهای سولفوره به سنگهای اکسیده می‌شود. سنگهای اکسیده مس بیشتر از کربنات‌ها ، سولفات‌ها و گاه سیلیکاتها تشکیل شده‌اند.


مهم ترین سنگهای اکسیده مس سنگهای اکسیدهفرمول شیمیاییمقدار در صد مسشبکه کریستالیوزن مخصوص کوپریت (Cuprite)88.8مکعب 6.15 تنوریت (Tenorite)79.9مونوکلینیک6.4 آنوریت (Azurite)55.3مونوکلینیک3.8 مالاکیت (Malachite)55.7مونوکلینیک4.0 بروکانتیت (Brocantite)56.5مونوکلینیک4.0 کالکانیت (Chakanhte)25.5تری‌کلینیک2.32.2 کریزوکل (Chrycocilla)30</B>26بلور آمورف23__1.9

سنگهای سولفوره مس

سنگهای سولفوره برخلاف سنگهای اکسیده پایین‌تر و در عمق بیشتری از قشر زمین قرار دارند. قسمت اعظم سنگهای معدنی مس را سنگهای سولفوره تشکیل می‌دهند.


مهم‌ترین سنگهای سولفوره مس سنگهای سولفورهفرمول شیمیاییمقداردرصد مسشبکه کریستالوزن مخصوص کالکوزیت79.9ارتورومبیک5.85.5 کوولیت66.5هگزاگونال4.7 کالکوپیریت34.6تتراگونال4.3</B>4.1 بورنیت59.755.5تتراگونال5.3</B>4.9 آنارنریت48.4ارتورمبیک4.5__4.5

مس طبیعی

مس گاهی به صورت آزاد در طبیعت یافت می‌شود. اغلب این مس به‌صورت دانه‌های ریز در داخل کنگلومرا یافت می‌شود. گاهی قطعات بزرگتر نیز در کانادا یافت شده است. چنین مسی حتی تا درجه خلوص 99.92 درصد هم یافت شده است.

معادن مس

معادن مس در دنیا به صورت رو باز و زیر زمینی وجود دارند. البته امروزه بیشترین درصد مس دنیا از معادن رو باز استخراج می‌شود، مشروط بر اینکه حداقل مس موجود در سنگ معدن حدود 0.4 در صد باشد. از معادن مس زیر زمینی نیز که حداقل 0.7 درصد مس داشته باشند، در صورت اقتصادی بودن استخراج به عمل می‌آید.

مهمترین معادن مس در دنیا

قاره آمریکا

• آمریکای شمالی : معادن آریزونا ، نیرمکزیکو ، مونتانا ، میشیگان و نوادا
• کانادا : معادن انتاریو ، کوبک ، برتیش کلومبیا
• مکزیک : معادن سونورا

آمریکای جنوبی

معادن شیلر ، پرو ، برزیل

آسیا

معادن ایران (مس سرچشمه) ، قزاقستان ، ازبکستان ، سیبری شمالی ، ژاپن ، اندونزی و ...

آفریقا

معادن زئیر (کاتانگا) ، زامبیا ، آفریقای جنوبی و اوگاندا و ...

استرالیا

معادن کوئینزلند و باگین ویل

اروپا

لهستان ، یوگسلاوی ( معادن بور ) ، اسپانیا و نروژ و ...

عیار قابل استخراج

از اوایل قرن بیستم که سنگهای مس با عیار حدود 5 — 4% قابل استخراج در نظر گرفته شده است تا به امروز ، عیار مس قابل استخراج بطور منظم کاهش یافته است. وجود عناصر همراه که اکثرا مفید بوده ، بر ارزش اقتصادی کانی می‌افزایند، روی عیار قابل استخراج اثر کرده ، سنگهای کم عیار‌تری را قابل استخراج اقتصادی نموده‌اند. در کنگو سنگهای مس با عیار 0.25% به‌علت وجود مقدار کمی اورانیوم قابل استخراج هستند.

بطور کلی عیار مس قابل استخراج در دنیا در معادن روباز در حدود 0.4% و در معدن زیر زمینی در حدود 0.7% می‌باشد که بستگی به میزان اقتصادی بودن و شرایط دیگر از قبیل آب و هوا ، حمل و نقل ، ارزش انرژی و میزان عناصر مفید دیگر در آن دارد. اکثر سنگهای مس دارای نقره به میزان 30-1 گرم در تن و طلا 0.5 — 0.1 گرم در تن و گاهی 3 — 2 گرم در تن می‌باشند. سنگهای معدنی مس غالبا حاوی سایر فلزات مانند سرب و کادمیم است و در مقادیر کمتر حاوی نیکل و کبالت نیز می‌باشند.

[ghasem motamedi]

1. كليات روش هاي توليد مس
روش هاي توليد مس از سنگ معدن در صنعت، شامل دو روش عمده پيرومتالورژي و هيدرومتالورژي مي باشد. روش پيرومتالورژي شامل مراحل استخراج كانسنگ، پرعياركردن، ذوب و ريخته گري آند و در نهايت پالايش الكتروليزي و دستيابي به مس خالص مي باشد. روش هيدرومتالورژي شامل مراحل استخراج كانسنگ، خردابش/آگلومراسيون، انحلال و پالايش است.

