Sisältö
- Kupari - kautta aikojen käytetty metalli
- Kuinka kuparia käytetään tänään?
- Kuparin muinaiset käyttötavat
- Mitkä ominaisuudet tekevät kuparista hyödyllisen?
- Kupari-talletuksien tyypit
- Kuparitarjonta, kysyntä ja kierrätys
- Kuinka voimme varmistaa riittävät kuparitarvikkeet tulevaisuuden tarpeisiin?
- Kupariresurssien maailmanlaajuinen arviointi
Vapaudenpatsas: Vuonna 1886 Vapaudenpatsas edusti kuparin suurimpaa käyttöä yhdessä rakennuksessa. Patsaan rakentamiseksi leikattiin ja vasarattiin noin 80 tonnia kuparilevyä noin 2,3 millimetrin (3/32 tuumaa) tai noin kahden yhdysvaltalaisen penniä paksuuden kohdalta. Harris.
Kupari - kautta aikojen käytetty metalli
Kupari oli yksi ensimmäisistä metalleista, joita ihmiset ovat koskaan uuttaneet ja käyttäneet, ja se on antanut tärkeän panoksen yhteiskunnan ylläpitämiseen ja parantamiseen sivilisaation alusta lähtien. Kupari käytettiin ensin kolikoissa ja koriste-esineissä noin 8000 eKr., Ja noin 5500 eKr. Kuparityökalut auttoivat sivilisaatiota tulemaan aikaan kivikaudelta. Löytö, jonka mukaan tinaa seostettu kupari tuottaa pronssia, merkitsi pronssikauden alkua noin 3000 B.C.
Yhdysvalloissa pala alkuperäisen amerikkalaisen hautaamisesta Georgian rannikon tasangolle löydettiin pala siitä, jonka uskotaan olevan kuparirannekkeen. Hautaus oli tuhkaus, jonka päivämäärä oli noin 3500 vuotta sitten. Kupari sisälsi hivenaineita, jotka yhdistivät sen geologisiin esiintymiin Suurten järvien alueella. Nämä löytöt viittaavat kaukokaupan yhteyteen Georgian ja Suurten järvien alueen välille, joka on pidempi etäisyys kuin koskaan aikaisemmin tiedettiin.
Kupari on helposti venytetty, muovattu ja muotoiltu; kestää korroosiota; ja johtaa lämpöä ja sähköä tehokkaasti. Tämän seurauksena kupari oli tärkeä varhaisille ihmisille ja on edelleen valittu materiaali moniin kotitalous-, teollisuus- ja huipputekniikan sovelluksiin.
Kuparin käyttö: Tämä kaavio osoittaa, kuinka kuparia käytettiin Yhdysvalloissa teollisuussektorilla vuonna 2017. Esimerkki: talonrakennuksessa käytettyä kuparia olisi voitu käyttää johdotuksiin, putkistoihin, säänkestävyyteen ja moniin muihin yksittäisiin käyttötarkoituksiin. Tämän kaavion tiedot ovat Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen mineraalihyödykkeiden yhteenvetoa vuodelta 2018.
Kuinka kuparia käytetään tänään?
Tällä hetkellä kuparia käytetään talonrakentamisessa, voimantuotannossa ja siirrossa, elektronisten tuotteiden valmistuksessa sekä teollisuuskoneiden ja kuljetusvälineiden tuotannossa. Kupari- ja putkijohdot ovat olennainen osa kodissa ja yrityksissä päivittäin käytettäviä laitteita, lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmiä sekä tietoliikenneyhteyksiä. Kupari on tärkeä osa moottoreissa, johdotuksissa, pattereissa, liittimissä, jarruissa ja laakereissa, joita käytetään autoissa ja kuorma-autoissa. Keskimääräinen auto sisältää 1,5 kilometriä (0,9 mailia) kuparilankaa, ja kuparin kokonaismäärä vaihtelee pienistä autoista 20 kilosta (44 puntaa) 45 luksiin (99 puntaa) ylellisyys- ja hybridiajoneuvoissa.
Rooman kolikko: Kupari oli yksi ensimmäisistä metalleista, jota käytettiin kolikoiden valmistukseen, ja se käytännössä alkoi noin 8000 eaa. Yllä oleva kolikko on roomalainen folli, jossa on kuva Constantius I: stä.
Kuparin muinaiset käyttötavat
Kuten muinaisina aikoina, kupari on edelleen kolikoiden komponentti, jota käytetään monissa maissa, mutta monia uusia käyttötapoja on tunnistettu. Yksi viimeisimmän kuparin käyttökohteista sisältää sen käytön usein kosketuissa pinnoissa (kuten messinkiä ovenkahvat), joissa kuparin antimikrobiset ominaisuudet vähentävät bakteerien ja tautien siirtymistä. Puolijohdevalmistajat ovat myös alkaneet käyttää kuparia piisirun piiristöihin, mikä mahdollistaa mikroprosessorien toiminnan nopeammin ja vähemmän energiaa. Kupariroottorien on myös äskettäin havaittu lisäävän sähkömoottorien tehokkuutta, koska ne ovat merkittävä sähköenergian kuluttaja.
Kupari autoissa: Kupari on tärkeä osa moottoreissa, johdotuksissa, pattereissa, liittimissä, jarruissa ja laakereissa, joita käytetään autoissa ja kuorma-autoissa. Keskimääräinen auto sisältää 1,5 kilometriä (0,9 mailia) kuparilankaa, ja kuparin kokonaismäärä vaihtelee pienistä autoista 20 kilosta (44 puntaa) 45 luksiin (99 puntaa) ylellisyys- ja hybridiajoneuvoissa.
Mitkä ominaisuudet tekevät kuparista hyödyllisen?
Kuparin erinomaiset seosaineominaisuudet ovat tehneet siitä korvaamattoman yhdistettäessä muihin metalleihin, kuten sinkkiin (messinki), tinaan (pronssin muodostamiseen) tai nikkeliin. Näillä seoksilla on toivotut ominaisuudet, ja koostumuksestaan riippuen ne on kehitetty erittäin erikoistuneisiin sovelluksiin. Esimerkiksi kupari-nikkeliseos levitetään alusten runkoihin, koska se ei syöpy merivedessä ja vähentää merielämän, kuten merirokkojen, tarttumista, vähentäen siten kulumista ja lisäämällä polttoainetehokkuutta. Messinki on muokattavissa ja sillä on paremmat akustiset ominaisuudet kuin puhtaalla kuparilla tai sinkillä; tämän seurauksena sitä käytetään monissa soittimissa, mukaan lukien trumpetit, pasuunat, kellot ja symbaalit.
Kupari jalokiviissä: Kupari on tärkeä elementti monissa jalokiviissä, kuten turkoosi, atsuriitti, malakiitti ja krysokolla. Se antaa näille mineraaleille vihreän tai sinisen värin ja suuren ominaispainon. Yllä esitetyt cabochonit ovat joitain monista Arizonassa louhituista jalokiviä.
Kupari-talletuksien tyypit
Kupari esiintyy monissa muodoissa, mutta olosuhteet, jotka hallitsevat sen muodostumisen, milloin ja missä se ovat, ovat hyvin vaihtelevia. Seurauksena kupari esiintyy monissa eri mineraaleissa. Kalkopyriitti on runsain ja taloudellisesti merkittävin kuparimineraaleista.
Tutkimus, jonka tarkoituksena on ymmärtää paremmin geologisia prosesseja, jotka tuottavat mineraaliesiintymät, mukaan lukien kupariesiintymät, on tärkeä osa USGS: n mineraalivarojen ohjelmaa. Kupari talletukset luokitellaan laajasti sen mukaan, kuinka talletukset muodostuivat. Porfyyrikupariesiintymät, jotka liittyvät tuntemattomiin tunkeutumisiin, tuottavat noin kaksi kolmasosaa maailman kuparista ja ovat siksi maailman tärkein kuparisäiliö. Tämän tyyppisiä suuria kuparisäiliöitä löytyy Länsi-Pohjois-Amerikan vuoristoalueilta ja Etelä-Amerikan Andien vuorilta.
Toinen tärkeä kupariesiintymätyyppi - sedimenttikivien sisältämä tyyppi - muodostaa noin neljänneksen maailman tunnistetuista kuparivaroista. Nämä esiintymät esiintyvät sellaisilla alueilla kuin Keski-Afrikan kuparivyöhyke ja Itä-Euroopan Zechsteinin vesistöalue.
