Как добывают медь из руды

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.

Как добывали медь в древности

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 Cu₅FeS₄ — сульфидные руды, называемые по-другому медным пурпуром или пестрым колчеданом и содержащие около 63.3% Cu;

халькопириты CuFeS₂ — минералы, имеющие гидротермальное происхождение;

халькозины Cu₂S, содержащие более 75% меди;

куприты Cu₂O, 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:

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:

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.

Примеси, содержащиеся в черновой меди, при очистке могут вести себя по-разному. Цинк, кадмий, железо растворяются на аноде, но не оседают на катоде. Дело в том, что в ряду электрохимического напряжения они находятся левее меди, то есть имеют более отрицательные потенциалы.

Медный купорос получают медленным окислением сульфидной руды кислородом до сульфата меди CuS + 2O₂ > CuSO₄. 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.

Добыча меди тесно связана с технологией извлечения металла из руды и производится экономически выгодными способами с учетом специфики месторождения.

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.

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:

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.

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.

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.

Высокое содержание меди характерно для концентратов, извлеченных из халькозина и борнита, а низкое — для халькопирита.

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.

В недрах земли есть довольно большое количество различных минералов, которые могут применяться для выпуска различных материалов. Довольно большое распространение имеет медная руда – она используется для переработки и получения различных веществ, которые применимы в промышленности. Стоит учитывать, что в подобной руде, в составе которой имеется медь, могут присутствовать и другие минералы. Рекомендуется использовать земляную породу, в состав которой входит не меньше 0,5-1% металла.

Классификация

Осуществляется добыча просто огромного количества самых различных медных руд. Классификация проводится по их происхождению. Выделяют следующие группы медных руд:

1. Колчеданная получила довольно большое распространение. Порода представлена соединением железа и меди, имеет большое количество различных вкраплений и прожилок других примесей.
2. Стратиформная представлена сочетанием медных сланцев и песчаников. Подобного рода порода также получила большое распространение, так как представлена крупным месторождением. Основными характеристиками можно назвать простую пластовую форму, а также равномерное распределение всех полезных компонентов. За счет этого медная порода подобного типа наиболее востребована, так как позволяет обеспечить производительность на одном уровне.
3. Медно-никелевая. Эта руда характеризуется массивным вкраплением текстуры кобальта и золота, а также платиноидов. Месторождения находятся в жильной и пластовой форме.
4. Медно-порфировая или гидротермальная. Подобного рода месторождения медной руды имеют в своем составе большую концентрацию серебра и золота, селена и других химических веществ. Кроме этого, все полезные вещества находятся в более высокой концентрации, за счет чего порода востребована. Встречается она крайне редко.
5. Карбонатовая. В эту группу входит железомедная и карбонатитовая руда. Стоит учитывать, что эта порода была найдена только на территории ЮАР. Разрабатываемый рудник относится к массивным щелочным породам.
6. Скарновая – группа, которая характеризуется локальным расположением в самых различных породах. Характерными свойствами можно назвать небольшие размеры и сложную морфологию. Стоит учитывать, что в данном случае руда, содержащая медь, имеет высокую концентрацию. Однако, металл распределен неравномерно. Разрабатываемые породы имеют концентрацию меди около трех процентов.

Медь практически не встречается, к примеру, как золото, в виде массивных самородков. Наиболее крупным подобным образованием можно назвать месторождение в Северной Америке, масса которого составляет 420 тонн. При 250 видов меди только 20 из них получили широкое распространение в чистом виде, другие используются только в качестве легирующих элементов.

Месторождения медных руд

Медь считается наиболее распространенным металлом, который применяется в самых различных отраслях промышленности. Месторождения медной руды встречаются практически во всех странах. Примером можно назвать открытие месторождения в Аризоне и Неваде. Также добычей медной руды занимаются на Кубе, где распространены залежи оксида. В Перу проводят добычу хлоридных образований.

Рассматривая порфировые месторождения медной руды или распространение сульфидных месторождений, отметим, что на сегодняшний день обогащенных рудников уже практически нет. Это связано с тем, что подобный металл используется уже на протяжении многих лет. В промышленности проводится обработка породы, которая имеет концентрацию меди около 0,5%. После алюминия и железа, медь занимает третье место по объемам производства во всем мире.

Есть месторождения в России, которые позволяют добывать медную руду в достаточно большом объеме. Если рассматривать долю РФ в мировой добыче руды, то этот показатель составляет 9%. Лидирующее место занимает Чили, на территории которой сосредоточенно до 33% медной руды.

Самыми крупными месторождениями считаются следующие рудники:

1. В Чили месторождение Чукикамата. Этот рудник разрабатывается на протяжении последних 100 лет, за которые было добыто около 26 миллионов тонн металла.
2. Второй рудник находится в Чили. Открыт он был в 1990 году.

Кроме этого, были открыты месторождения на территории Бразилии и Перу, а также Казахстана. По некоторым расчетам в недрах земли находится еще более 400 миллионов тонн рассматриваемого металла.

Применение медной руды

Рассматриваемый природный ресурс получил весьма широкое распространение. Как ранее было отмечено, его добыча проводится на протяжении нескольких десятилетий. Руда меди может иметь в составе достаточно большое количество полезных элементов, к примеру, золото и серебро. Поэтому ее распространение достаточно обширно.

Внешний вид медной руды

Применение добытой медной смеси связано с получением различных металлов. Выделяют две основные технологи производства меди:

Второй метод предусматривает огневое рафинирование металла. За счет этого руда может обрабатываться практически в любом объеме. Кроме этого, воздействие огня позволяет выделять из породы практически все полезные вещества. Пирометаллургическая технология применяется для выделения меди из породы, которая имеет низкую степень обогащения металлом. Гидрометаллургический метод применяется исключительно для обработки окисленной и самородной породы, которые также имеют низкую концентрацию меди.

В заключение отметим, что медь сегодня включается практически во все сплавы. Ее добавление в качестве легирующего элемента позволяет изменить основные эксплуатационные качества.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.