Из каких руд получают медь?

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
• Применение медной руды
• Группы медных руд
• Из каких руд получают медь
• Способы добычи медной руды
• Технологический процесс производства меди
• Добыча медных руд в мире
• 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.

Медная руда: свойства, применение, добыча

Медная руда — это соединение минералов, в которых медь представлена в достаточной концентрации для ее дальнейшей переработки и использования в промышленных целях.

• Медная руда: свойства и характеристики
• Применение медной руды
• Группы медных руд
  • Стратиформная группа
  • Колчеданная группа
  • Медно-порфировая (гидротермальная)
  • Медно-никелевая
  • Скарновая руда
  • Карбонатовая
• Из каких руд получают медь
  • Халькозин
  • Халькопирит
  • Борнит
• Способы добычи медной руды
• Технологический процесс производств меди
• Добыча медных руд в мире
  • Страны лидеры по запасам и добыче медной руды
• Добыча медной руды в России
  • Месторождения медных руд в России

В производстве целесообразно использовать обогащенную руду с содержанием металла не менее 0,5-1%.

Медная руда: свойства и характеристики

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.

Применение медной руды

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.

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.

Закрытый (подземный) способ добычи медной руды

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

Технологический процесс производств меди

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;

Карьер Чукикамата (Чили)

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

Карьер Эскондида (Чили)

• Рудник Грасберг (Индонезия).

Карьер 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.

Медная руда и технология добычи чистой меди

Медь, активно используемая практически во всех отраслях промышленности, добывается из различных руд, самой распространенной из которых является борнит. Популярность этой медной руды объясняется не только высоким содержанием меди в ее составе, но и значительными запасами борнита в недрах нашей планеты.

Месторождения медных руд

Медные руды – это скопление минералов, в которых, кроме меди, содержатся и другие элементы, формирующие их свойства, в частности никель. К категории медных причисляют те типы руд, в которых данного металла содержится такое количество, чтобы его было экономически целесообразно извлекать промышленными методами. Таким условиям удовлетворяют руды, содержание меди в которых находится в пределах 0,5–1%. Наша планета располагает запасом медесодержащих ресурсов, основную часть из которых (90%) составляют медно-никелевые руды.

Большая часть запасов медных руд в России находится в Восточной Сибири, на Кольском полуострове, в Уральском регионе. В списке лидеров по суммарным запасам таких руд находится Чили, также разрабатываются месторождения в следующих странах: США (порфировые руды), Казахстане, Замбии, Польше, Канаде, Армении, Заире, Перу (порфировые руды), Конго, Узбекистане. Специалисты подсчитали, что в крупных месторождениях всех стран меди суммарно содержится порядка 680 миллионов тонн. Естественно, вопрос о том, как добывают медь в различных странах, необходимо рассматривать отдельно.

Все месторождения медных руд делятся на несколько категорий, различающихся по генетическим и промышленно-геологическим характеристикам:

• стратиформная группа, представленная медными сланцами и песчаниками;
• руды колчеданного типа, к которым относятся самородная и жильная медь;
• гидротермальные, включающие руды, называемые медно-порфировыми;
• магматические, которые представлены наиболее распространенными рудами медно-никелевого типа;
• руды скарнового типа;
• карбонатовые, представленные рудами железомедного и карбонатитового типа.

В России добыча меди осуществляется преимущественно на месторождениях сланцевого и песчаного типа, в которых руда содержится в медноколчеданной, медно-никелевой и медно-порфировой формах.

Природные соединения с содержанием меди

Чистая медь, которую собой представляют ее самородки, представлена в природе в очень незначительных количествах. В основном медь в природе присутствует в виде различных соединений, наиболее распространенными из которых являются следующие.