2. هيدرومتالورژي و ضرورت آن
امروزه جهت گيري و رويكرد صنعت توليد مس به سوي روش هاي هيدرومتالورژي مي باشد. اين امر با توجه هزينه هاي سنگين مواد اوليه، سرمايه گذاري بالا ، نيروي انساني و وجود مشكلاتي نظير آلودگي‫هاي زيست محيطي، مصرف بالاي انرژي و عدم امكان استفاده مجدد از مواد مصرفي، روز به روز از اهميت بيشتري برخوردار مي گردد.
تحولات و پيشرفت اين رشته در صنعت متالورژي استخراجي، ناشي از سازگاري بيشتر اين روش با محيط زيست و مصرف كمتر انرژي مي باشد كه گسترش آن مرهون كشف و ساخت حلال ها و رزين‫هاي آلي انتخابي و كاربرد ميكروارگانيسم ها بوده است. آمار و اطلاعات گزارش شده نشان مي‫دهد كه با پيشرفت و توسعه فرآيندهاي هيدرومتالورژي در سال هاي اخير، روند افزايش توليد مس و ساير فلزات پايه از اين روش افزايش چشمگيري داشته است. به طوري كه سهم توليد مس به كمك روش هيدرومتالورژي، از 15 درصد در سال 1998 به 20 درصد در سال 2003 افزايش يافته است و بررسي ها و پيش بيني هاي انجام شده توسط سازمان هاي معتبر بين المللي حاكي از استمرار روند صعودي توليد هيدرومتالورژي و كاهش توليد به روش پيرومتالورژي در سال‫هاي آينده مي‫باشد.

3. روش هيدرومتالورژي
در روش هيدرومتالورژي، كانسنگ هاي معدني پس از استخراج از معدن تحت عمليات خردايش و آگلومراسيون قرار گرفته و با انجام عمليات انحلال (ليچينگ ) بر روي آن، محلول حاوي عنصر معدني حاصل مي‫شود. در ادامه فلز مس از اين محلول به كمك فرآيند هاي پالايش (جدايش با حلال يا تبادل يونيو الكترووينينگ) استحصال مي گردد. روش هاي انحلال عموماً به دو دسته اصلي انحلال بدون كمك ميكروارگانيسم و انحلال به كمك ميكروارگانيسم ها قابل تفكيك مي‫باشد.
در طي فرآيند ليچينگ، كانسنگ حاوي كاني هاي عناصر (مانند مس) قابل حل توسط يك عامل شيميايي (مانند اسيد سولفوريك)، با قرار گرفتن در مجاورت محلول آبي حاوي اين عامل در شرايط شيميايي و فيزيكي مناسب، دچار انحلال شده و عناصر مورد نظر در اثر اين انحلال به صورت يون درآمده و از آن جدا مي شوند. روش ليچينگ خود به انواع مختلف شامل ليچينگ توده اي، ليچينگ درجا، ليچينگ با همزن، ليچينگ حوضچه ايو ليچينگ تحت فشار تقسيم مي گردد. در روش ليچينگ توده اي يا هيپ ليچينگ،كانسنگ به صورت توده اي در محلي انباشته شده و محلول حاوي عامل شيميايي از بالا بر روي آن ريخته مي‫شود تا در اثر جريان ثقل از ميان خلل و فرج موجود در توده كانسنگ عبور كرده و كاني مورد نظر را حل كند. در مورد كانسنگ مس، كاني‫هاي اصلي مس‫دار شامل كاني هاي اكسيدي (مانند مالاكيت يا كربنات مس و.....) و كاني هاي سولفيدي (مانند كالكوپيريت يا سولفيد مس و آهن و....) هستند.
در روش هيپ ليچينگ با پاشش محلول اسيد سولفوريك تحت شرايط شيميايي و فيزيكي مناسب، كاني هاي اكسيدي مس به راحتي حل مي‫شوند. ليكن در مورد كاني هاي سولفيدي اين فرآيند قدري پيچيده تر مي شود و اسيد به تنهايي امكان انحلال سريع اين كاني ها را ندارد. بنابراين از گذشته تاكنون كوشش هاي در اين راستا صورت گرفته است تا بتوان كاني هاي سولفيدي مس را به روش ليچينگ حل نمود كه اين تلاش ها منجر به ابداع روش هاي مختلفي از جمله بيوليچينگ گرديد.
3-1- بيوليچينگ
بخش زيادي از ذخاير معدن مس جهان، متشكل ازانواع كانسنگ هاي سولفيدي مي باشد، حال آنكه حداكثر 10 درصد از ذخاير مس جهان از نوع كانسنگ هاي اكسيدي است كه امكان انحلال آنها به كمك اسيدسولفوريك وجود دارد. بنابراين يافتن راه حلي جهت به كارگيري حجم عظيم كانسنگ‫هاي سولفيدي با روش ليچينگ، همواره در سرلوحه امور پژوهشي و تحقيقاتي كشورهاي صاحب اين صنعت قرار داشته است.
يكي از راهكارهاي پيشنهاد شده در اين زمينه كمك گرفتن از عملكرد انواع عوامل بيولوژيكي به ويژه باكتري هاي مختلف است. انديشه اين راهكار از آنجا به وجود آمد كه در بسياري از معادن مس جهان مشاهده مي شد توده هاي كانسنگ سولفيدي در اثر نفوذ آب تا حدي دچار انحلال مي گردند و محلول هاي سبزرنگ (حاوي يون آهن) و آبي رنگ (حاوي يون مس) از آنها تراوش مي كند. با بررسي و مطالعه عوامل اين پديده، پژوهشگران به عملكرد بعضي از باكتري هاي موجود در اين آب ها مشكوك شدند و در تحقيقات بعدي ثابت شد كه اين عوامل بيولوژيكي، هنگامي كه محيط مناسبي براي حيات داشته باشند، انرژي موردنياز و غذاي خود را از اكسيداسيون گوگرد و آهن موجود در كاني هاي سولفيدي اين كانسنگ ها به دست مي آورند. در تحقيقات بعدي انواع اين باكتري ها شناسايي شد كه هركدام در شرايط شيميايي و فيزيكي خاصي (اعم از دما و pH) مي توانستند به حيات و عملكرد خود ادامه دهند.
به تدريج بشر به اين فكر افتاد كه از اين فرآيند به نحوي اقتصادي بهره برداري كند و اين باكتري ها را جهت دستيابي به منافع اقتصادي خود به كار گيرد. در اين ارتباط از حدود 50 سال قبل فعاليت هايي آغاز شده و با گسترش تكنولوژي ليچينگ جهت استحصال مس از كانسنگ هاي اكسيدي، تلاش بر اين شد كه با پاشش محلول اسيد و باكتري برروي توده هاي كانسنگ سولفيدي، بتوان محلول حاوي يون مس به دست آورد. با انجام اين فعاليت ها مشخص گرديدكه تكنولوژي جديد ليچينگ با عوامل بيولوژيكي يا به اختصار بيوليچينگ، به ويژه در مورد كانسنگ هاي سولفيدي كم‫عيار اقتصادي ترمي باشد.
بيوليچينگ به مفهوم استفاده از قابليت ميكروارگانيسم ها در عمليات انحلال سولفيدهاي فلزي به منظور بازيابي و توليد فلزات مي‫باشد. سابقه استفاده از اين تكنولوژي به سال هاي 1950 برمي‫گردد. توسعه اين روش در دنيا به حدي بوده است كه امروزه در امريكا بيش از 20 درصد از استحصال مس به روش ميكروبي مي باشد. در بسياري از كشورهاي ديگر از جمله شيلي، استراليا، آفريقاي جنوبي، كانادا، چين، پرو و ديگر مناطق از اين تكنيك براي بازيابي فلزات اصلي و گرانبها استفاده مي شود.

