فرایند تولید محصولات مسی | استخراج سنگ معدن و پالایش مس (2)
- توضیحات
- نازو تک
- 61
در این پست میخوانید :
پیشگفتار
در پست قبلی به تاریخچه مس و موارد مهم دیگری پرداختیم و گفته شد که که این فلز چه نقش مهمی در زندگی بش و صنعت داشته و در تمامی زندگی و صنعت نقش مهمی ایفا میکند، همچنین به نقش مس در تولید ابزارآلات از جمله بست فلزی و بست شیلنگ و سایر ابزارآلات دیگر اشاره کردیم، در این مقاله جهات دیگری از دنیای وسیع این فلز مهم و به جرات میتوان گفت گرانبها میپردازیم، پس با ما همراه باشید.
از معدن تا محصول نهایی، نگاهی عمیق به فرایند تولید و ساخت محصولات مسی
مس، فلزی با ارزش و پرکاربرد، از گذشتههای دور تا به امروز نقش مهمی در صنایع مختلف داشته است. از سیمکشی ساختمانها و خودروها تا تولید ظروف آشپزخانه و قطعات الکترونیکی پیچیده، کاربرد مس در زندگی روزمره ما انکارناپذیر است. اما فرایند تولید و ساخت محصولات مسی، مسیری پیچیده و چند مرحلهای است که آشنایی با آن میتواند جذاب و آموزنده باشد. در این قسمت از نوشتار، به بررسی جامع این فرایند، از استخراج مس از معدن تا تولید محصولات نهایی، میپردازیم.
مرحله اول : استخراج مس از منابع طبیعی
مس به دو صورت اصلی یافت میشود: به عنوان سنگ معدن سولفیدی (مانند کالکوپیریت، کالکوزیت و بورنیت) و به عنوان سنگ معدن اکسیدی (مانند مالاکیت و آزوریت). روش استخراج بسته به نوع سنگ معدن و شرایط زمینشناسی متفاوت است.
- استخراج روباز : در این روش، لایههای سطحی زمین برداشته شده و سنگ معدن به صورت مستقیم استخراج میشود. این روش برای سنگهای معدنی با غلظت بالا و دسترسی آسان مناسب است.
- استخراج زیرزمینی : در این روش، از تونلها و چاههای زیرزمینی برای دسترسی به سنگ معدن استفاده میشود. این روش برای سنگهای معدنی با غلظت پایینتر یا در عمق زیاد به کار میرود و پیچیدگی و هزینه بیشتری دارد.
پس از استخراج، سنگ معدن به کارخانههای فرآوری منتقل میشود.
مرحله دوم : فرآوری سنگ معدن و تولید مس خام
در کارخانههای فرآوری، سنگ معدن مس طی مراحل مختلفی آماده تولید مس خام میشود:
- خردایش و آسیاب کردن : سنگ معدن به قطعات کوچکتر خرد و آسیاب میشود تا سطح تماس بیشتری برای واکنشهای شیمیایی بعدی فراهم شود.
- فلوتاسیون : این مرحله یک فرآیند جداسازی فیزیکی است که از تفاوت در خواص سطحی ذرات مواد معدنی استفاده میکند تا ذرات مس از سایر مواد جدا شوند. در این فرآیند، از مواد شیمیایی خاص برای ایجاد حبابهای هوا استفاده میشود که به ذرات مس میچسبند و به سطح محلول آمده و جدا میشوند.
- ذوب : کنسانتره مس (محصول فلوتاسیون) در کورههای ذوب در دمای بالا ذوب میشود. در این مرحله، ناخالصیها از مس جدا شده و مس خام تولید میشود.
- تصفیه مس خام : مس خام حاصله هنوز حاوی ناخالصیهایی است که باید حذف شوند. این کار با استفاده از روشهای مختلفی مانند تصفیه الکترولیتی انجام میشود. در تصفیه الکترولیتی، صفحات مس خام در یک محلول الکترولیت قرار میگیرند و با عبور جریان الکتریکی، مس خالص در کاتد رسوب میکند.
مرحله سوم : تولید محصولات مسی
مس خالص حاصل از مرحله تصفیه، برای تولید طیف وسیعی از محصولات استفاده میشود:
- تولید شمش مس : مس خالص به صورت شمشهای مس ریختهگری میشود که به عنوان ماده اولیه در تولید محصولات دیگر استفاده میشوند.
- تولید سیم و کابل : این فرایند شامل کشش شمش مس به سیمهای نازک و سپس عایقکاری آنها است.
- تولید لوله و ورق مس : شمش مس با استفاده از روشهای نورد گرم و سرد به لولهها و ورقهای مس تبدیل میشود.
