Технологія виробництва та видобутку міді. Що таке мідна руда, як її добувають, обробляють і навіщо використовують Отримання міді з руди в домашніх умовах

Мідь у світовій промисловості займає одну із ключових позицій. Завдяки високій тепло- та електропровідності вона знаходить найширше застосування в електротехніці, а висока механічна міцність та придатність для механічної обробки робить її незамінною у трубному виробництві для внутрішніх систем.

Видобуток міді в Росії дає дуже плідні результати. А та обставина, що російська сировинна база на 40% складається з мідно-нікелевих сульфідних родовищ, а на 19 - із колчеданних, дає Росії чималу перевагу над іншими країнами.

Значення міді у світі

Особливості міді

Мідь була одним із перших металів, які дізналася і почала використовувати людська цивілізація. Виробництво її людина винайшла раніше, ніж залізо.

Мідь - другий після алюмінію кольоровий метал, що найбільш споживається світовою економікою.

Назву свою цю метал отримав від імені острова Кіпр.

Із чого вона складається? У її структурі безліч кристалів: нікель, цинк, молібден, золото, кальцій, срібло, свинець, залізо, кобальт та багато інших.

А висока електропровідність зробила її особливо цінним електротехнічним матеріалом, з якого виготовляють обмотки трансформаторів та генераторів, дроти ліній електропередачі, внутрішню електропроводку.

Довідка.Раніше на електропровід витрачалося до половини всієї виробленої у світі міді, то сьогодні цим цілям є більш доступний алюміній. А сама мідь стає найбільш дефіцитним кольоровим металом.

Широко використовуються і сплави міді – з цинком (латунь), з оловом або алюмінієм (бронза) та ін.

Видобуток

Мідні руди видобувають у 50 країнах.

Основні виробничі потужності медодобувних підприємств зосереджені у Південній Америці. Саме тут видобувається 41,2% світових обсягів мідної руди, 19,8% припадає на азіатські країни.

Інакше виглядає ситуація у виробництві рафінованої міді:

Джерело: сайт people.conomy.ru

Виробництво рафінованої міді за підсумками 2015 року зосереджено в азіатському регіоні (51,2%). Перед Південної Америки, лідера видобутку мідної руди, припадає 14,9%. Тут він поступається навіть Європі.

Майже 80% усієї міді було виготовлено з первинної сировини, 20%, що залишилися, випущені з мідного брухту. У світовому виробництві міді зберігається висока консолідація - третина її (34,8%) у 2015 р. припадала на п'ятірку найбільших виробників, до якої входять:

• Codelco (Чилі).
• Freeport-McMoRan (США).
• Glencore (Швейцарія).
• BHP Billiton (Австралія).
• Southern Copper (Мексика).

Довідково.Компанія Wood Mackenzie (Brook Hunt) у 2014 році опублікувала прогноз виробництва міді у світі на період до 2025 року.

Wood Mackenzie - глобальна група досліджень у галузі енергетики, хімічних речовин, відновлюваних джерел енергії, металів та гірничодобувної промисловості, що має міжнародну репутацію для надання всеосяжних даних, письмового аналізу та консультацій. У 2015 році компанія була придбана американською аналітичною компанією та аналітичною компанією Verisk Analytics (en.wikipedia.org).

Джерело: Wood Mackenzie (Brook Hunt)

За даними компанії, світовий видобуток у 2016 році склав 19,9 млн тонн, а його виробництво досягло 22,5 млн. тонн.

Запаси

За даними за 2014 рік, території Північної та Південної Америки володіли майже 60% усіх світових запасів, більше половини яких зафіксовано у Чилі. А в масштабах планети частку цієї країни припадає 34% покладів цього кольорового металу.

Мал. 2. Родовища міді у світі 2014 рік
Джерело: сайт mining-prom.ru

Перед РФ припадало 5% розвіданих запасів міді у світі (після Чилі, США, Перу та Австралії це 5-е місце).

