Osnovno znanje o bakru
Baker je najzgodnejša kovina, ki so jo ljudje uporabljali. Že v prazgodovini so ljudje začeli kopati odprte-rudnike bakra in baker, ki so ga pridobili, uporabljati za izdelavo orožja, orodja in drugih pripomočkov. Uporaba bakra ima velik vpliv na napredek zgodnje človeške civilizacije. Baker je kovina, ki obstaja v zemeljski skorji in oceanu. Vsebnost bakra v zemeljski skorji je približno 0,01%, v nekaterih nahajališčih bakra pa lahko vsebnost bakra doseže 3-5%. Večina bakra v naravi obstaja v obliki spojin, in sicer bakrovih mineralov. Bakrovi minerali se združujejo z drugimi minerali in tvorijo bakrovo rudo. Izkopana bakrova ruda po obogatenju postane bakrov koncentrat z visoko vsebnostjo bakra.
1. Lastnosti
Baker ima dobre fizikalne in kemijske lastnosti, kot so električna prevodnost, toplotna prevodnost, odpornost proti koroziji in duktilnost. Električna prevodnost in toplotna prevodnost sta takoj za srebrom. Čisti baker je mogoče vlečeti v zelo fine bakrene žice in narediti zelo tanko bakreno folijo. Svež presek čistega bakra je rožnato rdeč, ko pa se na površini oblikuje film bakrovega oksida, je videz vijolično-rdeč, zato ga pogosto imenujemo rdeči baker.
Poleg čistega bakra lahko baker kombiniramo s kositrom, cinkom, nikljem in drugimi kovinami, da tvorimo zlitine z različnimi lastnostmi, in sicer bron, medenino in beli baker.
Dodajanje cinka čistemu bakru (99,99%) se imenuje medenina. Na primer, navadne medeninaste cevi z 80% bakra in 20% cinka se uporabljajo v kondenzatorjih elektrarn in avtomobilskih radiatorjih; dodajanje niklja imenujemo beli baker, ostali pa bron. Razen cinka in niklja se vse zlitine bakra z drugimi kovinskimi elementi imenujejo bron. Imenujejo se kateri elementi so dodani. Najpomembnejši bron sta kositrno-fosforjev bron in berilijev bron. Na primer, kositrni bron ima zelo dolgo zgodovino uporabe v moji državi in se uporablja za ulivanje zvonov, stojal, glasbil in daritvenih pripomočkov. Kositrni bron se lahko uporablja tudi kot ležaji, puše in obrabno-odporni deli.
Za razliko od prevodnosti čistega bakra je mogoče s pomočjo zlitin močno izboljšati trdnost in odpornost proti koroziji bakra. Nekatere od teh zlitin so-odporne proti obrabi in imajo dobre lastnosti litja, medtem ko imajo druge dobre mehanske lastnosti in odpornost proti koroziji.
2. Uporabe
Zaradi zgoraj-omenjenih odličnih lastnosti ima baker širok spekter uporabe v industriji. Vključno z elektroindustrijo, proizvodnjo strojev, transportom, gradbeništvom in drugimi vidiki. Trenutno se baker uporablja predvsem na področju električne in elektronske industrije za proizvodnjo žic, komunikacijskih kablov in drugih končnih izdelkov, kot so motorji, rotorji generatorjev ter elektronski instrumenti in števci itd. Ta del porabe predstavlja približno polovico celotnega industrijskega povpraševanja. Baker in bakrove zlitine zavzemajo pomembno mesto v računalniških čipih, integriranih vezjih, tranzistorjih, tiskanih vezjih in drugi opremi ter napravah. Na primer, tranzistorski vodi uporabljajo visoko prevodne in visoko toplotno prevodne krom-cirkonijeve bakrove zlitine. Pred kratkim je IBM, mednarodno priznano računalniško podjetje, sprejelo baker za zamenjavo aluminija v silicijevih čipih, kar pomeni najnovejši preboj pri uporabi najstarejše kovine človeštva v tehnologiji polprevodnikov.
Sredi osemdesetih let prejšnjega stoletja je elektroindustrija predstavljala največji delež porabe rafiniranega bakra v ZDA, na Japonskem in v zahodnoevropskih državah, Kitajska pa ni bila izjema.
