با وجود اينكه طلا، نخستين فلزي است كه توسط بشر مورد استفاده قرار گرفت، اما مس نخستين فلزي است كه از معدن با روش شيميايي استخراج شد. همچنين به علت استفاده راحت‌تر برنز از مس، عصر برنز پديد آمد. زماني كه باروت در دسترس قرار گرفت و توپ‌هاي برنزي متقاضي زيادي پيدا كرد عصر دوم برنز ناميده شد.

براي توليد مات مس از كانه‌هاي غني، كوره‌هاي بلند به‌همراه روش‌هاي تشويه خسته‌كننده استفاده مي‌‌شد و نهايتا روش تبديل كه برگرفته از صنعت فولاد بود به‌كار گرفته شد.

كوره ريورب جايگزين كوره بلند شد زيرا متالورژيست‌ها مجبور به استفاده از كانه‌هاي كم‌عيار شدند و نهايتا تكنولوژي ذوب فلش در دهه 1950 جايگزين كوره ريورب شد. استفاده از ليچينگ در مقياس بزرگ در شيلي در ابتداي قرن بيستم آغاز هيدرومتالورژي مس بود.

اين تكنولوژي در دهه 1960 با به‌كارگيري استخراج از حلال توسعه يافت. با شروع قرن بيست و يكم مشخص شد كه هيدرومتالورژي تحت فشار براي حل مشكلات آلودگي صنعت مس راهگشا است و گوگرد عنصري محصول مطلوب آن خواهد بود.

يكي از قديمي‌ترين اشياي مسي، مجسمه يكي از فراعنه مصر به نام Pepi است. در دوران رومي‌ها، بيشتر مس معدني در اسپانيا (ريوتينتو) و قبرس بود. با سقوط امپراتوري روم، معدنكاري در اروپا موقتا” متوقف شد. در قرون وسطي معدنكاري و استخراج فلزات از منطقه Saxony به بقيه اروپا گسترش يافت.

بدون توجه به زمان‌هاي خيلي قديم، بوميان آمريكاي شمالي از مس طبيعي، ظروف و اشيايي مي‌ساختند، بدون اينكه شناختي از ذوب و ريخته‌گري آن داشته باشند.

دانش ريخته‌گري مس 500 سال بعد از ميلاد در پرو به‌دست آمد و در قرن پانزدهم مردم اين منطقه چگونگي استخراج مس را از كانه‌هاي سولفيدي مي‌دانستند.

در قرن هفدهم، سوئد منطقه معدني Falun را مورد بهره‌برداري قرار داد. در سال 1640 در اين منطقه حداقل 130 واحد ذوب وجود داشت و كشور سوئد بزرگترين توليدكننده مس جهان بود و به همه اروپا صادر مي‌كرد. Avesta بزرگترين مركز مسگري اروپا بود. در سال 1850 شيلي به مهمترين توليد‌كننده كانه‌هاي مسي و در پايان قرن بيستم آمريكا رهبري معدنكاري مس و توليد مس تصفيه شده در جهان را عهده‌دار شد.

فاصله زماني نيمه قرن پانزدهم و شانزدهم عصر دوم برنز ناميده شد زيرا به‌طور ناگهاني توليد برنز افزايش يافت و در اين دوره استفاده از باروت گسترش كرد. در سال 1500 سلاح‌هاي گرم به‌ويژه جنگ‌افزارها، جاي تير و كمان و پرتابه‌هاي سنگي را گرفتند. بسياري از كشورها در مقياس انبوه به سلاح‌هاي گرم مجهز شدند.

براي تامين اين فلزات، معدنكاري مس و قلع توسعه پيدا كرد. وقتي توپ‌ها و تفنگ‌ها وارد عمل شدند ارزش خاك‌ريزهاي ضخيم، خندق‌هاي عميق و قلعه‌هاي مستحكم كم شد. پوشش زرهي قهرمانان هم ديگر آنها را در مقابل باروت حفاظت نمي‌كرد. توپچي‌ها، فلزكاران و مهندسان طبقه ويژه‌اي جداي از اعيان داشتند و در مبارزات نظامي نقش اول را تا پايان فئوداليزم در اروپا، ايفا كردند. در شكل (يك) يك قبضه توپ برنزي نشان داده شده است.

تكنولوژي مس   Technology Copper

در نخستين واحدهاي ذوب، مس از سنگ معدن اكسيدي استحصال مي‌‌شد اما با شروع استفاده از كانه‌هاي سولفيدي مشكلات آغاز شد زيرا در هنگام ذوب سولفيدهاي مس، فلز مس به‌وجود نمي‌آمد.