За оцінками геологів, близько 5 млрд. тонн запасів мідної руди знаходиться на дні океанів.

Мідна промисловість у Росії

На Уралі та в Західному Сибіру ні-ні та й знаходять найдавніші шахти часів кам'яного віку. У них працювали наші предки, добуючи для вторгнених серед інших корисних копалин мідні руди.

Хоча, якщо вірити офіційним джерелам, на Русі мало видобувалися кольорові метали до XVIII століття.

Кольорова металургія Російської імперії

Досвід перших государевих мідеплавильних заводів, що з'явилися ще в період 1638-1640 рр., Коли були виявлені мідні родовища на р. Калькарке виявився невдалим. Руди не вистачало, щоб забезпечити завантаження. Не минуло й десяти років як виробництво довелося зупинити, а самі заводи закрити.

Петровські реформи дали новий поштовх становленню гірничорудної галузі - розвідку та переробку руд кольорових металів він передав у приватні руки. Створена імператором Берг-колегія служила якимось Міністерством геології (якщо проводити аналогії), вирішуючи, кому надати повноваження щодо пошуку та розробки руд, а кому не варто.

Тим більше, що про «багаті поклади» говорити не доводилося. Були невеликі джерела в Олонецької губернії та на Печорі, але потреб внутрішнього ринку їх явно бракувало. Так що основним постачальником кольорового металу для Російської імперії була Європа. А військово-стратегічне становище Русі вимагало якнайбільше заліза та міді. Їх називали металами війни. Розробки на Уралі мали виправити стан справ.

У 1750 році 72 «залізні» і 29 мідеплавильних заводи Росії видавали готову продукцію. Але вже до 90-х два підприємства Богословського та Вотського округів представляли весь уральський видобуток.

«На західному схилі Уралу, який колись був покритий цілою серією мідеплавильних заводів, продовжує працювати лише один Південний завод з продуктивністю всього близько 40 т міді. По всьому східному схилу Уралу, з півночі від Богословських заводів аж до Преображенського заводу на півдні Уралу, розкидані медеплавильні заводи і рудники, що діяли колись, велика масть яких вже кілька десятків років не розробляється» (Л. Б. Кафенгауз «Еволюція промислового виробництва Росії »).

Мал. 3. Вид на Міаський мідеплавильний завод на Уралі. 1773 рік
Джерело: сайт infourok.ru

І лише наприкінці 90-х років намічається зрушення в розвитку мідної справи - зрушення, яке перейшло в підйом тільки на початку XX століття, що перетворило мідну промисловість на одну з бурхливих галузей. З 1906 р. почалося воістину фантастичне зростання виробництва міді, і за 7 років воно зросло в 3,6 рази.

І навіть занепад, коли країна переживала лихі часи, революції та війни, а він тривав не мало не мало 15 років, не завадив Радянській Росії досягти чималих успіхів у мідній промисловості.

Сьогоднішній день мідної галузі Російської Федерації

Росія залишається багато років великим постачальником міді та продукції з неї на світовий ринок. У 2016 році тут виготовлено 860,1 тис. тонн рафінованої міді. Видобуток міді склав 844,7 тис. тонн.

Мал. 4. Видобуток міді відкритим способом на Гайському ГЗК УГМК
Джерело: сайт

Центри виробництва міді

На розміщення підприємств галузі впливають певні фактори:

• сировина;
• енергія та паливо;
• споживачі.

Не так багато знайдеться на нашій планеті металів, обсяги видобутку яких перевищують такі у міді. Двадцять дев'ятий номер у періодичній таблиці Менделєєва знаходиться на почесному третьому місці за рівнями видобутку відразу після заліза і алюмінію. Занадто багато галузей не оберуться проблем, якщо раптом такий необхідний метал закінчиться в їхніх коморах. Важливість міді та мідної руди важко переоцінити для електротехніки, теплотехніки, металургії, медицини та навіть транспорту.

