مس چیست؟

مس یک عنصر شیمیایی با نماد Cu و عدد اتمی 29 است. عدد جرمی آن تقریباً 63.55 واحد جرم اتمی است و در جدول تناوبی به گروه فلزات واسطه تعلق دارد.

مس در حالت طبیعی خود می تواند در فازها یا اشکال مختلف وجود داشته باشد. متداول ترین فازها شامل فرم خالص فلزی آن است که رنگ قرمز مایل به قهوه ای و هدایت الکتریکی عالی دارد.

این نوع مس خالص را می توان در سنگ معدن هایی مانند کالکوپیریت، کالکوسیت و بورنیت یافت که از طریق فرآیندهای معدنی استخراج می‌شوند.

علاوه بر این، مس می‌تواند با عناصر دیگر ترکیباتی ایجاد کند که منجر به ایجاد فازهای معدنی مختلف مانند اکسید مس (همانطور که در کانی هایی مانند کوپریت یا تنوریت دیده می‌شود) یا سولفیدهای مس می‌شود.

مس در طبیعت به دلیل شرایط محیطی و فرآیندهای زمین شناسی بین این فازها دچار دگرگونی می‌شود.

این فازهای مختلف مس به حضور متنوع آن در مواد معدنی و سنگ معدن در مناطق مختلف در سطح جهان کمک و زمینه را برای استخراج و استفاده در کاربردهای صنعتی و تجاری متعدد فراهم می‌کند.

در ادامه مقاله به معرفی کامل فلز مس و بررسی کاربردها و خواص آن خواهیم پرداخت.

تاریخچه مس

مس دارای اهمیت تاریخی غنی با قدمت هزاران سال است. در میان اولین فلزات کشف شده و استفاده شده توسط انسان، مس نقش اساسی در توسعه تمدن های باستان ایفا کرده است.

چکش خواری آن امکان شکل دادن به ابزار، سلاح و وسایل تزئینی را فراهم می‌کرد که نشان دهنده گذار از عصر حجر به عصر مس است. شواهد اولیه از ذوب مس و استفاده از آن به حدود 5000 سال قبل از میلاد در مناطقی مانند بین النهرین و خاورمیانه برمی گردد.

فرهنگ‌های باستانی مانند مصریان، یونانی ها و رومی ها مس را به دلیل دوام و تطبیق پذیری آن مورد احترام قرار می‌دادند. از این فلز به صورت زیور آلات، سکه ها، مصنوعات مذهبی و ابزار ساخته می‌شد که کمک قابل توجهی به پیشرفت این جوامع کرد.

در طول تاریخ، مس جزء لاینفک پیشرفت تکنولوژیکی و فرهنگی باقی ماند. عصر برنز که مشخصه آن آلیاژ مس با قلع برای ایجاد برنز بود، جهشی قابل توجه در ساخت ابزار، سلاح و توسعه اجتماعی را نشان داد.

رسانایی مس نیز یکی از عواملی اسنت که منجر به کاربرد آن در آزمایشات اولیه الکتریکی شد. با گذشت زمان، اهمیت آن افزایش یافت، به ویژه با ظهور انقلاب صنعتی، جایی که خواص الکتریکی مس در تلگراف، سیم کشی برق، و ماشین آلات مختلف ضروری شد و جایگاه آن را به عنوان یک فلز حیاتی در تمدن مدرن تثبیت کرد.

انواع فلز مس و آلیاژهای آن

مس خالص

که حاوی ۹۹.۳% و یا بیشتر مس می باشد.

آلیاژهایی با درصد مس بالا

دارای درصد مس بین ۹۶% تا ۹۹.۳% می باشند و برای دستیابی به خواص ویژه ممکن است نقره نیز به آن‌ها افزوده شود.

برنج ها

دارای روی به عنوان عنصر آلیاژی اصلی می­ باشند، همچنین عناصر دیگری مانند آهن، آلومینیوم ، نیکل و سیلیسیوم برای بهبود خواص آلیاژ ، افزوده می ­شوند. برنج ها دارای مقاومت به خوردگی و استحکام کششی بالایی هستند.

