שימושים בנחושת | היצע, ביקוש, ייצור, משאבים

תוֹכֶן

• נחושת - מתכת המשמשת לאורך הדורות
• כיצד אנו משתמשים בנחושת כיום?
• שימושים עתיקים של נחושת
• אילו נכסים הופכים את הנחושת לשימושית?
• סוגי פיקדונות נחושת
• אספקת נחושת, ביקוש ומחזור
• כיצד אנו מבטיחים אספקה ​​מספקת של נחושת לעתיד?
• הערכת משאבי נחושת גלובלית

פסל החירות: בשנת 1886, פסל החירות ייצג את השימוש הגדול ביותר בנחושת במבנה יחיד. כדי לבנות את הפסל, נחתכו כ -80 טונות של יריעות נחושת והוקעו בעובי של כ -2.3 מילימטרים (3/32 אינץ '), או בערך של שני פרוטות אמריקאיות שהונחו יחד. האריס.

נחושת - מתכת המשמשת לאורך הדורות

נחושת הייתה אחת המתכות הראשונות שחולצו ושימשו אי פעם על ידי בני אדם, והיא תרמה תרומות חיוניות לקיום ושיפור החברה מאז שחר התרבות. נחושת שימשה לראשונה במטבעות וקישוטים שהתחילו בערך 8000 לפנה"ס. בערך 5500 לפנה"ס, כלי נחושת עזרו לתרבויות לצאת מגיל האבן. התגלית כי נחושת סגסוגת בדיל מייצרת ברונזה סימנה את תחילת תקופת הברונזה בערך 3000 לפני הספירה.

בארצות הברית נמצא חלק ממה שמאמינים כצמיד נחושת בקבורה של אינדיאנים בשפלה בגיאורגיה בשנת 2017. הקבורה הייתה שריפה המתוארכת לפני כ- 3500 שנה. הנחושת הכילה יסודות קורט שקושרו אותה למרבצים גיאולוגיים באזור האגמים הגדולים. תגליות אלה מצביעות על קשר סחר למרחקים ארוכים בין גאורגיה לאזור האגמים הגדולים, מרחק גדול מכפי שהיה ידוע בעבר.

נחושת נמתחת, עוברת ועוצבת בקלות; עמיד בפני קורוזיה; ומוליך חום וחשמל ביעילות. כתוצאה מכך נחושת הייתה חשובה לבני האדם המוקדמים והיא ממשיכה להיות חומר לבחירה עבור מגוון יישומים ביתיים, תעשייתיים וטכנולוגיים עתירי טכנולוגיה כיום.

שימושים בנחושת: גרף זה מראה כיצד נחושת שימשה בארצות הברית במהלך 2017 על ידי מגזר התעשייה. כדוגמה: נחושת המשמשת בבניית בניין יכולה הייתה לשמש לחיווט, אינסטלציה, איטום מפני מזג אוויר וסוגים רבים אחרים של שימוש פרטני. הנתונים עבור תרשים זה הם מסיכום הסחורות המינרליות הגיאולוגית של ארצות הברית לשנת 2018.

כיצד אנו משתמשים בנחושת כיום?

נכון להיום נחושת משמשת לבניית בניינים, ייצור חשמל והולכה, ייצור מוצרים אלקטרוניים וייצור מכונות תעשייתיות ורכבי תחבורה. חוטי נחושת ואינסטלציה הם אינטגרליים למכשירים, מערכות חימום וקירור וקישורי טלקומוניקציה המשמשים מדי יום בבתים ובעסקים. נחושת היא מרכיב חיוני במנועים, חיווט, רדיאטורים, מחברים, בלמים ומסבים המשמשים במכוניות ובמשאיות. המכונית הממוצעת מכילה 1.5 ק"מ (חוט נחושת), וכמות הנחושת הכוללת נעה בין 20 ק"ג (44 פאונד) במכוניות קטנות ועד 45 ק"ג (99 פאונד) ברכבי יוקרה והיבריד.

מטבע רומי: נחושת הייתה אחת המתכות הראשונות ששימשו לייצור מטבעות, והתרגול ההוא החל בשנת 8000 לפני הספירה. המטבע המוצג לעיל הוא follis רומי עם תמונה של קונסטנטיוס הראשון.

