Из каких руд получают медь?

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.

  • Разновидности медных руд
  • Природные минералы, содержащие медь
  • Добыча медной руды
    • В карьере
    • В шахтах
    • Бурение скважин
  • Получение меди
    • Пирометаллургический метод
    • Гидрометаллургический метод
    • Электролизный метод
  • Области применения
  • Месторождения в России и мире
  • Мировые запасы
  • Страны, добывающие медь

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.
Читайте также  Мотокоса и триммер в чем разница?

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.

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.

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%.

Читайте также  Как снять сверло с шуруповерта?

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.

Что такое медная руда, как ее добывают, обрабатывают и для чего используют

Не так уж и много найдется на нашей планете металлов, объемы добычи которых превышают таковые у меди. Двадцать девятый номер в периодической таблице Менделеева находится на почетном третьем месте по уровням добычи, сразу после железа и алюминия. Слишком уж много отраслей не оберутся проблем, если вдруг такой необходимый метал закончится в их кладовых. Важность меди и медной руды трудно переоценить для электротехники, теплотехники, металлургии, медицины и даже транспорта.

Чем же отличается медь от других металлов и как ведется добыча меди, рассмотрим ниже.

Что такое медная руда

Медная руда, как и любая другая – это конгломерат веществ, пород, минералов, содержание нужного вещества в которых настолько велико, что его считают целесообразным для осуществления добычи. Стоит сказать, что вместе с так называемым Купрумом (латинское название меди), в ее руде еще в более незначительных долях добывают и другие полезные элементы. Саму же медь начинают добывать в рудах, в которых ее количество превышает 0.5%.

Да, в чистом виде медь в природе встречается даже чаще, чем тот же алюминий, но все равно от общемировых запасов данная цифра равна примерно одному проценту, потому – добыча ведется все-таки из руд. Различают по местам образования и составу такие группы руд: карбонатовая, колчеданная, медно-никелевая, медно-порфировая (гидротермальная), скарновая, стратиформная.

Различия по насыщенности

Вариаций соединений меди с другими веществами в рудах очень много, порядка двух с половиной сотен. Мы же рассмотрим самые популярные и самые насыщенные:

  1. Борнит. Чаще всего принадлежит к гидротермальной группе руд, в составе своем может иметь около 65% Купрума. Хим. формула – Cu5FeS4;
  2. Ковелин. Также член гидротермальной группы, до 64% меди. Формула – CuS;
  3. Халькопирит. Гидротермальная группа. Насыщенность медью равна 30%. Самая популярная руда – 50% от всех месторождений. Формула – CuFeS2;
  4. Халькозин. Лидер в плане насыщенности. 79,8% «рыжего металла». Все та же гидротермальная группа. Формула – Cu2S.
Читайте также  Железная молния плохо застегивается что делать?

Способы добычи медной руды

Два способа добывания – шахтный и открытый. Вот и все, чем могут похвастаться современные технологии во время добычи руд. Открытый способ используют в тех случаях, если месторождение меди расположено не очень глубоко под землей (порядка 400-500 метров). Для начала снимают слой пустой породы, а затем начинается сам процесс добычи, для облегчения которого используют направленные взрывы.

В случае же шахтного метода, как ясно из названия – пробивают шахту. Глубина доходит порой до километра. Шахты оборудуют лифтами для транспортировки оборудования и рабочих, а также для переправки полученной руды наверх. Шипованные буровые машины, вгрызаясь в породу, добывают из шахт необходимую производствам руду.

Обработка полученной руды

Состоянием на сегодняшний день существует 3 способа обработки полученной медной руды. Пирометаллургичекая, гидрометаллургическая и электролиз.

Пирометаллургический метод является самым популярным. За «рабочий материал» берется наиболее распространенный халькопирит.

В самом начале выполняется обогащение. Для этого применяется метод окислительного обжига. Данный метод очень подходит халькопириту, так как он прежде всего рассчитан на руды с высокой концентрацией серы. При этой технологии руда нагревается до высоких температур (порою до 8 тысяч градусов по Цельсию), во время чего происходит взаимодействие серы и кислорода после чего практически половина серы улетучивается. Далее руду еще больше нагревают в шахтных или отражательных печах. Речь уже идет о 1,4-1,5 тысячах градусов.

Иногда из меди, как из похожего по цвету материала, делают поддельные ювелирные украшения. Дабы избежать подделок, знайте, что медь темнеет со временем, и в воде после нее остается металлический запах.

На выходе, после воздействия таких температур, получается сплав сульфидов меди и железа – штейн. Сплав обдувается конвекторами, благодаря чему и железо, и сера еще раз окисляются, где-то улетучиваясь, а где-то – оседая шлаком. Продуктом становится 91-процентная черновая медь.

Дабы достигнуть практически эталонного содержания меди в сплаве, применяется технология огневого рафинирования. Также с ней применяют подкисленный раствор CuSO4. После данных манипуляций, которые, кстати, называют электролитическим рафинированием меди, получаем «на руки» фактически «чистокровную» медь, концентрацией в 99,9%.

Добыча меди в мире

Первое место как по запасам меди, так и по ее добыче на планете Земля удерживает Чили. Треть мировых запасов сосредоточена здесь. В месторождении Чукикамата добывают медь уже более 100 лет. За это время было добыто более 26 миллионов тонн. Второе и третье место получают Америка и Китай. По количеству медной руды в России страна занимает в мире пятое место вместе с Польшей и Индонезией. Каждая страна содержит по 4% от общемировых запасов данного полезного ископаемого.

Медь и медная руда в России

В России запасы медных руд можно отметить Норильское, Октябрьское, Тапахнинское месторождения. В них содержится около 60% всех медных запасов страны. Недавно обнаруженный рудник Удокан (Читинская область) может обеспечить страну рудой примерно на 30 лет. Но пока что работы в этом месте не ведутся, так как он расположен в месте с зачаточной транспортной развязкой.

Применение меди

Проще указать сферы, где медь не применяется, чем охватить все области ее применения. Ведь даже в организме человека имеется потребность к ежедневной дозе меди (около 0,9 мг. в день).

Благодаря низкому показателю удельного сопротивления, Купрум используют для производства проводов, кабелей, электрических катушек, трансформаторов и другого электрооборудования.

Из-за высокой теплопроводности, в свою очередь, медь участвует при конструировании элементов систем охлаждения, отопления, кондиционирования.

В одной сфере транспорта, а именно в трубопроводном, бесшовные медные трубы стали идеальным вместилищем как для транспортировки по ним воды, так и газа.

Ювелиры используют сплав золота и меди для укрепления первого. Так как золото, само по себе, весьма мягкий металл, и изделия без примеси меди были бы крайне подвержены деформациям.

В связи с выявлением бактерицидного свойства меди, она в будущем имеет шансы получить широчайшее применение в медицине, как для изготовления инструментов и рабочих поверхностей, так и для материала к обычным дверным ручкам.

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.