مقدمه:

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

تاريخچه:
مس برای تعدادی از تمدنهای قديمی ثبت شده، شناخته شده بود و تاريخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پيش میرسد. يک آويزه مسی، متعلق به سال 8700 قبل از ميلاد در شمال عراق کنونی پيدا شد.نشانه هايی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسيدهای آن مانند مالاکيت و آزوريت تا سال 5000 قبل از ميلاد وجود دارد.در عوض اولين نشانه های استفاده از طلا تقريبا” به 4000 سال قبل از ميلادبرمیگردد .
مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلياژ آن با قلع يافت شده تقريبا” متعلق به 3000 سال قبل از ميلاد هستند. در يکی از اهرام يک سامانه لوله کشی با مس پيدا شده که مربوط به5000 سال پيش است. مصريان دريافتند افزودن مقدار کمی قلع، قالب گيری مس را آسان تر میکند بنابراين آلياژهای برنزی که در مصر کشف میشوند تقريبا” قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چين باستان حداقل به 2000 سال قبل از ميلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از ميلاد در اين کشوربرنز مرغوب ساخته میشده است.در نظر داشته باشيد چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب میشود، دوران ذکر شده تحت تاثير جنگها و کشورگشائيها قرار میگيرد.در اروپا مرد يخی،مردی که به دقت نگهداری میشود و متعلق به3200 سال قبل از ميلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% میباشد. مقدار زياد آرسنيک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالايش مس میباشد. استفاده ار برونز در مرحلهای از تمدن به قدری فراگير بود که آن مرحله را عصر برونز می نامند. برنج برای يونانيان شناخته شده بود اما اولين بار بصورت گسترده توسط روميان بکار رفت. به خاطر زيبايی درخشانش- بطوريکه در باستان برای ساخت آیينه از آن استفاده میشدونيزبه دليل ارتباط آن با قبرس که مربوط به الهه بود ،در اسطورهشناسی و کيمياگری فلز مس با الهه های آفروديت و ونوس پيوند دارد.در کيمياگری علامتی را که برای مس در نظر گرفته بودند ،علامت سياره ناهيد نيز بود.

استخراج مس:

  به‌طور کلي مس از دو روش مهم استخراج مي‌شود که شامل روش پيرومتالورژي (خشک) و روش هيدرومتالورژي (تر) مي‌باشد. در حدود 90% مس توليد شده در دنيا از کانه‌هاي سولفوري و از روش پيرومتالورژي حاصل مي‌شود و روش هيدرومتالورژي براي استخراج مس از کانه‌هاي اکسيدي به‌خصوص کربناتها،سيليکات‌هاوسولفات‌هاوهمچنيندورريزکارخانه‌هابکارمي‌رود.
روش‌هاي الکتروشيميايي نيز براي توليد مس خالص نهايي مورد استفاده قرار مي‌گيرند که شامل تصفيه‌ي الکتريکي آندها در حالت استخراج از روش پيرومتالورژي و استخراج الکتروليزي از محلول در روش هيدرومتالورژي مي‌باشد

 استخراج مس از كانه‌هاي سولفيدي (پيرومتالورژي):
تقريباً 90% كانه‌ي مس اوليه‌ي دنيا به صورت كانه‌هاي سولفيدي است. سولفيدها به سهولت تحت عمليات هيدرومتالورژيكي قرار نمي‌گيرند، زيرا به‌راحتي حل نمي‌شوند. بنابراين قسمت اعظم استخراج مس توسط روش‌هاي پيرومتالورژي يا آتشي با كاني پرعيار شده‌ي مس انجام مي‌شود. عمل استخراج شامل مراحل زير مي‌باشد:
1- پرعيار كردن به روش فلوتاسيون، 2- تشويه (مرحله‌ي اختياري)، 3- ذوب به صورت مات (در كوره‌هاي دمشي، شعله‌اي، الكتريكي يا تشعشي)، 4- مرحله تبديل به مس حفره‌دار.
محصول نهايي اين مراحل متوالي، مس ناخالص حفره‌دار است كه بايد قبل از ساخت و كاربرد، پالايش گرمايي (شعله‌اي) و الكتروليتي شود