שימושים עתיקים של נחושת

כמו בימי קדם, נחושת נותרה מרכיב במטבע המשמש במדינות רבות, אך זוהו שימושים חדשים רבים. אחד היישומים האחרונים של קפסרים כולל את השימוש בו במשטחים נגועים בתדירות גבוהה (כגון ידיות פליז), שבהם תכונות אנטי מיקרוביאליות של קופר מצמצמות את העברת החיידקים והמחלות. יצרני המוליכים למחצה החלו להשתמש גם בנחושת למעגלים בשבבי סיליקון, המאפשרים למעבדי המיקרו לפעול מהר יותר ולהשתמש בפחות אנרגיה. לאחרונה נמצא כי גם רוטורי נחושת מגדילים את היעילות של מנועים חשמליים, שהם צרכנים גדולים של כוח חשמלי.

נחושת במכוניות: נחושת היא מרכיב חיוני במנועים, חיווט, רדיאטורים, מחברים, בלמים ומסבים המשמשים במכוניות ובמשאיות. המכונית הממוצעת מכילה 1.5 ק"מ (חוט נחושת), וכמות הנחושת הכוללת נעה בין 20 ק"ג (44 פאונד) במכוניות קטנות ועד 45 ק"ג (99 פאונד) ברכבי יוקרה והיבריד.

אילו נכסים הופכים את הנחושת לשימושית?

סגולות הסגסוגת המצוינות של נחושת הפכו אותו לבלתי יסולא בפז בשילוב עם מתכות אחרות, כגון אבץ (ליצירת פליז), פח (ליצירת ברונזה) או ניקל. לסגסוגות אלה מאפיינים נחשקים, ובהתאם להרכבם, מפותחים ליישומים מיוחדים מאוד. לדוגמא, סגסוגת נחושת-ניקל מוחלת על גופי הספינות מכיוון שהיא לא מאששת במי ים ומפחיתה את הידבקותם של החיים הימיים, כמו ברזליים, ובכך מפחיתה את הגרירה ומגדילה את יעילות הדלק. פליז הוא סריג יותר ובעל תכונות אקוסטיות טובות יותר מאשר נחושת או אבץ טהור; כתוצאה מכך הוא משמש במגוון כלי נגינה, כולל חצוצרות, טרומבונים, פעמונים ומצלתיים.

נחושת באבני חן: נחושת היא מרכיב חשוב במספר אבני חן כמו טורקיז, אזורית, מלכיט וכריזולולה. זה נותן למינרלים אלה את צבעם הירוק או הכחול ואת כוח המשיכה הגבוה שלהם. הקבושונים המוצגים לעיל הם כמה מאבני החן הרבות שנכרותו באריזונה.

סוגי פיקדונות נחושת

נחושת מופיעה בצורות רבות, אך הנסיבות השולטות באיך, מתי ואיפה היא מופקדת משתנות מאוד. כתוצאה מכך, נחושת מתרחשת במינרלים רבים ושונים. כלקופיריט הוא השפע והמשמעותי ביותר במינרלים הנחושתיים.

מחקרים שנועדו להבין טוב יותר את התהליכים הגיאולוגיים המייצרים מרבצי מינרלים, כולל מרבצי נחושת, הם מרכיב חשוב בתוכנית המשאבים המינרליים של USGS. מרבצי נחושת מסווגים באופן נרחב על בסיס אופן היווצרות המשקעים. מרבצי נחושת פורפיריים, הקשורים לחדירות נרחבות, מניבים כשני שליש מעולמות הנחושת ולכן הם הסוג החשוב ביותר בעולם של מרבץ הנחושת. מרבצי נחושת גדולים מסוג זה נמצאים באזורים הרריים במערב אמריקה הצפונית ובהרי האנדים בדרום אמריקה.

סוג חשוב נוסף של פיקדון נחושת - הסוג הכלול בסלעי משקע - מהווה כרבע מהעולמות שזוהו משאבי נחושת. משקעים אלה מתרחשים באזורים כמו חגורת הנחושת של מרכז אפריקה ואגן זכשטיין של מזרח אירופה.

