Медь сегодня — металл необыкновенно востребованный и широко применяющийся как в быту, так и в промышленности. В природе Cu можно встретить как в чистом состоянии, так и в виде руды. Способов добычи и получения меди из исходных горных пород существует несколько. При этом все они используются в промышленности достаточно широко. О том, как добывают медь, и пойдет речь в статье.
Немного истории
В какой местности медь в древние времена начала добываться и использоваться человеком впервые, археологам, к сожалению, выяснить не удалось. Однако доподлинно известно, что именно этот металл люди начали обрабатывать и применять в повседневной жизни самым первым.
Известна медь человеку стала еще в каменном веке. Некоторые найденные археологами самородки этого металла несут на себе следы обработки каменными топорами. Первоначально люди использовали медь в основном только в качестве украшений. При этом применял для изготовления таких изделий человек в древние времена исключительно найденные им самородки этого металла. Позднее люди научились обрабатывать и содержащую медь руду.
Представление о том, как добывают Cu и как его обрабатывают, имели многие народы древности. Подтверждений тому археологами было найдено множество. После того как человек научился делать сплавы меди с цинком, начался бронзовый век. Собственно само название «медь» придумали когда-то древние римляне. В эту страну такой металл привозили в основном с острова Кипр. Поэтому римляне и назвали его aes cyprium.
Поскольку металл этот в быту человеком когда-то использовался очень широко, технологии его добычи были, конечно же, разработаны достаточно совершенные. Наши предки получали медь в основном из малахитовых руд. Смесь такого материала и угля помещали в глиняный сосуд и ставили в яму. Далее массу в горшке поджигали. Выделявшийся в результате угарный газ восстанавливал малахит до меди.
Запасы в природе
Где можно добыть медь в дикой природе сегодня? На настоящий момент залежи этого популярного металла открыты на всех континентах Земли. При этом запасы Cu считаются практически неограниченными. Геологи в наше время находят все новые месторождения чистой меди, а также содержащих ее руд. К примеру, в 1950 г. мировые резервы этого металла составляли 90 млн тонн. К 1970 г. этот показатель уже увеличился до 250 млн т, а к 1998 г — до 340 млн т. На настоящий момент считается, что запасы меди на планете составляют более 2.3 млрд тонн.
Месторождения и способы добычи чистой меди
Как уже упоминалось, изначально человек использовал в быту самородный Cu. Конечно же, добывается такая чистая медь и в наши дни. Образуются самородки этого металла в земной коре в результате экзогенных и эндогенных процессов. Самое большое известное месторождение самородной меди на планете на данный момент находится в США, в районе озера Верхнее. В России самородная медь залегает в Удоканском месторождении, а также в некоторых других местах Забайкалья. Кроме того, ответом на вопрос о том, где можно добывать медь в России в виде самородков, является и уральский регион.
В природе чистый металл этой разновидности образуется в зоне окисления медносульфатных залежей. Обычно в самородках собственно самой меди содержится около 90-99%. Остальное приходится на другие металлы. В любом случае ответом на вопрос о том, как добывают медь самородную, служат две основных технологии. Разрабатывают такие месторождения, как и рудные, закрытым шахтным или открытым карьерным способом. В первом случае при этом используют такие технологические процессы, как бурение и отбойка.
Весить медные самородки могут очень много. Самые большие из них когда-то были найдены на озере Верхнем в США. Вес этих самородков составлял около 500 т.
Где добывают медь в России, мы выяснили. В основном это Забайкалье и Урал. В нашей стране, конечно же, также в разные времена находили очень крупные самородки этого металла. К примеру, медные куски весом до нескольких тонн часто находили на Среднем Урале. Один из таких самородков в 860 кг ныне храниться в Санкт-Петербурге, в музее Горного института.
Медные руды и их месторождения
На настоящий момент получать Cu считается экономически выгодным и целесообразным даже в том случае, если его содержится в породе хотя бы 0.3%.
Чаще всего для выделения меди промышленным способом в природе в наши дни добывают следующие породы:
борниты Cu 5 FeS 4 — сульфидные руды, называемые по-другому медным пурпуром или пестрым колчеданом и содержащие около 63.3% Cu;
халькопириты CuFeS 2 — минералы, имеющие гидротермальное происхождение;
халькозины Cu 2 S, содержащие более 75% меди;
куприты Cu 2 O, часто встречающиеся также и в местах залежей самородной меди;
малахиты, представляющие собой углекислую медную зелень.
