Les plus grands gisements de cuivre de la planète. Comment le cuivre est extrait : méthodes, historique et gisements Le minerai de cuivre où et comment il est extrait

L'extraction du cuivre est étroitement liée à la technologie d'extraction du métal du minerai et est réalisée de manière rentable, en tenant compte des spécificités du gisement.

Technologie de production de produits en cuivre.

Base minérale pour l'extraction des métaux

Les matières premières pour l'extraction du minerai de cuivre sont des formations minérales naturelles dans lesquelles le composant métallique est contenu en quantités nécessaires à un développement industriel économiquement viable.

Matières premières pour l'extraction du minerai de cuivre.

Les gisements de minerai sont représentés par des composés de silicate, de carbonate, de sulfate et d'oxydes formés dans la zone d'oxydation.

Parmi les minéraux explorés pour le développement industriel figurent :

• chalcopyrite;
• chalcocite;
• bornite;
• cuprite;
• cuivre natif;
• brochantite;
• azurite;
• cubanite;
• malachite;
• chrysotile.

Dans le minerai, la concentration en métal est de 0,3 à 5 % et dans les minéraux, de 22 à 100 % (métal natif). Les gisements de cuivre sont en relation génétique avec d'autres composants précieux qui sont extraits en tant qu'éléments chimiques supplémentaires au processus principal.

Parmi les composants associés figurent :

• platanoïdes;
• argent;
• or;
• tellure;
• gallium;
• molybdène;
• bismuth;
• nickel;
• titane;
• zinc.

Le minerai destiné à l’extraction du cuivre contient de l’arsenic, de l’antimoine et, plus rarement, du mercure. Selon le type d'association éléments chimiques Il existe différents types de dépôts, parmi lesquels les principaux sont :

• Nickel de cuivre;
• pyrite de cuivre;
• grès et schistes cuivreux;
• porphyre de cuivre.

Les gisements de métaux skarns et les formations de sulfures de quartz sont d'importance secondaire. À l'avenir, les nodules de ferromanganèse situés dans les sédiments du fond de l'océan mondial seront considérés comme des matières premières pour la production industrielle de métaux.

Méthodes d'extraction

Comment le cuivre est-il extrait des gisements de minerai ? La faible concentration de métal dans la roche nécessite un traitement grande quantité matériel. Pour obtenir une unité de masse métallique, vous devez traiter 200 unités de minerai.

Le cuivre, qui est principalement extrait par la méthode à ciel ouvert, est situé à une profondeur allant jusqu'à 1 000 m. La profondeur de l'exploitation à ciel ouvert atteint 150 à 300 m, et dans certains cas jusqu'à 600 m. des profondeurs allant jusqu'à 1 000 m sont exploitées par la méthode souterraine.

Traitement du minerai à la recherche de cuivre.

Certaines normes réglementent la faisabilité des développements en profondeur afin d'extraire les matières premières du minerai. Cela est dû à la technologie de production, aux coûts supplémentaires et à la productivité réduite des équipements, qui augmentent le coût des matières premières.

Par conséquent, l'industrie métallurgique utilise largement la méthode ouverte, caractérisée par des pertes insignifiantes au cours du développement. Bien que le stockage des stériles présente également des inconvénients.

Par exemple, en 2013, un glissement de terrain s’est produit à la mine Kennecott Utah Copper Bingham Canyon aux États-Unis. La profondeur de la carrière de Bingham Canyon est d'environ 1 km et son diamètre est d'environ 4 km. Le minerai a été extrait ici pendant 150 ans.

La livraison des matières premières au site de traitement a été effectuée par des véhicules d'une capacité de transport de 231 tonnes. Les mineurs ont été avertis du phénomène dangereux et préparés aux développements. Le mur de la carrière se déplaçait à un rythme de plusieurs centimètres par jour et les tentatives pour le renforcer n'ont pas produit le résultat escompté.

Les conditions d'extraction des matières premières nécessitent le recours à une technologie de développement séquentiel utilisant :

• équipement automoteur;
• effectuer des travaux lors de l'extraction de matières premières;
• remplir l'espace exploité avec des matériaux spéciaux afin de garantir la sécurité du développement ultérieur.

