Медная руда и технология добычи чистой меди

Не так уж и много найдется на нашей планете металлов, объемы добычи которых превышают таковые у меди. Двадцать девятый номер в периодической таблице Менделеева находится на почетном третьем месте по уровням добычи, сразу после железа и алюминия. Слишком уж много отраслей не оберутся проблем, если вдруг такой необходимый метал закончится в их кладовых. Важность меди и медной руды трудно переоценить для электротехники, теплотехники, металлургии, медицины и даже транспорта.

Чем же отличается медь от других металлов и как ведется добыча меди, рассмотрим ниже.

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.

Источники меди

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.

Особенности медных руд

Медьсодержащие руды характеризуются как многоэлементные. Наиболее часто встречающиеся соединения бывают с:

  • железом;Рудники России по добычи меди
  • серой;
  • медью.

В незначительной концентрации могут присутствовать:

  • никель;
  • золото;
  • платина;
  • серебро.

Месторождения во всем мире имеют примерно одинаковый набор химических элементов в составе руды, отличаются лишь их процентным соотношением. Чтобы получить чистый металл, используют различные промышленные способы. Почти 90% металлургических предприятий используют одинаковый метод производства чистой меди – пирометаллургический.

Один из самых больших карьеров по добыче руди приносит 17 миллионов тонн меди в год

Один из самых больших карьеров по добыче руди приносит 17 миллионов тонн меди в год

Схема этого процесса позволяет также получать металл из вторичного сырья, что для промышленности является существенным плюсом. Поскольку месторождения относятся к группе не восполняемых – запасы с каждым годом уменьшаются, руды беднеют, а их добыча и производство становится дорогим. Это, в конечном счете, влияет на цену металла на международном рынке. Кроме пирометаллургического метода, существуют еще способы:

  • гидрометаллургический;
  • метод огневого рафинирования.

Различия по насыщенности

Вариаций соединений меди с другими веществами в рудах очень много, порядка двух с половиной сотен. Мы же рассмотрим самые популярные и самые насыщенные:

  • Борнит. Чаще всего принадлежит к гидротермальной группе руд, в составе своем может иметь около 65% Купрума. Хим. формула – Cu5FeS4;
  • Ковелин. Также член гидротермальной группы, до 64% меди. Формула – CuS;
  • Халькопирит. Гидротермальная группа. Насыщенность медью равна 30%. Самая популярная руда – 50% от всех месторождений. Формула – CuFeS2;
  • Халькозин. Лидер в плане насыщенности. 79,8% «рыжего металла». Все та же гидротермальная группа. Формула – Cu2S.

Стадии пирометаллургического производства меди

Общие способы получения метала из руды

Промышленное получение меди с использованием пирометаллургического способа имеет преимущества перед другими методами:

  • технология обеспечивает высокую производительность – с ее помощью можно получать метал из породы, в которой содержание меди даже ниже 0,5%;
  • позволяет эффективно перерабатывать вторичное сырье;
  • достигнута высокая степень механизации и автоматизации всех этапов;
  • при его использовании значительно сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу;
  • метод экономичный и эффективный.

Обогащение

Схема обогащения руды

На первом этапе производства необходимо подготовить руду, которую доставляют на обогатительные комбинаты прямо с карьера или шахты. Часто встречаются большие куски породы, которые предварительно нужно измельчить.

Происходит это в огромных дробильных агрегатах. После дробления получается однородная масса, с фракцией до 150 мм. Технология предварительного обогащения:

  • в большую емкость засыпается сырье и заливается водой;
  • затем добавляется кислород под давлением, чтобы образовалась пена;
  • частицы металла прилипают к пузырькам и поднимаются наверх, а пустая порода оседает на дне;
  • далее, медный концентрат отправляется на обжиг.

Обжиг

Этот этап направлен на то, чтобы максимально снизить содержание серы. Рудную массу помещают в печь, где устанавливается температура 700–800

о

С. В результате термического воздействия содержание серы сокращается в два раза. Сера окисляется и испаряется, а часть примесей (железа и других металлов) переходит в легкошлакуемое состояние, которое облегчит в дальнейшем плавку.

Обжиг руды для снижения уровня серы

Обжиг руды для снижения уровня серы

Этот этап можно опустить, если порода богатая и содержит после обогащения 25–35% меди, его используют только для бедных руд.

