ربما كان النحاس هو أول معدن يستخدمه البشر. يعتقد أن الناس من العصر الحجري الحديث قد استخدموا كبديل للحجر بحلول عام 8000 قبل الميلاد. حوالي 4000 قبل الميلاد ، صب المصريون النحاس في قوالب. بحلول عام 3500 قبل الميلاد ، بدأ صنع السبائك به قصدير لإنتاج البرونز. لونه وردي معتم ولامع ولون وردي معدني على الأسطح المكسورة حديثًا ولكنه سرعان ما يتحول إلى اللون البني الباهت. البلورات غير شائعة ، ولكن عند تكوينها تكون إما مكعبة أو ثنائية السطوح ، وغالبًا ما يتم ترتيبها في مجاميع متفرعة. تم العثور على معظمها على شكل كتل غير منتظمة أو مسطحة أو متفرعة. إنه أحد المعادن القليلة التي تحدث في الشكل "الأصلي" دون أن يتم ربطها بعناصر أخرى. يبدو أن النحاس الأصلي هو معدن ثانوي ، نتيجة للتفاعل بين المحاليل الحاملة للنحاس والحديد المعادن.

الاسم: من cuprum اللاتيني ، بدوره من kyprios اليوناني ، قبرص ، من أي جزيرة تم إنتاج المعدن في وقت مبكر.

كيمياء: عادة بكميات قليلة من معادن أخرى.

جمعية: فضيكالكوسيت بورنيت, شعيرة دينية مقدسة, الملكيت, اللازورد معدن أزرقتينوريت حديد أكاسيد ، والعديد من المعادن الأخرى.

الخواص الكيميائية

النحاس عنصر كيميائي برمز Cu والرقم الذري 29. وهو معدن ناعم وقابل للطرق ولطيف وله موصلية حرارية وكهربائية عالية جدًا. فيما يلي بعض الخصائص الكيميائية الرئيسية للنحاس:

  1. العدد الذري: 29
  2. الوزن الذري: 63.55
  3. الكثافة: 8.96،XNUMX جم / سم مكعب
  4. نقطة الانصهار: 1,083 درجة مئوية (1,981 درجة فهرنهايت)
  5. نقطة الغليان: 2,562 درجة مئوية (4,644 درجة فهرنهايت)
  6. حالات الأكسدة: +1 ، +2
  7. الكهربية: 1.9
  8. طاقة التأين: 745.5 كيلوجول / مول
  9. الموصلية الحرارية: 401 واط / (م · كلفن)
  10. الموصلية الكهربائية: 59.6 × 10 ^ 6 ق / م

النحاس أيضًا شديد التفاعل مع بعض الأحماض وغير المعادن مثل الأكسجين و كبريت، وهذا هو سبب ظهور الزنجار الأخضر مع مرور الوقت عند تعرضه للهواء والرطوبة. هذا الزنجار هو في الواقع طبقة من كربونات النحاس تحمي المعدن الأساسي من المزيد من التآكل.

الخصائص الفيزيائية

لون أحمر على سطح طازج ، بني باهت على سطح ملطخ
خط أحمر نحاسي معدني
بريق معدني
انقسام بدون اضاءة
شفقة غير شفاف
موس صلابة 2.5 إلى 3
جاذبية معينة 8.9
خصائص التشخيص اللون ، اللمعان ، الثقل النوعي ، المرونة ، الليونة
نظام كريستال متساوي القياس
عناد مرن
كسر العظم هاكلي
كثافة 8.94 - 8.95 جم / سم 3 (مُقاس) 8.93 جم / سم 3 (محسوب)

الخواص البصرية

النحاس له بعض الاهتمام الخواص البصرية التي جعلته مفيدًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات. فيما يلي بعض خصائصه البصرية:

