مس و کاربرد ها ...

[Sharim]

ب- كوره‌ي شعله‌اي:

كوره‌ي شعله‌اي در حقيقت كوره‌اي اجاقي است كه در آن بار جامد شامل كاني پرعيار شده، كلسين (ماده تشويه شده) و روان‌سازهاي همراه با سرباره‌ي حاوي مس برگشتي از كنورتر و گرد و غبار، تا 1200 يا 1250 درجه سانتيگراد توسط گازهاي احتراقي داغ كه در سرتاسر حمام در حركت‌اند، گرما مي‌بيند. اين كوره شامل يك اجاق است كه توسط مواد ديرگداز (معمولاً منيزيت يا كروم - منيزيت) آسترشده و سقف آن از نوع قوس‌دار ثابت (سيليسي) يا آويزان (منيزيتي) است. كوره‌ي شعله‌اي توسط سوختن پودر زغال، سوخت نفتي يا گاز طبيعي در يك انتها گرم مي‌شود و گازهاي داغي را به وجود مي‌آورد كه در سرتاسر كوره حركت كرده و بار را ذوب مي‌كنند.

محصولات كوره‌ي شعله‌اي عبارتند از سرباره‌ي مذاب كه جدا مي‌شود و مات مذاب كه براي اكسيد شدن و تبديل به مس حفره‌دار يا بليستر به كنورتر فرستاده مي‌شود. مات و سرباره در كوره جمع و جداگانه از آن خارج مي‌شوند.

كوره‌ي شعله‌اي دو اشكال اساسي دارد: يكي اين‌كه در مقايسه با ساير واحدهاي ذوب‌كننده انرژي قابل ملاحظه‌اي مصرف مي‌كند (به شكل سوخت‌هاي هيدروكربني) و ديگر اين‌كه حجم زيادي از گازهاي احتراقي توليد مي‌كند كه داراي اندكي SO2 هستند. جداسازي موثر SO2 از گازها با چنين غلظت كمي مشكل است و بنابراين كوره‌هاي شعله‌اي باعث بروز مسائلي در زمينه‌ي آلودگي هوا مي‌شوند. به همين دليل فرآيند شعله‌اي در آينده بتدريج توسط روش‌هاي ذوب ديگر نظير روش‌هاي ذوب تشعشعي، الكتريكي يا پيوسته جايگزين خواهد شد. پيشنهاد ممكن ديگر بازيابي هيدرومتالورژيكي مستقيم مس از كاني‌هاي پرعيار شده‌ي سولفيدي است اما اين روش هنوز در مراحل تحقيقاتي و تاسيس واحدهاي پيشاهنگ قرار دارد (فرجي، 1371).



نمايي از كوره‌ي شعله‌اي

نمايي از كوره‌ي الكتريكي


ج- كوره‌ي الكتريكي:

ذوب در كوره‌ي الكتريكي مشابه ذوب در كوره‌ي شعله‌اي است، با اين تفاوت كه هيچ‌گونه سوخت خارجي به‌كار برده نمي‌شود. گرماي لازم جهت ذوب، ناشي از مقاومت سرباره است در برابر عبور جريان با آمپر بالا بين الكترودهاي كربني سنگيني كه در سرباره فروبرده شده‌اند. استفاده از كوره‌ي الكتريكي مقرون به صرفه است، زيرا مقدار گرمايي كه توسط گازها خصوصاً 2 SO خارج مي‌شود، نسبتاً كم است. به هر حال، انرژي الكتريكي گران است و استفاده از كوره‌ي الكتريكي تنها به مناطقي كه برق فراوان و نسبتاً ارزان باشد، محدود مي‌شود.
كوره‌ي الكتريكي داراي مزاياي كنترل و تنظيم‌پذيري دماست و چون فاقد محصولات احتراق است، كنترل شرايط اكسايش در آن به خوبي انجام مي‌شود. اين دو عامل باعث كنترل عالي خواص سرباره نظير غلظت منيتيت و ويسكوزيته مي‌شود و در نتيجه اتلاف مس در سرباره‌هاي مرحله‌ي ذوب كاهش مي‌يابد.

[Sharim]

د- كوره‌ي تشعشعي:

تمامي كوره‌هاي دمشي، شعله‌اي و الكتريكي، مقدار قابل توجهي سوخت هيدروكربني يا انرژي الكتريكي جهت ذوب مصرف مي‌كنند در حالي‌كه مي‌توان انرژي قابل ملاحظه‌اي از اكسايش بار سولفيدي آن‌ها بدست آورد. به عبارت ديگر، ذوب در كوره‌هاي تشعشعي باعث استفاده‌ي قابل ملاحظه‌اي از انرژي احتراق سولفيدها توسط اكسيد كردن قسمتي از بار سولفيدي و استفاده از گرماي آزاد شده براي ذوب بار و سرباره مي‌شود.