Плавка на штейн

Технология плавки на штейн позволяет получить черновую медь, которая различается по маркам: от МЧ1 – самая чистая до МЧ6 (содержит до 96% чистого металла). В ходе процесса плавки, сырье погружается в специальную печь, в которой температура поднимается до 1450

о

С.

Технология переработки медной руды и получение черной меди

Технология переработки медной руды и получение черной меди

После расплавления массы она продувается сжатым кислородом в конвертерах. Они имеют горизонтальный вид, а дутье осуществляется через боковое отверстие. В результате продува сульфиды железа и серы окисляются и переводятся в шлак. Тепло в конвертере образуется за счет протекания раскаленной массы, он дополнительно не нагревается. Температура при этом составляет 1300

о

С.

Общая схема выплавки меди

Общая схема выплавки меди

На выходе из конвертера получают черновой состав, который содержит до 0,04% железа и 0,1% серы, а также до 0,5% прочих металлов:

  • олова;
  • сурьмы;
  • золота;
  • никеля;
  • серебра.

Такой черновой металл отливается в слитки массой до 1200 кг. Это так называемая анодная медь. Многие производители останавливаются на этом этапе, реализуют такие слитки. Но поскольку часто производство меди сопровождается добычей драгоценных металлов, которые содержатся в руде, то на обогатительных комбинатах используется технология рафинирования чернового сплава. При этом выделяются и сохраняются прочие металлы.

Рафинирование с использованием катодной меди

Технология получения рафинированной меди довольно простая. Ее принцип используют даже для чистки медных монет от окислов в домашних условиях. Схема производства выглядит следующим образом:

Слитки рафинированной меди

Слитки рафинированной меди

  • черновой слиток помещается в ванну с электролитом;
  • в качестве электролита используется раствор со следующим содержанием:
    • сульфат меди – до 200 г/л;
    • серная кислота – 135–200 г/л;
    • коллоидные добавки (тиомочевина, столярный клей)– до 60 г/л;
    • вода.
  • температура электролита должна быть до 55

    о

    С;

  • помещаются в ванну пластины катодной меди – тонкие листы чистого металла;
  • подключается электричество. В это время происходит электрохимическое растворение металла. Частицы меди концентрируются на катодной пластине, а прочие включения оседают на дне и называются шлам.

Для того, чтобы процесс получения рафинированной меди протекал быстрее, анодные слитки должны быть не более 360 кг.

Весь процесс электролиза протекает в течение 20–28 суток. За этот период вынимают катодную медь до 3–4 раз. Вес пластин получается до 150 кг.

Как это делается: добыча меди

В процессе рафинирования, на катодной меди могут образовываться дендриты – наросты, которые сокращают расстояние до анода. В результате чего снижается скорость и эффективность реакции. Поэтому, при возникновении дендритов, их незамедлительно удаляют.

Природные минералы, содержащие медь

Борнит. Сульфидная руда, ее состав определяет выражение Cu5FeS4. Различают два полиморфных вида – низкотемпературный и высокотемпературный. Температура плавления которых, соответственно, меньше или больше 228 градусов.

Борнит

Существует ранний неустойчивый сульфид, легко разрушаемый водой и ветром. Другой тип – эндогенный, имеет непостоянный химический состав за счет примесей таких элементов как галенит, пирит, халькозин, халькопирит. Борнит называют пестрым колчеданом. Характеристика этих минералов зависит от их происхождения.

Сульфид

Халькопирит. Формулой CuFeS2 определяется его состав. Известен под названием медный колчедан. Относится к полиметаллическим. Может существовать в виде скарн и горных грейзенов.

Халькопирит

Халькозин. Содержит 79,8% меди и 20,2% серы. Очень красивый, зеркальная поверхность имеет сероватый оттенок, бывает черным.

Халькозин

Существуют редкие ископаемые, содержащие элементы меди:

  • куприт (Cu2O), оксид, замечен среди месторождений малахита и самородков;
  • ковеллин, содержит 66,5% основного элемента и серу. Впервые найден в окружении вулкана Везувий. Добывается в США, Греции, Чили;
  • малахит. Камень, который применяется для различных поделок. Полиметаллическая руда. Нижний Тагил – место больших залежей этого минерала;
  • азурит. Это лазурь, камень синего цвета. Основные места его добычи – Африка, Австралия, Англия, Балканские страны. Залегает вблизи сульфидных месторождений.