  1. اللون: يتميز النحاس بلونه البرتقالي المحمر المميز عندما يكون في حالته النقية ، ولكن يمكن أن يظهر أيضًا باللون البني أو الرمادي حسب تشطيب سطحه ووجود عناصر أو مركبات أخرى.
  2. اللمعان: يحتوي النحاس على بريق معدني لامع ، مما يعني أنه يعكس الضوء جيدًا ويبدو لامعًا.
  3. الشفافية: النحاس ليس شفافًا للضوء المرئي ، مما يعني أن الضوء لا يمكن أن يمر من خلاله.
  4. الانعكاسية: النحاس شديد الانعكاس ، مما يعني أنه ينعكس الضوء عن سطحه بشكل فعال للغاية. هذا يجعلها مفيدة في التطبيقات التي يكون فيها الانعكاس مرغوبًا ، كما هو الحال في المرايا.
  5. الموصلية الكهربائية: يعتبر النحاس موصلًا ممتازًا للكهرباء ، مما يجعله مفيدًا في الأسلاك الكهربائية والتطبيقات الأخرى التي تحتاج إلى توصيل الكهرباء بكفاءة.
  6. الموصلية الحرارية: يعتبر النحاس أيضًا موصلًا ممتازًا للحرارة ، مما يجعله مفيدًا في تطبيقات مثل أحواض الحرارة وأواني الطبخ.
  7. أطياف الامتصاص: للنحاس أطياف امتصاص مميزة في المناطق المرئية والأشعة تحت الحمراء ، والتي يمكن استخدامها لأغراض التحليل والكشف.

بشكل عام ، تجعل الخصائص البصرية للنحاس مادة متعددة الاستخدامات مفيدة في مجموعة متنوعة من التطبيقات.

تصنيف معادن النحاس

يمكن تصنيف معادن النحاس بناءً على تركيبها الكيميائي وهيكلها البلوري. تشمل بعض التصنيفات الشائعة ما يلي:

  1. النحاس الأصلي: النحاس الذي يحدث في شكله المعدني النقي ، وعادة ما يوجد على شكل شذرات أو أسلاك.
  2. الكبريتيدات: تشمل معادن كبريتيد النحاس الكالكوبرايت (CuFeS2) ، بورنيت (Cu5FeS4)، الكالكوسيت (Cu2S)، كوفيليت (CuS)، وإنارجيت (Cu3AsS4).
  3. الأكاسيد: تشمل معادن أكسيد النحاس الكوبريت (Cu2O) والتينوريت (CuO).
  4. الكربونات: تشمل معادن كربونات النحاس الملكيت (Cu2CO3 (OH) 2) و اللازورد معدن أزرق (Cu3 (CO3) 2 (OH) 2).
  5. السيليكات: تشمل معادن سيليكات النحاس الكريزوكولا (CuSiO3 · 2H2O) و dioptase (CuSiO2 (OH) 2).
  6. العناصر الأصلية: يمكن أن يحدث النحاس أيضًا في شكله المعدني النقي كتشجير أو هياكل شبيهة بالأسلاك.

يمكن العثور على هذه المعادن في مجموعة متنوعة من الأماكن الجيولوجية ، بما في ذلك النحاس السماقي الودائع، ورواسب كبريتيد ضخمة مستضافة من البراكين ، ورواسب النحاس المستضافة بالرواسب ، و سكارن الودائع.

معادن النحاس الشائعة وخصائصها

فيما يلي بعض معادن النحاس الشائعة وخصائصها:

