خام النحاس: الخصائص والتطبيق والتعدين

خام النحاس: الخصائص والتطبيق والتعدين
Copper ore. الصورة: geologyscience.com
يشارك

خام النحاس عبارة عن مركب من المعادن التي يوجد فيها النحاس بتركيز كافٍ لمزيد من المعالجة واستخدامه للأغراض الصناعية.

في الإنتاج، يُنصح باستخدام الخام المخصب بمحتوى معدني لا يقل عن 0.5-1٪.

النحاس هو عنصر بلاستيكي ذو لون وردي ذهبي. وفي الهواء الطلق، يتم تغطية المعدن على الفور بغشاء أكسجين، مما يمنحه لونًا أحمر وأصفر محددًا.

الخصائص المميزة: مقاومة التآكل، الموصلية الحرارية والكهربائية العالية.

وفي الوقت نفسه، يحتوي العنصر على خصائص مضادة للجراثيم عالية ويدمر فيروسات الأنفلونزا والمكورات العنقودية.

في المجمع الصناعي، غالبا ما يستخدم النحاس في السبائك ذات المكونات الأخرى: النيكل والزنك والقصدير والذهب، وما إلى ذلك.

تطبيقات خام النحاس

نظرًا لمقاومته المنخفضة، يستخدم النحاس بنشاط في المجال الكهربائي لتصنيع كابلات وأسلاك الطاقة. تسمح الموصلية الحرارية الجيدة باستخدام هذا المعدن في مشعات التبريد ومكيفات الهواء.

لا تستطيع قطاعات التصنيع التالية الاستغناء عن النحاس:

  • الهندسة الميكانيكية (رافعات النوافذ، المحامل)؛
  • بناء السفن (طلاء الهياكل والهياكل)؛
  • الإنشاءات (الأنابيب، ومواد التسقيف والتكسية، ومعدات السباكة، وما إلى ذلك).

بالنسبة لصناعة المجوهرات، تعتبر السبائك ذات الذهب ذات صلة، مما يزيد من القوة الميكانيكية ومقاومة التآكل.

يتوقع الخبراء استخدام المعدن على نطاق واسع كأسطح مضادة للبكتيريا في المؤسسات الطبية (الدرابزين، الأبواب، المقابض، الدرابزين، إلخ).

Statue of Liberty
Statue of Liberty. الصورة: iflscience.com
تمثال الحرية الشهير مصنوع من النحاس. يتطلب بنائه حوالي 80 طنًا من المواد. وفي نيبال يعتبر هذا المعدن مقدسا.

مجموعات خامات النحاس

تنقسم جميع خامات النحاس عادة إلى تسعة أنواع جيولوجية صناعية، والتي تنقسم بدورها إلى ست مجموعات حسب المنشأ:

المجموعة الطبقية

تشمل هذه المجموعة الصخور النحاسية والأحجار الرملية. وتمثل هذه المواد رواسب كبيرة. سماتها المميزة هي: شكل صفائح بسيط، وتوزيع موحد للمكونات المفيدة، وطبقة سطحية مسطحة، مما يسمح باستخدام طرق التعدين المفتوحة.

مجموعة البيريت

ويشمل ذلك مركبات النحاس والوريد والبيريت النحاسية الأصلية. غالبًا ما يتم العثور على المعدن الأصلي في مناطق الأكسدة في مناجم كبريتيد النحاس، إلى جانب المعادن المؤكسدة الأخرى.

خام الحديد – أساس الصناعة الحديثة
خام الحديد – أساس الصناعة الحديثة

تختلف معادن البيريت النحاسية في الأشكال والأحجام. المعدن الرئيسي الموجود في الخام هو البيريت، كما يوجد أيضًا الكالكوبايرايت والسفاليريت.

تتميز خامات الوريد ببنية الوريد مع شوائب. عادة ما تحدث هذه الخامات عند الاتصال بالبورفيريات.

النحاس السماقي (الحراري المائي)

تحتوي هذه الرواسب، إلى جانب النحاس والموليبدينوم، على الذهب والفضة والسيلينيوم وعناصر مفيدة أخرى، والتي يكون وجودها أعلى بكثير من المعتاد.

النحاس والنيكل

تظهر الرواسب في أشكال صفائحية، على شكل عدسة، غير منتظمة، وعروقية. يحتوي المعدن على نسيج ضخم يتخلله الكوبالت ومعادن مجموعة البلاتين والذهب وما إلى ذلك.

خام سكارن

خامات سكارن هي رواسب محلية في الحجر الجيري والصخور الجيرية. وتتميز بأحجام صغيرة وتشكل معقد. تركيز النحاس مرتفع ولكنه غير متساوٍ – يصل إلى 3٪.

كربونات

تشمل هذه المجموعة خام الحديد والنحاس والكربوناتيت. وحتى الآن تم اكتشاف المستودع الوحيد لهذا النوع من النحاس في جنوب أفريقيا. ينتمي هذا المنجم المعقد إلى كتلة صخرية قلوية.

ما هي الخامات التي يتم الحصول على النحاس منها

نادرًا ما يوجد النحاس في الطبيعة على شكل شذرات. حتى الآن، يعتبر أكبر اكتشاف من نوعه هو كتلة صلبة تم اكتشافها في أمريكا الشمالية في الولايات المتحدة تزن 420 طنًا.
الصورة: prismic.io

يوجد ما يقرب من 250 نوعًا من النحاس، ولكن يتم استخدام 20 نوعًا فقط في الصناعة. الأكثر شيوعا منهم:

الكالكوسيت

مركب من المعادن يحتوي على الكبريت (20%) والنحاس (80%). يطلق عليه “بريق النحاس” بسبب بريقه المعدني المميز. يحتوي الخام على بنية كثيفة أو حبيبية ذات لون أسود أو رمادي.