• Борнит – минерал, получивший свое название в честь ученого из Чехии И. Борна. Это сульфидная руда, химический состав которой характеризует ее формула – Cu5FeS4. Борнит имеет и другие названия: пестрый колчедан, медный пурпур. В природе эта руда представлена в двух полиморфных видах: низкотемпературной тетрагонально-скаленоэдрической (температура меньше 228 градусов) и высокотемпературной кубически-гексаоктаэдрической (больше 228 градусов). Данный минерал может иметь различные виды и в зависимости от своего происхождения. Так, экзогенный борнит – это вторичный ранний сульфид, который очень неустойчив и легко разрушается при выветривании. Второй тип – эндогенный борнит – характеризуется непостоянством химического состава, в котором могут присутствовать халькозин, галенит, сфалерит, пирит и халькопирит. Теоретически минералы данных видов могут включать в свой состав от 25,5% серы, более 11,2% железа и свыше 63,3% меди, но на практике такое содержание этих элементов никогда не выдерживается.
• Халькопирит – минерал, химический состав которого характеризуется формулой CuFeS2. Халькопирит, имеющий гидротермальное происхождение, раньше называли медным колчеданом. Наряду со сфалеритом и галенитом он входит в категорию полиметаллических руд. Данный минерал, который, кроме меди, содержит в своем составе железо и серу, формируется в результате протекания метаморфических процессов и может присутствовать в двух типах медных руд: контактово-метасоматического вида (скарны) и горные метасоматические (грейзены).
• Халькозин – сульфидная руда, химический состав которой характеризуется формулой Cu2S. Такая руда содержит в своем составе значительное количество меди (79,8%) и серу (20,2%). Эту руду часто называют «медным блеском», что объясняется тем, что ее поверхность выглядит как отблескивающий металл, обладающий различными оттенками – от свинцово-серого до совершенно черного. В медесодержащих рудах халькозин выглядит как плотные или мелкозернистые включения.

В природе встречаются и более редкие минералы, которые содержат в своем составе медь.

• Куприт (Cu2O), относящийся к минералам оксидной группы, часто можно встретить в местах, где есть малахит и самородная медь.
• Ковеллин – сульфидная порода, сформированная метасоматическим путем. Впервые этот минерал, содержание меди в котором составляет 66,5%, был обнаружен в начале позапрошлого столетия в окрестностях Везувия. Сейчас ковеллин активно добывают на месторождениях в таких странах, как США, Сербия, Италия, Чили.
• Малахит – минерал, хорошо известный всем как поделочный камень. Наверняка все видели изделия из этого красивейшего минерала на фото или даже являются их обладателями. Малахит, который в России очень популярен, – это углекислая медная зелень или дигидрококскарбонат меди, относящийся к категории полиметаллических медесодержащих руд. Найденный малахит свидетельствует о том, что рядом есть месторождения других минералов, содержащих медь. В нашей стране крупное месторождение этого минерала находится в районе Нижнего Тагила, раньше его добывали и на Урале, но сейчас его запасы там значительно истощены и не разрабатываются.
• Азурит – минерал, который из-за своего синего цвета также называют «медной лазурью». Он характеризуется твердостью 3,5–4 единицы, основные его месторождения разрабатываются в Марокко, Намибии, Конго, Англии, Австралии, Франции и Греции. Азурит часто сращивается с малахитом и залегает в тех местах, где поблизости расположены месторождения медесодержащих руд сульфидного типа.

Технологии производства меди

Чтобы извлечь медь из минералов и руд, о которых мы говорили выше, в современной промышленности применяются три технологии: гидрометаллургическая, пирометаллургичекая и электролиз. Пирометаллургичекая методика обогащения меди, которая является самой распространенной, в качестве сырья использует халькопирит. Данная технология предполагает выполнение нескольких последовательных операций. На первом этапе производится обогащение медной руды, для чего используется окислительный обжиг или флотация.

