Добыча меди открытым способом

Технология производства и добычи меди.

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.

Источник

Добыча меди: технологии добычи и способы извлечения металла

Добыча меди: технологии добычи и способы извлечения металла
В природе медь встречается как в чистом виде, так и в составе различных минералов. Для промышленного производства используют руды, которые включают более 0,5 % данного металла. Только при таком его содержании добыча и переработка экономически целесообразны.

Разновидности медных руд

По составу руды разделяют на оксидные, сульфидные, смешанные. По содержанию их принято называть «среднего качества», если меди от 1 до 2 %; «бедные», если 0,7–1 % Cu; «весьма бедные», когда меди менее 0,7 %.

Все месторождения образуют девять геологических типов:

• скарновые;
• медно-порфировые;
• железо-никелевые;
• медно-никелевые;
• кварцево-сульфидные;
• медистые песчаники;
• медистые сланцы;
• самородная медь;
• карбонатитовые.

Чаще всего медь встречается в форме соединений с серой. Также руда содержит железо, никель, молибден, кобальт, свинец. В небольших количествах обнаруживаются золото и серебро.

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.

Природные минералы, содержащие медь

Самородная медь редко встречается в природе. Гораздо чаще она входит в состав различных минералов. Промышленное значение имеют лишь некоторые из них:

• халькозин;
• борнит;
• халькопирит.

Халькозин встречается и в Евразии — на Северном Урале, в Казахстане, Испании, Германии, — и в Америке — США, Чили. Борнит обнаруживается как в порфировых (магматических) породах, так и в зоне вторичного сульфидного обогащения. Найден на месторождениях Европы, Америки, Африки. Однако основным минералом меди считается халькопирит. Он содержит до 80 % Cu. Присутствует во всех типах руд. Обнаружен даже в составе лунного грунта.

Другие, менее распространенные, но используемые при промышленном производстве, минералы:

Большинство из них сопутствует друг другу и соседствует на месторождениях.

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.

Способы добычи

В зависимости от глубины расположения руды выбирают открытый или закрытый способ ее разработки. При закрытом методе добычи строятся глубокие шахты. Чтобы перемещать работников, оборудование и добытую породу, строят лифты. Породу откалывают, дробят. Затем собирают с помощью машин, оборудованных ковшами, и за счет специальных технических средств — вагонеток, лифтов — отправляют к месту переработки.

Если руда залегает на глубине до полукилометра, то ее добывают открытым способом. Требуются большие подготовительные работы. Прежде чем начать добычу, удаляют слои пустых пород, чтобы получить доступ к месторождению. Здесь работы проще автоматизировать, легче доставлять людей и оборудование, меньше затраты на обустройство инфраструктуры.

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.

Стадии пирометаллургического производства меди

Существует несколько методов переработки руды, из которых пирометаллургический наиболее экономичный. Данный способ не только обеспечивает высокую производительность, но и позволяет получать сопутствующие металлы. Сниженное количество вредных атмосферных выбросов также стоит отнести к преимуществам пирометаллургического метода переработки.

Обогащение

Из карьера или шахты руда попадает на обогатительный комбинат. Здесь ее измельчают дробильные машины. Так как содержание меди в руде невысоко, то далее необходимо произвести обогащение. Для этого применяется метод флотации.

Сырье загружают в специальную емкость, куда затем подают раствор, который представляет собой воду с добавлением флотореагентов. Действие данных веществ может быть различным, но назначение одинаково — они должны повысить выработку металла.

Сквозь смесь водного раствора и руды пропускают пузырьки воздуха. Частицы металла прилипают к ним и поднимаются наверх, образуя пену. Затем происходит разделение осадка — пустой породы, пены — выделяемого металла, водного раствора. Собранная пена поступает на дальнейшую переработку.

Обжиг

В выделенном методом флотации концентрате содержится большое количество примесей, которые необходимо удалить. Для этого руду отправляют в печь, где она подвергается термическому воздействию при температуре порядка 800 °C.

