مقدمه:

مِس یکی از عناصر جدول تناوبی است که نشان آن Cu و عدد اتمی آن 29 می باشد.

تاریخچه:
مس برای تعدادی از تمدنهای قدیمی ثبت شده، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پیش میرسد. یک آویزه مسی، متعلق به سال 8700 قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد.نشانه هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال 5000 قبل از میلاد وجود دارد.در عوض اولین نشانه های استفاده از طلا تقریبا” به 4000 سال قبل از میلادبرمیگردد .
مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریبا” متعلق به 3000 سال قبل از میلاد هستند. در یکی از اهرام یک سامانه لوله کشی با مس پیدا شده که مربوط به5000 سال پیش است. مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع، قالب گیری مس را آسان تر میکند بنابراین آلیاژهای برنزی که در مصر کشف میشوند تقریبا” قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به 2000 سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از میلاد در این کشوربرنز مرغوب ساخته میشده است.در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب میشود، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگها و کشورگشائیها قرار میگیرد.در اروپا مرد یخی،مردی که به دقت نگهداری میشود و متعلق به3200 سال قبل از میلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% میباشد. مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس میباشد. استفاده ار برونز در مرحلهای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برونز می نامند. برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت. به خاطر زیبایی درخشانش- بطوریکه در باستان برای ساخت آیینه از آن استفاده میشدونیزبه دلیل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود ،در اسطورهشناسی و کیمیاگری فلز مس با الهه های آفرودیت و ونوس پیوند دارد.در کیمیاگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند ،علامت سیاره ناهید نیز بود.

استخراج مس:

  به‌طور کلی مس از دو روش مهم استخراج می‌شود که شامل روش پیرومتالورژی (خشک) و روش هیدرومتالورژی (تر) می‌باشد. در حدود 90% مس تولید شده در دنیا از کانه‌های سولفوری و از روش پیرومتالورژی حاصل می‌شود و روش هیدرومتالورژی برای استخراج مس از کانه‌های اکسیدی به‌خصوص کربناتها،سیلیکات‌هاوسولفات‌هاوهمچنیندورریزکارخانه‌هابکارمی‌رود.
روش‌های الکتروشیمیایی نیز برای تولید مس خالص نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که شامل تصفیه‌ی الکتریکی آندها در حالت استخراج از روش پیرومتالورژی و استخراج الکترولیزی از محلول در روش هیدرومتالورژی می‌باشد

 استخراج مس از کانه‌های سولفیدی (پیرومتالورژی):
تقریباً 90% کانه‌ی مس اولیه‌ی دنیا به صورت کانه‌های سولفیدی است. سولفیدها به سهولت تحت عملیات هیدرومتالورژیکی قرار نمی‌گیرند، زیرا به‌راحتی حل نمی‌شوند. بنابراین قسمت اعظم استخراج مس توسط روش‌های پیرومتالورژی یا آتشی با کانی پرعیار شده‌ی مس انجام می‌شود. عمل استخراج شامل مراحل زیر می‌باشد:
1- پرعیار کردن به روش فلوتاسیون، 2- تشویه (مرحله‌ی اختیاری)، 3- ذوب به صورت مات (در کوره‌های دمشی، شعله‌ای، الکتریکی یا تشعشی)، 4- مرحله تبدیل به مس حفره‌دار.
محصول نهایی این مراحل متوالی، مس ناخالص حفره‌دار است که باید قبل از ساخت و کاربرد، پالایش گرمایی (شعله‌ای) و الکترولیتی شود

1- پرعیار کردن به روش فلوتاسیون:
کانه‌های مس که امروزه استخراج می‌شوند، کم‌عیارتر از آنند که مستقیماً ذوب شوند. گرمایش و ذوب مقدار عظیمی مواد زائد، محتاج مقدار گزافی سوخت است. خوشبختانه، کانی‌های مس موجود در سنگ معدن را می‌توان توسط روش‌های فیزیکی پرعیار و به نحو اقتصادی ذوب کرد.
موثرترین روش پرعیار کردن، فلوتاسیون است، که در آن کانی‌های مس به شیوه‌ی انتخابی به حباب‌های هوایی که از میان پالپ آبی حاصل از کانه‌ی نرم شده بالا می‌آیند، متصل می‌شوند. انتخابی بودن فلوتاسیون ناشی از به‌کار بردن معرف‌هایی است که کانی‌های مس را آب‌ران می‌سازند، در حالی که کانی‌های باطله آب‌گیر باقی می‌مانند. کانی‌های شناور شده در کف پایداری در بالای محفظه فلوتاسیون جمع‌آوری می‌شوند و به صورت کانه پرعیار شده درمی‌آیند. کانی پرعیار شده مس معمولا حاوی30- 20% مس است.
خردکردن و نرم‌کردن کانه به ذرات ریز، پیش از عمل فلوتاسیون الزامی است و کاربرد فلوتاسیون باعث تغییر شیوه‌ی ذوب از کوره‌ی دمشی به کوره‌هایی از نوع اجاقی می‌شود، چرا که بار کوره‌ی قبلی فقط باید مواد تکه‌ای باشد (فرجی، 1371).

