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;
• 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:

• куприт;
• азурит;
• малахит;
• брошантит;
• хризотил.

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.

Также новости добывающей промышленности читайте на Производства.рф и телеграм канале.