Що таке мідна руда

Мідна руда, як і будь-яка інша - це конгломерат речовин, порід, мінералів, вміст потрібної речовини в яких настільки великий, що його вважають за доцільне для видобутку. Варто сказати, що разом із так званим Купрумом (латинська назва міді), у її руді ще в більш незначних частках видобувають інші корисні елементи. Саму ж мідь починають видобувати у рудах, у яких її кількість перевищує 0.5%.

Так, у чистому вигляді мідь у природі зустрічається навіть частіше, ніж той же алюміній, але все одно від загальносвітових запасів ця цифра дорівнює приблизно одному відсотку, тому видобуток ведеться все-таки з руд. Розрізняють по місцях утворення та складу такі групи руд: карбонатова, колчедана, мідно-нікелева, мідно-порфірова (гідротермальна), скарнова, стратиформна.

Відмінності щодо насиченості

Варіацій сполук міді коїться з іншими речовинами у рудах дуже багато, близько двох із половиною сотень. Ми ж розглянемо найпопулярніші та найнасиченіші:

1. Борніть. Найчастіше належить до гідротермальної групи руд, у своєму складі може мати близько 65% Купрума. Хім. формула - Cu 5 FeS 4;
2. Ковелін. Також член гідротермальної групи до 64% ​​міді. Формула – CuS;
3. Халькопірит. Гідротермальна група. Насиченість міддю дорівнює 30%. Найпопулярніша руда – 50% від усіх родовищ. Формула - CuFeS 2;
4. Халькозін. Лідер у плані насиченості. 79,8% «рудого металу». Та сама гідротермальна група. Формула – Cu2S.

Способи видобутку мідної руди

Два способи добування – шахтний та відкритий. Ось і все, чим можуть похвалитися сучасні технології під час добування руд. Відкритий спосіб використовують у тих випадках, якщо родовище міді розташоване не дуже глибоко під землею (близько 400-500 метрів). Для початку знімають шар порожньої породи, а потім починається процес видобутку, для полегшення якого використовують спрямовані вибухи.

У разі шахтного методу, як зрозуміло з назви – пробивають шахту. Глибина сягає часом кілометра. Шахти обладнають ліфтами для транспортування обладнання та робітників, а також для переправлення отриманої руди нагору. Шиповані бурові машини, вгризаючись у породу, видобувають із шахт необхідну виробництва руду.

Обробка одержаної руди

Станом на сьогоднішній день існує 3 способи обробки отриманої мідної руди. Пірометаллургічна, гідрометалургійна та електроліз.

Пірометаллургічний метод є найпопулярнішим. За «робочий матеріал» береться найпоширеніший халькопірит.

На початку виконується збагачення. Для цього застосовується метод окисного випалу. Даний метод дуже підходить халькопіриту, так як він насамперед розрахований на руди з високою концентрацією сірки. При цій технології руда нагрівається до високих температур (іноді до 8 тисяч градусів за Цельсієм), під час чого відбувається взаємодія сірки і кисню після чого майже половина сірки випаровується. Далі руду ще більше нагрівають у шахтних чи відбивних печах. Йдеться вже про 1,4-1,5 тисячі градусів.

Іноді з міді, як із схожого кольору матеріалу, роблять підроблені ювелірні прикраси. Щоб уникнути підробок, знайте, що мідь темніє з часом і у воді після неї залишається металевий запах.

На виході, після дії таких температур, виходить сплав сульфідів міді та заліза – штейн. Сплав обдувається конвекторами, завдяки чому і залізо, і сірка ще раз окислюються, десь випаровуючись, а десь – осідаючи шлаком. Продуктом стає 91-відсоткова чорнова мідь.

Щоб досягти майже еталонного вмісту міді в металі, використовується технологія вогневого рафінування. Також із нею застосовують підкислений розчин CuSO 4 . Після даних маніпуляцій, які, до речі, називають електролітичним рафінуванням міді, отримуємо "на руки" фактично "чистокровну" мідь, концентрацією 99,9%.

