استخدامات النحاس | العرض ، الطلب ، الإنتاج ، الموارد

المحتوى

• النحاس - المعادن المستخدمة عبر العصور
• كيف نستخدم النحاس اليوم؟
• استخدامات النحاس القديمة
• ما خصائص جعل النحاس مفيدة؟
• أنواع ودائع النحاس
• النحاس العرض والطلب وإعادة التدوير
• كيف نضمن إمدادات كافية من النحاس للمستقبل؟
• تقييم موارد النحاس العالمية

تمثال الحرية: في عام 1886 ، مثل تمثال الحرية أكبر استخدام للنحاس في هيكل واحد. لبناء التمثال ، تم قطع حوالي 80 طنًا من الصفيحة النحاسية والمطرقة بسمك يبلغ حوالي 2.3 ملليمتر (3/32 بوصة) ، أو حوالي سمك البنسات الأمريكية الموضوعة معًا. هاريس.

النحاس - المعادن المستخدمة عبر العصور

كان النحاس من أوائل المعادن التي استخلصها الإنسان واستخدمها على الإطلاق ، وقد قدم إسهامات حيوية في دعم المجتمع وتحسينه منذ فجر الحضارة. تم استخدام النحاس لأول مرة في العملات المعدنية والحلي بدءًا من حوالي 8000 قبل الميلاد ، وفي حوالي 5500 قبل الميلاد ، ساعدت الأدوات النحاسية على ظهور الحضارة منذ العصر الحجري. يمثل اكتشاف أن النحاس المخلوط بالقصدير إنتاج البرونز يمثل بداية العصر البرونزي حوالي عام 3000 قبل الميلاد.

في الولايات المتحدة ، تم العثور على قطعة من ما يُعتقد أنه سوار نحاسي في مدفن أمريكي أصلي في السهل الساحلي لجورجيا في عام 2017. كان الدفن عبارة عن حرق جثث يرجع تاريخه إلى ما يقرب من 3500 عام. احتوى النحاس على العناصر النزرة التي ربطته بالرواسب الجيولوجية في منطقة البحيرات الكبرى. تشير هذه الاكتشافات إلى وجود علاقة تجارية طويلة المسافة بين جورجيا ومنطقة البحيرات الكبرى ، وهي مسافة أكبر مما كانت معروفة من قبل.

يمتد النحاس بسهولة ، مصبوب ، وشكلها ؛ مقاومة للتآكل. وتجري الحرارة والكهرباء بكفاءة. نتيجة لذلك ، كان النحاس مهمًا للبشر الأوائل ولا يزال يمثل المادة المفضلة لمجموعة متنوعة من التطبيقات المحلية والصناعية والتكنولوجية المتقدمة اليوم.

استخدامات النحاس: يوضح هذا الرسم البياني كيفية استخدام النحاس في الولايات المتحدة خلال عام 2017 من قبل قطاع الصناعة. كمثال: كان من الممكن استخدام النحاس المستخدم في تشييد المباني في الأسلاك ، والسباكة ، ومقاومة الطقس ، والعديد من أنواع الاستخدام الفردية الأخرى. بيانات هذا المخطط مأخوذة من ملخص السلع الجيولوجية للمسح الجيولوجي للولايات المتحدة لعام 2018.

كيف نستخدم النحاس اليوم؟

في الوقت الحاضر ، يستخدم النحاس في تشييد المباني وتوليد الطاقة ونقلها وتصنيع المنتجات الإلكترونية وإنتاج الآلات الصناعية وسيارات النقل. تعتبر الأسلاك النحاسية والسباكة جزءًا لا يتجزأ من الأجهزة وأنظمة التدفئة والتبريد ووصلات الاتصالات السلكية واللاسلكية المستخدمة يوميًا في المنازل والشركات. يعد النحاس مكونًا أساسيًا في المحركات والأسلاك والرادياتورات والموصلات والفرامل والمحامل المستخدمة في السيارات والشاحنات. تحتوي السيارة المتوسطة على 1.5 كيلومتر (0.9 ميل) من الأسلاك النحاسية ، ويتراوح إجمالي كمية النحاس بين 20 كيلوجرام (44 رطلاً) في السيارات الصغيرة و 45 كيلوجرام (99 رطل) في السيارات الفاخرة والهجينة.