- تولید قطعات ریختهگری شده : مس در تولید قطعات پیچیده با استفاده از روشهای ریختهگری دقیق مانند ریختهگری دقیق و ریختهگری تحت فشار استفاده میشود.
- تولید آلیاژهای مس : مس با عناصر دیگر مانند روی (برای تولید برنج)، قلع (برای تولید برنز) و آلومینیوم (برای تولید آلومینیوم برنز) آلیاژ میشود تا خواص مکانیکی و شیمیایی آن بهبود یابد.
تأثیرات زیستمحیطی و راهکارهای پایدار
استخراج و فرآوری مس میتواند اثرات زیستمحیطی منفی داشته باشد، از جمله آلودگی آب و هوا. با این حال، صنایع مسسازی در حال تلاش برای کاهش این اثرات منفی هستند. استفاده از روشهای استخراج و فرآوری پایدار، بازیافت مس، و استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در فرایند تولید، از جمله راهکارهای اصلی در این زمینه هستند.
فرایند تولید محصولات مسی، مسیری پیچیده و چند مرحلهای است که از روش استخراج سنگ معدن مس تا تولید محصولات نهایی، شامل مراحل مختلفی از خردایش، فلوتاسیون، ذوب، تصفیه و شکلدهی میشود. آشنایی با این فرایند، اهمیت و پیچیدگی صنعت مس را به خوبی نشان میدهد. همچنین، توجه به جنبههای زیستمحیطی و استفاده از راهکارهای پایدار در این صنعت، برای حفظ محیط زیست و توسعه پایدار بسیار ضروری است. امید است این مقاله، نگاهی جامع و مفید به این صنعت ارائه داده باشد.
فرایندهای پالایش و تصفیه مس خام
مس، فلزی ارزشمند با کاربردهای گسترده در صنایع مختلف از جمله برق، ساختمان سازی، حمل و نقل و الکترونیک است. اما مس استخراج شده از معادن به صورت خام، حاوی ناخالصیهای متعددی است که برای کاربردهای صنعتی مناسب نیستند. به همین دلیل، فرایندهای پالایش و تصفیه مس خام، برای تولید مس با خلوص بالا و کیفیت مطلوب، امری حیاتی است. در این قسمت از نوشتار، به بررسی دقیق این فرایندها و مراحل مختلف آنها خواهیم پرداخت.
آماده سازی سنگ معدن
اولین مرحله در تولید مس، آماده سازی سنگ معدن است. این مرحله شامل چندین گام مهم میشود:
- استخراج : مس معمولاً از سنگهای معدنی مانند کالکوپیریت (CuFeS2)، کالکوسیت (Cu2S) و بورنیت (Cu5FeS4) استخراج میشود. روشهای استخراج، بسته به نوع معدن و شرایط زمینشناسی، متفاوت است و شامل روشهای روباز و زیرزمینی میشود.
- خردایش و آسیاب : پس از استخراج، سنگ معدن به قطعات کوچکتر خرد میشود تا سطح تماس بیشتری با مواد شیمیایی در مراحل بعدی فراهم شود. این کار با استفاده از خردکنهای مختلف، از جمله سنگ شکنهای فکی و چکشی، انجام میشود. سپس، برای دستیابی به ذرات ریزتر، از آسیابهای گلولهای استفاده میشود.
- فلوتاسیون : این مرحله، فرآیند جداسازی ذرات مس از دیگر مواد معدنی موجود در سنگ معدن است. در این روش، از مواد شیمیایی خاص (کلكتورها، فعال كنندهها و بازدارندهها) استفاده میشود که به ذرات مس میچسبند و باعث میشوند که آنها توسط حبابهای هوا به سطح منتقل شوند و به صورت کف جدا شوند. این کف حاوی غلظت بالایی از ذرات مس است که به عنوان کنسانتره مس شناخته میشود.
ذوب و تبدیل به مس مات
کنسانتره مس، حاوی حدود 20 تا 30 درصد مس است و هنوز هم حاوی ناخالصیهای قابل توجهی است. در مرحله ذوب، کنسانتره مس در کورههای بزرگ ذوب میشود. در این فرآیند، گوگرد موجود در کنسانتره با اکسیژن ترکیب شده و به صورت گاز دی اکسید گوگرد (SO2) خارج میشود. محصول حاصل از این مرحله، مس مات است که مخلوطی از سولفید مس (Cu2S) و سولفید آهن (FeS) است.
تبدیل مس مات به مس بلیستر
مس مات در کورههای تبدیلی، تحت فرایند اکسیداسیون قرار میگیرد. در این مرحله، آهن موجود در مس مات با اکسیژن ترکیب شده و به صورت سرباره اکسیدی آهن (FeO) خارج میشود. در نهایت، مس بلیستر تولید میشود که حاوی حدود 98 درصد مس است. مس بلیستر، دارای حبابهای گازهای مختلف، مانند دی اکسید گوگرد و دی اکسید کربن، است که به آن ظاهر "بلیستر" (حبابدار) میدهد.