   2- تشویه:
عمل تشویه شامل اکسایش جزئی سولفیدهای پرعیار حاصل از فلوتاسیون و حذف جزئی گوگرد از آن‌ها به شکل So2 است. این کار توسط واکنش کانی پرعیار شده با هوا در دماهایی بین 700– 500 درجه‌ی سانتی‌گراد، در کوره‌های تشویه‌ی اجاقی یا تشویه‌کننده‌ی بستر سیال در شرایط کاملاً کنترل شده، انجام می‌گیرد. محصول کوره‌ی تشویه کلسین نامیده می‌شود که مخلوطی از اکسیدها، سولفات‌ها و سولفیدهاست و ترکیب شیمیایی آن توسط کنترل دمای فرآیند تشویه و نسبت هوا به کانی پرعیار شده، تغییر می‌کند. فرآیند تشویه معمولاً خودسوز است و جریان تغلیظ شده‌ای از گاز So2حدود 15-5% تولید می‌کند.
از عمل تشویه اصولاً در کوره‌های ذوب شعله‌ای استفاده می‌شود که هدف اصلی از آن خشک‌کردن و گرمایش بار کوره‌ی شعله‌ای، با استفاده از حرارت واکنش‌های گرمازای تشویه، است. محصولات گرم کوره‌ی تشویه نسبت به کانی پرعیار شده‌ی خیس و سرد، به انرژی کمتری برای ذوب نیاز دارند، بطوری که عمل تشویه باعث صرفه‌جویی قابل ملاحظه‌ای در سوخت و افزایش آهنگ ذوب می‌شود. همچنین عمل تشویه باعث افزایش غلظت مس در مات FeS : Cu2S تولیدی در حین ذوب می‌شود، عاملی که مقدار تبدیل ناگزیر بعدی (حذفFe و S) را کاهش می‌دهد (فرجی، 1371).

3- ذوب مات:
هدف از ذوب مات تهیه‌ی فاز سولفیدی مذاب (مات)، شامل تمامی مس موجود در بار و فاز سرباره‌ی مذاب بدون مس است. مات متعاقباً برای تشکیل مس حفره‌دار ناخالص اکسید می‌شود و سرباره‌ی مرحله‌ی ذوب مستقیماً یا بعد از مرحله‌ی بازیابی مس دور ریخته می‌شود.
عمل ذوب توسط ذوب تمامی بار کوره در دمایی حدود 1200 درجه‌ی سانتی‌گراد معمولاً همراه با روان‌ساز سیلیسی، انجام می‌گیرد. سیلیس، آلومین، اکسیدهای‌ آهن، آهک و سایر اکسیدهای جزئی، سرباره‌ی مذاب را تشکیل داده و مس، گوگرد، آهن اکسید نشده و فلزات قیمتی، مات را تشکیل می‌دهند. سرباره سبک‌تر از مات و در آن تقریباً غیر قابل حل است و به سهولت از آن جدا می‌شود.
یکی از هدف‌های مهم ذوب مات، تولید سرباره‌ای جداشدنی شامل حداقل میزان مس است. این کار توسط اشباع تقریبی سرباره از سیلیس، از طریق گرم نگه‌داشتن کوره به حد کافی بطوری که سرباره‌ مذاب و سیال باشد، و با اجتناب از شرایط اکسیدی اضافی، عملی است. این شرایط اخیر برای کاهش هر چه بیشتر تشکیل منیتیت جامد الزامی است چراکه شرایط چسبنده‌ای ایجاد می‌کند و مانع جدا شدن مات از سرباره می‌شود.
عمل ذوب اغلب اوقات در کوره‌های شعله‌ای سنتی انجام می‌گیرد. کوره‌های دمشی هنوز در برخی نقاط، به‌ویژه در جاهایی که کانه‌ها به صورت تکه‌ای در دسترس باشند، به‌کار می‌روند، و کوره‌های الکتریکی در بعضی مناطق که نیروی برق آسان است مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک فرآیند جدیدتر به‌نام ذوب تشعشعی از واکنش‌های تشویه به عنوان منبع گرمایی جهت ذوب استفاده می‌کند که به علت نیاز کم آن به سوخت در تعدادی ار کارخانه‌های جدید به کار گرفته شده است (فرجی، 1371).