عملة رومانية: كان النحاس من أوائل المعادن المستخدمة في صنع العملات المعدنية ، وبدأت هذه الممارسة في حوالي عام 8000 قبل الميلاد. العملة الموضحة أعلاه هي جريس روماني يضم صورة لقسطنطين الأول.

استخدامات النحاس القديمة

كما في العصور القديمة ، لا يزال النحاس مكونًا من العملات المعدنية المستخدمة في العديد من البلدان ، ولكن تم تحديد العديد من الاستخدامات الجديدة. أحد التطبيقات الحديثة تتضمن coppers استخدامه في الأسطح التي تم لمسها بشكل متكرر (مثل مقابض الأبواب النحاسية) ، حيث تقلل خصائص مضادات الميكروبات الخاصة بالناقلات من انتقال الجراثيم والمرض. كما بدأ مصنعو أشباه الموصلات في استخدام النحاس للدارات في رقائق السيليكون ، والتي تمكن المعالجات الدقيقة من العمل بشكل أسرع واستخدام طاقة أقل. كما تم اكتشاف الدوارات النحاسية مؤخرًا لزيادة كفاءة المحركات الكهربائية التي تعد مستهلكًا رئيسيًا للطاقة الكهربائية.

النحاس في السيارات: يعد النحاس مكونًا أساسيًا في المحركات والأسلاك والرادياتورات والموصلات والفرامل والمحامل المستخدمة في السيارات والشاحنات. تحتوي السيارة المتوسطة على 1.5 كيلومتر (0.9 ميل) من الأسلاك النحاسية ، ويتراوح إجمالي كمية النحاس بين 20 كيلوجرام (44 رطلاً) في السيارات الصغيرة و 45 كيلوجرام (99 رطل) في السيارات الفاخرة والهجينة.

ما خصائص جعل النحاس مفيدة؟

جعلت خصائص صناعة السبائك الممتازة للنحاس قيمة لا تقدر بثمن عند دمجها مع معادن أخرى ، مثل الزنك (لتشكيل النحاس) أو القصدير (لتشكيل البرونز) أو النيكل. تتميز هذه السبائك بخصائص مرغوبة ، ووفقًا لتكوينها ، تم تطويرها لتطبيقات عالية التخصص. على سبيل المثال ، يتم تطبيق سبائك النحاس والنيكل على هياكل السفن لأنها لا تتآكل في مياه البحر وتقلل من التصاق الحياة البحرية ، مثل البرنقيل ، وبالتالي تقليل السحب وزيادة كفاءة استهلاك الوقود. النحاس أكثر مرونة وله خصائص صوتية أفضل من النحاس النقي أو الزنك ؛ وبالتالي ، يتم استخدامه في مجموعة متنوعة من الآلات الموسيقية ، بما في ذلك الأبواق ، الترومبون ، الأجراس ، والصنج.

النحاس في الأحجار الكريمة: يعد النحاس عنصرًا مهمًا في عدد من الأحجار الكريمة مثل الفيروز والأزوريت والملكيت والكريسوكولا. إنه يعطي هذه المعادن لونها أخضر أو ​​أزرق وخطورتها العالية. الكبوشات الموضحة أعلاه هي بعض من الأحجار الكريمة الكثيرة المستخرجة في أريزونا.

