ความรู้อุตสาหกรรมทองแดง: บทบาทของทองแดง
ทองแดงเป็นธาตุเคมี สัญลักษณ์ทางเคมีคือ Cu (ภาษาละติน Cuprum) มีเลขอะตอม 29 เป็นโลหะทรานซิชัน ทองแดงเป็นโลหะสีม่วงแดง มีความหนาแน่น 8.92 g/cm3 มีจุดหลอมเหลว 1083.4±0.2 องศา และจุดเดือด 2567 องศา เวเลนซ์ทั่วไปคือ +1 และ +2 พลังงานไอออไนเซชันคือ 7.726 อิเล็กตรอนโวลต์
บทนำเบื้องต้นเกี่ยวกับทองแดง
ทองแดงเป็นโลหะชนิดแรกสุดที่มนุษย์นำมาใช้ ตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ มนุษย์เริ่มทำเหมืองทองแดงแบบเปิดโล่งและใช้ทองแดงที่ได้มาทำอาวุธ เครื่องมือ และเครื่องใช้อื่นๆ การใช้ทองแดงส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อความก้าวหน้าของอารยธรรมมนุษย์ยุคแรก ทองแดงเป็นโลหะที่มีอยู่ในเปลือกโลกและมหาสมุทร ปริมาณทองแดงในเปลือกโลกอยู่ที่ประมาณ 0.01% ในแหล่งทองแดงบางแห่ง ปริมาณทองแดงอาจสูงถึง 3% ถึง 5% ทองแดงส่วนใหญ่ในธรรมชาติมีอยู่ในรูปของสารประกอบ เช่น แร่ทองแดง แร่ทองแดงจะรวมตัวกับแร่อื่นๆ เพื่อสร้างแร่ทองแดง แร่ทองแดงที่ขุดได้จะกลายเป็นแร่ทองแดงเข้มข้นที่มีเกรดทองแดงสูงขึ้นหลังจากผ่านกระบวนการแยกแร่
1
คุณสมบัติทางเคมีหลักของทองแดง
ทองแดงไม่เกิดออกซิเดชันในอากาศแห้ง แต่จะสร้างชั้นสนิมแดงบนพื้นผิวในอากาศชื้นที่มีคาร์บอนไดออกไซด์ ทองแดงทำปฏิกิริยากับสารละลายด่างได้ช้ามาก แต่สร้างสารเชิงซ้อนกับแอมโมเนียได้ง่าย ทองแดงไม่สามารถแทนที่ไฮโดรเจนในสารละลายกรดได้ แต่ละลายได้ในกรดออกซิไดซ์ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของทองแดงคือ +0.337 โวลต์ และทองแดงที่มีประจุไฟฟ้า 2 ประจุเทียบเท่ากับ 1.186 กรัม/แอมแปร์-ชั่วโมง
การใช้ประโยชน์จากทองแดง
ตลอดประวัติศาสตร์ ทองแดงเป็นโลหะที่ไม่ใช่เหล็กที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ในปี 1998 การผลิตทองแดงของโลกอยู่ที่ 14 ล้านตัน ซึ่งอยู่ในอันดับสองในบรรดาโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก คาดการณ์ว่าการบริโภคทองแดงของสหรัฐฯ ในปี 2543 จะอยู่ที่ 3.505 ล้านถึง 5 ล้านตัน โดยอุตสาหกรรมไฟฟ้าคิดเป็น 71.4% อุปกรณ์ก่อสร้างคิดเป็น 10.3% อุปกรณ์เครื่องกลคิดเป็น 9.1% อุปกรณ์ขนส่งคิดเป็น 4.1% เสบียงทหารคิดเป็น 1.1% และของตกแต่ง เม็ดสี สกุลเงิน ฯลฯ คิดเป็น 4.0%
สายไฟที่ทำจากทองแดงที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดีนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เป็นสายไฟอินพุต ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งประกอบด้วยทองแดงมากกว่า 99.99% ถูกใช้ในการผลิตสายไฟทองแดงที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าสูงและชิ้นส่วนต่างๆ ที่ต้องนำไฟฟ้าได้ วงจรรวมของคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์และแผงวงจรพิมพ์ของวงจรรวมขนาดใหญ่ทำจากแผ่นคอมโพสิตของทองแดงที่ชุบบนวัสดุโพลีเมอร์ ทองแดงยังสามารถนำมาทำเป็นสายไฟสำหรับการบินและอวกาศที่ทนต่ออุณหภูมิสูงได้อีกด้วย
ทองแดงสามารถนำมาทำเป็นโลหะผสมทองแดงได้หลายชนิด ตามวิธีการจำแนกแบบดั้งเดิม ทองแดงสามารถแบ่งได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ ทองแดงแดง ทองเหลือง (โลหะผสมทองแดง-สังกะสี) ทองแดงขาว (โลหะผสมทองแดง-นิกเกิล) และทองแดง (โลหะผสมทองแดง-ดีบุก) ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเป็นตัวนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความยืดหยุ่น ทนต่อการกัดกร่อน การผลิตเหรียญตกแต่ง เป็นต้น
ทองแดงมีสารประกอบหลายชนิด แต่มีการใช้ในปริมาณน้อยมาก คิดเป็นเพียงประมาณ 1% ของการบริโภคทองแดงทั้งหมด โดยส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมี ยา ยาฆ่าแมลง โลหะวิทยา เป็นต้น ตัวอย่างเช่น คอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4·5H2O) ส่วนใหญ่ใช้เป็นวัตถุดิบในการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าและการผลิตเกลือทองแดงต่างๆ ตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี ตัวกระตุ้นสำหรับการแยกแร่ การฆ่าเชื้อยาและยาฆ่าแมลง ยาฆ่าแมลง และสารเติมแต่งอาหารสัตว์
