Aplicarea geostiinței la cele mai importante provocări ale Australiei

Introducere

Accesorii de cupru asortate. Sursă: „Sursa: Wikimedia Commons

De fiecare dată când aprindeți o lumină, folosiți un aparat electrocasnic sau deschideți un robinet, cuprul este cel care vă livrează electricitatea sau apa. Prin urmare, cuprul este un metal foarte important pentru oameni și combină mai multe proprietăți utile decât probabil orice alt metal.

O casă de familie medie conține peste 90 de kilograme de cupru: 40 kg de cabluri electrice, 30 kg de instalații sanitare, 15 kg de feronerie pentru constructori, 9 kg în interiorul aparatelor electrice și 5 kg de articole de alamă. Un avion cu reacție Boeing 747-200 conține aproximativ 1,8 tone de cupru. Statuia Libertății din New York conține peste 27 de tone de cupru.

Proprietăți

Calcopirita. Sursă: „Cobaltocaliu”: Geoscience Australia

Cuprul este singurul metal din natură, în afară de aur, care are o culoare distinctivă. Ca și aurul și argintul, cuprul este un excelent conductor de căldură și electricitate. De asemenea, este foarte maleabil și ductil. Cuprul este, de asemenea, rezistent la coroziune (nu ruginește foarte ușor). Cuprul este moale, dar rezistent. Este ușor de amestecat cu alte metale pentru a forma aliaje, cum ar fi bronzul și alama. Bronzul este un aliaj de staniu și cupru, iar alama este un aliaj de zinc și cupru. Cuprul și alama sunt ușor de reciclat¿probabil 70% din cuprul utilizat în prezent a fost reciclat cel puțin o dată.

.

.

.

Utilizări

Astăzi cupru, deoarece este un atât de bun conducător de electricitate, este utilizat în generatoare și motoare electrice pentru cabluri electrice și în produse electronice, cum ar fi radiourile și televizoarele. De asemenea, cuprul conduce bine căldura, așa că este folosit la radiatoarele autovehiculelor, la aparatele de aer condiționat și la sistemele de încălzire a locuințelor.

Pentru că cuprul nu se corodează ușor, este folosit și pentru conductele de apă. Maleabilitatea sa înseamnă că țevile de cupru pot fi îndoite pentru a trece ușor prin colțuri, fără a se rupe.

Sulfatul de cupru este folosit ca fungicid pentru a împiedica rădăcinile plantelor să blocheze canalizările și sistemele de canalizare. Culoarea verde-albastră a lemnului tratat este rezultatul naftatatului de cupru și al crom-arsenatului de cupru care au fost introduse sub presiune pentru a ajuta la protejarea lemnului împotriva buruienilor.

Cuprul este, de asemenea, utilizat pentru fabricarea monedelor și a instrumentelor științifice, precum și în aplicații decorative.

Există aproximativ 15 grame de cupru într-un telefon mobil și, recent, cuprul a înlocuit aluminiul în cipurile de calculator.

Rețea de sârmă de cupru. Sursa: Geoscience Australia

Placi de circuit pentru calculatoare care conțin cupru. Sursa: Geoscience Australia

Istorie

Ustensile vechi din cupru expuse într-un restaurant din Ierusalim. Sursă: „Oțelul de aur”: Wikimedia Commons

Cuprul a fost primul metal folosit de oameni. A fost descoperit de omul neolitic în urmă cu aproximativ 9000 de ani și a fost folosit în locul pietrei, deoarece era mult mai ușor de modelat. Primii fierari de cupru din Iran au descoperit că încălzirea cuprului îl înmuia, iar ciocănirea cuprului îl făcea mai dur. În acest fel, ei puteau să modeleze cuprul în diverse obiecte utile, cum ar fi recipiente și ustensile¿un mare pas înainte pentru rasa umană. Culoarea sa frumoasă a făcut, de asemenea, ca cuprul să fie atractiv pentru a fi folosit în bijuterii și ornamente.

Există dovezi că cuprul a fost folosit încă din cele mai vechi timpuri, o bucată de tub de cupru folosită acum 5000 de ani a fost dezgropată de arheologi din Piramida lui Keops din Egipt. În jurul anului 4000 î.Hr. a fost descoperit bronzul (un aliaj și mai dur) prin amestecarea cuprului cu o cantitate mică de staniu. Acesta a fost folosit la fabricarea de arme, armuri, unelte și unelte de decorare¿ astfel a început Epoca Cuprului-Bronzului. Deși fabricarea uneltelor din bronz a căzut în mare parte în desuetudine odată cu debutul Epocii Fierului, în jurul anului 1000 î.Hr., cuprul a continuat să fie folosit pentru celelalte proprietăți ale sale. Fiind unul dintre cele doar două metale colorate, frumusețea sa îl face foarte dorit pentru confecționarea de ornamente, iar rezistența sa la coroziune îl face potrivit pentru utilizarea în, sau în apropierea mării.