מרבצי נחושת בודדים עשויים להכיל מאות מיליוני טונות של סלע הנושא נחושת ופעמים רבות מפותחים בשיטות כרייה של בור פתוח. פעולות הכרייה, שבדרך כלל עוקבות אחר גילוי עפרות שנים רבות, נמשכות לרוב עשרות שנים. למרות שפעולות כרייה היסטוריות רבות לא נדרשו לבצע את פעולות הכרייה שלה בדרכים שיפחיתו את השפעתן על הסביבה, התקנות הפדרליות והמדיניות הנוכחיות אכן דורשות כי פעולות הכרייה ישתמשו בפרקטיקות סביבתיות כדי למזער את השפעות התפתחות המינרלים על בריאות האדם והמערכת האקולוגית. .

המחקר הסביבתי המינרלי של USGS מסייע באפיון האינטראקציות הטבעיות והאנושיות בין מרבצי הנחושת לבין המערכות האקולוגיות המימיות והיבשתיות שמסביב. מחקר מסייע בהגדרת התנאים הבסיסיים הטבעיים לפני תחילת הכרייה ואחרי סגירת המכרות. מדעני USGS חוקרים משתנים אקלימיים, גיאולוגיים והידרולוגיים כדי להבין טוב יותר את יחסי הגומלין בין משאבים וסביבה.

כריית נחושת באריזונה: אריזונה מייצרת יותר נחושת מכל מדינה אחרת. היסטוריה קצרה זו מראה כיצד כריית הנחושת של אריזונאס בנתה מדינה ושינתה מדינה.

אספקת נחושת, ביקוש ומחזור

ייצור העולמות (ההיצע) והצריכה (הביקוש) של הנחושת עלו באופן דרמטי ב 25 השנים האחרונות. עם כניסת מדינות מתפתחות גדולות לשוק העולמי, גדל הביקוש לסחורות מינרליות, כולל נחושת. בעשרים השנים האחרונות אזור האנדים בדרום אמריקה התגלה כאזור הנחושת היצרני ביותר בעולם. בשנת 2007, כ 45 אחוז מעולמות הנחושת הופקו מהרי האנדים; ארצות הברית ייצרה 8 אחוזים. כמעט כל הנחושת המיוצרת בארצות הברית מגיעה בסדר גודל הייצור, באריזונה, יוטה, ניו מקסיקו, נבדה או מונטנה.

הסיכון לשיבוש באספקת הנחושת העולמית נחשב לנמוך מכיוון שייצור הנחושת מפוזר ברחבי העולם ואינו מוגבל למדינה או אזור אחד. אולם, בגלל חשיבותו בבנייה והעברת חשמל, ההשפעה של כל הפרעה באספקת הנחושת תהיה גבוהה.

נחושת היא אחת הממוחזרות ביותר מבין כל המתכות; כשליש מכל הנחושת הנצרכת ברחבי העולם ממוחזרת. נחושת ממוחזרת וסגסוגותיה ניתנות למחזור ומשמשות ישירות או מעובדות מחדש לעיבוד נחושת מזוקקת מבלי לאבד אף אחת מהתכונות הכימיות או הפיזיקליות של המתכות.

כריית נחושת באריזונה: אריזונה מייצרת יותר נחושת מכל מדינה אחרת. היסטוריה קצרה זו מראה כיצד כריית הנחושת של אריזונאס בנתה מדינה ושינתה מדינה.

מכרה נחושת יוטה: מכרה הנחושת של קניון בינגהאם בקוטה ביוטה, הנראה מהחלל, ייצר יותר מ 12 מיליון טונות של נחושת פורפירית. המכרה הוא יותר מ -4 ק"מ (2.5 מייל) בחלקו העליון ועומק 800 מטר (0.5 מייל) והוא אחד מפלאי ההנדסה בעולם. תצלום מאת C.G. קנינגהם, USGS.

כיצד אנו מבטיחים אספקה ​​מספקת של נחושת לעתיד?

כדי לסייע בחיזוי היכן עשויים להימצא משאבי נחושת עתידיים, מדעני USGS חוקרים כיצד והיכן מרוכזים משאבי הנחושת הידועים בקרום האדמה ומשתמשים בידע זה כדי להעריך את הפוטנציאל למשאבי נחושת שלא נחשפו. טכניקות להערכת פוטנציאל המשאבים המינרליים פותחו ושכללו על ידי USGS כדי לתמוך בניהול של אדמות פדרליות ולהעריך טוב יותר את זמינות משאבי המינרלים בהקשר עולמי.

