Articles

Anvendelse af geovidenskab på Australiens vigtigste udfordringer

On oktober 8, 2021 by admin

Indledning

Assorterede kobberfittings. Kilde: Wikimedia Commons

Hver gang du tænder et lys, bruger et apparat i dit hjem eller tænder for en vandhane, er det kobber, der leverer elektricitet eller vand til dig. Kobber er derfor et meget vigtigt metal for mennesker og kombinerer flere nyttige egenskaber end sandsynligvis noget andet metal.

Et gennemsnitligt familiehjem indeholder mere end 90 kg kobber: 40 kg elektriske ledninger, 30 kg VVS-installationer, 15 kg bygningsbeslag, 9 kg indendørs elektriske apparater og 5 kg messingvarer. Et Boeing 747-200 jetfly indeholder ca. 1,8 tons kobber. Frihedsgudinden i New York indeholder mere end 27 tons kobber.

Egenskaber

Chalcopyrit. Kilde: Geoscience Australia

Kobber er det eneste naturligt forekommende metal ud over guld, der har en karakteristisk farve. Ligesom guld og sølv er kobber en fremragende leder af varme og elektricitet. Det er også meget formbart og duktilt. Kobber er også modstandsdygtigt over for korrosion (det ruster ikke særlig let). Kobber er blødt, men hårdt. Det blandes let med andre metaller for at danne legeringer som bronze og messing. Bronze er en legering af tin og kobber, og messing er en legering af zink og kobber. Kobber og messing genbruges let¿ måske 70 % af det kobber, der nu er i brug, er blevet genbrugt mindst én gang.

Kobbers egenskaber
Kemisk symbol	Cu, fra det latinske ord “cuprum”, der betyder “cypernmalm”.
Malm	Hovedst almindeligvis fundet som chalcopyrit, CuFeS2
Relativ massefylde	8.96 g/cm3
Hårdhed	3 på Mohs-skalaen
Malleabilitet	Høj
Hæmmelighed
Duktilitet	Høj
Smeltepunkt	1084°C
Skogningspunkt	2562°C

Anvendelser

I dag kobber, fordi det er en så god leder af elektricitet, anvendes det i elektriske generatorer og motorer til elektriske ledninger og i elektroniske produkter som radioer og tv-apparater. Kobber er også god varmeleder, så det bruges i radiatorer i motorkøretøjer, klimaanlæg og varmeanlæg i hjemmet.

Da kobber ikke korroderer let, bruges det også til vandrør. Kobberrørene er formbare, hvilket betyder, at de let kan bøjes rundt om hjørner uden at gå i stykker.

Kobbersulfat anvendes som svampemiddel for at forhindre planterødder i at blokere afløb og kloaksystemer. Den blågrønne farve på behandlet træ er resultatet af kobbernaphthanat og kobberchromarsenat, som er blevet tilført under pres for at hjælpe med at beskytte træet mod borebiller.

Kobber anvendes også til fremstilling af mønter og videnskabelige instrumenter samt til dekorative formål.

Der er ca. 15 gram kobber i en mobiltelefon, og for nylig har kobber erstattet aluminium i computerchips.

Rulle af kobbertråd. Kilde: Geoscience Australia

Computerprintplader, der indeholder kobber. Kilde: Geoscience Australia

Anvendelse	Beskrivelse
Elektricitet og kommunikation	Da kobber er duktilt og en god leder, anvendes det hovedsagelig i elektriske generatorer, elektriske ledninger i husholdninger/biler og ledninger i apparater, computere, lys, motorer, telefonkabler, radioer og tv-apparater.
Mønter	Legeringen “cupronikkel”, en blanding af 75 % kobber og 25 % nikkel, anvendes til fremstilling af “sølvmønter” som f.eks. de australske 5, 10, 20 og 50 cent-mønter. Australiens mønter til 1 og 2 dollars er 92 % kobber, blandet med aluminium og nikkel.
Rør	Da kobber ikke ruster let og let kan sættes sammen, er det nyttigt til fremstilling af vandrør (og hydrauliske systemer). Brugen af kobber i vandrør går tilbage til de gamle egyptere og romerne.
Varmeledende	Kobbers evne til at lede varme betyder, at det bruges til bilradiatorer, klimaanlæg, varmeanlæg i hjemmet og kedler til at producere damp. Det er også ideelt til bunden af gryder til madlavning.
Fungicider og insekticider	Kobbersulfat bruges til at dræbe algeopblomstringer i vandreservoirer, til at beskytte tømmer, til at forhindre planterødder i at blokere regnvand og kloaksystemer og til at dræbe insekter.
Gødningsstoffer	Kobberproduktionen steg i 1950’erne og 1960’erne på grund af behovet for kobberbaserede gødningsstoffer til at fremme væksten af afgrøder på tidligere uproduktive arealer.
Bronze	Bronze (90 % kobber, 10 % tin) anvendes til statuer og lejer i bilmotorer og tunge maskiner. De tidligste bronzer var naturlige legeringer, der stammer fra mineralforekomster, som også indeholdt tin.
Messing	Messing (70 % kobber, 30 % zink) er særlig rustbestandigt og bruges derfor til fremstilling af skrog på sejlbåde og andet skibsudstyr. Mange musikinstrumenter er fremstillet af messing. Det bruges også til pyntegenstande, fra lysarmaturer til vandhaner og instrumenter til astronomi, landmåling, navigation og andre videnskabelige formål.

