Perustiedot kuparista
Kupari on varhaisin ihmisten käyttämä metalli. Jo esihistoriallisina aikoina ihmiset alkoivat louhia avoloupparin kaivoksia ja käyttää saamaansa kuparia aseiden, työkalujen ja muiden välineiden valmistukseen. Kuparin käytöllä on syvällinen vaikutus varhaisen ihmissivilisaation kehitykseen. Kupari on metalli, jota esiintyy maankuoressa ja valtamerissä. Maankuoren kuparipitoisuus on noin 0,01 %, ja joissakin kupariesiintymissä kuparipitoisuus voi olla 3-5 %. Suurin osa luonnossa olevasta kuparista on yhdisteitä, nimittäin kuparimineraaleja. Kuparimineraalit aggregoituvat muiden mineraalien kanssa muodostaen kuparimalmia. Louhittu kuparimalmi muuttuu rikastuksen jälkeen kuparirikasteeksi, jolla on korkea kuparilaatu.
1. Ominaisuudet
Kuparilla on hyvät fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, kuten sähkönjohtavuus, lämmönjohtavuus, korroosionkestävyys ja sitkeys. Sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus ovat hopean toisella sijalla. Puhdas kupari voidaan vetää erittäin hienoiksi kuparilangoiksi ja tehdä niistä erittäin ohut kuparifolio. Puhtaan kuparin tuore poikkileikkaus on ruusunpunainen, mutta kun kuparioksidikalvo on muodostunut pinnalle, ulkonäkö on purppuranpunainen, joten sitä kutsutaan usein punaiseksi kupariksi.
Puhtaan kuparin lisäksi kuparia voidaan yhdistää tinan, sinkin, nikkelin ja muiden metallien kanssa, jolloin muodostuu seoksia, joilla on erilaisia ominaisuuksia, nimittäin pronssia, messinkiä ja valkokuparia.
Sinkin lisäämistä puhtaaseen kupariin (99,99 %) kutsutaan messingiksi. Esimerkiksi tavallisia messinkiputkia, joissa on 80% kuparia ja 20% sinkkiä, käytetään voimalaitosten lauhduttimissa ja autojen jäähdyttimissä; nikkelin lisäämistä kutsutaan valkokupariksi ja loput pronssiksi. Sinkkiä ja nikkeliä lukuun ottamatta kaikkia muita metallielementtejä sisältäviä kupariseoksia kutsutaan pronssiksi. Niitä kutsutaan lisätyiksi elementeiksi. Tärkeimmät pronssit ovat tinafosforipronssi ja berylliumpronssi. Esimerkiksi tinapronssilla on hyvin pitkä käyttöhistoria maassani, ja sitä käytetään kellojen, kolmijalkojen, soittimien ja uhrivälineiden valamiseen. Tinapronssia voidaan käyttää myös laakereina, holkeina ja kulutusta kestävinä osina.
Puhtaan kuparin johtavuudesta poiketen seostuksen avulla kuparin lujuutta ja korroosionkestävyyttä voidaan parantaa huomattavasti. Jotkut näistä seoksista ovat kulutusta kestäviä ja niillä on hyvät valuominaisuudet, kun taas toisilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja korroosionkestävyys.
2. Käyttötarkoitukset
Edellä mainittujen erinomaisten ominaisuuksien ansiosta kuparilla on laaja käyttöalue teollisuudessa. Mukaan lukien sähköteollisuus, koneiden valmistus, kuljetus, rakentaminen ja muut näkökohdat. Tällä hetkellä kuparia käytetään pääasiassa sähkö- ja elektroniikkateollisuudessa johtojen, tietoliikennekaapeleiden ja muiden valmiiden tuotteiden, kuten moottoreiden, generaattoriroottoreiden ja elektronisten instrumenttien ja mittareiden valmistukseen. Tämä osuus kulutuksesta on noin puolet teollisuuden kokonaiskysyntä. Kupari ja kuparilejeeringit ovat tärkeässä asemassa tietokonesiruissa, integroiduissa piireissä, transistoreissa, painetuissa piirilevyissä ja muissa laitteissa ja laitteissa. Esimerkiksi transistorijohdoissa käytetään erittäin johtavia ja erittäin lämpöä johtavia kromi-zirkoniumkupariseoksia. Hiljattain kansainvälisesti tunnettu tietokoneyritys IBM on ottanut käyttöön kuparin korvaamaan alumiinin piisiruissa, mikä merkitsee viimeisintä läpimurtoa ihmiskunnan vanhimman metallin soveltamisessa puolijohdeteknologiassa.