   متداول‌ترین روش‌های ذوب به شرح زیر می‌باشند:
الف- کوره‌ی دمشی:
اگر چه استفاده گسترده از روش فلوتاسیون جهت تهیه کانی پرعیار شده باعث کاهش استفاده از کوره‌ی دمشی (بلند) شده است، اما هنوز تعدادی از کارخانه‌ها به‌ویژه در ژاپن و آفریقا از آن استفاده می‌کنند. کوره‌ی دمشی دستگاهی است که به طور مداوم کار می‌کند و در آن بار سرد از یک تنوره‌ی عمودی، هم‌زمان با صعود گازهای گرم (حاصل از سوختن کک و سولفیدهای موجود در بار با هوایی که از نزدیک کف کوره بدان دمیده می‌شود) پایین می‌آید. نتیجه‌ی این عمل خشک‌شدن، گرمایش و ذوب بسیار موثر بار، هم‌زمان با نزول آن برای تشکیل مات و سرباره در کف کوره است.
ذوب مواد سولفیدی مس در کوره‌ی دمشی توسط کلوخه‌هایی از کک متالورژی (که از تخریب زغال‌سنگ قیری بدست می‌آید) و مقدار آن به 10-5% شارژ می‌رسد. کک به عنوان قسمتی از سوخت مورد نیاز بوده و از طرفی باعث ایجاد قابلیت نفوذ و نگهداری بار می‌شود. بقیه‌ی مواد تشکیل دهنده‌ی بار نیز باید کلوخه‌ای باشند تا گازهای داغ بتوانند از میان فضاهای موجود در بار بالا روند. بنابراین، مواد حاوی مس باید از تکه‌های درشت سنگ معدن یا کانی پرعیار شده‌ای که هم‌جوشی شده ،تشکیل شده باشند.
محصولات کوره‌ی دمشی سرباره و مات مذاب است که پس از جمع‌آوری به تناوب خارج می‌شوند. گرمای لازم برای ذوب توسط احتراق کک و گوگرد تولید می‌شود. می‌توان جهت تامین گرمای اضافی برای فرآیند، سوخت‌های مایع (مازوت) یا گازی (گاز طبیعی) را از طریق زنبورک‌ها به کوره تزریق کرد

 ب- کوره‌ی شعله‌ای:
کوره‌ی شعله‌ای در حقیقت کوره‌ای اجاقی است که در آن بار جامد شامل کانی پرعیار شده، کلسین (ماده تشویه شده) و روان‌سازهای همراه با سرباره‌ی حاوی مس برگشتی از کنورتر و گرد و غبار، تا 1200 یا 1250 درجه سانتیگراد توسط گازهای احتراقی داغ که در سرتاسر حمام در حرکت‌اند، گرما می‌بیند. این کوره شامل یک اجاق است که توسط مواد دیرگداز (معمولاً منیزیت یا کروم – منیزیت) آسترشده و سقف آن از نوع قوس‌دار ثابت (سیلیسی) یا آویزان (منیزیتی) است. کوره‌ی شعله‌ای توسط سوختن پودر زغال، سوخت نفتی یا گاز طبیعی در یک انتها گرم می‌شود و گازهای داغی را به وجود می‌آورد که در سرتاسر کوره حرکت کرده و بار را ذوب می‌کنند.
محصولات کوره‌ی شعله‌ای عبارتند از سرباره‌ی مذاب که جدا می‌شود و مات مذاب که برای اکسید شدن و تبدیل به مس حفره‌دار یا بلیستر به کنورتر فرستاده می‌شود. مات و سرباره در کوره جمع و جداگانه از آن خارج می‌شوند.
کوره‌ی شعله‌ای دو اشکال اساسی دارد: یکی این‌که در مقایسه با سایر واحدهای ذوب‌کننده انرژی قابل ملاحظه‌ای مصرف می‌کند (به شکل سوخت‌های هیدروکربنی) و دیگر این‌که حجم زیادی از گازهای احتراقی تولید می‌کند که دارای اندکی SO2 هستند. جداسازی موثر SO2 از گازها با چنین غلظت کمی مشکل است و بنابراین کوره‌های شعله‌ای باعث بروز مسائلی در زمینه‌ی آلودگی هوا می‌شوند. به همین دلیل فرآیند شعله‌ای در آینده بتدریج توسط روش‌های ذوب دیگر نظیر روش‌های ذوب تشعشعی، الکتریکی یا پیوسته جایگزین خواهد شد. پیشنهاد ممکن دیگر بازیابی هیدرومتالورژیکی مستقیم مس از کانی‌های پرعیار شده‌ی سولفیدی است اما این روش هنوز در مراحل تحقیقاتی و تاسیس واحدهای پیشاهنگ قرار دارد (فرجی، 1371).

  د- کوره‌ی تشعشعی:
تمامی کوره‌های دمشی، شعله‌ای و الکتریکی، مقدار قابل توجهی سوخت هیدروکربنی یا انرژی الکتریکی جهت ذوب مصرف می‌کنند در حالی‌که می‌توان انرژی قابل ملاحظه‌ای از اکسایش بار سولفیدی آن‌ها بدست آورد. به عبارت دیگر، ذوب در کوره‌های تشعشعی باعث استفاده‌ی قابل ملاحظه‌ای از انرژی احتراق سولفیدها توسط اکسید کردن قسمتی از بار سولفیدی و استفاده از گرمای آزاد شده برای ذوب بار و سرباره می‌شود.
مزایای اساسی فرآیندهای کوره‌ی تشعشعی عبارت است از: نیاز اندک به سوخت هیدروکربنی و سهولت حذف SO2 از گازهای خروجی این کوره‌ها. تنها عیب این کوره، اتلاف نسبتاً بالای مس در سرباره و گردوغبار خروجی از دودکش است اما مقدار بیشتر این مس بازیابی می‌شود (فرجی، 1371).