Yksittäiset kupariesiintymät voivat sisältää satoja miljoonia tonneja kuparia sisältäviä kiviaineita, ja niitä kehitetään yleensä avoimen kaivosmenetelmän avulla. Kaivostoiminta, joka yleensä seuraa malmin löytämistä monien vuosien ajan, kestää usein vuosikymmeniä. Vaikka monia historiallisia kaivostoimintoja ei vaadittu harjoittamaan kaivostoimintaansa tavalla, joka vähentäisi niiden ympäristövaikutuksia, nykyisissä liittovaltion ja osavaltioiden säännöksissä vaaditaan, että kaivostoiminnassa käytetään ympäristöä säästäviä käytäntöjä mineraalien kehityksen vaikutusten minimoimiseksi ihmisten ja ekosysteemien terveyteen .
USGS-mineraaliympäristötutkimus auttaa karakterisoimaan kupariesiintymien ja ympäröivien vesi- ja maaekosysteemien luonnollista ja ihmisen vuorovaikutusta. Tutkimus auttaa määrittelemään luonnolliset lähtötilanteet ennen kaivoksen aloittamista ja kaivoksen sulkemisen jälkeen. USGS-tutkijat tutkivat ilmasto-, geologisia ja hydrologisia muuttujia ymmärtääksesi paremmin resurssien ja ympäristön vuorovaikutusta.
Kuparikaivos Arizonassa: Arizona tuottaa enemmän kuparia kuin mikään muu osavaltio. Tämä lyhyt historia osoittaa, kuinka Arizonasin kuparikaivos rakensi valtion ja muutti kansakunnan.
Kuparitarjonta, kysyntä ja kierrätys
Kuparin tuotanto (tarjonta) ja kulutus (kysyntä) on lisääntynyt dramaattisesti viimeisen 25 vuoden aikana. Kun suuret kehitysmaat ovat tulleet globaaleille markkinoille, mineraalituotteiden, mukaan lukien kupari, kysyntä on lisääntynyt. Viimeisen 20 vuoden aikana Etelä-Amerikan Andien alue on noussut maailman tuottavin kuparialueeksi. Vuonna 2007 noin 45 prosenttia maailman kuparista tuotettiin Andien vuorilla; Yhdysvaltojen tuotanto oli 8 prosenttia. Lähes kaikki Yhdysvalloissa tuotettu kupari on peräisin Arizonasta, Utahista, New Mexico, Nevada tai Montana, alenevassa tuotantosuunnassa.
Kuparin maailmanlaajuisen tarjonnan häiriintymisriskiä pidetään vähäisenä, koska kuparintuotanto on hajaantunut maailmanlaajuisesti eikä rajoitu yhteen maahan tai alueeseen. Koska sillä on merkitystä rakentamisessa ja voimansiirrossa, kuparin toimitushäiriöiden vaikutus olisi kuitenkin suuri.
Kupari on yksi eniten kierrätettyjä metalleista; Noin kolmasosa maailmanlaajuisesti käytetystä kuparista kierrätetään. Kierrätetty kupari ja sen seokset voidaan sulataa uudelleen ja käyttää suoraan tai jatkojalostaa edelleen puhdistettuun kupariin menettämättä mitään metallien kemiallisia tai fysikaalisia ominaisuuksia.
Kuparikaivos Arizonassa: Arizona tuottaa enemmän kuparia kuin mikään muu osavaltio. Tämä lyhyt historia osoittaa, kuinka Arizonasin kuparikaivos rakensi valtion ja muutti kansakunnan.
Utahin kuparikaivos: Avaruudesta näkyvä Binghamin kanjonin kuparikaivos Utahissa on tuottanut yli 12 miljoonaa tonnia porfyyrikuparia. Kaivoksen korkeus on yli 4 km (2,5 mailia) ja syvyys 800 metriä (0.5 mailia), ja se on yksi maailman teknisistä ihmeistä. Valokuva: C.G. Cunningham, USGS.
Kuinka voimme varmistaa riittävät kuparitarvikkeet tulevaisuuden tarpeisiin?
USGS: n tutkijat selvittävät, miten ja missä kuparivarat keskittyvät maapallonkuoreen, ja hyödyntävät tätä tietoa arvioimatta löytämättömien kuparivarojen mahdollisuuksia auttaakseen ennustamaan tulevaisuuden kuparivarojen sijainti. USGS on kehittänyt ja tarkennut mineraalivarojen potentiaalin arviointitekniikoita tukemaan liittovaltion hallintoa ja arvioimaan paremmin mineraalivarojen saatavuutta globaalissa yhteydessä.
1990-luvulla USGS arvioi Yhdysvaltain kuparivaroja ja päätteli, että löydettyä oli lähes yhtä paljon kuparia kuin oli jo löydetty. Erityisesti USGS havaitsi, että noin 350 miljoonaa tonnia kuparia oli löydetty, ja arvioi, että noin 290 miljoonaa tonnia kuparia oli jäljellä Yhdysvalloissa.
