Przegląd producenta branży kablowej

Dzisiaj będziemy eksplorowaćmiedź, najpowszechniej stosowany materiał rdzenia w przemyśle drutów i kabli.

I. Podstawy miedzi

Miedź jest jednym z najwcześniej stosowanych metali przez ludzkość. Już w czasach prehistorycznych ludzie wydobywali odkrywkowe złoża miedzi w celu produkcji broni, narzędzi i naczyń. Zastosowanie miedzi miało ogromny wpływ na rozwój wczesnej cywilizacji ludzkiej.

Miedź występuje naturalnie w skorupie ziemskiej i oceanach. Jego średnia liczebność w skorupie ziemskiej wynosi ok0,01%, podczas gdy w niektórych złożach rud miedzi stężenia mogą osiągnąć3–5%. W naturze miedź występuje głównie w postaci złożonej w postaci rud miedzi. Rudy te są łączone z innymi minerałami, następnie wydobywane i zagęszczanekoncentraty miedzio wysokiej zawartości miedzi.

1. Właściwości

Miedź posiada doskonałe właściwości fizyczne i chemiczne, w tym wysoką przewodność elektryczną, przewodność cieplną, odporność na korozję i plastyczność.

Czysta miedź zajmuje drugie miejsce po srebrze pod względem przewodności elektrycznej i cieplnej. Można go rozciągać w bardzo cienkie druty lub zwijać w cienkie folie. Pojawia się świeżo spękana czysta miedźróżowo-czerwony, ale tworzy na swojej powierzchni czerwono-fioletową warstwę tlenku, stąd jest powszechnie nazywanaczerwona miedź​ (fioletowa miedź).

Oprócz czystej miedzi, miedź może być stopowana z cyną, cynkiem lub niklem, tworząc stopy o odrębnych właściwościach:

Dodawanie stopów znacznie zwiększa wytrzymałość i odporność na korozję w porównaniu z czystą miedzią. Niektóre stopy zapewniają również doskonałą odporność na zużycie lub właściwości odlewnicze.

2. Aplikacje

Ze względu na swoje wyjątkowe właściwości miedź jest szeroko stosowana w różnych gałęziach przemysłu, w tym w elektryce, maszynach, transporcie i budownictwie.

• Elektryka i elektronika (≈ 50% zapotrzebowania przemysłu):​

  Produkcja kabli elektroenergetycznych, kabli komunikacyjnych, silników, generatorów, wirników, przyrządów elektronicznych i liczników. Miedź i stopy miedzi odgrywają istotną rolę w chipach komputerowych, układach scalonych, tranzystorach i płytkach drukowanych. Na przykład stopy miedzi chromowo-cyrkonowej są stosowane na przewody tranzystorowe ze względu na wysoką przewodność i odporność na ciepło. Zastosowanie przez IBM miedzi zamiast aluminium w chipach krzemowych oznaczało poważny przełom w metalizacji półprzewodników.

• Budowa:​

  W USA, Japonii i Europie Zachodniej od połowy lat 80. XX wieku sektor elektryczny był największym konsumentem miedzi rafinowanej – Chiny podążały podobną tendencją. Jednak po latach 90. konsumpcja za granicą znacznie przesunęła się w stronę usług budowlanych. Według stowarzyszenia Copper Development Association (CDA) w 1997 r. budownictwo pozostawało największym rynkiem końcowego przeznaczenia wyrobów z miedzi w USA. Odporność miedzi na korozję sprawia, że ​​idealnie nadaje się ona na rury wodociągowe, pokrycia dachowe i systemy drenażowe, a jej estetyka wspiera dekorację architektoniczną. Budownictwo ma największy udział w zużyciu miedzi w USA

• Pojawiające się pola:​

  Wraz z postępem technologicznym zastosowanie miedzi obejmuje obecnie medycynę, biologię, nadprzewodnictwo i ochronę środowiska. Na przykład pianka poliuretanowa zawierająca miedź lub tlenek miedzi drastycznie zmniejsza uwalnianie toksycznego cyjanowodoru (HCN) podczas spalania. Liczne badania potwierdzają, że właściwości bakteriobójcze miedzi pomagają ograniczyć rozprzestrzenianie się bakterii wywołujących zapalenie płuc, hamują rozwój bakterii i utrzymują czystość wody pitnej. W związku z tym perspektywy rur miedzianych w budownictwie krajowym pozostają bardzo obiecujące.