Метод флотации основывается на том, что пустая порода и ее части, в которых содержится медь, смачиваются по-разному. При помещении всей массы породы в ванну с жидким составом, в котором формируются воздушные пузырьки, та ее часть, которая содержит в своем составе минеральные элементы, транспортируется этими пузырьками на поверхность, прилипая к ним. В итоге на поверхности ванны собирается концентрат – черновая медь, в котором данного металла содержится от 10 до 35%. Именно из такого порошкообразного концентрата и происходит дальнейшее получение чистой меди.

Несколько иначе выглядит окислительный обжиг, с помощью которого обогащают медные руды, содержащие в своем составе значительное количество серы. Данная технология предусматривает нагрев руды до температуры 700–8000, в результате которого сульфиды окисляются и содержание серы в медной руде уменьшается практически в два раза. После такого обжига обогащенную руду расплавляют в отражательных или шахтных печах при температуре 14500, в результате чего получают штейн – сплав, состоящий из сульфидов меди и железа.

Разлив меди по формам

Свойства полученного штейна следует улучшить, для этого его обдувают в горизонтальных конвертерах без подачи дополнительного топлива. В результате такого бокового обдува железо и сульфиды окисляются, оксид железа переводят в шлак, а серу – в SO2.

Черновая медь, которая получается в результате такого процесса, содержит до 91% данного металла. Чтобы сделать металл еще чище, необходимо выполнить рафинирование меди, для чего из него необходимо удалить посторонние примеси. Это достигается при помощи технологии огневого рафинирования и подкисленного раствора медного купороса. Такое рафинирование меди называют электролитическим, оно позволяет получить металл с чистотой 99,9%.

Существует еще и гидрометаллургический способ обогащения меди, который подразумевает выщелачивание металла при помощи серной кислоты. В результате такого выщелачивания получают раствор, из которого затем и выделяют медь и другие металлы, в том числе и драгоценные. Данная технология применяется для обогащения руд, которые характеризуются очень незначительным содержанием меди в своем составе.

Технология производства и добычи меди.

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

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.

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.

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.

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.

Высокое содержание меди характерно для концентратов, извлеченных из халькозина и борнита, а низкое — для халькопирита.

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.

Все о медной руде: виды, где и как добывают, применение, обозначение

Медная руда занимает 3 место в мире после алюминия и железа по использованию человеком. Статистика говорит о том, что спрос на нее с каждым годом увеличивается на 90%. Ведь она применяется практически во всех сферах жизни человека: от машиностроения до медицины.

Что такое медная руда

Медные руды — это минеральные образования, состав которых включает медь. На физической карте металл обозначается как черный закрашенный прямоугольник. Экономически выгодна добыча руды с содержанием меди от 0,5%.

Химическая формула меди — Cu. Название пришло от латинского названия острова Кипр — «Cuprum». Люди пытались обработать медные самородки привычным образом, камень о камень. Но медь не откалывалась, а деформировалась. Именно на острове Кипр впервые решили начать выплавлять металл.

Точная дата открытия самородка не известна. Впервые медь около 6 тысяч лет назад на Древнем Востоке, около 4 тысяч лет назад — в Европе.

Археологи в Пирамиде Хеопса обнаружили части древнего водопровода, выполненного из меди. Его трубы были рабочими более 5000 лет после их установки.

По информации археологов, первое время минерал использовали как украшения, позже из него стали изготавливать орудие для труда.

Свойства меди

Металл пластичный. Во время нахождения на открытом воздухе он покрывается пленкой, которая придает ему красно-желтый цвет.

Металлу характеры свойства:

• Физико-химические. Металл устойчивый к коррозии, отличается высокой электро-, теплопроводностью. Медь диамагнитная, т.к. у нее отсутствует внешнее магнитное поле. Она реагирует с селеном, серой, галогенами. Кислоты без окислительных свойств воздействия на медь не оказывают.
• Оптические. Не поглощает волны видимого света. Не светится в темноте.
• Кристаллографические. Форма самородков простая, закрытая, напоминает сорокавосьмигранник. Грани расположены под косым углом.