   4- تبدیل:
تبدیل (کنورتور) مس شامل اکسید‌کردن مات مذاب بدست آمده از مرحله‌ی ذوب (توسط هوا) است. عمل تبدیل، آهن و گوگرد را از مات جدا کرده و مس حفره‌دار خام 99% تولید می‌کند. این فرآیند عموماً در یک کنورتر افقی استوآن‌های پیریس– اسمیت که با آجرهای دیر‌گداز آستر شده انجام می‌گیرد. گاهی اوقات کنورتر دارای یک سیستم پیشرفته جمع‌آوری گاز است.
مات مذاب از طریق یک دهانه‌ی مرکزی بزرگ به داخل کنورتر ریخته می‌شود و هوای اکسنده از طریق یک ردیف زنبورک که در طول کنورتر قرار دارند، دمیده می‌شود. مات با دمای حدود 1100 درجه‌ی سانتی‌گراد افزوده می‌شود و گرمای تولید شده در کنورتر که ناشی از اکسایش آهن و گوگرد است برای خودسوز کردن فرآیند کافی است. محصول فرآیند تبدیل، مس حفره‌دار است که 0.1- 0.02% گوگرد دارد. تا زمانی که مقدار گوگرد به کمتر از 0.02% کاهش نیابد اکسید مس به نحو چشمگیری تشکیل نمی‌شود، بنابراین اکسایش مس مسئله‌ساز نیست

تولید پیوسته و تک مرحله‌ای مس:
با توجه به آن‌چه گفته شد، هر سه مرحله‌ی استخراج پیرومتالورژیکی، یعنی تشویه ذوب و تبدیل، کنترل کننده‌ی فرآیند اکسایش می‌باشند که بطور متوالی دی‌اکسیدگوگرد، اکسیدآهن (که به همراه مواد باطله و روان‌ساز به‌صورت سرباره درمی‌آید) و نهایتاً مس فلزی تولید می‌کنند. این روش ترکیبی، با روش تشویه و ذوب بطور توام در کوره تشعشعی شروع شده و با ذوب مقداری کانی پرعیار شده در کنورترها و با حضور اکسیژن فراوان ادامه می‌یابد. در سال‌های اخیر، مرحله‌ی سوم یا اکسایش Cu2S به مس حفره‌دار بطور موفقیت آمیزی به‌صورت روش مداوم درآمده است که تولید مس بلیستر یا حفره‌دار را در یک مرحله امکان‌پذیر می‌سازد. از جمله فرآیندهای مهم در تولید پیوسته مس می‌توان به فرآیندهای نورندا، ورکرا و میتسوبیشی اشاره نمود (فرجی، 1371).

  الف– فرآیند نورندا:
فرآیند صنعتی نورندا معمولاً برای تولید مس مات با عیار بسیار بالا 75-70% به‌کار می‌رود و برای تولید مس حفره‌دار کاربردی ندارد. رآکتورهای نورندا در تولید مات با عیار بسیار بالا کاملاً موفق بوده‌اند و هرکدام از آن‌ها در صورتی که از هوای حاوی اکسیژن 33-24% استفاده کنند، روزانه تا 1900-1100 تن کانی پرعیار شده‌ی خام را می‌توانند مورد عمل قرار دهند. این رآکتورها برای برطرف کردن بخش عمده‌ی نیاز گرمایی خود از گرد زغال که همراه کانی پرعیارشده بارگیری می‌شود استفاده می‌کنند که در مواردی که زغال فراوان و قیمت آن نسبت به قیمت سوخت‌های هیدروکربنی ارزان باشد، این نیز مزیتی به‌شمار می‌رود.
عملیات فرآیند شامل مراحل زیر است:
1- بارگیری کانی پرعیارشده‌ی خام به‌صورت گندله (10% آب) و روان‌ساز سیلیسی بر روی سطح سرباره به وسیله‌ی پرتابگر تسمه‌ای. 2- دمش هوای غنی شده از اکسیژن از طریق زنبورک‌های مستغرق. 3- تخلیه‌ی سرباره از ناحیه‌ی مقابل ناحیه‌ی بارگیری. 4- تخلیه‌ی متناوب مس حفره‌دار از ته رآکتور از طریق دهانه‌ی بارریز گرم شده. 5– سوزانیدن گاز طبیعی یا نفت در مشعل‌های دو سر رآکتور.
گاز تولیدشده در رآکتور،‌ 8-5% SO2 دارد. این گاز از طریق دهانه خارج و در یک محفظه‌ی جمع‌آوری گرد و غبار جمع می‌شود. مس حفره‌دار تولید شده در ته چاهی در انتهای رآکتور جمع می‌شود و از این محل مس حفره‌دار به داخل پاتیل‌ها ریخته می‌شود، سپس این مس جهت جداکردن گوگرد به کوره‌ی آند فرستاده می شود. مقدار گوگرد مس حفره‌دار تولیدشده در فرآیند نورندا به مراتب از مقدار گوگرد تولیدشده در فرآیند سنتی بیشتر است و از این‌رو به هوای بیشتر و زمان بیشتری برای اکسایش در کوره‌ی آند نیاز دارد که بزرگ‌ترین عیب این فرآیند به‌حساب می‌آید.
سرباره نیز به‌داخل پاتیل‌ها ریخته می‌شود و سپس به‌صورت تختال ریخته‌شده به آرامی سرد می‌شود. این تختال‌ها خرد و نرم شده و مس آن‌ به روش فلوتاسیون از سرباره جدا می‌شود. سرباره معمولاً 12-8% مس دارد و باطله‌ی نهایی فلوتاسیون دارای 5% مس است. سرباره‌ی پرعیارشده (حدود 55% مس) با کانی‌ پرعیارشده‌ی جدید مخلوط شده و در رآکتور مجدداً ذوب می‌شود.

