A geotudományok alkalmazása Ausztrália legfontosabb kihívásaira

Bevezetés

Válogatott réz szerelvények. Forrás: Forrás: Wikimedia Commons

Minden alkalommal, amikor felkapcsolja a villanyt, használ egy készüléket otthonában, vagy megnyitja a csapot, réz szállítja az áramot vagy a vizet. A réz tehát nagyon fontos fém az ember számára, és több hasznos tulajdonságot egyesít magában, mint valószínűleg bármely más fém.

Egy átlagos családi otthon több mint 90 kilogramm rezet tartalmaz: 40 kg elektromos vezeték, 30 kg vízvezeték, 15 kg építőipari vasalat, 9 kg elektromos készülékeken belül és 5 kg rézáru. Egy Boeing 747-200-as sugárhajtású repülőgép körülbelül 1,8 tonna rezet tartalmaz. A New York-i Szabadság-szobor több mint 27 tonna rezet tartalmaz.

Tulajdonságok

Kalkopirit. Forrás: Kossuth Lajos: Kossuth Lajos: Kossuth Lajos: Geoscience Australia

A réz az aranyon kívül az egyetlen természetesen előforduló fém, amelynek jellegzetes színe van. Az aranyhoz és az ezüsthöz hasonlóan a réz is kiválóan vezeti a hőt és az elektromosságot. Emellett nagyon képlékeny és képlékeny. A réz ellenáll a korróziónak is (nem rozsdásodik nagyon könnyen). A réz puha, de szívós. Más fémekkel könnyen keverhető ötvözetekké, például bronzzá és sárgarézzé. A bronz az ón és a réz ötvözete, a sárgaréz pedig a cink és a réz ötvözete. A réz és a sárgaréz könnyen újrahasznosítható¿a jelenleg használt réz mintegy 70%-át legalább egyszer már újrahasznosították.

.

Felhasználások

A mai réz, mivel olyan jól vezeti az elektromosságot, használják az elektromos generátorokban és motorokban az elektromos vezetékekben és az elektronikai termékekben, például a rádiókban és a televíziókban. A réz a hőt is jól vezeti, ezért gépjárművek radiátoraiban, légkondicionálókban és otthoni fűtési rendszerekben használják.

Mivel a réz nem korrodál könnyen, ezért vízvezetékekhez is használják. Formálhatósága azt jelenti, hogy a rézcsövek könnyen hajlíthatók a sarkokba, anélkül, hogy eltörnének.

A rézszulfátot gombaölő szerként használják, hogy megakadályozzák, hogy a növények gyökerei eltömítsék a lefolyókat és a csatornarendszereket. A kezelt faanyag kékeszöld színét a réz-naftanát és a réz-króm-arzenát okozza, amelyeket nyomás alatt juttattak be, hogy segítsenek megvédeni a fát a fúrók ellen.

A rezet érmék és tudományos műszerek készítésére, valamint dekorációs célokra is használják.

Egy mobiltelefonban körülbelül 15 gramm réz van, és a közelmúltban a számítógépes chipekben a réz felváltotta az alumíniumot.

Rézhuzalból készült tekercs. Forrás: Rézfém, réz, réz, réz, réz, réz: Geoscience Australia

Réz tartalmú számítógépes áramköri lapok. Forrás: Forrás: Geoscience Australia

Történelem

Egy jeruzsálemi étteremben kiállított régi rézedények. Forrás: Jeruzsálem, Jeruzsálem, Jeruzsálem: Wikimedia Commons

A réz volt az első fém, amelyet az emberek használtak. A neolitikus ember fedezte fel körülbelül 9000 évvel ezelőtt, és a kő helyett használta, mivel sokkal könnyebb volt alakítani. A korai iráni rézművesek rájöttek, hogy a réz melegítéssel megpuhult, a kalapálással pedig keményebbé vált. Így a rezet különböző hasznos tárgyakká, például edényekké és használati tárgyakká tudták alakítani, ami nagy előrelépés volt az emberi faj számára. Gyönyörű színe vonzóvá tette a rezet az ékszerek és díszek készítéséhez is.

A réz használatára már a korai időkben is van bizonyíték, egy 5000 évvel ezelőtt használt rézcső darabját tárták fel a régészek az egyiptomi Kheopsz-piramisból. Kr. e. 4000 körül felfedezték a bronzot (egy még keményebb ötvözetet), amelyet réz és kis mennyiségű ón keverésével készítettek. Fegyverek, páncélok, szerszámok és díszítőeszközök készítésére használták, így kezdődött a réz-bronz korszak. Bár a bronzszerszámok gyártása a vaskorszak kezdetével, i. e. 1000 körül nagyrészt megszűnt, a rezet továbbra is használták egyéb tulajdonságai miatt. Mint a mindössze két színes fém egyike, szépsége miatt rendkívül kívánatossá vált díszek készítésére, a korrózióval szembeni ellenállása pedig alkalmassá tette a tengerben vagy a tenger közelében történő felhasználásra.