Historie

Gamle kobberredskaber udstillet i en restaurant i Jerusalem. Kilde: Wikimedia Commons

Kobber var det første metal, der blev brugt af mennesker. Det blev opdaget af neolitiske mennesker for omkring 9000 år siden og blev brugt i stedet for sten, da det var langt lettere at forme. De tidlige kobbersmede i Iran fandt ud af, at opvarmning af kobber blødgjorde det, mens hamring af kobber gjorde det hårdere. På denne måde kunne de forme kobber til forskellige nyttige genstande som f.eks. beholdere og redskaber – et stort fremskridt for menneskeheden. Kobberets smukke farve gjorde det også attraktivt at bruge det til smykker og ornamenter.

Der er beviser for, at kobber blev brugt fra tidlig tid, idet et stykke kobberrør, der blev brugt for 5000 år siden, blev udgravet af arkæologer fra Kheops-pyramiden i Egypten. Omkring 4000 f.Kr. blev bronze (en endnu hårdere legering) opdaget ved at blande kobber med en lille mængde tin. Den blev brugt til at fremstille våben, rustninger, redskaber og dekorationsredskaber¿ dermed begyndte kobber-bronzealderen. Selv om fremstillingen af bronzeværktøj stort set ikke længere blev brugt med jernalderens indtræden omkring 1000 f.Kr., blev kobber fortsat brugt på grund af dets andre egenskaber. Som et af de kun to farvede metaller gør dets skønhed det meget ønskeligt til fremstilling af ornamenter, og dets modstandsdygtighed over for korrosion gør det velegnet til brug i eller nær havet.

Den evne til at slå kobber til plader og dets modstandsdygtighed over for rust gjorde det til et populært tagmateriale på vigtige bygninger.

Minneapolis’ rådhus med kobbertag. Kilde: Wikimedia Commons

Væksten i kobberindustrien har været tæt forbundet med den stigende brug af elektricitet. Elektriske anvendelser er fortsat metallets vigtigste anvendelsesformål, hvilket kan tilskrives to fysiske egenskaber. Det er en fremragende elektrisk (og varme)leder og er duktilt nok til at blive trukket til tråd og slået til plader uden at briste. Kobber anvendes i vid udstrækning i VVS-komponenter og er en vigtig bestanddel af legeringer, hvoraf mange er hårdere, stærkere og sejere end deres enkelte bestanddele. I 1837 tog Charles Wheatstone og William Cooke patent på den første elektriske telegraf med kobbertråd. I 1876 var Alexander Graham Bell den første til at bruge kobbertråd til telefoni. I 1878 opfandt Thomas Edison det første elektriske lys, som var baseret på kobber til at føre strømmen til det. I løbet af få år forårsagede masseanvendelsen af disse to opfindelser en utrolig stigning i udvindingen og produktionen af kobber.

Formation

Malachit og azurit. R29797 Kilde: R29797: Geoscience Australia

Da kobber reagerer let med andre stoffer, kan det dannes på en række forskellige måder i jordskorpen. Det findes ofte i aflejringer sammen med andre metaller som bly, zink, guld og sølv.

Langt de største mængder kobber findes i jordskorpen i forekomster, der er kendt som porfyr-kobberaflejringer. Disse forekomster var engang store masser af smeltet sten, som afkøledes og stivnede i jordskorpen. Efterhånden som de afkøledes, voksede der nogle store krystaller, som derefter blev omgivet af mindre krystaller, efterhånden som afkølingen blev hurtigere – geologer kalder disse bjergarter for porfyrier. I begyndelsen var kobberet spredt ud over hele den store masse af smeltet sten i lave koncentrationer. Efterhånden som magmaen afkøledes og der begyndte at dannes krystaller, blev smeltemængden mindre. Kobberet forblev i smeltemassen og blev mere og mere koncentreret. Da stenen var næsten helt fast, trak den sig sammen og fik revner, og den resterende kobberrige væske blev presset ind i revnerne, hvor den også til sidst stivnede. I løbet af mange millioner år eroderede de bjergarter, der dækkede disse aflejringer, væk, og aflejringerne kom til sidst til syne ved overfladen. Eksempler på porfyrforekomster er Cadia Hill (NSW) og Cerro Colorado (Panama).