Доказано, что металл уничтожает бактерии, подавляет их жизнедеятельность. Посмотрите о важный антибактериальных свойствах меди:

Группы медных руд

Медные руды по происхождению разделяются на 6 групп. Но на физической карте они не выделяются отдельными условными знаками. Чаще материал золотисто-розового цвета. Но некоторые компоненты из его состава могут влиять на то, как выглядит представитель той или иной группы.

Колчеданная

Она залегает среди вулканогенных парод (кератофиров, спилитов и др.). Состав руды, помимо меди, включает компоненты:

Медно-колчеданные самородки желтого цвета с зеленоватым либо латунным оттенком. Структура прожилковая с вкраплениями.

Стратиформная

Металл отличается пластовой формой, равномерным распределением других компонентов. Содержание меди — до 6%. Металл залегает среди красных, серых песчаников, сланцев. Состав может включать компоненты:

• цинк;
• серебро;
• свинец;
• платиноиды;
• селен;
• кобальт;
• уран;
• германий;
• кадмий.

Текстура прожилково-вкрапленная либо слоисто-полосчатая.

Карбонатовая

Месторождение расположено только в ЮАР. Металл отличается железомедным, карбонатитовым составом. Цвета варьируются от светлого до темно-зеленого.

Медно-порфировая (гидротермальная)

В медно-порфировых рудах содержится от 0,4% до 1,2% меди. Помимо меди, молибдена, состав включает серебро, золото и селен. Текстура прожилково-вкрапленная.

Скарновая

Концентрация меди доходит до 3%. Состав включает железо, кобальт, серебро и другие элементы. Внешний вид отличается сложной морфологией, прожилково-вкрапленной структурой.

Медно-никелевая

Самородки линзообразной пластовой неправильной формы. Текстура медно-никеливыхруд вкрапленная, массивная «шлировая» или брекчиевая. Помимо меди состав включает платиноиды, серебро, золото, кобальт.

Из каких руд получают медь

Металл встречается как в соединениях, так и в самородном виде.

Всего существует 20 видов руд, из которых добывают медь. Чаще добывают следующие виды:

1. Халькопирит. Содержит 36,4% меди, 34,9% серы, 30,56% железа. Иногда состав может включать следы золота, серебра. Структура кристальная. Руда имеет ярко выраженный желтый оттенок. Со временем он выцветает.
2. Халькозин. Состав: 80% меди, 20% серы. Имеет металлический блеск. Структура зернистая, плотная. Цвет варьируется от свинцово-серого до черного.
3. Борнит. Содержит медь, железо, серу, серебро. Процентное соотношение веществ непостоянное. Кристаллическая структура усложненная кубическая. Имеются заполненные тетраэдрические структуры. Цвет бронзово-желтый, медно-красный с синими, фиолетовыми или красноватыми побежалостями.

Месторождения минерала

Три ведущие страны по запасам металла собирают почти 50% сырья от общих показателей по всему миру. К странам-лидерам по добыче медной руды относят:

• Чили (Эль-Теньенте, Чукикамата, Кольяуаси).
• США (Бенгем-Каньон, Кивино, Пэббл).
• Россию (Таймырский, Октябрьский, Норильск).

Доля России в мировой добыче составляет 9%. Если смотреть на обозначения на карте, можно увидеть, что основные месторождения металла сосредоточены на Урале, Северном Кавказе, в Восточной Сибири.

Ведущее предприятие Урала по добыче расположено на Гайском месторождении медно-колчеданных руд. Добыча, переработка происходят на собственной обогатительной фабрике.

Норильская группа представлена Талаканским месторождением медно-никелевых руд и Октябрьским месторождением сульфидных медно-никелевых. Протяженность выработок — больше 450 км.

