مس : نخستین فلز کشف شده به دست بشر!

مس (Copper) یک عنصر شیمیایی با نماد Cu و عدد اتمی ۲۹ است. این فلز بعد از آهن و آلومینیوم، سومین فلز مهم و کاربردی در صنایع و زندگی روزمره بشر به شمار می رود. این فلز نرم، چکش خوار بوده و دارای رسانایی حرارتی و الکتریکی قابل توجهی است. یک سطح اکسید نشده از این فلز، دارای رنگ نارنجی متمایل به صورتی است.

مس یکی از معدود فلزاتی است که می‌ تواند به صورت مستقیم و به شکل فلزی از طبیعت استخراج شود. همین موضوع منجر به بهره گیری زود هنگام انسان از این فلز در چندین منطقه از جهان شد. در عصر حاضر، این عنصر معمولا در قالب دوظرفیتی در نمک هایی که رنگ‌ های آبی یا سبز دارند، یافت می شود.

مس برای تمام موجودات ‌زنده ضروری است؛ چرا که یکی از اجزای اصلی آنزیم تنفسی Cytochrome C Oxidase است. در بدن انسان، این عنصر عمدتا در کبد، ماهیچه و استخوان یافت می‌شود. در هر کیلوگرم بدن انسان بالغ، ۱.۴ تا ۲.۱ میلی ‌گرم مس وجود دارد.

امروزه از این فلز در تولید رساناهای گرما و الکتریسیته، مصالح ساختمانی، ترموکوپل، انواع سکه و تولید آلیاژهای مختلف استفاده می‌ شود. البته نباید از حق گذشت که هنرهای تزئینی همواره یکی از حوزه های کاربردی این فلز بوده و هست!

فلزی به قدمت 8000 سال!

سابقه استفاده از این فلز به ۸۰۰۰ سال پیش از میلاد باز می گردد. زمانی که انسان عصر حجر به دنبال جایگزینی برای سنگ بود. اما اولین چراغ استفاده متالورژیکی از مس حدود 4000 سال قبل از میلاد در بین ‌النهرین روشن شد.

در آن دوران مردم سنگ معدن این فلز را با آتش و زغال احیا می‌کردند و با اختلاط آن با قلع، آلیاژ برنز را می‌‎ساختند. پس از این دوران، رومی ها به استفاده از مس روی آوردند که تقریبا تمامی نیاز خود را از قبرس (Cyprus) به دست می آوردند. به همین دلیل است که امروزه به آن cuprum گفته می شود. نماد شیمیایی Cu نیز از همین کلمه گرفته شده است.

منابع طبیعی عنصر مس

مس را می توان در بسیاری از مکان ها به عنوان یک ماده معدنی اولیه در گدازه های بازالت (Basaltic Lavas) یافت. معمولا این مواد معدنی شامل 0.5 درصد (در معادن روباز) و 1 تا 2 درصد (منابع زیرزمینی) هستند. علاوه بر این، ردپایی از این عنصر را در بسیاری از ذخایر طبیعی مثل سولفیدها، آرسنیدها، کلریدها و کربنات ها می توان مشاهده کرد.

مس در بسیاری از مواد معدنی از جمله کالکوسیت (Cu₂S)، کالکوپیریت (CuFeS₂)، بورنیت (Cu₅FeS₄)، کوپریت (Cu₂O)، مالاکیت (Cu₂CO₃(OH)₂) و آزوریت (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂) به صورت ترکیبی وجود دارد. همچنین این عنصر در بقایای جلبک های دریایی در بسیاری از مرجان های دریایی، در کبد انسان و در ساختار بیولوژیکی بسیاری از نرم تنان و بندپایان وجود دارد.

مس نقش انتقال اکسیژن در هموسیانین نرم تنان و سخت پوستان خون آبی را بر عهده دارد. این وظیفه در حیوانات خون قرمز به عهده آهن موجود در هموگلوبین است. این فلز در بدن انسان به عنوان یک عنصر کمیاب نقش کاتالیزور را در تشکیل هموگلوبین دارد. در اوایل قرن 21 شیلی به عنوان بزرگترین تولید کننده مس در جهان شناخته شده است. از دیگر تولیدکنندگان عمده می توان به پرو، چین و ایالات متحده اشاره کرد.