Самое большое месторождение медных руд в России находится в Норильске. Также такие породы в больших количествах добывают в некоторых местах на Урале, в Забайкалье, на Чукотке, в Туве и на Кольском полуострове.
Как разрабатывают залежи медных руд
Разного рода породы, содержащие Cu, как и самородки, могут добываться на планете по двум основным технологиям:
закрытой;
открытой.
В первом случае на месторождении строятся шахты, протяженность которых может достигать нескольких километров. Для перемещения рабочих и техники такие подземные туннели оснащаются лифтами и железнодорожными путями. Дробление породы в шахтах производится с использованием специального бурового оборудования, имеющего шипы. Забор медной руды и ее погрузка для отправки наверх осуществляются с применением ковшей.
Если залежи находятся не далее 400-500 м от поверхности земли, их добыча ведется открытым методом. В этом случае на месторождении сначала снимается пласт верхней породы с использованием взрывных устройств. Далее постепенно вынимается собственно сама медная руда.
Способы получения металла из пород
Как добывают медь, а вернее, содержащие ее руды, мы, таким образом, выяснили. Но как же на предприятиях в последующем получают собственно сам Cu?
Основных способов выделения меди из горных пород существует три:
электролитический;
пирометаллургический;
гидрометаллургический.
Пирометаллургический флотационный метод
Эта технология обычно используется для выделения меди из тех пород, в которых Cu содержится 1.5-2%. Такой материал подвергают обогащению флотационным методом. При этом:
руду тщательно размалывают до самого мелкого порошка;
смешивают полученный материал с водой;
добавляют в массу специальные флотореагенты, представляющие собой сложные органические вещества.
Флотореагенты покрывают мелкие крупинки разных соединений меди и передают им несмачиваемость.
На следующем этапе:
в воду добавляют вещества, создающие пену;
пропускают через взвесь сильный поток воздуха.
Легкие сухие частички соединений меди в результате прилипают к воздушным пузырькам и всплывают наверх. Содержащую их пену собирают, отжимают от воды и тщательно просушивают. В результате и получают концентрат, из которого затем выделяют черновой Cu.
Как добывают медь из руды: обогащение методом обжига
Флотационный метод используется в промышленности достаточно часто. Но иногда для обогащения медной руды применяется и технология обжига. Такая методика чаще всего используется для руд, содержащих большое количество серы. В данном случае материал предварительно нагревается до температуры 700-8000 °С. В результате происходит окисление сульфидов с уменьшением в породе содержания серы.
На следующем этапе подготовленную таким образом руду расплавляют в шахтных печах при температуре в 14500 °С. В конечном итоге при использовании такой технологии получают штейн — сплав меди и железа. Далее это соединение улучшают путем обдувки в конвертерах. В результате оксид железа переходит в шлак, а сера — в SO4.
Получение чистой меди: электролиз
При использовании методов флотации и обжига получают черновую медь. Собственно Cu такой материал содержит около 91%. Чтобы получить более чистую медь, черновую в дальнейшем подвергают рафинированию.
В данном случае из первичной меди сначала отливают толстые пластины-аноды. Далее:
набирают в ванну раствор медного купороса;
подвешивают в ванной пластины-аноды;
в качестве катодов используют тонкие листы из чистой меди.
Во время реакции электролиза на анодах происходит растворение меди, а на катодах — осаждение. Ионы меди продвигаются к катоду, забирают у него электроны и переходят в атомы Cu+2+2e?>Cu.
Медный купорос получают медленным окислением сульфидной руды кислородом до сульфата меди CuS + 2O 2 > CuSO 4 . В последующем соль выщелачивается водой.
Гидрометаллугический способ
В данном случае для выщелачивания и обогащения меди используется серная кислота. В результате реакции при применении такой технологии получают раствор, насыщенный Cu и другими металлами. Из него затем и выделяют медь. При использовании такой методики, помимо черновой меди, можно получать и другие металлы, включая драгоценные. В любом случае применяется эта технология чаще всего для выделения Cu из не слишком богатых на него пород (менее 0.5%).