A réz lemezekbe verésének képessége és a rozsdával szembeni ellenállása miatt népszerű tetőfedő anyaggá vált a fontos épületeken.

Minneapolis városháza rézből készült tetővel. Forrás: Kossuth Lajos: Kossuth Lajos: Kossuth Lajos: Wikimedia Commons

A rézipar növekedése szorosan összefüggött a villamos energia növekvő használatával. Az elektromos alkalmazások továbbra is a fém fő felhasználási területe, ami két fizikai tulajdonságának tudható be. Kiváló elektromos (és hő)vezető, és elég képlékeny ahhoz, hogy törés nélkül drótot húzzanak belőle és lemezekké verjék. A rezet széles körben használják vízvezeték-alkatrészekben, és az ötvözetek fő alkotóeleme, amelyek közül sok keményebb, erősebb és szívósabb, mint az egyes alkotóelemeik. 1837-ben Charles Wheatstone és William Cooke szabadalmaztatta az első elektromos távírót, amely rézhuzalt használt. Alexander Graham Bell 1876-ban elsőként használt rézből készült telefonvezetéket. 1878-ban Thomas Edison feltalálta az első elektromos lámpát, amelyhez az áramot rézből vezették. E két találmány tömeges alkalmazása néhány éven belül hihetetlenül megnövelte a réz bányászatát és termelését.

Forrás

Malachit és azurit. R29797 Forrás: R29797: Geoscience Australia

Mivel a réz könnyen reagál más anyagokkal, a földkéregben sokféleképpen képződhet. Gyakran más fémekkel, például ólommal, cinkkel, arannyal és ezüsttel együtt található lerakódásokban.

A réz messze a legnagyobb mennyiségben a kéregben található porfír rézlelőhelyként ismert testekben. Ezek a lelőhelyek egykor olvadt kőzet nagy tömegei voltak, amelyek lehűltek és megszilárdultak a földkéregben. A lehűlés során néhány nagy kristály alakult ki, amelyeket aztán a gyorsabb lehűlés során kisebb kristályok vettek körül – a geológusok ezeket a kőzeteket porfírnak nevezik. Eleinte a réz alacsony koncentrációban volt eloszlatva az olvadt kőzet nagy tömegében. Ahogy a magma lehűlt és kristályok kezdtek kialakulni, az olvadék mennyisége egyre kisebb lett. A réz az olvadékban maradt, egyre koncentráltabbá válva. Amikor a kőzet már majdnem teljesen megszilárdult, összehúzódott és megrepedt, és a megmaradt, rézben gazdag folyadék a repedésekbe préselődött, ahol végül az is megszilárdult. Sok millió év alatt az ezeket a lerakódásokat fedő kőzetek elerodálódtak, és a lerakódások végül a felszínen jelentek meg. A porfír lelőhelyekre példa a Cadia Hill (NSW) és a Cerro Colorado (Panama).

A réz, vas és kén keverékét kalkopiritnek (CuFeS2) vagy “bolondok aranyának” nevezik, és sok régi idők aranyásóit becsapta! A kalkopirit Ausztráliában több mint 250 millió éves kőzetekben található. A bornit (Cu5FeS4), a kovellit (CuS) és a kalcocit (Cu2S) fontos rézforrások a világon, és sok érctest tartalmaz némi malachitot (CuCO3.Cu(OH)2), azuritot (Cu3(CO3)2.Cu(OH)2), kupritot (Cu2O), tenoritot (CuO) és natív rezet is. A szulfidok, amelyekből az egész világon kitermelt réz nagy része származik, általában a lúdtelepek mélyebb, időjárásnak nem kitett részeit foglalják el. A felszín közelében oxidáció és más kémiai folyamatok hatására oxidok és karbonátok keletkeznek belőlük. Ezek a másodlagos rézásványok számos lelőhely felső részén gazdag ércet képezhetnek, és jellegzetes zöld vagy kék színüknek köszönhetően még kis mennyiségben is könnyen észrevehetőek azokban a kőzetekben, amelyekben előfordulnak. A réztartalmú ásványok általában olyan ásványokkal együtt fordulnak elő, amelyek aranyat, ólmot, cinket és ezüstöt tartalmazhatnak.