1- پرعيار كردن به روش فلوتاسيون:
كانه‌هاي مس كه امروزه استخراج مي‌شوند، كم‌عيارتر از آنند كه مستقيماً ذوب شوند. گرمايش و ذوب مقدار عظيمي مواد زائد، محتاج مقدار گزافي سوخت است. خوشبختانه، كاني‌هاي مس موجود در سنگ معدن را مي‌توان توسط روش‌هاي فيزيكي پرعيار و به نحو اقتصادي ذوب كرد.
موثرترين روش پرعيار كردن، فلوتاسيون است، كه در آن كاني‌هاي مس به شيوه‌ي انتخابي به حباب‌هاي هوايي كه از ميان پالپ آبي حاصل از كانه‌ي نرم شده بالا مي‌آيند، متصل مي‌شوند. انتخابي بودن فلوتاسيون ناشي از به‌كار بردن معرف‌هايي است كه كاني‌هاي مس را آب‌ران مي‌سازند، در حالي كه كاني‌هاي باطله آب‌گير باقي مي‌مانند. كاني‌هاي شناور شده در كف پايداري در بالاي محفظه فلوتاسيون جمع‌آوري مي‌شوند و به صورت كانه پرعيار شده درمي‌آيند. كاني پرعيار شده مس معمولا حاوي30- 20% مس است.
خردكردن و نرم‌كردن كانه به ذرات ريز، پيش از عمل فلوتاسيون الزامي است و كاربرد فلوتاسيون باعث تغيير شيوه‌ي ذوب از كوره‌ي دمشي به كوره‌هايي از نوع اجاقي مي‌شود، چرا كه بار كوره‌ي قبلي فقط بايد مواد تكه‌اي باشد (فرجي، 1371).

   2- تشويه:
عمل تشويه شامل اكسايش جزئي سولفيدهاي پرعيار حاصل از فلوتاسيون و حذف جزئي گوگرد از آن‌ها به شكل So2 است. اين كار توسط واكنش كاني پرعيار شده با هوا در دماهايي بين 700– 500 درجه‌ي سانتي‌گراد، در كوره‌هاي تشويه‌ي اجاقي يا تشويه‌كننده‌ي بستر سيال در شرايط كاملاً كنترل شده، انجام مي‌گيرد. محصول كوره‌ي تشويه كلسين ناميده مي‌شود كه مخلوطي از اكسيدها، سولفات‌ها و سولفيدهاست و تركيب شيميايي آن توسط كنترل دماي فرآيند تشويه و نسبت هوا به كاني پرعيار شده، تغيير مي‌كند. فرآيند تشويه معمولاً خودسوز است و جريان تغليظ شده‌اي از گاز So2حدود 15-5% توليد مي‌كند.
از عمل تشويه اصولاً در كوره‌هاي ذوب شعله‌اي استفاده مي‌شود كه هدف اصلي از آن خشك‌كردن و گرمايش بار كوره‌ي شعله‌اي، با استفاده از حرارت واكنش‌هاي گرمازاي تشويه، است. محصولات گرم كوره‌ي تشويه نسبت به كاني پرعيار شده‌ي خيس و سرد، به انرژي كمتري براي ذوب نياز دارند، بطوري كه عمل تشويه باعث صرفه‌جويي قابل ملاحظه‌اي در سوخت و افزايش آهنگ ذوب مي‌شود. همچنين عمل تشويه باعث افزايش غلظت مس در مات FeS : Cu2S توليدي در حين ذوب مي‌شود، عاملي كه مقدار تبديل ناگزير بعدي (حذفFe و S) را كاهش مي‌دهد (فرجي، 1371).

