Способ добычи медной руды

Медь: свойства, способы добычи и применение

Блестящий металл розового цвета, обладающий высокой пластичностью – вот что такое медь. Минерал отличается высокой электро- и теплопроводностью, хорошо поддаётся механической обработке и образует множество соединений с другими металлами, достаточно широко востребованными в хозяйственной деятельности человека. Кроме того, медь отличается высокой коррозионной стойкостью.

Её плотность составляет – 8890 кг/м 3 .

Температура плавления равняется 1083 0 C.

Разновидности медных руд

Существует девять геологических видов медных руд, имеющих промышленное значение:

• Железно-никелевые руды, залегающие в магматических горных породах.
• Медистые песчаники и сланцы. Стратиформные запасы составляют 30% запасов меди и поэтому занимают второе место в данном списке.
• Медно-никелевые. Залежи отличаются разнообразием форм с крупными вкраплениями искомого металла.
• Медно-порфировые. Они являются безусловными лидером и обеспечивают 40% мировой добычи меди.
• Карбонатитовые. Уникальны тем, что имеется всего лишь одно месторождение в мире, кроме того в их составе присутствуют щелочные соединения.
• Кварцево-сульфидные. Существенной роли в обеспечении добычи не играют.
• Самородные. Располагаются в местах окисления рудников медно-сульфидных руд.
• Скарновые. Размещаются среди известняков и отличаются крайней неоднородностью морфологической структуры.

Медь в перечисленном списке руд бывает представлена в сульфидной, оксидной или смешанной форме, что определяет соответствующие разновидности залежей. По виду своего строения в породах залежи подразделяются на вкраплённые, массивные и сплошные текстуры. В ближайшей перспективе этот список могут пополнить руды, залегающие на дне морей, океанов, а также конкреции урановых месторождений.

Природные минералы, содержащие медь

В природе существую 250 медесодержащих минералов, однако практическое использование находят не более 20. Список самых распространённых из них с указанием процентного содержания меди:

• Самородная медь – 88-100%.
• Куприт – 88,8%.
• Тенорит – 79,9%.
• Хальзокин – 79,8%.
• Ковеллин – 66,5%.
• Борнит – 52-65%
• Атакамит – 59,5%.
• Малахит – 57,4%.
• Брошантит – 56,2%.
• Азурит – 55,3%.
• Блеклые руды – 22-53%.
• Энаргит – 48,3%.
• Хризоколла – 32,8-40,3%.
• Халькопирит – 34,5%.
• Кубанит – 22-24%.

Добыча медной руды

Медь – один из самых первых металлов, освоенных человечеством. В самом начале его добывали, собирая самородки, а затем научились извлекать из руд. С годами технологии добычи полезных ископаемых совершенствовались. Но определяющим фактором при выборе способа добычи, всегда являлась и является глубина расположения залежей. Впрочем, существуют специально разработанные стандарты, учитывающие множество факторов и позволяющие выбрать наиболее удачное с экономической точки зрения решение, в плане выбора рабочей глубины разработки и применяемых технологий.

В карьере

В случае размещения пласта осваиваемого минерала на глубине не более 500 м, наиболее целесообразным является открытый способ добычи. Именно с его помощью извлекается большая часть медных руд. Несмотря на ряд проблем, связанных с освоением значительной площади, перемещением огромных масс пустой породы, привлечением значительного количества технических средств и вредным воздействием на окружающую среду, способ отличается достаточно высокой эффективностью и отсутствием значительных потерь полезного ископаемого. Соотношение выхода металла на добываемую руду составляет: 1:200.

Проведя предварительные геологические исследования в месте будущего карьера или разреза, производится съём и удаление в отвалы верхних слоёв породы. Очень часто это сопровождается бурением твёрдых скальных массивов и взрывными работами. Ископаемый минерал извлекается слоями с дальнейшей разработкой новых массивов. Руда забирается ковшевой техникой (экскаваторами, погрузчиками) и грузится в транспортные средства (конвейера, самосвалы) для перевозки на перерабатывающие предприятия.

