فلزات غیر آهنی از معدن تا کاربرد آنها در صنایع گوناگون

فلز مس به عنوان فلزی باستانی از کاربرد تزئیناتی تا هدایت الکتریکی

قیمت میلگرد در بازار مس قدیمی ترین فلزی است که از 5 هزار سال قبل از میلاد بشر به آن دست یافت. با کاهش ذخایر سطحی مس، استفاده از آلیاژمس و برنز رواج یافت و بعد از کشف آهن در هزاره اول قبل از میلاد مصرف بیشینه آن پایان پذیرفت. البته مس تا مدتی به عنوان وسایل تزیینی و مصارف خانگی به کار می رفت، ولی بعد از ساخت اسلحه گرم و رواج صنایع الکتریکی مجددا رونق یافت.

 نقطه ذوب مس 1083 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2570 درجه سانتیگراد می باشد. از آنجا که نقطه ذوب آن نسبت به آهن و فولاد پایین تر است، می توان آن را راحت تر ذوب نمود. وزن مخصوص مس 9/8 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و با وجود زود ذوبی و سبکی مس، مصارف صنعتی آن کاهش می یابد.

هدایت حرارتی مس نسبت به نقره 92 درصد بوده و مقاومت الکتریکی آن 58/1 میکرو اهم بر سانتیمتر مربع است. مهم ترین موارد مصرف مس در هدایت الکتریکی و حرارتی آن است و با حضور ناخالصی در ترکیب آن، این خاصیت به شدت کاهش می یابد. به همین دلیل برای انتقال الکتریسته از مس با خلوص 99/99 درصد استفاده می شود. مس خالص فلزی نرم و با سختی بسیار پایین است که دامنه وسیع آلیاژپذیری آن موجب می شود تا در هر نوع آلیاژخواص مختلفی مانند استحکام، شکل پذیری و غیره داشته باشد. زمینه های کاربردی مس بر یک یا چند خواص زیر استوار است:

• هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار خوب و بالا

• مقاومت بسیار خوب در محیط های خورنده

• مقاومت به فرسودگی

• طنین صدا

• رنگهای دلپذیر و زیبا

• تنوع آلیاژی در ساخت قطعات مقاوم به کشش و فشار

از مس برای تولید سیم، کابل، مصارف خانگی، وسایل صوتی، پمپ، شیرآب، پروانه کشتی، چرخ دنده، بوش اهرم و آلیاژهای یاتاقان استفاده می گردد.

از استخراج کانی مس در معدن تا تولید مس جوشدار

مس به میزان 003/0 درصد در پوسته زمین یافت می شود. این فلز از معدود عناصری است که به صورت آزاد در طبیعت وجود دارد. مس خالص با وجود استخراج های متوالی تقریبا به صفر رسیده است. مس بصورت کانی های سولفوره یا اکسیده در معدن وجود دارند که از معروفترین آنها می توان به کالکوپیریت CuFeS2، کوپریتCu2O و آزوریتCu3(OH2)2(CO3)2 اشاره نمود.

بعد از استخراج کانی به روش های خشک یا ترآنرا تغلیظ کرده و عیار آنرا به 20 درصد می رسانند. بعد از تغلیظ سنگ معدن ، آن را در کوره های روربر و یا شعله ای ذوب می کنند. این ترکیب حاوی مس و ناخالصی هایی مانند آهن، گوگرد و طلا است که عیار مس آن 54 درصد است و به آن مات مس گفته می شود. مات مس را در کوره های مبدل یا کنورتور ریخته و با عبور هوا و اکسیژن ناخالصی ها مانند گوگرد را اکسید کرده و به سرباره منتقل می نمایند.

البته این مس هنوز ناخالص بوده و با وجود عناصر مختلف و مواد غیرفلزی و تخلخل بیش از اندازه آن را مس بیلستر یا مس جوشدار یا مس خام می نامند. در این مرحله خلوص مس به میزان 75 درصد بوده و با ادامه کار کنورتور درجه خلوص آنرا به 97 درصد می رسانند.

