مس چیست و مقاطع مختلف آن
مس یکی از مهمترین فلزات صنعتی در جهان است که به دلیل رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و طول عمر زیاد، نقش کلیدی در صنایع مختلف دارد. از تولید سیم و کابل برق گرفته تا صنایع ساختمان، تأسیسات، خودروسازی و تجهیزات الکترونیکی، این فلز جایگاه ویژهای در زیرساختهای مدرن دارد. قابلیت بازیافت، شکلپذیری بالا و عملکرد پایدار در شرایط محیطی مختلف باعث شده مس به گزینهای قابل اعتماد برای پروژههای صنعتی و ساختمانی تبدیل شود و تقاضای آن در بازار جهانی همواره روندی رو به رشد داشته باشد.
مس عنصر قرمز رنگ فلزی به دلیل خواصی مانند، هدایت حرارت و الکتریکی بالا، شکلپذیری، چکشخواری و... جز مواد پرکاربرد در صنایع مختلف در اشکالی همچون انواع کابلهای مسی، لوله، ورق و تسمه است.
مس چیست؟
مس (Cu) یک عنصر شیمیایی است که نام خود را از واژه لاتین cuprum گرفته و عدد اتمی آن برابر با 29 است. این عنصر با خصوصیاتی نظیر فرمپذیری، رسانای الکتریکی و گرمایی شناخته میشود. بر اساس گفتهها، مس اولین فلز کشفشده در تاریخ است و جزو فلزاتی به حساب میآید که انسانها در صنایع مختلفی از آن استفاده میکردند. قدمت استفاده از فلز مس به عنوان فلزی قرمزرنگ و جامد، به ده هزار سال قبل از میلاد بازمیگردد و در ابتدا از آن جهت سلاحسازی و ابزارسازی استفاده میکردند. از ویژگیهای اصلی مسی میتوان به شکلپذیری و رسانایی گرمایی و الکتریسته بالای آن اشاره کرد.همچنین، مس بعد از نقره دارای رسانایی الکتریکی بالاتری است اما به دلیل مقرون بهصرفه بودن آن نسبت به نقره در بسیاری از امور ازجمله سیمکشی از مس استفاده میکنند.
با گذشت زمان، این فلز در امور دیگری نظیر ساخت زیورآلات، ظروف، سیم، لوله و... مورد استفاده قرار گرفت. جالب است بدانید که در مصر باستان، مس را به عنوان عنصر جاودانگی و عنصر فرعون میشناختند و بر این باور بودند که این فلز باعث جاودانگی پادشاهان میشود. در کشور ما نیز قدمت پیدایش این فلز به 5 هزار سال پیش بازمیگردد؛ درست هنگامی که ظروف سفالی در بین مردم از اهمیت بالایی برخوردار بود. در حال حاضر نیز فلز مس به دلیل قابلیت رسانایی، ضد زنگ بودن، قالبپذیری و مقاومت بالایی که دارد در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد.
ویژگی های مس
از ویژگیهای بارز مس میتوان به سختی و مقاومت بالای آن اشاره کرد که این مشخصه منجربه بهکارگیری آن در صنعت آهن آلات، خودروسازی، ساختمانسازی، الکتریکی و... شده است. علاوهبر این، مس قابلیت ترکیب شدن با سایر فلزات را دارد و به عبارتی، از انعطافپذیری مناسبی برخوردار است و به همین دلیل در ساخت بسیاری از آلیاژهای غیرآهنی مانند برنج و برنز نقش کلیدی دارد. از طرفی، آلیاژهای مس جزو بهترین فلزات هستند؛ زیرا علاوه بر ویژگیهای مس، خصوصیات سایر عناصر نظیر روی یا قلع را هم دارند. ضمنا، مس از آن دسته فلزاتی است که قابلیت شکلپذیری بالایی دارد؛ این ویژگی مس در کنار خاصیت رسانایی آن سبب شده است تا بهترین گزینه برای تولید سیمهای برق باشد.