Chaque processus technologique prévoit une réduction des pertes lors du développement du gisement et une amélioration de la production de minerai.

En extrayant le minerai par couches, la pleine utilisation des réserves est assurée. Dans les carrières profondes, la technologie à flux cyclique est utilisée, en tenant compte des particularités de l'occurrence du minerai.

Technologie d'extraction des métaux

Pour séparer les roches qui ne contiennent pas de composant précieux, la méthode de flottation est utilisée. Seule une petite quantité de matières premières contenant du cuivre en concentrations élevées est soumise à une fusion directe. La fusion des métaux implique processus difficile, comprenant les opérations suivantes :

• brûlant;
• fusible;
• conversion;
• feu et raffinage électrolytique.

Fusion de matières premières.

Lors du processus de torréfaction des matières premières, les sulfures et impuretés qu'elles contiennent sont transformés en oxydes (la pyrite est transformée en oxyde de fer). Les gaz dégagés lors de la torréfaction contiennent de l'oxyde de soufre et sont utilisés pour produire de l'acide.

Les oxydes métalliques formés sous l'influence d'un gradient de température sur la roche sont séparés sous forme de scories lors de la cuisson. Le produit liquide issu de la refusion est soumis à une transformation.

Les composants précieux sont extraits du cuivre blister et les impuretés nocives sont éliminées par raffinage au feu et les autres métaux sont éliminés en saturant le mélange liquide avec de l'oxygène, puis en le versant dans des moules. Les pièces moulées sont utilisées comme anode pour la méthode électrolytique de purification du cuivre.

La matière première, qui contient du cuivre et du nickel, est enrichie selon un schéma de flottation sélective afin d'obtenir un concentré de métal. Les minerais de fer et de cuivre subissent une séparation magnétique.

Les grès et schistes cuivreux, la gangue et les minerais métalliques natifs sont traités pour extraire le concentré de cuivre. L'enrichissement est réalisé par la méthode gravitationnelle.

La méthode de flottation est utilisée pour les minerais mélangés et oxydés, mais les méthodes chimiques et la lixiviation bactérienne sont plus souvent utilisées.

La concentration du minerai à faible teneur en cuivre peut être réalisée par une méthode hydrométallurgique, qui consiste à lixivier le cuivre avec de l'acide sulfurique. Le cuivre et les métaux associés, y compris les métaux précieux, sont séparés de la solution résultante.

Les métaux du sous-groupe du cuivre se caractérisent par une faible activité chimique, c'est pourquoi ils se trouvent sous forme de composés chimiques, ainsi que de pépites. Il y a plusieurs siècles, le cuivre ne pouvait être trouvé que sous forme de composés soufrés - chalcopyrite et chalcocite. En effet, le cuivre a une grande affinité chimique pour le soufre. La plupart des minerais primaires contiennent du cuivre sous forme de sulfure - CuS.
Au fil du temps, notamment dans des conditions d'activité volcanique, sous l'influence de grandes quantités d'oxygène, les sulfures de cuivre se sont transformés en oxydes. Des pépites de cuivre se sont formées dans la nature lors du fort chauffage du minerai de soufre oxydé. Par exemple, si des minéraux de cuivre et de soufre oxydés se trouvaient sous une épaisse couche de roche, ils étaient chauffés par les catastrophes naturelles et la chaleur terrestre. Dans ces « ateliers métallurgiques » naturels, des volumes colossaux de cuivre étaient fondus. Une pépite pesant 420 tonnes a été découverte en Amérique du Nord. Cependant, c'est rare ; le cuivre natif sur la planète est d'environ 1 %.