الکترولیز مس جوشدار و تهیه مس با عیار 99/99 درصد قیمت میلگرد

مس خام را بعد از ذوب بصورت صفحاتی بزرگ و با ضخامت حدود 5/2 سانتیمتر ریخته و آنرا به عنوان آند در الکترولیز مس به کار می برند. کاتد نیز از صفحات بسیار خالص مس بوده و محلول الکترلیت نیز از اسید سولفوریک و سولفات مس تشکیل شده است. با عبور جریان الکتریکی، مس به صورت یون دو ظرفیتی از آند جدا شده و بر روی بخش کاتد می نشیند و ناخالصی ها در ظرف الکترولیت به صورت لجن رسوب می کنند. کاتد که حاوی 99/99 درصد مس خالص است را ذوب کرده و سپس در شکل و اندازه های معین ریخته گری می نمایند.

طبقه بندی آلیاژهای مس به دو گروه کارپذیر و ریختگی

آلیاژهای مس به دو دسته کارپذیر و ریختگی تقسیم می گردند. آلیاژهای ریختگی مس در روش های مختلف ریخته گری در ماسه، ریژه و تحت فشار شکل می گیرند و آلیاژهای نوردی آن نیز بصورت تختال، شمشال و میله تولید می شود تا در صورت شرایط مناسب و پس از کار میکانیکی بصورت سیم، مفتول، ورق و غیره مصرف صنعتی پیدا نمایند.

مس های آلیاژی حاوی بیش از 5/98 درصد مس بوده و بر حسب نام تجاری دارای مقادیری، فسفر، آرسنیک، کادمیم، کرم، سرب و غیره است و در صنایع مربوط به هدایت حرارتی مانند سرمشعل، لوله یخچال، سیم های هادی پرمقاومت و غیره بکار می روند. تنها عملیات حرارتی بر روی مس برای حذف تنش های داخلی است که تا حدود 600 درجه سانتیگراد آنرا گرم می کنند.

شناسایی انواع آلیاژهای مسی و بررسی کاربرد انها در صنعت

آلیاژ مس- روی (برنج): آلیاژمس و روی حاوی 30 درصد روی و 70 درصد مس است. برنج بر حسب درصد میزان روی در ترکیب آن به سه دسته طبقه بندی می شود. اولین گروه شامل برنج معمولی با 30-25 درصد روی، دومین گروه برنج قرمز با میزان روی کمتر وبا مس به میزان 80 درصد و برنج زرد که 40-35 درصد روی دارد. برنج های کارپذیرحاوی مس، روی و مقداری ناخالصی هستند، اما برنج های آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری مانند سیلیسیم سرب، قلع و غیره هستند که از ریخته گری شکل می گیرند.

برنج قلع دار آلیاژ برنجی است که 2-1 درصد قلع را در ترکیب خود به همراه دارد. افت قیمت میلگرد صادراتی

برنج سرب دار حاوی 80-60 درصد مس، 38-10 درصد روی، 4-1 درصد قلع و بقیه از سرب تشکیل شده است. با وجود سرب قابلیت ماشین کاری افزایش می یابد ولی با این وجود قابلیت تغییر شکل کاهش می یابد.

برنج سیلیسیم دار حاوی 3-1 درصد سیلیسیم است و موارد مصرف آن شامل اتصالات، شیرها، پرچ، مخزن رادیاتور، فیوز، لوازم لوله کشی، مهره ها و پیچ ها از برنج آلیاژی و ورق و لوله در ساخت تانک و مخازن از نوع نوردی است. برنج های نوردی دارای تنش های داخلی بسیاری می باشند که سبب کاهش حد خستگی آلیاژشده و در نهایت آلیاژ بعد از مدت کوتاهی ترک برداشته و می شکند. با عملیات حرارتی در درجه حرارت 590 تا 650 درجه سانتیگراد و سپس سرد نمودن آن تحت سرعت معین، تنش داخلی حذف می شود.