В шахтах

Если искомая руда располагается на глубине порядка 1 км, то в дело идёт закрытый способ добычи, то есть – строительство шахты и организация вертикальных, наклонных или горизонтальных выработок. Используя горнопроходческую технику и буровое оборудование, разрабатываются медесодержащие слои. После чего добытая порода загружается и извлекается на поверхность. Для этого подземные сооружения оснащаются лифтами, подъёмным оборудованием, железнодорожными путями.

Способ достаточно затратный, но в то же время обеспечивающий доступ к глубокозалегающим месторождениям.

Бурение скважин

Существует и третий метод добычи медных руд – с помощью закачки выщелачивающих растворов кислот и щелочей вглубь заранее пробуренной скважины. В результате чего получается полужидкая смесь, извлекаемая на поверхность мощными насосами, подвергаемая в дальнейшем переработке.

Получение меди

После добычи руды возникает следующая проблема: как извлечь из неё необходимый материал? Существует несколько способов.

Одна из древнейших технологий заключалась в сжигании малахитовых руд с ограниченным доступом воздуха. Размещённая в горшках масса, смешанная с углём, сгорала, выделяя при этом угарный газ. Что приводило к достижению желаемого результата – получению достаточно чистой для своего времени меди.

Понятно, что за прошедшие века методы и способы переработки руд претерпевали серьёзные изменения движимые целью достижения наиболее оптимальных результатов при любом виде первичного сырья. Вот почему современная металлургия базируется на трёх основных способах получения меди.

Пирометаллургический метод

Основанный на проведении высокотемпературных процессов, пирометаллургический метод как нельзя лучше подходит для сульфидных руд, подчас достаточно бедных в отношении концентрации меди. Он позволяет извлекать металл даже при содержании его в 0,5%.

Но прежде всего исходное сырьё подвергается обогащению в процессе флотации. Суть его заключается в тщательном измельчении руды, заливке её водой, добавлении туда сложных органических флотореагентов. Они обволакивают частицы минерала, содержащие в своём составе сплавы меди, придавая им несмачиваемость.

На втором этапе этого процесса в растворе создаётся пена, пузырьки которой забирают покрытые органикой частицы. Происходит это под воздействием потока воздуха, в результате чего образования всплывают на поверхность, откуда в дальнейшем забираются. Насыщенная медными соединениями пена собирается, отжимается и высушивается.

После чего полученный концентрат подвергают обжигу при температуре 1400 0 C. Это необходимо для удаления серы и окисления сульфидов. Затем производят высокотемпературную (14 000 0 – 15 000 0 C) плавку в шахтных печах для получения сплава железа и меди – штейна. Далее в процессе бессемеровской плавки в конвертере под воздействием кислорода получают оксид, а затем и саму черновую медь, содержащую в себе 90,95% металла. При этом сера переходит в кислотный остаток, а железо – в силикатный шлак.

Получить из черновой субстанции чистую медь можно с помощью:

• огневого рафинирования,
• электролиза,
• экзотермической реакции восстановления под воздействием водорода.

Гидрометаллургический метод

Для извлечения меди и ряда других металлов из полиметаллических руд, содержащих в своём составе менее 0,5% искомого минерала, применяют гидрометаллургический метод.

Добытые минералы растворяют с помощью неконцентрированной серной кислоты или аммиака. Из образовавшихся жидкостей в процессе реакции вытеснения получают медь. Для проведения реакции используется металлическое железо.

Электролизный метод

Метод предназначен для получения чистой меди в процессе электролитической реакции.

Его технология заключается в изготовлении чистых медных тонких листовых катодов и толстых пластинчатых анодов из черновой меди. Помещённые затем в ванну, заполненную медным купоросом, они вступают в реакцию под воздействием электрического тока. Происходит растворение меди на анодах и её осаждение на катодах. Освободившиеся примеси удаляют химическими методами.

