Tổng quan từ một nhà sản xuất ngành cáp

Hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểuđồng, vật liệu lõi được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành dây và cáp.

I. Khái niệm cơ bản về Đồng

Đồng là một trong những kim loại được con người sử dụng sớm nhất. Ngay từ thời tiền sử, con người đã khai thác các mỏ đồng lộ thiên để sản xuất vũ khí, công cụ và tàu thuyền. Việc sử dụng đồng có tác động sâu sắc đến sự tiến bộ của nền văn minh sơ khai của loài người.

Đồng tồn tại tự nhiên trong vỏ Trái đất và đại dương. Độ phong phú của lớp vỏ trung bình của nó là khoảng0,01%, trong khi ở một số mỏ quặng đồng, nồng độ có thể đạt tới3–5%. Trong tự nhiên, đồng chủ yếu tồn tại ở dạng hợp chất như quặng đồng. Quặng này được tổng hợp với các khoáng chất khác, sau đó được khai thác và tập trung thànhđồng cô đặcvới hàm lượng đồng cao.

1. Thuộc tính

Đồng sở hữu các tính chất vật lý và hóa học tuyệt vời, bao gồm tính dẫn điện cao, tính dẫn nhiệt, khả năng chống ăn mòn và độ dẻo.

Đồng nguyên chất chỉ đứng sau bạc về độ dẫn điện và nhiệt. Nó có thể được kéo thành những sợi dây cực mảnh hoặc cuộn thành những lá mỏng. Xuất hiện đồng nguyên chất mới nứtmàu đỏ hồng, nhưng tạo thành một màng oxit màu đỏ tím trên bề mặt của nó, do đó nó thường được gọi làđồng đỏ​ (đồng tím).

Ngoài đồng nguyên chất, đồng có thể được tạo hợp kim với thiếc, kẽm hoặc niken để tạo ra hợp kim có các đặc tính riêng biệt:

Hợp kim tăng cường đáng kể độ bền và khả năng chống ăn mòn so với đồng nguyên chất. Một số hợp kim cũng có khả năng chống mài mòn hoặc hiệu suất đúc vượt trội.

2. Ứng dụng

Do những đặc tính vượt trội của nó, đồng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, bao gồm điện, máy móc, giao thông vận tải và xây dựng.

• Điện & Điện tử (≈ 50% nhu cầu công nghiệp):​

  Sản xuất dây cáp điện, cáp truyền thông, động cơ, máy phát điện, rôto, dụng cụ điện tử, đồng hồ đo. Đồng và hợp kim đồng đóng vai trò quan trọng trong chip máy tính, IC, bóng bán dẫn và PCB. Ví dụ, hợp kim đồng crom-zirconium được sử dụng làm dây dẫn bóng bán dẫn do tính dẫn điện và khả năng chịu nhiệt cao. Việc IBM sử dụng đồng thay vì nhôm trong chip silicon đã đánh dấu một bước đột phá lớn trong quá trình kim loại hóa chất bán dẫn.

• Sự thi công:​

  Ở Mỹ, Nhật Bản và Tây Âu kể từ giữa những năm 1980, ngành điện là nước tiêu thụ đồng tinh luyện lớn nhất – Trung Quốc cũng đi theo xu hướng tương tự. Tuy nhiên, sau những năm 1990, tiêu dùng ở nước ngoài chuyển dịch đáng kể sang dịch vụ xây dựng. Theo Hiệp hội Phát triển Đồng (CDA), xây dựng vẫn là thị trường tiêu dùng cuối cùng lớn nhất cho các sản phẩm đồng ở Mỹ vào năm 1997. Khả năng chống ăn mòn của đồng khiến nó trở nên lý tưởng cho đường ống nước, mái nhà và hệ thống thoát nước, đồng thời tính thẩm mỹ của nó hỗ trợ trang trí kiến ​​trúc. Xây dựng chiếm tỷ trọng tiêu thụ đồng lớn nhất ở Mỹ

• Các lĩnh vực mới nổi:​

  Với tiến bộ công nghệ, các ứng dụng của đồng hiện nay mở rộng sang y học, sinh học, siêu dẫn và bảo vệ môi trường. Ví dụ, bọt polyurethane chứa đồng hoặc oxit đồng làm giảm đáng kể sự giải phóng hydro xyanua độc hại (HCN) trong quá trình đốt cháy. Nhiều nghiên cứu xác nhận rằng đặc tính diệt khuẩn của đồng giúp làm giảm sự lây lan của vi khuẩn gây viêm phổi, ức chế sự phát triển của vi khuẩn và duy trì độ sạch của nước uống. Do đó, triển vọng của đường ống đồng trong xây dựng trong nước vẫn rất hứa hẹn.