مزاياي اساسي فرآيندهاي كوره‌ي تشعشعي عبارت است از: نياز اندك به سوخت هيدروكربني و سهولت حذف SO2 از گازهاي خروجي اين كوره‌ها. تنها عيب اين كوره، اتلاف نسبتاً بالاي مس در سرباره و گردوغبار خروجي از دودكش است اما مقدار بيشتر اين مس بازيابي مي‌شود (فرجي، 1371).


عمل تبديل


4- تبديل:

تبديل (كنورتور) مس شامل اكسيد‌كردن مات مذاب بدست آمده از مرحله‌ي ذوب (توسط هوا) است. عمل تبديل، آهن و گوگرد را از مات جدا كرده و مس حفره‌دار خام 99% توليد مي‌كند. اين فرآيند عموماً در يك كنورتر افقي استوآن‌هاي پيريس- اسميت كه با آجرهاي دير‌گداز آستر شده انجام مي‌گيرد. گاهي اوقات كنورتر داراي يك سيستم پيشرفته جمع‌آوري گاز است.
مات مذاب از طريق يك دهانه‌ي مركزي بزرگ به داخل كنورتر ريخته مي‌شود و هواي اكسنده از طريق يك رديف زنبورك كه در طول كنورتر قرار دارند، دميده مي‌شود. مات با دماي حدود 1100 درجه‌ي سانتي‌گراد افزوده مي‌شود و گرماي توليد شده در كنورتر كه ناشي از اكسايش آهن و گوگرد است براي خودسوز كردن فرآيند كافي است. محصول فرآيند تبديل، مس حفره‌دار است كه 0.1- 0.02% گوگرد دارد. تا زماني كه مقدار گوگرد به كمتر از 0.02% كاهش نيابد اكسيد مس به نحو چشمگيري تشكيل نمي‌شود، بنابراين اكسايش مس مسئله‌ساز نيست (فرجي، 1371).

[Sharim]

توليد پيوسته و تك مرحله‌اي مس:

با توجه به آن‌چه گفته شد، هر سه مرحله‌ي استخراج پيرومتالورژيكي، يعني تشويه ذوب و تبديل، كنترل كننده‌ي فرآيند اكسايش مي‌باشند كه بطور متوالي دي‌اكسيدگوگرد، اكسيدآهن (كه به همراه مواد باطله و روان‌ساز به‌صورت سرباره درمي‌آيد) و نهايتاً مس فلزي توليد مي‌كنند. اين روش تركيبي، با روش تشويه و ذوب بطور توام در كوره تشعشعي شروع شده و با ذوب مقداري كاني پرعيار شده در كنورترها و با حضور اكسيژن فراوان ادامه مي‌يابد. در سال‌هاي اخير، مرحله‌ي سوم يا اكسايش Cu2S به مس حفره‌دار بطور موفقيت آميزي به‌صورت روش مداوم درآمده است كه توليد مس بليستر يا حفره‌دار را در يك مرحله امكان‌پذير مي‌سازد. از جمله فرآيندهاي مهم در توليد پيوسته مس مي‌توان به فرآيندهاي نورندا، وركرا و ميتسوبيشي اشاره نمود (فرجي، 1371).

نماهاي طولي و انتهايي رآكتور صنعتي تك مرحله‌اي نراندا (بيلي و همكاران، 1975)

الف- فرآيند نورندا:

فرآيند صنعتي نورندا معمولاً براي توليد مس مات با عيار بسيار بالا 75-70% به‌كار مي‌رود و براي توليد مس حفره‌دار كاربردي ندارد. رآكتورهاي نورندا در توليد مات با عيار بسيار بالا كاملاً موفق بوده‌اند و هركدام از آن‌ها در صورتي كه از هواي حاوي اكسيژن 33-24% استفاده كنند، روزانه تا 1900-1100 تن كاني پرعيار شده‌ي خام را مي‌توانند مورد عمل قرار دهند. اين رآكتورها براي برطرف كردن بخش عمده‌ي نياز گرمايي خود از گرد زغال كه همراه كاني پرعيارشده بارگيري مي‌شود استفاده مي‌كنند كه در مواردي كه زغال فراوان و قيمت آن نسبت به قيمت سوخت‌هاي هيدروكربني ارزان باشد، اين نيز مزيتي به‌شمار مي‌رود.
عمليات فرآيند شامل مراحل زير است:
1- بارگيري كاني پرعيارشده‌ي خام به‌صورت گندله (10% آب) و روان‌ساز سيليسي بر روي سطح سرباره به وسيله‌ي پرتابگر تسمه‌اي. 2- دمش هواي غني شده از اكسيژن از طريق زنبورك‌هاي مستغرق. 3- تخليه‌ي سرباره از ناحيه‌ي مقابل ناحيه‌ي بارگيري. 4- تخليه‌ي متناوب مس حفره‌دار از ته رآكتور از طريق دهانه‌ي بارريز گرم شده. 5- سوزانيدن گاز طبيعي يا نفت در مشعل‌هاي دو سر رآكتور.

