نظرة عامة من الشركة المصنعة لصناعة الكابلات

اليوم، سوف نستكشفنحاس، المادة الأساسية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في صناعة الأسلاك والكابلات.

I. أساسيات النحاس

يعد النحاس من أقدم المعادن التي استخدمتها البشرية. في عصور ما قبل التاريخ، كان الناس يستخرجون رواسب النحاس في حفرة مفتوحة لإنتاج الأسلحة والأدوات والسفن. كان لاستخدام النحاس تأثير عميق على تقدم الحضارة الإنسانية المبكرة.

يوجد النحاس بشكل طبيعي في القشرة الأرضية والمحيطات. ويبلغ متوسط ​​وفرة القشرة الأرضية حوالي0.01%بينما في بعض رواسب خام النحاس يمكن أن تصل التركيزات إلى3-5%. في الطبيعة، يوجد النحاس غالبًا في شكل مركب مثل خامات النحاس. يتم تجميع هذه الخامات مع معادن أخرى، ثم يتم استخراجها وتركيزهامركزات النحاسمع نسبة عالية من النحاس.

1. الخصائص

يمتلك النحاس خصائص فيزيائية وكيميائية ممتازة، بما في ذلك الموصلية الكهربائية العالية، والتوصيل الحراري، ومقاومة التآكل، والليونة.

يحتل النحاس النقي المرتبة الثانية بعد الفضة في التوصيل الكهربائي والحراري. يمكن سحبها إلى أسلاك رفيعة للغاية أو لفها إلى رقائق رقيقة. يظهر النحاس النقي المكسور حديثًاوردة حمراء، ولكنه يشكل طبقة أكسيد أرجوانية محمرة على سطحه، ومن هنا يطلق عليه عادةالنحاس الأحمر​ (النحاس الأرجواني).

بالإضافة إلى النحاس النقي، يمكن خلط النحاس مع القصدير أو الزنك أو النيكل لإنشاء سبائك ذات خصائص مميزة:

تعمل صناعة السبائك على تعزيز القوة ومقاومة التآكل بشكل كبير مقارنة بالنحاس النقي. توفر بعض السبائك أيضًا مقاومة فائقة للتآكل أو أداء صب.

2. التطبيقات

نظرًا لخصائصه المتميزة، يُستخدم النحاس على نطاق واسع في الصناعات، بما في ذلك الصناعات الكهربائية والآلات والنقل والبناء.

• الأجهزة الكهربائية والإلكترونية (≈ 50% من الطلب الصناعي):​

  تصنيع كابلات الكهرباء وكابلات الاتصالات والمحركات والمولدات والدوارات والأجهزة الإلكترونية والعدادات. يلعب النحاس وسبائك النحاس دورًا حيويًا في رقائق الكمبيوتر، والدوائر المتكاملة، والترانزستورات، ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. على سبيل المثال، يتم استخدام سبائك النحاس الكروم والزركونيوم لوصلات الترانزستور بسبب الموصلية العالية والمقاومة للحرارة. كان اعتماد شركة IBM للنحاس بدلاً من الألومنيوم في رقائق السيليكون بمثابة تقدم كبير في تعدين أشباه الموصلات.

• بناء:​

  وفي الولايات المتحدة واليابان وأوروبا الغربية منذ منتصف الثمانينات، كان قطاع الكهرباء أكبر مستهلك للنحاس المكرر - وقد اتبعت الصين اتجاها مماثلا. ومع ذلك، بعد التسعينيات، تحول الاستهلاك الخارجي بشكل كبير نحو خدمات البناء. وفقا لجمعية تنمية النحاس (CDA)، ظل البناء أكبر سوق للاستخدام النهائي لمنتجات النحاس في الولايات المتحدة في عام 1997. إن مقاومة النحاس للتآكل تجعله مثاليا لأنابيب المياه، والأسقف، وأنظمة الصرف الصحي، في حين أن جاذبيته الجمالية تدعم الديكور المعماري. يمثل البناء الحصة الأكبر من استهلاك النحاس في الولايات المتحدة

• المجالات الناشئة:​

  مع التقدم التكنولوجي، تمتد تطبيقات النحاس الآن إلى الطب، وعلم الأحياء، والموصلية الفائقة، وحماية البيئة. على سبيل المثال، تقلل رغوة البولي يوريثان التي تحتوي على النحاس أو أكسيد النحاس بشكل كبير من إطلاق سيانيد الهيدروجين السام (HCN) أثناء الاحتراق. تؤكد العديد من الدراسات أن خصائص النحاس المبيدة للجراثيم تساعد في تقليل انتشار البكتيريا المسببة للالتهاب الرئوي، وتمنع نمو البكتيريا، وتحافظ على نظافة مياه الشرب. ونتيجة لذلك، تظل آفاق استخدام الأنابيب النحاسية في البناء المحلي واعدة للغاية.