Gisements mondiaux de cuivre

Une grande partie du cuivre, comme d’autres minéraux, se trouve au fond des océans. Au fond se trouvent des amas de pierres rondes contenant environ 0,5 % de cuivre. Selon les analyses des géologues, les réserves de minerai de cuivre dans l'océan atteignent 5 milliards de tonnes.
Il existe près de 250 minéraux de cuivre, mais seulement 20 sont utilisés industriellement. Les principaux minerais de cuivre comprennent :

• chalcocite - Cu 2 S, qui contient 79,8 % de cuivre
• chalcopyrite - CuFeS 2, qui contient 30 % de cuivre. Ce minerai représente près de 50 % de tous les gisements de cuivre
• bornite - Cu 5 FeS 4, contient de 52 à 65% de cuivre
• covellite - CuS, contient 64% de cuivre.

Selon les paramètres génétiques et industriels-géologiques, les gisements de cuivre sont :

• stratiforme, qui comprend des schistes cuivrés et des grès
• pyrite. Ce groupe comprend le cuivre natif et veineux
• hydrothermale
• ignés, comprenant les minerais les plus courants de type cuivre-nickel
• carbonate. Ce groupe comprend les minerais de fer-cuivre et de carbonatite.

Réserves de cuivre dans le monde

La plus grande quantité de cuivre, environ 65 %, se trouve dans le Nord et Amérique du Sud. Les États européens disposent de 15 % des ressources, les États asiatiques - 11 %, les États africains - 4,5 %.
Les plus grandes réserves confirmées de cuivre sont enregistrées au Chili. Près de 20 % des réserves mondiales s’y trouvent. Et aux États-Unis - 12,7 %. Outre ces pays, on trouve beaucoup de cuivre en Pologne, en Indonésie, en Iran, au Kazakhstan, en Chine, en Ouzbékistan, aux Philippines, ainsi qu'au Zaïre, en Zambie, au Brésil, au Canada, au Mexique, au Panama, au Pérou et en Australie. Dans chacun de ces États, selon les experts, il y en aurait environ 10 millions de tonnes.

Extraction de minerai de cuivre

En raison de la faible teneur en cuivre du minerai, son extraction nécessite le traitement de grands volumes de roche. Pour fondre 1 tonne de cuivre, il faut traiter plus de 200 tonnes de minerai.
Méthodes d’extraction du cuivre :

• méthode ouverte. Si les gisements de minerai sont situés près de la surface de la terre, ils sont alors développés de cette manière ; la profondeur de l'exploitation à ciel ouvert est de 150 à 300 m. La méthode se caractérise par des pertes plus faibles.
• méthode souterraine. Grâce à cette méthode, le minerai est extrait à une profondeur de 500 m, et parfois de 800 à 1 000 m.

Il existe cinq systèmes technologiques pour le développement sur le terrain :

• à l'aide d'équipements automoteurs. Cette technologie est largement utilisée
• utilisant des mécanismes de vibration continue
• en utilisant un remblai goaf durcissant. Dans ce cas, il y a une extraction continue de réserves de gisements puissants avec des pertes minimes. Avec l'utilisation de tels systèmes, les pertes sont réduites de 3 à 4 fois
• méthode d'extraction du minerai en couches horizontales. Lors du remplissage des goafs (dans les mines souterraines) avec des composés durcissants, on utilise des tuyaux recouverts de caoutchouc ou de basalte, dont la durée de vie est 50 à 100 fois supérieure à celle de l'acier.
• technologie à flux cyclique pour la mise en œuvre d’opérations minières.

Centres de production de cuivre

Des centres de production de cuivre sont présents dans différentes régions de Russie. Le Kazakhstan possède les gisements de minerai les plus riches. Il existe également des gisements dans l'Oural. Selon les dernières données, la Russie occupe la première place mondiale en matière d'extraction de minerai de cuivre.
Des usines de cuivre sont construites à proximité des mines. Le facteur matière première est l’élément déterminant, en raison de la faible teneur en concentrés de la matière première. Il existe 11 complexes de cuivre situés dans l’Oural, produisant 43 % du cuivre du pays. En plus de nos propres matières premières, la production utilise également des matériaux importés du Kazakhstan. Il existe également des usines de recyclage des déchets. Par exemple, le dioxyde de soufre, un sous-produit de l’extraction du cuivre, est utilisé pour créer de l’acide sulfurique, qui est ensuite utilisé pour fabriquer des engrais.