ساختار و ویژگی‌های عنصر مس

خواص فیزیکی

مس یکی از معدود عناصر فلزی است که رنگ طبیعی اش خاکستری یا نقره ‌ای نیست. رنگ آن نارنجی – قرمز است و زمانی که در معرض هوا قرار می ‌گیرد، یک رنگ قرمز کدر به خود می گیرد. رنگ ویژه این فلز، از گذار الکترونی بین لایه های 3d پر و 4s نیمه خالی در پیکربندی الکترونی آن نشأت می گیرد. تفاوت انرژی بین این لایه ها دارای طول موج نور نارنجی است.

مس، نقره و طلا در گروه ۱۱ از جدول تناوبی قرار دارند. این سه فلز یک الکترون از مدار s را بالای پوسته d که پر از الکترون است، دارند. هر سه این فلزات دارای شکل ‌پذیری بالا و رسانایی حرارتی و الکتریکی بالایی هستند.

پوسته d که در این عناصر پر شده است، خیلی کم در برهمکنش های بین اتمی شرکت می کند. این برهمکنش ها تحت سلطه الکترون ‌های پیوند فلزی هستند. بر خلاف دیگر فلزاتی که پوسته‌ های d ناکامل دارند، پیوندهای فلزی این فلز فاقد ویژگی کووالانسی بوده و نسبتا ضعیف هستند.

این موضوع سختی کم و انعطاف‌ پذیری بالای شبکه های کریستالی منفرد آن را توجیح می کند. اما در مقیاس ماکروسکوپیک، وجود نقص ‌هایی مانند مرزدانه، مانع جریان مواد تحت تنش اعمال‌ شده می شود. در نتیجه سختی ساختار افزایش می ‌یابد. از این رو مس معمولا به شکل پلی کریستال و ریزدانه عرضه می ‌شود که استحکام بیشتری نسبت به انواع تک کریستال دارد.

نرمی مس تا حدی رسانایی الکتریکی و حرارتی بالای آن را در بین فلزات خالص در دمای اتاق توضیح می ‌دهد. این امر به این دلیل است که در فلزات، مقاومت در برابر انتقال الکترون در دمای اتاق، از پراکندگی الکترون ‌ها نشأت می گیرد. پراکندگی هایی که ناشی از ارتعاشات گرمایی شبکه هستند. این ارتعاشات در یک فلز نرم نسبتا ضعیف هستند.

خواص شیمیایی

مس با آب واکنش نمی ‌دهد. اما به آرامی با اکسیژن اتمسفر واکنش می‌ دهد تا لایه ‌ای از اکسید قهوه ‌ای رنگ تشکیل دهد. برخلاف زنگ آهن که در هوای مرطوب در سطح آهن شکل می گیرد، اکسید مس از فلز پایه محافظت می‌کند.

اغلب در سازه‌ های مسی قدیمی یک لایه سبز رنگ از کربنات را می توان دید. مانند پشت ‌بام بسیاری از ساختمان‌ های قدیمی و مجسمه آزادی معروف در ایالات متحده. این فلز در تماس با برخی ترکیبات سولفور کدر می شود. این موضوع به دلیل واکنش هایی است که منجر به تولید سولفید می شود.

ایزوتوپ ها

مس 29 ایزوتوپ دارد! در این میان ایزوتوپ ۶۳ و ۶۵ پایدارترین هستند که ایزوتوپ 63 حدود 69 درصد از ایزوتوپ های طبیعی را شامل می شود. ایزوتوپ‌ های دیگر رادیواکتیو هستند که پایدارترین آن ‌ها نوع 67 با نیمه عمر 61.83 ساعت است.

ایزوتوپ هایی که عدد جرمی بالاتر از ۶۴ دارند، با ساطع کردن اشعه بتای منفی از بین می روند. در حالی که آن ‌هایی که دارای عدد جرمی زیر ۶۴ هستند، به وسیله تابش بتای مثبت از بین می روند. مس 62 در روش توموگرافی نشر پوزیترونی (Positron Emission Tomography) به عنوان ردیاب رادیواکتیو عمل می کند.