ثانيا. احتياطيات النحاس العالمية

موارد النحاس وفيرة في جميع أنحاء العالم. وفقا لمكتب المناجم الأمريكي (1995)، بلغ احتياطي النحاس العالمي310 مليون طن، مع قاعدة احتياطية من590 مليون طن. تمتلك شيلي والولايات المتحدة أكبر الاحتياطيات، وهو ما يمثل23.7%و15.3%من قاعدة الاحتياطيات العالمية على التوالي، تليها بولندا، وزامبيا، وروسيا، وزائير، والبيرو، وكندا، وأستراليا.

هناك تسعة أنواع صناعية رئيسية من رواسب النحاس:

1. الرخام السماقي

2. الحجر الرملي / الصخر الزيتي مستضاف

3. كبريتيد النحاس والنيكل

4. من نوع البيريت

5. نوع Cu-U-Au

6. النحاس الأصلي

7. نوع الوريد

8. نوع كربونات

9. نوع سكارن

الأنواع الأربعة الأولى هي المهيمنة، والتي تمثل96%من الاحتياطيات العالمية، بما في ذلك رواسب الحجر السماقي والحجر الرملي/الصخر الزيتي55%و29%على التوالي. تقريبًا60 منجم نحاس عملاق​ (كل > 5 ملايين طن نحاس) موجودة عالميًا، بما في ذلك 38 نوعًا من الحجر السماقي و15 نوعًا من الصخر الزيتي، وتشكل معًا88%من الودائع العملاقة.

تعتبر موارد تركيز النحاس القابلة للاسترداد في الصين محدودة نسبيًا. تشمل المناجم المحلية الرئيسية ما يلي:

• منجم ديكسينغ للنحاس (جيانغشي)

• منجم يولونغ للنحاس (التبت)

• منجم أشيلي للنحاس (شينجيانغ)

ثالثا. عمليات صهر النحاس

تتركز خامات النحاس المستخرجة من الأرضمركزات النحاسأو خامات عالية الجودة قبل صهرها في النحاس المكرر والمنتجات النهائية.

هناك طريقتان أساسيتان للصهر تهيمنان على مستوى العالم:

1. معالجة المعادن الحرارية (تكرير النار)

• ينتجالنحاس الكاثود(النحاس كهربائيا) عن طريق الصهر والتكرير كهربائيا.

• مناسبة لخامات الكبريتيد عالية الجودة.

• يعد النحاس الخردة من المواد الخام الرئيسية الأخرى، ويتم تصنيفه على النحو التالي:

  • الخردة القديمة:​ من المعدات القديمة والمباني وخطوط الأنابيب تحت الأرض.

  • خردة جديدة:​ من مخلفات التصنيع (~50% من إنتاج النحاس).

• تصنيف الخردة:

  • النحاس المختلط العاري:> نقاء 90٪

  • خردة النحاس / الأسلاك:يحتوي على مواد نحاسية (المحركات، مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور)

  • النحاس الثانوي:يتم إنتاجها من الخردة والمواد المماثلة

2. معالجة المعادن بالمياه (SX-EW)

• مناسبة للخامات المؤكسدة منخفضة الدرجة.

• ينتجالنحاس اليكتروون(كاثود النحاس عن طريق الاستخلاص بالمذيبات – الاستخلاص الكهربائي).

3. مقارنة علم المعادن الحراري والمائي

توفر معالجة المعادن بالمياه مزايا كبيرة من حيث التكلفة ولكنها محدودة التطبيق. ليست كل خامات النحاس مناسبة. ومع ذلك، فإن التحسينات التكنولوجية منذ التسعينيات مكنت من اعتمادها على نطاق أوسع في الولايات المتحدة وتشيلي وكندا وأستراليا والمكسيك وبيرو. أدى هذا التوسع إلى زيادة إمدادات النحاس العالمية، مما ساهم في انخفاض الأسعار من الذروة التي بلغتها في عام 19962,600/ر∗∗رسأريال عمانيشند∗∗1,600/طنفي أواخر عام 1998.

كان متوسط ​​تكاليف الإنتاج في أواخر التسعينيات1,400–1,600/طن​ (64-73 ¢/رطل). وكانت أدنى تكلفة مسجلة للمعادن المائية20 سنت/رطل​ (450/ر),ثأنارهناءضدإيهأزهبهلسث∗∗50 سنت/لب∗∗(1,100/طن). ترتفع التكاليف إلى أكثر من 50 سنتًا للرطل عند معالجة خامات الكبريتيد أو الخامات عالية الجودة أو التشغيل في المناخات الباردة.

التنمية الهيدروميتالورجية في الصين

منذ سبعينيات القرن الماضي، أجرت الصين أبحاثًا حول استخراج النحاس من الخامات منخفضة الجودة. تم بناء أول مصنع للمعادن المائية (120 طنًا سنويًا) في عام 1983. وفي العقود الأخيرة، ظهرت العشرات من المصانع الصغيرة (السعة: مئات إلى 2000 طن)، ومع ذلك يظل الإنتاج الإجمالي حوالي 15000 طن سنويًا فقط - وهو ما لا يكفي مقارنة بإنتاج الصين من النحاس المكرر الذي يبلغ حوالي مليون طن سنويًا. تكاليف إنتاج النحاس المحلي (~ 18,500 ين ياباني/طن) تتجاوز بكثير المتوسط ​​العالمي (~ 1,477 دولارًا أمريكيًا/طن أو 67 سنتًا/رطل). خلالالخطة الخمسية التاسعة، تم تحديد تعدين المعادن كأولوية وطنية، مع إنشاء مصانع تجريبية في مناجم ديكسينغ، ويولونغ، وتونغلوشان. وبحلول عام 2000، كان من المتوقع أن تتجاوز قدرة الصين في مجال استخراج المعادن50,000 طن/سنة.

على الصعيد العالمي، ارتفع النحاس المكرر من المعادن المائية2.5%(1980) إلى10%(1994) و18%(1997)، مع توقعات تشير إلى حصص نهائية من25-35%.

رابعا. الاختلافات بين قضبان النحاس الخالية من الأكسجين وقضبان النحاس منخفضة الأكسجين

1. امتصاص الأكسجين / الامتزاز وحالة الوجود

• يحتوي النحاس الكاثود عادة على10-50 جزء في المليون من الأكسجين; الذوبان الصلب في درجة حرارة الغرفة هو ~ 2 جزء في المليون.

• قضبان النحاس منخفضة الأكسجين:200-400 جزء في المليون من الأكسجين (أحيانًا ما يصل إلى 450 جزء في المليون)، يتم امتصاصه في الحالة السائلة.

• قضيب نحاسي خالي من الأكسجين مصبوب للأعلى:عادة أقل من 10-50 جزء في المليون من الأكسجين، وأحيانًا يصل إلى 10-50 جزء في المليون من الأكسجين1-2 جزء في المليون.

يترسب الأكسجين كماالنحاسOعند حدود الحبوب في النحاس منخفض الأكسجين، مما يؤثر سلبًا على المتانة. يُظهر النحاس الخالي من الأكسجين بنية متجانسة أحادية الطور مع شوائب أقل وتقريبًا لا تحتوي على مسام، في حين أن المسامية شائعة في القضبان منخفضة الأكسجين.

2. البنية المجهرية: المدرفلة على الساخن مقابل المصبوب

• قضيب منخفض الأكسجين: هيكل مدرفل على الساخن → إعادة بلورته (8 مم)، تشعبات مصبوبة مكسورة.

• قضيب خالٍ من الأكسجين: يتطلب حبيبات مصبوبة خشنة، يصل حجمها في بعض الأحيان إلى عدة مم ← منطقة حدود أصغر للحبوب ←ارتفاع درجات حرارة الصلب.

للتليين الناجح، يجب أن يكون التلدين الأول بعد الرسمأعلى بنسبة 10-15%في الطاقة مقارنة بقضيب الأكسجين المنخفض في ظل ظروف مماثلة. يتطلب السحب المستمر اللاحق هامش التلدين الكافي لضمان نعومة المنتج النهائي.

