Как добыть медь в домашних условиях. Технологии добычи меди и ее место в современной промышленности. Структура российской сырьевой базы меди

Медь входит в топ самых распространенных элементов и находится на двадцать шестом месте. Обычно она находится в природной среде в виде отдельно располагающихся чистых самородков, но в последнее время такие находки случаются все реже. Соответственно в производстве металла такие залежи составляют лишь минимальную долю.

Основную часть меди добывают из горных пород, в которых она находится, зачастую, в соединении с другими металлами. Существует большое количество минералов меди. Но в металлургической промышленности наибольшую ценность имеют такие виды, как:

• медный колчедан;
• малахит;
• халькопирит;
• азурит.

Российская Федерация входит в пятерку мировых лидеров - стран, в которых добываемая медь составляет наибольшую долю и приносит самые плодотворные результаты. Нередко медь, располагающуюся не слишком глубоко относительно поверхности земли, добывают открытым способом. С этой целью выкапывают огромные карьеры или же разрезы. Ширина таких открытых участков добычи меди может составлять в ширину по несколько километров. Вглубь же карьеры могут простираться не на одну сотню метров. Таким образом добывают около две трети от всей получаемой меди. Но в тех случаях, когда залежи меди находятся глубоко под землей, строятся специальные сооружения, которые предназначены для добычи элемента под слоями земли. Они называются шахтами. На территории России медь добывается как первым, так и вторым способом.

Медь как элемент

Медь - это двадцать девятый элемент таблицы Менделеева, который можно встретить как в самородной производной, так и в составе природных минералов. К таковым относятся медный колчедан или халькопирит, медный блеск или халькозин, а также малахит.

Данный элемент представляется в виде металла, оттенок которого красного цвета. Если разломать медь, то можно увидеть, что внутри ее цвет розовый. Он очень ковок и тягуч. Медь благодаря своим свойствам является отличным проводником тока и по данному критерию уступает лишь серебру, оказываясь на втором месте.

Также медь хорошо проводит тепло. Такие его свойства делают элемент незаменимым для электротехнической промышленности - применяют в основном в чистом виде. На нужды данного вида промышленности потребляется более пятидесяти процентов всей добываемой на территории Российской Федерации меди.

Если говорить о свойствах меди как химического элемента таблицы Менделеева, то она мало взаимодействует с другими элементами. Если медь находится на открытом воздухе, то ее поверхность становится зеленоватого оттенка, что объясняется появлением ее основного карбоната, создающего зеленую пленку на верхнем слое меди.

Соли меди массово применяются в домашнем хозяйстве. Так как они ядовиты, их используют для борьбы с вредителями. Также их активно используют как удобрения и катализаторы. Не меньше используются и сплавы меди, такие как латунь, бронза и мельхиора.

В виде руды медь, как правило, располагается в «компании» еще нескольких, или же одного, металлов. Очень часто это бывает золото, серебро, а также платина, никель или же свинец и висмут. Большое количество меди добывается из такого минерала как борнит, второе название которого пестрая руда.

Структура российской сырьевой базы меди

В отличие от всех стран мира, российскую сырьевую базу на сорок процентов составляют медно-никелевые сульфидные месторождения. А девятнадцать процентов составляют колчеданные месторождения.

И это дает России преимущество перед другими странами, так как их основные запасы располагаются в медно-порфировых месторождениях. Красноярский рудный район богат залежами меди и никеля. Здесь присутствуют в основном сульфидные месторождения.

Основная часть всех залежей меди на Российских просторах находится на уральской земле и в Забайкальском крае. В общей сложности там добывается более сорока процентов от общего объема всей меди, принадлежащей стране.

Оренбургская, а также Челябинская область обладают наибольшим потенциалом для увеличения объемов добычи меди. Забайкальский же край богат на геолого-промышленные месторождения меди в медистых песчаниках.

Кемеровская область, Бурятия, Алтайский край и Северный Кавказ богаты рудой медно колчеданных месторождений. В данный момент основная доля добываемой меди приходится на Удоканское месторождение. В настоящее время оно является самым крупным месторождением в Российской Федерации.

На Дальнем Востоке и на Урале были открыты несколько новых месторождений меди, которые относятся к медно-порфированому типу.

