مس: داستان مس : تولید ، فرآوری

مس به دلیل دارا بودن ویژگی‌هایی همچون: شکل‌پذیری خوب، انعطاف و چکشخواری، هادی حرارتی و الکتریکی و مقاومت بالا در برابر خوردگی، کاربردهای بسیاری در صنعت دارد.
بعد از آهن و آلومینیوم، مس سومین فلز پرکاربرد در صنایع است.
کوپرنیکل، که به نام مس – نیکل نیز شناخته می‌شود، آلیاژی از مس است که حاوی نیکل،آهن ،منگنز و محتوای بالایی از مس است و در صنعت کشتی‌سازی کاربرد فراوان دارد، چرا که مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد.
جعبه بخار موتور به دلیل آنکه حرارت‌بالایی دارد از مس ساخته شده است. از فرم مایع مس برای نگهداری از چوب استفاده می‌شود زیرا این کار به ترمیم بافت‌های پوسیده شده کمک می‌کند.
در بسیاری از کشورها مس یک جزء اصلی برای ساخت سکه‌هاست. اروپا، ایالات متحده، انگلیس، استرالیا و نیوزیلند از سکه‌هایی که حاوی مس است استفاده می‌کنند.
در ارتش، مس یک عنصر اصلی برای ساخت مهمات و اسلحه‌ها است.
آلیاژهای مس – روی به شکل برنجی در سازهای موسیقی مانند سنج، ترومپت و ترومبون استفاده می‌شود.
برای ساخت موتور، سیم کشی، رادیاتور، بلبرینگ، ترمز و اتصالات اتومبیل‌ها، کامیون‌ها و به طور کلی تمام وسایل نقلیه از مس و آلیاژهای مس استفاده می‌شود.
سیم کشی برق در خانه‎ها، ساختمان‌ها و کارخانه‌های صنعتی، همگی مسی هستند.
و در آخر ،در پزشکی ویژگی‌های بیولوژیکی و ضد میکروبی مس(مانند داروهای آنتی باکتریالی که برای درمان سرطان هستند) نقش مهمی بازی می‌کنند.
همانطور که ملاحظه کردید، مس دارای یک طیف باور نکردنی از کاربردهای مختلف است، چه تنها و چه زمانی که با آلیاژهای دیگر ترکیب می‌شود.

فرآیندها

از فرآیندهای حرارتی برای تولید مس به روش پیرومتالورژی استفاده می‌شود که عمده ماده اولیه مورد نیاز این واحدهای صنعتی سنگ معدن سولفیدی مس است.

فرآیندهای هیدرومتالورژیکی استخراج مس دارای مزایایی چون قدرت استخراج انتخابی بالای فلز مورد نظر می‌باشند و برای سنگ‌معدن‌های کم‌عیار مس اکسیدی یا اکسیدی – سولفیدی مناسب هستند. همچنین از این فرآیندها می‌توان برای استخراج مس از پسماندها، ضایعات و محصولات میانی نیز استفاده کرد. در فرآیند هیدرومتالورژی تولید مس از سنگ معدن اکسیدی، سنگ معدن توسط تجهیزات سنگ‌شکنی و آسیاب تا اندازه معین بر اساس نوع روش حل‌سازی (لیچینگ) دانه‌بندی شده و با توجه به خواص سنگ و عیار مس آن به یکی از روش‌های حوضچه‌ای (Vat leaching)، انباشته‌ای (Heap leaching) یا همزنی (Agitation leaching) تحت فرآیند حل‌سازی قرار می‌گیرد. مس موجود در سنگ معدن وارد محلول شده و به واحد استخراج حلالی (Solvent extraction) انتقال می‌یابد. در این واحد محلول حاوی مس تغلیظ شده و ناخالصی‌های آن به کمک یک محلول آلی گرفته می‌شود. محلول پرعیار مس که عمدتا حاوی ۴۵ – ۳۵ گرم بر لیتر مس می‌باشد به یکی از روش‌های الکترووینگ تحت فرآیند قرار می‌گیرد. الکترووینیگ مس می‌تواند در حوضچه‌های سلول الکتروشیمیایی یا به کمک سلول‌های الکتروشیمیایی استوانه‌ای انجام شود. بسته به عیار سنگ معدن و شرایط فرآیندی امکان حذف مرحله استخراج حلالی از فرآیند و ورود مستقیم PLS به واحد الکترووینینگ وجود دارد.