3- ذوب مات:
هدف از ذوب مات تهيه‌ي فاز سولفيدي مذاب (مات)، شامل تمامي مس موجود در بار و فاز سرباره‌ي مذاب بدون مس است. مات متعاقباً براي تشكيل مس حفره‌دار ناخالص اكسيد مي‌شود و سرباره‌ي مرحله‌ي ذوب مستقيماً يا بعد از مرحله‌ي بازيابي مس دور ريخته مي‌شود.
عمل ذوب توسط ذوب تمامي بار كوره در دمايي حدود 1200 درجه‌ي سانتي‌گراد معمولاً همراه با روان‌ساز سيليسي، انجام مي‌گيرد. سيليس، آلومين، اكسيدهاي‌ آهن، آهك و ساير اكسيدهاي جزئي، سرباره‌ي مذاب را تشكيل داده و مس، گوگرد، آهن اكسيد نشده و فلزات قيمتي، مات را تشكيل مي‌دهند. سرباره سبك‌تر از مات و در آن تقريباً غير قابل حل است و به سهولت از آن جدا مي‌شود.
يكي از هدف‌هاي مهم ذوب مات، توليد سرباره‌اي جداشدني شامل حداقل ميزان مس است. اين كار توسط اشباع تقريبي سرباره از سيليس، از طريق گرم نگه‌داشتن كوره به حد كافي بطوري كه سرباره‌ مذاب و سيال باشد، و با اجتناب از شرايط اكسيدي اضافي، عملي است. اين شرايط اخير براي كاهش هر چه بيشتر تشكيل منيتيت جامد الزامي است چراكه شرايط چسبنده‌اي ايجاد مي‌كند و مانع جدا شدن مات از سرباره مي‌شود.
عمل ذوب اغلب اوقات در كوره‌هاي شعله‌اي سنتي انجام مي‌گيرد. كوره‌هاي دمشي هنوز در برخي نقاط، به‌ويژه در جاهايي كه كانه‌ها به صورت تكه‌اي در دسترس باشند، به‌كار مي‌روند، و كوره‌هاي الكتريكي در بعضي مناطق كه نيروي برق آسان است مورد استفاده قرار مي‌گيرند. يك فرآيند جديدتر به‌نام ذوب تشعشعي از واكنش‌هاي تشويه به عنوان منبع گرمايي جهت ذوب استفاده مي‌كند كه به علت نياز كم آن به سوخت در تعدادي ار كارخانه‌هاي جديد به كار گرفته شده است (فرجي، 1371).

   متداول‌ترين روش‌هاي ذوب به شرح زير مي‌باشند:
الف- كوره‌ي دمشي:
اگر چه استفاده گسترده از روش فلوتاسيون جهت تهيه كاني پرعيار شده باعث كاهش استفاده از كوره‌ي دمشي (بلند) شده است، اما هنوز تعدادي از كارخانه‌ها به‌ويژه در ژاپن و آفريقا از آن استفاده مي‌كنند. كوره‌ي دمشي دستگاهي است كه به طور مداوم كار مي‌كند و در آن بار سرد از يك تنوره‌ي عمودي، هم‌زمان با صعود گازهاي گرم (حاصل از سوختن كك و سولفيدهاي موجود در بار با هوايي كه از نزديك كف كوره بدان دميده مي‌شود) پايين مي‌آيد. نتيجه‌ي اين عمل خشك‌شدن، گرمايش و ذوب بسيار موثر بار، هم‌زمان با نزول آن براي تشكيل مات و سرباره در كف كوره است.
ذوب مواد سولفيدي مس در كوره‌ي دمشي توسط كلوخه‌هايي از كك متالورژي (كه از تخريب زغال‌سنگ قيري بدست مي‌آيد) و مقدار آن به 10-5% شارژ مي‌رسد. كك به عنوان قسمتي از سوخت مورد نياز بوده و از طرفي باعث ايجاد قابليت نفوذ و نگهداري بار مي‌شود. بقيه‌ي مواد تشكيل دهنده‌ي بار نيز بايد كلوخه‌اي باشند تا گازهاي داغ بتوانند از ميان فضاهاي موجود در بار بالا روند. بنابراين، مواد حاوي مس بايد از تكه‌هاي درشت سنگ معدن يا كاني پرعيار شده‌اي كه هم‌جوشي شده ،تشكيل شده باشند.
محصولات كوره‌ي دمشي سرباره و مات مذاب است كه پس از جمع‌آوري به تناوب خارج مي‌شوند. گرماي لازم براي ذوب توسط احتراق كك و گوگرد توليد مي‌شود. مي‌توان جهت تامين گرماي اضافي براي فرآيند، سوخت‌هاي مايع (مازوت) يا گازي (گاز طبيعي) را از طريق زنبورك‌ها به كوره تزريق كرد