Основные месторождения меди

Недропользователь, месторождение	Геолого-промышленный тип	Запасы, тыс.т WO3		Доля в балансовых запасах РФ, %	Содержание WO3 в рудах, %	Добыча в 2012 г., т WO3
		А+В+С1	С2
ОАО «ГМК Норильский никель»
Октябрьское (Красноярский край)	Сульфидный медно-никелевый	14631	5723	22,3	1,65	351
Талнахское (Красноярский край)	Сульфидный медно-никелевый	7877,2	2728,2	11,6	1,11	80,6
Норильск I (Красноярский край)	Сульфидный медно-никелевый	773,1	836,1	1,8	0,48	13,9
ОАО «Кольская ГМК»
Ждановское (Мурманская область)	Сульфидный медно-никелевый	765,6	227,2	1,1	0,3	12,2
ОАО «Гайский ГОК»
Гайское (Оренбургская область)	Медноколчеданный	4555,6	478,5	5,5	1,3	62,5
ООО «Башкирская медь»
Юбилейное (Республика Башкортостан)	Медноколчеданный	1360,2	46	1,5	1,7	36,2
Подольское (Республика Башкортостан)	Медноколчеданный	1701,3	16,7	1,9	2,11	0
ООО «Байкальская горная компания»
Удоканское (Забайкальский край)	Медистые песчаники	14434,6	5519,6	21,8	1,56	0
ООО «ГДК Баимская»
Песчанка (Чукотский АО)	Медно-порфировый	2606,2	1124,5	4	0,83	0
ООО «ГРК Быстринское»
Быстринское (Забайкальский край)	Скарновый медно-магнетитовый	1717,5	355,9	2,3	0,78	0
ЗАО «Михеевский ГОК»
Михеевское (Челябинская область)	Медно-порфировый	1264,3	299,7	1,7	0,44	1,4
ЗАО «Томинский ГОК»
Томинское (Челябинская область)	Медно-порфировый	743,3	793,2	1,7	0,47	0
ОАО «Святогор»
Волковское (Свердловская область)	Ванадиево-железо-медный	1612,2	153,4	1,9	0,64	6,6

Медный Урал

Наиболее крупные залежи меди относительно всей российской территории, находятся на Урале. Для того чтобы упростить добычу элемента меди из тех руд, в которых ее присутствие очень незначительно. Называется такой способ гидрометаллургическим. Также им пользуются в тех случаях, когда необходимо извлечь медь из того, что является отходами других металлургических промышленностей.

Основой гидрометаллургического способа является перевод сложно растворимых соединений необходимого элемента в более простые, которые растворяются легче. Далее же происходит процесс их извлечения из получившегося в итоге раствора. Осуществляют данную процедуру несколькими методами, но самыми распространенными из них, являются:

• выщелачивание раствора;
• применение ионообменных смол;
• электролиз.

Удоканское медное месторождение

Данное месторождение находится в Забайкальском крае на хребте под названием «Удокан». Данный район сейсмоопасен и располагается в зоне вечной мерзлоты. «Удокан» является самым крупным в России месторождением меди. Не последнюю роль по добыче данного элемента оно занимает и во всем мире, находясь на третьей ступени. Руды, находящиеся в данном руднике, практически полностью состоят из меди и имеют лишь небольшое количество серебра в своем составе.

Открытие Удоканского месторождения произошло в прошлом веке, а если точнее, что в 1949 году. Первое главное управление министерства геологии СССР отправило на Удокан лесную экспедицию, которая и сделала первое открытие. Последующие шесть лет происходило подробное изучение данного месторождения и по поводу его освоения строились большие планы. Но неожиданно спустя еще один год, все работы были полностью заморожены.

Спустя еще десять лет месторождением снова активно заинтересовались, взяли множество различных проб, было произведено огромное количество других исследований, но потом опять все работы совершенно неожиданно были прекращены. И только в 2008 году месторождение стали активно разрабатывать. Его освоение происходит открытым способом - медь добывается из карьера. В данный момент залежи меди в данном месторождении масштабны и ежегодно отсюда добывается более тридцати тысяч тонн руды.

Сорское медно-молибденовое месторождение

Данный источник располагается в точке пересечения двух тектонических зон - северо-западной и северо-восточной, около Батеневского кряжа. Основными минералами, включающими в свой состав медь и добывающимися здесь, являются такие как молибденит, халькопирит, а также пирит.

Данное месторождение образовалось благодаря тому, что на данной территории регулярно протекали высокотемпературные процессы. Оно поделено на несколько составляющих - Западную и Восточную, которые в свою очередь разделяются друг с другом безрудным промежутком.