Области применения

Отраслей, где находит своё применение этот древнейший из металлов, множество:

• Металлургия. Именно эта отрасль выпускает множество готовых изделий в виде

• проката: листов, плит, лент, труб, прутков, шин, проволоки;
• сплавов: бронзы, латуни, мельхиора, константана, манганина нейзельбера.

Те и другие изделия, и промежуточные материалы находят широкое применение в технических отраслях, при производстве вооружений, в декоративно-прикладном искусстве. Отличительными особенностями сплавов являются – сохранение механических свойств, высокий уровень скольжения в парном сочетании и антикоррозийная устойчивость.

• Машиностроение. Здесь используется значительная часть медесодержащей продукции, полученной в результате металлургических процессов. Это – высокопрочные сплавы с алюминием, оловом, кремнием, цинком. А также разнообразные детали машин и механизмов. Одним из направлений является изготовление твёрдых припоев, опять же находящих применение в машиностроительной отрасли.
• Химия. Катализатором процесса полимеризации ацетилена выступает опять же медь.
• Электротехника. Благодаря высокой электрической проводимости, этот металл стал незаменим в качестве проводника при изготовлении шин, кабелей, проводов, дорожек печатных плат. Они, в свою очередь, входят в состав множества электротехнических изделий, где также присутствуют медные элементы конструкций и сплавы данного металла. Кроме того, медь находит использование в химических источниках тока и при изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих материалов.
• Энергетика. Одним из важных направлений использования меди является изготовление на её основе труб, являющихся составной частью систем газоснабжения, водоснабжения, отопления, охлаждения, кондиционирования и обеспечения технологическими жидкостями.
• Ювелирное дело. Специфика изготовления драгоценных изделий, служащих в качестве украшений, требует сочетания целого ряда противоречивых факторов. Чтобы придать прочность золоту, в него добавляют медь. Податливость материала не уменьшается, а срок службы и устойчивость к механическим воздействиям – существенно возрастают.

Месторождения в России и мире

На территории России существует немало достаточно крупных месторождений медных руд:

• Аллареченское, Мончегорское, Печенга – Мурманская область.
• Гайское – Оренбургская область.
• Михеевское, Томинское – Челябинская область
• Юбилейный, Сибайское, Подольское, Западно-Озёрное, Учалинское, Ново-Учалинское, Октябрьское – Республика Башкортостан.
• Быстринское и Удоканское – Забайкалье.
• Октябрьское, Талнахское – Красноярский край.

На карте мира выделяются следующие месторождения этого полезного ископаемого:

• Чукикамата, Эскондида, Кольяуаси, Антамина, Эль-Тесоро – Чили.
• Бингем­-Каньон, Кивино, Пэблл – США.
• Вале-Салобу – Бразилия.
• Нурказган – Казахстан.
• Ую-Толгой – Монголия.
• Гразберг – Индонезия.

Мировые запасы

Запасы меди по странам мира на 2018 год оценивались такими цифрами:

• Чили – 170 млн. тонн.
• Австралия – 88 млн. тонн.
• Перу – 83 млн. тонн.
• Россия – 61 млн. тонн.
• Индонезия – 51 млн. тонн.
• Мексика – 50 млн. тонн.
• США – 48 млн. тонн.
• Китай – 26 млн. тонн.
• Конго – 20 млн. тонн.
• Замбия – 19 млн. тонн.
• Остальные страны мира – 210 млн. тонн.

Страны, добывающие медь

Лидирующие позиции в мировой добыче меди (данные 2018 года в количественном выражении добытого металла за год) занимают:

• Чили – 5,8 млн. тонн.
• Перу – 2,4 млн. тонн.
• Китай – 1,6 млн. тонн.
• США – 1,2 млн. тонн.
• Конго – 1,2 млн. тонн.

Судя по оценкам специалистов, общий объём, пока что неизведанных, запасов меди в мире составляет 3,5 млрд. тонн. Этих запасов должно хватить на ближайшие полтора столетия.

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