Медь в домашних условиях
Выделение этого металла из насыщенных им руд — дело, таким образом, технологически относительно несложное. Некоторые поэтому интересуются тем, как добыть медь в домашних условиях. Получить этот металл из руды, глины и пр. своими руками, без наличия специального оборудования, будет, однако, очень сложно.
Некоторые, к примеру, интересуются тем, как добыть медь из глины своими руками. Ведь в природе существуют залежи этого материала, богатого в том числе и на Cu. Однако, к сожалению, известных проверенных технологий получения в домашних условиях меди из глины, не существует.
Своими руками этот металл дома можно попробовать выделить, пожалуй, только из медного купороса. Для этого последний нужно сначала растворить в воде. Далее в полученную смесь следует просто поместить какой-нибудь железный предмет. Через некоторое время последний - в результате реакции замещения - покроется медным налетом, который в дальнейшем можно будет просто счистить.
Перед тем как выбросить старые бытовые электроприборы можно извлечь из них выгоду в прямом смысле этого слова. Большинство электроприборов содержат , которые можно очень выгодно сдать в специализированные пункты приема. Конечно, разбирая только собственную сломанную технику больших денег заработать не удастся, но если подойти к делу серьезно и собирать металлолом по родственникам, друзьям и свалкам, то можно ощутимо пополнить семейный бюджет.
Основные источники меди.
Одним из самых дорогостоящих и распространенных металлов в бытовой является медь. Именно этот металл больше остальных привлекает внимание сборщиков лома, из-за своей дороговизны и широкому применению благодаря своим свойствам.К примеру, старый ламповый телевизор может содержать медных деталей общим весом до 1,5 кг. Хуже обстоят дела с новыми моделями полупроводниковых телевизоров, однако и в них можно насобирать до 0,5 кг меди. Еще хорошим содержанием медных обмоток и запчастей отличаются компрессионные холодильники и электродвигатели, содержание меди в которых достигает 1 кг. Но зачастую медные детали в них находятся внутри алюминиевого или того хуже чугунного корпуса, что предполагает использования «болгарки» и значительно затрудняет добычу медного лома.
Можно достать медь для сдачи в металлолом и в таких прибора как: , стартеры, реле, магнитные пускатели, арматура люминесцентных ламп. Выход чистого металла в этих деталях не слишком велик, но благодаря их широкой распространенности и повсеместному применению относятся к довольно привлекательным источникам цветного лома.
Как правильно собирать медь?
Для оптимизации сбора металлолома необходимо выработать алгоритм сбора медносодержащих приборов, их доставки до места разбора, самого разбора и естественно сдачи в пункт приема. К основным источникам медного лома можно отнести свалки, строительные площадки и заброшенные трансформаторные будки. Местом разбора и хранения может послужить гараж. Можно конечно проводить разбор непосредственно на месте, но для этого придется постоянно иметь при себе весь необходимый инструмент, поэтому такой вариант подойдет только при наличии автомобиля.Достать медь для сдачи в металлолом это еще половина дела. Самое важное это выгодно продать добытый металл. В течение года цены на лом цветных металлов могут сильно колебаться и поскольку лето это основной сезон добычи меди, сдавать ее в этот период крайне не желательно. Лучше хранить добытую медь до зимы и ждать повышения цены приема, так можно более выгодно сдать медь в металлолом.
Добыча меди тесно связана с технологией извлечения металла из руды и производится экономически выгодными способами с учетом специфики месторождения.
Технология производства медных изделий.
Минеральная база для извлечения металла
Сырьем для добычи медной руды являются естественные образования минералов, в которых металлический компонент содержится в количестве, необходимом для экономически выгодной промышленной разработки.
Сырье для добычи медной руды.
Рудные месторождения представлены силикатными, карбонатными, сульфатными соединениями, оксидами, образовавшимися в зоне окисления.
Среди разведанных минералов для промышленной разработки можно выделить:
- халькопирит;
- халькозин;
- борнит;
- куприт;
- самородная медь;
- брошантит;
- азурит;
- кубанит;
- малахит;
- хризотил.
В руде концентрация металла составляет 0,3–5%, а в минералах показатель концентрации составляет 22–100% (самородный металл). Месторождения меди находятся в генетической взаимосвязи с другими ценными компонентами, которые добываются как дополнительные химические элементы к основному процессу.