Видобуток міді у світі

Перше місце як за запасами міді, так і її видобутку на планеті Земля утримує Чилі. Третина світових запасів зосереджена тут. У родовищі Чукікамата видобувають мідь вже понад сто років. За цей час було видобуто понад 26 мільйонів тонн. Друге та третє місце отримують Америка та Китай. За кількістю мідної руди у Росії країна посідає у світі п'яте місце разом із Польщею та Індонезією. Кожна країна містить по 4% від загальносвітових запасів цієї корисної копалини.

Мідь та мідна руда в Росії

У Росії її запаси мідних руд можна назвати Норильське, Жовтневе, Тапахнинское родовища. Вони міститься близько 60% всіх мідних запасів країни. Нещодавно виявлена ​​копальня Удокан (Читинська область) може забезпечити країну рудою приблизно на 30 років. Але поки що роботи в цьому місці не ведуться, оскільки він розташований у місці із зародковою транспортною розв'язкою.

Застосування міді

Простіше вказати сфери, де мідь не застосовується, ніж охопити всі сфери її застосування. Адже навіть в організмі людини є потреба до щоденної дози міді (близько 0,9 мг на день).

Завдяки низькому показнику питомого опору Купрум використовують для виробництва проводів, кабелів, електричних котушок, трансформаторів та іншого електрообладнання.

Через високу теплопровідність, у свою чергу, мідь бере участь у конструюванні елементів систем охолодження, опалення, кондиціювання.

В одній сфері транспорту, а саме в трубопровідному, безшовні мідні труби стали ідеальним вмістилищем як для транспортування води, так і газу.

Ювеліри використовують сплав золота та міді для зміцнення першого. Так як золото, само по собі, дуже м'який метал, і вироби без домішки міді були б вкрай схильні до деформацій.

У зв'язку з виявленням антибактеріального якості міді, вона в майбутньому має шанси отримати найширше застосування в медицині, як для виготовлення інструментів і робочих поверхонь, так і для матеріалу до звичайних дверних ручок.

Мідь сьогодні — метал, який надзвичайно затребуваний і широко застосовується як у побуті, так і в промисловості. У природі Cu можна зустріти як і чистому стані, і у вигляді руди. Способів видобутку та одержання міді з вихідних гірських порід існує декілька. При цьому всі вони використовуються у промисловості досить широко. Про те, як добувають мідь, і йтиметься у статті.

Трохи історії

У якій місцевості мідь у давнину почала видобуватися і використовуватися людиною вперше, археологам, на жаль, з'ясувати не вдалося. Однак достеменно відомо, що саме цей метал люди почали обробляти та застосовувати у повсякденному житті найпершим.

Відома мідь людині стала ще у кам'яному віці. Деякі знайдені археологами самородки цього металу несуть сліди обробки кам'яними сокирами. Спочатку люди використовували мідь в основному лише як прикраси. При цьому застосовувала для виготовлення таких виробів людина в давнину виключно знайдені ним самородки цього металу. Пізніше люди навчилися обробляти руду, що містить мідь.

Уявлення про те, як добувають Cu і як його обробляють, мали багато народів давнини. Підтвердження тому археологами було знайдено безліч. Після того, як людина навчилася робити сплави міді з цинком, почалося бронзове століття. Власне саму назву «мідь» вигадали колись давні римляни. У цю країну такий метал привозили здебільшого з острова Кіпр. Тому римляни назвали його aes cyprium.

Оскільки цей метал у побуті людиною колись використовувався дуже широко, технології його видобутку були, звичайно ж, розроблені досить досконалі. Наші пращури отримували мідь в основному з малахітових руд. Суміш такого матеріалу та вугілля поміщали у глиняний посуд і ставили в яму. Далі масу в горщику підпалювали. Угарний газ, що виділявся в результаті, відновлював малахіт до міді.