Le minerai de cuivre le plus répandu sur notre planète est la bornite. Mais à côté de cela, le cuivre est également extrait d'autres minerais, dont nous parlerons dans cet article.

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Ce minerai fait référence à des accumulations de minéraux dans lesquels le cuivre est présent en quantités considérées comme appropriées pour le traitement à des fins industrielles. Un indicateur généralement accepté du caractère raisonnable du développement d'un gisement est considéré comme une situation dans laquelle les accumulations de cuivre y sont d'au moins 0,5 à 1 %.

De plus, environ 90 % des réserves terrestres de ce métal se trouvent dans des minerais contenant non seulement du cuivre, mais également d'autres métaux (par exemple le nickel).

L'exploitation minière à grande échelle du cuivre en Russie est réalisée en Sibérie orientale, dans l'Oural et la péninsule de Kola. Les plus grands gisements de ce métal se trouvent au Chili (selon les experts, environ 190 millions de tonnes). Parmi les autres pays engagés dans l'exploitation de ces minerais figurent les États-Unis, la Zambie, le Kazakhstan, la Pologne, le Canada, le Zaïre, l'Arménie, le Congo, le Pérou et l'Ouzbékistan. Au total, les réserves mondiales de cuivre dans les gisements explorés s'élèvent à environ 680 millions de tonnes.

Tous les gisements de cuivre sont généralement divisés en six groupes génétiques et neuf types géologiques industriels :

• groupe stratiforme (schistes cuivrés et grès) ;
• pyrite (type cuivre natif, filonien et cuivre-pyrite) ;
• hydrothermal (minerais de cuivre porphyrique) ;
• igné (minerai de cuivre-nickel);
• skarn;
• carbonate (type fer-cuivre et carbonatite).

Dans notre pays, l'extraction principale du cuivre s'effectue sur des schistes et grès cuivreux, à partir de minerais de pyrites de cuivre, de cuivre-nickel et de cuivre porphyrique.

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Dans la nature, le cuivre est assez rare sous sa forme native. Le plus souvent, il « se cache » dans diverses connexions. Les plus célèbres d'entre eux sont les suivants :

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D'autres minéraux de cuivre sont beaucoup moins courants, parmi lesquels les suivants :

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Ce métal, dont les caractéristiques (par exemple élevées ) ont conduit à sa large demande) est obtenu à partir des minéraux et minerais que nous avons décrits de trois manières - hydrométallurgique, pyrométallurgique et électrolyse. La technologie la plus courante est la technologie pyrométallurgique, qui utilise le minéral chalcopyrite comme matière première. Régime général Le procédé pyrométallurgique comprend plusieurs opérations. Le premier d’entre eux est l’enrichissement du minerai de cuivre par grillage oxydatif ou flottation.

La méthode de flottation est basée sur la différence entre la gangue mouillable et les particules contenant du cuivre. De ce fait, certains éléments minéraux adhèrent (sélectivement) aux bulles d’air et sont transportés par celles-ci vers la surface. Tel technologie simple permet d'obtenir un concentré en poudre dans lequel la teneur en cuivre varie de 10 à 35 pour cent.

La torréfaction oxydative (à ne pas confondre avec) est plus souvent utilisée lorsque la matière première initiale contient du soufre dans grandes quantités. Dans ce cas, le minerai est chauffé à une température de 700 à 800 degrés, ce qui entraîne l'oxydation des sulfures et une réduction de moitié de la teneur en soufre. Après cela, la matte (un alliage contenant des sulfures de fer et de cuivre, produit dans des fours à réverbère ou à cuve) est fondue à une température de 1450 degrés.

La matte de cuivre, obtenue après toutes ces opérations, est soufflée dans des convertisseurs horizontaux sans apport de combustible supplémentaire ( réactions chimiques fournissent la chaleur nécessaire au processus) avec soufflage latéral pour l'oxydation du fer et des sulfures. Le soufre obtenu est transformé en SO2 et les oxydes en scories.

