Από τις κοινές οικιακές ηλεκτρικές καλωδιώσεις έως τις έλικες σκαφών και από τα φωτοβολταϊκά στοιχεία έως τα σαξόφωνα, χαλκός, και είναι κράματα απασχολούνται σε χιλιάδες τελικές χρήσεις.
Στην πραγματικότητα, η χρήση του μετάλλου σε ένα ευρύ φάσμα βασικών βιομηχανιών είχε ως αποτέλεσμα την επενδυτική κοινότητα στροφή στις τιμές του χαλκού ως δείκτης της συνολικής οικονομικής υγείας, δίνοντας ώθηση στον «Dr. Χαλκός'.
Για να κατανοήσουμε καλύτερα τις διάφορες εφαρμογές του χαλκού, το Ένωση ανάπτυξης χαλκού (CDA) τα έχει κατηγοριοποιήσει σε τέσσερις τομείς τελικής χρήσης: ηλεκτρικές, κατασκευές, μεταφορές και άλλους.
Το ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής χαλκού που καταναλώνεται από κάθε τομέα εκτιμάται από το CDA ως:
- Ηλεκτρικό: 65%
- Κατασκευή: 25%
- Μεταφορές: 7%
- Άλλο: 3%
Ηλεκτρικός
Εκτός από το ασήμι, ο χαλκός είναι ο πιο αποτελεσματικός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό, σε συνδυασμό με το διάβρωση αντίσταση, εύπλαστο, ελατότηςκαι η ικανότητα εργασίας σε ένα ευρύ φάσμα δικτύων τροφοδοσίας, καθιστά το μέταλλο ιδανικό για ηλεκτρικές καλωδιώσεις.
Σχεδόν όλες οι ηλεκτρικές καλωδιώσεις, εκτός από τις εναέριες γραμμές τροφοδοσίας (οι οποίες κατασκευάζονται από πιο ελαφρύ αλουμίνιο) σχηματίζονται με χαλκό.
Οι ράβδοι διαύλου, οι αγωγοί που διανέμουν ισχύ, οι μετασχηματιστές και οι περιελίξεις κινητήρα εξαρτώνται επίσης από την αγωγιμότητα του χαλκού. Λόγω της αποτελεσματικότητάς του ως αγωγού ηλεκτρικής ενέργειας, οι μετασχηματιστές χαλκού μπορούν να είναι αποδοτικοί έως και 99,75%.
Οι ηλεκτρικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας υπολογιστών, των τηλεοράσεων, των κινητών τηλεφώνων και των φορητών ηλεκτρονικών συσκευών, έχουν γίνει τις τελευταίες δεκαετίες σημαντικός καταναλωτής χαλκού. Μέσα σε αυτές τις συσκευές, ο χαλκός είναι ζωτικής σημασίας για την παραγωγή:
- Ηλεκτρονικοί σύνδεσμοι
- Καλωδίωση κυκλώματος και επαφές
- Τυπωμένες πλακέτες κυκλωμάτων
- Μικρο-μάρκες
- Ημιαγωγοί
- Μαγνήτρα σε μικροκύματα
- Ηλεκτρομαγνήτες
- Σωλήνες κενού
- Μεταγωγείς
- Ηλεκτρόδια συγκόλλησης
- Συστήματα καταιωνιστήρων πυρκαγιάς
- Νεροχύτες
Ένας άλλος κλάδος που εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το στοιχείο είναι οι τηλεπικοινωνίες. Καλώδια χάλκινου στρίψιμου χρησιμοποιούνται σε καλωδιώσεις ADSL και HDSL για γραμμές διαδικτύου τοπικού δικτύου (LAN). Οι γραμμές χωρίς θωράκιση συνεστραμμένου ζεύγους (UTP) περιέχουν οκτώ αγωγούς με κωδικοποίηση χρώματος, οι οποίοι είναι κατασκευασμένοι από τέσσερα ζεύγη λεπτών καλωδίων χαλκού. Και παρά την αύξηση της ασύρματης τεχνολογίας, συσκευές διασύνδεσης όπως μόντεμ και δρομολογητές εξακολουθούν να εξαρτώνται από τον χαλκό.
Ο τομέας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας επωφελήθηκε επίσης από τις αγώγιμες ιδιότητες του χαλκού. Το βασικό μέταλλο χρησιμοποιείται στην παραγωγή και των δύο χαλκού-ινδίου-γάλλιο- φωτοβολταϊκά κύτταρα σεληνίδης (CIGS) και ανεμογεννήτριες. Μια μεμονωμένη ανεμογεννήτρια, για παράδειγμα, μπορεί να περιέχει έως και 1 μετρικό τόνο (MT) του μετάλλου. Εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ο χαλκός είναι επίσης αναπόσπαστο μέρος των κινητήρων και των συστημάτων διανομής που σχετίζονται με την εναλλακτική ενεργειακή τεχνολογία.