پالایش مس بلیستر
مس بلیستر، هنوز هم حاوی ناخالصیهایی مانند اکسیژن، گوگرد، آهن، طلا، نقره و سایر فلزات است که باید حذف شوند. پالایش مس بلیستر، معمولاً به دو روش انجام میشود:
پالایش آندی : در این روش، مس بلیستر به عنوان آند در یک سلول الکترولیتی قرار میگیرد و در اثر عبور جریان الکتریکی، مس خالص در کاتد رسوب میکند. ناخالصیها در کف سلول جمعآوری میشوند و به صورت لجن آندی بازیافت میشوند. این لجن آندی، حاوی فلزات گرانبهایی مانند طلا و نقره است که از نظر اقتصادی بسیار با ارزش هستند.
پالایش کوره ای : این روش کمتر رایج است و برای حذف ناخالصیهای خاص، مانند اکسیژن، از مس بلیستر استفاده میشود. در این روش، مس بلیستر در کورههای خاص تحت فرایندهای مختلف تصفیه قرار میگیرد.
تولید مس خالص
پس از پالایش، مس با خلوص بالا (99.99 درصد یا بیشتر) تولید میشود که برای مصارف صنعتی مختلف مناسب است. این مس خالص، میتواند به صورت شمش، مفتول، ورق و سایر اشکال مورد نیاز، تولید و به بازار عرضه شود.
فرایند تولید مس از سنگ معدن خام، یک فرایند پیچیده و چند مرحلهای است که نیازمند دانش فنی و تکنولوژی پیشرفته است. هزینههای تولید مس، به دلیل مصرف انرژی بالا و نیاز به تجهیزات پیشرفته، قابل توجه است. با این حال، به دلیل کاربردهای گسترده مس در صنایع مختلف، تولید و پالایش آن امری حیاتی و اقتصادی است. همچنین، توجه به جنبههای زیست محیطی، مانند کنترل انتشار گازهای آلاینده در طول فرایند تولید، امری ضروری است. پیشرفتهای تکنولوژیکی مداوم در این صنعت، به بهبود راندمان تولید، کاهش هزینهها و کاهش اثرات زیست محیطی کمک میکنند.
تکنیک های تولید محصولات مسی ( مفتول، ورق، لوله و... )
مس، فلزی با قابلیت هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، چکشخواری و شکلپذیری مناسب، مقاومت به خوردگی خوب و زیبایی ظاهری، از دیرباز در صنایع مختلف کاربرد وسیعی داشته است. از مفتولهای ظریف در الکترونیک تا لولههای ضخیم در سیستمهای تاسیساتی و ورقهای گسترده در معماری، طیف وسیعی از محصولات مسی در زندگی روزمره ما حضور دارند. تولید این محصولات متنوع، مستلزم تسلط بر تکنیکهای گوناگون است که در این قسمت از نوشتار به طور مفصل به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
تولید شمش مس
اولین مرحله در زنجیره تولید محصولات مسی، تولید شمش مس است. شمش های مس، بلوکهای بزرگ و مستطیل شکل از مس خالص یا آلیاژهای مسی هستند که به عنوان ماده اولیه برای تولید سایر محصولات مسی مورد استفاده قرار میگیرند. روشهای مختلفی برای تولید شمش مس وجود دارد :
- ذوب و ریختهگری : رایجترین روش، ذوب مس قراضه یا مس کاتدی (با خلوص بالا) در کورههای القایی یا کورههای شعلهای است. پس از ذوب، مس مذاب به درون قالبهای مخصوص ریختهگری شده و پس از سرد شدن، شمشهای مسی تشکیل میشوند. کنترل دقیق دما و ترکیب شیمیایی در این مرحله از اهمیت ویژهای برخوردار است تا کیفیت شمش نهایی تضمین شود. استفاده از گازهای محافظ مانند آرگون نیز برای جلوگیری از اکسیداسیون مس ضروری است.
- روشهای ریختهگری پیشرفته : در سالهای اخیر، روشهای پیشرفتهتری مانند ریختهگری مداوم و ریختهگری نیمه مداوم نیز برای تولید شمشهای با کیفیت بالاتر و با سرعت بیشتر توسعه یافتهاند. این روشها امکان تولید شمشهایی با ابعاد و اشکال دقیقتر را فراهم میکنند.
