ภาพรวมจากผู้ผลิตในอุตสาหกรรมเคเบิล

วันนี้เราจะมาสำรวจกันทองแดงซึ่งเป็นวัสดุหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมลวดและสายเคเบิล

I. พื้นฐานของทองแดง

ทองแดงเป็นหนึ่งในโลหะที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษย์ใช้ ย้อนกลับไปในสมัยก่อนประวัติศาสตร์ ผู้คนขุดแร่ทองแดงในหลุมเปิดเพื่อผลิตอาวุธ เครื่องมือ และภาชนะ การใช้ทองแดงมีผลกระทบอย่างมากต่อความก้าวหน้าของอารยธรรมมนุษย์ยุคแรก

ทองแดงมีอยู่ตามธรรมชาติในเปลือกโลกและมหาสมุทร มีความอุดมสมบูรณ์ของเปลือกโลกโดยเฉลี่ยประมาณ0.01%ในขณะที่มีแร่ทองแดงสะสมอยู่บ้าง ความเข้มข้นก็สามารถเข้าถึงได้3–5%. ในธรรมชาติ ทองแดงส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นในรูปแบบสารประกอบ เช่น แร่ทองแดง แร่เหล่านี้จะถูกรวมเข้ากับแร่ธาตุอื่นๆ จากนั้นจึงขุดและรวมความเข้มข้นลงไปทองแดงเข้มข้น​ มีปริมาณทองแดงสูง

1. คุณสมบัติ

ทองแดงมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ดีเยี่ยม รวมถึงการนำไฟฟ้าสูง การนำความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อน และความเหนียว

ทองแดงบริสุทธิ์อยู่ในอันดับที่สองรองจากเงินในด้านการนำไฟฟ้าและความร้อน มันสามารถดึงเป็นลวดที่ละเอียดมากหรือรีดเป็นฟอยล์บาง ๆ ทองแดงบริสุทธิ์ที่เพิ่งแตกหักปรากฏขึ้นกุหลาบแดงแต่ก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์สีม่วงแดงบนพื้นผิว จึงถูกเรียกโดยทั่วไปทองแดงแดง​ (ทองแดงสีม่วง).

นอกเหนือจากทองแดงบริสุทธิ์แล้ว ทองแดงยังสามารถผสมกับดีบุก สังกะสี หรือนิกเกิลเพื่อสร้างโลหะผสมที่มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน:

การผสมช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างมากเมื่อเทียบกับทองแดงบริสุทธิ์ โลหะผสมบางชนิดยังมีความต้านทานการสึกหรอหรือประสิทธิภาพการหล่อที่เหนือกว่าอีกด้วย

2. การใช้งาน

เนื่องจากคุณสมบัติที่โดดเด่น ทองแดงจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงไฟฟ้า เครื่องจักร การขนส่ง และการก่อสร้าง

• ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (50% ของความต้องการทางอุตสาหกรรม):​

  การผลิตสายไฟ สายสื่อสาร มอเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรเตอร์ เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ และมิเตอร์ โลหะผสมทองแดงและทองแดงมีบทบาทสำคัญในชิปคอมพิวเตอร์ ไอซี ทรานซิสเตอร์ และ PCB ตัวอย่างเช่น โลหะผสมทองแดงโครเมียม-เซอร์โคเนียมใช้สำหรับตัวนำทรานซิสเตอร์เนื่องจากมีการนำไฟฟ้าและทนความร้อนสูง การนำทองแดงแทนอลูมิเนียมมาใช้ในชิปซิลิคอนของ IBM ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการทำให้โลหะเป็นเซมิคอนดักเตอร์

• การก่อสร้าง:​

  ในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และยุโรปตะวันตกตั้งแต่กลางทศวรรษ 1980 ภาคไฟฟ้าเป็นผู้บริโภคทองแดงกลั่นรายใหญ่ที่สุด ประเทศจีนก็ดำเนินตามแนวโน้มที่คล้ายกัน อย่างไรก็ตาม หลังจากทศวรรษ 1990 การบริโภคในต่างประเทศเปลี่ยนมาสู่การบริการด้านอาคารอย่างมีนัยสำคัญ จากข้อมูลของ Copper Development Association (CDA) การก่อสร้างยังคงเป็นตลาดการใช้งานปลายทางที่ใหญ่ที่สุดสำหรับผลิตภัณฑ์ทองแดงในสหรัฐอเมริกาในปี 1997 ความต้านทานการกัดกร่อนของทองแดงทำให้เหมาะสำหรับท่อน้ำ หลังคา และระบบระบายน้ำ ในขณะที่ความสวยงามของทองแดงยังสนับสนุนการตกแต่งทางสถาปัตยกรรมอีกด้วย การก่อสร้างมีส่วนแบ่งการบริโภคทองแดงมากที่สุดในสหรัฐอเมริกา