انواع آلیاژهای صنعتی مس

۱- آلیاژ مس و روی (برنج)

آلیاژهای مس و روی برنج نامیده میشوند اکثر این آلیاژها از دامنه انجماد اندکی برخوردارند و به همین دلیل قابلیت ریخته گری خیلی خوبی دارند روی نسبت به مس ارزانتر است و اضافه کردن آن به ترکیب مس باعث ارزانتر شدن آن و در عین حال اضافه شدن قابلیت های تزیینی بهتر در آن مانند تغییر رنگ و … می شود. اصولا هدف از تولید آلیاژ برنج در سالیان دور نیز همین موضوع اقتصادی بوده است

رنگ آلیاژ بستگی تام به مقدار روی دخیل در آن دارد. در مقادیر کمتر از ۱۰ درصد روی رنگ آلیاژ به قرمز مسی متمایل است. این رنگ در مقادیر ۱۰ تا ۲۵ درصد به طلایی تیره و در ۳۵ تا ۴۵ درصد به طلایی روشن میرسد خواص مکانیکی برنج ها بسته به میزان حضور روی در ترکیب آن و سرعت سرد شدن آلیاژ متفاوت است

اگر آلیاژ مس و روی حاوی عناصر دیگری نیز باشند به آن آلیاژ برنج مخصوص گفته میشود. این عناصر می توانند شامل آهن، قلع، منگنز آلومینیوم، سرب و نیکل باشند که میزان حضور آنها در ترکیب برنج معمولا حدود ۱ تا ۲ درصد است. البته اضافه کردن این عناصر باعث بهبود برخی خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی آلیاژ می شود.

18

دقیــقه مطالعه

آلیاژ برنج

آلیاژ برنج شرح :   آلیاژ برنج : برنج ها آلیاژهای مس و روی می باشند که براساس تغی...

2- آلیاژ مس و قلع (برنز)

بطور سنتی آلیاژ مس و قلع را برنز می نامند. اما در برخی از کشورها و فرهنگهای متفاوت آلیاژهای مس با آلومینیوم، منگنز، نیکل، و سیلیسیم را نیز برنز می نامیده اند. حتی اگر قلع در ترکیب آن حضور نداشته باشد مقدار قلعی که در گریدهای متفاوت برنز حضور دارد بین ۵ تا ۲۵ درصد متغیر است. اولین اثر قلع در ترکیب با مس کاهش نقطه ذوب و بهبود طنین صوتی حاصل از ضربه می باشد. به همین دلیل آلیاژهای برنز با مقادیر کمتر از ۵ درصد قلع را گریدهای ناقوسی» می نامند. البته، حضور قلع باندازه بیش از ۵ درصد در ترکیب آلیاژی باعث افت شدید مقاومت به ضربه میگردد گریدهایی از برنز که در مجسمه سازی کاربرد دارند، حدود ۹ تا ۱۰ درصد قلع در ساختار خود دارند استفاده از برنز در صنعت محدود است و باید حتما عناصر کمکی به ساختار آن اضافه شوند. مانند سرب که به برنزهای مورد استفاده در ساخت شیر آلات صنعتی اضافه می شود تا ۶ درصد)

18

دقیــقه مطالعه

آلیاژ برنز (مفرغ) چیست و چگونه برنز اصل را تشخیص بدهیم؟

نام برنز را در مسابقات المپیک زیاد می شنویم. اما کاربردهای این آلیاژ، فقط به ساخ...

3- آلیاژ مس و آلومینیوم برنز آلومینیوم

این تیپ از آلیاژهای مس از دیدگاه استحکامی با فولادهای کربنی قابل مقایسه است. اما مقاومت به خوردگی آنها بسیار بهتر می باشد البته با قیمت چند برابر این دسته از آلیاژها در استانداردهای آمریکایی بصورت  UAX نشان داده میشوند که در این کد حرف U نشانه مس حرف ای نشانه آلومینیوم و حرف X بیانگر میزان حضور آلومینیوم در ترکیب آلیاژ بر حسب درصد وزنی است. مثلا UA5 or UA10 نشان دهنده آلیاژ برنز آلومینیوم با حضور ۵ یا ۱۰ درصد آلومینیوم در ساختار آن است. کاربرد این دسته از آلیاژها در ساخت انواع چرخ دنده، محورها و قطعات مکانیکی پر استحکام با الزام مقاومت خوردگی است. رنگ برنز آلومینیوم طلایی است.

18

دقیــقه مطالعه

نامگذاری آلیاژهای مس

نامگذاری آلیاژهای مس  احمدرضا امینیان شرح :  نامگذاری آلیاژهای مس: مس (Copper) ی...