أنواع ودائع النحاس

يحدث النحاس بأشكال عديدة ، لكن الظروف التي تتحكم في كيفية وتوقيت ومكان إيداعه متغيرة بدرجة كبيرة. نتيجة لذلك ، يحدث النحاس في العديد من المعادن المختلفة. تعد مادة الكالكوبايرايت من المعادن النحاسية الأكثر وفرة والأهمية من الناحية الاقتصادية.

البحث المصمم لفهم العمليات الجيولوجية التي تنتج رواسب معدنية بشكل أفضل ، بما في ذلك رواسب النحاس ، هو عنصر مهم في برنامج الموارد المعدنية USGS. يتم تصنيف رواسب النحاس على نطاق واسع على أساس كيفية تشكل الرواسب. تنتج رواسب النحاس السماوية ، المرتبطة بالاقتحامات البركانية ، حوالي ثلثي النحاس في العالم ، وبالتالي فهي من أهم أنواع رواسب النحاس في العالم. توجد رواسب نحاسية كبيرة من هذا النوع في المناطق الجبلية في غرب أمريكا الشمالية وفي جبال الأنديز في أمريكا الجنوبية.

هناك نوع آخر مهم من الرواسب النحاسية - النوع الموجود في الصخور الرسوبية - يمثل حوالي ربع العوالم التي تم تحديدها من موارد النحاس. تحدث هذه الرواسب في مناطق مثل الحزام النحاسي في وسط إفريقيا وحوض زشتاين بأوروبا الشرقية.

قد تحتوي الرواسب النحاسية الفردية على مئات الملايين من الأطنان من الصخور الحاملة للنحاس وعادة ما يتم تطويرها باستخدام طرق التعدين المفتوحة. عمليات التعدين ، والتي تتبع عادة اكتشاف خام من قبل سنوات عديدة ، وغالبا ما تستمر لعدة عقود. على الرغم من أن العديد من عمليات التعدين التاريخية لم تكن مطلوبة للقيام بأنشطة التعدين الخاصة بهم بطرق من شأنها أن تقلل من تأثيرها على البيئة ، فإن اللوائح الفيدرالية والحكومية الحالية تتطلب أن تستخدم عمليات التعدين ممارسات سليمة بيئيًا لتقليل آثار تطور المعادن على صحة الإنسان والنظام الإيكولوجي .

تساعد البحوث البيئية المعدنية USGS في وصف التفاعلات الطبيعية والبشرية بين رواسب النحاس والأنظمة البيئية المائية والبرية المحيطة. تساعد الأبحاث في تحديد ظروف خط الأساس الطبيعي قبل بدء التعدين وبعد إغلاق المنجم. يدرس علماء هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية المتغيرات المناخية والجيولوجية والهيدرولوجية لفهم التفاعلات بين الموارد والبيئة بشكل أفضل.

تعدين النحاس في ولاية أريزونا: تنتج أريزونا النحاس أكثر من أي ولاية أخرى. يوضح هذا التاريخ المختصر كيف أن تعدين النحاس في أريزونا قد بنى دولة وغير الأمة.

النحاس العرض والطلب وإعادة التدوير

زاد إنتاج العالم (العرض) واستهلاكه (الطلب) من النحاس زيادة كبيرة في الأعوام الخمسة والعشرين الماضية. مع دخول البلدان النامية الكبيرة إلى السوق العالمية ، ازداد الطلب على السلع المعدنية ، بما في ذلك النحاس. خلال العشرين عامًا الماضية ، برزت منطقة الأنديز في أمريكا الجنوبية باعتبارها أكثر مناطق النحاس إنتاجية في العالم. في عام 2007 ، تم إنتاج حوالي 45 في المائة من النحاس في العالم من جبال الأنديز ؛ أنتجت الولايات المتحدة 8 في المئة. تقريبا كل النحاس المنتج في الولايات المتحدة يأتي من ، في تناقص ترتيب الإنتاج ، أريزونا ، يوتا ، نيو مكسيكو ، نيفادا ، أو مونتانا.