3-1-1- مكانيزم فرآيند بيوليچينگ
ميكروارگانيسم هاي مورد استفاده در فرآيند بيوليچينگ انرژي مورد نياز خود را ازاكسيداسيون آهنFe2+ به Fe3+ (31kg/mol Fe2+) به دست مي آورند. بسياري از باكتري هايي كه آهن را اكسيد مي كنند، قادر به اكسيداسيون گوگرد نيز مي باشند. اين باكتري ها تنها در محيط هاي اسيدي مي‫توانند به حيات خود ادامه دهند.
كاني سولفيد آهن (FeS2) تقريباً در هر سنگ معدني سولفيدي وجود دارد و اكسيداسيون آن توسط باكتري منجر به تشكيل يون فريك مي گردد. اين يون نيز عامل اكسيد كننده مناسبي براي كاني هاي سولفيدي است. واكنش سولفيد مس با يون فريك، باعث انحلال مس و تشكيل Fe2+ مي شود.

CuS +Fe3+ + H2O ­­­­­––––­­> Fe2+ + Cu2+ + SO42-

از طرفي باكتري با اكسيد كردن Fe2+ (طرف دوم واكنش) به Fe3+ (مورد نياز در طرف اول واكنش) موجب افزايش سرعت واكنش مي گردد. به اين ترتيب باكتري نقش كاتاليزور را ايفا مي كند.

3-1-2- باكتري هاي مورد استفاده در فرآيند بيوليچينگ
باكتري ها يكي از ساده ترين انواع موجودات زنده هستند كه مهمترين پارامترهاي تقسيم بندي آنها شامل شكل باكتري، مقاومت حرارتي باكتري و خودكفايي غذايي باكتري مي باشند. به طور كلي باكتري ها از نظر شكل به سه دسته كلي باسيلي (ميله اي)، كوكسي (كروي)، اسپريل (مارپيچي) تقسيم بندي مي شوند. ضمناً از نظر مقاومت در مقابل حرارت، اين موجودات را مي توان به چهار دسته ساكروفيل ، مزوفيل، ترموفيل معتدل، ترموفيل مطلق دسته بندي نمود. ساكروفيل ها كه به باكتري هاي سرما دوست معروف هستند، در دماي زير 15 درجه سانتيگراد قادر به فعاليت مي باشند. مزوفيل ها در دماي بين 25 الي 45 درجه سانتيگراد زندگي مي كنند كه مهمترين آنها تيوباسيلوس‫ فرواكسيدانس و تيوباسيلوس تيواكسيدانس و لپتوسپيريليوم فرواكسيدانس مي باشد. اين باكتري ها اسيددوست بوده و pH مناسب براي فعاليت آنها 5/1 الي 5/3 است. ترموفيل‫هاي معتدل در دماي 45 الي 60 درجه سانتيگراد زندگي مي كنند كه مهمترين آنها سولفوباسيلوس‫ها مي باشند. باكتري هاي ترموفيل مطلق به باكتري هاي گرمادوست معروف هستند كه در دماي بالاتر از 60 درجه سانتيگراد زندگي مي كنند و مهمترين گونه آنها سولفولوبوس ها هستند.
باكتري ها از نظر خودكفايي غذايي به دو دسته اتوتروف و هتروتروف طبقه بندي مي شوند. اتوتروف ها كه قادر به تامين مواد موردنياز خود مي باشند، اكسيژن، كربن و نيتروژن موردنيازشان را از CO2 ونيتروژن موجود در هوا به دست مي آورند. هتروتروف ها قادر به تامين مواد مورد نيازشان نيستند و مواد لازم بايد در اختيارشان قرار گيرد. آنها كربن موردنيازشان را از مواد آلي به دست مي‫آورند.

1. ضرورت انتخاب روش بيوليچينگ در ايران (شركت ملي صنايع مس ايران، مجتمع مس سرچشمه)
با توجه به حجم عظيم ذخاير كانسنگ هاي سولفيدي در كشور، در راستاي دستيابي به تكنولوژي بيوليچينگ جهت فرآوري انواع مختلف كانسنگ هاي مس، كنسانتره ها و حتي سرباره هاي فرآيندهاي ذوب مس، تلاش هاي شايان توجهي توسط كارشناسان مجتمع مس سرچشمه صورت گرفته است. اين پژوهش ها و مطالعات كه از اوايل سال 1373 (1994 ميلادي) آغاز شده، تاكنون نتايج پرباري در پي داشته است كه در ادامه به آن پرداخته شده است.
در اين ارتباط پژوهش ها و مطالعات ياد شده با هدايت مديريت بخش هاي زير در مجتمع به انجام رسيده است و هم اكنون نيز ادامه دارد:
طرح هيدرومتالورژي مجتمع مس سرچشمه
امور تحقيقات و توسعه مجتمع مس سرچشمه