4- آلیاژ مس و نیکل (Cupronickel )

آلیاژهای تجاری از مس و نیکل معمولا ۵ تا ۴۵ درصد نیکل داشته و آهن، منگنز و روی نیز در آنها یافت می شود. نیکل اثرات جالب توجهی روی خواص مهندسی مس دارد که از آنجمله میتوان به تثبیت ضریب انبساط حرارتی اشاره کرد. بطوریکه با ورود نیکل به ساختار مس میتوان آلیاژی با ضریب معین و بازه تغییرات بسیار مشخص از انبساط حرارتی تولید کرد. برخی از گریدهای این دسته از آلیاژها آنقدر انبساط حرارتی کمی دارند که در ساخت انواع بیومتریال استفاده می شوند. اضافه کردن نیکل به مس ظاهری نقره ای رنگ بدان می دهد.

آلیاژ مس و نیکل در ساخت سکه ها به کار می روند. برای تولید این سکه ها معمولا از فرایند روکش دهی (Cladding) استفاده می ‌شود. سکه های یک سنتی و پنج سنتی آمریکا (که در حال حاضر یک “نیکل” نامیده می‌شوند) شامل ۷۵ درصد مس و ۲۵ درصد نیکل در ترکیب همگن با یکدیگر هستند.

5- آلیاژهای مس و سیلیسیم

این دسته از آلیاژهای مس به سیلیکون برنز هم معروفند در صنعت بسیار مورد توجهند چرا که جوش پذیری خوبی داشته استحکام مناسبی دارند و در عین حال مقاومت خوبی از خود در برابر خوردگی نشان میدهند. میزان سیلیس در این آلیاژ ها از ۱٫۵ تا ۳۰ درصد متفاوت است. اضافه کردن سیلیس به مس باعث بهبود سختی استحکام کششی و مقاومت به خوردگی آن خواهد شد. جهت اطلاعات بیشتر در این زمینه مراجعه به کتاب زیر توصیه می شود:

Copper & Copper Alloys (ASM Specialty Handbook)

6- آلیاژ مس و بریلیوم

وجود مقدار اندکی از بریلیوم (۲) تا ۲٫۵ درصد) خواص مکانیکی جالبی به مس میدهد. البته گریدهایی از این آلیاژها وجود دارند که به منظور بهبود خواص الکتریکی در عین خواص مکانیکی خوب نیکل نیز دارند معمولا کمتر از یک درصد) یکی از کاربردهای بسیار رایج این آلیاژها با یا بدون نیکل فنرهای ساعت می باشد برای اطلاعات بیشتر در این زمینه مراجعه به  کتاب زیر توصیه می شود:

Beryllium & Beryllium Alloys (ASM Specialty Handbook)

18

دقیــقه مطالعه

آلیاژ کوپرونیکل (Cupronickel) چیست؟ [بررسی خواص و 11 کاربرد برجسته آلیاژ]

آلیاژهای کوپرونیکل به علت مقاومت بالایی که در برابر خوردگی دارند، در ابتدا برای ...

امروزه از آلیاژ ۹۰ درصد مس و ۱۰ درصد نیکل که به دلیل مقاومت به خوردگی مورد ‌توجه قرار گرفته است، برای ساخت سازه های در معرض آب دریا استفاده می شود. گرچه گاهی این آلیاژها در برابر سولفیدهای موجود در خلیج ‌های آلوده آسیب‌ پذیر هستند. مثالی دیگر از کاربردهای آلیاژی این عنصر، آلیاژ با آلومینیوم (حدود ۷ درصد) است که به دلیل داشتن رنگ طلایی، در تزئینات استفاده می ‌شود.

استخراج مس به چه روش هایی انجام می شود؟

استحصال مس از منابع اولیه به نوع کانی آن بستگی دارد. برای مثال کانی های سولفیدی که بخش اعظم تولید فلز از آن ها انجام می شود، انحلال بسیار کمی در محلول های آبی دارند. به همین دلیل جهت استخراج مس از آن ها، معمولا از روش پیرومتالورژی (Pyrometallurgy) می شود. هم چنین کانی های اکسیدی که امروزه غالبا به صورت کم عیار یافت می شوند، معمولا به روش هیدرومتالورژی (Hydrometallurgy) فراوری می شوند. چرا که استخراج پیرومتالورژی صرفه اقتصادی چندانی نخواهد داشت.