الكالكوبيريت

المعدن من أصل حراري مائي ويوجد في skarns و greisens. غالبًا ما يكون جزءًا من خام متعدد المعادن جنبًا إلى جنب مع الجالينا والسفاليريت.

البورنيت

معدن شائع في الطبيعة من فئة الكبريتيد، وهو أحد العناصر الرئيسية لخامات النحاس. لها لون أرجواني مزرق مميز. يحتوي على النحاس (63.33%) والحديد (11.12%) والكبريت (25.55%) وشوائب الفضة. يحدث في شكل كتل كثيفة ودقيقة الحبيبات.

طرق تعدين خام النحاس

اعتمادا على عمق المنجم، يتم استخدام الطرق المفتوحة والمغلقة لاستخراج المعادن.

Closed method of copper ore mining
Closed method of copper ore mining. الصورة: aubullion.ca

في التعدين المغلق (تحت الأرض)، يتم بناء المناجم بطول عدة كيلومترات. والمناجم مزودة بمصاعد لنقل العمال والمعدات، وكذلك لنقل المعادن إلى السطح.

تحت الأرض، يجب سحق الصخور باستخدام معدات حفر خاصة ذات مسامير. ثم، بمساعدة الدلاء، يتم جمع الخام وتحميله.

تكون الطريقة المفتوحة مناسبة عندما تكون الرواسب على عمق 400-500 متر. أولا، تتم إزالة الطبقة العليا من النفايات الصخرية، وبعد ذلك تتم إزالة خام النحاس. لتسهيل الحصول على الصخور الصلبة، يتم تدميرها أولاً باستخدام الأجهزة المتفجرة.

العملية التكنولوجية لإنتاج النحاس

هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج النحاس:

  • المعادن الحرارية؛
  • الميتالورجيا المائية.

تتضمن الطريقة الأولى تنقية المعدن بالنار وتسمح لك بمعالجة أي مادة خام مع استخراج جميع العناصر المفيدة. وباستخدام هذه التقنية، من الممكن الحصول على النحاس حتى من الصخور الرديئة، التي يقل فيها المحتوى المعدني عن 0.5%. يتم استخدام الطريقة الثانية، كقاعدة عامة، فقط لمعالجة الخام المؤكسد أو الأصلي الذي يحتوي على نسبة منخفضة من النحاس.

تعدين خامات النحاس في العالم

ولا تتركز مناجم النحاس في مناطق جغرافية محددة، بل تتواجد في بلدان مختلفة. وفي أمريكا، يجري تطوير رواسب الكالكوسيت في ولايتي نيفادا وأريزونا. رواسب أكسيد النحاس – الكوبريت – شائعة في كوبا. يتم استخراج كلوريد النحاس في بيرو.

لا توجد مصادر تقريبًا للخامات المخصبة في العالم، وقد تم استخراج النحاس منذ عدة مئات من السنين، لذلك تم تطوير جميع المناجم الغنية منذ فترة طويلة. في الصناعة من الضروري استخدام معادن منخفضة الجودة (تصل إلى 0.5٪ نحاس).

الفضة هي أقدم معادن ثمينة
الفضة هي أقدم معادن ثمينة
من حيث الإنتاج العالمي، يحتل النحاس المركز الثالث بعد الحديد والألومنيوم.

وتشمل قائمة الدول الغنية بخامات النحاس: تشيلي، أمريكا، الصين، كازاخستان، بولندا، إندونيسيا، زامبيا. تبلغ حصة الاتحاد الروسي في إنتاج الخام العالمي 9٪ (وهذا هو المركز الثالث بعد تشيلي والولايات المتحدة الأمريكية). تشيلي هي الرائدة في احتياطيات المعادن، حيث تحتوي على 33٪ من النحاس في العالم.

أكبر المناجم هي:

منجم تشوكيكاماتا (تشيلي)

استمر التطوير لأكثر من 100 عام، خلال هذه الفترة تم تطوير 26 مليون طن من المعدن.

Copper mine at Chuquicamata, Chile
Copper mine at Chuquicamata, Chile. الصورة: britannica.com

منجم إسكونديدا (شيلي). تم التعدين منذ عام 1990؛

منجم جراسبيرج (إندونيسيا).

ومؤخراً تم اكتشاف مناجم كبيرة في البيرو (أنتامينا)، والبرازيل (سالوبو)، وكازاخستان (نوركازكان).

يقول الخبراء أن حجم النحاس المجدي اقتصاديًا يزيد عن 400 مليون طن. في جميع أنحاء العالم.

استخراج خام النحاس في روسيا

يختلف هيكل قاعدة المواد الخام النحاسية في روسيا بشكل كبير عن السوق العالمية. تقع الحصة الرئيسية فيه على مناجم كبريتيد النحاس والنيكل (40٪) والبيريت (19٪). بينما تسود في بلدان أخرى رواسب النحاس السماقي والحجر الرملي النحاسي.

رواسب خام النحاس في روسيا

الإجابة على مسألة مكان استخراج خامات النحاس في روسيا، ينبغي أولا تسليط الضوء على منطقة تيمير المتمتعة بالحكم الذاتي. تتركز أكثر من 60٪ من جميع رواسب خام النحاس في روسيا في رواسب أوكتيابرسكي وتاباخنينسكي ونوريلسك. يتم استخراج حوالي ثلث المعدن في منطقة تعدين النحاس في الأورال.

تم اكتشاف منجم أودوكان كبير في منطقة تشيتا، والذي لم يتم تطويره بعد بسبب البنية التحتية للنقل غير المتطورة. وفقا لبيانات الخبراء، فإن الودائع المستغلة في الاتحاد الروسي لن تستمر أكثر من 30 عاما.