Медно-порфировые формы включают молибден, золото, халькопирит, пирит. Их находят в залежах небогатых горных пород. Имеют форму прожилковых вкраплений штокверкового типа.

Области применения

Одной из областей применения является электротехническая промышленность. Кабели и электрические провода включают жилы из чистого металла, что увеличивает их электропроводность. Сплавы с никелем подходят для приборостроения, соединения с вольфрамом – это нити накаливания в лампочках.

Применение меди

Применение меди

Латунь применяется в пищевой и химической промышленности. В сельском хозяйстве медь используют как удобрение. Медный купорос известен садоводам, им обрабатывают растения для защиты от болезней и вредителей.

В строительстве такие сплавы просто незаменимы. Кровельное покрытие с образовавшейся на нем патиной имеет красивый вид и очень долговечно.

Медицинская промышленность не обходится без этого химического элемента. Широко используется в лекарствах.

В машиностроении из бронзы делают подшипники, теплообменники, различные конструктивные элементы механизмов. Металл используют в порошковой металлургии для изготовления фрикционных деталей.

Мировые запасы

Мировые подтвержденные запасы меди оцениваются в пределах от 654 млн. до 1600 млн.т.

Мировые подтвержденные запасы меди оцениваются в пределах от 654 млн. до 1600 млн.т.

Медь – цветной металл, который потребляется многими видами промышленности. Самой выгодной рудой для производства является борнит. Это обусловлено его высоким содержанием и большими залежами в мировых недрах. К добыче меди пригодны породы, содержащие ее 0,5–1%. Больше всего распространены руды с добавками никеля. Они составляют 90% всех медесодержащих ископаемых, экономически выгодных для горнодобывающей промышленности.

Крупнейшие месторождения меди расположены в Чили – 34% всех мировых запасов, что составляет 140 млн тонн.

Государства, имеющие самые крупные запасы в мире, это: США – 35 млн тонн, Индонезия – 35, Перу – 30, Австралия – 24, Китай – 26, Россия – 20.

Общемировые запасы медесодержащих руд оцениваются в 467 млн тонн. Геологи утверждают, что в мировом океане находится около 5 млрд тонн залежей такой руды.

Видео по теме: Добыча меди

Технология огневого рафинирования черновой меди

Этот способ получения чистой меди используется, когда исходное сырье – медный лом.

Процесс протекает в специальных отражательных печах, которые топятся углем или нефтью. Растопленная масса наполняет ванну, в которую вдувают воздух по железным трубам:

  • диаметр труб – до 19 мм;
  • давление воздуха – до 2,5 атм;
  • емкость печи – до 250 кг.

В процессе рафинирования окисляется медное сырье, выгорает сера, затем металлы. Окислы не растворяются в жидкой меди, а всплывают на поверхность. Чтобы их удалить, используется кварц, который помещается в ванну еще до начала процесса рафинирования и размещается вдоль стенок.

Рафинирование меди

Рафинирование меди

Если в металлоломе присутствует никель, мышьяк или сурьма, то технология усложняется. Процент содержания никеля в рафинированной меди можно снизить лишь до уровня 0,35%. Но если присутствуют остальные компоненты (мышьяк и сурьма), то образуется никелевая «слюдка», которая растворяется в меди, и ее удалить не получится.

Добавь рекламуДобавь рекламу

Применение меди

Проще указать сферы, где медь не применяется, чем охватить все области ее применения. Ведь даже в организме человека имеется потребность к ежедневной дозе меди (около 0,9 мг. в день).

Что такое медная руда, как ее добывают, обрабатывают и для чего используют

Благодаря низкому показателю удельного сопротивления, Купрум используют для производства проводов, кабелей, электрических катушек, трансформаторов и другого электрооборудования.

Из-за высокой теплопроводности, в свою очередь, медь участвует при конструировании элементов систем охлаждения, отопления, кондиционирования.

В одной сфере транспорта, а именно в трубопроводном, бесшовные медные трубы стали идеальным вместилищем как для транспортировки по ним воды, так и газа.

Ювелиры используют сплав золота и меди для укрепления первого. Так как золото, само по себе, весьма мягкий металл, и изделия без примеси меди были бы крайне подвержены деформациям.

В связи с выявлением бактерицидного свойства меди, она в будущем имеет шансы получить широчайшее применение в медицине, как для изготовления инструментов и рабочих поверхностей, так и для материала к обычным дверным ручкам.


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий