Способ обогащения медных руд это

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

Технология флотации медных руд

В практике обогащения медные руды делят на сульфидные и окисленные. К сульфидным условно относят медные руды, в которых содержание меди в виде окисленных соединений обычно не превышает 15% ее общего содержания. В результате вторичных процессов, протекающих в верхних горизонтах месторождений сульфидных руд, образуются окисленные медные руды. Значительные количества окисленных руд всегда добываются при разработке крупных месторождений сульфидных руд.

Из сульфидных минералов меди наибольшее промышленное значение имеют три — халькопирит, хальковии и борнит; руды, содержащие значительные количества ковеллина, тетраэдрита и самородной меди, встречаются относительно редко. Как правило, сульфидам меди сопутствует пирит.

Из окисленных медных минералов наиболее распространены малахит, азурит, куприт, хризоколла, атакамит, халькантит и брошантит.

Хорошими собирателями при флотации всех сульфидов меди являются ксантогенаты (этиловый, изопропиловый, бутиловый, амиловый) и аэрофлоты. Халькопирит лучше флотируется аэрофлотом — дибутилдитиофосфатом натрия, а вторичные сульфиды (борнит, халькозин, ковеллин и др.) — этиловым аэрофлотом и смесью (1:1) диэтил- и дибутилдитиофосфата натрия. Применение аэрофлотов, а также изопропилэтилтионокарбамата, малоактивных по отношению к пириту, способствует селективному разделению минералов меди и пирита. Часто применяют сочетания собирателей. Расходы собирателей редко превышают 50 г/т. В качестве дополнительных собирателей, улучшающих флотируемость крупных зерен сульфидов и сростков, применяют аполярные масла.

Из окисленных медных минералов малахит и азурит сравнительно хорошо флотируются после сульфидизации сульфгидрильными собирателями. Если в руде содержится кварц, эти минералы можно флотировать карбоновыми кислотами пли их мылами при pH 8,5—9. Малахит и азурит без сульфидизации можно флотировать собирателями типа меркаптобензотиазола.

Флотация руд, содержащих силикаты меди (хризоколла), в промышленном масштабе пока не производится.

Сульфидные медные руды, особенно с малым содержанием пирита, являются наиболее легкообогатимыми. Тонкость помола руды перед флотацией на большинстве фабрик составляет 50—70% класса —0,074 мм.

При флотации сульфиды легко отделяются от пустой породы. Обычно все сульфиды меди лучше флотируются в известковой среде (pH 8—12); одновременно известь подавляет пирит. При наличии в руде свободного золота вместо извести иногда применяют соду, а также способы «мягкой» депрессии пирита — аэрацию пульпы и небольшие количества цианида (фабрики Канады) Иногда пирит в медном цикле подавляют только большим количеством извести или цианида или их сочетанием. Обычно содержащиеся в руде золото и серебро при флотации переходят в медные концентраты. Подавителями свободного золота являются известь, цианид и сернистый натрий.

При флотации медных руд в качестве пенообразователей променяют сосновое масло, гексанол, метилизобутилкарбинол, аэрофрос, доуфрос и Т-66.

Технологические схемы флотационного обогащения медных сульфидных руд с малым содержанием пирита наиболее просты. Проводят последовательную селективную флотацию минералов меди и пирита либо коллективную медно-пиритную флотацию при относительно низких значениях pH (5,5-8,5) с последующей флотацией минералов меди из коллективного концентрата при pH 10,5—12. Иногда применяют полуколлективную флотацию (pH 8,5—9,5), депрессируя часть пирита в коллективном цикле, часть — при разделении медно-пиритного концентрата (при флотации меди).

На ряде фабрик, перерабатывающих руды со значительным количеством халькозина и борнита, хорошие результаты получают по схеме раздельной флотации Песковой и шламовой частей руды. Например, на Джезказганской фабрике (рис. 132) измельченная до 62—65% —0,074 мм руда классифицируется на пески и шламы, которые флотируются раздельно при различном реагентном режиме. В песковом цикле используют бутиловый ксантогенат (25 г/т), аполярное масло (100 г/т) и Т-66 (200 г/т), в шламовом цикле — те же реагенты, но расход аполярного масла снижают до 10 г/т. Кроме того, в шламовую флотацию дозируют сернистый натрий (25 г/т). Промпродукты и концентрат пескового цикла доизмельчают.