افزودنی های برنج

افزودن سرب به ترکیبات فلز برنج می تواند سبب بهبود خواص ماشین کاری شده، همچنین موجب سایش کمتر ابزار شود. افزودن آلومینیوم ، آهن ومنگنز به برنج سبب افزایش استحکام، افزودن سیلیسیوم سبب بهبود مقاومت به سایش می­ شود.

طبقه بندی برنج‌ها

برنج آلفا، با درصد روی کمتر از ۳۷%. این آلیاژها داکتیل بوده و می توانند کارسرد شوند.

برنج آلفا – بتا یا دوتایی دارای ۳۷-۴۵% روی هستند. این آلیاژها دارای داکتیلیته محدودتری هستند و سخت تر و مستحکم تر می­ باشند.

خانواده های فلز برنج

• آلیاژهای CU-Zn
• آلیاژهای CU-Zn-Pb ( برنج های سرب دار)
• آلیاژهای Cu-Zn-Sn ( برنج های قلع )

خانواده برنزها شامل

• آلیاژ های Cu-Sn-P (برنز های فسفر)
• آلیاژ های CU-Sn-Pb-P (برنز های فسفر سرب دار)
• آلیاژ های Cu-Al (برنز های آلومینیوم )
• آلیاژ های CU-Si (برنز های سیلیسیوم)

سایر گروه های آلیاژی

• آلیاژ های CU-Ni: همانطور که از نام این آلیاژ مشخص است عنصر آلیاژی اصلی نیکل می­ باشد. این گروه می­ توانند شامل عناصر آلیاژی دیگر و یا فقط نیکل، به تنهایی باشند.
• آلیاژ های CU-Ni-Zn : این آلیاژ ها به علت رنگ آلیاژ به عنوان نقره های نیکل معروف می­ باشند. این گروه حاوی روی و نیکل به عنوان عناصر آلیاژی اصلی بوده، همچنین ممکن است سایر عناصر آلیاژی نیز به آن افزوده شود.
• مس های سرب دار: مس های سرب دار آلیاژهای مس ریختگی هستند که دارای ۲۰% و یا بیشتر افزودنی سرب می­ باشند. همچنین آنها حاوی مقادیر کمی نقره هستند اما عناصر قلع و یا روی در آنها وجود ندارد.

آلیاژهای خاص

وقتی آلیاژها دارای ترکیبات شیمیایی هستند که در هیچ یک از گروه های ذکر شده قرار نمی­ گیرد، تحت عنوان آلیاژ های خاص نامگذاری می­ شوند.

مس‌های اتومات: این خواص با افزودن گوگرد و تلوریم به مس بدست می­ آید.

فلز مس بازیافتی: آلیاژهای مس برای بازیافت بسیار مناسب هستند. حدود ۴۰% مصرف سالیانه آلیاژ های این فلز از مواد مسی بازیافت شده تامین می­ شود.

کاربرد مس در صنایع مختلف

مصارف مس در صنایع برق و الکترونیک

صنعت برق یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کنندگان مس است زیرا ارزانترین فلز برای انتقال برق است، همچنین در مقایسه با سایر انتقال‌دهنده‌ها از استاندارد خاصی برخوردار است. علاوه براین، قدرت استثنایی فلز مس، انعطاف پذیری‌اش و مقاومت‌اش در برابر وادادگی و خوردگی، آن را به ارجح‌ترین و ایمن‌ترین انتقال‌دهنده برای ساخت سیم تبدیل کرده است.

مس همچنین در کابل‌های برق، به صورت عایق‌بندی شده یا نشده، و برای کاربردهای ولتاژ پایین، متوسط یا بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز بخش اصلی موتورها و مبدل‌ها است.

بیشتر بخوانید: خرید انواع لوله مسی در بازارمس

مس در ساختمان‌سازی و مصالح

مقاومت بام‌های مسی در برابر شرایط هوایی سخت به علاوه جذابیت‌شان بسیار معروف است. در اکثر ساختمان‌های عمومی، ساختمان‌های تجاری و خانه‌ها از این فلز برای مقاومت در برابر آب باران و بام‌سازی استفاده می‌شود.