  1. الكالكوبيريت: هذا هو معدن النحاس الأكثر شيوعًا ، وله الصيغة الكيميائية CuFeS2. يحتوي الكالكوبيريت على لون أصفر نحاسي وبريق معدني وصلابة 3.5-4 على مقياس موس. غالبًا ما توجد مع معادن الكبريتيد الأخرى.
  2. برانيت: يُعرف أيضًا باسم خام الطاووس نظرًا لتلوينه البنفسجي والأزرق القزحي ، ولديه الصيغة الكيميائية Cu5FeS4. صلابة 3 على مقياس موس وغالبًا ما توجد في الأوردة الحرارية المائية مع معادن النحاس الأخرى.
  3. الملكيت: هذا المعدن الأخضر له الصيغة الكيميائية Cu2CO3 (OH) 2 ويتكون من التجوية of خام النحاس الودائع. صلابة من 3.5-4 على مقياس موس وغالبًا ما تستخدم كحجر زخرفي.
  4. اللازورد معدن أزرق: هذا المعدن الأزرق له الصيغة الكيميائية Cu3 (CO3) 2 (OH) 2 ويتكون أيضًا من تجوية النحاس رواسب خام. صلابة من 3.5-4 على مقياس موس وغالبًا ما توجد في تركيبة مع الملكيت.
  5. الكوبريت: يحتوي هذا المعدن الأحمر على الصيغة الكيميائية Cu2O ويتكون من أكسدة كبريتيدات النحاس. صلابة من 3.5-4 على مقياس موس وغالبًا ما توجد بالاشتراك مع معادن النحاس الأخرى.
  6. الأقمار الصناعية: يحتوي هذا المعدن الأزرق والأسود على الصيغة الكيميائية CuS وغالبًا ما يوجد في الأوردة الحرارية المائية مع معادن الكبريتيد الأخرى. صلابة من 1.5-2.5 على مقياس موس.
  7. رباعي الأسطح: يحتوي هذا المعدن الرمادي والأسود على الصيغة الكيميائية Cu12Sb4S13 وغالبًا ما يوجد في الأوردة الحرارية المائية مع معادن الكبريتيد الأخرى. لديها صلابة 3-4 على مقياس موس.

هذه مجرد أمثلة قليلة على العديد من معادن النحاس الموجودة ، ويمكن أن تختلف خصائصها اعتمادًا على التركيب الكيميائي المحدد لها والسياق الجيولوجي.

العوامل المؤثرة على تمعدن النحاس

هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على تكوين وتركيز تمعدن النحاس ، بما في ذلك:

  1. الجيولوجيا: وجود مضيف مناسب الصخور والهياكل الجيولوجية المواتية ، مثل أخطاء أو الكسور ، يمكن أن توفر مسارات لسوائل تمعدن لتدفق وترسب المعادن النحاسية.
  2. الإعداد التكتوني: غالبًا ما يرتبط تمعدن النحاس بمناطق النشاط التكتوني ، مثل مناطق الاندساس ، حيث الصهارة و السوائل الحرارية المائية يمكن توليدها ونقلها إلى سطح الأرض.
  3. درجة الحرارة والضغط: يرتبط تمعدن النحاس بشكل عام بالنشاط الحراري المائي ، والذي يتأثر بظروف درجة الحرارة والضغط. يمكن لظروف درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي أن تسهل ترسب معادن النحاس.
  4. كيمياء الموائع: يمكن أن يؤثر التركيب الكيميائي لسوائل التمعدن ، بما في ذلك الأس الهيدروجيني وحالة الأكسدة وتركيز المعادن والروابط ، على قابلية ذوبان معادن النحاس وترسبها.
  5. الوقت: كلما طالت مدة نشاط نظام التمعدن ، زادت فرصة تراكم معادن النحاس وتشكيل رواسب مجدية اقتصاديًا.

طرق التنقيب عن معادن النحاس

عادة ما يتضمن التنقيب عن معادن النحاس مجموعة من التقنيات ، بما في ذلك رسم الخرائط الجيولوجية ، وأخذ العينات الجيوكيميائية ، والمسوحات الجيوفيزيائية ، والحفر.

يتضمن رسم الخرائط الجيولوجية فحصًا تفصيليًا ورسم خرائط للصخور السطحية والنتوءات لتحديد السمات الجيولوجية المرتبطة بتمعدن النحاس ، مثل تغيير المناطق والأوردة والبريشيا.

يتضمن أخذ العينات الجيوكيميائية جمع عينات الصخور والتربة والمياه وتحليلها للكشف عن التركيزات الشاذة للنحاس والعناصر الأخرى المرتبطة بالتمعدن.

تستخدم المسوحات الجيوفيزيائية طرقًا مختلفة ، بما في ذلك المسوحات المغناطيسية والجاذبية والكهرومغناطيسية ، لاكتشاف التغيرات في الخصائص الفيزيائية للصخور التي قد تشير إلى وجود تمعدن النحاس.

يستخدم الحفر لاختبار وتأكيد وجود ومدى تمعدن النحاس في العمق. داياموند يعتبر الحفر هو الطريقة الأكثر شيوعًا ، ولكن يمكن أيضًا استخدام طرق أخرى مثل الحفر الدوراني العكسي.

