Ο χαλκός και ο κόσμος μας
Ο χαλκός ως φυσικό στοιχείο αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της ανθρώπινης ζωής. Πρόκειται για ένα μέταλλο τόσο βαθιά ριζωμένο στη ζωή μας, που το συναντάμε σε καθημερινή βάση χωρίς να το αντιλαμβανόμαστε. Τα χαρακτηριστικά του το καθιστούν βασικό βιομηχανικό μέταλλο με χιλιάδες χρήσεις σε όλους τους τομείς της οικονομίας, όπως μεταξύ άλλων, η μεταποίηση, η υγεία, η τεχνολογία και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ο χαλκός είναι το χημικό στοιχείο με το σύμβολο Cu. Στην αυτοφυή και μη οξειδωμένη μορφή του είναι ένα μαλακό μέταλλο ερυθρού χρώματος. Όταν οξειδωθεί, αποκτά πρασινωπό και μπλε χρώμα. Είναι εύπλαστο και σφυρηλατήσιμο μέταλλο με πολύ υψηλή θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το όνομα του προέρχεται από το λατινικό Aes Cyprium, που σημαίνει το Μέταλλο από την Κύπρο, όπου γινόταν η επεξεργασία του χαλκού ακόμα και πολύ πριν τη Ρωμαϊκή εποχή. Είναι ένα από τα λίγα μέταλλα που συναντάται στη φύση ως καθαρό αυτοφυές στοιχείο.
Ο χαλκός στη ζωή μας
Ο χαλκός χρησιμοποιείται κυρίως ως πρώτη ύλη, αλλά όταν απαιτείται μεγαλύτερη σκληρότητα, διαμορφώνεται σε κράματα, όπως ο ορείχαλκος (χαλκός και ψευδάργυρος) και ο μπρούντζος (χαλκός και κασσίτερος). Είναι εξαιρετικά χρήσιμο μέταλλο, λόγω των εγγενών ιδιοτήτων του, όπως η υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η αντοχή στον εφελκυσμό, η αντίσταση στην παραμόρφωση, η αντοχή στη διάβρωση, η χαμηλή θερμική διαστολή, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η σφυρηλατησιμότητα, η ευκολία συγκόλλησης και η ευκολία εγκατάστασης.
Χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικών καλωδίων και αγωγών, για στέγες, υδραυλικές εγκαταστάσεις, αλλά και για την κατασκευή βιομηχανικών μηχανημάτων και κοσμημάτων. Επίσης χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα, σε φούρνους μικροκυμάτων και ηλεκτρικούς κινητήρες οχημάτων (Εικ. 2). Το βρίσκουμε σε σύγχρονα, καθημερινά εργαλεία, όπως στα κινητά τηλέφωνα, τα tablets, τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, τις τηλεοράσεις κτλ.
Ο χαλκός αποτελεί απαραίτητο συστατικό όλων των συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού από ανανεώσιμες πηγές (αιολικά πάρκα, ηλιακοί συσσωρευτές, κα). Η ηλιακή μονάδα PS20 παραγωγής θερμικής ενέργειας, που βρίσκεται κοντά στη Σεβίλλη της Ανδαλουσίας, παράγει ηλιακή ενέργεια 300 MW από 1255 κινητούς καθρέφτες που ονομάζονται ηλιοστάτες. H ποσότητα αυτής της ενέργειας είναι ικανή να τροφοδοτεί περίπου 180.000 σπίτια, μια δυναμικότητα που ισοδυναμεί με τις ανάγκες της πόλης της Σεβίλλης. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της 25ετούς λειτουργίας της, η μονάδα αναμένεται να αντισταθμίζει περισσότερους από 600.000 τόνους CO₂ ετησίως.
Μέθοδοι εξόρυξης και επεξεργασίας
Η υπόγεια εξόρυξη είναι σχετικά ακριβή και γενικά περιορίζεται μόνο στην περίπτωση εντοπισμού πλούσιων κοιτασμάτων. Τα μεταλλεύματα χαλκού εξορύσσονται συχνότερα σε ανοιχτά ορυχεία, ειδικά όταν τα κοιτάσματα είναι μεγάλης ποσότητας, χαμηλής ποιότητας και σχετικά κοντά στην επιφάνεια, όπου μπορούν να τύχουν εκμετάλλευσης με την απομάκρυνση υπερκείμενων πετρωμάτων.
Η πυρομεταλλουργική μέθοδος για την επεξεργασία και ανάκτηση του χαλκού ξεκινά με τη θραύση του μεταλλεύματος, ενώ ο εμπλουτισμός του γίνεται με επίπλευση. Το συμπύκνωμα χαλκού αποστέλλεται στη συνέχεια σε μεταλλουργική μονάδα όπου ρευστοποιείται, εξευγενίζεται και χυτεύεται για να καταλήξει σε πλάκες μεταλλικού χαλκού (κάθοδοι) καθαρότητας 99,999%. Η τελευταία φάση επιτυγχάνεται με ηλεκτρολυτικό εξευγενισμό. Η υδρομεταλλουργική μέθοδος επίσης ξεκινά με τη θραύση του μεταλλεύματος, αλλά ακολουθείται από έκπλυση, καθαρισμό και στη συνέχεια από ηλεκτρόλυση για την παραγωγή καθόδων Cu 99,999% (Εικ. 4).
Άλλα ενδιαφέροντα στοιχεία
Ο χαλκός μπορεί να ανακυκλωθεί πολλές φορές χωρίς απώλεια των χαρακτηριστικών και της απόδοσης του, ενώ η ανακύκλωσή του απαιτεί έως και 85% λιγότερη ενέργεια από την πρωτογενή παραγωγή. Σε παγκόσμιο επίπεδο, αυτό σημαίνει εξοικονόμηση 40 εκατομμυρίων τόνων CO2 ετησίως.
Ο χαλκός είναι ένα απαραίτητο θρεπτικό συστατικό για τον ανθρώπινο οργανισμό. Μαζί με τον σίδηρο, επιτρέπει στο σώμα να σχηματίσει ερυθρά αιμοσφαίρια. Ο χαλκός υπάρχει σε πολλά όργανα του ανθρώπινου σώματος, όπως στο ήπαρ (συκώτι), στον εγκέφαλο, την καρδιά, τα νεφρά και τους σκελετικούς μύες (Εικ. 5).
Των Μάρκ Ραχωβίδη και Δημήτριου K. Κωνσταντινίδη*
* Πρόεδρος της μεταλλευτικής εταιρείας Venus Minerals και του Ευρωπαϊκού Συνδέσμου Μεταλλευτικών Επιχειρήσεων EuroMines
**Δρ. Οικονομικής Γεωλογίας και Μέλος του Διοικητικού Συμβουλίου της Venus Minerals