به طور کلی استخراج از سنگ های معدنی به دو روش پیرومتالورژی و هیدرومتالورژی و به دنبال آن تصفیه الکتریکی به جهت تخلیص آن ها انجام می شود که در این قسمت مراحل آن ها را مورد بررسی قرار می دهیم:

استخراج مس به روش پیرومتالورژی

کانی هایی که معمولا به صورت سولفیدی هستند، پس از استخراج از معدن در دو مرحله با دستگاه های سنگ شکن خرد می شوند تا در پایان این مرحله به ابعادی در حدود 12mm برسند. مواد خرد شده وارد دستگاه آسیای گلوله ای شده و در ترکیب با مواد شیمیایی و شیرآهک به صورت دوغاب درمی آید.

دوغاب تولید شده طی عملیات فلوتاسیون به محلول پرعیار تبدیل می شود که نتیجه آن تولید کنسانتره مس و مولیبدن است. اما مولیبدن عاملی مزاحم است که حذف شده و این کنسانتره با عبور از صافی به حالت خمیری درمی آید.

ماده به دست آمده وارد کوره می شود تا رطوبت آن گرفته شده و سپس ذوب می شود. طی این عملیات محلول مذابی از مس با خلوص حدود 45% تولید می شود که به «مات» معروف است. اما این مات ناخالصی های زیادی نظیر آهن، گوگرد، طلا و … دارد که باید حذف شوند. به همین دلیل این محلول داخل یک کنورتور ریخته شده و با دمش اکسیژن، ناخالصی ها را به صورت اکسید به سرباره انتقال می دهد. نتیجه این کار تولید مسی با خلوص 99/3% است که به مس خام یا جوشدار (Blister) معروف است.

اما این خلوص نیز به اندازه ای نیست که بتوان از آن برای کاربردهای صنعتی استفاده کرد! به همین دلیل با دمش گاز پروپان (C₃H₈) برخی از ناخالصی های مذاب سوزانده شده و عیار آن تا 99/7% افزایش می یابد. این مذاب به درون قالب هایی بزرگ ریخته می شوند تا برای فرایند تصفیه الکترولیتی آماده شود.

در این مرحله مسی که پس از ریخته گری به صورت صفحاتی بسیار بزرگ درآمده است، به همراه یک کاتد بسیار خالص از همین جنس وارد محلولی از جنس سولفات مس (CuSO₄) و اسید سولفوریک (H₂SO₄) می شود. با اعمال جریانی مشخص، مس به صورت یون از روی آند جدا شده و بر روی سطح کاتد رسوب می کند. طی این مرحله خلوص مس تولیدی به 99/9% می رسد.

مس کاتدی در کوره ذوب شده و به اشکال مختلفی ریخته گری می شود. در این مرحله محصول خام اولیه به دست می آید که در صنایع با عملیات شکل دهی مختلفی مثل نورد یا کشش به محصول نهایی تبدیل می شود.

با توجه به مراحل گفته شده، واضح است که استخراج به این روش به زمان و هزینه زیادی نیاز دارد و زمانی مقرون به صرفه خواهد بود که عیار کانه بالا باشد.

استخراج به روش هیدرومتالورژی

هیدرومتالورژی روشی است که از محلول های آبی جهت استخراج استفاده می کند. این روش به تجهیزات و هزینه کمتری در مقایسه با روش پیرومتالورژی نیاز دارد، اما مشکل این روش در این است که نمی توان تمامی کانه ها را با استفاده از محلول های آبی تصفیه کرد.

این روش در مورد سنگ های اکسیدی و به خصوص کربنات ها به کار می رود. سنگ های مصرفی در این روش می توانند کم عیار یا پرعیار شده باشند و همچنین ممکن است که سنگ های مصرفی گوگرد دار را نیز مورد عمل تشویه قرار داده و با انحلال در حلال های مختلف، مس آن را به روش های مختلفی جدا کنند.

پس از خردایش سنگ های اولیه، عملیات تشویه انجام می شود تا سولفیدهای موجود در ساختار به اکسید تبدیل شوند. سپس در حضور عوامل لیچینگ مثل اسیدسولفوریک، اسیدکلریدریک، آمونیاک یا سایر حلال آلی، انحلال فلزات در محلول انجام می شود. محلول غلیظ تولید شده تحت فرایند الکترولیز قرار می گیرد تا یون های فلزی رسوب کنند.