پالایش گرمایی و الکترولیتی مس حفره‌دار:
در حقیقت تمامی مس حفره‌دار تولید شده توسط فرآیندهای فوق‌الذکر توسط روش الکتروشیمیایی تصفیه می‌گردد تا مسی با درجه‌ی خلوص بالا، 99/99% بدست آید. مس کاتدی بدست آمده برای مصارف الکتریکی و غیره بسیار مناسب است.
روش پالایش الکتروشیمیایی نیازمند آندهای مستحکم، صاف و نازک است تا در محفظه‌های پالایش در میان کاتدها قرار گیرند. پالایش الکترولیتی شامل جداکردن مس به‌طریقه‌ی الکتروشیمیایی از آند ناخالص و رسوب ترجیحی مس حل‌شده به شکل خالص بر روی صفحه‌ی نازک کاتد مسی است (فرجی، 1371).

     آماده‌سازی آندها:
در اکثر موارد مس حفره‌دار مذاب مستقیماً پالایش گرمایی می‌شود. اما گاهی اوقات مس حفره‌دار جهت حمل به پالایشگاه که در محل دیگری قرار دارد، ریخته‌گری می‌شود که در آنجا این شمش‌های ریخته‌شده جهت تهیه‌ی آند ذوب می‌شوند. در مورد اخیر، قراضه‌ی مس و قراضه‌ی آند همراه شمش مس ‌حفره‌دار ذوب می‌شوند. عمل پالایش گرمایی در کوره‌های دوار انجام می‌گیرد.
هدف اولیه‌ی پالایش گرمایی، گوگردزدایی از مس حفره‌دار مذاب است تا از تولید حفره به هنگام انجماد جلوگیری کند. برای رسیدن به این هدف دو مرحله باید طی شود: یکی اکسایش گوگرد با هوا تاحد 0.001 یا 0.003 گوگرد در مس و دیگری حذف اکسیژن موجود در مس در خلال تبدیل و پالایش مرحله‌ی قبل. پالایش گرمایی در کوره‌های دوار انجام می‌گردد. دمای عملیات در حدود 1130-1150 درجه‌ی سانتی‌گراد است که گداز کافی برای آندریزی را تامین می‌کند.
تقریباً تمام آندهای مسی در قالب‌های روباز پهن که روی چرخ گردان بزرگی قرار دارند، ریخته می‌شوند. گردش چرخ بدین جهت است که قالب‌های آند را در زیر جریان مذاب مس قرار دهد، تا مذاب به داخل آن‌ها ریخته‌شود. وقتی یک قالب پر شد، چرخ دوباره شروع به گردش می‌کند تا قالب خالی بعدی پر شود. در حالی‌که صفحه‌ی چرخ می‌گردد، آندهای تازه ریخته‌شده به‌وسیله‌ی پاشش آب‌سرد و بعد از نیم‌دور چرخش از قالب‌های خود جدا می‌شوند.
مهم‌ترین جنبه‌ی آندریزی علاوه بر سطح صاف، دقت در ضخامت یعنی وزن آندهاست که باید تا حد امکان یکنواخت باشد. این یکنواختی و هماهنگی سبب می‌شود که در خلال پالایش الکترولیتی، تمام آندهای یک سلول الکترولیز هم‌زمان خورده شوند.