II. Globalne rezerwy miedzi

Zasoby miedzi są obfite na całym świecie. Według US Bureau of Mines (1995) światowe rezerwy miedzi wynoszą ok310 milionów ton, z bazą rezerwową590 milionów ton. Chile i Stany Zjednoczone posiadają największe rezerwy, co stanowi23,7%i15,3%światowej bazy rezerw, a za nimi plasują się Polska, Zambia, Rosja, Zair, Peru, Kanada i Australia.

Istnieje dziewięć głównych typów przemysłowych złóż miedzi:

1. Porfir

2. Znajdujące się w piaskowcu/łupkach

3. Siarczek Cu-Ni

4. Typ pirytu

5. Typ Cu-U-Au

6. Rodzima miedź

7. Typ żyły

8. Typ węglanowy

9. Typ Skarna

Dominują pierwsze cztery typy, reprezentujące96%światowych zasobów, na które składają się złoża porfiru i piaskowca/łupków55%i29%odpowiednio. Około60 gigantycznych kopalni miedzi​ (każdy > 5 milionów ton Cu) występuje na całym świecie i obejmuje 38 rodzajów porfiru i 15 łupków, co razem stanowi88%gigantycznych złóż.

Zasoby odzyskiwalnego koncentratu miedzi w Chinach są stosunkowo ograniczone. Główne kopalnie krajowe obejmują:

• Kopalnia miedzi Dexing (Jiangxi)

• Kopalnia Miedzi Yulong (Tybet)

• Kopalnia miedzi Ashele (Xinjiang)

III. Procesy wytapiania miedzi

Rudy miedzi wydobywane z ziemi są skoncentrowanekoncentraty miedzilub rudy wysokiej jakości przed przetopem na rafinowaną miedź i produkty wtórne.

Na świecie dominują dwie podstawowe metody wytapiania:

1. Pirometalurgia (rafinacja ogniowa)

• Produkujekatoda miedź​ (miedź elektrolityczna) poprzez wytapianie i rafinację elektrolityczną.

• Nadaje się do wysokiej jakości rud siarczkowych.

• Złom miedzi to kolejny kluczowy surowiec, sklasyfikowany jako:

  • Stary złom:​ Od przestarzałego sprzętu, budynków, podziemnych rurociągów.

  • Nowy złom:​ Z odpadów produkcyjnych (~50% wydajności produkcji miedzi).

• Klasyfikacja złomu:

  • Goła miedź mieszana:> 90% czystości

  • Złom mosiądzu / drutu:Zawiera materiały miedziane (silniki, PCB)

  • Miedź wtórna:​ Produkowane ze złomu i podobnych materiałów

2. Hydrometalurgia (SX-EW)

• Nadaje się do niskogatunkowych utlenionych rud.

• Produkujemiedź elektrowonana​ (miedź katodowa poprzez ekstrakcję rozpuszczalnikiem – elektrolityczne otrzymywanie).

3. Porównanie piro- i hydrometalurgii

Hydrometalurgia oferuje znaczne korzyści kosztowe, ale ma ograniczone zastosowanie. Nie wszystkie rudy miedzi są odpowiednie. Jednak postęp technologiczny od lat 90. umożliwił szersze przyjęcie w USA, Chile, Kanadzie, Australii, Meksyku i Peru. Ekspansja ta zwiększyła światową podaż miedzi, przyczyniając się do spadku cen w stosunku do szczytu z 1996 r2,600/T∗∗ToArotyND∗∗1600/tpod koniec 1998 roku.