Készletek

A réz keresése Ausztráliában nem sokkal az európai letelepedés után kezdődött. Ausztráliában az első nagyobb rézleletet a dél-ausztráliai Kapundánál fedezték fel 1842-ben, amikor Francis Dutton rézércet talált, miközben elveszett juhok után kutatott. Az 1860-as évekre Dél-Ausztráliát “rézkirályságként” ismerték, mivel a világ legnagyobb rézbányái közé tartozott.

Ausztrália rendelkezik a világ rézkészletének jelentős részével, és az Egyesült Államok Földtani Intézetének (USGS) adatai szerint 2016-ban Chile mögött a 2. helyen állt. Több olyan rézbányánk van, amelyek világviszonylatban is jelentősek, köztük a queenslandi Mt Isa réz-ólom-ólom-cink lelőhely és a dél-ausztráliai Olympic Dam réz-urán-arany lelőhely, amely a világ egyik legnagyobb réztartalmú lelőhelyét bányássza ki. További példák a jelentős rézkészletekre a dél-ausztráliai Prominent Hill és Carrapateena réz-arany lelőhelyek, az új-dél-walesi Northparkes réz-arany, CSA réz-ólom-cink és Girilambone rézlelőhelyek, a queenslandi Ernest Henry, Osborne és Mammoth rézlelőhelyek és a selwyn-i réz-arany lelőhelyek, valamint a nyugat-ausztráliai Golden Grove és a Nifty rézlelőhely réz-cink lelőhelyei.

Ausztrália jelentősebb rézlelőhelyei és bányái (2016). Forrás: Az Egyesült Államokban található rézbányák és a rézbányászat területén található bányák: Geoscience Australia

További nyersanyag- és termelési információk.

Bányászat

Bár a nagy rézlelőhelyeket számos nagy termelő országban külszíni módszerrel bányásszák, az Ausztráliában kitermelt rézérc nagy része földalatti bányákból származik. A legtöbb bányában alkalmazott hagyományos módszer szerint az ércet feltörik és a felszínre viszik zúzásra. Az ércet ezután finomra őrlik, mielőtt a réztartalmú szulfidásványokat flotációs eljárással koncentrálják, amely elválasztja az ércszemcséket a hulladékanyagtól, az üledéktől. Az ércben lévő réztartalmú ásványok típusától és az alkalmazott kezelési eljárásoktól függően a koncentrátum jellemzően 25-30% réz, de akár 60% körüli réz is lehet. A koncentrátumot ezután kohóban dolgozzák fel.

Feldolgozás

Néhány ausztrál bányában a rezet az ércből kioldják, hogy rézben gazdag oldatot állítsanak elő, amelyet később a rézfém kinyerése érdekében kezelnek. Az ércet először feltörik, és lúgosító párnákon helyezik el, ahol kénsavas oldattal oldják fel, hogy a réz kioldódjon belőle. A rézben gazdag oldatot ezután az oldószeres extrakciós üzembe szivattyúzzák, hogy a rezet rézkomplexként leválasszák. Ezt besűrítik, és az oldatot a réz kinyerésére szolgáló elektrofinomító üzembe vezetik. Az elektrolizálással előállított rézkatódok 99,99 % rezet tartalmaznak, ami elektromos felhasználásra alkalmas. Ezt az egész folyamatot oldószeres extrakciós elektrofinomításnak (SX-EW) nevezik.

A koncentrátumok rézfémmé történő átalakítására különböző olvasztási módszereket alkalmaznak. Az egyik módszer az, hogy olvasztókemencében folyósítószerekkel olvasztják be őket, hogy rézmárgát állítsanak elő, amely főként vas- és rézszulfidok keveréke, és általában 50-70% rezet tartalmaz. Az olvadt mattot egy konverterbe öntik, amely több folyasztóanyagot tartalmaz, és buborékrézzé alakítják, amely körülbelül 98-99%-os tisztaságú. A hólyagos rezet megcsapolják, anódkemencében tovább finomítják, és végül elektrolitikusan tiszta katódrézzé finomítják.

Az Olympic Damban a koncentrátumot közvetlenül hólyagos rézzé olvasztják. Ebben az eljárásban a rézkoncentrátumot oxigénnel dúsított levegővel vezetik be a kohóba. A finom koncentrátum azonnal reagál vagy “villámolvad”, mivel a rézszulfidok kénfrakciója elég, és kéndioxidgázzá alakul. Az olvadt réz és a salak a kohó tűzhelyére hullik. A salak réteget képez az olvadt hólyagos réz felszínén. A hólyagos rezet időnként eltávolítják további tisztítás céljából egy anódkemencében és elektrolitikusan finomítják.