  استخراج مس از کانه های اکسیدی ( هیدرومتالورژی):
اگر چه مس اغلب اوقات به شکل سولفیدی یافت می‌شود، به‌صورت اکسیدی نیز به شکل کربنات‌ها، اکسیدها، سیلیکات‌ها و سولفات‌ها، به ویژه در آفریقا، وجود دارد. اغلب کانی‌های اکسیدی به طریقه‌ی موثرتری تحت عملیات هیدرومتالورژیکی، یعنی انحلال در اسید سولفوریک و به دنبال آن رسوب یا استخراج الکتریکی مس از محلول، قرار می‌گیرند.
سنگ معدن به طریق شکسته‌شدن برای انحلال آماده می‌شود تا برای استخراج موثر، سطح زیادی ‌بدست آید. سپس با یک ماده‌ی حلال یعنی اسید سولفوریک، به روش وزنی در توده‌ها یا انباشته‌های بزرگ کانه‌ی کم‌عیار، یا توسط تلاطم مکانیکی در حوضچه‌ها یا مخازن تماس پیدا می‌کنند.
محلول‌های حاصل از انحلال برای بازیابی مس توسط رسوب برروی قراضه‌ی آهن یا، در مورد محلول‌های حاصل از انحلال تغلیظ شده، توسط استخراج الکترولیتی، تحت عملیات قرار می‌گیرند. مس بدست آمده از روش جانشینی با آهن آلوده می‌شود و معمولاً در یک کوره‌ی ذوب یا کنورتر یک کارخانه‌ی سنتی ذوب سولفید، مجدداً مورد عمل قرار می‌گیرد. مس بدست آمده توسط استخراج الکترولیتی ذوب و ریخته‌گری شده و برای فروش جهت مصارف غیر الکتریکی عرضه می‌شود.

 الف– استخراج به روش حلال:
محلول‌های حامل حاصل از انحلال انباشته‌ای کانه‌های کم‌عیار از لحاظ مقدار مس فقیرند و مس موجود در آن‌ها معمولاً توسط جانشینی بر روی آهن بازیابی می‌شود. اما اخیراً حلال‌های آلی که یون‌های مس را از این محلول‌های رقیق به نحوه‌ی انتخابی استخراج می‌کنند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از این گذشته، حلال‌های آلی متعاقباً می‌توانند این مس را به یک محلول اسیدی قوی و غنی از مس منتقل کنند،‌ که برای استخراج الکترولیتی مس مناسب باشد.
استخراج به روش حلال هم به‌جهت خالص‌سازی محلول‌ها و هم برای تغلیظ فلزات حل‌شده‌ی درون حجم کمتری از محلول، کاربرد روز افزونی در صنایع هیدرومتالورژی پیدا می‌کند.
ب- استخراج الکترولیتی:
مس را می‌توان توسط استخراج الکترولیتی از محلول‌های غلیظ حاصل از انحلال یا از الکترولیت‌های تولید شده به طریق استخراج به روش حلال به صورت قابل عرضه به بازار بازیابی کد. استخراج الکترولیتی شبیه به پالایش الکترولیتی است، با این تفاوت که آند از ترکیبات غیر قابل حل نظیر سرب حاوی آنتیموان انتخاب می‌شود. واکنش کلی استخراج الکترولیتی مس را می‌توان چنین نوشت:
CuSO4+H2O => Cu+1/2 O2+HSO4
در طی این فرآیند، مس بر روی کاتد نشسته، اکسیژن در آند آزاد شده و اسید سولفوریک برای استفاده‌ی مجدد دوباره تولید می‌شود. استخراج الکترولیتی نیازمند ولتاژی حدود 10 برابر ولتاژ مورد استفاده در پالایش الکترولیتی است و بنابراین این روش انرژی بسیار بیشتری مصرف می‌کند. به‌علاوه، درجه‌ی خلوص محصول کاتد (به علت آلودگی ناشی از آند سربی که کاملاً نامحلول نیست) نسبت به مس حاصل از پالایش الکترولیتی کمتر است. مس حاصل از استخراج الکترولیتی برای مصارف الکتریکی که بیشترین کاربرد را دارند مناسب نیست و برای مصارف دیگر به‌کار می‌رود.

ذوب و ریخته‌گری مس کاتد:
کاتدهای حاصل از پالایش الکترولیتی 90-95% مس تولیدی از منابع اولیه را تامین می‌کنند. ضمن اینکه این کاتدها را می‌توان از قراضه‌ی مس ذوب‌شده نیز بدست آورد. کاتدهای بدست آمده از استخراج و پالایش الکترولیتی در محیط کنترل شده‌ی احیایی برای ریخته‌گری به اشکال صنعتی ذوب می‌شوند. سوخت‌های مورد استفاده، کم‌گوگرد هستند تا از جذب آن در محصول مس اجتناب شود. عمل ذوب غالباً در کوره‌هایی با تنوره‌ی عمودی (آسارکو) انجام می‌گیرد که در آن کاتدها حین حرکت به سمت پایین توسط گازهای داغ متصاعد تولید شده بر اثر احتراق سوخت در روزنه‌های تعبیه شده در دورادور پایین کوره، گرم می‌شوند. ذوب کامل و سریع است و مادامی که اتمسفر ملایم احیایی برقرار باشد اکسایش یا جذب ناخالصی اتفاق نمی‌افتد.
مرسوم‌ترین محصول کاتدهای حاصل از پالایش الکترولیتی مس چقرمه‌ی الکترولیتی است مشخصه‌ی مس چقرمه صاف بودن سطح آن (بدون انقباض در حین انجماد) بعد از ریخته‌گری در قالب روباز است. این مس کمتر از 10ppm گوگرد دارد اما مقدار اکسیژن و هیدروژن آن برای حذف انقباض ناشی از تشکیل بخار آب در حین انجماد، کافی است. این مس به طور پیوسته در سیستم‌های مجتمع ریخته‌گری پیوسته/ نورد میله یا به صورت میله‌های یک روتخت 100 کیلوگرمی در قالب‌های روباز افقی ریخته می‌شود، هر دو محصول برای تولید سیم مناسبند.
سایر انواع مس حاصل از پالایش الکترولیتی، مس اکسیژن‌زدایی شده با فسفر جهت مصارف جوشکاری و لحیم‌کاری سخت و مس بی‌اکسیژن برای مصارف الکترونیکی‌اند. این‌ها در قالب‌های عمودی با سیستم خنک‌کننده‌ی آبی برای کاهش هرچه بیشتر حفره‌های انقباضی و دورریز، ریخته‌گری می‌شوند.
کاتدهای حاصل از استخراج الکترولیتی مانند کاتدهای حاصل از پالایش الکترولیتی ذوب می‌شوند اما محصول معمولاً به‌صورت تختال یا شمشال ریخته‌گری می‌شود تا به ورق و لوله تبدیل شود. هر دونوع کاتد را می‌توان مستقیما برای تهیه‌ی آلیاژها (برنج و برنز و غیره) نیز فروخت