يعتبر خطر تعطل الإمداد العالمي بالنحاس منخفضًا لأن إنتاج النحاس منتشر على مستوى العالم ولا يقتصر على بلد أو منطقة واحدة. بسبب أهميتها في البناء ونقل الطاقة ، سيكون تأثير أي خلل في إمدادات النحاس عاليًا.

يعد النحاس واحدًا من أكثر المعادن المعاد تدويرها على نطاق واسع ؛ ما يقرب من ثلث جميع النحاس المستهلكة في جميع أنحاء العالم يتم إعادة تدويرها. يمكن إعادة صهر النحاس المعاد تدويره وسبائكه واستخدامه بشكل مباشر أو إضافي لإعادة معالجة النحاس المكرر دون فقد أي من الخواص الكيميائية أو الفيزيائية للمعادن.

تعدين النحاس في ولاية أريزونا: تنتج أريزونا النحاس أكثر من أي ولاية أخرى. يوضح هذا التاريخ المختصر كيف أن تعدين النحاس في أريزونا قد بنى دولة وغير الأمة.

منجم يوتا للنحاس: مرئيًا من الفضاء ، أنتج منجم Bingham Canyon للنحاس في ولاية يوتا أكثر من 12 مليون طن من نحاس البورفير. يبلغ طول المنجم أكثر من 4 كيلومترات (2.5 ميل) في الأعلى وعمق 800 متر (0.5 ميل) وهو أحد عجائب الهندسة في العالم. الصورة من قبل سي جي كننغهام ، USGS.

كيف نضمن إمدادات كافية من النحاس للمستقبل؟

للمساعدة في التنبؤ بمكان وجود موارد النحاس المستقبلية ، يدرس علماء هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية كيف وأين تتركز موارد النحاس المعروفة في قشرة الأرض ويستخدمون تلك المعرفة لتقييم إمكانات موارد النحاس غير المكتشفة. تم تطوير تقنيات لتقييم إمكانات الموارد المعدنية وصقلها من قبل مصلحة المسح الجيولوجي الأمريكية لدعم الإشراف على الأراضي الفيدرالية ولتقييم توافر الموارد المعدنية بشكل أفضل في سياق عالمي.

في تسعينيات القرن العشرين ، أجرت هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية تقييمًا لموارد النحاس بالولايات المتحدة وخلصت إلى أنه لا يزال يوجد ما يقرب من النحاس الذي تم اكتشافه بالفعل. على وجه التحديد ، وجدت هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية أن حوالي 350 مليون طن من النحاس قد تم اكتشافها وتقدر أن حوالي 290 مليون طن من النحاس لم يتم اكتشافها في الولايات المتحدة.

استهلاك النحاس: أدت صفات النحاس التي جعلت منه المادة المفضلة لمجموعة متنوعة من التطبيقات المحلية والصناعية والتكنولوجيا الفائقة إلى زيادة مطردة في الاستهلاك العالمي للنحاس. تُظهر الدراسات التي أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية بشأن استهلاك النحاس بعض الاتجاهات المثيرة للاهتمام خلال الفترة الزمنية من 1990 إلى 2012. ارتفع استهلاك النحاس في الاقتصادات الناشئة ، مثل الصين والهند ، بشكل كبير ، في حين انخفض معدل الاستهلاك في الولايات المتحدة بشكل طفيف. حتى عام 2002 ، كانت الولايات المتحدة أكبر مستهلك للنحاس واستخدمت سنويًا حوالي 16 في المائة من إجمالي النحاس المكرر في العالم (حوالي 2.4 مليون طن). في عام 2002 ، تفوقت الصين على الولايات المتحدة باعتبارها المستخدم الرئيسي في العالم للنحاس المكرر. ساهم الاقتصاد المزدهر في الصين في مضاعفة استهلاكه السنوي من النحاس المكرر إلى أربعة أضعاف خلال السنوات الـ 12 من عام 2000 إلى عام 2012. الرسم البياني من هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