گاز توليدشده در رآكتور،‌ 8-5% SO2 دارد. اين گاز از طريق دهانه خارج و در يك محفظه‌ي جمع‌آوري گرد و غبار جمع مي‌شود. مس حفره‌دار توليد شده در ته چاهي در انتهاي رآكتور جمع مي‌شود و از اين محل مس حفره‌دار به داخل پاتيل‌ها ريخته مي‌شود، سپس اين مس جهت جداكردن گوگرد به كوره‌ي آند فرستاده مي شود. مقدار گوگرد مس حفره‌دار توليدشده در فرآيند نورندا به مراتب از مقدار گوگرد توليدشده در فرآيند سنتي بيشتر است و از اين‌رو به هواي بيشتر و زمان بيشتري براي اكسايش در كوره‌ي آند نياز دارد كه بزرگ‌ترين عيب اين فرآيند به‌حساب مي‌آيد.

سرباره نيز به‌داخل پاتيل‌ها ريخته مي‌شود و سپس به‌صورت تختال ريخته‌شده به آرامي سرد مي‌شود. اين تختال‌ها خرد و نرم شده و مس آن‌ به روش فلوتاسيون از سرباره جدا مي‌شود. سرباره معمولاً 12-8% مس دارد و باطله‌ي نهايي فلوتاسيون داراي 5% مس است. سرباره‌ي پرعيارشده (حدود 55% مس) با كاني‌ پرعيارشده‌ي جديد مخلوط شده و در رآكتور مجدداً ذوب مي‌شود.

[Sharim]

ب- فرآيند وركرا:

اساس فرآيند وركرا Worcra مشابه فرآيند نورنداست، يعني كاني‌ پرعيار‌شده به‌طور مداوم به كوره وارد مي‌شود و فاز مات حاصل به‌طور مداوم اكسيد شده و به مس حفره‌دار و سرباره تبديل مي‌شود. اما فرآيند وركرا با فرآيند نورندا سه فرق اساسي دارد:

1- هوا از طريق لوله‌هاي دمش كه از سقف يا ديواره‌ي جانبي كوره مي‌گذرند به داخل مات دميده مي‌شود.
2- رآكتور از نوع كوره‌ي اجاقي است.
3- يك منطقه‌ي ته نشيني در داخل كوره به نحوي تعبيه شده است كه سرباره را مي‌توان مستقيماً تخليه كرد.

استفاده از لوله‌هاي دمشي بدان معني است كه رآكتور مي‌تواند ثابت باشد، يعني برخلاف رآكتور نورندا نياز به گردش‌پذيري ندارد. اما ساخت لوله‌هاي دمش مقاوم و بادوامي كه بتواند در مات مستغرق بماند بسيار مشكل است و حل اين مشكل مستلزم كار بيشتر است.

مس حفره‌دار از شاخه‌‌اي كه در آن انجام مي‌شود از طريق يك محفظه در انتهاي شاخه خارج مي‌شود در حالي‌كه سرباره از انتهاي شاخه‌اي كه رسوب در آن انجام مي‌گيرد خارج مي‌شود كه نشان‌دهنده‌ي جريان مخالف مس و سرباره است. زمان زيادي براي احياء و ته‌نشيني مس از سرباره، حين جريان آن به‌طرف محفظه‌ي سرباره وجود دارد. سرباره‌هاي باطله 0.8-0.3% مس دارند (فرجي، 1371).


نماي افقي و قائم سيستم پيوسته‌ي ميتسوبيشي (سوزوكي، 1974)



نماهاي قائم و افقي رآكتور آزمايشي فرايند وركرا (100 تن كاني پرعيارشده در روز)

ج- فرآيند ميتسوبيشي:

فرآيند ميتسوبيشي از جمله پيشرفت‌هاي مهم در توليد پيوسته‌ي مس مي‌باشد. اين فرآيند از سه كوره‌ي مرتبط كه به‌وسيله‌ي جريان مات سرباره به هم ارتباط پيدا مي‌كنند،‌ تشكيل شده است. عملكرد سيستم بدين ترتيب است كه كاني‌ پرعيارشده اكسيد و ذوب مي‌شود تا مات با عيار بالا تشكيل دهد. از مشخصات بارز سيستم ميتسوبيشي اين است كه مات و سرباره با يكديگر از كوره‌ي ذوب خارج مي‌شوند. سرباره‌ي كوره‌ي تبديل به‌وسيله‌ي افشانه‌هاي آب منجمد شده و براي بازيابي مس توسط سيستم نقاله سطلي به كوره‌ي ذوب برگشت داده مي‌شود. عمل بارگيري سرباره‌ي منجمد شده به ‌كوره‌ي ذوب از لحاظ انرژي كاري بيهوده است و به همين دليل به حداقل رسانيدن مقدار سرباره‌ي برگشتي اهميت دارد (فرجي، 1371).