Capacitatea de a bate cuprul în foi și rezistența sa la rugină au făcut din el un material popular pentru acoperișurile clădirilor importante.

Minneapolis City Hall cu acoperiș de cupru. Sursă: „Sursa: Wikimedia Commons

Creșterea industriei cuprului a fost strâns legată de utilizarea tot mai mare a energiei electrice. Aplicațiile electrice continuă să fie principala utilizare a metalului, ceea ce poate fi atribuit la două proprietăți fizice. Este un excelent conductor electric (și termic) și este suficient de ductil pentru a fi tras în sârmă și bătut în foi fără a se fractura. Cuprul este utilizat pe scară largă în componentele instalațiilor sanitare și este o componentă majoră a aliajelor, multe dintre acestea fiind mai dure, mai puternice și mai rezistente decât elementele lor constitutive individuale. În 1837, Charles Wheatstone și William Cooke au brevetat primul telegraf electric, folosind sârmă de cupru. În 1876, Alexander Graham Bell a fost primul care a folosit firul de telefon din cupru. În 1878, Thomas Edison a inventat prima lumină electrică, bazându-se pe cupru pentru a transporta curentul către aceasta. În câțiva ani, utilizarea în masă a acestor două invenții a provocat o creștere incredibilă a mineritului și a producției de cupru.

Formare

Malachit și azurit. R29797 Sursa: R29797: Geoscience Australia

Pentru că cuprul reacționează ușor cu alte substanțe, se poate forma într-o varietate de moduri în scoarța terestră. Se găsește adesea în depozite împreună cu alte metale, cum ar fi plumbul, zincul, aurul și argintul.

De departe, cele mai mari cantități de cupru se găsesc în scoarță în corpuri cunoscute sub numele de depozite de cupru porphyry. Aceste depozite au fost cândva mase mari de rocă topită care s-au răcit și s-au solidificat în scoarța terestră. Pe măsură ce s-au răcit, au crescut câteva cristale mari, care au fost apoi înconjurate de cristale mai mici pe măsură ce răcirea a devenit mai rapidă – geologii numesc aceste roci porfire. La început, cuprul a fost răspândit în toată masa mare de rocă topită în concentrații mici. Pe măsură ce magma s-a răcit și au început să se formeze cristale, cantitatea de topitură a devenit mai mică. Cuprul a rămas în topitură, devenind din ce în ce mai concentrat. Când roca a devenit aproape complet solidă, s-a contractat și s-a fisurat, iar lichidul bogat în cupru rămas a fost comprimat în fisuri, unde s-a solidificat și el în cele din urmă. De-a lungul mai multor milioane de ani, rocile care acopereau aceste depozite s-au erodat, iar depozitele au apărut în cele din urmă la suprafață. Exemple de depozite de porfir includ Cadia Hill (NSW) și Cerro Colorado (Panama).

Un amestec de cupru, fier și sulf se numește calcopirită (CuFeS2) sau „aurul prostului”, și a păcălit mulți prospectori din vechime! În Australia, calcopirita se găsește în roci care au o vechime de peste 250 de milioane de ani. Bornitul (Cu5FeS4), covelita (CuS) și calcocita (Cu2S) sunt surse importante de cupru în lume, iar multe corpuri de minereu conțin, de asemenea, malachit (CuCO3.Cu(OH)2), azurit (Cu3(CO3)2.Cu(OH)2), cuprit (Cu2O), tenorit (CuO) și cupru nativ. Sulfurile, care dau cea mai mare parte a cuprului produs în întreaga lume, ocupă, în general, părțile mai adânci ale zăcămintelor care nu au fost expuse la intemperii. În apropierea suprafeței, acestea sunt alterate prin oxidare și alte acțiuni chimice pentru a produce oxizi și carbonați. Aceste minerale secundare de cupru pot forma un minereu bogat în părțile superioare ale multor zăcăminte și, datorită culorii lor verzi sau albastre caracteristice, chiar și cantități mici sunt ușor de observat în rocile în care apar. Mineralele care conțin cupru se găsesc de obicei în asociere cu minerale care pot conține aur, plumb, zinc și argint.