تستخدم تقنيات الاستكشاف الحديثة أيضًا تقنيات الاستشعار عن بعد ، مثل صور الأقمار الصناعية والتصوير الجوي ، للمساعدة في تحديد المناطق المحتملة لمزيد من الاستكشاف.

ظهور

يعتبر النحاس عنصرًا وفيرًا نسبيًا في القشرة الأرضية ، بتركيز يقدر بحوالي 50 جزءًا في المليون (جزء في المليون). يوجد في معادن مختلفة ، بما في ذلك الكالكوبيريت (CuFeS2) ، البورنيت (Cu5FeS4) ، الكالكوسيت (Cu2S) ، الكوبريت (Cu2O) ، الملكيت (Cu2CO3 (OH) 2) ، والأزوريت (Cu3 (CO3) 2 (OH) 2) ، من بين أمور أخرى.

تتكون رواسب النحاس عادة من خلال العمليات الحرارية المائية المرتبطة بالنشاط البركاني. تتضمن هذه العمليات تدوير السوائل الساخنة الغنية بالمعادن من خلال الكسور والفتحات الأخرى في الصخور المحيطة. عندما تبرد السوائل ، تترسب المعادن التي تحملها في الأوردة والكسور والسمات الهيكلية الأخرى.

يوجد النحاس أيضًا في صخور رسوبية وفي بعض الرواسب المرتبطة بالنشاط البركاني. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن العثور على النحاس بكميات ضئيلة في مياه البحر ، على الرغم من أن التركيز منخفض جدًا بحيث لا يكون مجديًا اقتصاديًا للتعدين.

الإعدادات الجيولوجية لتمعدن النحاس

يمكن أن يحدث تمعدن النحاس في مجموعة متنوعة من البيئات الجيولوجية ، ولكن أكثرها شيوعًا تشمل:

  1. رواسب النحاس السماقي: هذه هي أهم مصادر النحاس في العالم وترتبط بالنحاس الكبير والتدخل الصخور النارية. تتشكل رواسب النحاس السماقي في القشرة الضحلة (على عمق 1-6 كم) عندما ترتفع السوائل الغنية بالمعادن من غرف الصهارة المبردة وتواجه صخورًا أكثر برودة ، مما يتسبب في ترسب النحاس والمعادن الأخرى في الصخور المحيطة.
  2. رواسب النحاس المستضافة بالرواسب: توجد هذه الرواسب داخل الصخور الرسوبية التي ترسبت في البيئات البحرية أو البحيرية. عادة ما يرتبط النحاس بـ الطفل الصفحي, حجر رملي، وصخور الكربونات ، ويمكن أن تكون الرواسب طبقية (موازية للفراش) أو يتم التحكم فيها هيكليًا.
  3. كبريتيد ضخم بركاني (VMS) الودائع: عادة ما تكون رواسب صغيرة إلى متوسطة الحجم تتشكل في قاع البحر أو بالقرب منه في صخور بركانية أو رسوبية. تتميز بدرجات عالية من النحاس ، zinc, قيادة، وغيرها من المعادن ، وغالبًا ما ترتبط بالفتحات الحرارية المائية في قاع البحر.
  4. أسوار نحاسية: هؤلاء هم الرواسب الحرارية المائية التي تحدث في صخور الكربونات ، عادة بالقرب من تداخل الصخور الجرانيتية أو الديوريتية. رواسب سكارن تتميز عادةً بدرجات عالية من النحاس ، فضلاً عن كميات كبيرة من المعادن الأخرى مثل الذهب, فضيوالموليبدينوم.
  5. رواسب أكسيد النحاس: توجد هذه الرواسب عادة بالقرب من السطح وتتكون عن طريق التجوية وأكسدة معادن كبريتيد النحاس. تحدث عادةً في المناطق القاحلة أو شبه القاحلة ، حيث تتسرب معادن النحاس من الصخور بواسطة المياه الجوفية الحمضية وتتراكم في شكل معادن أكسيد النحاس.

هذه ليست سوى عدد قليل من الإعدادات الجيولوجية الأكثر شيوعًا لتمعدن النحاس ، وهناك العديد من الإعدادات الأخرى أيضًا.