Месторождения в Заполярье расположены в Мурманской области. Мощность заполярных рудоносных мест Мончегорского месторождения и Печенгского составляет 0,5-1,5 м. Содержание меди доходит до 6%.

В группу стран, которые обладают наибольшими запасами медных руд, включают и Казахстан, на территории которого залегает почти 10 млн т сырья. В стране разрабатывают 71% медистых песчаников, 24% медно-порфировых. К крупным месторождениям относят Жезказган, Абыз.

Способы и технологии добычи медной руды

Технология добычи металла в России и других странах подразумевает использование техники, выбор способа добычи и заполнение пустот, образовавшихся при извлечении руды.

Добыча происходит 2 способами. Открытый способ используют, если залежи расположены на глубине до 500 м. Верхний пласт земли снимают, после чего достают медную руду. Для упрощения процесса добычи меди применяют взрывные устройства.

Закрытый способ подразумевает дробление земли буровыми установками с шипами, постройку шахт.

Посмотрите, как добывают медно-порфировую руду на Михеевском месторождении в Челябинской области:

Обработка полученной руды

Для получения 1 т металла следует обработать около 200 т руды. Для этого используют способы:

1. Гидрометаллургический. Выщелачивание слабым раствором серной кислоты и последующее выделение меди из раствора.
2. Пирометаллургический. Огневое рафинирование металла. Способ подходит даже для бедных руд, где содержание меди менее 0,5%.
3. Электролиз. Продукт погружают в водный раствор сульфата меди, который содержит свободную серную кислоту. В результате реакции получают осадок чистой меди на катодах.

В 90% случаев используют пирометаллургический способ, т.к. он является более выгодным с учетом финансовых затрат.

Посмотри видео-пояснение о том, как получают медь путем электролиза:

Возможно ли получать медь в домашних условиях

Помимо знаний химии человеку для плавления меди потребуется горн — камера сгорания закрытого типа, которая сможет поддерживать температуру от 1083 градусов. Под высоким давлением в нее должен поступать газ и там же воспламеняться.

Для травли металла понадобятся химические реактивы: раствор хлорного железа или медный купорос с солью. Но раствор хлорного железа оставляет невыводимые пятна на всех поверхностях. Также он может загрязнить собой и продуктами гидролиза все окружающие предметы. Список минусов использования купороса включает его высокую цену и ядовитость.

Видео с примитивным примером обработки меди:

Применение медной руды

Металл востребован в металлургии, где он используется для производства сплавов и разных изделий. Из руды изготавливают сплавы:

• бронзу;
• латунь;
• мельхиор;
• константан и др.

Медные инструменты не вызывают искру, поэтому их используют везде, где существует опасность взрыва.

Металл используют отрасли специализации:

1. Машиностроение. Изготавливают детали для автомобилей (подшипники, стеклоподъемники и др.).
2. Электротехники и энергетика. Производят силовые кабели, провода.
3. Судостроение. Металлом обшивают корпуса, конструкции кораблей.
4. Ювелирное дело. Повышают прочность ювелирных металлов.
5. Строительство. Изготавливают сантехническое оборудование, кровлю.

В фармацевтике металл используют как вяжущее вещество, антисептик. Химический элемент является одним из компонентов капель для глаз, растворов от ожогов, прививок и пр.

Заключение

Цена металла на Лондонской бирже в конце мая 2021 года составила более 752 тысяч рублей. За последний год она выросла почти в 2 раза. Это обусловлено тем, что новые источники медной руды находят все реже.

А ведь медная руда используется во многих сферах. Поэтому страны-лидеры по добыче металла продолжают зарабатывать на добыче и переработке металла. Вопрос о замене меди пока никто не рассматривает.

Но рано или поздно запасы будут истощены, а цены на металл только возрастут. Как вы считаете, что случится с производством, медициной, если на карте не останется ни одного значка медных руд? Сохраняйте материал, чтобы не забыть, где добывают медную руду, сколько на ней можно заработать.