[Sharim]

پالايش گرمايي و الكتروليتي مس حفره‌دار:

در حقيقت تمامي مس حفره‌دار توليد شده توسط فرآيندهاي فوق‌الذكر توسط روش الكتروشيميايي تصفيه مي‌گردد تا مسي با درجه‌ي خلوص بالا، 99/99% بدست آيد. مس كاتدي بدست آمده براي مصارف الكتريكي و غيره بسيار مناسب است.

روش پالايش الكتروشيميايي نيازمند آندهاي مستحكم، صاف و نازك است تا در محفظه‌هاي پالايش در ميان كاتدها قرار گيرند. پالايش الكتروليتي شامل جداكردن مس به‌طريقه‌ي الكتروشيميايي از آند ناخالص و رسوب ترجيحي مس حل‌شده به شكل خالص بر روي صفحه‌ي نازك كاتد مسي است (فرجي، 1371).



مس كاتدي



چرخ گردان
آماده‌سازي آندها:

در اكثر موارد مس حفره‌دار مذاب مستقيماً پالايش گرمايي مي‌شود. اما گاهي اوقات مس حفره‌دار جهت حمل به پالايشگاه كه در محل ديگري قرار دارد، ريخته‌گري مي‌شود كه در آنجا اين شمش‌هاي ريخته‌شده جهت تهيه‌ي آند ذوب مي‌شوند. در مورد اخير، قراضه‌ي مس و قراضه‌ي آند همراه شمش مس ‌حفره‌دار ذوب مي‌شوند. عمل پالايش گرمايي در كوره‌هاي دوار انجام مي‌گيرد.

هدف اوليه‌ي پالايش گرمايي، گوگردزدايي از مس حفره‌دار مذاب است تا از توليد حفره به هنگام انجماد جلوگيري كند. براي رسيدن به اين هدف دو مرحله بايد طي شود: يكي اكسايش گوگرد با هوا تاحد 0.001 يا 0.003 گوگرد در مس و ديگري حذف اكسيژن موجود در مس در خلال تبديل و پالايش مرحله‌ي قبل. پالايش گرمايي در كوره‌هاي دوار انجام مي‌گردد. دماي عمليات در حدود 1130-1150 درجه‌ي سانتي‌گراد است كه گداز كافي براي آندريزي را تامين مي‌كند.
تقريباً تمام آندهاي مسي در قالب‌هاي روباز پهن كه روي چرخ گردان بزرگي قرار دارند، ريخته مي‌شوند. گردش چرخ بدين جهت است كه قالب‌هاي آند را در زير جريان مذاب مس قرار دهد، تا مذاب به داخل آن‌ها ريخته‌شود. وقتي يك قالب پر شد، چرخ دوباره شروع به گردش مي‌كند تا قالب خالي بعدي پر شود. در حالي‌كه صفحه‌ي چرخ مي‌گردد، آندهاي تازه ريخته‌شده به‌وسيله‌ي پاشش آب‌سرد و بعد از نيم‌دور چرخش از قالب‌هاي خود جدا مي‌شوند.
مهم‌ترين جنبه‌ي آندريزي علاوه بر سطح صاف، دقت در ضخامت يعني وزن آندهاست كه بايد تا حد امكان يكنواخت باشد. اين يكنواختي و هماهنگي سبب مي‌شود كه در خلال پالايش الكتروليتي، تمام آندهاي يك سلول الكتروليز هم‌زمان خورده شوند.

[Sharim]

استخراج مس از کانه هاي اکسيدي ( هيدرومتالورژي):

اگر چه مس اغلب اوقات به شكل سولفيدي يافت مي‌شود، به‌صورت اكسيدي نيز به شكل كربنات‌ها، اكسيدها، سيليكات‌ها و سولفات‌ها، به ويژه در آفريقا، وجود دارد. اغلب كاني‌هاي اكسيدي به طريقه‌ي موثرتري تحت عمليات هيدرومتالورژيكي، يعني انحلال در اسيد سولفوريك و به دنبال آن رسوب يا استخراج الكتريكي مس از محلول، قرار مي‌گيرند.

سنگ معدن به طريق شكسته‌شدن براي انحلال آماده مي‌شود تا براي استخراج موثر، سطح زيادي ‌بدست آيد. سپس با يك ماده‌ي حلال يعني اسيد سولفوريك، به روش وزني در توده‌ها يا انباشته‌هاي بزرگ كانه‌ي كم‌عيار، يا توسط تلاطم مكانيكي در حوضچه‌ها يا مخازن تماس پيدا مي‌كنند.