أهمية معادن النحاس

تعتبر معادن النحاس مهمة لأنها المصدر الأساسي لمعدن النحاس ، وهو معدن صناعي قيم يستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات. يعتبر النحاس موصلًا ممتازًا للكهرباء ويستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكهربائية والإلكترونية للأسلاك والمحركات والمولدات وغيرها من المعدات. يستخدم النحاس أيضًا في أنظمة البناء والسباكة والتدفئة نظرًا لتوصيله الحراري العالي ومقاومته للتآكل. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم النحاس في إنتاج النحاس الأصفر والبرونز ، وهما من السبائك المهمة المستخدمة في تصنيع المنتجات المختلفة. يعتبر النحاس أيضًا عنصرًا غذائيًا أساسيًا لصحة الإنسان ، وله مجموعة من الأدوار البيولوجية في الجسم ، بما في ذلك تكوين خلايا الدم الحمراء والحفاظ على الأنسجة الضامة الصحية.

منطقة الاستخدامات

للنحاس مجموعة واسعة من الاستخدامات في مختلف الصناعات والتطبيقات نظرًا لما يتمتع به من موصلية كهربائية ممتازة ، وقابلية للتأقلم ، وليونة ، ومقاومة للتآكل. تشمل بعض المناطق الرئيسية التي يستخدم فيها النحاس ما يلي:

  1. الصناعة الكهربائية: النحاس معدن عالي التوصيل ويستخدم على نطاق واسع في الأسلاك الكهربائية وتوليد الطاقة ونقلها. كما أنها تستخدم في إنتاج المحركات والمحولات والمفاتيح الكهربائية وغيرها من المعدات الكهربائية.
  2. صناعة البناء: يستخدم النحاس في أعمال السباكة ، والسقوف ، والكسوة نظرًا لمقاومته للتآكل والمتانة. كما أنها تستخدم في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.
  3. صناعة السيارات: يستخدم النحاس في إنتاج المشعات والمبادلات الحرارية والأسلاك الكهربائية.
  4. صناعة الإلكترونيات: يستخدم النحاس في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة وشرائح الكمبيوتر والمكونات الإلكترونية الأخرى.
  5. الصناعة الطبية: يستخدم النحاس في المعدات الطبية ، مثل أجهزة الأشعة السينية ، بسبب التوصيل الكهربائي الممتاز والقدرة الإشعاعية.
  6. العملات المعدنية: يستخدم النحاس في إنتاج العملات بسبب متانته ومقاومته للتآكل.
  7. التطبيقات الزخرفية: يستخدم النحاس في المجوهرات والمنحوتات والتطبيقات الزخرفية الأخرى بسبب لونه البني المحمر الجذاب وقابليته للتطويع.
  8. خصائص مضادة للميكروبات: يتمتع النحاس بخصائص طبيعية مضادة للميكروبات ويستخدم في إنتاج معدات المستشفيات ومقابض الأبواب والأسطح الأخرى عالية اللمس لتقليل انتشار العدوى.

بشكل عام ، يعتبر النحاس معدنًا متعدد الاستخدامات وله مجموعة واسعة من الاستخدامات في مختلف الصناعات والتطبيقات.

التوزيع العالمي لمعادن النحاس

تم العثور على معادن النحاس في أجزاء كثيرة من العالم ، وإنتاج النحاس هو صناعة رئيسية في العديد من البلدان. تشمل الدول الأكثر إنتاجًا للنحاس في العالم تشيلي ، وبيرو ، والصين ، والولايات المتحدة ، وأستراليا ، وجمهورية الكونغو الديمقراطية ، وزامبيا ، وروسيا ، وكندا.

تشيلي هي أكبر منتج للنحاس في العالم ، حيث تمثل حوالي 28٪ من إنتاج النحاس العالمي في عام 2020. تعد بيرو ثاني أكبر منتج للنحاس ، تليها الصين والولايات المتحدة. تشمل الدول الأخرى المنتجة للنحاس إندونيسيا والمكسيك وكازاخستان وبولندا.