4-1- فعاليت هاي انجام شده
در اين راستا انواع آزمايش ها و مطالعات بيوليچينگ بر روي نمونه هاي مختلف شامل كانسنگ، كنسانتره و سرباره مس صورت گرفته است كه از ديدگاه هاي مختلف داراي تنوع مي باشد:
4-1-1- نوع ماده معدني:
· انواع مختلف كانسنگ مربوط به معادن مختلف مس ايران (مس سرچشمه، مس دره زار، مس ميدوك، مس سونگون اهر، مس دره زرشك يزد،......)، كنسانتره مس محصول كارخانه تغليظ سرچشمه، سرباره هاي كوره ذوب
4-1-2- مطالعات و تست هاي آزمايشگاهي:
انواع تست هاي آزمايشگاهي به شرح زير به انجام رسيده است:
· تست هاي Roll BottleوShake Flask جهت بررسي امكان پاسخ دهي كانسنگ به فرآيند بيوليچينگ
· تست هاي شناسايي، جداسازي، كشت و پرورش باكتري ها
· تست هاي مرتبط با شناسايي و انتخاب محيط كشت بهينه براي باكتري ها
· تست هاي سم شناسي و امكان حيات باكتري در شرايط فيزيكي و شيميايي مختلف
· تست هاي سينتكي و مطالعات ژنتيكي
4-1-3- تست هاي ستوني:
تست هاي ستوني به تعداد زياد با تغيير پارامتر هاي مختلف به شرح زير انجام شده است:
· تغيير نوع و دانه بندي كانسنگ
· تغيير قطر وارتفاع ستون
· تغيير شرايط شيميايي (مصرف اسيد، دبي پاشش، pH،......)
· تغيير ميكروارگانيسم ها (تيوباسيلوس تيواكسيدانس، تيوباسيلوس فرواكسيدانس، لپتوسپريليوم فرواكسيدانس،......)
4-1-4- طراحي بيوهيپ در مقياس نيمه صنعتي:
· مطالعات فني و اقتصادي جهت افزايش مقياس آزمايش ها و استفاده از نتايج آنها در مقياس پايلوت
· احداث دو بيوهيپ در محوطه اي درغرب معدن مس سرچشمه همراه با كارخانه كوچك SX/EW (SX/EW Mini Plant) (سال 1375، 1996) و نيز واحد سمانتاسيون جهت:
· بررسي صحت و سقم نتايج پيشين حاصل از مطالعات آزمايشگاهي
· افزايش حجم نمونه ها جهت بررسي ميزان نماينده بودن آنها
· دسترسي به اطلاعات عملياتي و معيار هاي طراحي بيوهيپ صنعتي
4-1-5- اجراي عمليات نيمه صنعتي (1380-1375)
· استفاده از كانسنگ مس كم عيار معادن مس سرچشمه و دره زار
· احداث دو بيوهيپ با تناژ كانسنگ 1800 تن در m2460 به ارتفاع 5 متر با بازيابي حدود 60 درصد

1. اقدامات در حال انجام و برنامه هاي آينده
5-1- عمليات نيمه صنعتي بزرگ مقياس (پايلوت بيوهيپ ليچينگ سرچشمه)
عمليات احداث پايلوت بيوهيپ ليچينگ سرچشمه با هدف انجام آزمايش هاي تكميلي نهايي جهت بررسي امكان استحصال مس از كانسنگ مس سولفيدي كم عيار ( مخلوط كاني هاي كالكوپيريت[1] و كالكوسيت معدن دره زار) از سال 1382 آغاز و به مدت حدود 2 سال ادامه خواهد داشت. البته مطالعات آزمايشگاهي و تكميلي اين بخش از سال 1380 آغاز شده و تا اواخر سال 1382 ادامه داشت. اين پروژه در قالب طرح هيدرومتالورژي مجتمع مس سرچشمه شامل 3 بخش معدن مس دره زار، بيوهيپ و كارخانه SX/EWمي باشد (افتخار طراحي اين كارخانه متعلق به كارشناسان شركت صنايع مس ايران است).
در طي عمليات اجرايي 3 بيوهيپ جداگانه هر كدام با تناژ حدود 25000 تن متشكل از مخلوط كانسنگ هاي كم عيار معدن مس دره زار شامل سوپرژن (حدود 30٪) و هيپوژن (حدود 70٪) احداث خواهد شد. جهت بازيابي مس از محلول حاصل از عمليات بيوليچينگ، يك كارخانه پايلوت SX/EW به ظرفيت توليد روزانه 1 الي 2 تن مس كاتد احداث مي شود (اين پروژه تاكنون حدود 50 درصد پيشرفت داشته است).
در اين ارتباط جهت بهره گيري از اطلاعات، دانش فني و تجربيات و نيز همگامي با ساير كشور‫هاي پيشرو در زمينه تكنولوژي بيوليچينگ، شركت Mintek آفريقاي جنوبي به عنوان مشاور خارجي و شركت NIPEC به عنوان مشاور داخلي طرح به همكاري دعوت شده اند. ضمناً دو شركت ملي صنايع مس ايران NICICo. وMintek در مالكيت تكنولوژي حاصل شده سهيم خواهند بود.

2. اهداف
اهداف كلان راه اندازي اين طرح را مي توان به صورت زير برشمرد:
· اثبات قطعي كارآيي تكنولوژي بيوليچينگ جهت استحصال مس از كانسنگ‫هاي سولفيدي (كم عيار، مخلوط كالكوپيريت و كالكوسيت)
· دستيابي به اطلاعات و دانش فني جهت انجام مطالعات امكان سنجي فني و اقتصادي براي راه اندازي واحد صنعتي بيوهيپ ليچينگ (80 ميليون تني با ظرفيت توليد 15000 تن مس كاتد در سال)
· ارسال محلول حاوي يون مس ([1]PLS) حاصل از عمليات بيوهيپ ليچينگ در مقياس صنعتي جهت امكان استفاده طولاني مدت از كارخانه SX/EW سرچشمه (با توجه به اتمام ذخاير اكسيدي اين معدن تا پايان سال1384 )
· در فاز هاي بعدي به كمك اين تكنولوژي توليد سالانه مس كاتد افزايش خواهد يافت كه با به كارگيري بخشي از كانسنگ سولفيدي كم‫عيار معدن مس سرچشمه و نيز با استفاده از ذخاير سولفيدي كم عيار معادن مس ميدوك شهر بابك، سونگون اهر و دره زرشك يزد، ميزان افزايش توليد مس كاتد با اين روش در كشور به مرز 25 هزار تن در سال خواهد رسيد.
· ضمناً شركت هاي .NICICo و Mintek آماده صدور تكنولوژي به ساير كشور هاي دنيا و توسعه آن در سطح جهان خواهند بود.