 ب- كوره‌ي شعله‌اي:
كوره‌ي شعله‌اي در حقيقت كوره‌اي اجاقي است كه در آن بار جامد شامل كاني پرعيار شده، كلسين (ماده تشويه شده) و روان‌سازهاي همراه با سرباره‌ي حاوي مس برگشتي از كنورتر و گرد و غبار، تا 1200 يا 1250 درجه سانتيگراد توسط گازهاي احتراقي داغ كه در سرتاسر حمام در حركت‌اند، گرما مي‌بيند. اين كوره شامل يك اجاق است كه توسط مواد ديرگداز (معمولاً منيزيت يا كروم – منيزيت) آسترشده و سقف آن از نوع قوس‌دار ثابت (سيليسي) يا آويزان (منيزيتي) است. كوره‌ي شعله‌اي توسط سوختن پودر زغال، سوخت نفتي يا گاز طبيعي در يك انتها گرم مي‌شود و گازهاي داغي را به وجود مي‌آورد كه در سرتاسر كوره حركت كرده و بار را ذوب مي‌كنند.
محصولات كوره‌ي شعله‌اي عبارتند از سرباره‌ي مذاب كه جدا مي‌شود و مات مذاب كه براي اكسيد شدن و تبديل به مس حفره‌دار يا بليستر به كنورتر فرستاده مي‌شود. مات و سرباره در كوره جمع و جداگانه از آن خارج مي‌شوند.
كوره‌ي شعله‌اي دو اشكال اساسي دارد: يكي اين‌كه در مقايسه با ساير واحدهاي ذوب‌كننده انرژي قابل ملاحظه‌اي مصرف مي‌كند (به شكل سوخت‌هاي هيدروكربني) و ديگر اين‌كه حجم زيادي از گازهاي احتراقي توليد مي‌كند كه داراي اندكي SO2 هستند. جداسازي موثر SO2 از گازها با چنين غلظت كمي مشكل است و بنابراين كوره‌هاي شعله‌اي باعث بروز مسائلي در زمينه‌ي آلودگي هوا مي‌شوند. به همين دليل فرآيند شعله‌اي در آينده بتدريج توسط روش‌هاي ذوب ديگر نظير روش‌هاي ذوب تشعشعي، الكتريكي يا پيوسته جايگزين خواهد شد. پيشنهاد ممكن ديگر بازيابي هيدرومتالورژيكي مستقيم مس از كاني‌هاي پرعيار شده‌ي سولفيدي است اما اين روش هنوز در مراحل تحقيقاتي و تاسيس واحدهاي پيشاهنگ قرار دارد (فرجي، 1371).

  د- كوره‌ي تشعشعي:
تمامي كوره‌هاي دمشي، شعله‌اي و الكتريكي، مقدار قابل توجهي سوخت هيدروكربني يا انرژي الكتريكي جهت ذوب مصرف مي‌كنند در حالي‌كه مي‌توان انرژي قابل ملاحظه‌اي از اكسايش بار سولفيدي آن‌ها بدست آورد. به عبارت ديگر، ذوب در كوره‌هاي تشعشعي باعث استفاده‌ي قابل ملاحظه‌اي از انرژي احتراق سولفيدها توسط اكسيد كردن قسمتي از بار سولفيدي و استفاده از گرماي آزاد شده براي ذوب بار و سرباره مي‌شود.
مزاياي اساسي فرآيندهاي كوره‌ي تشعشعي عبارت است از: نياز اندك به سوخت هيدروكربني و سهولت حذف SO2 از گازهاي خروجي اين كوره‌ها. تنها عيب اين كوره، اتلاف نسبتاً بالاي مس در سرباره و گردوغبار خروجي از دودكش است اما مقدار بيشتر اين مس بازيابي مي‌شود (فرجي، 1371).

   4- تبديل:
تبديل (كنورتور) مس شامل اكسيد‌كردن مات مذاب بدست آمده از مرحله‌ي ذوب (توسط هوا) است. عمل تبديل، آهن و گوگرد را از مات جدا كرده و مس حفره‌دار خام 99% توليد مي‌كند. اين فرآيند عموماً در يك كنورتر افقي استوآن‌هاي پيريس– اسميت كه با آجرهاي دير‌گداز آستر شده انجام مي‌گيرد. گاهي اوقات كنورتر داراي يك سيستم پيشرفته جمع‌آوري گاز است.
مات مذاب از طريق يك دهانه‌ي مركزي بزرگ به داخل كنورتر ريخته مي‌شود و هواي اكسنده از طريق يك رديف زنبورك كه در طول كنورتر قرار دارند، دميده مي‌شود. مات با دماي حدود 1100 درجه‌ي سانتي‌گراد افزوده مي‌شود و گرماي توليد شده در كنورتر كه ناشي از اكسايش آهن و گوگرد است براي خودسوز كردن فرآيند كافي است. محصول فرآيند تبديل، مس حفره‌دار است كه 0.1- 0.02% گوگرد دارد. تا زماني كه مقدار گوگرد به كمتر از 0.02% كاهش نيابد اكسيد مس به نحو چشمگيري تشكيل نمي‌شود، بنابراين اكسايش مس مسئله‌ساز نيست