 

آلیاژها:

مس و آلیاژهای آن به دلیل مقاومت نسبت به زنگ زدگی در بسیاری از صنایع ساختمانی، هواپیمایی، صنایع دریائی از جمله مخازن ضد زنگ، لوله کشی در آب شور دریا، قطعات و ملخ هواپیما، خطوط آب و بخار در ساختمانها، روکش پشت بام، ناودان‌ها، آب روها، روکش بدنه کشتی‌ها، دکل‌های نفت و شیرین کننده‌های آب شور مصرف می‌شود. مس به طور گسترده در تولید قطعات وماشین آلات صنعتی غیر الکتریکی، لوازم خانگی، تجهیزات تهویه هوا و ماشین آلات کشاورزی به مصرف می‌رسد. در صنایع نظامی در تهیه فشنگ تفنگ های کوچک، خشاب‌ها، خازن‌ها و فیوزها و همچنین تجهیزات و ماشین آلات ارتباطی، اجزاء الکتریکی و قطعات کامپوتر کاربرد دارد. بعلاوه در سلاح‌های تاکتیکی و استراتژیک مانند زیردریائی‌های اتمی، در موشک‌ها، هواپیماهای نظامی، کنترل‌های الکتریکی در هواپیما و کابل موشک استفاده می‌گردد.

برنج:

برنجها آلیاژهای مس وروی می باشند که براساس تغییرات ترکیبی و رنگ ظاهری به برنج زرد وبرنج قرمز وبرنج سرب،برنج سیلیسیم،برنج قلع،برنج های نیکلی(ور شو)تقسیم می شوند.

خواص فیزیکی:

حد حلالیت روی در مس برابر5/32% در درجه حرارت انجماد و در حدود % 35 در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد α مهم ترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است. و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده است اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده ووجود فلزات دیگر در مس عملاً باعث پائین آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجماد کمتر باشد،سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیاد شدن حجم انقباض متمرکز همراه است و کاملاً برای ریخته گری مناسب می باشند واز نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

الف)محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است(به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)

ب)محلول جامد β :در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصیت چکش خواری خود ار در گرما حفظ می کند.

ج)محلول جامدγ:این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه γ را دارد

اگر مقدار فلز روی از 50%کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه βبوده وبرای به وجود آمدن شبکه γباید مقدار فلز روی از 50%تجاوز کند.به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از 47%است ورنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد.

اگر برنج تنها از محلول جامدα تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا می رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه α و β تشکیل شده باشد مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود.

تاثیر روی در محلول جامد α در جدول زیر آورده شده است:

دسته بندی آلیاژهای مس:

آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر(نوردی)وریختگی تقسیم می گردند.هر دسته از این آلیاژها نیزبر حسب شرایط ترکیبی وعناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.

انواع برنجهای  کارپذیر(نوردی)فقط حاوی مس وروی می باشند وعناصردیگردرحد ناخالصی در آنها وجود دارد وبرنجهای آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسم،آهن،

قلع،و سرب و… نیز هستند وبیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.

برنجهای مخصوص:

اگر به آلیاژ مس وروی سایر عناصر اضافه شوند به طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا می رود واین نوع آلیاژها را برنج مخصوص می نامند.و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد  α ویا β+α را انتظار داشت.

عناصری مانند سرب،قلع،آهن،منگنز،نیکل وغیره دربرنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی حضور دارند.ومقدار این عناصر هیچگاه از حدود 2-1% تجاوز نمی کند.