در طی این مرحله، با اعمال جریان مناسب فلز با خلوص بالا بر روی یک آند سربی رسوب می کند و سپس از روی آن جدا می شود.

مس آندی به دست آمده به همراه کاتدی از جنس بسیار خالص به درون سلول الکترولیتی برده می شود تا خلوص آن افزایش یابد. در اثر اعمال جریان، مس به صورت یونی از روی سطح آند جدا شده و بر روی سطح کاتد رسوب داده می شود. طی این عملیات خلوص فلز تا  99/99% افزایش می یابد.

در نهایت مس کاتدی ذوب شده و به شکل های مختلفی ریخته گری می شود. پس از ریخته گری به کارخانجات تولیدی منتقل شده و به محصول نهایی تبدیل می شود.

بازیافت، روشی کم درد سر، کم هزینه و محبوب!

درست مانند آلومینیوم، مس نیز بدون از دست دادن کیفیت، هم از حالت خام و هم از محصولات تولید شده، قابل بازیافت است. از لحاظ آماری، این فلز سومین فلز بازیافتی پس از آهن و آلومینیوم است تا آن جا که حدود ۸۰ درصد از کل مقدار مصرف شده هنوز هم دارد مورد استفاده قرار می ‌گیرد!

طبق گزارش منابع بین ‌المللی، سرانه جهانی مصرف مس در جوامع بین ۳۵ تا ۵۵ کیلوگرم متغیر است که به طور مشخص در کشورهای توسعه ‌یافته به ۱۴۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم می رسد. فرایند بازیافت تقریبا با فرایندهایی که برای استخراج به کار می‌رود یکسان است، اما نیاز به مراحل کمتری دارد.

به صورت کلی، ضایعات مس با خلوص بالا در کوره ذوب و احیا شده و در مرحله بعد به شمش و دیگر قطعات اولیه تبدیل می‌شوند. قراضه های با خلوص پایین نیز معمولا توسط فرایند آبکاری الکتریکی در حمام سولفوریک اسید تصفیه می ‌شوند.

کاربرد های مس

تامین انرژی برق

• ساخت خطوط انتقال قدرت الکتریکی مانند انواع سیم و کابل خانگی و صنعتی
• ساخت انواع ترانسفورماتور، سوئیچ، اجزای دوشاخه و اتصالات الکتریکی دیگر
• تولید اجزای موتوری مانند استاتور، روتور، سر شافت و سیم های توخالی و…

ابزارهای الکترونیکی

• دستگاه های الکترونیکی خلاء مانند لوله های فرکانس بالا، مگنترون و…
• مدارهای چاپی که نیاز به مقدار زیادی فویل و مواد لحیم کاری پایه مسی دارند.
• مدارهای مجتمع؛ زمانی که مس جایگزین آلومینیوم در تراشه های سیلیکونی می شود.

معماری و عمران

• استفاده به عنوان مصالح عمرانی با دوام، مقاوم در برابر خوردگی، جوش پذیر و ضد آب
• ساخت سقف، ناودان های بارانی، سرریزها، گنبدها، گلدسته ها، طاق ها و درها
• روکش های داخلی و خارجی دیوارها
• محافظ فرکانس رادیویی و محصولات ضد میکروبی و تزئینی داخل منزل مانند وسایل حمام و…

انرژی و پتروشیمی

• ساخت لوله ها و صفحات اصلی کندانسورهای نیروگاه های با سوخت زغال سنگ
• لوله های موجود در هیترهای خورشیدی
• انواع مختلف ظروف برای نگهداری مواد خورنده
• سیستم های لوله ای شامل فیلتر، پمپ ها، شیرها ، انواع اواپراتورها
• استفاده در آب شیرین کن ها به علت خاصیت آنتی باکتریال
• ابزار حفاری دریایی و سایر تاسیسات زیر دریایی

ترابری و حمل و نقل

• استفاده از از آلیاژهای مختلف مس در ساخت کشتی های تجاری و جنگی
• ساخت پره های تصفیه، پیچ و مهره، پرچ، لوله کندانسور و ابزارهای ناوبری
• رنگ و روکش های بدنه
• ساخت رادیاتورها، سیستم های ترمز و تجهیزات هیدرولیک
• تولید چرخ دنده ها، یاتاقان ها، سیستم های توزیع نیرو و قدرت، واشرها و انواع اتصالات
• ساخت سیستم های پنوماتیک و هیدرولیک