Данное месторождение также разрабатывается открытым способом, причем его части - Восточная и Западная, разработаны в разной степени. Вторая освоена практически в два раза больше, чем первая.

Руда здесь обогащается несколькими процессами. Данная процедура происходит в несколькими методами:

1. в дробилках конусообразной формы минералы дробятся четыре раза;
2. мокрое измельчение при помощи специально оборудованных мельниц, а также классификаторов, выполненных в спиралевидной форме;
3. флотация, подразделяющаяся на две ступени - селективную и коллективную;
4. доводка медного, а также молибденового концентрата;
5. обезвоживание;
6. сушка;
7. шихтовка.

Работа обогатительной фабрики обусловлена оборотным водоснабжением.

Сибайское медноцинковоколчеданное месторождение

Данное месторождение является не только медным, но также цинковым и колчеданным. Располагается оно неподалеку от города Сибая, который находится в Башкортостане. Открытие данного месторождения произошло в 1913 году, но осваивать его стали лишь два десятилетия спустя.

С запада на восток Сибайское медноцинковоколчеданное месторождение ограничено разломами. Здесь руды добываются исключительно закрытым методом. В начале двадцатого века, на месторождении была построена шахта. Ее глубина превышает глубину четырех десятков метров.

Позднее, в 2004 году на месте Сибайского месторождения был сформирован филиал, который носит название «Учалинский ГОК».

Основные проблемы медно добывающей промышленности

На сегодняшний день одной из главной проблем меднодобывающей промышленности, является ее сдерживание. Оно связано с тем, что постепенно земля беднеет, ресурсы исчерпываются и добывать руду становится все сложнее.

Истощающаяся сырьевая база приводит к тому, что многие предприятия, занимающиеся деятельностью, связанной с добычей медной руды, сталкиваются с крупными финансовыми затруднениями и пройти через них вернувшись к прежнему ритму работы удается далеко не каждой компании.

Но самой серьезной проблемой, связанной с добычей медной руды, является сильнейшее загрязнение окружающей среды. Благодаря тому, что вокруг сформированных карьеров образовываются так называемые отвалы, это приводит к тому, что после добычи руды, тяжелые металлы из них при каждом дожде попадают в слои земли, откуда переносятся течениями грунтовых вод в реки и озера. Последнее время ведутся разговоры о том, чтобы данные насыпи превратить во второсортное сырье, которое можно будет использовать при другом производстве и немного разрешить проблему загрязнения природы.

Самое крупное предприятие по добыче меди на территории России

Недавно в Челябинской области было запущено самое крупное в России предприятие, предназначенное для добычи меди - это Михеевский ГОК. Он является крупнейшим горнорудным проектом, разработанным на территории государства после распада Советского Союза.

Михеевское месторождение было включено в список пятидесяти самых крупных месторождений меди во всем мире. Его основной особенностью является низкое содержание металла в добываемой руде, но его значительные запасы. Ежегодно из данного месторождения планируется добывать более восемнадцати тонн руды, а со временем увеличить добываемые объемы в несколько раз.

В данный проект была инвестирована огромная сумма денег, которая составила двадцать пять миллиардов рублей. Открытие данного предприятия поспособствовало появлению семи сотен новых рабочих мест. Персонал Михеевского ГОКа включает в себя металлургов-обогатителей, а также горняков. Здесь работают жители близлежащих территорий. В общей сложности персонал предприятия насчитывает около одной тысячи человек.

Руководством планируется оборудовать на предприятии стопроцентный водооборот, который будет замкнутым. Оборудование, находящееся на предприятии, и все его системы будут оборудованы по последнему слову техники. Здесь будут установлены системы пылеулавливания, а также пылеподавления, что облегчит сложнейшую работу сотрудников Михеевского ГОКа.

Самая распространенная медная руда на нашей планете – это борнит. Но кроме него медь добывают и из других руд, о которых мы и поговорим в рамках данной статьи.

1

Под данной рудой подразумевают скопления минералов, в которых медь присутствует в таких количествах, которые считаются пригодными для переработки ее в промышленных целях. Общепринятым показателем разумности разработки месторождения принято считать ситуацию, когда в нем скопления меди составляют не менее 0,5–1 %.

При этом порядка 90 % запасов данного металла на земле встречаются в рудах, содержащих не только медь, но и другие металлы (например, никель).