Puolivälissä-1980 sähköteollisuuden osuus jalostetun kuparin kulutuksesta oli suurin Yhdysvalloissa, Japanissa ja Länsi-Euroopan maissa, eikä Kiina ollut poikkeus.
1990-luvulta lähtien kuparin käyttö putkissa rakennusteollisuudessa on lisääntynyt dramaattisesti, ja siitä on tullut suurin kuparin kuluttaja ulkomailla. Copper Development Associationin (CDA) New Yorkissa julkaiseman raportin mukaan: Vuonna 1997 rakennusteollisuus oli edelleen suurin kuparituotteiden loppukäyttömarkkinat Yhdysvalloissa. Rakennusteollisuus käyttää usein kuparin korroosionkestävyyttä vesiputkien, kattojen ja muiden vesihuolto- ja viemärilaitosten valmistukseen. Lisäksi sitä käytetään myös rakennusten sisustamiseen sen kauniin ulkonäön ansiosta. Kuparin käyttö rakennusteollisuudessa on ensimmäinen paikka kuparituotteiden kokonaiskulutuksessa Yhdysvalloissa. China Nonferrous Metals Groupin sisäisten tilastojen mukaan vuonna 1997 sähköteollisuuden (mukaan lukien johdot ja kaapelit) osuus maani kuparin kulutuksesta oli 77,7 prosenttia, ja siitä tuli suurin kuparin markkina. Tieteen ja tekniikan nopean kehityksen myötä kuparin käyttöalue laajenee, ja kupari on alkanut näytellä lääketiedettä, biologiaa, suprajohtavuutta ja ympäristöä. Esimerkiksi, kun polyuretaanimuovivaahto sisältää kuparia tai kuparioksidia, se voi vähentää suuresti tämän muovin palaessa vapautuvaa tappavaa myrkyllistä kaasua - syaanivetyä (HCN). Suuri määrä tutkimustietoa osoittaa, että kuparin bakteereja tappava vaikutus voi tehokkaasti vähentää keuhkokuumebakteerien leviämistä, estää bakteerien kasvua ja pitää juomaveden puhtaana ja hygieenisenä. Siksi kupariputkien tulevaisuuden kehitysnäkymät kotimaisessa rakennusteollisuudessa ovat erittäin laajat.
3. Kuparivarannot:
Maailman kuparivarat ovat suhteellisen runsaat. Yhdysvaltain kaivosviraston vuoden 1995 tilastojen mukaan maailman kuparimetallivarat ovat 310 miljoonaa tonnia ja reservikanta 590 miljoonaa tonnia. Suurimmat kuparivarannot ovat Chilessä ja Yhdysvalloissa 23,7 % ja Yhdysvalloissa 15,3 % maailman varantopohjasta. Seuraavaksi tulevat Puola 15 %, Sambia 6 %, Venäjä 5 %, Zaire 5 % ja Peru 4 %. , Kanada 4 % ja Australia 4 %.