בשנות התשעים ערכו ה- USGS הערכה של משאבי הנחושת האמריקניים והסיקו שנשאר כמעט למצוא נחושת כפי שכבר התגלה. באופן ספציפי, USGS גילו כי כ -350 מיליון טון נחושת התגלו והעריכו כי כ- 290 מיליון טון נחושת נותרו בלתי נחשפים בארצות הברית.

צריכת נחושת: איכויות הנחושת שהפכו אותו לחומר הבחירה למגוון יישומים ביתיים, תעשייתיים וטכנולוגיים הייטביים הביאו לעלייה מתמדת בצריכת הנחושת העולמית. מחקרי USGS על צריכת נחושת מראים כמה מגמות מעניינות לתקופת הזמן 1990 עד 2012. צריכת הנחושת בכלכלות מתפתחות, כמו סין והודו, עלתה במידה ניכרת, ואילו שיעור הצריכה בארצות הברית צנח מעט. עד שנת 2002 הייתה ארצות הברית צרכנית הנחושת המובילה והשתמשה מדי שנה בכ -16 אחוז מכלל הנחושת המזוקקת בעולם (כ -2.4 מיליון טון). בשנת 2002, ארצות הברית הוחלטה על ידי סין כמשתמש המוביל בעולמות של נחושת מזוקקת. הכלכלה הפורחת בסין תרמה להרבעה מכפלה של צריכת הנחושת המעודנת השנתית שלה במהלך 12 השנים 2000-2000. גרף על ידי USGS.

הערכת משאבי נחושת גלובלית

USGS העריכו נחושת שלא נחשפה בשני סוגי פיקדונות המהווים כ 80 אחוז מכלל אספקת הנחושת העולמית. מרבצי נחושת פורפירית מהווים כ 60 אחוז מעולמות הנחושת. בפיקדונות נחושת פורפירית, מופצים מינרלים של עפרות נחושת בפריצות. משקעי נחושת משקעים המתארחים במשקעים, בהם הנחושת מרוכזת בשכבות בסלעי משקע, מהווים כעשרים אחוז מהעולמות שזוהו משאבי נחושת. ברחבי העולם מכרות בשני סוגי הפיקדונות הללו מייצרים כ 12 מיליון טונות נחושת בשנה.

מחקר זה בדק פוטנציאל למרבצים חשופים ומוסתרים בטווח של כקילומטר אחד לפני השטח עבור מרבצי פורפיר ועד 2.5 ק"מ לפני השטח עבור מרבצי משקעים המארחים משקעים. עבור מרבצי פורפיר, תוחמו 175 דרכים; 114 דרכים מכילות משקעים מזוהים או יותר. חמישים דרכים תוחמו עבור משקעי נחושת סטרטאונד המארחים משקעים; 27 מכילים פיקדונות מזוהים או יותר.

תוצאות ההערכה מסופקות לפי סוג פיקדון ל -11 אזורים (טבלה 1). הממוצע הכולל של המשאב הבלתי-גלוי לפיקדונות פורפיר הוא 3,100 מיליון טון, והסך הממוצע של המשאב הבלתי-גלוי לפיקדונות המתארחים במשקעים הוא 400 מיליון טון, ובסך הכל 3,500 מיליון טון נחושת. טווחי אומדני המשאבים (בין האחוזון ה 90 לעשיר) משקפים את אי הוודאות הגיאולוגית בתהליך ההערכה. בערך 50 אחוז מהסכום העולמי מתרחש בדרום אמריקה, דרום מרכז אסיה ואינדוצ'ינה וצפון אמריקה יחד.

מפת פיקדון נחושת: התפלגות מרבצי הנחושת הידועים בשנת 2008. אדום מצביע על נחושת הקשורה לחדירות נזילות (מרבצי נחושת פורפיריות) וכחול מעיד על נחושת הכלולה בסלעי משקע (משקעי נחושת בהארחת משקעים). מפה מאת USGS. הגדלת מפה.

דרום אמריקה יש את משאבי הנחושת הגדולים והזוהים הגדולים ביותר (כ 20 אחוז מהסכום הבלתי גלוי הכולל). מרבצי החורבן הגדולים בעולם מכורים באזור זה. צ'ילה ופרו הן בין העולמות המובילים בייצור נחושת.