Κατασκευή
Η χαλκοσωλήνωση είναι πλέον το βασικό υλικό για πόσιμο νερό και συστήματα θέρμανσης στις περισσότερες ανεπτυγμένες χώρες. Αυτό οφείλεται εν μέρει στις βακτηριοστατικές του ιδιότητες, ή με άλλα λόγια στην ικανότητα του χαλκού να αναστέλλει την ανάπτυξη βακτηριακών και ιογενών οργανισμών στο νερό.
Άλλα οφέλη του χαλκού ως υλικού σωληνώσεων περιλαμβάνουν την ελαστικότητα και τη συγκολλησιμότητα - μπορεί εύκολα να λυγίσει και να συναρμολογηθεί - καθώς και την αντοχή του στην ακραία διάβρωση της θερμότητας.
Ο χαλκός και τα κράματά του θεωρούνται σταθερά και ανθεκτικά στη διάβρωση, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά όχι μόνο για τη μεταφορά πόσιμου νερού, αλλά και για χρήση σε αλμυρό νερό και βιομηχανικά περιβάλλοντα. Μερικά παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών περιλαμβάνουν:
- Σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας για συμπυκνωτές σε σταθμούς παραγωγής ατμού και χημικές εγκαταστάσεις
- Συστήματα άρδευσης και γεωργικού ψεκαστήρα
- Σωληνώσεις σε εγκαταστάσεις απόσταξης
- Γραμμές τροφοδοσίας θαλασσινού νερού
- Αντλίες τσιμέντου για παροχή νερού τρυπανιού
- Σωλήνες για διανομή φυσικού και υγροποιημένου πετρελαίου
- Σωληνώσεις διανομής καυσίμου
Για εκατοντάδες χρόνια, ο χαλκός χρησιμοποιείται επίσης ως αρχιτεκτονικό μέταλλο. Μερικά από τα παλαιότερα παραδείγματα της χρήσης του χαλκού ως αισθητικού, δομικού μετάλλου περιλαμβάνουν τις πόρτες του περίβολου του Amun-Re στο Karnak της Αιγύπτου, που χρονολογείται από 3000-4000 χρόνια, και η χαλκοσκεπή στέγη πάνω από τον ναό Loha Maha Paya ύψους 162 ποδιών της Σρι Λάνκα, που κατασκευάστηκε τον τρίτο αιώνα ΠΡΟ ΧΡΙΣΤΟΥ.
Ο καθαρός χαλκός κοσμεί τους θόλους και τους κώνους πολλών μεσαιωνικών εκκλησιών και καθεδρικών ναών, και σε πιο σύγχρονα χρόνια έχει χρησιμοποιηθεί κυβερνητικά κτίρια, όπως τα κτίρια του κοινοβουλίου του Καναδά και ιδιωτικές κατοικίες, συμπεριλαμβανομένων πολλών σχεδιασμένων από τον Φρανκ Λόιντ-Ράιτ.
Ένας λόγος για την ευρεία χρήση του χαλκού ως δομικού υλικού είναι ο φυσικός σχηματισμός ενός οπτικά ελκυστικού πράσινου αμαυρώματος - γνωστή ως πατίνα - αυτό προκύπτει από τη διάβρωση και την οξείδωση του χαλκού. Εκτός από την αισθητικά ευχάριστη εμφάνισή του, οι αρχιτέκτονες και οι σχεδιαστές προτιμούν το μέταλλο επειδή είναι ελαφρύ, ανθεκτικό, ανθεκτικό στη διάβρωση και εύκολο στη σύνδεση.
Το διακοσμητικό και αρχιτεκτονικό υλικό χαλκού, ωστόσο, δεν περιορίζεται σε εξωτερικές εφαρμογές. Οι εσωτερικοί σχεδιαστές χρησιμοποιούν συχνά το μέταλλο και τα κράματά του, ορείχαλκο και μπρούντζο για φωτιστικά όπως:
- Λαβές
- Πόμολα
- Κλειδαριές
- Πίνακες
- Φωτιστικά και φωτιστικά μπάνιου
- Βρύσες
- Μεντεσέδες
Τα νοσοκομεία και οι ιατρικές εγκαταστάσεις, ιδιαίτερα, εκτιμούν τον χαλκό για τις βακτηριοστατικές του ιδιότητες, που έχει είχε ως αποτέλεσμα την αυξανόμενη χρήση του ως συστατικού εσωτερικού φωτισμού, όπως βρύσες και λαβές πορτών, σε ιατρικά κτίρια.
Μεταφορά
Τα βασικά στοιχεία των αεροπλάνων, των τρένων, των αυτοκινήτων και των σκαφών εξαρτώνται από τις ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες του χαλκού. Στα αυτοκίνητα, τα καλοριφέρ χαλκού και ορείχαλκου και τα ψυγεία λαδιού αποτελούν το βιομηχανικό πρότυπο από τη δεκαετία του 1970. Πιο πρόσφατα, η αυξανόμενη χρήση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, συμπεριλαμβανομένων των ενσωματωμένων συστημάτων πλοήγησης, Τα συστήματα αντιμπλοκαρίσματος πέδησης και τα θερμαινόμενα καθίσματα, συνέχισαν να αυξάνουν τη ζήτηση για μέταλλο από αυτό τομέας.