Масштабная добыча меди в России осуществляется в Восточной Сибири, на Урале и Кольском полуострове. Самые крупные залежи этого металла присутствуют на территории Чили (по оценкам экспертов – около 190 миллионов тонн). К другим странам, занимающимся разработкой таких руд, относят США, Замбию, Казахстан, Польшу, Канаду, Заир, Армению, Конго, Перу, Узбекистан. В общей сложности, на планете совокупный запас меди на разведанных месторождениях составляет примерно 680 миллионов тонн.

Все медные залежи принято делить на шесть генетических групп и девять промышленно-геологических типов:

• стратиформная группа (медные сланцы и песчаники);
• колчеданная (самородная медь, жильный и медно-колчеданный тип);
• гидротермальная (медно-порфировые руды);
• магматическая (медно-никелевая руда);
• скарновая;
• карбонатовая (железомедный и карбонатитовый тип).

В нашей стране основная добыча меди осуществляется на медистых сланцах и песчаниках, из медноколчеданной, медно-никелевой и медно-порфировой руды.

2

В природе медь достаточно редко встречается в самородном виде. Чаще всего она "прячется" в различных соединениях. Наиболее известными из них являются следующие:

3

Намного реже встречаются иные медные минералы, среди которых можно выделить такие:

4

Данный металл, чьи характеристики (например, высокая ) обусловили его широкую востребованность) получают из описанных нами минералов и руд тремя способами – гидрометаллургическим, пирометаллургическим и электролизом. Самой распространенной является пирометаллургическая технология, использующая в качестве исходного сырья минерал халькопирит. Общая схема пирометаллургического процесса включает в себя несколько операций. Первой из них является обогащение медной руды окислительным обжигом либо флотацией.

Метод флотации базируется на разном показателе смачиваемой пустой породы и частиц, содержащих медь. За счет этого некоторые минеральные элементы прилипают (избирательно) к воздушным пузырькам и транспортируются ими на поверхность. Такая несложная технология дает возможность получить концентрат порошкообразного вида, в котором содержание меди варьируется от 10 до 35 процентов.

Окислительный обжиг (не стоит путать его с ) чаще используется тогда, когда начальное сырье содержит в себе серу в больших количествах. Руда в этом случае нагревается до температуры 700–800 градусов, что приводит к окислению сульфидов и снижению содержания серы в 2 раза. После этого выполняется плавка на штейн (сплав с сульфидами железа и меди, получаемый в отражательных или в шахтных печах) при температуре 1450 градусов.

Медный штейн, который получается после всех этих операций, продувается в конвертерах горизонтальной конструкции без подачи дополнительного топлива (химические реакции дают необходимое для процесса тепло) с боковым дутьем для окисления железа и сульфидов. Получившуюся серу переводят в SO2, а окислы – в шлак.

В итоге из конвертера выходит так называемая черная медь, в которой содержание металла составляет примерно 91 %. Впоследствии ее подвергают очистке с применением огневого рафинирования (удаление ненужных примесей) и подкисленного раствора купороса (медного). Такую очистку называют электролитической, после нее содержание меди достигает показателя в 99,9 %.

При гидрометаллургическом способе производства меди ее получают посредством выщелачивания металла серной кислотой (очень слабым раствором) и выделением из получившегося раствора меди, а также других драгоценных металлов. Такая методика рекомендована для работы с бедными рудами.

Медная руда — это соединение минералов, в которых медь представлена в достаточной концентрации для ее дальнейшей переработки и использования в промышленных целях. В производстве целесообразно использовать обогащенную руду с содержанием металла не менее 0,5-1%.

Медь — пластичный элемент золотисто-розового оттенка. На открытом воздухе металл сразу покрывается кислородной пленкой, которая придает ему специфический красно-желтый цвет.

Характерные свойства: коррозийная устойчивость, высокая тепло- и электропроводность.

При этом элемент отличается высокими антибактериальными свойствами , уничтожает вирусы гриппа и стафилококки.

В промышленном комплексе чаще всего медь используется в сплавах с другими компонентами: никелем, цинком, оловом, золотом и т.д.

Благодаря низкому удельному сопротивлению медь активно применяется в электротехнической сфере для изготовления силовых кабелей и проводов. Хорошая теплопроводность позволяет использовать этот металл в радиаторах охлаждения и кондиционерах.