مکانیک و متالورژی

• استفاده به عنوان مواد ضد اصطکاک و روغن کاری در انواع قطعات متحرک و ثابت مانند آستر سیلندر، چرخ دنده، اتصالات و…
• ساخت کریستالیزر در ریخته گری پیوسته (که بیشتر از آلیاژ مس-کروم و مس-نقره ساخته می شود.)
• ساخت کوره های قوس الکتریکی خلاء
• لوله های مسی در بوته های کوره Electroslag خنک شده با آب
• سیم پیچ القایی در کوره های القایی
• استفاده به عنوان افزودنی در تولید فولاد و آلیاژهای آلومینیوم

کاربردهای بیولوژیکی

• استفاده در سیستم های بیواستاتیک، برای جلوگیری از رشد باکتری ها
• به کار گیری آلیاژهای مس در سیستم های پرورش آبزیان
• استفاده ضد میکروبی (برای از بین بردن کلستریدیوم دیفیسی، ویروس آنفلوانزا A، آدنو ویروس و قارچ ها)

صنایع نوظهور

• پوشش های آلیاژی ابررسانا
• ساخت کانتینرها و خطوط لوله مدرن برای اهداف برودتی محیط
• پوشش خنک کننده موتورهای موشکی
• سیم پیچ مغناطیسی در شتاب دهنده های با انرژی بالا

وضعیت استخراج مس در جهان

در سال ۲۰۱۹، کمپانی BHP با معدن “اسکوندیدا” بزرگ ‌ترین استخراج ‌کننده جهانی این فلز نام گرفت. طبق گزارش سایت Mines And Metals، سال گذشته در حدود ۲۰ میلیون تن در سراسر جهان تولید شد که این مقدار ۲ درصد کمتر از سال ۲۰۱۸ بوده است.

در این سال تقریبا یک‌ سوم تولیدات مس جهان از کشور شیلی و شرکت بزرگ “کودلکو” که بزرگ‌ ترین تولیدکننده مس در جهان است، استخراج شد. از میان ۱۰ معدن بزرگ مس جهان، ۵ معدن در شیلی، ۳ معدن در پرو، یک معدن در ایالات ‌متحده آمریکا و دیگری در مکزیک است.

این ۱۰ معدن بیش از یک‌ چهارم کل مس دنیا را تولید می کنند. جالب است بدانید معدن اسکوندیدا که متعلق به شرکت بی‌اچ‌پی است، همچنان به ‌عنوان بزرگ ‌ترین معدن این فلز در جهان شناخته می‌ شود. این مجتمع معدنی در سال ۲۰۱۹ به میزان یک ‌میلیون و ۱۵۸ هزار تن مس تولید کرده که ۴ درصد کمتر از سال گذشته است.

و اما در ایران …

ایران روی کمربند متالورژی مس و در مرکز آن واقع شده است. این کمربند که از رشته ‌کوه‌ های آلپ آغاز شده و پس از گذر از سرتاسر غرب به شرق ترکیه، از شمال غرب به ایران وارد ایران می ‌شود و در طول کمان ماگمایی ارومیه امتداد می یابد. سپس از جنوب شرق کشور، وارد پاکستان می ‌شود و در نهایت تا هند، تبت، چین و جنوب شرق آسیا امتداد می ‌یابد.

به عقیده متخصصین اکتشاف و استخراجِ فلزات مس و طلا، موقعیت ایران از نظر ذخایر شناخته‌ شده و اکتشاف نشده این دو متریال ارزشمند بسیار حائز اهمیت بوده و پتانسیل‌ های بکر و دست‌ نخورده زیادی باقی ‌مانده است.

در ایران اغلب معادن بزرگ در اختیار شرکت ملی صنایع مس ایران است و معادن مس پورفیری سونگون اهر در استان آذربایجان شرقی، سرچشمۀ رفسنجان، میدوک، ایجو، چاه فیروزه و دیگر معادن کوچک ‌تر را شامل می شود.

به گزارش سایت دنیای اقتصاد و بر اساس اطلاعات مرکز جهانی آمار، صنایع فلزات ایران در سال ۲۰۱۹ به میزان ۳۰۷ هزار تن مس کاتدی تولید کرده است. این میزان در مقایسه با تولید جهانی 20.7 میلیون تنی حدود ۵/۱ درصد تولید جهانی را شامل می ‌شود.