محلول‌هاي حاصل از انحلال براي بازيابي مس توسط رسوب برروي قراضه‌ي آهن يا، در مورد محلول‌هاي حاصل از انحلال تغليظ شده، توسط استخراج الكتروليتي، تحت عمليات قرار مي‌گيرند. مس بدست آمده از روش جانشيني با آهن آلوده مي‌شود و معمولاً در يك كوره‌ي ذوب يا كنورتر يك كارخانه‌ي سنتي ذوب سولفيد، مجدداً مورد عمل قرار مي‌گيرد. مس بدست آمده توسط استخراج الكتروليتي ذوب و ريخته‌گري شده و براي فروش جهت مصارف غير الكتريكي عرضه مي‌شود.


انحلال انباشته‌اي، توده‌اي يا درمحل؛ بازيابي مس به روش استخراج توسط حلال و استخراج الكتروليتي.

الف- استخراج به روش حلال:
محلول‌هاي حامل حاصل از انحلال انباشته‌اي كانه‌هاي كم‌عيار از لحاظ مقدار مس فقيرند و مس موجود در آن‌ها معمولاً توسط جانشيني بر روي آهن بازيابي مي‌شود. اما اخيراً حلال‌هاي آلي كه يون‌هاي مس را از اين محلول‌هاي رقيق به نحوه‌ي انتخابي استخراج مي‌كنند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از اين گذشته، حلال‌هاي آلي متعاقباً مي‌توانند اين مس را به يك محلول اسيدي قوي و غني از مس منتقل كنند،‌ كه براي استخراج الكتروليتي مس مناسب باشد.
استخراج به روش حلال هم به‌جهت خالص‌سازي محلول‌ها و هم براي تغليظ فلزات حل‌شده‌ي درون حجم كمتري از محلول، كاربرد روز افزوني در صنايع هيدرومتالورژي پيدا مي‌كند.
ب- استخراج الكتروليتي:
مس را مي‌توان توسط استخراج الكتروليتي از محلول‌هاي غليظ حاصل از انحلال يا از الكتروليت‌هاي توليد شده به طريق استخراج به روش حلال به صورت قابل عرضه به بازار بازيابي كد. استخراج الكتروليتي شبيه به پالايش الكتروليتي است، با اين تفاوت كه آند از تركيبات غير قابل حل نظير سرب حاوي آنتيموان انتخاب مي‌شود. واكنش كلي استخراج الكتروليتي مس را مي‌توان چنين نوشت:
CuSO4+H2O => Cu+1/2 O2+HSO4
در طي اين فرآيند، مس بر روي كاتد نشسته، اكسيژن در آند آزاد شده و اسيد سولفوريك براي استفاده‌ي مجدد دوباره توليد مي‌شود. استخراج الكتروليتي نيازمند ولتاژي حدود 10 برابر ولتاژ مورد استفاده در پالايش الكتروليتي است و بنابراين اين روش انرژي بسيار بيشتري مصرف مي‌كند. به‌علاوه، درجه‌ي خلوص محصول كاتد (به علت آلودگي ناشي از آند سربي كه كاملاً نامحلول نيست) نسبت به مس حاصل از پالايش الكتروليتي كمتر است. مس حاصل از استخراج الكتروليتي براي مصارف الكتريكي كه بيشترين كاربرد را دارند مناسب نيست و براي مصارف ديگر به‌كار مي‌رود.

[Sharim]

ذوب و ريخته‌گري مس كاتد:
كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي 90-95% مس توليدي از منابع اوليه را تامين مي‌كنند. ضمن اينكه اين كاتدها را مي‌توان از قراضه‌ي مس ذوب‌شده نيز بدست آورد. كاتدهاي بدست آمده از استخراج و پالايش الكتروليتي در محيط كنترل شده‌ي احيايي براي ريخته‌گري به اشكال صنعتي ذوب مي‌شوند. سوخت‌هاي مورد استفاده، كم‌گوگرد هستند تا از جذب آن در محصول مس اجتناب شود. عمل ذوب غالباً در كوره‌هايي با تنوره‌ي عمودي (آساركو) انجام مي‌گيرد كه در آن كاتدها حين حركت به سمت پايين توسط گازهاي داغ متصاعد توليد شده بر اثر احتراق سوخت در روزنه‌هاي تعبيه شده در دورادور پايين كوره، گرم مي‌شوند. ذوب كامل و سريع است و مادامي كه اتمسفر ملايم احيايي برقرار باشد اكسايش يا جذب ناخالصي اتفاق نمي‌افتد.
مرسوم‌ترين محصول كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي مس چقرمه‌ي الكتروليتي است مشخصه‌ي مس چقرمه صاف بودن سطح آن (بدون انقباض در حين انجماد) بعد از ريخته‌گري در قالب روباز است. اين مس كمتر از 10ppm گوگرد دارد اما مقدار اكسيژن و هيدروژن آن براي حذف انقباض ناشي از تشكيل بخار آب در حين انجماد، كافي است. اين مس به طور پيوسته در سيستم‌هاي مجتمع ريخته‌گري پيوسته/ نورد ميله يا به صورت ميله‌هاي يك روتخت 100 كيلوگرمي در قالب‌هاي روباز افقي ريخته مي‌شود، هر دو محصول براي توليد سيم مناسبند.
ساير انواع مس حاصل از پالايش الكتروليتي، مس اكسيژن‌زدايي شده با فسفر جهت مصارف جوشكاري و لحيم‌كاري سخت و مس بي‌اكسيژن براي مصارف الكترونيكي‌اند. اين‌ها در قالب‌هاي عمودي با سيستم خنك‌كننده‌ي آبي براي كاهش هرچه بيشتر حفره‌هاي انقباضي و دورريز، ريخته‌گري مي‌شوند.
كاتدهاي حاصل از استخراج الكتروليتي مانند كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي ذوب مي‌شوند اما محصول معمولاً به‌صورت تختال يا شمشال ريخته‌گري مي‌شود تا به ورق و لوله تبديل شود. هر دونوع كاتد را مي‌توان مستقيما براي تهيه‌ي آلياژها (برنج و برنز و غيره) نيز فروخت (فرجي، 1371).