Без меди не обходятся следующие производственные отрасли:

• машиностроение (стеклоподъемники, подшипники);
• судостроение (обшивка корпусов и конструкций);
• строительство (трубы, кровля и облицовочные материалы, сантехническое оборудование и т.д.).

Для ювелирной сферы актуальны сплавы с золотом, которые увеличивают механическую прочность и стойкость к истиранию.

Эксперты прогнозируют масштабное применение металла в качестве антибактериальных поверхностей в медицинских учреждениях (перила, двери, ручки, поручни и т.д.).

Интересно! Знаменитая Статуя Свободы изготовлена из меди. На ее строительство понадобилось порядка 80 тонн материала. А в Непале этот металл считается священным.

Статуя Свободы

Группы медных руд

Все медные руды принято делить на девять промышленно-геологических видов, которые в свою очередь подразделяются на шесть групп по происхождению:

Стратиформная группа

В эту группу входят медные сланцы и песчаники. Эти материалы представлены крупными месторождениями. Их характерные черты: простая пластовая форма, равномерное распределение полезных компонентов, пологое поверхностное залегание, позволяющее использовать открытые способы добычи.

Колчеданная группа

Сюда входит самородная медь, жильные и медно-колчеданные соединения. Самородный металл чаще всего встречается в зонах окисления медно-сульфидных рудников вместе с другими окисленными минералами.

Медно-колчеданные металлы отличаются формами и размерами. Основной минерал в руде — пирит, также присутствуют халькопириты и сфалериты.

Для жильных руд характерна прожилковая структура с вкраплениями. Такие руды, как правило, залегают в контакте с порфирами.

Медно-порфировая (гидротермальная)

Эти месторождения вместе с медью и молибденом содержат золото, серебро, селен и другие полезные элементы, наличие которых значительно выше нормы.

Медно-никелевая

Месторождения представлены в пластовой, линзообразной, неправильной и жильной форме. Металл имеет вкрапленную массивную текстуру с кобальтом, платиноидами, золотом и т.д.

Скарновая руда

Скарновые руды — это локальные месторождения в известняках и известково-терригенных породах. Они характеризуются небольшими размерами и сложной морфологией. Концентрация меди высокая, но неравномерная — до 3%.

Карбонатовая

В состав этой группы входит железомедная и карбонатитовая руда. По этому типу меди обнаружено пока единственное месторождение в ЮАР. Этот комплексный рудник относится к массиву щелочных пород.

Из каких руд получают медь

Интересно! Медь очень редко встречается в природе в виде самородков. На сегодняшний день самой крупной такой находкой считается самородок, обнаруженный в Северной Америке на территории США массой 420 тонн.

Существует почти 250 видов меди, но из них всего 20 видов используются в промышленности. Самые распространенные из них:

Халькозин

Соединение минералов с содержанием серы (20%) и меди (80%). Носит название «медный блеск» из-за своего характерного металлического блеска. Руда имеет плотную или зернистую структуру черного или серого оттенка.

Халькопирит

Металл имеет гидротермальное происхождение, встречается в скарнах и грейзенах. Чаще всего входит в состав полиметаллической руды вместе с галенитом и сфалеритом.

Борнит

Распространенный в природе минерал класса сульфидов, один из главных элементов медных руд. Имеет характерный синевато-пурпурный оттенок. Содержит в себе медь (63,33%), железо (11,12%), серу (25,55%) и примеси серебра. Встречается в виде плотных мелкозернистых масс.

Способы добычи медной руды

В зависимости от глубины рудника используются открытый и закрытый способы добычи металла.

При закрытой (подземной) разработке строятся шахты протяженностью в несколько километров. Шахты оснащаются лифтами для перемещения рабочих и техники, а также для транспортировки минерала на поверхность.

Под землей порода подлежит дроблению специальным буровым оборудованием с шипами. Затем с помощью ковшей происходит забор и погрузка руды.

Открытый способ актуален в том случае, когда залежи находятся на глубине до 400-500 метров. Сначала снимается верхний пласт пустой породы, после чего вынимается медная руда. Чтобы было проще доставать твердые породы, ее предварительно разрушают взрывными устройствами.

Открытый способ добычи медной руды

Выделяют два основных способа производства меди:

• пирометаллургический;
• гидрометаллургический.

Первый способ предполагает огневое рафинирование металла и позволяет обработать любое сырье с извлечением всех полезных элементов. С помощью этой технологии можно получать медь даже из бедной породы, в которой содержание металла ниже 0,5%. Второй способ применяется, как правило, только для обработки окисленной или самородной руды с бедным содержанием меди.