Teolliset kuparikaivostyypit maailmassa on jaettu yhdeksään luokkaan: porfyyrityyppi, hiekkakiviliusketyyppi, kupari-nikkelisulfidityyppi, rikkikiisutyyppi, kupari-uraani-kultatyyppi, luonnonkuparityyppi, suonityyppi, karbonaattityyppi ja skarni tyyppi. Ensimmäiset neljä luokkaa ovat tärkeimmät, ja ne muodostavat 96 % maailman kuparivarannoista, joista porfyyri- ja hiekkakiviliuskekaivokset vastaavat 55 % ja 29 %. Maailmassa on noin 60 jättiläiskuparikaivosta, joiden kuparivarannot ovat yli 5 miljoonaa tonnia, joista porfyyrikaivoksia on 38 ja hiekkakiviliuskekaivoksia 15, mikä vastaa 88 % kaikista jättiläiskuparikaivoksista. Kiinassa on hyvin vähän kuparirikasteresursseja kaivoskäyttöön. Tällä hetkellä tärkeimmät kuparikaivokset ovat Dexing Copper Mine Jiangxissa, Yulong Copper Mine Tiibetissä, Yulong Copper Mine ja äskettäin löydetty Ashelen kuparikaivos Xinjiangissa. 4. Kuparin sulatusprosessi Kuparikaivoksesta louhitusta kuparimalmista tulee rikastuksen jälkeen kuparirikastetta tai kuparimalmihiekkaa, jolla on korkeampi kuparilaatu. Kuparirikaste on sulatettava ja uutettava ennen kuin siitä voi tulla jalostettua kuparia ja kuparituotteita. Tällä hetkellä maailmassa on kaksi päätapaa sulattaa kuparia: pyrometallurgia ja hydrometallurgia (SX-EX) 1. Palomenetelmä:
Katodikuparia, joka tunnetaan myös nimellä elektrolyyttinen kupari, tuotetaan sulattamalla ja elektrolyyttisellä raffinaatiolla, mikä soveltuu yleensä korkealaatuisille kuparisulfidimalmeille.
Kuparirikasteen lisäksi romukupari on yksi jalostetun kuparin pääraaka-aineista, mukaan lukien vanha kupariromu ja uusi kupariromu. Vanha kupariromu tulee vanhoista laitteista ja
vanhat koneet, hylätyt rakennukset ja maanalaiset putket; uusi kupariromu tulee jalostuslaitosten hylätystä kupariromusta (kuparimateriaalien tuotantosuhde on noin 50 %). Yleensä kupariromun tarjonta on suhteellisen vakaata. Kupariromu voidaan jakaa: paljas kupariromu: laatu yli 90 %; keltainen kupariromu (lanka): kuparia sisältävät materiaalit (vanhat moottorit, piirilevyt);
Romukuparista ja muista vastaavista materiaaleista valmistettua kuparia kutsutaan myös kierrätyskupariksi.
2. Märkämenetelmä:
Laiva soveltuu matala-asteiselle kuparioksidille, ja valmistettua jalostettua kuparia kutsutaan elektrolyyttiseksi kupariksi.
Märkäsulatusprosessi on:
3. Kahden pyrometallurgian ja hydrometallurgian prosessin ominaisuudet
Verrattaessa kahta kuparin tuotantoprosessia, pyrometallurgiaa ja hydrometallurgiaa, on seuraavat ominaisuudet:
(1) Jälkimmäisen sulatuslaitteisto on yksinkertaisempi, mutta epäpuhtauspitoisuus suurempi, mikä on edullinen lisä edelliseen.
(2) Jälkimmäisellä on rajoituksia, ja se riippuu malmin laadusta ja tyypistä.
(3) Ensimmäisen hinta on noin 70-80 senttiä/punta (noin 1540-1760 Yhdysvaltain dollaria/tonni), kun taas jälkimmäisen hinta on vain 30-40 senttiä/punta (noin { {4}} Yhdysvaltain dollaria/tonni).
