متالورژی مس

متالورژی مس

مس (Copper) یکی از فلزات مهم مهندسی است. زیرا در شرایط غیر آلیاژی و همچنین به‌ صورت آلیاژ با فلزات دیگر کاربرد وسیعی دارد. در شرایط غیر آلیاژی، این فلز ترکیب خارق‌ العاده‌ای از خواص دارد که آن را به‌ صورت ماده‌ای اساسی در صنایع الکتریکی درمی‌آورد، بعضی از این خواص عبارت‌ اند از هدایت الکتریکی زیاد، مقاومت به خوردگی، سادگی ساخت، استحکام تسلیم معقول، خواص تابکاری قابل کنترل و مشخصه‌ های لحیم‌کاری و اتصال. با وجود این انواع مختلف برنج و برنز که با فلزات دیگر می‌ سازد نیز خواص مفیدی دارند که موجب می‌شود مس آلیاژ شده در بیشتر کاربرد های مهندسی ضروری باشد.

تولید مس

مس (Copper) از دو منبع اساسی حاصل می‌شود: سنگ‌ های معدنی و قراضه مس. قسمت اعظم مس از سنگ معدن سولفیدی مس استخراج می‌شود، سنگ معدنی که از آن سولفید مس با روش‌ های مختلف کانه‌ آرایی تغلیظ می‌شود و محصولی به‌دست می‌آید که با سود دهی تصفیه شود. شکل زیر مراحل مختلف فرآیند های لازم را برای به‌ دست آوردن مس با درجه خلوص زیاد، از سنگ سولفید مس، نشان می‌دهد.

سولفید مس تغلیظ شده در کوره‌ای شعله‌ای ( شبیه به کوره زیمنس - مارتین فولاد سازی ) ذوب می‌شود تا مات، که مخلوطی از مس و سولفید آهن است و سرباره‌ ای که از مات جدا شده، حاصل می‌شود. سولفید مس موجود در مات با دمش هوا به داخل مات از طریق شیمیایی به مس جوشدار تبدیل می‌شود. در این فرآیند، سولفید آهن قبل از سولفید مس اکسید شده و به ‌صورت سرباره خارج می ‌شود. بنابراین دمش بیشتر، سولفید مس را به مس جوشدار تبدیل می‌کند، که مس عنصری همراه با ناخالصی ‌هاست. واکنش اکسایش سولفید مس عبارت است از :

در انتهای دمش کونورتور، مقداری مس به Cu₂O تبدیل می‌شود.

مس جوشدار، که در حدود 2% ناخالصی دارد، درکوره‌ای ریخته‌گری و با فرآیندی که ترکه‌کاری نامیده می‌شود تصفیه آتشی می‌شود. در این عملیات، اغلب ناخالصی‌ های مس اکسید شده و به ‌صورت سرباره خارج می‌شود، ولی همزمان مقداری مس نیز اکسید می‌شود. مس اکسید شده، مجدداً با کک یا چوب ذغال و تنه درختان سبز یا ترکه‌ هایی که در داخل فلز مذاب قرار می‌گیرد، به‌ صورت مس عنصری احیاء می‌شود. واکنش ذغال و چوب سبز در مس منجر به احیای Cu₂O به مس می‌شود. زمانی که مقدار Cu₂O به 0.5% برسد احیا متوقف می‌شود. بنابراین قطعات ریختگی سالم به‌ وجود می‌آید.

اگرچه این مس را، که مس صنعتی یا تصفیه ‌شده نامیده می‌شود، می‌توان در برخی موارد به‌ کار برد، بیشتر مس تصفیه‌ شده با آتش، مجدداً از طریق الکترولیتی تصفیه شده و مس تصفیه‌ شده (99.95% ETP) به‌ دست می‌آید. بالاخره، مس ذوب می‌شود و به شکل‌ هایی مثل شمش برای ذوب مجدد و مفتول و شمشال برای کاربرد های بعدی ریخته می‌شود. برای جلوگیری از اکسایش، مس کاتدی در اتمسفری احیا کننده ریخته‌ گری می‌شود تا مس بی‌ اکسیژن با هدایت الکتریکی زیاد به‌ دست آید.

طبقه بندی مس

مس بر اساس عناصر آلیاژی افزوده شده به آن ، به گروه های مختلفی تقسیم می شود . تقسیم بندی آلیاژهای مس بر مبنای سیستم‌های مجازی که جامعۀ توسعه مس (C.D.A) طراحی کرده است ، طبقه‌بندی می‌شوند . به طور کلی آلیاژهای مس به دو نوع برنج و برنز تقسیم بندی شده است . برنج شامل آلیاژ مس و روی بوده که برای بهتر کردن خواص فیزیکی ، شیمیایی و مکانیکی ممکن است عناصر دیگری به این مجموعه اضافه شوند . برنز شامل فلز مس به علاوه یکی از عناصر قلع ، منگنز ، آلومینیوم و یا فسفر می باشد که برنزها به نام آن عنصر شناخته می شوند . مثلاً برنز شامل مس و آلومینیوم به برنز آلومینیوم معروف است .

مس های کار شده

منابع و پیوندها