Średnie koszty produkcji pod koniec lat 90. wyniosły1,400–1600/t​ (64–73 ¢/funt). Najniższy odnotowany koszt hydrometalurgiczny wyniósł20 ¢/funt​ (450/T),wITHanaweeeAGmiBmilow∗∗50 ¢/lB∗∗(1100/t). Koszty rosną powyżej 50 ¢/funt w przypadku przetwarzania rud siarczkowych, rud wysokiej jakości lub pracy w zimnym klimacie.

Rozwój hydrometalurgiczny Chin

Od lat 70. XX wieku w Chinach badano ekstrakcję miedzi z rud niskiej jakości. Pierwszą fabrykę hydrometalurgiczną (120 t/rok) zbudowano w 1983 r. W ostatnich dziesięcioleciach powstało dziesiątki małych zakładów (wydajność: od setek do 2000 ton), a mimo to łączna produkcja pozostaje na poziomie jedynie ~15 000 ton/rok, co jest niewystarczające w porównaniu z produkcją miedzi rafinowanej w Chinach wynoszącą ~1 milion ton/rok. Krajowe koszty produkcji miedzi (~18 500 jenów/t) znacznie przekraczają średnią światową (~1477 dolarów/t lub 67 ¢/funt). PodczasDziewiąty plan pięcioletnihydrometalurgię uznano za priorytet krajowy, a zakłady demonstracyjne zbudowano w kopalniach Dexing, Yulong i Tonglüshan. Oczekiwano, że do roku 2000 zdolność hydrometalurgiczna Chin przekroczy50 000 ton/rok.

Na całym świecie miedź rafinowana hydrometalurgicznie wzrosła z2,5%(1980) do10%(1994) i18%(1997), z prognozami sugerującymi ostateczny udział25–35%.

IV. Różnice między prętem z miedzi beztlenowej a prętem z miedzi o niskiej zawartości tlenu

1. Stan absorpcji/desorpcji tlenu i jego istnienia

• Miedź katodowa zazwyczaj zawiera10–50 ppm tlenu; rozpuszczalność substancji stałej w temperaturze pokojowej wynosi ~2 ppm.

• Pręt miedziany o niskiej zawartości tlenu:​ 200–400 ppm tlenu (czasami do 450 ppm), absorbowanego w stanie ciekłym.

• Pręt z miedzi beztlenowej odlewany od góry:​ Zwykle <10–50 ppm tlenu, czasami tak niskie jak1–2 ppm.

Tlen wytrąca się w postaciCu₂O​ na granicach ziaren miedzi o niskiej zawartości tlenu, negatywnie wpływając na wytrzymałość. Miedź beztlenowa charakteryzuje się jednorodną jednofazową strukturą z mniejszą liczbą wtrąceń i prawie bez porów, podczas gdy porowatość jest powszechna w prętach o niskiej zawartości tlenu.

2. Mikrostruktura: walcowane na gorąco vs odlewane

• Pręt o niskiej zawartości tlenu: walcowany na gorąco → struktura rekrystalizowana (8 mm), łamane dendryty odlewane.

• Pręt beztlenowy: Grube ziarna odlewane, czasami wielkości kilku mm → mniejsza powierzchnia granic ziaren → wymagawyższe temperatury wyżarzania.

Aby wyżarzanie zakończyło się pomyślnie, należy wykonać pierwsze wyżarzanie po ciągnieniu10–15% wyższyw mocy niż w przypadku pręta o niskiej zawartości tlenu w równoważnych warunkach. Późniejsze ciągłe ciągnienie wymaga wystarczającego marginesu wyżarzania, aby zapewnić miękkość produktu końcowego.

3. Wtrącenia, zmienność tlenu, tlenki powierzchniowe i wady walcowania

Miedź beztlenowa ogólnie wykazuje:

• Mniej inkluzji

• Stabilna zawartość tlenu

• Brak wad walcowania na gorąco

• Powierzchniowe warstwy tlenków o grubości ok≤15 Å

Natomiast w przypadku prętów o niskiej zawartości tlenu mogą powstawać podpowierzchniowe tlenki powstające podczas odlewania i walcowania, co prowadzi do pękania drutu. Aby temu zaradzić, niektórzy producenci uciekają się dopeelinglub nawetpodwójny peelingpręt.