Показатели работы большинства медных фабрик высокие. Извлечение меди часто составляет 90—95% и практически не бывает ниже 80%. Содержание меди в концентрате зависит от вида флотируемых минералов н изменяется от 12 до 47% (в среднем 20-25%).

Окисленные медные руды обогащают по схеме с раздельной флотацией сульфидных и окисленных минералов. Если окисленные минералы представлены малахитом в азуритом и содержание их относительно невелико, их флотируют совместно с сульфидами после предварительной сульфидизации. Окисленные медные руды перерабатывают комбинированными методами.

Технологическая схема с раздельной флотацией сульфидных и окисленных минералов меди применяется на крупной фабрике «Нчанга» в Замбии. Руда содержит в основном халькозин, халькопирит, малахит, азурит и куприт. Общее содержание меди в руде 5,5%, в том числе окисленной 3%. Извлечение сульфидных минералов не вызывает трудностей. Сульфиды флотируются с применением этилового и изопропилового ксантогената, соснового масла и извести.

Реагентный режим флотации окисленных минералов более сложен. В голову окисленной флотации в качестве сульфидизатора окислов и пептизатора шламов дозируют сернистый натрий (1,1 кг/т). При флотации поддерживают pH 8,5—9,5. В качестве собирателя используют пальмовое и аполярное масло (по 75 г/т) и амиловый ксантогенат. Извлечение меди из руды составляет 80—85%.

Из комбинированных методов для переработки окисленных медных руд получил распространение метод проф. В.Я. Мостовича. По этому методу измельченную руду выщелачивают серной кислотой, растворенную медь цементируют губчатым железом или чугунной стружкой и флотируют цементную медь.

Комбинированный флотационно-гидрометаллургический процесс применяют в России (Джезказганская и ранее Алмалыкская фабрики), в США и некоторых других странах.

Руда, перерабатываемая на американских фабриках, содержит около 20% окисленной меди, представленной хризоколлой, малахитом, азуритом и купритом. Из руды, содержащей в среднем 0,9—1 % общей меди, извлекают 80—85% меди.

Для осаждения меди из раствора используют тонкоизмельченное железо крупностью —0,5 мм. В процессе выщелачивания поддерживают pH 1,5—2,3. Иногда перед цементацией pH повышают до 2,9—3 добавлением известкового молока, что позволяет несколько снизить расход железа (фабрика «Майами», США). Содержание меди в растворе после цементации составляет 0,01—0,02 г/л. Для более полного осаждения меди из раствора используют наряду с металлическим железом сульфид кальция. Медь при этом осаждается как в виде сульфида, так и в виде металла. Сульфидная и металлическая медь флотируются совместно.

Оптимальная величина pH при флотации цементной меди на американских фабриках составляет 4—4,9. Для регулирования pH иногда после цементации в пульпу подают небольшое количество известкового молока. Непрореагировавшее железо улавливают из хвостов флотации на магнитном сепараторе и снова возвращают в процесс. Иногда железо из пульпы удаляют магнитным методом перед флотацией и возвращают его на цементацию (фабрика «Майами»).

Эффективными собирателями цементной меди являются отечественные гидролизованные аэрофлоты (особенно спиртовые) и американские минереки. Расход собирателей составляет 50—150 г/т. В качестве собирателей можно также использовать аэрофлоты, диксантогениды, меркаптобензотиазол и др. Дополнительными собирателями служат карбоновые кислоты и аполярные масла (расход около 100 г/т).

Из пенообразователей применяют сосновое масло, крезиловую кислоту, метилизобутилкарбинол и аэрофрос. Иногда полезно применять пептизаторы породы (конденсированные фосфаты и др.) при небольшом расходе (5—50 г/т).

Источник