En conséquence, ce qui sort du convertisseur est ce qu'on appelle du cuivre noir, dans lequel la teneur en métal est d'environ 91 %. Par la suite, il est purifié par raffinage au feu (éliminant les impuretés inutiles) et par une solution acidifiée de sulfate de cuivre (cuivre). Ce nettoyage est appelé électrolytique, après quoi la teneur en cuivre atteint 99,9 %.

Dans la méthode hydrométallurgique de production de cuivre, il est obtenu en lixiviant le métal avec de l'acide sulfurique (une solution très faible) et en séparant le cuivre, ainsi que d'autres métaux précieux, de la solution résultante. Cette technique est recommandée pour travailler avec des minerais à faible teneur.

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Principales sources de cuivre.

Comment collecter correctement le cuivre ?

Il n’existe pas beaucoup de métaux sur notre planète dont les volumes de production dépassent ceux du cuivre. Le vingt-neuvième chiffre du tableau périodique de Mendeleïev occupe la troisième place honorable en termes de niveaux de production, juste après le fer et l’aluminium. De trop nombreuses industries seraient en difficulté si leurs réserves manquaient soudainement de métal indispensable. L'importance du cuivre et de ses minerais ne peut guère être surestimée pour l'électrotechnique, le chauffage, la métallurgie, la médecine et même les transports.

Qu'est-ce que le minerai de cuivre

Le minerai de cuivre, comme tout autre, est un conglomérat de substances, de roches, de minéraux, dont la teneur en substance souhaitée est si élevée qu'elle est considérée comme appropriée pour l'exploitation minière. Cela vaut la peine de dire qu'avec le soi-disant Cuprum ( Nom latin cuivre), son minerai est également extrait dans des proportions encore plus faibles par d'autres éléments utiles. Le cuivre lui-même commence à être extrait dans des minerais dans lesquels sa quantité dépasse 0,5 %.

Oui, sous sa forme pure, le cuivre se trouve dans la nature encore plus souvent que l'aluminium, mais ce chiffre représente néanmoins environ un pour cent des réserves mondiales, car l'exploitation minière se fait toujours à partir de minerais. Les groupes de minerais suivants se distinguent par leurs lieux de formation et leur composition : carbonate, sulfure, cuivre-nickel, cuivre porphyre (hydrothermal), skarn, stratiforme.

Différences de saturation

Il existe de nombreuses variations de composés de cuivre avec d'autres substances dans les minerais, environ deux cents et demi. Nous examinerons les plus populaires et les plus intenses :

1. Bornite. Le plus souvent, il appartient au groupe des minerais hydrothermaux et peut contenir environ 65 % de Cuprum. Chimique. formule – Cu 5 FeS 4 ;
2. Koveline. Également membre du groupe hydrothermal, jusqu'à 64 % de cuivre. Formule – CuS ;
3. Chalcopyrite. Groupe hydrothermal. La saturation en cuivre est de 30 %. Le minerai le plus populaire représente 50 % de tous les gisements. Formule – CuFeS 2 ;
4. Chalcocine. Leader en terme de saturation. 79,8% « métal rouge ». Toujours le même groupe hydrothermal. Formule – Cu 2 S.

Méthodes d'extraction du minerai de cuivre

Il existe deux méthodes d'exploitation minière : la mine et la mine à ciel ouvert. C'est tout ce dont les technologies modernes peuvent se vanter lors de l'extraction du minerai. La méthode ouverte est utilisée dans les cas où le gisement de cuivre n'est pas situé très profondément sous terre (environ 400 à 500 mètres). Tout d'abord, une couche de stériles est retirée, puis le processus d'extraction lui-même commence, pour faciliter l'utilisation d'explosions dirigées.

Dans le cas de la méthode de l'arbre, comme son nom l'indique, un arbre est poinçonné. La profondeur atteint parfois un kilomètre. Les mines sont équipées d'ascenseurs pour le transport du matériel et des travailleurs, ainsi que pour le transport du minerai obtenu jusqu'au sommet. Machines de forage cloutées, mordant dans la roche, extrayant des mines nécessaire à la fabrication minerai.

Traitement du minerai obtenu

À l’heure actuelle, il existe 3 façons de traiter le minerai de cuivre obtenu. Pyrométallurgie, hydrométallurgique et électrolyse.