آلیاژ مس و روی را برنج می گویند. بر حسب درصد روی در مس می توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد. هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می شود و رنگ برنج از قرمز به زرد کم رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب C 419  و چگالی 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C1083  و وزن مخصوص 9/8 گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا 32% می تواند در دمای محیط به صورت تک فازیα در مس وجود داشته باشد به آن برنج α میگویند که شامل یک ساختمان تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد. معمولاً برنجهای α  تجارتی تا 36% روی  دارند و به دو گروه تقسیم می شوند :

برنج α زرد که شامل 20 الی 36% روی می باشدو برنج α قرمز که شامل 5 الی 20% روی می باشد.

در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد:

1-از هاردنر مس و روی استفاده نمود. لازم است در این روش مس را تحت فلاکس پوششی ذوب کرده و بعد هاردنر را در چند مرحله به مذاب وارد نمود.

2-استفاده از روی خالص که لازم است مس  را تحت فلاکس پوششی ذوب نموده فوق گداز آن را پایین آورده و روی را در چند مرحله به مذاب وارد نموده و کاملاً آن را مخلوط نمود. از دیاگرام مس و روی می توان فهمید که دامنه انجماد برنجها کوتاه و سیالیت خوبی دارند.

برای ساخت برنج 20% روی لازم است مس مورد نیاز را همراه با فلاکس پوششی که شیشه می باشد ذوب نموده و چون از روی خالص استفاده می شود بایستی فوق گداز را پایین آورده و این مقدار روی را در چندین مرحله ( معمولاً در 3 نوبت مناسب است ) به مذاب وارد کنیم. به دلیل نقطه ذوب و وزن مخصوص متفاوت این دو فلز که نقطه مس C1083 و چگالی آن 9/7 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و روی با نقطه ذوبC 419 و وزن مخصوص 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب باعث جدایش این دو  فلز از یکدیگر شده و پدیده جدایش را به وجود می آورند و لذا بایستی حتماً این مذاب را توسط ابزار خوب مخلوط نموده و اقدام به ذوب ریزی نمود.

 برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه‌دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می یابد. برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود؛ در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می کرد. برنج معمولاً قابلیت چکش‌خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی‌گراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند.

.

 

انواع برنج

• برنج دریاسالار: شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع
• برنج آلفا: شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می توان برای کارهایی با فشار بالا، ضربه و سرد استفاده کرد. ساختار کریستالی این نوع برنج FCC است .
• برنج بتا: شامل ۴۵٪ تا ۵۰٪ روی که سختی و مقاومت بیشتری نسبت به گرما و فشار و ضربه دارد.
•  برنج آلفاـبتا: شامل ۳۵٪ تا ۴۵٪ روی مناسب برای گرما
• برنج آلومینیومی: که شامل آلومینیوم است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد که از آن در ساخت سکه های اروپایی استفاده می کنند .
•  برنج آرسنیکی: شامل آرسنیک. آلومینیوم است که در ساخت دیگ‌های بخار کاربرد دارد .
• برنج فشنگی: شامل ۳۰٪ روی برنج معمولی: شامل ۳۷٪ روی، ارزان و مناسب برای کارهای بدون گرما (سرد)
• برنج عالی: شامل ۳۵٪ روی و ۶۵٪ مس، با قابلیت انعطاف پذیری بالا، استفاده شده در ساخت فنر و پیچ ها.
•  برنج سربی: همان برنج آلفاـبتا همراه با مقداری سرب است.
• برنج پست: شامل ۲۰٪ روی است، با رنگ زرد نزدیک به طلا
• برنج دریایی: شبیه به برنج دربا سالار با ۴۰٪ روی و ۱٪ قلع
• برنج سفید: شامل بیش از ۵۰٪ روی ، بسیار شکننده
• برنج طلایی: که نرم ترین فلز برنج است با ۹۵٪ مس و ۵٪ روی که در ساخت مهمات جنگی کاربرد دارد.

برنز
مِفرَغ (به انگلیسی: Bronze) آلیاژی است از مس و قلع که با آن ابزارهای مختلف و مجسمه را تهیه می‌کنند. مِفرَغ قدیمی‌ترین آلیاژی است که انسان آن را تهیه کرده‌است ، زیرا در معادنِ مس، معمولاً فلز مس به طور طبیعی با قلع به صورت یک آلیاژ طبیعی وجود دارد به همین دلیل معمولاً نخستین ابزارهای مصنوعی فلزی که در قدیم توسط بشر ساخته شده غالباً از مِفرَغ است.
به لحاظ کلی برنز به آلیاژهای مس به علاوه یک عنصر غیر از روی اطلاق می‌شود؛ مانند آلیاژ مس و آلومینیوم که به آلومینیوم برنز مشهور است.یا مس و نیکل که به نیکل برنز مشهور است.
با افزایش عنصر قلع در آلیاژ برنز، نقطه ذوب کاهش می یابد، سختی و استحکام آلیاژ افزایش و انعطاف پذیری آن کاهش می یابد.

کانی های مس

آزوریت

کالکوپریت