Таким методом выжигается сера. Под действием тепла образуется оксид серы, который затем испаряется. Металлические же примеси, например, железо, переходят в легкошлакуемое состояние, что упрощает их дальнейшее удаление.

Плавка на штейн

Массу, получившуюся после обжига, подвергают сушке. Затем ее помещают внутрь печи, где идет плавка при температурах до 1450 °C. Далее происходит разделение расплава на штейн, состоящий из сульфидов металлов, шлак, представляющий собой оксиды, и газообразную фракцию, которую применяют для изготовления серной кислоты.

Плавка может проводиться по нескольким технологиям. Принципиально различают плавку в жидкой ванной и взвешенную плавку. Эти процессы являются автогенными и преимущественно используются для создания штейнов. Кроме них применяются электроплавка, отражательная плавка, шахтная плавка.

На выходе получают слитки весом до полутора тонн. Содержание меди в них достигает 96 %. Остальную часть составляют: железо — 0,04 %, сера — 0,1 %. Еще 0,5 % — другие металлы: олово, серебро, никель, золото. Сплав носит наименование «черновая медь», маркируется как МЧ1-6, где цифры от 1 до 6 характеризуют содержание меди.

Рафинирование с использованием катодной меди

На данном этапе происходит получение чистой меди электрохимическим способом. В ванну с электролитом помещают слиток чернового металла, который используется как анод, и пластины чистого металла — они выполняют роль катода.

После подключения электричества молекулы меди, покидая черновой анод, осаждаются на пластинах чистого металла. Примеси других веществ выпадают осадком в виде шлама, который собирают и отправляют на переработку. Весь процесс длится около месяца, как результат — получается металл с содержанием меди 99,99 %.

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.

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.

Области применения

Наибольшим спросом медь пользуется в электротехнике. Благодаря низкому электрическому сопротивлению, ее активно применяют для изготовления проводов, кабелей, проводящих элементов трансформаторов, делают из нее обмотки электродвигателей. На нужды отрасли уходит более половины всей добываемой меди.

Металл обладает хорошей прочностью и пластичностью, что делает его подходящим для изготовления изделий сложной формы: предметов быта, украшений; для создания бесшовных труб. Медные трубы часто применяются в оборудовании и различных инженерных системах для организации теплообмена. Здесь используются такие свойства меди, как низкий коэффициент теплового расширения и высокая теплопроводность.

Широкое применение находят медные сплавы:

• бронза — соединение с оловом, также название применяется и для сплавов меди с другими металлами, такими как алюминий, свинец, кремний, бериллий и прочими;
• латунь — с цинком;
• мельхиор, нейзильбер, манганин — с никелем;

Также медь входит как один из компонентов в другие соединения, например, в дюрали. Ювелиры часто применяют медные сплавы с добавлением золота.

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.

Свойства и характеристики

Медная руда — это особые соединения химических элементов, в которых концентрация меди достигает значения не менее 0,5–1 %. Только такая руда пригодна для переработки и дальнейшего использования. Она занимает 25-й номер в таблице Менделеева и имеет название «купрум», с латинского.

Медь — достаточно пластичный и мягкий элемент, который имеет золотисто-розовый оттенок. Этот металл легко поддается окислению, и поэтому при малейшем контакте с воздухом покрывается красноватой кислотной пленкой. Для этого материала характерні:

• хорошая электропроводность;
• высокая теплопроводность;
• устойчивость к коррозии и разрушительному воздействию.

Медь также имеет антибактериальное свойство. Она легко уничтожает всевозможные вирусы гриппа, а также бактериальные инфекции.

Если ее смешать с другим минералом, то получатся интересные сплавы. Многие из них человек использует в повседневной жизни, даже не догадываясь, что держит в руках медь. Так, известны: латунь, бронза, различные баббиты и ювелирные сплавы.

Источник