تقييم موارد النحاس العالمية

قامت هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية بتقييم النحاس غير المكتشف في نوعين من الودائع يمثلان حوالي 80 في المائة من إمدادات النحاس في العالم. تمثل رواسب النحاس من البورفير حوالي 60٪ من النحاس في العالم. في رواسب النحاس من البورفير ، يتم نشر معادن النحاس الخام في عمليات الاقتحام النارية. تشكل الرواسب النحاسية المستضافة في الرواسب ، والتي يتركز فيها النحاس في طبقات في الصخور الرسوبية ، حوالي 20 في المائة من موارد النحاس المحددة في العالم. على مستوى العالم ، تنتج المناجم في هذين النوعين من الودائع حوالي 12 مليون طن من النحاس سنويًا.

نظرت هذه الدراسة في إمكانية وجود رواسب مكشوفة ومخفية على بعد كيلومتر واحد من السطح بالنسبة للرواسب السماوية وما يصل إلى 2.5 كيلومتر من السطح بالنسبة إلى رواسب الطبقة الوسطى المستضافة من الرواسب. بالنسبة للرواسب السماوية ، تم تحديد 175 منطقة ؛ 114 مساحات تحتوي على 1 أو أكثر من الودائع المحددة. تم تحديد خمسين مسلكًا لرواسب النحاس المستندة إلى الرواسب ؛ 27 تحتوي على 1 أو أكثر من الودائع المحددة.

يتم تقديم نتائج التقييم حسب نوع الإيداع لـ 11 منطقة (الجدول 1). ويبلغ إجمالي الموارد غير المكتشفة للرواسب السماوية 3،100 مليون طن ، ويبلغ إجمالي الموارد غير المكتشفة للرواسب المستضافة في الرواسب 400 مليون طن ، ويبلغ المجموع العالمي 3500 مليون طن من النحاس. تعكس نطاقات تقديرات الموارد (بين النسبتين 90 و 10) عدم اليقين الجيولوجي في عملية التقييم. حوالي 50 في المائة من الإجمالي العالمي يحدث في أمريكا الجنوبية وجنوب آسيا الوسطى والهند الصينية وأمريكا الشمالية مجتمعة.

خريطة إيداع النحاس: توزيع الرواسب النحاسية المعروفة في عام 2008. يشير اللون الأحمر إلى النحاس المرتبط بالتطفلات النارية (رواسب النحاس النحاسية) والأزرق يشير إلى النحاس الموجود في الصخور الرسوبية (رواسب النحاس المستضافة بالرواسب). خريطة بواسطة هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. تكبير الخريطة.

امريكا الجنوبية لديها أكبر موارد النحاس التي تم تحديدها وغير المكتشفة (حوالي 20 في المائة من إجمالي الكمية غير المكتشفة). يتم استخلاص أكبر رواسب البورفير في العالم في هذه المنطقة. تشيلي وبيرو من بين أكبر الدول المنتجة للنحاس في العالم.

أمريكا الوسطى ومنطقة البحر الكاريبي استضافة اثنين من رواسب النحاس السماوية العملاقة (> 2 مليون طن من النحاس) في بنما. معظم الموارد غير المكتشفة موجودة في حزام يمتد من بنما إلى جنوب غرب المكسيك.

شمال امريكا تستضيف مسابك النحاس السماوية المعدنية للغاية والتي تشتمل على رواسب سماوية عملاقة (> 25 مليون طن نحاس) في شمال المكسيك وغرب الولايات المتحدة وألاسكا ، بالإضافة إلى رواسب عملاقة في غرب كندا. موارد النحاس البورفيري غير المكتشفة تقريبًا تساوي الموارد المحددة.