Добыча медных руд в мире

Медные рудники не сосредоточены в определенных географических зонах, а обнаружены в разных странах. В Америке в штатах Невада и Аризона разрабатывают месторождения халькозина. На Кубе распространены залежи оксида меди — куприта. В Перу ведется добыча хлорида меди.

Источников обогащенных руд в мире почти не осталось, медь добывается уже несколько сотен лет, поэтому все богатые рудники давно уже разработаны. В промышленности приходится применять низкосортные минералы (до 0,5% меди).

Интересно! По объёму мирового производства, медь находится на третьем месте после железа и алюминия.

Страны лидеры по запасам и добыче медной руды

В список стран, богатых медными рудами, входят: Чили, Америка, Китай, Казахстан, Польша, Индонезия, Замбия. Доля РФ в мировой добыче руды составляет 9% (это третье место после Чили и США). По запасам минерала лидирует Чили, в которой находится 33% от мирового объема меди.

Самыми крупными рудниками считаются:

• Рудник Чукикамата (Чили). Разработки ведутся более 100 лет, в течение этого периоды было разработано 26 млн. тонн металла;

• Рудник Эскондида (Чили). Добыча осуществляется с 1990 года;

• Рудник Грасберг (Индонезия).

Недавно были обнаружены крупные рудники в Перу (Антамина), в Бразилии (Салобу), Казахстане (Нурказган).

Эксперты утверждают, что объем экономически рентабельной меди составляет более 400 млн. тонн. по всему миру.

Добыча медной руды в России

Структура сырьевой базы меди в России существенно отличается от мирового рынка. Основная доля в ней приходится на сульфидные медно-никелевые (40%) и колчеданные (19%) рудники. В то время как в других странах преобладают медно-порфировые месторождения и медистые песчаники.

Месторождения медных руд в России

Отвечая на вопрос, где в России добывают медные руды, в первую очередь следует выделить Таймырский АО. В Октябрьском, Тапахнинском и Норильском месторождениях сосредоточено более 60% всех залежей медной руды в России. Около одной трети минерала добывают в Уральском меднорудном районе.

В Читинской области обнаружен крупный рудник Удокан, который пока не разрабатывается из-за неразвитой транспортной инфраструктуры. Согласно экспертным данным эксплуатируемых месторождений в РФ хватит не более, чем на 30 лет.

В незначительной концентрации могут присутствовать:

• никель;
• золото;
• платина;
• серебро.

Месторождения во всем мире имеют примерно одинаковый набор химических элементов в составе руды, отличаются лишь их процентным соотношением. Чтобы получить чистый металл, используют различные промышленные способы. Почти 90% металлургических предприятий используют одинаковый метод производства чистой меди – пирометаллургический.

Схема этого процесса позволяет также получать металл из вторичного сырья, что для промышленности является существенным плюсом. Поскольку месторождения относятся к группе не восполняемых – запасы с каждым годом уменьшаются, руды беднеют, а их добыча и производство становится дорогим. Это, в конечном счете, влияет на цену металла на международном рынке. Кроме пирометаллургического метода, существуют еще способы:

• гидрометаллургический;
• метод огневого рафинирования.

Стадии пирометаллургического производства меди

Промышленное получение меди с использованием пирометаллургического способа имеет преимущества перед другими методами:

• технология обеспечивает высокую производительность – с ее помощью можно получать метал из породы, в которой содержание меди даже ниже 0,5%;
• позволяет эффективно перерабатывать вторичное сырье;
• достигнута высокая степень механизации и автоматизации всех этапов;
• при его использовании значительно сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу;
• метод экономичный и эффективный.

Обогащение

Схема обогащения руды

На первом этапе производства необходимо подготовить руду, которую доставляют на обогатительные комбинаты прямо с карьера или шахты. Часто встречаются большие куски породы, которые предварительно нужно измельчить.

Происходит это в огромных дробильных агрегатах. После дробления получается однородная масса, с фракцией до 150 мм. Технология предварительного обогащения:

• в большую емкость засыпается сырье и заливается водой;
• затем добавляется кислород под давлением, чтобы образовалась пена;
• частицы металла прилипают к пузырькам и поднимаются наверх, а пустая порода оседает на дне;
• далее, медный концентрат отправляется на обжиг.