این فلز علاوهبر استحکام بالا از قابلیت چکشخواری نیز برخوردار است. خاصیت چکشخواری در بسیاری از صنایع مانند فولادسازی اهمیت دارد. رنگ سرخ مایل به نارنجی مس نیز موجب شده تا از آن در بسیاری از کارهای هنری و مدرن استفاده کنند. شایان ذکر است، این فلز در برابر سایش و خوردگی نیز مقاومت بالایی داشته که این امر منجر به طولانی شدن عمر مفید آن شده است. علاوه بر موارد ذکرشده، مس قابلیت ماشینکاری هم دارد که جهت تولید قطعات فلزی با کیفیت بالا، امری مهم تلقی میشود.
بهعلاوه در میان فلزات رسانا، فلز مس یکی از بهترین رساناهای جریان الکتریکی است؛ مس بعد از نقره در جایگاه دوم به جهت انتقال جریانات برق قرار دارد. به غیر از ویژگی رسانایی، مس انتقالدهنده خوبی نیز برای گرما است. همچنین، محصولاتی که دارای فلز مس هستند را میتوان بازیافت کرد؛ با جداکردن مس درون آنها میتوان مجدد از این فلز استفاده کرد که این موضوع، خبر از قابل بازیافت بودن مس میدهد. بهطورکلی، ویژگیهای ارزنده مس امکان استفاده گسترده از آن در حوزههای مختلف کاری را فراهم کرده است.
تاریخچه مس
مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حداقل به ۱۰۰۰۰ سال پیش میرسد. استفاده از آلیاژهای مختلف مس مانند مس و قلع تقریبا به ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد باز میگردد. در یکی از اهرام یک سامانه لولهکشی با مس پیدا شده که مربوط به ۵۰۰۰ سال پیش است. مصریان دریافتند که افزودن مقدار کمی قلع، قالبگیری مس را آسانتر میکند، بنابراین آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می شوند، تقریبا قدمتی همانند مس دارند.
انواع مقاطع مس
همانطور که در قسمتهای فوق اشاره شد، مس از ویژگیهای باارزشی برخوردار است و همین موضوع سبب شده تا در مقاطع مختلفی جهت مصارف گوناگون به کار گرفته شود. در قسمت زیر، فهرست انواع مقاطع مس آورده شده است:
- لوله مسی
لوله مسی از جمله مقاطع فلزی مس است که طبق روشهای اکسترود و direct tube تولید میشود. با توجه به خاصیت رسانایی و حرارتی فلز مس از مقاطع لولهای برای هدایت جریان الکتریکی و حرارت استفاده میکنند. همچنین، این لولهها انواع مختلفی دارند و در مواردی نظیر سیستمهای تهویه مطبوع و همینطور، سیستمهای لولهکشی آب و گاز مورد استفاده قرار میگیرند.
- شمش مسی
نام دیگر شمش مسی، شینه است که از دیگر مقاطع فلزی مس به حساب میآید. این شمش در ضخامتها و عرضهای مختلفی راهی بازار مصرف میشود. هر شمش یا شینه مسی میتواند جریان یک آمپر را تحمل کرده و از خود عبور دهد. ویژگی دیگر این محصول، قابلیت انعطافپذیری آن است؛ به این صورت که، شمشهای مسی را میتوان به راحتی خم کرد که با این خمیدگی دچار شکستگی یا ترک نمیشوند.
- الکترود مسی
یکی از مهمترین و پرکاربردترین مقاطع مسی، الکترود است. الکترودهای مسی از ترکیب مقدار زیادی مس به همراه چند آلیاژ دیگر به دست میآیند. این الکترودها بیشتر در صنعت تجهیزات الکتریکی و برقی، تولید لوازم خانگی، کشتیسازی، خودروسازی، هواپیماسازی و جوشکاری کاربرد دارند و برای جوش دادن آلیاژهای مسی و برنزی استفاده میشوند. از ویژگیهای مهمی که میتوان برای این الکترودها بیان کرد، کیفیت و مقاومت بالای آنها و همینطور، رسانایی جریان الکتریکی است.