توليد پيوسته و تك مرحله‌اي مس:
با توجه به آن‌چه گفته شد، هر سه مرحله‌ي استخراج پيرومتالورژيكي، يعني تشويه ذوب و تبديل، كنترل كننده‌ي فرآيند اكسايش مي‌باشند كه بطور متوالي دي‌اكسيدگوگرد، اكسيدآهن (كه به همراه مواد باطله و روان‌ساز به‌صورت سرباره درمي‌آيد) و نهايتاً مس فلزي توليد مي‌كنند. اين روش تركيبي، با روش تشويه و ذوب بطور توام در كوره تشعشعي شروع شده و با ذوب مقداري كاني پرعيار شده در كنورترها و با حضور اكسيژن فراوان ادامه مي‌يابد. در سال‌هاي اخير، مرحله‌ي سوم يا اكسايش Cu2S به مس حفره‌دار بطور موفقيت آميزي به‌صورت روش مداوم درآمده است كه توليد مس بليستر يا حفره‌دار را در يك مرحله امكان‌پذير مي‌سازد. از جمله فرآيندهاي مهم در توليد پيوسته مس مي‌توان به فرآيندهاي نورندا، وركرا و ميتسوبيشي اشاره نمود (فرجي، 1371).

  الف– فرآيند نورندا:
فرآيند صنعتي نورندا معمولاً براي توليد مس مات با عيار بسيار بالا 75-70% به‌كار مي‌رود و براي توليد مس حفره‌دار كاربردي ندارد. رآكتورهاي نورندا در توليد مات با عيار بسيار بالا كاملاً موفق بوده‌اند و هركدام از آن‌ها در صورتي كه از هواي حاوي اكسيژن 33-24% استفاده كنند، روزانه تا 1900-1100 تن كاني پرعيار شده‌ي خام را مي‌توانند مورد عمل قرار دهند. اين رآكتورها براي برطرف كردن بخش عمده‌ي نياز گرمايي خود از گرد زغال كه همراه كاني پرعيارشده بارگيري مي‌شود استفاده مي‌كنند كه در مواردي كه زغال فراوان و قيمت آن نسبت به قيمت سوخت‌هاي هيدروكربني ارزان باشد، اين نيز مزيتي به‌شمار مي‌رود.
عمليات فرآيند شامل مراحل زير است:
1- بارگيري كاني پرعيارشده‌ي خام به‌صورت گندله (10% آب) و روان‌ساز سيليسي بر روي سطح سرباره به وسيله‌ي پرتابگر تسمه‌اي. 2- دمش هواي غني شده از اكسيژن از طريق زنبورك‌هاي مستغرق. 3- تخليه‌ي سرباره از ناحيه‌ي مقابل ناحيه‌ي بارگيري. 4- تخليه‌ي متناوب مس حفره‌دار از ته رآكتور از طريق دهانه‌ي بارريز گرم شده. 5– سوزانيدن گاز طبيعي يا نفت در مشعل‌هاي دو سر رآكتور.
گاز توليدشده در رآكتور،‌ 8-5% SO2 دارد. اين گاز از طريق دهانه خارج و در يك محفظه‌ي جمع‌آوري گرد و غبار جمع مي‌شود. مس حفره‌دار توليد شده در ته چاهي در انتهاي رآكتور جمع مي‌شود و از اين محل مس حفره‌دار به داخل پاتيل‌ها ريخته مي‌شود، سپس اين مس جهت جداكردن گوگرد به كوره‌ي آند فرستاده مي شود. مقدار گوگرد مس حفره‌دار توليدشده در فرآيند نورندا به مراتب از مقدار گوگرد توليدشده در فرآيند سنتي بيشتر است و از اين‌رو به هواي بيشتر و زمان بيشتري براي اكسايش در كوره‌ي آند نياز دارد كه بزرگ‌ترين عيب اين فرآيند به‌حساب مي‌آيد.
سرباره نيز به‌داخل پاتيل‌ها ريخته مي‌شود و سپس به‌صورت تختال ريخته‌شده به آرامي سرد مي‌شود. اين تختال‌ها خرد و نرم شده و مس آن‌ به روش فلوتاسيون از سرباره جدا مي‌شود. سرباره معمولاً 12-8% مس دارد و باطله‌ي نهايي فلوتاسيون داراي 5% مس است. سرباره‌ي پرعيارشده (حدود 55% مس) با كاني‌ پرعيارشده‌ي جديد مخلوط شده و در رآكتور مجدداً ذوب مي‌شود.