II. Dự trữ đồng toàn cầu

Nguồn tài nguyên đồng rất phong phú trên toàn thế giới. Theo Cục Mỏ Hoa Kỳ (1995), trữ lượng đồng toàn cầu đứng ở mức310 triệu tấn, với lượng dự trữ là590 triệu tấn. Chile và Hoa Kỳ nắm giữ trữ lượng lớn nhất, chiếm23,7%và15,3%​trong số lực lượng dự bị của thế giới lần lượt là Ba Lan, Zambia, Nga, Zaire, Peru, Canada và Australia.

Có chín loại mỏ đồng công nghiệp chính:

1. xốp

2. Chứa đá sa thạch/đá phiến sét

3. Cu-Ni sunfua

4. loại pyrit

5. loại Cu-U-Au

6. Đồng bản địa

7. loại tĩnh mạch

8. loại cacbonat

9. loại Skarn

Bốn loại đầu chiếm ưu thế, đại diện96%dự trữ toàn cầu, với trữ lượng porphyr và sa thạch/đá phiến sét chiếm55%và29%​ tương ứng. Khoảng60 mỏ đồng khổng lồ​ (mỗi loại >5 triệu tấn Cu) tồn tại trên toàn cầu, bao gồm 38 loại porphyr và 15 loại đá phiến sét, cùng nhau tạo nên88%của các khoản tiền gửi khổng lồ.

Nguồn tài nguyên tập trung đồng có thể phục hồi của Trung Quốc tương đối hạn chế. Các mỏ chính trong nước bao gồm:

• Mỏ đồng Dexing (Giang Tây)

• Mỏ đồng Yulong (Tây Tạng)

• Mỏ đồng Ashele (Tân Cương)

III. Quy trình luyện đồng

Quặng đồng khai thác từ lòng đất được tập trung thànhđồng cô đặc​ hoặc quặng cao cấp trước khi nấu chảy thành đồng tinh luyện và các sản phẩm hạ nguồn.

Hai phương pháp nấu chảy chính chiếm ưu thế trên toàn cầu:

1. Luyện kim (Tinh luyện lửa)

• sản xuấtđồng cực âm​ (đồng điện phân) thông qua quá trình nấu chảy và tinh chế điện phân.

• Thích hợp cho quặng sunfua cao cấp.

• Đồng phế liệu là một nguyên liệu quan trọng khác, được phân loại là:

  • Phế liệu cũ:​ Từ những thiết bị, tòa nhà, đường ống ngầm lạc hậu.

  • Phế liệu mới:​ Từ chất thải sản xuất (~50% sản lượng đồng).

• Phân loại phế liệu:

  • Đồng trần hỗn hợp:​ >90% độ tinh khiết

  • Phế liệu đồng thau/dây:​ Chứa vật liệu đồng (động cơ, PCB)

  • Đồng thứ cấp:​ Được sản xuất từ ​​phế liệu và các vật liệu tương tự

2. Thủy luyện kim (SX-EW)

• Thích hợp cho quặng oxy hóa cấp thấp.

• sản xuấtđồng điện tử​ (đồng cathode thông qua chiết dung môi – điện hóa).

3. So sánh nhiệt luyện và thủy luyện

Thủy luyện kim mang lại lợi thế đáng kể về chi phí nhưng bị hạn chế về ứng dụng. Không phải tất cả quặng đồng đều phù hợp. Tuy nhiên, những cải tiến công nghệ kể từ những năm 1990 đã cho phép áp dụng rộng rãi hơn ở Mỹ, Chile, Canada, Úc, Mexico và Peru. Việc mở rộng này làm tăng nguồn cung đồng toàn cầu, góp phần làm giá đồng giảm so với mức đỉnh năm 1996.2,600/t∗∗tồMộtrobạnNd∗∗1.600/tấnvào cuối năm 1998.