Kuparin kulutus: Kuparin ominaisuudet, jotka ovat tehneet siitä valitun materiaalin moniin kotitalous-, teollisuus- ja huipputekniikan sovelluksiin, ovat johtaneet tasaiseen nousuun maailman kuparinkulutuksessa. Kuparin kulutusta koskevat USGS-tutkimukset osoittavat mielenkiintoisia suuntauksia ajanjaksolle 1990 - 2012. Kuparin kulutus nousevissa talouksissa, kuten Kiinassa ja Intiassa, kasvoi huomattavasti, kun taas Yhdysvaltojen kulutusaste laski hieman. Vuoteen 2002 asti Yhdysvallat oli johtava kuparin kuluttaja, ja se käytti vuosittain noin 16 prosenttia koko maailman puhdistetusta kuparista (noin 2,4 miljoonaa tonnia). Vuonna 2002 Kiina ohitti Yhdysvallat, koska se on maailman johtava puhdistetun kuparin käyttäjä. Kiinan kukoistava talous osaltaan kasvatti sen vuotuista puhdistetun kuparin kulutusta nelinkertaistuen 12 vuoden ajan vuodesta 2000 vuoteen 2012. Graafi: USGS.
Kupariresurssien maailmanlaajuinen arviointi
USGS arvioi löytömätöntä kuparia kahdessa tallestustyypissä, joiden osuus on noin 80 prosenttia maailman kuparitarjonnasta. Porfyyrikupariesiintymien osuus on noin 60 prosenttia maailman kuparista. Porfyyri-kuparisäiliöissä kuparimalmimineraalit leviävät tunkeutumattomiin tunkeutumisiin. Sedimenttien ylläpitämä sirpumainen kuparinporaus, jossa kupari on keskittynyt kerrostumiksi sedimenttikiviin, muodostaa noin 20 prosenttia tunnistettujen kuparivarojen maailmoista. Maailmanlaajuisesti näiden kahden sakkatyypin kaivokset tuottavat noin 12 miljoonaa tonnia kuparia vuodessa.
Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin alttiiden ja piilotettujen saostumien potentiaalia yhden kilometrin päässä pinnasta porfyyrisaostumien ja enintään 2,5 kilometrin päässä pinnasta sedimenttien ylläpitämien kerrostajuisten saostumien tapauksessa. Porfyyriesiintymien osalta 175 rajaa rajattiin; 114 traktaattia sisältää yhden tai useamman tunnistetun talletuksen. Viisikymmentä rajaa piirrettiin sedimentti-isäntäisissä kerroskuparisaostumissa; 27 sisältää yhden tai useamman tunnistetun talletuksen.
Arvioinnin tulokset esitetään talletuksen tyypeittäin 11 alueelta (taulukko 1). Porfyyriesiintymien keskimääräinen tuntematon resurssi on 3 100 miljoonaa tonnia ja sedimenttien sijoitusten keskimääräinen tuntematon resurssi on 400 miljoonaa tonnia, ja kuparin kokonaismäärä on 3 500 miljoonaa tonnia. Resurssiarvioiden alueet (90. ja 10. prosenttipisteen välillä) heijastavat geologista epävarmuutta arviointiprosessissa. Noin 50 prosenttia maailman kokonaismäärästä esiintyy Etelä-Amerikassa, Keski-Etelä-Aasiassa ja Indokiinassa sekä Pohjois-Amerikassa yhdessä.
Kuparitalletuskartta: Tunnettujen kupariesiintymien levinneisyys vuonna 2008. Punainen tarkoittaa kuparia, joka liittyy tunkeutumattomiin tunkeutumisiin (porfyyrikupariesiintymät) ja sininen merkitsevät sedimenttikivien sisältämää kuparia (sedimentin ylläpitämät kuparin talletukset). Kartta USGS: ltä. Suurenna karttaa
Etelä-Amerikka on suurin tunnistettu ja löytämätön kuparivarojen määrä (noin 20 prosenttia kaikesta löytämättömästä määrästä). Maailman suurin porfyyriesiintymät louhitaan tällä alueella. Chile ja Peru ovat maailman kuparia tuottavien maiden joukossa.
Keski-Amerikka ja Karibia isännöi kahta kehittymätöntä jättiläismäistä (> 2 miljoonaa tonnia kuparia) porfyyrikupariesiintymistä Panamassa. Suurin osa löytämättömistä luonnonvaroista on vyöllä, joka ulottuu Panamasta Meksikon lounaisosaan.