برق جلای سبز رنگ و تاثیرگذاری که نمای کلاسیکی از گرمی و زیبندگی به مس اعطا می‌کند، حاصل آب و هوای طبیعی است. سیستم‌های آب‌رسانی و گرمایی مسی مشخصه‌ای از ایمنی ارزشمند در ساختمان‌هاست.

مس و برنج موادی هستند که در لوله‌کشی، شیرهای آب، سوپاپ‌ها و وسایل منزل به کار می‌روند. این فلز برخلاف لوله پلاستیکی نمی‌سوزد، ذوب نمی‌شود یا در صورت بروز آتش، گازهای سمی یا زیان‌آور آزاد نمی‌کند. لوله‌های مس همچنین از سیستم‌های آب‌رسانی در برابر باکتری‌های مرگبار مثل لیجیونلا legionella محافظت می‌کند.

استفاده از دستگیره‌ها و بشقاب‌های مسی متضمن استفاده از خواص زیست‌ثباتی مس و ممانعت از انتقال بیماری و میکروب است.

خواص و ویژگی‌های فلز و محصولات بر پایه مس

مس از لحاظ تجاری عنصری سودمند و مفید محسوب می شود. ترکیبات مس به رنگ سبز – آبی است. مس اولین عنصر شناخته شده است و دارای دو ایزوتوپ است. مس یکی از عناصر فراوان در طبیعت است که بر اثر پدیده های طبیعی در محیط زیست به مقدار فراوان یافت میشود.

علاوه بر این‌که مس در سنگ‌های معدنی گوناگون وجود دارد، به حالت فلزی نیز یافت می‌شود. فلز مس بصورت سنگ‌های اکسیده، سنگ‌های سولفوره و مس طبیعی در طبیعت قرار دارد. سنگ‌های سولفوره براثر تغییرات جوی و فعل و انفعالات طبیعی به سنگ‌های اکسیده تبدیل می‌شوند.

سنگ‌های اکسیده بیشتر در قشر زمین وجود دارند. کانی‌هایی مثل آزوریت، مالاکیت و برنیت، همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت (CuFeS2)، کوولین (CuS)، کالکوزین (Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O)، از منابع مس هستند.

ویژگی‌های منحصر به فرد این عنصر آنچنان دامنه وسیعی از کاربرد برای مس و آلیاژهای آن ایجاد کرده که در تمام‌ ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی و خانگی، وسایل حمل و نقل، صنایع نظامی و… به نوعی حضور یافته و مقدار مصرف آن در کمتر از یک قرن، حدود ۲۰ برابر افزایش یافته است.

همان‌طور که اشاره شد، تمام اشکال اصلی حمل و نقل برای اجرای نقش های حیاتی‌ خود به مس وابسته‌اند. از آلیاژهای مس ـ نیکل روی بدنه‌های قایق‌ها و کشتی‌ها برای کاهش پوسیدگی ناشی از آب دریا استفاده می‌شود و به این طریق، مقدار آب‌نشینی کشتی‌ها کاسته شده و مصرف سوخت بهبود می‌یابد.

هرجا لوازم و ماشین‌آلات صنعتی باشد، مس و آلیاژهای آن هم حضور دارند. علاوه بر این موارد، در عصر حاضر، فلز مس در کشاورزی و زیست‌شناسی هم کاربرد فراوانی دارد. همچنین فلز مس فواید بسیاری برای بدن انسان دارد.

استخراج و تولید مس

این فلز معمولا در طبیعت به همراه سولفور یافت می شود . طور کلی از فرآیندی چند مرحله ای تولید می شود که از استخراج معدن و کنسانتره سنگ کم ارزش سولفید معدنی مس آغاز شده و پس از ذوب و تصفیه الکترولیتی ، کاتد مس خالص را تولید میکند .افزایش سهم مس از شستشوی اسیدی سنگ فلز اکسید شده حاصل می شود .