به گزارش مدیریت برنامه ‌ریزی و نظارت راهبردی سازمان توسعه و نوسازی معادن و صنایع معدنی ایران در سال ۱۳۹۸ شرکت ملی صنایع مس ایران از سه مجتمع سرچشمه، میدوک و سونگون در مجموع بالغ ‌بر ۱۶۸ میلیون تن استخراج ماده معدنی و باطله داشته که بیش از ۵۳ میلیون تن از این میزان ماده معدنی مس سولفیدی بوده است.

محصول به‌دست‌آمده از استخراج ماده معدنی شامل یک‌ میلیون و ۱۷۰ هزار تن کنسانتره، ۲۵۰ هزار تن کاتد و ۳۰۴۰۰۰ تن آند مس و سایر محصولات شامل ۶ هزار تن کنسانتره مولیبدن، ۲ هزار تن مولیبدن و ۱۲۰۰ تن اکسید مولیبدن بوده است.

به اثرات زیست محیطی مخرب این فلز اهمیت بدهید!

وقتی مس وارد خاک شود، به شدت به مواد آلی و مواد معدنی متصل می ‌شود. در نتیجه بعد از انتشار، مسافت زیادی را طی نمی کند و به ندرت وارد آب ‌های زیرزمینی می ‌شود. اما در آب های سطحی، می ‌تواند مسافت زیادی را بدون تغییر طی کند و یا بر روی ذرات رسوب و به عنوان یون‌ های آزاد معلق بماند.

مس در محیط تجزیه نمی ‌شود و به همین دلیل می ‌تواند در گیاهان و حیوانات خاکی، تجمع کند. متاسفانه در خاک های غنی از این فلز، فقط تعداد محدودی از گیاهان شانس زنده ماندن دارند. به همین دلیل است که تنوع زیاد گیاهی در نزدیکی کارخانه‌های مس وجود ندارد. به دلیل اثرات مخرب بر روی گیاهان، این فلز تهدیدی جدی برای تولیدات کشاورزی است.

بسته به اسیدیته خاک و حضور مواد آلی، این عنصر می‌ تواند به طور جدی بر روند کشاورزی تاثیر بگذارد. با این وجود، کودهای حاوی مس هنوز به کار گرفته می‌شوند! این عنصر می ‌تواند بر فعالیت میکروارگانیزم ها و کرم‌های خاکی تاثیرات مخرب بگذارد. بنابراین تجزیع مواد آلی ممکن است به طور جدی به خاطر این مساله کاهش یابد.

زمانی که زمین ‌های کشاورزی آلوده باشند، سلامتی حیوانات اطراف نیز به خطر می افتد. امروزه گوسفندان به طور عمده از مسمومیت با مس رنج می ‌برند، زیرا اثرات آن در غلظت‌ های نسبتا کم هم در این حیوانات تاثیرگذار است.

منابع

رضوی زاده، حکمت . وقار، رامز. متالورژی مس . دانشگاه علم و صنعت ایران

Smith, William F. & Hashemi, Javad (2003). Foundations of Materials Science and Engineering. McGraw-Hill Professional. p. 223. ISBN 978-0-07-292194-6.

Okazawad, Hidehiko; Yonekura, Yoshiharu; Fujibayashi, Yasuhisa; Nishizawa, Sadahiko; Magata, Yasuhiro; Ishizu, Koichi; Tanaka, Fumiko; Tsuchida, Tatsuro; Tamaki, Nagara; Konishi, Junji (1994). “Clinical Application and Quantitative Evaluation of Generator-Produced Copper-62-PTSM as a Brain Perfusion Tracer for PET” (PDF). Journal of Nuclear Medicine. 35 (12): 1910–1915. PMID 7989968

Rickett, B.I.; Payer, J.H. (1995). “Composition of Copper Tarnish Products Formed in Moist Air with Trace Levels of Pollutant Gas: Hydrogen Sulfide and Sulfur Dioxide/Hydrogen Sulfide”. Journal of the Electrochemical Society. 142 (11): 3723–3728. Bibcode:1995JElS..142.3723R. doi:10.1149/1.2048404.

Corrosion Tests and Standards. ASTM International. 2005. p. 368.

Overview of Recycled Copper” Copper.org. (25 August 2010). Retrieved on 8 November 2011.

www.britannica.com

www.rsc.org