• สาขาที่เกิดใหม่:​

  ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี การใช้งานทองแดงในปัจจุบันได้ขยายไปสู่การแพทย์ ชีววิทยา ความเป็นตัวนำยิ่งยวด และการปกป้องสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น โฟมโพลียูรีเทนที่ประกอบด้วยทองแดงหรือคอปเปอร์ออกไซด์จะช่วยลดการปล่อยไฮโดรเจนไซยาไนด์ที่เป็นพิษ (HCN) ในระหว่างการเผาไหม้ได้อย่างมาก การศึกษาจำนวนมากยืนยันว่าคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียของทองแดงช่วยลดการแพร่กระจายของแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคปอดบวม ยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย และรักษาความสะอาดของน้ำดื่ม ดังนั้นแนวโน้มการวางท่อทองแดงในการก่อสร้างภายในประเทศจึงมีแนวโน้มสูง

ครั้งที่สอง ปริมาณสำรองทองแดงทั่วโลก

ทรัพยากรทองแดงมีมากมายทั่วโลก จากข้อมูลของสำนักงานเหมืองแร่แห่งสหรัฐอเมริกา (1995) ปริมาณสำรองทองแดงทั่วโลกยังคงอยู่ที่310 ล้านตันโดยมีฐานสำรองของ590 ล้านตัน. ชิลีและสหรัฐอเมริกาถือครองทุนสำรองที่ใหญ่ที่สุด23.7%​ และ15.3%ของฐานสำรองของโลก ตามลำดับ ตามด้วยโปแลนด์ แซมเบีย รัสเซีย ซาอีร์ เปรู แคนาดา และออสเตรเลีย

เงินฝากทองแดงมีเก้าประเภทอุตสาหกรรมหลัก:

1. พอร์ฟีรี

2. มีหินทราย/หินดินดานเป็นโฮสต์

3. คู-นี่ ซัลไฟด์

4. ชนิดหนาแน่น

5. ประเภท Cu-U-Au

6. ทองแดงพื้นเมือง

7. ประเภทหลอดเลือดดำ

8. ชนิดคาร์บอเนต

9. ประเภทสการ์น

สี่ประเภทแรกมีอำนาจเหนือกว่า96%​ ของปริมาณสำรองทั่วโลก โดยมีการบัญชีเงินฝากพอร์ฟีรีและหินทราย/หินดินดาน55%​ และ29%ตามลำดับ ประมาณเหมืองทองแดงขนาดยักษ์ 60 แห่ง​ (แต่ละชนิด >5 ล้านตัน Cu) มีอยู่ทั่วโลก ซึ่งรวมถึงพอร์ฟีรี 38 ชนิด และหินดินดาน 15 ชนิด รวมกันประกอบเป็น88%ของเงินฝากจำนวนมหาศาล

ทรัพยากรที่มีความเข้มข้นของทองแดงที่สามารถกู้คืนได้ของจีนค่อนข้างจำกัด เหมืองในประเทศที่สำคัญ ได้แก่ :

• เหมืองทองแดง Dexing (เจียงซี)

• เหมืองทองแดง Yulong (ทิเบต)

• เหมืองทองแดง Ashele (ซินเจียง)

III. กระบวนการถลุงทองแดง

แร่ทองแดงที่ขุดได้จากดินมีความเข้มข้นเข้าไปทองแดงเข้มข้น​ หรือแร่คุณภาพสูงก่อนนำไปถลุงเป็นทองแดงบริสุทธิ์และผลิตภัณฑ์ขั้นปลาย

วิธีการถลุงหลักสองวิธีมีอิทธิพลทั่วโลก:

1. ไพโรเมทัลโลหกรรม (การกลั่นไฟ)