- ورق مسی
ورقهای مسی در انواع نرم و فنری تولید میشوند و ضخامتهای مختلفی دارند؛ این ضخامتها از یک صدم آغاز شده و تا چند سانتیمتر میرسند. بهعلاوه، این ورقها در ابعاد 660 و با طولی به میزان 2000 میلیمتر در بازار عرضه شده و برای مصارف مختلفی از آنها استفاده میکنند. درواقع، ورقهای مسی به دلیل خاصیت شکلپذیری و انعطاف بالایی که در کنار رنگ زیبایشان دارند در صنایع مختلفی نظیر کارهای هنری مورد استفاده قرار میگیرند. بههمیندلیل، قیمت ورق مسی بسته به نوع آلیاژ، ضخامت، ابعاد و نوسانات بازار مس میتواند متغیر باشد و پیش از خرید نیاز به استعلام روز دارد.
- تمسه مسی
تسمه مسی از دیگر مقاطع است که مس بهکاررفته در آن به طور خالص 99.9 درصد بوده و دارای هدایت الکتریکی فوقالعادهای است. این تسمهها تحمل بسیار بالایی در برابر جریانات برق دارند و گزینه مناسبی جهت گرفتن انشعابات برق در تابلو برقهای صنعتی محسوب میشوند. ضمنا، یکی از معایب تسمههای مسی این است که قیمت ثابتی ندارند و همواره دچار نوسان میشوند.
انواع مس از نظر منابع تولید
مس مورد استفاده در صنعت عموما از دو منبع به دست میآید:
- مس اولیه: که از سنگ معدن یا کنستانتره به دست میآید. امروزه حدود ۸۰ درصد از مس تولیدی همان مس اولیه است.
- مس ثانویه: که از بازیافت قراضه و اسقاطی به دست میآید.
روش استحصال مس از سنگ های معدنی
استحصال مس از سنگهای معدنی (تبدیل سنگ مس به مس تصفیه شده) با توجه به نوع سنگ معدن برای، با دو روش متفاوت است:
- روش پیرومتالورژی: در این روش ابتدا سنگ معدن سولفید مس تغلیظ می شود و سپس گداخته شده و در نهایت پالایش می شود و مس تصفیه شده حاصل می گردد. روش پیرومتالورژی به روش خشک نیز معروف است.
- روش هیدرومتالورژی: که نام دیگر آن تکنولوژی لیچینگ است. در این روش پس از استخراج کانسنگ معدنی آن را خرد کرده و سپس در اسید حل میشود و با استفاده از فرآیند الکترولیز فلز مس استخراج میشود. (این روش استخراج به روش تر نیز معروف است)
کاربرد انواع مس
همانطور که اشاره شد، مس دارای ویژگیها و خصوصیات باارزشی است و در صنایع مختلفی استفاده میشود. در حقیقت مس، فلزی قابل انعطاف و چکشخوار است؛ به همین دلیل، شاهد استفاده از آن در بخشهای مختلف صنعتی هستیم. در این قسمت، با برخی از کاربردهای مس آشنا خواهید شد:
- کاربرد مس در ساختمان
صنعت ساختمانسازی یکی از صنایع مهمی است که استفاده از فلز مس در آن رایج بوده و کاربرد فراوانی دارد. درواقع، مس در این صنعت جهت ساخت ابزار و تجهیزات مختلف مورد استفاده قرار میگیرد؛ دلیل آن نیز سبک و مقاوم بودن مس است. البته باید گفت که این موضوع بیشتر در کشورهای چین و آمریکا رواج دارد و آنها بسیاری از ابزارآلات و تجهیزات مورد نیاز خود برای انجام امور ساختمانسازی با این فلز تولید میکنند.
- کاربرد مس در صنایع استیل
صنعت استیلسازی از دیگر صنایعی است که از مس به وفور در تولید محصولات خود استفاده میکند. بهطورکلی، ظروف استیل طرفداران بیشماری دارند که یکی از علل مهم این تقاضا و محبوبیت زیاد، به کار بردن مس به عنوان متریال اولیه ساخت آنها است. استفاده از این فلز در صنعت استیل، مقاومت ظروف استیل را در برابر خوردگی و اکسید شدن بالا برده و منجر به عملکرد بهتر آنها شده است.