نقره آلماني از انواع آلياژهاي مس و نيکل
لامپ برنجي آلياژ مس و روي آلياژهاي مس:
مس داراي آلياژهاي گوناگوني با ساير فلزات مثلاً قلع، روي و غيره مي‌باشد که کاربرد آن را وسيع‌تر مي‌نمايد. از اين ميان، مهم‌ترين گروه برنج‌ها هستند مانند «تومباک» با 10% روي و 90% مس و يا «مانتز متال» كه شامل 30% روي و 60% مس و 10% قلع و سرب مي‌باشد.

بر‌نج‌ها از لحاظ خواص مکانيکي بر مس برتري دارند و از طرفي هزينه‌ي تهيه‌ي آن‌ها از مس خالص کمتر است زيرا که روي بکاررفته از مس ارزان‌تر است. برنج‌ها در صنايع و بطور کلي در مهندسي شيمي کاربرد زيادي دارند. برنز نيز آلياژ مس و قلع است که مقدار قلع تا 20% مي تواند در آلياژ وجود داشته باشد. اگر چه برنزها سخت‌تر از مس مي باشند ولي قابليت ماشين‌کاري و ريخته شدن خيلي خوبي دارند. به علت مقاومت زياد برنز در مقابل خوردگي از آن‌ها براي ساختن شير و لوله‌هاي آب و گاز استفاده مي‌شود. برنزها به‌علت داشتن ضريب اصطکاک کم و مقاومت در برابر سايش در ساختن ياتاقآن‌ها، چرخ‌دنده‌ها و دنده‌ها نيز بکار مي‌روند.

آلياژهاي مس و نيکل به مقدار محدودي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از بهترين اين نوع آلياژها، مي‌توان نقره‌ي آلماني با 80% مس و 20% نيکل و نيز آلياژ مونل با 68% نيکل، 28% مس و 10% آهن و منگنز را نام برد. «مونل متال» به‌علت مقاومت زياد در مقابل خورندگي و خواص مکانيکي خوب و همچنين قابليت ماشين‌کاري خوب در مهندسي ابزار دقيق از قبيل ابزار جراحي، دستگاه‌هاي شيميايي و غيره بکار مي‌رود. کات کبود CuSO4,5H2O، در صنايع شيميايي، دباغي و صنايع پوست و نيز در رنگ‌‌سازي و ساخت ابريشم مصنوعي بکار مي‌رود.

[Sharim]