Среди попутных компонентов встречаются:
- платаноиды;
- серебро;
- золото;
- теллур;
- галлий;
- молибден;
- висмут;
- никель;
- титан;
- цинк.
Руда для извлечения меди содержит мышьяк, сурьму, реже ртуть. В зависимости от вида попутных химических элементов различают типы месторождений, среди которых главное значение имеют:
- медно-никелевый;
- медно-колчеданный;
- медистых песчаников и сланцев;
- медно-порфировый.
Скарновые месторождения металла и кварцево-сульфидные образования имеют подчиненное значение. В перспективе в качестве сырья для промышленного производства металла рассматриваются железомарганцевые конкреции, находящиеся в донных отложениях Мирового океана.
Способы добычи
Как добывают медь на рудных месторождениях? Низкая концентрация металла в породе предусматривает обработку большого количества материала. Для получения единицы массы металла требуется переработать 200 единиц руды.
Медь, добыча которой в основном производится открытым способом, находится на глубине до 1000 м. Глубина открытых разработок достигает 150–300 м, а в отдельных случаях до 600 м. Подземным способом разрабатываются залежи, находящиеся на глубине до 1000 м.
Переработка руды в поисках меди.
Определенные стандарты регламентируют целесообразность углубления разработок с целью извлечения рудного сырья. Это связано с технологией добычи, дополнительными затратами и снижением производительности оборудования, увеличивающими себестоимость сырья.
Поэтому в металлургической отрасли широко используется открытый способ, отличающийся незначительными потерями при разработке. Хотя и здесь есть свои минусы, связанные со складированием пустой породы.
Например, в 2013 году в США на медном карьере Kennecott Utah Copper Bingham Canyon Mine произошел оползень. Глубина карьера Бингем Каньон около 1 км, а диаметр около 4 км. Добыча руды здесь производилась в течение 150 лет.
Доставка сырья к месту переработки осуществлялась автомашинами грузоподъемностью 231 т. Горняки были предупреждены об опасном явлении и были готовы к развитию событий. Стена карьера двигалась со скоростью несколько дюймов в сутки, а предпринятые попытки укрепления не дали желаемого результата.
Условия добычи сырья предполагают использование технологии последовательной разработки с использованием:
- самоходного оборудования;
- ведения работ во время добычи сырья;
- закладки специальными материалами выработанного пространства с целью безопасности дальнейшей разработки.
Каждый технологический процесс предусматривает снижение потерь при разработке месторождений, улучшение показателей по выпуску руды.
При выемке руды слоями обеспечивается полное использование запасов. В условиях глубоких карьеров применяют циклично-поточную технологию, учитывающую особенности залегания руды.
Технология извлечения металла
Для отделения породы, не содержащей ценный компонент, используют метод флотации. Только незначительное количество сырья, содержащего медь в повышенной концентрации, подвергается непосредственной плавке. Выплавка металла предполагает сложный процесс, включающий такие операции:
- обжиг;
- плавка;
- конвертирование;
- рафинирование огневое и электролитическое.
Плавка сырья.
В процессе обжига сырья содержащиеся в нем сульфиды и примеси превращаются в оксиды (пирит превращается в оксид железа). Газы, выделяющиеся при обжиге, содержат оксид серы и используются для производства кислоты.
Оксиды металлов, образованные в результате влияния температурного градиента на породу, при обжиге отделяются в виде шлака. Жидкий продукт, полученный при переплавке, подвергается конвертированию.
Из черновой меди извлекают ценные компоненты и удаляют вредные примеси путем огневого рафинирования и другие металлы путем насыщения жидкой смеси кислородом с последующим разливом в формы. Отливки используются в качестве анода для электролитического способа очистки меди.
Сырье, в котором находятся медь и никель, подвергается обогащению по схеме выборочной флотации с целью получения концентрата металлов. Железомедные руды подвергаются магнитной сепарации.
Руды медистых песчаников и сланцев, жильных пород и самородного металла перерабатываются с целью извлечения медного концентрата. Обогащение производится гравитационным способом.
Метод флотации применяется для смешанных и окисленных руд, но чаще используется химический способ и бактериальное выщелачивание.