Od devetdesetih let prejšnjega stoletja se je uporaba bakra za cevi v gradbeništvu dramatično povečala in postala največji porabnik bakra v tujini. Glede na poročilo, ki ga je objavilo združenje za razvoj bakra (CDA) v New Yorku: leta 1997 je bila gradbena industrija še vedno največji trg končne{3}}porabe bakrenih izdelkov v Združenih državah. Gradbena industrija pogosto uporablja odpornost bakra proti koroziji za izdelavo vodovodnih cevi, streh in drugih naprav za oskrbo z vodo in odvodnjavanje. Poleg tega se zaradi lepega videza uporablja tudi pri dekoraciji stavb. Uporaba bakra v gradbeništvu predstavlja prvo mesto v skupni porabi bakrenih izdelkov v ZDA. Glede na notranjo statistiko skupine China Nonferrous Metals Group je leta 1997 električna industrija (vključno z žicami in kabli) predstavljala 77,7 % porabe bakra v moji državi in tako postala največji trg za baker. S hitrim razvojem znanosti in tehnologije se obseg uporabe bakra širi in baker je začel igrati vlogo v medicini, biologiji, superprevodnosti in okolju. Na primer, če poliuretanska plastična pena vsebuje baker ali bakrov oksid, lahko močno zmanjša smrtonosne strupene pline, ki se sproščajo, ko ta plastika zgori - vodikov cianid (HCN). Veliko raziskovalnih podatkov dokazuje, da lahko baktericidni učinek bakra učinkovito zmanjša širjenje bakterij pljučnice, zavira rast bakterij in ohranja pitno vodo čisto in higiensko. Zato bodo prihodnje možnosti za razvoj bakrenih cevi v domači gradbeni industriji zelo široke.
3. Zaloge bakra:
Industrijski tipi rudnikov bakra na svetu so razdeljeni v devet kategorij: tip porfirja, tip peščenjakovega skrilavca, tip bakrovega-nikljevega sulfida, tip pirita, tip bakrovega-urana-zlata, tip naravnega bakra, tip žile, tip karbonata in tip skarna. Prve štiri kategorije so najpomembnejše, saj predstavljajo 96 % vseh svetovnih zalog bakra, od tega rudniki skrilavca porfirja in peščenjaka predstavljajo 55 % oziroma 29 %. Na svetu je okoli 60 velikanskih rudnikov bakra z zalogami bakra več kot 5 milijonov ton, od tega 38 rudnikov porfirja in 15 rudnikov peščenjakovega skrilavca, kar predstavlja 88 % skupnih velikanskih rudnikov bakra. Na Kitajskem je na voljo zelo malo virov bakrovega koncentrata za rudarjenje. Trenutno so glavni rudniki bakra rudnik bakra Dexing v Jiangxiju, rudnik bakra Yulong v Tibetu, rudnik bakra Yulong in nedavno odkriti rudnik bakra Ashele v Xinjiangu. 4. Postopek taljenja bakra Bakrena ruda, pridobljena iz rudnika bakra, po obogatenju postane bakrov koncentrat ali pesek iz bakrove rude z višjo vsebnostjo bakra. Bakrov koncentrat je treba stopiti in ekstrahirati, preden lahko postane rafiniran baker in bakreni izdelki. Trenutno obstajata dva glavna načina taljenja bakra na svetu: pirometalurgija in hidrometalurgija (SX-EX) 1. Ognjena metoda:
Katodni baker, znan tudi kot elektrolitski baker, se proizvaja s taljenjem in elektrolitskim rafiniranjem, ki je na splošno primerno za visoko-stopenjske bakrove sulfidne rude.
Poleg bakrovega koncentrata je odpadni baker ena glavnih surovin za rafiniran baker, vključno s starim odpadnim bakrom in novim odpadnim bakrom. Stari odpadni baker prihaja iz stare opreme in
stari stroji, zapuščene zgradbe in podzemne cevi; nov odpadni baker prihaja iz bakrenih ostankov, ki jih zavržejo predelovalni obrati (razmerje proizvodnje bakrenih materialov je približno 50 %). Na splošno je dobava odpadnega bakra razmeroma stabilna. Odpadni baker lahko razdelimo na: goli odpadni baker: stopnja nad 90 %; rumeni odpadni baker (žica): baker-vsebujoči materiali (stari motorji, vezja);
Baker, proizveden iz odpadnega bakra in drugih podobnih materialov, se imenuje tudi reciklirani baker.
2. Mokra metoda:
Ladja je primerna za bakrov oksid nizke-stopnje, proizvedeni rafinirani baker pa se imenuje elektrolitski baker.
Postopek mokrega taljenja je:
3. Značilnosti dveh procesov pirometalurgije in hidrometalurgije
Če primerjamo dva procesa proizvodnje bakra, pirometalurgijo in hidrometalurgijo, obstajajo naslednje značilnosti:
(1) Oprema za taljenje slednjega je enostavnejša, vendar je vsebnost nečistoč višja, kar je koristen dodatek k prvemu.