تاريخچه:

مس براي تعدادي از تمدنهاي قديمي ثبت شده، شناخته شده بود و تاريخ استفاده از آن حد اقل به 10000
سال پيش مي رسد. يك آويزه مسي، متعلق به سال 8700 قبل از ميلاد در شمال عراق كنوني پيدا شد.نشانه هايي
مبني بر ذوب و خالص كردن مس از اكسيدهاي آن مانند مالاكيت و آزوريت تا سال 5000 قبل از ميلاد وجود
دارد.در عوض اولين نشانه هاي استفاده از طلا تقريبا

" به 4000 سال قبل از ميلاد بر مي گردد. مصنوعات مسي و
برنزي كه از شهرهاي سومري و مصنوعات مصري كه از مس و آلياژ آن با قلع يافت شده تقريبا " متعلق به 3000
سال قبل از ميلاد هستند. در يكي از اهرام يك سامانه لوله كشي با مس پيدا شده كه مربوط به 5000 سال پيش
است. مصريان دريافتند افزودن مقدار كمي قلع، قالب گيري مس را آسان تر مي كند بنابراين آلياژهاي برنزي كه در
مصر كشف مي شوند تقريبا" قدمتي همانند مس دارند. استفاده از مس در چين باستان حداقل به 2000 سال قبل از
ميلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از ميلاد در اين كشوربرنز مرغوب ساخته مي شده است.در نظر داشته باشيد
چون مس به راحتي براي استفاده و كاربرد مجدد ذوب مي شود، دوران ذكر شده تحت تاثير جنگها و كشورگشائيها
مردي كه به دقت نگهداري مي شود و متعلق به 3200 سال قبل از ميلاد ، Oetzi قرار مي گيرد.در اروپا مرد يخي
99 % م ي باشد. مقدار زياد آرسنيك موجود در / است، تبري با نوك مسي در دست دارد كه درجه خلوص فلز آن 7
موهاي او نشان دهنده سرو و كار او با پالايش مس مي باشد. استفاده ار برونز در مرحله اي از تمدن به قدري فراگير
بود كه آن مرحله را عصر برونز مي نامند. برنج براي يونانيان شناخته شده بود اما اولين بار بصورت گسترده توسط
روميان بكار رفت. به خاطر زيبايي درخشانش- بطوريكه در باستان براي ساخت آئينه از آن استفاده مي شد -ونيزبه
دليل ارتباط آن با قبرس كه مربوط به الهه بود ،در اسطوره شناسي و كيمياگري فلز مس با الهه هاي آفروديت و
ونوس پيوند دارد.در كيمياگري علامتي را كه براي مس در نظر گرفته بودند ،علامت سياره ناهيد نيز بود.

تركيبات:

و عدد اتمي آن 29 م ي باشد.آلياژهاي بسياري از

Cu مس يكي از عناصر جدول تناوبي است كه نماد آن
مس وجود دارد- برنج آلياژ مس/روي و برنز آلياژ مس/ قلع است. متداول ترين حالات اكسيداسيون مس شامل حالت

2+

م ي باشد.كربنات مس به رنگ سبز است كه Cu،cupric 1+ و حالت Cu ،cuprous مربوط به مس يك طرفيتي
بوسيله آن ظاهر منحصر به فرد بامها يا گنبدهاي با پوشش مس روي بعضي ساختمانها ساخته مي شوند.

2

پايه هاي بسياري از ابر (

YBCO يا δ Yba2Cu3O اكسيدهاي مس(مانند :اكسيد مس ايتريم و باريم 7
رساناهاي غيرمعمول را تشكي لمي دهند.

ويژگيهاي مهم فلز:

مس فلز نسبتا

" قرمز رنگي است كه از خاصيت هدايت الكتريكي و حرارتي بسيار بالايي برخوردار است.(در
بين فلزات خالص، تنها خاصيت هدايت الكتريكي نقره در حرارت اطاق از مس بيشتر است) چون قدمت مصنوعات
مسي كشف شده به سال 8700 قبل از ميلاد برمي گردد، احتمالا " اين فلز قديمي ترين فلز مورد استفاده انسان
م ي باشد.مس علاوه بر اينكه در سنگهاي معدني گوناگون وجود دارد، به حالت فلزي نيز يافت مي شود.( مثلا مس
مي شناختند.چون مقدار بسيار زيادي از اين Chalkos خالص در بعضي مناطق). اين فلز را يونانيان تحت عنوان
درآمد cuprum مي ناميدند. بعدها اين واژه به فرم ساده تر aes Cyprium فلزدر قبرس استخراج مي شدروميان آ نرا
تبديل شد. Copper و در نهايت انگليسي شده و به لغت

كاربردها:

مس فلزي قابل انعطاف و چكش خوار است كه كاربردهاي زيادي مانند موارد زير دارد: سيم هاي مسي
لوله هاي مسي دستگيره هاي درب و ساير وسايل منزل (تنديسگري). مثلا