• ผลิตผลทองแดงแคโทด​ (ทองแดงด้วยไฟฟ้า) ผ่านการถลุงและการกลั่นด้วยไฟฟ้า

• เหมาะสำหรับแร่ซัลไฟด์คุณภาพสูง

• เศษทองแดงถือเป็นวัตถุดิบตั้งต้นที่สำคัญอีกชนิดหนึ่ง แบ่งเป็น

  • เรื่องที่สนใจเก่า:​ จากอุปกรณ์ล้าสมัย อาคาร ท่อใต้ดิน

  • เรื่องที่สนใจใหม่:​ จากของเสียจากการผลิต (~50% ของผลผลิตทองแดง)

• การจำแนกเศษซาก:

  • ทองแดงผสมเปลือย:​ > ความบริสุทธิ์ 90%

  • เศษทองเหลือง / ลวด:​ ประกอบด้วยวัสดุทองแดง (มอเตอร์, PCB)

  • ทองแดงทุติยภูมิ:​ ผลิตจากเศษเหล็กและวัสดุที่คล้ายกัน

2. โลหะผสมน้ำ (SX-EW)

• เหมาะสำหรับแร่ออกซิไดซ์เกรดต่ำ

• ผลิตผลทองแดงอิเล็กโทรวอน​ (ทองแดงแคโทดผ่านการสกัดด้วยตัวทำละลาย–การชนะด้วยไฟฟ้า)

3. การเปรียบเทียบระหว่างไพโร- และไฮโดรเมทัลโลหกรรม

วิทยาโลหะวิทยามีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนอย่างมาก แต่มีข้อจำกัดในการใช้งาน แร่ทองแดงบางชนิดไม่เหมาะ อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงทางเทคโนโลยีนับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 ทำให้มีการนำไปใช้ในวงกว้างมากขึ้นในสหรัฐอเมริกา ชิลี แคนาดา ออสเตรเลีย เม็กซิโก และเปรู การขยายตัวนี้ทำให้อุปทานทองแดงทั่วโลกเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ราคาลดลงจากจุดสูงสุดในปี 19962,600/ที∗∗ทีโอกโรคุณnง∗∗1,600/ตัน​ในปลายปี พ.ศ. 2541

ต้นทุนการผลิตเฉลี่ยในช่วงปลายทศวรรษ 1990 อยู่ที่1,400–1,600/ตัน​ (64–73 ¢/ปอนด์) ต้นทุนไฮโดรเมทัลโลจิคัลต่ำสุดที่บันทึกไว้คือ20 ¢/ปอนด์​ (450/ที),วฉันทีฮานะโวลต์เอ่อกกจขจลโอว∗∗50¢/ลข∗∗(1,100/ตัน) ต้นทุนเพิ่มขึ้นมากกว่า 50 ¢/ปอนด์ เมื่อแปรรูปแร่ซัลไฟด์ แร่คุณภาพสูง หรือใช้งานในสภาพอากาศหนาวเย็น

การพัฒนาทางไฮโดรเมทัลโลหการของจีน

นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 ประเทศจีนได้ค้นคว้าการสกัดทองแดงจากแร่คุณภาพต่ำ โรงงานไฮโดรเมทัลโลหการแห่งแรก (120 ตัน/ปี) ถูกสร้างขึ้นในปี 1983 ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา มีโรงงานขนาดเล็กหลายสิบแห่ง (กำลังการผลิต: หลายร้อยถึง 2,000 ตัน) ได้เกิดขึ้น แต่ผลผลิตทั้งหมดยังคงอยู่เพียง ~15,000 ตัน/ปี ซึ่งไม่เพียงพอเมื่อเทียบกับการผลิตทองแดงกลั่นของจีนที่ ~1 ล้านตัน/ปี ต้นทุนการผลิตทองแดงในประเทศ (~ 18,500 เยน/ตัน) สูงกว่าค่าเฉลี่ยทั่วโลกอย่างมาก (~ 1,477 ดอลลาร์/ ตันหรือ 67 ¢/ปอนด์) ในระหว่างแผนห้าปีที่เก้าวิทยาโลหะวิทยาถูกกำหนดให้เป็นลำดับความสำคัญระดับชาติ โดยมีโรงงานสาธิตที่สร้างขึ้นที่เหมือง Dexing, Yulong และ Tonglüshan ภายในปี 2543 กำลังการผลิตทางโลหะวิทยาของจีนคาดว่าจะเกินกว่านั้น50,000 ตัน/ปี.