En blanding af kobber, jern og svovl kaldes chalcopyrit (CuFeS2) eller “narreguld” og har snydt mange gamle guldsøgere! Chalcopyrit i Australien findes i bjergarter, der er mere end 250 millioner år gamle. Bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS) og chalcocit (Cu2S) er vigtige kobberkilder i verden, og mange malmkilder indeholder også noget malakit (CuCO3.Cu(OH)2), azurit (Cu3(CO3)2.Cu(OH)2), cuprit (Cu2O), tenorit (CuO) og naturligt kobber. Sulfiderne, som giver størstedelen af det kobber, der produceres i hele verden, befinder sig generelt i de dybere dele af de loder, som ikke har været udsat for forvitring. Nær overfladen ændres de ved oxidation og andre kemiske processer til oxider og karbonater. Disse sekundære kobbermineraler kan danne rig malm i de øverste dele af mange forekomster, og på grund af deres karakteristiske grønne eller blå farve er selv små mængder let at se i de bjergarter, hvori de forekommer. Kobberholdige mineraler findes almindeligvis i forbindelse med mineraler, der kan indeholde guld, bly, zink og sølv.

Ressourcer

I Australien begyndte man at lede efter kobber kort efter den europæiske bosættelse. Det første større fund af kobber i Australien var ved Kapunda i Sydaustralien i 1842, da Francis Dutton fandt kobbermalm, mens han ledte efter fortabte får. I 1860’erne var Sydaustralien kendt som “kobberriget”, fordi det havde nogle af de største kobberminer i verden.

Australien besidder en betydelig del af verdens kobber og lå i 2016 på andenpladsen efter Chile ifølge United States Geological Survey (USGS). Vi har flere kobberminer, som er af verdensomspændende betydning, herunder Mt Isa kobber-bly-zinkforekomsten i Queensland og Olympic Dam kobber-uran-guldforekomsten i Sydaustralien, som er ved at udvinde en af de største kobberholdige forekomster i verden. Andre eksempler på vigtige kobberressourcer findes i Prominent Hill og Carrapateena kobber-guldforekomsterne i Sydaustralien, Northparkes kobber-guld, CSA kobber-bly-zink og Girilambone kobberforekomsterne i New South Wales, Ernest Henry, Osborne og Mammoth kobberforekomsterne og kobber-guldforekomsterne ved Selwyn i Queensland samt kobber-zinkforekomsterne ved Golden Grove og Nifty kobberforekomsterne i Western Australia.

Australia’s major copper deposits and mines (2016). Kilde: Geoscience Australia

Flere oplysninger om ressourcer og produktion.

Mining

Selv om store kobberforekomster udvindes ved åbne brud i mange af de store producentlande, kommer det meste af den kobbermalm, der produceres i Australien, fra underjordiske miner. Den traditionelle metode, der anvendes i de fleste miner, indebærer, at malmen brydes og bringes op til overfladen for at blive knust. Malmen males derefter fint, inden de kobberholdige sulfidmineraler koncentreres ved en flotationsproces, som adskiller malmmineralkornene fra affaldsmaterialet, dvs. gangmaterialet. Afhængigt af typen af kobberholdige mineraler i malmen og de anvendte behandlingsprocesser indeholder koncentratet typisk mellem 25 og 30 % kobber, men kan dog være helt oppe på ca. 60 % kobber. Koncentratet behandles derefter i et smelteværk.

Forarbejdning

I nogle australske miner udvaskes kobberet fra malmen for at fremstille en kobberrig opløsning, som senere behandles for at genvinde kobbermetallet. Malmen brydes først og lægges ud på udvaskningsområder, hvor den opløses af en svovlsyreopløsning for at udvaskes for kobberet. Den kobberrige opløsning pumpes derefter til opløsningsmiddelekstraktionsanlægget for at udskille kobberet som et kobberkompleks. Dette koncentreres, og opløsningen ledes til elektrovinningsanlægget for at genvinde kobberet. De kobberkatoder, der fremstilles ved elektrovining, indeholder 99,99 % kobber, som er egnet til elektrisk brug. Hele denne proces er kendt som solvent ekstraktion electrowinning (SX-EW).

Der anvendes forskellige smeltemetoder til at omdanne koncentraterne til kobbermetal. En metode er at smelte dem med flusmidler i en smelteovn for at fremstille kobbermat, som er en blanding hovedsagelig af jern og kobbersulfider, der normalt indeholder 50-70 % kobber. Den smeltede matte hældes i en konverter, som indeholder flere flusmidler, og omdannes til blisterkobber, som er ca. 98-99 % rent. Blisterkobberet tappes, raffineres yderligere i en anodeovn og raffineres til sidst elektrolytisk til rent katodekobber.

I Olympic Dam bliver koncentratet flash-smeltet direkte til blisterkobber. I denne proces føres kobberkoncentratet ind i smelteriet med iltberiget luft. Det fine koncentrat reagerer eller “flashes” øjeblikkeligt, da svovlfraktionen i kobbersulfiderne forbrændes og bliver til svovldioxidgas. Smeltet kobber og slagger falder ned på smelteriets ildsted. Slaggen danner et lag på overfladen af det smeltede blisterkobber. Blisterkobberet fjernes med jævne mellemrum til yderligere rensning i en anodeovn og elektrolytisk raffinering.

Archives

Categories