" مجسمه آزادي شامل 179000 پوند مس
م ي باشد. آهنرباهاي الكتريكي. موتورها، مخصوص موتورهاي الكترومغناطيسي. موتور بخار وات. كليدها و تقويت
كننده هاي الكتريكي. لامپهاي خلاء، لامپهاي پرتوي كاتدي و مگنترونهاي(اجاقهاي مايكروويو) هدايت كننده موج
ها به جاي IC براي تشعشع مايكروويو. به علت خاصيت هدايت بهتر آن نسبت به آلومينيوم، كاربرد مس در
آلومينيوم رو به افزايش است. به عنوان جزئي از سكه ها. در وسايل آشپزي، از جمله ماهي تابه. بيشتر سرويسهاي
قاشق(چنگال)و چاقوها داراي مقاديري مس هستند (نقره نيكلي). اگر نقره استرلينگ در ظروف غذاخوري بكار رفته
باشد ،حتما"بايد داراي درصد كمي مس باشد. به عنوان بخشي از لعاب سراميكي و در رنگ آميزي شيشه. وسايل
موسيقي ،بخصوص سازهاي بادي. به عنوان يكا(بيواستاتك)در بمارستانها و پوشاندن قسمت هاي مختلف كشتي براي
حفاظت در برابر بارناكلها و ماسلها. تركيباتي مانند محلول(فلينگ)كه در شيمي كاربرد دارد. سولفات مس نيز
به عنوان سم و تصفي هكننده آب كاربرد دارد.

استخراج مس:

به طور كلي مس از دو روش مهم استخراج مي شود كه شامل روش پيرومتالورژي (خشك) و روش هيدرومتالورژي
(تر) مي باشد. در حدود 90 % مس توليد شده در دنيا از كانه هاي سولفوري و از روش پيرومتالورژي حاصل مي شود و
روش هيدرومتالورژي براي استخراج مس از كانه هاي اكسيدي به خصوص كربناتها، سيليكات ها و سولفات ها و
همچنين دورريز كارخانه ها بكار مي رود.
روش هاي الكتروشيميايي نيز براي توليد مس خالص نهايي مورد استفاده قرار مي گيرند كه شامل تصفيه ي
الكتريكي آندها در حالت استخراج از روش پيرومتالورژي و استخراج الكتروليزي از محلول در روش هيدرومتالورژي

مي باشد

.

استخراج مس از كانه هاي سولفيدي (پيرومتالورژي):

تقريباً 90 % كانه ي مس اوليه ي دنيا به صورت كانه هاي سولفيدي است. سولفيدها به سهولت تحت عمليات
هيدرومتالورژيكي قرار نمي گيرند، زيرا به راحتي حل نمي شوند. بنابراين قسمت اعظم استخراج مس توسط روش هاي
پيرومتالورژي يا آتشي با كاني پرعيار شده ي مس انجام مي شود. عمل استخراج شامل مراحل زير مي باشد:

-1

پرعيار كردن به روش فلوتاسيون، 2- تو سيه (مرحله ي اختياري)، 3- ذوب به صورت مات (در كوره هاي
دمشي، شعله اي، الكتريكي يا تشعشي)، 4- مرحله تبديل به مس حفره دار.
محصول نهايي اين مراحل متوالي، مس ناخالص حفره دار است كه بايد قبل از ساخت و كاربرد، پالايش گرمايي
(شعله اي) و الكتروليتي شود.

-1

پرعيار كردن به روش فلوتاسيون:
كانه هاي مس كه امروزه استخراج مي شوند، كم عيارتر از آنند كه مستقيماً ذوب شوند. گرمايش و ذوب مقدار
عظيمي مواد زائد، محتاج مقدار گزافي سوخت است. خوشبختانه، كاني هاي مس موجود در سنگ معدن را مي توان
توسط روش هاي فيزيكي پرعيار و به نحو اقتصادي ذوب كرد.
موثرترين روش پرعيار كردن، فلوتاسيون است، كه در آن كاني هاي مس به شيوه ي انتخابي به حباب هاي هوايي
كه از ميان پالپ آبي حاصل از كانه ي نرم شده بالا مي آيند، متصل مي شوند. انتخابي بودن فلوتاسيون ناشي از به كار
بردن معرف هايي است كه كاني هاي مس را آب ران مي سازند، در حالي كه كاني هاي باطله آب گير باقي مي مانند.
كاني هاي شناور شده در كف پايداري در بالاي محفظه فلوتاسيون جمع آوري مي شوند و به صورت كانه پرعيار شده
20 % مس است. - درمي آيند. كاني پرعيار شده مس معمولا حاوي 30

4

خردكردن و نرم كردن كانه به ذرات ريز، پيش از عمل فلوتاسيون الزامي است وكاربرد فلوتاسيون باعث تغيير
شيوه ي ذوب ازكوره يدمشي به كوره هايي از نوع اجاقي مي شود، چرا كه باركوره ي قبلي فقط بايد مواد تكه اي باشد.

-2

تو سيه:
عمل ت و سيه شامل اكسايش جزئي سولفيدهاي پرعيار حاصل از فلوتاسيون و حذف جزئي گوگرد از آن ها به
500 درجه ي سانتي گراد، - است. اين كار توسط واكنش كاني پرعيار شده با هوا در دماهايي بين 700 So شكل 2

در كوره هاي تشويه ي اجاقي يا تو سيه كننده ي بستر سيال در شرايط كاملاً كنترل شده، انجام مي گيرد. محصول
كوره ي تو سيه كلسين ناميده مي شود كه مخلوطي از اكسيدها، سولفات ها و سولفيدهاست و تركيب شيميايي آن
توسط كنترل دماي فرآيند تو سيه و نسبت هوا به كاني پرعيار شده، تغيير مي كند. فرآيند تشويه معمولاً خودسوز
5% توليد مي كند. - حدود 15

So است و جريان تغليظ شده اي از گاز 2

از عمل تسويه اصولاً در كوره هاي ذوب شعله اي استفاده مي شود كه هدف اصلي از آن خشك كردن و گرمايش
بار كوره ي شعله اي، با استفاده از حرارت واكنش هاي گرمازاي تسويه، است. محصولات گرم كوره ي تسويه نسبت
به كاني پرعيار شده ي خيس و سرد، به انرژي كمتري براي ذوب نياز دارند، بطوري كه عمل تو سيه باعث
صرفه جويي قابل ملاحظه اي در سوخت و افزايش آهنگ ذوب مي شود. همچنين عمل تو سيه باعث افزايش
و