ทั่วโลก ทองแดงกลั่นด้วยไฮโดรเมทัลโลหการเพิ่มขึ้นจาก2.5%​ (1980) ถึง10%​ (1994) และ18%​ (1997) โดยมีการคาดการณ์ถึงการถือหุ้นในท้ายที่สุด25–35%.

IV. ความแตกต่างระหว่างแท่งทองแดงที่ปราศจากออกซิเจนและแท่งทองแดงที่มีออกซิเจนต่ำ

1. การดูดซึม/การสลายออกซิเจนและการดำรงอยู่ของออกซิเจน

• โดยทั่วไปทองแดงแคโทดจะประกอบด้วยออกซิเจน 10–50 ppm; ความสามารถในการละลายของของแข็งที่อุณหภูมิห้องคือ ~ 2 ppm

• แท่งทองแดงออกซิเจนต่ำ:​ ออกซิเจน 200–400 ppm (บางครั้งสูงถึง 450 ppm) ดูดซึมในสถานะของเหลว

• แท่งทองแดงไร้ออกซิเจนหล่อขึ้นด้านบน:​ โดยปกติ <10–50 ppm ออกซิเจน บางครั้งอาจต่ำถึง1–2 ppm.

ออกซิเจนจะตกตะกอนเป็นCu₂O​ ที่ขอบเขตของเกรนในทองแดงที่มีออกซิเจนต่ำซึ่งส่งผลเสียต่อความเหนียว ทองแดงที่ปราศจากออกซิเจนมีโครงสร้างเฟสเดียวที่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยมีการเจือปนน้อยลงและแทบไม่มีรูพรุน ในขณะที่ความพรุนจะพบได้ทั่วไปในแท่งที่มีออกซิเจนต่ำ

2. โครงสร้างจุลภาค: เหล็กแผ่นรีดร้อนและแบบหล่อ

• แท่งออกซิเจนต่ำ: รีดร้อน → โครงสร้างตกผลึกใหม่ (8 มม.), เดนไดรต์หล่อหัก

• แกนปลอดออกซิเจน: เมล็ดหยาบหล่อ บางครั้งมีขนาดหลายมม. → ต้องใช้พื้นที่ขอบเกรนเล็กกว่า → ต้องใช้อุณหภูมิการหลอมที่สูงขึ้น.

เพื่อการหลอมที่ประสบความสำเร็จ จะต้องอบอ่อนครั้งแรกหลังจากวาดสูงขึ้น 10–15%​ มีกำลังมากกว่าแท่งออกซิเจนต่ำภายใต้สภาวะที่เท่ากัน การวาดแบบต่อเนื่องครั้งต่อไปต้องใช้ระยะการอบอ่อนที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีความนุ่ม

3. การรวม ความแปรปรวนของออกซิเจน ออกไซด์ของพื้นผิว และข้อบกพร่องจากการกลิ้ง

โดยทั่วไปทองแดงที่ปราศจากออกซิเจนจะแสดง:

• การรวมน้อยลง

• ปริมาณออกซิเจนที่เสถียร

• ไม่มีข้อบกพร่องจากการรีดร้อน

• ฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิวบางที่สุด≤15 Å

ในทางตรงกันข้าม แท่งที่มีออกซิเจนต่ำอาจได้รับผลกระทบจากออกไซด์ใต้ผิวดินที่เกิดขึ้นระหว่างการหล่อและการรีด ส่งผลให้ลวดขาด เพื่อบรรเทาปัญหานี้ ผู้ผลิตบางรายจึงหันไปใช้ปอกเปลือก​ หรือแม้กระทั่งปอกเปลือกสองครั้ง​ คัน

4. ความเหนียว

สามารถดึงแท่งทั้งสองได้0.015 มมแต่ระยะห่างระหว่างเส้นใยตัวนำยิ่งยวดที่ละเอียดเป็นพิเศษอาจถึง0.001 มมโดยที่ทองแดงที่ปราศจากออกซิเจนมีความเป็นเลิศ

5. ข้อพิจารณาทางเศรษฐกิจ

ทองแดงที่ปราศจากออกซิเจนต้องใช้วัตถุดิบคุณภาพสูงกว่า สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางลวด>1 มมแท่งออกซิเจนต่ำจะประหยัดกว่า สำหรับลวดที่ละเอียดกว่า ก้านที่ปราศจากออกซิเจนถือเป็นข้อได้เปรียบ

