Открытый способ добычи меди

Медная руда – свойства, применение, методы ее добычи и обработки

По сегодняшний день в мире добывается огромное количество полезных ископаемых. Это и металлы, и драгоценные камни, и топливо. Без них невозможно представить повседневную жизнь. Если обратиться к металлам, которых больше всего добывается в мире, то третье место принадлежит меди, после железа и алюминия. Сложно представить, но без этого простого и обыденного металла проблемы возникнут в таких отраслях, как электротехника, теплотехника, медицина, и во многих других. Медь — что это за руда? Какие имеет свойства? Как добывается? И каковы мировые запасы?

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.

Применение медной руды

Благодаря полезным свойствам меди, ее используют в сфере электротехники. Из этого металла делают провода и силовые кабели, которые необходимы в повседневной жизни человека.

Интересно и то, что при смешивании меди с другими материалами получаются не менее полезные вещи. Так, например, сплав с никелем необходим в приборостроении. Смесь с вольфрамом используется для нитей накаливания в обычных лампочках. Кроме того, медь необходима в изготовлении радиаторов, кондиционеров, потому что она имеет хорошую теплопроводность.

Также этот металл используют в следующих отраслях:

• машиностроении;
• строительстве;
• судостроении.

Существует еще одно полезное свойство, за которое этот металл очень ценится и часто применяется в строительстве. Он слабо поддается коррозии. Изделия из него продержатся несколько десятков лет, прежде чем начнут распадаться.

Медь используется и в ювелирном деле. Иногда создаются украшения исключительно из этого металла, иногда с примесью золота. Поскольку материал мягкий и пластичный, из него удобно создавать тонкие и изысканные ювелирные изделия. Сейчас идет тенденция внедрения дверных ручек, перил из меди, так как она имеет антибактериальные свойства.

Это интересно! Статуя Свободы была облицована именно медью. На ее изготовление потребовалось 80 тонн. В королевстве Непал этот металл и вовсе считается священным.

В сельском хозяйстве медь играет важную роль. Она добавляется во многие удобрения. Многим садоводам известен медный купорос, который они используют для обработки растений от вредных насекомых.

Группы медных руд

Медь — металл, имеющий огромное количество разновидностей, каждой из которых присущи свои свойства. Существует более 200 видов. Однако в производстве используется не более 20. Все эти разновидности ученые объединяют в несколько групп.

Стратиформная — группа, характеризующаяся месторождениями, которые сформировались осадочным способом. С этим металлом часто находят сланец.

1. Колчеданная — группа, состоящая из единения меди и самородков. Этот вид металлов широко применяется в ювелирном деле.
2. Гидротермальная — группа, характерной чертой которой является то, что в этих месторождениях часто содержатся золото, серебро и другие полезные ископаемые вместе с медью. Их количество превышает норму.
3. Скарновые породы — месторождения таких руд локальны. Они встречаются среди известняковых пород. Здесь концентрация меди не превышает 30 %. Кроме того, она неравномерна.
4. Магматические— к этой группе относят виды, в которых преобладают смеси меди и никеля. Такие породы получились в результат магматических процессов, то есть затвердевания и изменения магмы или лавы.
5. Карбонатные — эта группа состоит из смесей железа и меди. Во всем мире пока обнаружено только одно такое месторождение — в ЮАР.

Из каких руд получают медь

Медь крайне редко встречается в виде самородков. Она всегда добывается с дополнительными примесями. Самый большой самородок был найден в США. Он имеет вес более 420 тонн.

Всего 20 видов используются в тяжелой промышленности. Самые известные и широко применяемые из них — халькозин, халькопирит и борнит. Каковы их свойства?

1. Халькозин — наиболее концентрированная медь. Здесь ее концентрация может быть до 80 %.
2. Халькопирит — медь, входящая в состав полиметаллов и имеющая гидротермальное происхождение.
3. Борнит — этот вид имеет синеватый оттенок из-за примесей железа и серебра. Концентрация — более 60 %.
4. Ковелин — относится к гидротермальной группе, как и халькопирит. Концентрация составляет 64 %.

Именно из этих руд получают большую часть металла, которая потом используется человеком.

Способы добычи медной руды

Как уже говорилось, медь имеет разные способы образования и происхождения. Какие-то пласты находятся ближе к поверхности, какие-то дальше. В зависимости от этого и определяется способ добычи этого металла. Так, существуют закрытый и открытый способы.