Fe توليدي در حين ذوب مي شود، عاملي كه مقدار تبديل ناگزير بعدي (حذف FeS : Cu2S غلظت مس در مات
را كاهش مي دهد. (S

-3

ذوب مات:
هدف از ذوب مات تهيه ي از ف سولفيدي مذاب (مات)، شامل تمامي مس موجود در بار و فاز سرباره ي مذاب
بدون مس است. مات متعاقباً براي تشكيل مس حفره دار ناخالص اكسيد مي شود و سرباره ي مرحله ي ذوب
مستقيماً يا بعد از مرحله ي بازيابي مس دور ريخته مي شود.
عمل ذوب توسط ذوب تمامي بار كوره در دمايي حدود 1200 درجه ي سانتي گراد معمولاً همراه با روان ساز
سيليسي، انجام مي گيرد. سيليس، آلومين، اكسيدهاي آهن، آهك و ساير اكسيدهاي جزئي، سرباره ي مذاب را
تشكيل داده و مس، گوگرد، آهن اكسيد نشده و فلزات قيمتي، مات را تشكيل مي دهند. سرباره سبك تر از مات
و در آن تقريباً غير قابل حل است و به سهولت از آن جدا مي شود.
يكي از هدف هاي مهم ذوب مات، توليد سرباره اي جداشدني شامل حداقل ميزان مس است. اين كار توسط
اشباع تقريبي سرباره از سيليس، از طريق گرم نگه داشتن كوره به حد كافي بطوري كه سرباره مذاب و سيال
باشد، و با اجتناب از شرايط اكسيدي اضافي، عملي است.

اين شرايط اخير براي كاهش هر چه بيشتر تشكيل منيتيت جامد الزامي است چراكه شرايط چسبنده اي ايجاد
مي كند و مانع جدا شدن مات از سرباره مي شود.
عمل ذوب اغلب اوقات در كوره هاي شعله اي سنتي انجام مي گيرد. كوره هاي دمشي هنوز در برخي نقاط،
به ويژه در جاهايي كه كانه ها به صورت تكه اي در دسترس باشند، به كار مي روند، و كوره هاي الكتريكي در
بعضي مناطق كه نيروي برق آسان است مورد استفاده قرار مي گيرند. يك فرآيند جديدتر به نام ذوب تشعشعي از
واكنش هاي تشويه به عنوان منبع گرمايي جهت ذوب استفاده مي كند كه به علت نياز كم آن به سوخت در
تعدادي ار كارخانه هاي جديد به كار گرفته شده است.

متداول ترين روش هاي ذوب به شرح زير مي باشند:

الف- كوره ي دمشي:
اگر چه استفاده گسترده از روش فلوتاسيون جهت تهيه كاني پرعيار شده باعث كاهش استفاده از كوره ي
دمشي (بلند) شده است، اما هنوز تعدادي از كارخانه ها به ويژه در ژاپن و آفريقا از آن استفاده مي كنند. كوره ي
دمشي دستگاهي است كه به طور مداوم كار مي كند و در آن بار سرد از يك تنوره ي عمودي، هم زمان با صعود
گازهاي گرم (حاصل از سوختن كك و سولفيدهاي موجود در بار با هوايي كه از نزديك كف كوره بدان دميده
مي شود) پايين مي آيد. نتيجه ي اين عمل خشك شدن، گرمايش و ذوب بسيار موثر بار، هم زمان با نزول آن
براي تشكيل مات و سرباره در كف كوره است.
ذوب مواد سولفيدي مس در كوره ي دمشي توسط كلوخه هايي از كك متالورژي (كه از تخريب زغال سنگ
5% شارژ مي رسد. كك به عنوان قسمتي از سوخت مورد نياز بوده و از - قيري بدست مي آيد) و مقدار آن به 10
طرفي باعث ايجاد قابليت نفوذ و نگهداري بار مي شود. بقيه ي مواد تشكيل دهنده ي بار نيز بايد كلوخه اي باشند
تا گازهاي داغ بتوانند از ميان فضاهاي موجود در بار بالا روند. بنابراين، مواد حاوي مس بايد از تكه هاي درشت
سنگ معدن يا كاني پرعيار شده اي كه هم جوشي شده ،تشكيل شده باشند.
محصولات كوره ي دمشي سرباره و مات مذاب است كه پس از جمع آوري به تناوب خارج مي شوند. گرماي
لازم براي ذوب توسط احتراق كك و گوگرد توليد مي شود. مي توان جهت تامين گرماي اضافي براي فرآيند،
سوخت هاي مايع (مازوت) يا گازي (گاز طبيعي) را از طريق زنبورك ها به كوره تزريق كرد

.

6

ب- كوره ي شعله اي:
كوره ي شعله اي در حقيقت كوره اي اجاقي است كه در آن بار جامد شامل كاني پرعيار شده، كلسين (ماده
تشويه شده) و روان سازهاي همراه با سرباره ي حاوي مس برگشتي از كنورتر و گرد و غبار، تا 1200 يا 1250
درجه سانتيگراد توسط گازهاي احتراقي داغ كه در سرتاسر حمام در حركت اند، گرما مي بيند. اين كوره شامل يك
اجاق است كه توسط مواد ديرگداز (معمولاً منيزيت يا كروم - منيزيت) آسترشده و سقف آن از نوع قوس دار
ثابت (سيليسي) يا آويزان (منيزيتي) است. كوره ي شعله اي توسط سوختن پودر زغال، سوخت نفتي يا گاز طبيعي
در يك انتها گرم مي شود و گازهاي داغي را به وجود مي آورد كه در سرتاسر كوره حركت كرده و بار را ذوب
مي كنند. محصولات كوره ي شعله اي عبارتند از سرباره ي مذاب كه جدا مي شود و مات مذاب كه براي اكسيد
شدن و تبديل به مس حفره دار يا بليستر به كنورتر فرستاده مي شود. مات و سرباره در و كره جمع و جداگانه از آن
خارج مي شوند.
كوره ي شعله اي دو اشكال اساسي دارد: يكي اين كه در مقايسه با ساير واحدهاي ذوب كننده انرژي قابل
ملاحظه اي مصرف مي كند (به شكل سوخت هاي هيدروكربني) و ديگر اين كه حجم زيادي از گازهاي احتراقي
از گازها با چنين غلظت كمي مشكل است و