4. Wytrzymałość

Można dociągać oba pręty0,015 mm, ale odstępy między włóknami bardzo drobnego drutu nadprzewodzącego mogą sięgać0,001 mm, gdzie przoduje miedź beztlenowa.

5. Względy ekonomiczne

Miedź beztlenowa wymaga surowców wyższej jakości. Do średnic drutu> 1 mmpręt o niskiej zawartości tlenu jest bardziej ekonomiczny; w przypadku cieńszego drutu zaletą jest pręt beztlenowy.

6. Różnice w przetwarzaniu

Procesy ciągnienia i wyżarzania nie mogą być identyczne. Miękkość drutu zależy od składu, produkcji pręta, ciągnienia i parametrów wyżarzania —żaden typ nie jest powszechnie „bardziej miękki”.

V. Identyfikacja materiałów miedzianych na kable

Rynek kablowy stoi przed wyzwaniami, zwłaszcza w zakresie odróżnienia prawdziwej miedzi od produktów podrabianychaluminium platerowane miedzią (CCA)ialuminium-magnez platerowany miedzią (CCAM), które pojawiły się w ostatnich latach.

Porównanie cen (w przybliżeniu):

• Miedź beztlenowa:50 000 jenów/t​

• CSW:25 000 jenów/t​

  (Ciężary właściwe: Cu = 8,9, Al = 2,7)

Pięć metod identyfikacji

1. Kontrola wzrokowa

Pojawiają się oryginalne rdzenie miedzianefioletowo-czerwony, błyszczący i miękki. Fałszywe rdzenie wyglądają na ciemnofioletowe, żółtawe lub białawe i mają słabą wytrzymałość mechaniczną. Pocieranie odsłoniętego rdzenia białym papierem może pozostawić czarne ślady, jeśli obecne są zanieczyszczenia.

2. Badanie przekrojowe

CCA i CCAM to zwykle cienkie druty skręcone. Cięcie przekroju ościeżabiałe aluminiowe rdzeniepod cienką warstwą miedzi.

3. Próba płomienia

• CCA / CCAM: Przewodnik zwisa, nie zapala się łatwo; po spaleniu zmienia kolor na szary/ciemny; kruchy i rozpada się na segmenty przy skręceniu.

• Miedź beztlenowa: Tworzy stopione perełki; zachowanie zależy od średnicy drutu (cienki drut topi się, gruby drut zachowuje kształt).

4. Próba zarysowania

• Miedź cynowana: Żółta rysa

• Goła miedź beztlenowa: czerwonawe zadrapanie

• CCA / CCAM: Wzór zarysowań w kolorze płatka śniegu w kolorze białym

• Stal pokryta miedzią: Przyciąganie magnetyczne potwierdza stalowy rdzeń

5. Testowanie przyrządów

Przewodnicy muszą przestrzegaćGB/T 3953-2009(Okrągły drut miedziany do celów elektrycznych). Kluczowy wskaźnik:Rezystywność prądu stałego w temperaturze 20°C.

Norma testowa:GB/T 3048.2-2007(modyfikuje IEC 60468:1974)

Granice rezystancji (maks.):

• Twardy okrągły drut miedziany (Ty3,0 mm):≤ 0,01777 Ω·mm²/m​

• Miękki okrągły drut miedziany (TR):≤ 0,017241 Ω·mm²/m

Pomiar jest zwykle wykonywany przy użyciu mostka Kelvina lub podobnego precyzyjnego instrumentu, przekształcającego rezystancję na rezystywność w oparciu o pole przekroju poprzecznego.

Dostarczane przez Minfeng Cable Group, bezpośrednią fabrykę i kompleksowego dostawcę rozwiązań dla branży przewodów i kabli.