6. ความแตกต่างในการประมวลผล

กระบวนการดึงและการอบอ่อนไม่สามารถเหมือนกันได้ ความอ่อนของลวดขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ การผลิตแท่ง การวาด และพารามิเตอร์การหลอม—ทั้งสองประเภทนั้น "นุ่มนวลกว่า" ในระดับสากล

V. การระบุวัสดุทองแดงสำหรับสายเคเบิล

ตลาดเคเบิลเผชิญกับความท้าทายในการแยกแยะทองแดงแท้จากผลิตภัณฑ์ลอกเลียนแบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอลูมิเนียมหุ้มทองแดง (CCA)​ และอลูมิเนียม-แมกนีเซียมหุ้มทองแดง (CCAM)ซึ่งได้เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

การเปรียบเทียบราคา (โดยประมาณ):

• ทองแดงปราศจากออกซิเจน:50,000 เยน/ตัน​

• ซีซีเอ:25,000 เยน/ตัน​

  (ความถ่วงจำเพาะ: Cu = 8.9, Al = 2.7)

ห้าวิธีการระบุตัวตน

1. การตรวจสายตา

แกนทองแดงแท้ปรากฏสีม่วงแดงเงางามและนุ่มนวล แกนปลอมจะมีสีม่วงเข้ม เหลือง หรือขาว และมีความแข็งแรงเชิงกลต่ำ การถูแกนที่ถูกเปิดเผยบนกระดาษสีขาวอาจทำให้เกิดรอยดำได้หากมีสิ่งสกปรกอยู่

2. การตรวจสอบภาคตัดขวาง

CCA และ CCAM มักเป็นสายไฟตีเกลียวละเอียด การตัดส่วนเผยให้เห็นแกนอลูมิเนียมสีขาว​ ใต้ชั้นทองแดงบางๆ

3. การทดสอบเปลวไฟ

• CCA / CCAM: ตัวนำลดลง ไม่ติดไฟง่าย หลังจากการเผาไหม้จะเปลี่ยนเป็นสีเทา/เข้ม เปราะและแตกเป็นชิ้นเมื่อบิด

• ทองแดงปราศจากออกซิเจน: ก่อตัวเป็นเม็ดบีดหลอมเหลว ลักษณะการทำงานจะแตกต่างกันไปตามเส้นผ่านศูนย์กลางของลวด (ลวดละเอียดละลาย ลวดหนาคงรูปร่าง)

4. การทดสอบรอยขีดข่วน

• ทองแดงกระป๋อง: มีรอยขีดสีเหลือง

• ทองแดงไร้ออกซิเจนเปลือย: มีรอยขีดข่วนสีแดง

• CCA / CCAM: ลายรอยขีดข่วนสีขาวเกล็ดหิมะ

• เหล็กหุ้มทองแดง: แรงดึงดูดจากแม่เหล็กช่วยยืนยันแกนเหล็ก

5. การทดสอบเครื่องมือ

ผู้ควบคุมวงต้องปฏิบัติตามกิกะไบต์/ที 3953-2009​ (ลวดทองแดงกลมสำหรับงานไฟฟ้า) ตัวชี้วัดหลัก:ความต้านทานไฟฟ้ากระแสตรงที่ 20 °C.

มาตรฐานการทดสอบ:กิกะไบต์/ที 3048.2-2007​ (แก้ไข IEC 60468:1974)

ขีดจำกัดความต้านทาน (สูงสุด):

• ลวดทองแดงกลมแข็ง (Ty3.0 มม.):≤ 0.01777 Ω·มม.²/ม​

• ลวดทองแดงกลมอ่อน (TR):≤ 0.017241 Ω·มม.²/ม

โดยทั่วไปการวัดจะดำเนินการโดยใช้สะพานเคลวินหรือเครื่องมือที่มีความแม่นยำที่คล้ายกัน โดยแปลงความต้านทานเป็นความต้านทานตามพื้นที่หน้าตัด

จัดหาโดย Minfeng Cable Group โรงงานโดยตรงและผู้ให้บริการโซลูชันแบบครบวงจรสำหรับอุตสาหกรรมสายไฟและสายเคเบิล