3. الشوائب، وتقلب الأكسجين، وأكاسيد السطح، والعيوب المتداول

يظهر النحاس الخالي من الأكسجين بشكل عام:

• عدد أقل من الادراج

• محتوى الأكسجين مستقر

• لا توجد عيوب الدرفلة الساخنة

• أفلام أكسيد السطح رقيقة مثل≥15 أنجستروم

في المقابل، قد تعاني القضبان منخفضة الأكسجين من الأكاسيد الموجودة تحت السطح والتي تتشكل أثناء الصب والدحرجة، مما يؤدي إلى كسر الأسلاك. وللتخفيف من ذلك، يلجأ بعض المنتجين إلىتقشيرأو حتىتقشير مزدوجالقضيب.

4. المتانة

يمكن سحب كلا القضيبين إلى0.015 ملم، ولكن قد يصل التباعد بين خيوط الأسلاك فائقة التوصيل إلى حد كبير0.001 ملمحيث يتفوق النحاس الخالي من الأكسجين.

5. الاعتبارات الاقتصادية

يتطلب النحاس الخالي من الأكسجين مواد خام عالية الجودة. لأقطار الأسلاك> 1 مم، قضيب الأكسجين المنخفض أكثر اقتصادا؛ بالنسبة للأسلاك الدقيقة، يتمتع القضيب الخالي من الأكسجين بالميزة.

6. معالجة الاختلافات

لا يمكن أن تكون عمليات السحب والتليين متطابقة. تعتمد نعومة الأسلاك على معلمات التركيب وتصنيع القضبان والرسم والتليين—ولا يعتبر أي من النوعين "أكثر ليونة" على مستوى العالم.

خامساً: تحديد المواد النحاسية للكابلات

يواجه سوق الكابلات تحديات في التمييز بين النحاس الأصلي والمنتجات المقلدة، على وجه الخصوصالألومنيوم المكسو بالنحاس (CCA)والألومنيوم والمغنيسيوم المكسو بالنحاس (CCAM)، والتي ظهرت في السنوات الأخيرة.

مقارنة الأسعار (تقريبًا):

• النحاس الخالي من الأكسجين:ين 50,000/طن​

• التقييم القطري المشترك:¥25,000/طن​

  (الجاذبية النوعية: Cu = 8.9، Al = 2.7)

خمس طرق لتحديد الهوية

1. الفحص البصري

تظهر النوى النحاسية الحقيقيةالأرجواني الأحمرلامعة وناعمة. تبدو النوى المزيفة باللون الأرجواني الداكن، أو الأصفر، أو الأبيض، مع قوة ميكانيكية ضعيفة. قد يؤدي فرك القلب المكشوف على ورق أبيض إلى ترك علامات سوداء في حالة وجود شوائب.

2. فحص المقطع العرضي

عادةً ما تكون CCA وCCAM عبارة عن أسلاك رفيعة مجدولة. يكشف قطع المقطع العرضيالنوى الألومنيوم الأبيضتحت طبقة نحاسية رقيقة.

3. اختبار اللهب

• CCA / CCAM: يتدلى الموصل ولا يشتعل بسهولة؛ بعد الاحتراق، يتحول إلى اللون الرمادي/الغامق؛ هشة وتتكسر إلى أجزاء عندما تكون ملتوية.

• النحاس الخالي من الأكسجين: يشكل حبات منصهرة؛ يختلف السلوك باختلاف قطر السلك (يذوب السلك الناعم، ويحتفظ السلك السميك بشكله).

4. اختبار الصفر

• النحاس المعلب: علامة خدش صفراء

• النحاس العاري الخالي من الأكسجين: خدش محمر

• CCA / CCAM: نمط خدش أبيض ندفة الثلج

• الفولاذ المكسو بالنحاس: الجذب المغناطيسي يؤكد وجود قلب فولاذي

5. اختبار الصك

يجب على الموصلات الالتزامجيجابايت/ت 3953-2009(سلك نحاسي دائري للأغراض الكهربائية). المقياس الرئيسي:مقاومة التيار المستمر عند 20 درجة مئوية.

معيار الاختبار:جيجابايت/ت 3048.2-2007(يعدل IEC 60468:1974)

حدود المقاومة (الحد الأقصى):

• سلك نحاسي مستدير صلب (Ty3.0 مم):≥ 0.01777 أوم·مم²/م​

• الأسلاك النحاسية المستديرة الناعمة (TR):≥ 0.017241 أوم·مم²/م

يتم إجراء القياس عادةً باستخدام جسر كلفن أو أداة دقيقة مماثلة، لتحويل المقاومة إلى مقاومة بناءً على مساحة المقطع العرضي.

مقدمة من Minfeng Cable Group، المصنع المباشر ومزود الحلول الشاملة لصناعة الأسلاك والكابلات.