فرآیندهای شکل دهی
پس از تولید شمش، فرآیندهای شکلدهی برای تبدیل شمش به محصولات نهایی مانند مفتول، ورق و لوله به کار میروند. این فرآیندها شامل مراحل زیر هستند :
الف) تولید مفتول مس ( مفتول مسی )
- نورد گرم : در این فرآیند، شمش های مسی در دمای بالا (معمولا بالای 700 درجه سانتیگراد) از میان غلطکها عبور داده میشوند تا به تدریج به قطر مورد نظر برسند. این فرآیند چندین بار تکرار میشود تا قطر مفتول به اندازه مورد نیاز برسد. نورد گرم باعث افزایش شکلپذیری مس و کاهش نیروی مورد نیاز برای شکلدهی میشود.
- نورد سرد : پس از نورد گرم، مفتولهای مسی ممکن است تحت فرآیند نورد سرد قرار گیرند تا دقت ابعادی و کیفیت سطحی بهبود یابد. نورد سرد در دمای پایینتر انجام میشود و باعث افزایش سختی و استحکام مفتول میشود.
- کشش : برای تولید مفتولهای با قطرهای بسیار کوچک، از فرآیند کشش استفاده میشود. در این فرآیند، مفتول از میان یک قالب با قطر کوچکتر عبور داده میشود و به تدریج نازکتر میشود.
- بازپخت (Annealing) : در طول فرآیندهای نورد و کشش، ساختار کریستالی مس تغییر کرده و سختی آن افزایش مییابد. برای بازیابی شکلپذیری و نرمی مس، فرآیند بازپخت انجام میشود که شامل حرارت دادن مفتول در دمای مشخص و سپس سرد کردن آرام آن است.
ب) تولید ورق مس
- نورد گرم و سرد : مشابه تولید مفتول، تولید ورق مس نیز با نورد گرم و سرد انجام میشود. در این فرآیند، شمشهای مسی به صورت نوارهای پهن نورد شده و به ضخامت مورد نظر میرسند.
- حاصلخیزی (Pickling) : پس از نورد، ورقهای مسی برای از بین بردن اکسید های سطحی و بهبود کیفیت سطح، در محلولهای اسیدی خاص (حاصلخیزی) قرار میگیرند.
- آنیلینگ : مانند مفتول، ورق مس نیز ممکن است برای بازیابی شکلپذیری و کاهش سختی، تحت فرآیند آنیلینگ قرار گیرد.
ج) تولید لوله مسی
- روش اکستروژن : در این روش، شمش مسی گرم شده از میان یک قالب مخصوص عبور داده میشود و به شکل لوله در میآید.
- روش کشش : مشابه مفتول، لولههای مسی نیز میتوانند با فرآیند کشش تولید شوند.
- روش فرمینگ : در این روش، ورقهای مسی به شکل استوانهای پیچیده شده و سپس به هم جوش داده میشوند تا لوله مسی تشکیل شود.
- جوشکاری : در تولید برخی از انواع لولههای مسی، از فرآیند جوشکاری برای اتصال قطعات مختلف استفاده میشود.
پوشش دهی و عملیات سطحی
برای افزایش مقاومت به خوردگی، زیبایی ظاهری و یا بهبود خواص دیگر، ممکن است عملیات سطحی بر روی محصولات مسی انجام شود. این عملیات شامل :
- پوشش دهی با لاک : برای محافظت از مس در برابر خوردگی.
- کروم کاری : برای افزایش مقاومت به خوردگی و زیبایی.
- آبکاری : با فلزات دیگر مانند نیکل، نقره و طلا.
کنترل کیفیت
در تمام مراحل تولید محصولات مسی، کنترل کیفیت بسیار مهم است. این کنترل شامل آزمایش های مختلفی مانند آزمایش سختی، آزمایش کشش، آزمایش خوردگی و آزمایش هدایت الکتریکی است تا مطمئن شویم که محصولات تولیدی با استانداردهای مورد نظر مطابقت دارند.
در نتیجه، تولید محصولات مسی فرآیندی پیچیده و چند مرحلهای است که نیازمند دانش فنی، تجهیزات پیشرفته و کنترل دقیق پارامترهای مختلف است. پیشرفتهای تکنولوژیکی و استفاده از روشهای نوین در این صنعت، باعث تولید محصولات مسی با کیفیت بالاتر، با سرعت بیشتر و با هزینه کمتر شده است. در آینده، تحقیقات و توسعه در زمینه تولید و فرآوری مسی، به بهبود بیشتر این فرآیندها و گسترش کاربردهای مس در صنایع مختلف منجر خواهد شد.
پایان قسمت 2
امیدواریم تا این بخش از بررسی فلز مس برای شما مفید بوده باشد، با درج دیدگاه های خود، نازو تک را در هر چه بهتر شدن خدمات یاری رسانید.
نازو تک
نوشتن دیدگاه