Chi phí sản xuất trung bình vào cuối những năm 1990 là1,400–1.600/tấn​ (64–73 ¢/lb). Chi phí thủy luyện kim được ghi nhận thấp nhất là20 ¢/lb​ (450/t),wTôithanavờMộtgebetôiồw∗∗50¢/tôib∗∗(1.100/tấn). Chi phí tăng lên trên 50 ¢/lb khi chế biến quặng sunfua, quặng cao cấp hoặc hoạt động ở vùng khí hậu lạnh.

Phát triển thủy luyện kim của Trung Quốc

Từ những năm 1970, Trung Quốc đã nghiên cứu khai thác đồng từ quặng cấp thấp. Nhà máy thủy luyện đầu tiên (120 tấn/năm) được xây dựng vào năm 1983. Trong những thập kỷ gần đây, hàng chục nhà máy nhỏ (công suất: hàng trăm đến 2.000 tấn) đã xuất hiện, nhưng tổng sản lượng vẫn chỉ ~15.000 tấn/năm—không đủ so với sản lượng đồng tinh luyện ~1 triệu tấn/năm của Trung Quốc. Chi phí sản xuất đồng trong nước (~ ¥18.500/t) vượt xa mức trung bình toàn cầu (~$1.477/t hoặc 67 ¢/lb). Trong thời gianKế hoạch 5 năm lần thứ chín, thủy luyện kim được chỉ định là ưu tiên quốc gia, với các nhà máy trình diễn được xây dựng tại các mỏ Dexing, Yulong và Tonglüshan. Đến năm 2000, công suất thủy luyện của Trung Quốc dự kiến ​​sẽ vượt quá50.000 tấn/năm.

Trên toàn cầu, đồng tinh luyện thủy luyện tăng từ2,5%​ (1980) đến10%​ (1994) và18%(1997), với những dự đoán cho thấy tỷ trọng cuối cùng của25–35%.

IV. Sự khác biệt giữa thanh đồng không chứa oxy và thanh đồng ít oxy

1. Trạng thái hấp thụ/giải hấp và tồn tại oxy

• Đồng catôt thường chứa10–50 phần triệu oxy; độ hòa tan rắn ở nhiệt độ phòng là ~ 2 ppm.

• Thanh đồng có hàm lượng oxy thấp:​ 200–400 ppm oxy (đôi khi lên tới 450 ppm), được hấp thụ ở trạng thái lỏng.

• Thanh đồng không chứa oxy được đúc hướng lên trên:​ Thông thường nồng độ oxy <10–50 ppm, đôi khi thấp đến1–2 trang/phút.

Oxy kết tủa dưới dạngCu₂O​ tại ranh giới hạt của đồng có hàm lượng oxy thấp, ảnh hưởng tiêu cực đến độ dẻo dai. Đồng không chứa oxy thể hiện cấu trúc một pha đồng nhất với ít tạp chất hơn và hầu như không có lỗ rỗng, trong khi độ xốp thường gặp ở các thanh có lượng oxy thấp.

2. Cấu trúc vi mô: Cán nóng và đúc

• Thanh ít oxy: Cán nóng → cấu trúc kết tinh lại (8 mm), đuôi gai đúc bị gãy.

• Thanh không có oxy: Hạt đúc thô, đôi khi có kích thước vài mm → diện tích ranh giới hạt nhỏ hơn → yêu cầunhiệt độ ủ cao hơn.

Để ủ thành công, lần ủ đầu tiên sau khi vẽ phải làCao hơn 10–15%​ mạnh hơn so với thanh oxy thấp trong điều kiện tương đương. Quá trình vẽ liên tục tiếp theo đòi hỏi biên độ ủ đủ để đảm bảo độ mềm của sản phẩm cuối cùng.