(2) Slednji ima omejitve in je odvisen od kakovosti in vrste rude.
(3) Cena prvega je približno 70–80 centov/funt (približno 1540–1760 ameriških dolarjev/tono), medtem ko je strošek drugega le 30–40 centov/funt (približno 660–880 ameriških dolarjev/tono).
Vidimo lahko, da ima hidrometalurška tehnologija precejšnje prednosti, vendar je njen obseg uporabe omejen. S tem postopkom ni mogoče taliti vseh rudnikov bakra. Vendar pa je zaradi tehnoloških izboljšav vse več držav, vključno z Združenimi državami, Čilom, Kanado, Avstralijo, Mehiko in Perujem, v zadnjih letih uporabilo ta postopek v več rudnikih bakra. Izboljšanje hidrometalurške tehnologije in spodbujanje njene uporabe sta zmanjšala proizvodne stroške bakra, povečala proizvodno zmogljivost rudnikov bakra, kratkoročno povečala ponudbo družbenih virov, povzročila relativni presežek skupne družbene ponudbe in imela vlečni učinek na cene. Leta 1997 je terminska cena bakra padla z najvišje vrednosti 2600 ameriških dolarjev na tono leta 1996 na približno 1600 ameriških dolarjev na tono novembra 1998. To je neposredno povezano z dejstvom, da se je delež hidrometalurškega postopka močno povečal, zaradi česar je bila na trg dana velika količina nizkocenovnega{11}}bakra. Ker so trenutno povprečni proizvodni stroški bakra med 1400 in 1600 ameriškimi dolarji na tono (64-73 centov na funt), je padec terminskih cen razumna vrnitev cen na vrednost. Ker se njegov delež v procesu taljenja še naprej povečuje, bo trend cen bakra vedno bolj prizadet. Po poročilih je trenutni najnižji strošek hidrometalurškega taljenja bakra le 20 centov na funt (kar ustreza 450 ameriškim dolarjem na tono), najvišji je 77 centov na funt (kar ustreza 1697,5 ameriških dolarjev na tono), povprečje pa je približno manj kot 50 centov na funt (kar ustreza 1100 ameriškim dolarjem na tono). Poudariti je treba, da so leta 1995 povprečni proizvodni stroški mokrega taljenja bakra znašali le 39 centov na funt. V zadnjem času so se povprečni proizvodni stroški mokrega taljenja bakra povečali, predvsem zato, ker je bil postopek mokrega taljenja bakra razširjen na obdelavo mineralov bakrovega sulfida. Postopek mokrega taljenja bakra je primernejši za obdelavo mineralov bakrovega oksida in slabih rud, medtem ko je pri obdelavi sulfidnih mineralov in bogatejših rud ali ko je rudnik na hladnem območju višji tudi proizvodni strošek tehnologije mokrega taljenja bakra, večinoma nad 50 centov na funt. Kitajska je začela preučevati tehnologijo pridobivanja bakra iz nizko kakovostnih bakrovih rud v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Leta 1983 je bila postavljena prva mokra talilnica bakra z letno proizvodnjo 120 ton. Nedavno je bilo zaradi uvedbe odličnih tujih ekstraktorjev bakra in razvoja lokalne industrije bakra zgrajenih na desetine majhnih mokrih talilnic, ki segajo od nekaj sto do 2000 ton, vendar je letna proizvodnja bakra le 15.000 ton, kar še zdaleč ni dovolj v primerjavi z letno proizvodnjo 1 milijona ton rafiniranega bakra v moji državi. Trenutno so proizvodni stroški bakra v moji državi približno 18.500 juanov, kar je veliko več od svetovnega povprečja, ki znaša 1.477 ameriških dolarjev (67 centov). V obdobju "95" sta Državna komisija za načrtovanje in China Nonferrous Metals Industry Corporation navedla hidrometalurški projekt kot ključni raziskovalni projekt in zgradila več predstavitvenih tovarn v rudniku bakra Dexing, rudniku bakra Yulong, rudniku bakra Daye Tonglushan in drugih krajih. Po več letih trdega dela se ocenjuje, da se bo hidrometalurška tehnologija moje države do konca tega stoletja močno razvila, letna proizvodna zmogljivost pa naj bi dosegla več kot 50.000 ton. Po statističnih podatkih je proizvodnja rafiniranega bakra iz hidrometalurškega taljenja bakra leta 1980 predstavljala 2,5 % svetovne proizvodnje rafiniranega bakra, delež pa se je povečal na 10 % leta 1994 in 18 % leta 1997. Pričakuje se, da se bo delež hidrometalurške proizvodnje bakra sčasoma povečal na 25-35 %.