به‌تدريج صاحبان ذوب ياد گرفتند كه اگر سولفيدها را تحت شرايطي حرارت دهند به محصول كلسينه شده (اكسيد) مي‌رسند كه در مرحله بعد آن را با زغال ذوب كرده و مس توليد مي‌شود.

در مرحله اول گاز سولفور (گوگرد) كه سوزش آور است متصاعد مي‌شد. وقتي سولفيد كلسينه مي‌شود مذاب تشكيل نمي‌شود، بلكه تشويه كامل مي‌شود كه تشويه مراحل توسعه زيادي را طي كرده است. به جاي اينكه سولفيد، تشويه شده و به اكسيد تبديل شود و سپس فلز از اكسيد احيا شود، كوشش‌هاي زيادي جهت توليد مستقيم فلز از سولفيد صورت گرفت.

وقتي سولفيدهاي مس ذوب مي‌شوند مات (Matte) به‌وجود مي‌آيد كه نياز به مرحله ديگري از ذوب دارد تا فلز مس به‌دست آيد. مات در كوره‌هاي بزرگ شعله‌اي (Reverberatory) توليد مي‌شد. در سال 1717 نخستين كارگاه‌هاي مربوط به مس در Swansea در جنوب ولز ايجاد شد كه به تدريج بزرگترين مركز متالورژي جهان شد. مات منجمد شده خرد و نرم مي‌شد نيمي از آن اكسيد شده و سپس با نصف ديگر مخلوط شده و در كوره ديگري به همراه كمك ذوب، ذوب مي‌‌شد واكنش تشويه بين اكسيد مس و سولفيد مس منجر به تشكيل مس فلزي مي‌شود و همزمان آهن به‌صورت سرباره خارج مي‌‌شود. مات ازChuquicamata و Montana به Swansea با كشتي حمل مي‌شد.

تبديل The Converter

در فاصله نزديكي از Swansea هنري بسمر (1898-1813) در سال 1856 به اختراعي دست يافت كه انقلابي در صنعت توليد فولاد (از چدن) به‌وجود آورد زيرا دميدن هوا به درون حمام مذاب چدن جايگزين فرآيند تصفيه با همزن (Puddling) شد كه در آن مواد مذاب در معرض دمش هوا در يك كوره افقي قرار مي‌گرفت.

اين فرآيند تبديل (Converter) نامگذاري شد. در سال 1880 آقاي Pierre Monhes در فرانسه فرآيند فولاد‌سازي بسمر را با صنعت مس تطبيق داد. او با دمش هوا FeS موجود در مات را اكسيد كرد و به Cu2S يا (وايت متال) رسيد و سپس آن را به مس فلزي تبديل كرد در نتيجه واكنش تبديل جايگزين واكنش تشويه شد:

Cu2S + O2 --> 2Cu + SO2

سازگار كردن كنورتور بسمر با كنورتور مس با مشكلات متعددي همراه بود زيرا هنگام دمش از كف كنورتور در وايت متال (Cu2S) مس فلزي كه غيرقابل محلول در فاز سولفيدي است، تشكيل مي‌شود و به انتهاي كوره مي‌آيد و در مواجهه با هواي سرد ورودي به سرعت سرد و منجمد شده و نازل‌هاي دمنده، هوا را مسدود مي‌كند و فرآيند دمش متوقف مي‌شود اما در فولادسازي جدايش فازي انجام نمي‌شود لذا اين پديده باعث شد كه كنورتورهاي دمنده از كف براي دمش وايت متال مناسب نباشند.

حدود يك دهه تلاش‌هاي آزمايشگاهي و تجربي منجر به پيدايش كنورتورهايي شد كه دمش از پهلو صورت مي‌گرفت و نازل‌ها در فاصله‌اي بالاتر از كف تعبيه شدند تا فضاي كافي براي تجمع مس مذاب به‌وجود آيد و هواي سرد فقط به لايه مذاب وايت متال وارد شود. سرانجام مبدل‌هاي عمودي جاي خود را به مبدل‌هاي افقي يا كنورتورهاي Peirce-Smith دادند كه هنوز هم مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

ذوب تشعشعي Flash Smelting

اين فرآيند در دهه 1950 توسط شركت مهندسي اتوكمپوي فنلاند به‌منظور بازدهي بيشتر انرژي به بازار عرضه شد تا جايگزين كوره شعله‌اي شود.
 
ذرات ريز كنسانتره خشك شده، از محفظه بالاي كوره با هواي پيش گرم شده به داخل كوره پاشيده مي‌شود.
به علت تماس گاز و جامد، اكسيداسيون سولفيدها به سرعت رخ مي‌دهد و حرارت ايجاد شده باعث ذوب شارژ مي‌شود مذاب در كف كوره جمع شده و با جدا كردن از سرباره به‌صورت مات مذاب خارج مي‌شود.

ادامه مطلب....