- کاربرد مس در کشاورزی
صنعت کشاورزی از دیگر صنایعی است که از مس بهرهوری میکند. دلیل استفاده از مس در حوزه کشاورزی این است که سرشار از مواد مغذی بوده و برای رشد و نمو گیاهان و حیوانات مفید است. علاوهبر این، استفاده از مس در این صنعت سبب شده تا بیماریهای قارچی کنترل شود و کیفیت خاک نیز بالا برود؛ در نتیجه، محصولات کشاورزی با کیفیت بهتری به بازار عرضه میشوند. این عوامل همگی موجب افزایش سودآوری شده و به دنبال آن، پیشرفت این صنعت را به دنبال دارند.
- کاربرد مس در پزشکی
صنعت پزشکی یکی دیگر از صنایع نیازمند به مس است. درواقع، با استفاده از تجهیزات و ابزارآلات مسی، سرعت انتشار میکروب و عفونتها بسیار کند میشود. علاوه بر این، استفاده از تجهیزات مسی میتواند بسیاری از بیماریهای خطرناک و عفونی را در نطفه مهار کند. بر همین اساس، شرکتهای معتبر جهت ساخت تجهیزات و ابزارهای پزشکی از مس استفاده میکنند.
فرآیند تولید و استخراج مس
فرآیند مربوط به استخراج مس، شامل چندین روش است که در اینجا به بررسی دو مورد پرکاربرد و متداول آن پرداختهایم:
- تغلیظ مس (Beneficiation)
مرحله تغلیظ بعد از استخراج و خرد کردن مس آغاز میشود. سنگهای مسی که از معادن استخراج میشوند، دارای 1 درصد مس هستند. در این روش، مسها را خرد کرده و به حالت پودر درمیآورند و بعد از آن، به داخل سلولهای فلوتاسیون میریزند. در این سلولها، پودر مس در آب میجوشد و ذرات آبدوست، تهنشین میشوند و ذرات آبگریز که درواقع، ترکیبات سولفیدی هستند بر روی آب قرار میگیرند. درون این سلولها و کف حاصل از جوشیدن پودر، غلظت مس به حدود 30 درصد افزایش مییابد.
- استخراج به روش پیرو متالورژی Pyro-metallurgical extraction
بهطورکلی، فرآیند استخراج مس با این روش به سه مرحله زیر تقسیم میشود:
- برشته کردن
در اولین مرحله از این روش، ماده اولیه که شامل مس، آهن و گوگرد است را با اکسیژن میسوزانند که درنتیجه این واکنشها، اکسید آهن و سولفید مس به دست میآید.
- تولید میت (matte)
محصول به دست آمده در فرآیند ابتدایی را به درون کوره برده و میسوزانند. بهدنبال این سوختن، ترکیبات مختلفی شامل اکسید آهن و سولفید مس بهدست میآید. این ترکیبات بهراحتی با یکدیگر ادغام شده و ترکیب یکدست میشود. همچنین، برای اینکه بتوان سولفید آهن را به راحتی جدا کرد، به ترکیبات به دست آمده در زمان سوختن سیلیس اضافه میکنند تا در دمای بالا و واکنش با FeO سولفید آهن جدا شود. به مواد تولیدشده در این بخش میت گفته میشود.
- تبدیل میت به آندهای مس
در مرحله سوم از انجام روش پیرو متالورژی، در دستگاهی به نام کان ویتور، میت بهدست آمده در مرحله قبل را همراه با مقداری اکسیژن اضافی ترکیب میکنند. کان ویتورها استوانهای مدور هستند که از دیوارههای آنها اکسیژن خارج میشود. FeO حاصلشده در این مرحله با حرکت استوانهای دستگاه با اضافه کردن SiO2 جدا میشود. مسی که از این فرآیند و طی این واکنشها به دست آمده، ناخالص بوده و در حال حاضر نیز خواص مورد نظر را ندارد.