SO هستند. جداسازي موثر 2 SO توليد مي كند كه داراي اندكي 2

بنابراين كوره هاي شعله اي باعث بروز مسائلي در زمينه ي آلودگي هوا مي شوند. به همين دليل فرآيند شعله اي در
آينده بتدريج توسط روش هاي ذوب ديگر نظير روش هاي ذوب تشعشعي، الكتريكي يا پيوسته جايگزين خواهد
شد. پيشنهاد ممكن ديگر بازيابي هيدرومتالورژيكي مستقيم مس از كاني هاي پرعيار شده ي سولفيدي است اما
اين روش هنوز در مراحل تحقيقاتي و تاسيس واحدهاي پيشاهنگ قرار دارد .

ج- كوره ي الكتريكي:
ذوب در كوره ي الكتريكي مشابه ذوب در كوره ي شعله اي است، با اين تفاوت كه هيچ گونه سوخت خارجي
به كار برده نمي شود. گرماي لازم جهت ذوب، ناشي از مقاومت سرباره است در برابر عبور جريان با آمپر بالا بين
الكترودهاي كربني سنگيني كه در سرباره فروبرده شده اند. اس فا تده از كوره ي الكتريكي مقرون به صرفه است،
خارج مي شود، نسبتاً كم است. به هرحال، انرژي الكتريكي

SO زيرا مقدار گرمايي كه توسط گازها خصوصاً 2
گران است و استفاده از كوره ي الكتريكي تنها به مناطقي كه برق فراوان و نسبتاً ارزان باشد، محدود مي شود.
كوره ي اكلتريكي داراي مزاياي كنترل و تنظيم پذيري دماست و چون فاقد محصولات احتراق است، كنترل
شرايط اكسايش در آن به خوبي انجام مي شود. اين دو عامل باعث كنترل عالي خواص سرباره نظير غلظت
منيتيت و ويسكوزيته مي شود و در نتيجه اتلاف مس در سرباره هاي مرحله ي ذوب كاهش مي يابد.

7

كارگزاري بانك ملي ايران(سايت بورس اوراق بهادار)
د- كوره ي تشعشعي:
تمامي كوره هاي دمشي، شعله اي و الكتريكي، مقدار قابل توجهي سوخت هيدروكربني يا انرژي الكتريكي
جهت ذوب مصرف مي كنند در حالي كه مي توان انرژي قابل ملاحظه اي از اكسايش بار سولفيدي آن ها بدست
آورد. به عبارت ديگر، ذوب در كوره هاي تشعشعي باعث استفاده ي قابل ملاحظه اي از انرژي احتراق سولفيدها
توسط اكسيد كردن قسمتي از بار سولفيدي و استفاده از گرماي آزاد شده براي ذوب بار و سرباره مي شود.
مزاياي اساسي فرآيندهاي كوره ي تشعشعي عبارت است از: نياز اندك به سوخت هيدروكربني و سهولت
از گازهاي خروجي اين كوره ها. تنها عيب اين كوره، اتلاف نسبتاً بالاي مس در سرباره و گردوغبار

SO حذف 2

خروجي از دودكش است اما مقدار بيشتر اين مس بازيابي مي شود.

-4

تبديل:
تبديل (كنورتور) مس شامل اكسيد كردن مات مذاب بدست آمده از مرحله ي ذوب (توسط هوا) است. عمل
تبديل، آهن و گوگرد را از مات جدا كرده و مس حفره دار خام 99 % توليد مي كند. اين فرآيند عموماً در يك
كنورتر افقي استوآن هاي پيريس- اسميت كه با آجرهاي دير گداز آستر شده انجام مي گيرد. گاهي اوقات كنورتر
داراي يك سيستم پيشرفته جمع آوري گاز است.
مات مذاب ازطريق يك دهانه ي مركزي بزرگ به داخل كنورتر ريخته مي شود و هواي اكسنده از طريق يك
رديف زنبورك كه درطو لكنورتر قراردارند،دميده مي شود. مات بادماي حدود 1100 درجه ي سانتي گراد افزوده
مي شود وگرماي توليد شده دركنورتركه ناشي از اكسايش آهن وگوگرد است براي خودسوزكردن فرآيند كافي
0.02 % گوگرد دارد. تا زمان يكه مقدار گوگرد به كمتر - است. محصول فرآيند تبديل، مس حفره دار اس تكه 0.1
از 0.02 % كاهش نيابد اكسيد مس به نحوچشمگيري تشكيل نمي شود، بنابراين اكسايش مس مسئله ساز نيست.

توليد پيوسته و تك مرحله اي مس:

با توجه به آن چه گفته شد، هرسه مرحله ي استخراج پيرومتالورژيكي، يعني تو سيه ذوب و تبديل،كنترل كننده ي
فرآيند اكسايش مي باشندكه بطور متوال يدي اكسيدگوگرد،اكسيدآهن (كه به همراه مواد باطل هو روان ساز به صورت
سرباره درمي آيد) و نهايتاً مس فلزي توليد مي كنند. اين روش تركيبي، با روش تشويه و ذوب بطور توام در كوره
تشعشعي شروع شده و با ذوب مقدار ي ان كي پرعيار شده دركنورترهاو ا بحضوراكسيژن فراوان ادامه مي يابد.در
به مس حفره دار بطورموفقيت آميزي به صورت روش مداوم

Cu2S سال ها ياخير، مرحله ي سوم يا اكسايش
درآمده است كه توليد مس بليستر يا حفره دار را در يك مرحله امكان پذير مي سازد. از جمله فرآيندهاي مهم در
توليد پيوسته مس مي توان به فرآيندهاي نورندا، وركراوميتسوبيشي اشاره نمود .