آلیاژ مس- قلع (مفرغ): که به آن برنز نیز گفته می شود و شامل ترکیب مس و قلع می باشد. میزان قلع در این آلیاژ 12-9 درصد می باشد. البته با گران شدن قلع، از برنز قلع دار کمتر استفاده شده و به جای آن از آلومینیوم یا سیلیسیم برنزی که حاوی مس- آلومینیوم و مس- سیلیلسیم است استفاده می شود. برای افزایش سختی و مقاومت برنز نسبت به خوردگی به آن قلع نیز می افزایند. از برنز در ساخت قطعات تزیینی، لوستر، گلدان، میله، لوله، بوش و یاتاقان استفاده می شود.

 برنز موجود در دنده ها نیز حاوی 12-8 درصد قلع و 3-2 درصد روی است. البته برای استحکام بیشتر دنده ها می توان از نیکل به میزان 2-5/1 درصد به همراه یا به جای روی در این ترکیب استفاده نمود. میزان سرب موجود در برنز سرب دار 20-4 درصد بوده و در ساخت یاتاقان کاربرد دارند.

آلومینیوم برنز: آلیاژهای مس و سیلیسیم هستند که حاوی 11-7 درصد آلومینیوم بوده و با عناصر دیگری مانند نیکل، آهن و 4-1 درصد کروم نیز همراه می باشند. دو روش نورد گرم و ریخته کری برای ساخت این آلیاژها مورد استفاده قرار میگیرد و عملیات حرارتی را نیز می توان برروی آنها انجام داد. در مواردی مانند پمپها، پره توربین، پروانه کشتی که نیاز بالا به مقاومت در برابر خوردگی می باشد از آلیاژآلومینیوم برنز استفاده می شود.

آلیاژهای متفرقه: الیاژ مس و نیکل با نام ورشو یا نقره آلمانی با مقاومت بالا در برابر خوردگی در صنایع خانگی کاربرد دارند. این آلیاژدارای 25-15 درصد نیکل، 20-8 درصد روی و حداکثر 5 درصد قلع دارد. سیلیسیم برنزها با داشتن 6 درصد سیلیسیم قابلیت جوشکاری داشته و برای ساختن قطعات یخچال و قطعات مقاوم به اسید و در صنایع کشتی سازی، دیگ های بخار، پمپ ها چرخ آسیاب و غیره بکار می روند.

 بررسی استاندارد طبقه بندی و نامگذاری مس و آلیاژهای مسی

در سیستم مجازی که توسط انجمن مس طراحی شده است، اعدادی از C799-C100 مشخص کننده آلیاژهای کار شده و اعدادی از C999-C800 مشخص کننده آلیاژهای ریختگی می باشند. آلیاژهای کار شده عبارتند از C1XX که شامل مس و آلیاژهای مسی با درصد زیاد مس، C2XX آلیاژهای مس- روی یا برنج ها، C3XX آلیاژهای مس- روی- سرب یا برنج های سرب دار، C4XX آلیاژهای مس- روی - قلع یا برنج های قلع دار، C5XX آلیازهای مس-قلع یا برنزهای فسفردار، C6XX آلیاژهای مس، آلومینیوم یا برنزهای آلومینیومی، آلیاژهای مس، سیلیسیم یا برنزهای سیلیسیمی و C7XX مس- نیکل و آلیاژهای مس –نیکل –روی (نقره نیکل)

و آلیاژهای ریختگی C8XX مس های ریختگی، آلیاژهای ریختگی با درصد زیاد مس، انواع برنج های ریخگتی، آلیاژهای ریختگی برنز- منگنزو آلیاژهای ریختگی، C9XX آلیاژهای مس- قلع، آلیاژهای مس-قلع- سرب، آلیاژهای مس- قلع- نیکل، آلومینیوم مس- آلومینیم- آهن و آلیاژهای مس- نیکل- آهن و مس-نیکل- روی هستند.