Обогащение руды с незначительным содержанием меди могут проводить гидрометаллургическим способом, состоящим в выщелачивании меди серной кислотой. Из полученного в результате процесса раствора выделяют медь и сопутствующие металлы, в том числе драгоценные.
Самая распространенная медная руда на нашей планете – это борнит. Но кроме него медь добывают и из других руд, о которых мы и поговорим в рамках данной статьи.
1
Под данной рудой подразумевают скопления минералов, в которых медь присутствует в таких количествах, которые считаются пригодными для переработки ее в промышленных целях. Общепринятым показателем разумности разработки месторождения принято считать ситуацию, когда в нем скопления меди составляют не менее 0,5–1 %.
При этом порядка 90 % запасов данного металла на земле встречаются в рудах, содержащих не только медь, но и другие металлы (например, никель).
Масштабная добыча меди в России осуществляется в Восточной Сибири, на Урале и Кольском полуострове. Самые крупные залежи этого металла присутствуют на территории Чили (по оценкам экспертов – около 190 миллионов тонн). К другим странам, занимающимся разработкой таких руд, относят США, Замбию, Казахстан, Польшу, Канаду, Заир, Армению, Конго, Перу, Узбекистан. В общей сложности, на планете совокупный запас меди на разведанных месторождениях составляет примерно 680 миллионов тонн.
Все медные залежи принято делить на шесть генетических групп и девять промышленно-геологических типов:
- стратиформная группа (медные сланцы и песчаники);
- колчеданная (самородная медь, жильный и медно-колчеданный тип);
- гидротермальная (медно-порфировые руды);
- магматическая (медно-никелевая руда);
- скарновая;
- карбонатовая (железомедный и карбонатитовый тип).
В нашей стране основная добыча меди осуществляется на медистых сланцах и песчаниках, из медноколчеданной, медно-никелевой и медно-порфировой руды.
2
В природе медь достаточно редко встречается в самородном виде. Чаще всего она "прячется" в различных соединениях. Наиболее известными из них являются следующие:
3
Намного реже встречаются иные медные минералы, среди которых можно выделить такие:
4
Данный металл, чьи характеристики (например, высокая ) обусловили его широкую востребованность) получают из описанных нами минералов и руд тремя способами – гидрометаллургическим, пирометаллургическим и электролизом. Самой распространенной является пирометаллургическая технология, использующая в качестве исходного сырья минерал халькопирит. Общая схема пирометаллургического процесса включает в себя несколько операций. Первой из них является обогащение медной руды окислительным обжигом либо флотацией.
Метод флотации базируется на разном показателе смачиваемой пустой породы и частиц, содержащих медь. За счет этого некоторые минеральные элементы прилипают (избирательно) к воздушным пузырькам и транспортируются ими на поверхность. Такая несложная технология дает возможность получить концентрат порошкообразного вида, в котором содержание меди варьируется от 10 до 35 процентов.
Окислительный обжиг (не стоит путать его с ) чаще используется тогда, когда начальное сырье содержит в себе серу в больших количествах. Руда в этом случае нагревается до температуры 700–800 градусов, что приводит к окислению сульфидов и снижению содержания серы в 2 раза. После этого выполняется плавка на штейн (сплав с сульфидами железа и меди, получаемый в отражательных или в шахтных печах) при температуре 1450 градусов.
Медный штейн, который получается после всех этих операций, продувается в конвертерах горизонтальной конструкции без подачи дополнительного топлива (химические реакции дают необходимое для процесса тепло) с боковым дутьем для окисления железа и сульфидов. Получившуюся серу переводят в SO2, а окислы – в шлак.
В итоге из конвертера выходит так называемая черная медь, в которой содержание металла составляет примерно 91 %. Впоследствии ее подвергают очистке с применением огневого рафинирования (удаление ненужных примесей) и подкисленного раствора купороса (медного). Такую очистку называют электролитической, после нее содержание меди достигает показателя в 99,9 %.
При гидрометаллургическом способе производства меди ее получают посредством выщелачивания металла серной кислотой (очень слабым раствором) и выделением из получившегося раствора меди, а также других драгоценных металлов. Такая методика рекомендована для работы с бедными рудами.
Загрузка...