Pohjois-Amerikka isännöi erittäin mineralisoituja porfyyrikuparirakkeita, joihin sisältyy supergiantisia (> 25 miljoonaa tonnia kuparia) porfyyri-talletuksia Pohjois-Meksikossa, Yhdysvaltain länsiosissa ja Alaskassa, sekä jättiläis talletuksia Länsi-Kanadassa. Arvioidut löytämättömät porfyyrikuparivarat ovat suunnilleen yhtä suuria kuin tunnistetut resurssit.
Yhdysvaltojen johtavia kuparia tuottavia valtioita ovat Arizona, Utah, New Mexico, Nevada ja Montana. Yhdysvalloissa Michiganissa, Montanassa ja Texasissa löytömättömien sedimenttien ylläpitämässä kerroskuparisäiliössä arvioidaan olevan noin kolme kertaa enemmän kuparia kuin on todettu. Michiganissa ja Montanassa tunnetaan kaksi jättiläinen esiintymää.
Koillis-Aasia on suhteellisen aliarvioitu, sillä vaatimattomat tunnistetut porfyyrikuparivarat ja vain yksi tunnistettu jättiläinen porfyyrikuparivarasto. Keskimääräisten löytämättömien resurssien arvioidaan kuitenkin olevan melko suuria. Tällä alueella on tutkimuksessa suurin löytämättömien ja tunnistettujen resurssien suhde.
Pohjois-Keski-Aasia Yhtiöllä on 35 porfyyrikupariesiintymät, mukaan lukien supergiantitalletus Mongoliassa ja jättiläinen talletuksia Kazakstanissa. Traktaalialueen arvioidaan sisältävän noin kolme kertaa tunnistetun porfyyrikuparivarojen määrän. Alueella on myös kolme jättiläismäistä sedimenttien ylläpitämää stratable-kupariesiintymää Kazakstanissa ja Venäjällä. USGS arvioi, että siellä voi olla niin paljon sedimenttimaista kerroskuitua kuin on jo löydetty.
Keski-eteläinen Aasia ja Indokina tutkitaan vähemmän perusteellisesti kuin monissa muissa osissa maailmaa; Tiibetin tasangolla on kuitenkin toistaiseksi tunnistettu neljä jättiläistä porfyyrikupariesiintymää. Tutkimaton porfyyrikupari-talletukset voivat sisältää kahdeksankertaisesti tunnistetun määrän kuparia.
Kaakkois-Aasian saaristot isännöi maailmanluokan kultarikkaita porfyyrikuparisäiliöitä, kuten supergiant Indonesiassa ja noin 16 jättiläinen talletuksia Indonesiassa, Papua-Uudessa-Guineassa ja Filippiineillä. Vaikka alueen osia on tutkittu hyvin, havaitsemattomat porfyyrivarat todennäköisesti ylittävät tunnistetut resurssit.
Itä-Australia sillä on yksi jättiläinen porfyyrikupari-talletuksia ja useita pieniä porfyyri-talletuksia. Vaatimattomien löytämättömien resurssien odotetaan olevan suojassa. Australia on ollut johtava kuparintuottaja vuosikymmenien ajan.
Itä-Eurooppa ja Lounais-Aasia on louhittu kuparia muinaisista ajoista lähtien, ja jättiläisiä porfyyrikupari-talletuksia on äskettäin löydetty. Löydämättömän kuparin ennustetaan olevan noin kaksinkertainen tunnistettuihin resursseihin, sekä porfyyriesiintymään Romanian kautta Turkin ja Iranin kautta kulkevaan vyöhön että sedimenttien ylläpitämiin kerrostumiin Afganistanissa.
Länsi-Eurooppa : lla on maailman suurin sedimentin ylläpitämä kerroskattoinen kuparitalletus Puolassa. Löydämättömien sedimenttien ylläpitämän kerroskuparivarojen arvioidaan Lounais-Puolassa ylittävän tunnistetut resurssit noin 30 prosentilla.
Afrikka ja Lähi-itä Maailman suurin kerrostuma sedimenttien ylläpitämästä sirpaleista kupariesiintymistä on 19 jättiläinen talletuksia Keski-Afrikan kuparivyöhykkeellä Kongon demokraattisessa tasavallassa ja Sambiassa. Merkittäviä tuntemattomia kuparivarantoja on vielä löydettävissä.