توجد معادن النحاس عادةً بالاشتراك مع معادن أخرى مثل الذهب والفضة والرصاص والزنك ، وغالبًا ما يتم استخلاصها كمنتجات ثانوية لهذه المعادن الأخرى. بعض أهم النحاس الرواسب المعدنية في العالم تشمل منجم Chuquicamata ومنجم Escondida في تشيلي ومنجم Grasberg في إندونيسيا ومنجم السد الأولمبي في أستراليا.

  • في الولايات المتحدة ، ككتل كبيرة بشكل ملحوظ وبلورات كبيرة وممتازة في رواسب شبه جزيرة Keweenaw ، Keweenaw و Houghton Cos. ، ميشيغان ؛ في عدة رواسب البورفير في ولاية أريزونا بما في ذلك تلك الموجودة في منجم نيو كورنيليا ، آجو ، شركة بيما ؛ ملكة النحاس وغيرها من المناجم في Bisbee ، Cochise Co. ؛ وفي Ray، Gila Co. بالمثل في منجم تشينو في سانتا ريتا ، شركة جرانت ، نيو مكسيكو.
  • في ناميبيا ، في منجم أونجانجا ، على بعد 60 كم شمال شرق ويندهوك ، وفي تسوميب.
  • بلورات كبيرة من منجم تورينسك ، بوغوسلوفسك ، جبال الأورال ، روسيا.
  • في ألمانيا ، في Rheinbreitbach ، شمال الراين وستفاليا ، ومنجم فريدريشسيغن ، بالقرب من Bad Ems ، راينلاند بالاتينات.
  • في عينات جيدة من العديد من المناجم في كورنوال ، إنجلترا.
  • في أستراليا ، في بروكن هيل ، نيو ساوث ويلز.
  • في تشيلي ، عند Andacolla ، بالقرب من Coquimbo. من بوليفيا في كوروكورو.

اتجاهات الطلب والإنتاج على النحاس

النحاس معدن يستخدم على نطاق واسع مع مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك الأسلاك الكهربائية ، والسباكة ، والبناء ، والإلكترونيات. نتيجة لذلك ، يتأثر الطلب العالمي على النحاس بشدة بالاتجاهات السائدة في هذه الصناعات.

على مدى العقود العديدة الماضية ، زاد الطلب على النحاس بشكل مطرد بسبب الاستخدام المتزايد للأجهزة الإلكترونية ، وتطوير البنية التحتية في الاقتصادات الناشئة ، وكهربة النقل. وفقًا لمجموعة دراسة النحاس الدولية (ICSG) ، نما الاستهلاك العالمي للنحاس بمعدل سنوي متوسط ​​قدره 3.4٪ بين عامي 2000 و 2019.

كما زاد إنتاج النحاس لتلبية هذا الطلب المتزايد. أكبر منتجي النحاس هم تشيلي وبيرو والصين والولايات المتحدة وجمهورية الكونغو الديمقراطية. في عام 2020 ، قدر إنتاج منجم النحاس العالمي بحوالي 20 مليون طن متري.

ومع ذلك ، يمكن أن يتأثر إنتاج النحاس بعوامل مختلفة ، مثل الكوارث الطبيعية ، والإضرابات العمالية ، والتقلبات في أسعار السلع. على سبيل المثال ، أدى جائحة COVID-19 في عام 2020 إلى انخفاض مؤقت في إنتاج النحاس بسبب إغلاق المناجم وتعطل سلسلة التوريد.

بشكل عام ، من المتوقع أن يستمر الطلب على النحاس في الزيادة في السنوات القادمة ، مدفوعًا بنمو الطاقة المتجددة ، والسيارات الكهربائية ، وتطبيقات التكنولوجيا الفائقة الأخرى.

مراجع حسابات

بونويتز ، ر. (2012). الصخور والمعادن. الطبعة الثانية. لندن: DK Publishing.
Handbookofmineralogy.org. (2019). كتيب علم المعادن. [عبر الإنترنت] متوفر على: http://www.handbookofmineralogy.org [تم الوصول إليه في 4 مارس 2019].
Mindat.org. (2019). النحاس: المعلومات والبيانات المعدنية والمحليات.
متاح على: https: // www.Mindat.org/min-727.html [تم الدخول في 4 مارس 2019].