מרכז אמריקה והקריביים מארחים שני מרבצי נחושת פורפיריים ענקיים (> 2 מיליון טון נחושת) בפנמה. מרבית המשאבים הבלתי נחשפים נמצאים בחגורה המשתרעת מפנמה לדרום מערב מקסיקו.

צפון אמריקה מארח דרכי נחושת פורפיריות מינרליות במיוחד הכוללות מרבצי פורפיר (= 25 מיליון טון נחושת) מעולים בצפון מקסיקו, במערב ארצות הברית ובאלסקה, כמו גם מרבצי ענק במערב קנדה. המשאבים המשוערים שנחשפו פורפיר לא נחשפו שווים בערך למשאבים שזוהו.

המדינות המובילות בייצור הנחושת בארצות הברית הן אריזונה, יוטה, ניו מקסיקו, נבדה ומונטנה. בארצות הברית מעריכים כי משקעי הנחושת הבלתי-נחשפים המאוחסנים במשקעים במישיגן, מונטנה וטקסס מכילים כ- פי שלושה נחושת מזוהה. ידועים שני מרבצי ענק, במישיגן ובמונטנה.

צפון מזרח אסיה הוא יחסית בלתי-מפותח, עם משאבי נחושת פורפיריים מזוהים מזוהים ורק אחד מציב נחושת ענקית פורפירית מזוהה. עם זאת, ההערכה היא שהמשאבים הבלתי נחשפים הממוצע הם גדולים למדי. באזור זה יש את היחס הגדול ביותר של לא נחשף למשאבים שזוהו במחקר.

צפון מרכז אסיה יש 35 מרבצי נחושת פורפיר, כולל פיקדון ענק במונגוליה ומפקד ענק בקזחסטן. על פי הערכות, שטח הטרקטור מכיל כשלוש פעמים את משאב הנחושת המזוהה של פורפיר. באזור זה מארחים גם שלוש מרבצי נחושת משקעי ענק המארחים משקעים, בקזחסטן וברוסיה. USGS מעריכים כי ייתכן שנחושת נחושת סטרטאפונד המאוחדת במשקעים כפי שכבר התגלה.

דרום מרכז אסיה ואינדוקיה נחקרים פחות ביסודיות מאשר חלקים רבים אחרים של העולם; עם זאת, עד כה זוהו ארבעה מרבצי נחושת פורפיריים ענקיים ברמה הטיבטית. מרבצי נחושת פורפים שלא נחשפו עשויים להכיל פי שמונה מכמות הנחושת המזוהה.

ארכיפלגים בדרום מזרח אסיה מארחים מרבצי נחושת פורפיריים ברמה עולמית ברמה העולמית כמו סופרג'נט באינדונזיה וכ -16 מרבצי ענק באינדונזיה, פפואה גינאה החדשה והפיליפינים. למרות שחלקים מאזור נבדקים היטב, סביר להניח כי משאבי פורפיריה שלא נחשפו יעלו על המשאבים המזוהים.

מזרח אוסטרליה יש מרבץ נחושת ענקי פורפיר אחד וכמה מרבצי פורפיר קטנים. משאבים צפויים שלא נחשפו צפויים במעטה. אוסטרליה היא יצרנית הנחושת המובילה מזה עשרות שנים.

מזרח אירופה ודרום מערב אסיה הוטש על נחושת מאז ימי קדם, לאחרונה זוהו משקעי נחושת פורפיריים ענקיים. חזוי כי נחושת שלא נחשפה תהיה בערך פי שניים מהמשאבים שזוהו, הן עבור מרבצי פורפיר לאורך חגורה מרומניה דרך טורקיה ואיראן והן עבור משקעים מאוחדים בשקעים באפגניסטן.

מערב אירופה יש את הפיקדון הגדול ביותר שמתארח במשקעים ברחבי העולם, בפולין. מעריכים של משאבי נחושת סטרטאבונדיים משקעים שטרם נחשפו בדרום מערב פולין, מעריכים כי יעלו על משאבים מזוהים בכ -30 אחוז.

אפריקה והמזרח התיכון יש הצטברות עולמית הגדולה ביותר של משקעי נחושת סטרטאונד המתארחים במשקעים, עם 19 מרבצי ענק בחגורת הנחושת המרכז אפריקאית ברפובליקה הדמוקרטית של קונגו וזמביה. משאבי נחושת משמעותיים שטרם נחשפו נותרו לגלות.