La méthode pyrométallurgique est la plus répandue. La chalcopyrite la plus courante est considérée comme « matériau de travail ».

Au tout début, un enrichissement est effectué. A cet effet, la méthode de cuisson oxydante est utilisée. Cette méthode est très adaptée à la chalcopyrite, car elle est principalement conçue pour les minerais à forte concentration en soufre. Grâce à cette technologie, le minerai est chauffé à hautes températures(parfois jusqu'à 8 000 degrés Celsius), au cours de laquelle le soufre et l'oxygène interagissent, après quoi près de la moitié du soufre s'évapore. Ensuite, le minerai est chauffé encore davantage dans des fours à cuve ou à réverbère. Nous parlons déjà de 1,4 à 1,5 mille degrés.

Parfois, les faux bijoux sont fabriqués à partir de cuivre, un matériau de couleur similaire. Pour éviter les contrefaçons, sachez que le cuivre noircit avec le temps et qu'une odeur métallique reste dans l'eau.

Le résultat, après exposition à de telles températures, est un alliage de sulfures de cuivre et de fer - la matte. L'alliage est soufflé à travers des convecteurs, grâce auxquels le fer et le soufre sont à nouveau oxydés, s'évaporant à certains endroits et se déposant sous forme de scories à d'autres. Le produit devient 91% de cuivre blister.

Afin d'obtenir une teneur en cuivre presque standard dans l'alliage, une technologie de raffinage au feu est utilisée. Une solution acidifiée de CuSO 4 est également utilisée avec. Après ces manipulations, que l'on appelle d'ailleurs affinage électrolytique du cuivre, on obtient du cuivre « pur », avec une concentration de 99,9 %.

Extraction du cuivre dans le monde

Le Chili occupe la première place tant en réserves de cuivre qu’en production sur la planète Terre. Un tiers des réserves mondiales sont concentrées ici. Le cuivre est extrait du gisement de Chuquicamata depuis plus de 100 ans. Pendant cette période, plus de 26 millions de tonnes ont été extraites. L'Amérique et la Chine occupent les deuxième et troisième places. En termes de quantité de minerai de cuivre, la Russie se classe au cinquième rang mondial avec la Pologne et l'Indonésie. Chaque pays contient 4 % des réserves mondiales de ce minéral.

Cuivre et minerai de cuivre en Russie

En Russie, les réserves de minerai de cuivre comprennent les gisements Norilsk, Oktyabrskoye et Tapakhninskoye. Ils contiennent environ 60 % des réserves de cuivre du pays. La mine d'Udokan, récemment découverte (région de Chita), peut approvisionner le pays en minerai pendant environ 30 ans. Mais jusqu'à présent, aucun travail n'a été réalisé à cet endroit, car il se trouve dans un endroit aux liaisons de transport rudimentaires.

Applications du cuivre

Il est plus facile d'indiquer les zones où le cuivre n'est pas utilisé que de couvrir tous les domaines d'utilisation. Après tout, même dans le corps humain, une dose quotidienne de cuivre est nécessaire (environ 0,9 mg par jour).

En raison de sa faible résistivité, le Cuprum est utilisé pour la production de fils, câbles, bobines électriques, transformateurs et autres équipements électriques.

En raison de sa conductivité thermique élevée, le cuivre intervient à son tour dans la conception des éléments des systèmes de refroidissement, de chauffage et de climatisation.

Dans un domaine du transport, à savoir les pipelines, les tuyaux en cuivre sans soudure sont devenus un conteneur idéal pour transporter à la fois de l'eau et du gaz.

Les bijoutiers utilisent un alliage d’or et de cuivre pour renforcer le premier. Étant donné que l’or en lui-même est un métal très mou, les produits sans mélange de cuivre seraient extrêmement susceptibles de se déformer.

Dans le cadre de la découverte des propriétés bactéricides du cuivre, il a à l'avenir une chance d'être largement utilisé en médecine, à la fois pour la fabrication d'outils et de surfaces de travail, et comme matériau pour les poignées de porte ordinaires.