پالايش گرمايي و الكتروليتي مس حفره‌دار:
در حقيقت تمامي مس حفره‌دار توليد شده توسط فرآيندهاي فوق‌الذكر توسط روش الكتروشيميايي تصفيه مي‌گردد تا مسي با درجه‌ي خلوص بالا، 99/99% بدست آيد. مس كاتدي بدست آمده براي مصارف الكتريكي و غيره بسيار مناسب است.
روش پالايش الكتروشيميايي نيازمند آندهاي مستحكم، صاف و نازك است تا در محفظه‌هاي پالايش در ميان كاتدها قرار گيرند. پالايش الكتروليتي شامل جداكردن مس به‌طريقه‌ي الكتروشيميايي از آند ناخالص و رسوب ترجيحي مس حل‌شده به شكل خالص بر روي صفحه‌ي نازك كاتد مسي است (فرجي، 1371).

     آماده‌سازي آندها:
در اكثر موارد مس حفره‌دار مذاب مستقيماً پالايش گرمايي مي‌شود. اما گاهي اوقات مس حفره‌دار جهت حمل به پالايشگاه كه در محل ديگري قرار دارد، ريخته‌گري مي‌شود كه در آنجا اين شمش‌هاي ريخته‌شده جهت تهيه‌ي آند ذوب مي‌شوند. در مورد اخير، قراضه‌ي مس و قراضه‌ي آند همراه شمش مس ‌حفره‌دار ذوب مي‌شوند. عمل پالايش گرمايي در كوره‌هاي دوار انجام مي‌گيرد.
هدف اوليه‌ي پالايش گرمايي، گوگردزدايي از مس حفره‌دار مذاب است تا از توليد حفره به هنگام انجماد جلوگيري كند. براي رسيدن به اين هدف دو مرحله بايد طي شود: يكي اكسايش گوگرد با هوا تاحد 0.001 يا 0.003 گوگرد در مس و ديگري حذف اكسيژن موجود در مس در خلال تبديل و پالايش مرحله‌ي قبل. پالايش گرمايي در كوره‌هاي دوار انجام مي‌گردد. دماي عمليات در حدود 1130-1150 درجه‌ي سانتي‌گراد است كه گداز كافي براي آندريزي را تامين مي‌كند.
تقريباً تمام آندهاي مسي در قالب‌هاي روباز پهن كه روي چرخ گردان بزرگي قرار دارند، ريخته مي‌شوند. گردش چرخ بدين جهت است كه قالب‌هاي آند را در زير جريان مذاب مس قرار دهد، تا مذاب به داخل آن‌ها ريخته‌شود. وقتي يك قالب پر شد، چرخ دوباره شروع به گردش مي‌كند تا قالب خالي بعدي پر شود. در حالي‌كه صفحه‌ي چرخ مي‌گردد، آندهاي تازه ريخته‌شده به‌وسيله‌ي پاشش آب‌سرد و بعد از نيم‌دور چرخش از قالب‌هاي خود جدا مي‌شوند.
مهم‌ترين جنبه‌ي آندريزي علاوه بر سطح صاف، دقت در ضخامت يعني وزن آندهاست كه بايد تا حد امكان يكنواخت باشد. اين يكنواختي و هماهنگي سبب مي‌شود كه در خلال پالايش الكتروليتي، تمام آندهاي يك سلول الكتروليز هم‌زمان خورده شوند.