Resurse

În Australia, căutarea cuprului a început imediat după colonizarea europeană. Prima descoperire majoră de cupru din Australia a avut loc la Kapunda, în Australia de Sud, în 1842, când Francis Dutton a găsit minereu de cupru în timp ce căuta oile pierdute. Până în anii 1860, Australia de Sud era cunoscută sub numele de „Regatul Cuprului”, deoarece deținea unele dintre cele mai mari mine de cupru din lume.

Australia deține o parte substanțială din cuprul mondial și s-a clasat pe locul 2, după Chile, în 2016, potrivit United States Geological Survey (USGS). Avem mai multe mine de cupru de importanță mondială, inclusiv zăcământul de cupru-plumb-zinc Mt Isa din Queensland și zăcământul de cupru-uraniu-auraniu-or Olympic Dam din Australia de Sud, care exploatează unul dintre cele mai mari zăcăminte de cupru din lume. Alte exemple de resurse importante de cupru sunt zăcămintele de cupru-aur Prominent Hill și Carrapateena din Australia de Sud, zăcămintele de cupru-aur Northparkes, cupru-plumb-zinc CSA și cupru Girilambone din New South Wales, zăcămintele de cupru Ernest Henry, Osborne și Mammoth și zăcămintele de cupru-aur de la Selwyn din Queensland și zăcămintele de cupru-zinc de la Golden Grove și zăcământul de cupru Nifty din Australia de Vest.

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

Informații suplimentare despre resurse și producție.

Exploatare minieră

Deși marile zăcăminte de cupru sunt exploatate prin metode de exploatare în aer liber în multe dintre principalele țări producătoare, cea mai mare parte a minereului de cupru produs în Australia provine din mine subterane. Metoda tradițională utilizată în majoritatea minelor presupune ca minereul să fie sfărâmat și adus la suprafață pentru concasare. Minereul este apoi măcinat fin înainte ca mineralele sulfuroase purtătoare de cupru să fie concentrate printr-un proces de flotație care separă boabele de minerale de minereu de materialul rezidual, sau gangă. În funcție de tipul de minerale cu conținut de cupru din minereu și de procesele de tratare utilizate, concentratul conține, de obicei, între 25 și 30% cupru, dar poate ajunge până la aproximativ 60% cupru. Concentratul este apoi prelucrat într-o topitorie.

Procesare

În unele mine australiene, cuprul este lichefiat din minereu pentru a produce o soluție bogată în cupru care este ulterior tratată pentru a recupera cuprul metalic. Minereul este mai întâi sfărâmat și așezat pe plăcile de levigare unde este dizolvat de o soluție de acid sulfuric pentru a leviga cuprul. Soluția bogată în cupru este apoi pompată în instalația de extracție cu solvent pentru a separa cuprul sub formă de complex de cupru. Acesta este concentrat, iar soluția este trimisă la instalația de electrowinning pentru a recupera cuprul. Catozii de cupru produși prin electrowinning conțin 99,99% cupru, care este adecvat pentru utilizări electrice. Întregul proces este cunoscut sub numele de extracție cu solvent prin electrowinning (SX-EW).

Pentru a transforma concentratele în cupru metalic se folosesc diferite metode de topire. Una dintre metode constă în topirea lor cu fluxuri într-un cuptor de topire pentru a produce mată de cupru, care este un amestec format în principal din fier și sulfuri de cupru care conține de obicei între 50 și 70% cupru. Matul topit este turnat într-un convertor, care conține mai mulți fondanți și este transformat în cupru blister, care are o puritate de aproximativ 98 până la 99%. Cuprul blister este exploatat, rafinat în continuare într-un cuptor anodic și, în cele din urmă, rafinat electrolitic pentru a obține cupru catodic pur.

La Olympic Dam, concentratul este topit flash direct în cupru blister. În acest proces, concentratul de cupru este introdus în topitorie cu aer îmbogățit cu oxigen. Concentratul fin reacționează sau „fulgeră” instantaneu, deoarece fracțiunea de sulf din sulfurile de cupru este arsă și se transformă în dioxid de sulf gazos. Cuprul topit și zgura cad în focarul topitorului. Zgura formează un strat la suprafața cuprului blister topit. Cuprul blister este îndepărtat periodic pentru a fi purificat în continuare într-un cuptor anodic și rafinat electrolitic.

.