الولايات الرائدة في إنتاج النحاس في الولايات المتحدة الأمريكية هي أريزونا ويوتا ونيو مكسيكو ونيفادا ومونتانا. في الولايات المتحدة ، تشير التقديرات إلى احتوائها على رواسب من النحاس غير مكتشفة مستوطنة في الرواسب في ميشيغان ومونتانا وتكساس تحتوي على حوالي ثلاثة أضعاف كمية النحاس التي تم تحديدها. ومن المعروف الودائع العملاقة ، في ميشيغان ومونتانا.

شمال شرق آسيا غير مستكشفة نسبيًا ، مع وجود موارد نحاسية متواضعة محددة من النحاس ورواسب نحاسية عملاقة واحدة محددة. ومع ذلك ، تشير التقديرات إلى أن الموارد غير المكتشفة كبيرة جدًا. هذه المنطقة لديها أكبر نسبة من الموارد غير المكتشفة إلى الموارد المحددة في الدراسة.

شمال آسيا الوسطى لديها 35 رواسب نحاسية من البورفير ، بما في ذلك رواسب عملاقة في منغوليا ورواسب عملاقة في كازاخستان. تشير التقديرات إلى أن مساحة المسالك تحتوي على حوالي ثلاثة أضعاف كمية مورد النحاس السماقي المحدد. تستضيف هذه المنطقة أيضًا ثلاثة رواسب نحاسية عمودية مستضافة من الرواسب ، في كازاخستان وروسيا. وتشير تقديرات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية إلى أن أكبر قدر ممكن من النحاس الموجود في طبقات السطح المستضافة للرواسب كما تم اكتشافه قد يكون موجودًا بالفعل.

جنوب آسيا الوسطى والهند الصينية يتم استكشافها بدقة أقل من العديد من أجزاء العالم الأخرى ؛ ومع ذلك ، تم تحديد أربعة رواسب نحاسية عملاقة من النحاس السماقي حتى الآن في هضبة التبت. قد تحتوي رواسب نحاس البورفير غير المكتشفة على ثمانية أضعاف الكمية المحددة من النحاس.

أرخبيل جنوب شرق آسيا تستضيف الرواسب النحاسية الغنية بالذهب في العالم ، مثل العملاق في إندونيسيا وحوالي 16 رواسب عملاقة في إندونيسيا ، وبابوا غينيا الجديدة ، والفلبين. على الرغم من استكشاف أجزاء من المنطقة جيدًا ، فمن المحتمل أن تتجاوز موارد البورفير غير المكتشفة الموارد المحددة.

شرق أستراليا يحتوي على رواسب نحاسية عملاقة واحدة والعديد من رواسب البورفيري الصغيرة. من المتوقع وجود موارد متواضعة غير مكتشفة. أستراليا كانت رائدة في إنتاج النحاس منذ عقود.

أوروبا الشرقية وجنوب غرب آسيا تم التنقيب عن النحاس منذ العصور القديمة ، وقد تم مؤخرا تحديد رواسب النحاس السماوية العملاقة. يُتوقع أن يكون النحاس غير المكتشف حوالي ضعف الموارد المحددة ، لكل من رواسب البورفير على طول حزام من رومانيا عبر تركيا وإيران ولرواسب الطبقة الوسطى المستضافة في الرواسب في أفغانستان.

أوروبا الغربية لديها أكبر رواسب نحاسية مستوطنة من الرواسب في العالم ، في بولندا. تشير التقديرات إلى أن موارد النحاس غير المستكشفة التي استضافتها الرواسب في جنوب غرب بولندا تتجاوز الموارد المحددة بحوالي 30 في المائة.

أفريقيا والشرق الأوسط لديها أكبر تراكم في العالم من الرواسب النحاسية ذات الطبقة الوسطى المستضافة للرواسب ، مع 19 رواسب عملاقة في حزام النحاس في أفريقيا الوسطى في جمهورية الكونغو الديمقراطية وزامبيا. لا تزال هناك موارد نحاسية غير مكتشفة مهمة.