Для чего нужна медная руда

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.

Содержание статьи:

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

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.).

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

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

Халькозин

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

Халькопирит

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

Борнит

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

Способы добычи медной руды

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

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

Закрытый (подземный) способ добычи медной руды

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:

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).

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;

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.

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:

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

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.