به سبب خصوصیاتی مانند قابلیت مفتول شدن، چکش خواری، رسانندگی الکتریکی حرارتی و نیز مقاومت آن در برابر زنگ زدگی، مس به یکی از فلزات اصلی صنعتی تبدیل شده که از نظر میزان مصرف پس از آهن و آلومینیوم در رتبه سوم قرار دارد.

کاربرد های الکتریکی مس مانند تولید و انتقال برق، سیم کشی ساختمان، ارتباطات، محصولات الکتریکی و الکترونیکی تقریبا سه چهارم کل مصرف مس را شامل می‌شود.

برای تولید فرآورده های فرعی و جانبی مس، محصولات غیر قابل استفاده مس به آسانی بازیافت شده و به طور قابل توجهی به عرضه مس می پیوندد.

شمش به صورت کاتد عموما بر اساس فرآیند ریخته گری واسطه‌ای نظیر اسلب ،بیلت، ورق ،مفتول و راد مسی ، لوله و آلیاژهای مس به اشکال مختلف تبدیل می شود:

اسلب

کاتد تولیدی در پالایشگاه و لیچینگ به واحد ریخته گری ارسال می گردد. این واحد از دو بخش ریخته گری پیوسته و نیمه پیوسته تشکیل شده است . از جمله تولیدات بخش ریخته گری نیمه پیوسته، اسلب (شمش تخت مس) است که بر اساس استاندارد ASTM B5 تولید می شود

بیلت

کاتد تولیدی در پالایشگاه و لیچینگ به واحد ریخته گری ارسال می گردد. این واحد از دو بخش ریخته گری پیوسته و نیمه پیوسته تشکیل شده است . از جمله تولیدات بخش ریخته گری نیمه پیوسته ، بیلت (شمش استوانه ای مس) است که بر اساس استاندارد ASTM B5 تولید می شود .

وجود معادن متعدد مس در ایران و صادرات آن به سایر کشورها باعث شده تا ایران تأمین کنندهٔ حدود ۳ درصد از ذخایر مس دنیا باشد. به عنوان مثال طی ۷ ماهه اول سال ۹۵ حدود ۲۰۰ کیلوگرم شمش مس به دیگر کشورها صادر شده است، که چیزی در حدود ۱٬۱۹۳٬۳۷۶ دلار می‌باشد. اگر به دنبال خرید یا فروش فلز مس هستید، وبسایت بازار مس در خدمت شماست تا شما را در همه‌ی زمینه‌ها یاری کند.

مزایا و ویژگی های محصولات مسی

هدایت الکتریکی مس

هدایت الکتریکی این محصول در دومین رتبه پس از نقره قرار دارد و ۹۷% آن است. به علت قیمت کمتر و فراوانی بیشتر، بطور سنتی بعنوان ماده استاندارد برای کاربردهای انتقال الکتریسیته استفاده می­شود.

اگر چه افزودن سایر عناصر خواصی نظیر استحکام را بهبود می­ بخشد، ولی مقداری کاهش در هدایت الکتریکی ایجاد می­ کند. بعنوان مثال افزودن ۱% کادمیم می­ تواند باعث افزایش استحکام به میزان ۵۰% شود ولی هدایت الکتریکی به میزان ۱۵% کاهش می­ یابد.

هدایت حرارتی مس

هدایت حرارتی این فلز در حدود دو برابر آلومینیوم و ۳۰ برابر فولاد زنگ نزن است. از این رو مس برای کاربردهایی که به انتقال حرارت سریع نیاز دارند، از قبیل ظروف آشپزخانه، مبدل حرارتی، رادیاتور های ماشین و وسایل نقلیه و انباره های حرارتی در کامپیوتر، دیسک چرخان و مجموعه­ های تلویزیون، استفاده می­ شود.

مقاومت به خوردگی

همه آلیاژ های این فلز دارای مقاومت به خوردگی در برابر آب و بخار می ­باشند. در بیشتر اتمسفر های صنعتی و دریایی، آلیاژهای این محصول دارای مقاومت به خوردگی هستند.