  استخراج مس از کانه هاي اکسيدي ( هيدرومتالورژي):
اگر چه مس اغلب اوقات به شكل سولفيدي يافت مي‌شود، به‌صورت اكسيدي نيز به شكل كربنات‌ها، اكسيدها، سيليكات‌ها و سولفات‌ها، به ويژه در آفريقا، وجود دارد. اغلب كاني‌هاي اكسيدي به طريقه‌ي موثرتري تحت عمليات هيدرومتالورژيكي، يعني انحلال در اسيد سولفوريك و به دنبال آن رسوب يا استخراج الكتريكي مس از محلول، قرار مي‌گيرند.
سنگ معدن به طريق شكسته‌شدن براي انحلال آماده مي‌شود تا براي استخراج موثر، سطح زيادي ‌بدست آيد. سپس با يك ماده‌ي حلال يعني اسيد سولفوريك، به روش وزني در توده‌ها يا انباشته‌هاي بزرگ كانه‌ي كم‌عيار، يا توسط تلاطم مكانيكي در حوضچه‌ها يا مخازن تماس پيدا مي‌كنند.
محلول‌هاي حاصل از انحلال براي بازيابي مس توسط رسوب برروي قراضه‌ي آهن يا، در مورد محلول‌هاي حاصل از انحلال تغليظ شده، توسط استخراج الكتروليتي، تحت عمليات قرار مي‌گيرند. مس بدست آمده از روش جانشيني با آهن آلوده مي‌شود و معمولاً در يك كوره‌ي ذوب يا كنورتر يك كارخانه‌ي سنتي ذوب سولفيد، مجدداً مورد عمل قرار مي‌گيرد. مس بدست آمده توسط استخراج الكتروليتي ذوب و ريخته‌گري شده و براي فروش جهت مصارف غير الكتريكي عرضه مي‌شود.

 الف– استخراج به روش حلال:
محلول‌هاي حامل حاصل از انحلال انباشته‌اي كانه‌هاي كم‌عيار از لحاظ مقدار مس فقيرند و مس موجود در آن‌ها معمولاً توسط جانشيني بر روي آهن بازيابي مي‌شود. اما اخيراً حلال‌هاي آلي كه يون‌هاي مس را از اين محلول‌هاي رقيق به نحوه‌ي انتخابي استخراج مي‌كنند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از اين گذشته، حلال‌هاي آلي متعاقباً مي‌توانند اين مس را به يك محلول اسيدي قوي و غني از مس منتقل كنند،‌ كه براي استخراج الكتروليتي مس مناسب باشد.
استخراج به روش حلال هم به‌جهت خالص‌سازي محلول‌ها و هم براي تغليظ فلزات حل‌شده‌ي درون حجم كمتري از محلول، كاربرد روز افزوني در صنايع هيدرومتالورژي پيدا مي‌كند.
ب- استخراج الكتروليتي:
مس را مي‌توان توسط استخراج الكتروليتي از محلول‌هاي غليظ حاصل از انحلال يا از الكتروليت‌هاي توليد شده به طريق استخراج به روش حلال به صورت قابل عرضه به بازار بازيابي كد. استخراج الكتروليتي شبيه به پالايش الكتروليتي است، با اين تفاوت كه آند از تركيبات غير قابل حل نظير سرب حاوي آنتيموان انتخاب مي‌شود. واكنش كلي استخراج الكتروليتي مس را مي‌توان چنين نوشت:
CuSO4+H2O => Cu+1/2 O2+HSO4
در طي اين فرآيند، مس بر روي كاتد نشسته، اكسيژن در آند آزاد شده و اسيد سولفوريك براي استفاده‌ي مجدد دوباره توليد مي‌شود. استخراج الكتروليتي نيازمند ولتاژي حدود 10 برابر ولتاژ مورد استفاده در پالايش الكتروليتي است و بنابراين اين روش انرژي بسيار بيشتري مصرف مي‌كند. به‌علاوه، درجه‌ي خلوص محصول كاتد (به علت آلودگي ناشي از آند سربي كه كاملاً نامحلول نيست) نسبت به مس حاصل از پالايش الكتروليتي كمتر است. مس حاصل از استخراج الكتروليتي براي مصارف الكتريكي كه بيشترين كاربرد را دارند مناسب نيست و براي مصارف ديگر به‌كار مي‌رود.