Закрытый способ применяется в случае, если полезные ископаемые находятся под землей на расстоянии более 600 метров от поверхности. Чаще всего они залегают намного глубже. В таком случае строятся длинные шахты, которые протягиваются на несколько десятков километров. Они оснащаются всем необходимым оборудованием, в частности техникой. Для добычи меди нужны специальные машины, имеющие буровой механизм с шипами. Машина в прямом смысле дробит и царапает породы, тем самым добывая медь. К закрытому способы можно также отнести бурение.

Открытый способ используется чаще, но только в том случае, если полезные ископаемые находятся на глубине не более 500 метров. В таком случае снимаются верхние слои, не имеющие ценности. Затем происходит сама добыча меди. Часто используются взрывные устройства, которые упрощают работу. Такой способ добычи крайне губителен для окружающей среды. После того как месторождение иссякает, его забрасывают, а яма так и остается на поверхности земли. В ней скапливается вода и происходит коррозия почвы, что приводит к образованию оврагов.

Технологический процесс производства меди

После того как металл был изъят из недр земли, его необходимо переработать и произвести непосредственно саму продукцию. Всего существует три технологии:

Первый способ — пирометаллургический — он предполагает обработку руды с помощью огневого рафинирования. В ходе этой обработки из руды извлекаются все полезные ископаемые и их элементы. Такая технология позволяет добыть медь даже из самых скудных пород, где ее концентрация ниже 0,5 %.

Второй способ — гидрометаллургический — применяется реже, и только для обработки уже окисленной меди или ее самородков с бедной концентрацией металла. Эти технологии позволяют использовать всю медь, которая есть в той или иной руде.

Третий способ — электролиз — особый процесс, при котором с помощью электричества и жидкости происходит очищение руды. Этот способ появился сравнительно недавно.

Добыча медных руд в мире

Месторождения не имеют какой-то системы, которая позволяет их отыскивать. Она распространена в самых разных географических зонах и расположена случайным образом. Так, медь добывается во многих странах, в частности, в США, Перу, Казахстане, Чили, России, Китае, Индонезии, на Кубе. Происходит добыча всех видов меди, независимо от ее концентрации в руде. Например, в Америке производится халькозиновая медь.

Интересно то, что в мире практически не осталось богатых месторождений. Медь добывается несколько сотен лет, и поэтому все крупные источники давно иссякли. Так сейчас активно идет снижение процесса использования в производстве концентрированного материала. Чаще всего используется руда с концентрацией этого металла, не превышающей 0,5 %. Это позволяет более экономно тратить необходимый материал.

Мировые запасы

Как уже говорилось, запасы сокращаются. По количеству добытого материала лидируют Чили, США и Россия. Причем процент производства этого металла в Федерации составляет всего 9 % от мирового.

Интересно то, что по количеству запасов лидирует Чили. На территории этой страны содержится 33 % мирового запаса. В Чили находится один из старейших рудников мира по добыче меди — Чукикамата. Работы там ведутся более 100 лет, и уже было вывезено более 26 миллионов тонн этого металла.

Миру также известны следующие рудники:

• в Чили — Эскондида;
• в Индонезии — Грасберг;
• в Перу — Антамина;
• в Бразилии — Салобу;
• в Казахстане — Нурказган.

Большая часть меди, добываемая в России, относится к медно-никелевым и сульфидным группам. Они составляют 40 %. Существует большое количество месторождений, но самые известные из них находятся на полуострове Таймыр и в районах Уральских гор. Недавно было открыт новый запас недалеко от Читы. Его еще не начали разрабатывать, так как нет соответствующей инфраструктуры. Ученые утверждают, что это месторождение иссякнет приблизительно через 30 лет.

Источник

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.

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 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.

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.

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 %.

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.

Мировые запасы

Медь востребована во многих сферах жизни человека и общества. Поэтому неудивительно, что общемировая выработка этого металла составляет более 20 миллионов тонн за год, и эта цифра продолжает расти.

Наибольшие залежи сосредоточены на территории Чили. Металл обнаружен в вулканических горных породах Анд. Здесь находится пятая часть всех запасов меди на планете. Самыми крупными месторождениями страны считаются Чукикамата и Эскондиада.

На втором месте по количеству запасов меди — США, 12 %. Затем следуют Россия, Китай, Перу, Казахстан, Польша, Индонезия и Замбия. Залежи в каждой из стран составляют от 4 до 9 %.

Общие запасы меди на планете по самым оптимистичным оценкам могут составлять около миллиарда тонн. Расчеты показывают, что даже при нынешних темпах роста потребления дефицита металла в обозримом будущем не предвидится.

Источник