Запаси у природі

Де можна добувати мідь у дикій природі сьогодні? На даний момент поклади цього популярного металу відкриті на всіх континентах Землі. При цьому запаси Cu вважаються практично необмеженими. Геологи в наш час знаходять все нові родовища чистої міді, а також руд, що містять її. Наприклад, 1950 р. світові резерви цього металу становили 90 млн тонн. До 1970 р. цей показник вже збільшився до 250 млн. т, а до 1998 р. — до 340 млн. т. На даний момент вважається, що запаси міді на планеті становлять понад 2.3 млрд. тонн.

Родовища та способи видобутку чистої міді

Як уже згадувалося, спочатку людина використовувала у побуті самородний Cu. Звичайно ж, видобувається така чиста мідь і сьогодні. Утворюються самородки цього металу в земній корі внаслідок екзогенних та ендогенних процесів. Найбільше відоме родовище самородної міді на планеті зараз знаходиться в США, в районі озера Верхнє. У Росії самородна мідь залягає в Удоканському родовищі, а також деяких інших місцях Забайкалля. Крім того, відповіддю на питання про те, де можна добувати мідь у Росії у вигляді самородків, є і уральський регіон.

У природі чистий метал цього різновиду утворюється в зоні окиснення мідносульфатних покладів. Зазвичай в самородках самої міді міститься близько 90-99%. Решта припадає на інші метали. У будь-якому випадку відповіддю на питання про те, як видобувають мідь самородну, є дві основні технології. Розробляють такі родовища, як і рудні, закритим шахтним чи відкритим кар'єрним способом. У першому випадку при цьому використовують такі технологічні процеси, як буріння та відбійка.

Важити мідні самородки можуть дуже багато. Найбільші з них колись були знайдені на Верхньому озері в США. Вага цих самородків становила близько 500 т.

Де видобувають мідь у Росії, ми з'ясували. В основному це Забайкалля та Урал. У нашій країні, звичайно, також у різні часи знаходили дуже великі самородки цього металу. Наприклад, мідні шматки вагою кілька тонн часто знаходили на Середньому Уралі. Один із таких самородків у 860 кг нині зберігається у Санкт-Петербурзі, у музеї Гірського інституту.

Мідні руди та їх родовища

На даний момент отримувати Cu вважається економічно вигідним та доцільним навіть у тому випадку, якщо його міститься у породі хоча б 0.3%.

Найчастіше для виділення міді промисловим способом у природі в наші дні видобувають такі породи:

борніти Cu 5 FeS 4 - сульфідні руди, які називаються інакше мідним пурпуром або строкатим колчеданом і містять близько 63.3% Cu;

халькопірит CuFeS 2 - мінерали, що мають гідротермальне походження;

халькозини Cu 2 S, що містять понад 75% міді;

куприти Cu 2 O, які часто зустрічаються також і в місцях покладів самородної міді;

малахіти, що являють собою вуглекислу мідну зелень.

Найбільше родовище мідних руд у Росії перебуває у Норильську. Також такі породи у великих кількостях видобувають у деяких місцях на Уралі, Забайкаллі, Чукотці, Туві і Кольському півострові.

Як розробляють поклади мідних руд

Різного роду породи, що містять Cu, як і самородки, можуть видобуватись на планеті за двома основними технологіями:

закритою;

відкритий.

У першому випадку на родовищі будуються шахти, довжина яких може досягати кількох кілометрів. Для переміщення робітників та техніки такі підземні тунелі оснащуються ліфтами та залізничними коліями. Дроблення породи в шахтах провадиться з використанням спеціального бурового обладнання, що має шипи. Забір мідної руди та її навантаження для відправки нагору здійснюються із застосуванням ковшів.

Якщо поклади перебувають не далі 400-500 м від землі, їх видобуток ведеться відкритим способом. У цьому випадку на родовищі спочатку знімається шар верхньої породи з використанням вибухових пристроїв. Далі поступово виймається власне сама мідна руда.

Способи одержання металу з порід

Як видобувають мідь, а точніше руди, що містять її, ми, таким чином, з'ясували. Але як же на підприємствах надалі одержують власне сам Cu?