ذوب و ريخته‌گري مس كاتد:
كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي 90-95% مس توليدي از منابع اوليه را تامين مي‌كنند. ضمن اينكه اين كاتدها را مي‌توان از قراضه‌ي مس ذوب‌شده نيز بدست آورد. كاتدهاي بدست آمده از استخراج و پالايش الكتروليتي در محيط كنترل شده‌ي احيايي براي ريخته‌گري به اشكال صنعتي ذوب مي‌شوند. سوخت‌هاي مورد استفاده، كم‌گوگرد هستند تا از جذب آن در محصول مس اجتناب شود. عمل ذوب غالباً در كوره‌هايي با تنوره‌ي عمودي (آساركو) انجام مي‌گيرد كه در آن كاتدها حين حركت به سمت پايين توسط گازهاي داغ متصاعد توليد شده بر اثر احتراق سوخت در روزنه‌هاي تعبيه شده در دورادور پايين كوره، گرم مي‌شوند. ذوب كامل و سريع است و مادامي كه اتمسفر ملايم احيايي برقرار باشد اكسايش يا جذب ناخالصي اتفاق نمي‌افتد.
مرسوم‌ترين محصول كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي مس چقرمه‌ي الكتروليتي است مشخصه‌ي مس چقرمه صاف بودن سطح آن (بدون انقباض در حين انجماد) بعد از ريخته‌گري در قالب روباز است. اين مس كمتر از 10ppm گوگرد دارد اما مقدار اكسيژن و هيدروژن آن براي حذف انقباض ناشي از تشكيل بخار آب در حين انجماد، كافي است. اين مس به طور پيوسته در سيستم‌هاي مجتمع ريخته‌گري پيوسته/ نورد ميله يا به صورت ميله‌هاي يك روتخت 100 كيلوگرمي در قالب‌هاي روباز افقي ريخته مي‌شود، هر دو محصول براي توليد سيم مناسبند.
ساير انواع مس حاصل از پالايش الكتروليتي، مس اكسيژن‌زدايي شده با فسفر جهت مصارف جوشكاري و لحيم‌كاري سخت و مس بي‌اكسيژن براي مصارف الكترونيكي‌اند. اين‌ها در قالب‌هاي عمودي با سيستم خنك‌كننده‌ي آبي براي كاهش هرچه بيشتر حفره‌هاي انقباضي و دورريز، ريخته‌گري مي‌شوند.
كاتدهاي حاصل از استخراج الكتروليتي مانند كاتدهاي حاصل از پالايش الكتروليتي ذوب مي‌شوند اما محصول معمولاً به‌صورت تختال يا شمشال ريخته‌گري مي‌شود تا به ورق و لوله تبديل شود. هر دونوع كاتد را مي‌توان مستقيما براي تهيه‌ي آلياژها (برنج و برنز و غيره) نيز فروخت

 

آلیاژها:

مس و آلياژهاي آن به دليل مقاومت نسبت به زنگ زدگي در بسياري از صنايع ساختماني، هواپيمايي، صنايع دريائي از جمله مخازن ضد زنگ، لوله كشي در آب شور دريا، قطعات و ملخ هواپيما، خطوط آب و بخار در ساختمانها، روكش پشت بام، ناودان‌ها، آب روها، روكش بدنه كشتي‌ها، دكل‌هاي نفت و شيرين كننده‌هاي آب شور مصرف مي‌شود. مس به طور گسترده در توليد قطعات وماشين آلات صنعتي غير الكتريكي، لوازم خانگي، تجهيزات تهويه هوا و ماشين آلات كشاورزي به مصرف مي‌رسد. در صنايع نظامي در تهيه فشنگ تفنگ هاي كوچك، خشاب‌ها، خازن‌ها و فيوزها و همچنين تجهيزات و ماشين آلات ارتباطي، اجزاء الكتريكي و قطعات كامپوتر كاربرد دارد. بعلاوه در سلاح‌هاي تاكتيكي و استراتژيك مانند زيردريائي‌هاي اتمي، در موشك‌ها، هواپيماهاي نظامي، كنترل‌هاي الكتريكي در هواپيما و كابل موشك استفاده مي‌گردد.

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