Άλλα εξαρτήματα αυτοκινήτων που περιέχουν χαλκό περιλαμβάνουν:
- Καλωδίωση για συστήματα απόψυξης γυαλιού
- Εξαρτήματα, συνδετήρες και βίδες από ορείχαλκο
- Υδραυλικές γραμμές
- Χάλκινα μανίκια
- Καλωδίωση για χειριστήρια παραθύρων και καθρεπτών
Η αυξανόμενη ζήτηση για υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα αυξήσει περαιτέρω την παγκόσμια κατανάλωση χαλκού. Κατά μέσο όρο, τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα περιέχουν περίπου 55 κιλά χαλκού.
Μεταλλικά φύλλα και χαλκό χημικά ενσωματώνονται και στα δύο υδρίδιο νικελίου-μετάλλου και μπαταρίες ιόντων λιθίου που τροφοδοτούν οχήματα εξοικονόμησης καυσίμου, ενώ οι ρότορες χυτού χαλκού έχουν χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση στους κινητήρες μαγνητών σπάνιων γαιών.
Τα τρένα υψηλής ταχύτητας μπορούν να χρησιμοποιούν έως και 10MT χαλκού ανά χιλιόμετρο τροχιάς, ενώ οι ισχυρές ατμομηχανές περιέχουν έως και 8MT του βασικό μέταλλο.
Τα εναέρια καλώδια επαφής για τραμ και καροτσάκια όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο Σαν Φρανσίσκο και τη Βιέννη κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας κράματα χαλκού-αργύρου ή χαλκού-καδμίου.
Το 2% του βάρους ενός αεροσκάφους μπορεί να αποδοθεί στον χαλκό, ο οποίος περιλαμβάνει καλωδίωση έως και 118 μίλια (190 χλμ.).
Λόγω της εξαιρετικής αντοχής τους στη διάβρωση του αλμυρού νερού μαγγάνιο- και χάλκινα νικέλιο-αλουμίνιο χρησιμοποιούνται για χύτευση ελίκων σκαφών που μπορούν να ζυγίσουν έως και αρκετούς τόνους. Τα εξαρτήματα του πλοίου, συμπεριλαμβανομένων των σωλήνων, των εξαρτημάτων, των αντλιών και των βαλβίδων, κατασκευάζονται επίσης με παρόμοια κράματα.
Αλλα
Η λίστα εφαρμογών χαλκού συνεχίζεται και συνεχίζεται. Μερικές πιο γνωστές χρήσεις περιλαμβάνουν:
Μαγειρικά σκεύη και θερμικές εφαρμογές: Οι θερμικές ιδιότητες του χαλκού το καθιστούν ιδανικό για μαγειρικά σκεύη, όπως δοχεία και ταψιά, καθώς και μονάδες κλιματισμού, ψύκτρες, θερμίδες για μονάδες θέρμανσης και ψύξης νερού.
Ρολόγια και ρολόγια: Επειδή δεν είναιμαγνητικός ο χαλκός δεν παρεμβαίνει στη λειτουργία μικρών μηχανικών συσκευών. Ως αποτέλεσμα, οι ρολόι και οι ρολόι χρησιμοποιούν χάλκινα καρφίτσες και γρανάζια στο σχεδιασμό των ρολογιών.
Τέχνη: Ο χαλκός και τα κράματά του εμφανίζονται επίσης συχνά σε έργα τέχνης, ίσως το πιο διάσημο από τα οποία είναι το Άγαλμα της Ελευθερίας. Το άγαλμα ήταν επιμεταλλωμένο με πάνω από 80 τόνους χαλκού, συνδεδεμένο με πάνω από 1500 σέλες χαλκού και 300.000 πριτσίνια χαλκού, με αποτέλεσμα το πράσινο χρώμα της πατίνας.
Νομισματοκοπία: Μέχρι το 1981, το κομμάτι ενός λεπτού των ΗΠΑ - ή δεκάρα - κόπηκε κυρίως από χαλκό (95 τοις εκατό), αλλά από τότε έχει κοπεί ως χαλκό ψευδάργυρος (0,8-2,5% χαλκός).
Μουσικά όργανα: Ποια θα ήταν η μπρούτζινο μπάντα χωρίς χαλκό; Ο ορείχαλκος χρησιμοποιείται για την παραγωγή κέρατων, τρομπέτες, τρομπόνι και σαξοφώνων λόγω της αντοχής στη διάβρωση και των αντιβακτηριακών ιδιοτήτων του χαλκού.
Πηγές
- Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Χαλκού. Εφαρμογές.
- Η Copper Development Association Inc. Εφαρμογές