این روش شامل فرآیندهای زیر است: استخراج کانسنگ ← تغلیظ (تولید کنسانتره) ← ذوب و فرآوری (تولید آند) ← الکترولیز و پالایش نهایی (تولید کاتد ۹۹٫۹۹%) ← ریخته‌گری (تولید اسلب، بیلت، مفتول و لوله)

پس از عملیات استخراج، سنگ معدن در کارخانه تغلیظ وارد سنگ شکن اولیه و ثانویه شده و به ابعادی در حدود ۱۲ میلی‌متر خرد و وارد آسیای گلوله‌ای شده و بامواد شیمیایی و شیرآهک به صورت دوغاب (اندازه دانه‌ها کمتر از ۱۰۰ میکرون) در می‌آید. دوغاب حاصله در قسمت سوم و با فرآیند فلوتاسیون (شناورسازی) تغلیظ شده و کنستانتره مس (با عیار حدود ۲۵%) و کنسانتره مولیبدن از آن به دست می‌آید (روش فلوتاسیون به این صورت است که مقدار کمی از معرفهای فلوتاسیون به محلول اضافه ‌می‌شود و به داخل حوضچه‌های آب که به شدت به هم زده شده و حباب هوا به داخل آن دمیده می‌شود هدایت می‌شوند. خاصیت معرفهای فلوتاسیون آن است که روی کانه‌های خاص با ترکیب شیمیایی و یا شبکه بلوری معین تشکیل غشائی می‌دهد که سطح آنرا برای جذب حباب هوا آماده کرده و آنها را روی آب شناور می‌کند. سایر ذرات که غشائی روی آن تشکیل نشده است شناور نخواهد شد و بدین ترتیب می‌توان ذرات خاصی را از مجموع ذرات شناور کرده و جدا کرد). کنستانتره مس صاف شده (به شکل خمیره) و در کوره‌های خشک کن رطوبت‌گیری شده و به مرحله ذوب می‌رود. مواد مذاب ترکیبی از مس و سایر مواد ناخالصی نظیر گوگرد، آهن، طلا و… با عیار حدود ۴۵% است (به اسم مات مس). عبور هوا و اکسیژن از مات مس در کوره‌های مبدل، ناخالصیها و به خصوص آهن و گوگرد را اکسیده کرده و به سرباره انتقال می‌دهد. این مس که هنوز ناخالص (به دلیل وجود عناصر مختلف و مواد غیر فلزی ) و متخلخل است و آنرا «مس بلیستر» (تاول‌دار یا جوشدار) می‌نامند و ناخالصی‌های آن را در کوره‌های دیگر و با کمک گاز پروپان سوزانده و در چرخ ریخته‌گری به صورت صفحات بزرگی در‌می‌آورند که به عنوان آند در الکترولیز مس به کار می‌روند. در مرحله پالایش، صفحات آند از مرحله قبل و نیز صفحات نازک کاتد (از جنس مس بسیار خالص) در محلول الکترولیت اسید سولفوریک و سولفات مس وارد و پس از عبور جریان معین تحت ولتاژ بسیار پایین (کمتر از ۰٫۵V) از آنها، مس به صورت یون از آند جدا شده و بر روی کاتد می‌نشیند. عناصر و فلزات دیگر (از جمله فلزات گرانبها مثل طلا و نقره) در محلول الکترولیت حل نمی‌شوند و از این رو در کف کوره‌‌ی الکترولیز به صورت لجن رسوب می‌کنند. کاتدها و نیز محصولات منتجه از آن (اسلب، مفتول، لوله مسی) قابل فروش در بازار فلزات است.

همچنین برای محلول‌های کم‌عیار مس که ناخالصی‌های آن بسیار پایین است می‌توان بدون استفاده از سیستم استخراج حلالی در سلول‌های الکتروشیمیایی مس پودری تهیه کرد. همچنین به روش استفاده از حوضچه‌های سمنتاسیون می‌توان با استفاده از قراضه آهن، مس سمانته تولید نمود. که بسته به شرایط سنگ معدن و خواص شیمیایی و فیزیکی آن می‌توان از یکی از روش‌های فوق برای تولید مس استفاده کرد.

بازیافت قراضه‌های مسی یکی دیگر از روش‌های بازیابی مواد فلزی است که با ذوب قراضه و استفاده از روش الکتروریفاینینگ می‌توان مس کاتد تولید نمود.

تولید مس از کنسانتره با فرآیند Galvanox