Обжиг

Этот этап направлен на то, чтобы максимально снизить содержание серы. Рудную массу помещают в печь, где устанавливается температура 700–800 о С. В результате термического воздействия содержание серы сокращается в два раза. Сера окисляется и испаряется, а часть примесей (железа и других металлов) переходит в легкошлакуемое состояние, которое облегчит в дальнейшем плавку.

Этот этап можно опустить, если порода богатая и содержит после обогащения 25–35% меди, его используют только для бедных руд.

Плавка на штейн

Технология плавки на штейн позволяет получить черновую медь, которая различается по маркам: от МЧ1 – самая чистая до МЧ6 (содержит до 96% чистого металла). В ходе процесса плавки, сырье погружается в специальную печь, в которой температура поднимается до 1450 о С.

После расплавления массы она продувается сжатым кислородом в конвертерах. Они имеют горизонтальный вид, а дутье осуществляется через боковое отверстие. В результате продува сульфиды железа и серы окисляются и переводятся в шлак. Тепло в конвертере образуется за счет протекания раскаленной массы, он дополнительно не нагревается. Температура при этом составляет 1300 о С.

На выходе из конвертера получают черновой состав, который содержит до 0,04% железа и 0,1% серы, а также до 0,5% прочих металлов:

• олова;
• сурьмы;
• золота;
• никеля;
• серебра.

Такой черновой металл отливается в слитки массой до 1200 кг. Это так называемая анодная медь. Многие производители останавливаются на этом этапе, реализуют такие слитки. Но поскольку часто производство меди сопровождается добычей драгоценных металлов, которые содержатся в руде, то на обогатительных комбинатах используется технология рафинирования чернового сплава. При этом выделяются и сохраняются прочие металлы.

Рафинирование с использованием катодной меди

Технология получения рафинированной меди довольно простая. Ее принцип используют даже для чистки медных монет от окислов в домашних условиях. Схема производства выглядит следующим образом:

• черновой слиток помещается в ванну с электролитом;
• в качестве электролита используется раствор со следующим содержанием:
  • сульфат меди – до 200 г/л;
  • серная кислота – 135–200 г/л;
  • коллоидные добавки (тиомочевина, столярный клей)– до 60 г/л;
  • вода.
• температура электролита должна быть до 55 о С;
• помещаются в ванну пластины катодной меди – тонкие листы чистого металла;
• подключается электричество. В это время происходит электрохимическое растворение металла. Частицы меди концентрируются на катодной пластине, а прочие включения оседают на дне и называются шлам.

Для того, чтобы процесс получения рафинированной меди протекал быстрее, анодные слитки должны быть не более 360 кг.

Весь процесс электролиза протекает в течение 20–28 суток. За этот период вынимают катодную медь до 3–4 раз. Вес пластин получается до 150 кг.

Как это делается: добыча меди

В процессе рафинирования, на катодной меди могут образовываться дендриты – наросты, которые сокращают расстояние до анода. В результате чего снижается скорость и эффективность реакции. Поэтому, при возникновении дендритов, их незамедлительно удаляют.

Технология гидрометаллургического производства меди

Этот способ не получил широкого распространения, поскольку, при этом можно потерять драгоценные металлы, содержащиеся в медной руде.

Его использование оправдано, когда порода бедная – содержит менее 0,3% красного металла.

Как получить медь гидрометаллургическим способом?

Вначале порода измельчается до мелкой фракции. Затем помещается в щелочной состав. Чаще всего используют растворы серной кислоты или аммиака. Во время реакции медь вытесняется железом.

Цементация меди железом

Оставшиеся после выщелачивания растворы солей меди проходят дальнейшую обработку – цементацию:

• в раствор помещают железную проволоку, листы или прочие обрезки;
• в ходе химической реакции железо вытесняет медь;
• в результате металл выделяется в виде мелкого порошка, в котором содержание меди достигает 70%. Дальнейшее очищение происходит путем электролиза с использованием катодной пластины.

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.

Видео: Медные руды Урала

Добыча меди тесно связана с технологией извлечения металла из руды и производится экономически выгодными способами с учетом специфики месторождения.

Технология производства медных изделий.

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.

Сырье для добычи медной руды.

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:

• платаноиды;
• серебро;
• золото;
• теллур;
• галлий;
• молибден;
• висмут;
• никель;
• титан;
• цинк.

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.

Переработка руды в поисках меди.

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.

Плавка сырья.

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.

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.