ذوب و ريخته‌گري مس كاتد:
كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي 90-95% مس توليدي از منابع اوليه را تامين مي‌كنند. ضمن اينكه اين كاتدها را مي‌توان از قراضه‌ي مس ذوب‌شده نيز بدست آورد. كاتدهاي بدست آمده از استخراج و پالايش الكتروليتي در محيط كنترل شده‌ي احيايي براي ريخته‌گري به اشكال صنعتي ذوب مي‌شوند. سوخت‌هاي مورد استفاده، كم‌گوگرد هستند تا از جذب آن در محصول مس اجتناب شود. عمل ذوب غالباً در كوره‌هايي با تنوره‌ي عمودي (آساركو) انجام مي‌گيرد كه در آن كاتدها حين حركت به سمت پايين توسط گازهاي داغ متصاعد توليد شده بر اثر احتراق سوخت در روزنه‌هاي تعبيه شده در دورادور پايين كوره، گرم مي‌شوند. ذوب كامل و سريع است و مادامي كه اتمسفر ملايم احيايي برقرار باشد اكسايش يا جذب ناخالصي اتفاق نمي‌افتد.
مرسوم‌ترين محصول كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي مس چقرمه‌ي الكتروليتي است مشخصه‌ي مس چقرمه صاف بودن سطح آن (بدون انقباض در حين انجماد) بعد از ريخته‌گري در قالب روباز است. اين مس كمتر از 10ppm گوگرد دارد اما مقدار اكسيژن و هيدروژن آن براي حذف انقباض ناشي از تشكيل بخار آب در حين انجماد، كافي است. اين مس به طور پيوسته در سيستم‌هاي مجتمع ريخته‌گري پيوسته/ نورد ميله يا به صورت ميله‌هاي يك روتخت 100 كيلوگرمي در قالب‌هاي روباز افقي ريخته مي‌شود، هر دو محصول براي توليد سيم مناسبند.
ساير انواع مس حاصل از پالايش الكتروليتي، مس اكسيژن‌زدايي شده با فسفر جهت مصارف جوشكاري و لحيم‌كاري سخت و مس بي‌اكسيژن براي مصارف الكترونيكي‌اند. اين‌ها در قالب‌هاي عمودي با سيستم خنك‌كننده‌ي آبي براي كاهش هرچه بيشتر حفره‌هاي انقباضي و دورريز، ريخته‌گري مي‌شوند.
كاتدهاي حاصل از استخراج الكتروليتي مانند كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي ذوب مي‌شوند اما محصول معمولاً به‌صورت تختال يا شمشال ريخته‌گري مي‌شود تا به ورق و لوله تبديل شود. هر دونوع كاتد را مي‌توان مستقيما براي تهيه‌ي آلياژها (برنج و برنز و غيره) نيز فروخت (فرجي، 1371).

نقره آلماني از انواع آلياژهاي مس و نيکل
لامپ برنجي آلياژ مس و روي آلياژهاي مس:
مس داراي آلياژهاي گوناگوني با ساير فلزات مثلاً قلع، روي و غيره مي‌باشد که کاربرد آن را وسيع‌تر مي‌نمايد. از اين ميان، مهم‌ترين گروه برنج‌ها هستند مانند «تومباک» با 10% روي و 90% مس و يا «مانتز متال» كه شامل 30% روي و 60% مس و 10% قلع و سرب مي‌باشد.

بر‌نج‌ها از لحاظ خواص مکانيکي بر مس برتري دارند و از طرفي هزينه‌ي تهيه‌ي آن‌ها از مس خالص کمتر است زيرا که روي بکاررفته از مس ارزان‌تر است. برنج‌ها در صنايع و بطور کلي در مهندسي شيمي کاربرد زيادي دارند. برنز نيز آلياژ مس و قلع است که مقدار قلع تا 20% مي تواند در آلياژ وجود داشته باشد. اگر چه برنزها سخت‌تر از مس مي باشند ولي قابليت ماشين‌کاري و ريخته شدن خيلي خوبي دارند. به علت مقاومت زياد برنز در مقابل خوردگي از آن‌ها براي ساختن شير و لوله‌هاي آب و گاز استفاده مي‌شود. برنزها به‌علت داشتن ضريب اصطکاک کم و مقاومت در برابر سايش در ساختن ياتاقآن‌ها، چرخ‌دنده‌ها و دنده‌ها نيز بکار مي‌روند.

آلياژهاي مس و نيکل به مقدار محدودي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از بهترين اين نوع آلياژها، مي‌توان نقره‌ي آلماني با 80% مس و 20% نيکل و نيز آلياژ مونل با 68% نيکل، 28% مس و 10% آهن و منگنز را نام برد. «مونل متال» به‌علت مقاومت زياد در مقابل خورندگي و خواص مکانيکي خوب و همچنين قابليت ماشين‌کاري خوب در مهندسي ابزار دقيق از قبيل ابزار جراحي، دستگاه‌هاي شيميايي و غيره بکار مي‌رود. کات کبود CuSO4,5H2O، در صنايع شيميايي، دباغي و صنايع پوست و نيز در رنگ‌‌سازي و ساخت ابريشم مصنوعي بکار مي‌رود.

[Sharim]

هدف از بررسي هزينه هاي استخراج مس، مشخص کردن سرمايه و هزينه راهبري فرآيندهاي اصلي استخراج مس و مشخص کردن اين که در کجا مي توان به اندازه قابل توجهي از هزينه ها کاست.

دقت داده هاي هزينه اي:

دقت برآورد براي هر شرکتي کافي است تا بتواند در تخصيص يا عدم تخصيص هزينه براي انجام مطالعات تفصيلي زير تصميم بگيرد.