این فلز در محلول­های نمکی، خاک‌ها، کانی های غیر اکسیدی، اسیدهای آلی و محلول های سوز آور، مقاوم است. محلول آمونیاک مرطوب، هالوژن­ ها، سولفید ها، محلول­های حاوی یون های آمونیاک و اسیدهای اکسیدی، مانند اسید نیتریک، به مس حمله خواهند کرد. مقاومت به خوردگی آلیاژهای مس به دلیل تشکیل فیلم های یکنواخت روی سطح مواد است.

این فیلم ها نسبتا در مقابل خوردگی غیر قابل نفوذ هستند بنابراین فلز پایه را از حمله بیشتر محافظت می­ کنند. آلیاژهای Cu-Ni ، برنج های آلومینیوم و آلومینیوم مقاومت عالی در برابر خوردگی در آب نمک از خود نشان می­ دهند.

خاصیت ضد میکروبی فلز مس و آلیاژهای آن

ظهور مقاومت میکروبی در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها جان میلیون‌ها انسان را تهدید می‌کند. پس از آزمایش‌های کلینیکی و آزمایشگاهی بسیار در کشورهای مختلف جهان، ثابت شد که بسیاری از میکروارگانیسم‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، روی سطوح مسی کشته می‌شوند.

در سال ۲۰۰۸ مس به عنوان اولین ماده جامد ضد میکروبی؛ قارچ کش، باکتری کش و نابودکننده ویروس، توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده آمریکا) به ثبت رسید. و بیش از ۴۷۹ آلیاژ مس (جرم مس موجود در آلیاژها حداقل باید ۶۰٪ باشد) برای حفظ سلامت عمومی به ثبت رسیده‌ است.

نتایج آزمایش‌ها از این قرار است که سطح مس به‌طور پیوسته آلودگی باکتریایی را در مدت دو ساعت به میزان ۹۹٬۹ درصد کاهش داده و حتی پس از آلودگی مجدد، آلودگی کاهش می‌یابد.

سطح مسی بازدارنده شکل‌گیری و رشد باکتری در طول مدت دو ساعت است. مشاهده شده‌است که مس با سرعت بالایی میکروب‌ها را می‌کشد. هنوز هیچ میکروارگانیسمی کشف نشده‌است که بتواند در تماس با سطح مس مقاوم باشد.

برآورد شده‌است که حدود ۸۰٪ بیماری‌های عفونی از راه تماس منتقل می‌شوند. استفاده از سطوح مسی در بیمارستان‌ها به ویژه در ICU برای دستگیره درها، شیر آب و اهرم سرویس بهداشتی، فلز تخت بیمار، میله میز بیمار، آنژیو کت، محل تماس زنگ‌ها و چراغ‌ها، نه تنها چرخه انتقال آلودگی میکروبی را مختل می‌کند بلکه فعالانه خطر مقاومت باکتریایی را کاهش می‌دهد و مانع شیوع عفونت به دیگران می‌شود.

مقایسه خاصیت ضد میکروبی سطوح نقره و مس

خاصیت ضد میکروبی نقره ذاتاً قوی تر از مس است. اما کارایی ضد میکروبی سطح نقره، تنها در دمای بالا (۳۵ درجه سانتیگراد) و رطوبت بالا (۹۰٪ یا رطوبت نسبی بیشتر) عمل می‌کند.

در حالی که، سطح مس در دمای معمولی اتاق (۲۲ درجه سانتیگراد) و رطوبت عادی (۵۰٪) توانایی کشتن ۹۹٫۹٪ میکروب‌ها را دارد.

نقش در بیولوژی

وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات ضروری می‌باشد. مس در آنزیم‌های متنوعی وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن است.

مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین، کربوهیدرات‌ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم‌ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگ‌ها کوچک مانده و سرشاخه‌های جوان را دچار برگ سوختگی می‌کند.

هر چه واکنش خاک اسیدی تر باشد، مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام ترکیب بردو Bordeaux Mixture) استفاده می‌شود.