Основних способів виділення міді із гірських порід існує три:

електролітичний;

пірометаллургічний;

гідрометалургійний.

Пірометаллургічний флотаційний метод

Ця технологія зазвичай використовується виділення міді з тих порід, у яких Cu міститься 1.5-2%. Такий матеріал піддають збагаченню флотаційним методом. При цьому:

руду ретельно розмелюють до дрібного порошку;

змішують отриманий матеріал із водою;

додають масу спеціальні флотореагенти, що являють собою складні органічні речовини.

Флотореагенти покривають дрібні крупинки різних сполук міді і передають їм незмочування.

На наступному етапі:

у воду додають речовини, що утворюють піну;

пропускають через завис сильний потік повітря.

Легкі сухі частинки з'єднань міді в результаті прилипають до повітряних бульбашок і виринають нагору. Піну, що містить їх, збирають, віджимають від води і ретельно просушують. У результаті отримують концентрат, з якого потім виділяють чорновий Cu.

Як видобують мідь із руди: збагачення методом випалу

Флотаційний метод використовується у промисловості досить часто. Але іноді для збагачення мідної руди застосовується технологія випалу. Така методика найчастіше використовується для руд, що містять велику кількість сірки. У разі матеріал попередньо нагрівається до температури 700-8000 °З. В результаті відбувається окислення сульфідів із зменшенням у породі вмісту сірки.

На наступному етапі підготовлену таким чином руду розплавляють у шахтних печах при температурі 14500 °С. Зрештою, при використанні такої технології отримують штейн — сплав міді та заліза. Далі це з'єднання покращують шляхом обдування в конвертерах. У результаті оксид заліза перетворюється на шлак, а сірка — в SO4.

Отримання чистої міді: електроліз

При використанні методів флотації та випалу одержують чорнову мідь. Власне, Cu такий матеріал містить близько 91%. Щоб отримати більш чисту мідь, чорнову надалі рафінують.

У разі з первинної міді спочатку відливають товсті пластини-аноди. Далі:

набирають у ванну розчин мідного купоросу;

підвішують у ванній пластині-аноди;

як катоди використовують тонкі листи з чистої міді.

Під час реакції електролізу на анодах відбувається розчинення міді, але в катодах — осадження. Іони міді просуваються до катода, забирають у нього електрони і переходять до атомів Cu+2+2e?>Cu.

Мідний купорос отримують повільним окисленням сульфідної руди киснем до сульфату міді CuS + 2O 2 > CuSO 4 . Надалі сіль вилуговується водою.

Гідрометаллогічний спосіб

В даному випадку для вилуговування та збагачення міді використовується сірчана кислота. В результаті реакції при застосуванні такої технології одержують розчин, насичений Cu та іншими металами. З нього потім і виділяють мідь. При використанні такої методики, крім чорнової міді, можна отримувати інші метали, включаючи дорогоцінні. У будь-якому випадку застосовується ця технологія найчастіше для виділення Cu з не надто багатих на нього порід (менше 0.5%).

Мідь у домашніх умовах

Виділення цього металу з насичених ним руд — справа таким чином технологічно відносно нескладна. Деякі тому цікавляться тим, як видобути мідь у домашніх умовах. Отримати цей метал із руди, глини та ін. своїми руками, без наявності спеціального обладнання, буде, однак, дуже складно.

Деякі, наприклад, цікавляться тим, як видобути мідь із глини своїми руками. Адже в природі існують поклади цього матеріалу, багатого навіть на Cu. Однак, на жаль, відомих перевірених технологій одержання в домашніх умовах міді з глини не існує.

Своїми руками цей метал будинку можна спробувати виділити, мабуть, лише з мідного купоросу. Для цього останній потрібно спочатку розчинити у воді. Далі в отриману суміш слід просто помістити якийсь залізний предмет. Через деякий час останній – внаслідок реакції заміщення – покриється мідним нальотом, який надалі можна буде просто зчистити.