1- تهيه نمودار جريان کلي براي راهبري (عمليات)
2- نياز به تجهيزات (بر مبناي انفرادي)
3- ساختمان و نيازهاي رفاهي
4- نيازهاي عملياتي (سوخت، ديرگدازها، کارگر و غيره).
هزينه هاي تفصيلي موارد 2، 3 و 4 را مي توان از فراهم کنندگان مواد و تجهيزات و مشاورين ساختماني به دست آورد و بر اساس هزينه هاست که تصميم نهايي در مورد اجراي پروژه گرفته مي شود.


الف- هزينه کلي سرمايه اي - از معدن تا پالايش:

هزينه هاي سرمايه اي اصلي براي استخراج مس، هزينه توسعه و تجهيز معدن است که با مجموع هزينه هاي پرعيارکني، ذوب و پالايش برابر است. هزينه هاي سرمايه اي ذوب در درجه دوم اهميت قرار دارد و هزينه هاي سرمايه اي پرعيار کننده و پالايشگاه در مقام هاي بعدي اهميت قرار دارند.

الف-1- تغييرات هزينه هاي سرمايه اي:

تفاوت قابل توجهي در هزينه هاي سرمايه اي معادن مختلف وجود دارد. اين تفاوت ناشي از اختلاف عيار کانه، روش استخراج و ابعاد کار است. براي مثال هزينه سرمايه اي عمليات در معدن روباز تقريباً نصف هزينه سرمايه اي در معدن زيرزميني است. بنابراين براي کانه هايي با عيار مشخص (براي مثال Cu 1%) هزينه سرمايه اي معدن روباز نصف هزينه سرمايه اي معدن زيرزميني است. اما معادن روباز عموماً کانه هاي کم عيارتري دارند و به خاطر روباز بودن آن ها تاثير چنداني در کاهش هزينه ها نخواهد داشت

[Sharim]

هزينه هاي سرمايه اي پرعيار کننده (براي هر تن مس در سال) نيز به نوعي تغيير مي کنند و دليلي اصلي اين تغيير ناهمگن بودن عيار کانه است. علت آن است که مقدار کانه اي که بايد براي توليدات يک تن مس مورد عمليات قرار گيرد، بسته به عيار مس در کانه متغير است. ظرفيت پرعيار کننده و هزينه سرمايه اي آن (هر دو بر تن مس در سال) براي کانه هاي پرعيار پايين و براي کانه هاي کم عيار بالاست.

هزينه هاي کارخانه ذوب و پالايش الکتروليتي به عيار کانه ها بستگي ندارد. پالايشگاه ها ماهيت استانداردي دارند و هزينه سرمايه اي آنها رامي توان به دقت پيش بيني کرد. هزينه سرمايه اي کارخانه هاي ذوب اندکي متغير است که اين تغييرات به روش مورد استفاده براي ذوب بستگي دارد. (ذوب شعله اي، الکتريکي و تشعشي). اين تاثير چندان زياد نيست زيرا بيشتر امکانات ذوب (دودکش ها، جمع آوري گرد و غبار، واحد اسيد سازي، کنورترها، تجهيزات آند ريزي) در تمام فرآيندهاي ذوب مشترک است.

بنابراين دقت اطلاعات هزينه سرمايه اي به ترتيب زير افزايش مي يابد: استخراج معدن، پرعيارکننده، واحد ذوب، پالايشگاه.



الف-2- ابعاد اقتصادي واحدها:
معادن، بسته به عيار کانه آن ها، در هر اندازه اي ممکن است مقرون به صرفه باشند بنابراين معادن مس در گستره اي بين 100 تن کانه پرعيار تا 100000 تن کانه کم عيار در روز در معادن روباز استخراج مي شوند. به همين شکل ابعاد پرعيار کننده ها نيز بسيار متفاوت است، اما حداقل ظرفيت يک پرعيار کننده براي اين که از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه باشد 1000 تن کانه در روز است که اين ميزان برابر با ظرفيت يک مدار آسياي ميله اي - گلوله اي است. اغلب کارخانه هاي ذوب مس از نظر ظرفيت توليد مس بزرگ اند. زيرا حداقل توليد اقتصادي آن ها زماني است که يک کوره شعله اي، الکتريکي يا تشعشعي به طور تمام وقت کار کند. اين برابر با حداقل 250 تن مس در روز است و نياز به 3-2 کنورتر و يک کوره ذوب آند و يک واحد آند ريزي دارد. بسياري از کارخانه هاي قديمي ذوب 2 الي 3 کوره ذوب و به تعداد کافي کنورتر و کوره هاي آند دارند. به نظر نمي رسد که اين کارخانه هاي بزرگ ذوب از لحاظ اقتصادي امتيازي داشته باشند، از اين رو اغلب کارخانه هاي جديد فقط يک واحد ذوب دارند. يک امتياز بالقوه فرآيندهاي پيوسته و تک مرحله اي توليد مس آن است که در مقياس کوچک از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه اند.