Voidaan nähdä, että hydrometallurgiatekniikalla on huomattavia etuja, mutta sen käyttöalue on rajallinen. Kaikkia kuparikaivoksia ei voida sulattaa tällä menetelmällä. Kuitenkin teknisten parannusten ansiosta yhä useammat maat, mukaan lukien Yhdysvallat, Chile, Kanada, Australia, Meksiko ja Peru, ovat soveltaneet tätä prosessia useammille kuparikaivoksille viime vuosina. Hydrometallurgian teknologian parantaminen ja sen soveltamisen edistäminen ovat alentaneet kuparin tuotantokustannuksia, lisänneet kuparikaivosten tuotantokapasiteettia, lisänneet sosiaalisten resurssien tarjontaa lyhyellä aikavälillä, aiheuttaneet suhteellista ylijäämää yhteiskunnan kokonaistarjonnasta ja hintoja vetävä vaikutus. Vuonna 1997 kuparin futuurihinta laski vuoden 1996 korkeimmasta 2 600 dollarista tonnilta noin 1 600 dollariin tonnilta marraskuussa 1998. Tämä liittyy suoraan siihen, että hydrometallurgisten prosessien osuus on kasvanut huomattavasti, mikä on johtanut suuri määrä edullista kuparia tuodaan markkinoille. Koska kuparin keskimääräiset tuotantokustannukset ovat tällä hetkellä 1 400–1 600 dollaria tonnilta (64-73 senttiä paunalta), futuurihintojen lasku on kohtuullinen hintojen palautus arvoon. Kun kuparin osuus sulatusprosessissa kasvaa edelleen, vaikuttaa kuparin hintakehitykseen yhä enemmän. Raporttien mukaan nykyiset hydrometallurgisen kuparin sulatuksen vähimmäiskustannukset ovat vain 20 senttiä paunalta (vastaa 450 dollaria tonnilta), korkein on 77 senttiä paunalta (vastaa 1 697,5 dollaria tonnilta), ja keskiarvo on noin alle 50 senttiä kilolta (vastaa 1 100 dollaria tonnilta). On syytä huomauttaa, että vuonna 1995 kuparin märkäsulatuksen keskimääräinen tuotantokustannus oli vain 39 senttiä paunalta. Viime aikoina kuparin märkäsulatuksen keskimääräiset tuotantokustannukset ovat nousseet pääasiassa siksi, että kuparin märkäsulatusprosessi on ulotettu kuparisulfidimineraalien käsittelyyn. Kuparin märkäsulatusprosessi soveltuu paremmin kuparioksidimineraalien ja köyhien malmien käsittelyyn, kun taas sulfidimineraaleja ja rikkaampia malmeja käsiteltäessä tai kun kaivos sijaitsee kylmällä alueella, myös märkäkuparin sulatustekniikan tuotantokustannukset ovat korkeammat, enimmäkseen yli 50 senttiä kilolta. Kiina alkoi tutkia kuparin uuttamistekniikkaa heikkolaatuisista kuparimalmeista 1970-luvulla. Vuonna 1983 perustettiin ensimmäinen kuparin märkäsulatto, jonka vuosituotanto oli 120 tonnia. Erinomaisten ulkomaisten kuparinuuttimien käyttöönoton ja paikallisen kupariteollisuuden kehityksen ansiosta on viime aikoina rakennettu kymmeniä pieniä märkäsulattoja, joiden määrä vaihtelee muutamasta sadasta 2,000 tonniin, mutta kuparin vuosituotanto on vain 15,000 tonnia, mikä ei ole läheskään tarpeeksi verrattuna kotimaani 1 miljoonan tonnin jalostetun kuparin vuosituotantoon. Tällä hetkellä kuparin tuotantokustannukset maassani ovat noin 18 500 yuania, mikä on paljon korkeampi kuin maailman keskiarvo 1 477 Yhdysvaltain dollaria (67 senttiä). "95"-kaudella valtion suunnittelukomissio ja China Nonferrous Metals Industry Corporation listasivat hydrometallurgisen hankkeen keskeiseksi tutkimusprojektiksi ja rakensivat useita esittelytehtaita Dexing Copper Mine, Yulong Copper Mine, Daye Tonglushan Copper Mine ja muihin paikkoihin. Useiden vuosien kovan työn jälkeen maani hydrometallurgisen teknologian arvioidaan kehittyvän merkittävästi tämän vuosisadan loppuun mennessä, ja vuotuisen tuotantokapasiteetin arvioidaan nousevan yli 50 000 tonniin. Tilastojen mukaan jalostetun kuparin tuotanto hydrometallurgisesta kuparin sulatuksesta oli 2,5 % maailman jalostetun kuparin tuotannosta vuonna 1980, ja osuus kasvoi 10 prosenttiin vuonna 1994 ja 18 prosenttiin vuonna 1997. Hydrometallurgisen kuparin osuuden odotetaan tuotanto kasvaa lopulta 25-35 prosenttiin.