3. Tạp chất, tính biến đổi của oxy, oxit bề mặt và khuyết tật lăn

Đồng không có oxy thường cho thấy:

• Ít tạp chất hơn

• Hàm lượng oxy ổn định

• Không có khuyết tật cán nóng

• Màng oxit bề mặt mỏng như15 Å

Ngược lại, các thanh có hàm lượng oxy thấp có thể bị oxit dưới bề mặt hình thành trong quá trình đúc và cán, dẫn đến đứt dây. Để giảm thiểu điều này, một số nhà sản xuất sử dụngbong tróchoặc thậm chílột đôicái gậy.

4. Độ dẻo dai

Cả hai thanh đều có thể được kéo tới0,015mm, nhưng khoảng cách giữa các sợi dây siêu dẫn siêu mịn có thể đạt tới0,001mm, nơi đồng không có oxy vượt trội.

5. Những cân nhắc về mặt kinh tế

Đồng không có oxy đòi hỏi nguyên liệu thô cao cấp hơn. Đối với đường kính dây> 1mm, thanh oxy thấp sẽ tiết kiệm hơn; đối với dây mảnh hơn, thanh không có oxy có lợi thế hơn.

6. Xử lý sự khác biệt

Quá trình kéo và ủ không thể giống hệt nhau. Độ mềm của dây phụ thuộc vào thành phần, thông số chế tạo thanh, bản vẽ và ủ—không có loại nào nói chung là “nhẹ nhàng hơn”.

V. Xác định vật liệu đồng làm cáp

Thị trường cáp đứng trước thách thức trong việc phân biệt đồng thật với hàng giả, đặc biệtnhôm mạ đồng (CCA)vànhôm-magiê mạ đồng (CCAM), đã xuất hiện trong những năm gần đây.

So sánh giá (xấp xỉ):

• Đồng không có oxy:50.000 Yên/tấn​

• CCA:25.000 Yên/tấn​

  (Trọng lượng riêng: Cu = 8,9, Al = 2,7)

Năm phương pháp nhận dạng

1. Kiểm tra trực quan

Lõi đồng chính hãng xuất hiệntím-đỏ, bóng và mềm mại. Lõi giả có màu tím đậm, hơi vàng hoặc hơi trắng, độ bền cơ học kém. Chà xát phần lõi lộ ra trên giấy trắng có thể để lại vết đen nếu có tạp chất.

2. Kiểm tra cắt ngang

CCA và CCAM thường là những sợi dây mảnh. Cắt mặt cắt lộ ralõi nhôm trắng​bên dưới một lớp đồng mỏng.

3. Kiểm tra ngọn lửa

• CCA/CCAM: Dây dẫn bị chùng xuống, không dễ bắt lửa; sau khi cháy chuyển sang màu xám/đen; giòn và vỡ thành từng đoạn khi xoắn.

• Đồng không có oxy: Tạo thành hạt nóng chảy; hành vi thay đổi theo đường kính dây (dây mịn tan chảy, dây dày giữ nguyên hình dạng).

4. Kiểm tra vết xước

• Đồng đóng hộp: Vết xước màu vàng

• Đồng trần không có oxy: Vết xước màu đỏ

• CCA/CCAM: Họa tiết xước trắng bông tuyết

• Thép mạ đồng: Lực hút từ khẳng định lõi thép

5. Kiểm tra dụng cụ

Người dẫn điện phải tuân theoGB/T 3953-2009​ (Dây đồng tròn dùng cho mục đích điện). Chỉ số chính:Điện trở suất DC ở 20°C.

Tiêu chuẩn kiểm tra:GB/T 3048.2-2007​ (sửa đổi IEC 60468:1974)

Giới hạn điện trở suất (tối đa):

• Dây đồng tròn cứng (Ty3.0 mm):≤ 0,01777 Ω·mm²/m​

• Dây đồng tròn mềm (TR):≤ 0,017241 Ω·mm²/m

Phép đo thường được thực hiện bằng cầu Kelvin hoặc dụng cụ chính xác tương tự, chuyển đổi điện trở thành điện trở suất dựa trên diện tích mặt cắt ngang.

Được cung cấp bởi Minfeng Cable Group, nhà máy trực tiếp và nhà cung cấp giải pháp toàn diện cho ngành dây và cáp.