Cele mai mari zăcăminte de cupru de pe planetă. Cum se extrage cuprul: metode, istorie și depozite Minereu de cupru unde și cum este extras

Exploatarea cuprului este strâns legată de tehnologia de extragere a metalului din minereu și se desfășoară în moduri rentabile, ținând cont de specificul zăcământului.

Tehnologia producerii produselor din cupru.

Baza minerala pentru extragerea metalelor

Materiile prime pentru exploatarea minereului de cupru sunt formațiuni minerale naturale în care componenta metalică este conținută în cantități necesare dezvoltării industriale viabile din punct de vedere economic.

Materii prime pentru exploatarea minereului de cupru.

Depozitele de minereu sunt reprezentate de compuși de silicați, carbonat, sulfat și oxizi formați în zona de oxidare.

Printre mineralele explorate pentru dezvoltarea industrială se numără:

• calcopirită;
• calcocit;
• bornit;
• cuprit;
• cupru nativ;
• brochantita;
• azurit;
• cubanite;
• malachit;
• crizotil.

În minereu, concentrația de metal este de 0,3–5%, iar în minerale concentrația este de 22–100% (metal nativ). Depozitele de cupru sunt într-o relație genetică cu alte componente valoroase care sunt extrase ca elemente chimice suplimentare procesului principal.

Printre componentele asociate se numără:

• platanoide;
• argint;
• aur;
• teluriu;
• galiu;
• molibden;
• bismut;
• nichel;
• titan;
• zinc.

Minereul pentru extracția cuprului conține arsen, antimoniu și, mai rar, mercur. În funcţie de tipul de asociat elemente chimice Există diferite tipuri de depozite, printre care principalele sunt:

• cupru-nichel;
• cupru-pirită;
• gresii cuproase și șisturi;
• cupru-porfir.

Depozitele de metal Skarn și formațiunile de cuarț-sulfură au o importanță secundară. În viitor, nodulii de feromangan localizați în sedimentele de fund ale Oceanului Mondial sunt considerați materii prime pentru producția industrială de metale.

Metode de extracție

Cum se extrage cuprul din zăcămintele de minereu? Concentrația scăzută de metal în rocă necesită prelucrare cantitati mari material. Pentru a obține o unitate de masă metalică, trebuie să procesați 200 de unități de minereu.

Cuprul, care este exploatat în principal prin metoda carierei deschise, este situat la o adâncime de până la 1000 m. Adâncimea exploatării în cariere deschise ajunge la 150–300 m, iar în unele cazuri până la 600 m adâncimi de până la 1000 m sunt dezvoltate prin metoda subterană.

Prelucrarea minereului în căutarea cuprului.

Anumite standarde reglementează fezabilitatea dezvoltărilor de aprofundare în vederea extragerii materiilor prime minereu. Acest lucru se datorează tehnologiei de producție, costurilor suplimentare și productivității reduse a echipamentelor, care cresc costul materiilor prime.

Prin urmare, industria metalurgică folosește pe scară largă metoda deschisă, care se caracterizează prin pierderi nesemnificative în timpul dezvoltării. Deși există și dezavantaje asociate cu depozitarea rocii sterile.

De exemplu, în 2013, a avut loc o alunecare de teren la mina Kennecott Utah Copper Bingham Canyon din Statele Unite. Adâncimea carierei Bingham Canyon este de aproximativ 1 km, iar diametrul este de aproximativ 4 km. Aici a fost extras minereu timp de 150 de ani.

Livrarea materiilor prime la locul de procesare a fost efectuată de vehicule cu o capacitate de transport de 231 de tone. Minerii au fost avertizați despre fenomenul periculos și au fost pregătiți pentru evoluții. Peretele carierei se mișca cu o viteză de câțiva centimetri pe zi, iar încercările de a-l întări nu au produs rezultatul dorit.

Condițiile de extracție a materiilor prime necesită utilizarea tehnologiei de dezvoltare secvențială folosind:

• echipamente autopropulsate;
• efectuarea de lucrări în timpul extracției materiilor prime;
• umplerea spațiului exploatat cu materiale speciale în scopul siguranței dezvoltării ulterioare.

Fiecare proces prevede o reducere a pierderilor în timpul dezvoltării zăcămintelor și o îmbunătățire a producției de minereu.

Prin extragerea minereului în straturi se asigură utilizarea deplină a rezervelor. În carierele adânci, se utilizează tehnologia cu flux ciclic, ținând cont de particularitățile apariției minereului.

Tehnologia de extracție a metalelor

Pentru a separa rocile care nu conțin o componentă valoroasă, se folosește metoda flotației. Doar o cantitate mică de materii prime care conțin cupru în concentrații mari este supusă topirii directe. Topirea metalelor presupune proces complex, inclusiv următoarele operațiuni:

• ardere;
• siguranța;
• conversie;
• foc și rafinare electrolitică.

Topirea materiilor prime.

În timpul procesului de prăjire a materiilor prime, sulfurile și impuritățile conținute în acesta sunt transformate în oxizi (pirita este transformată în oxid de fier). Gazele eliberate în timpul prăjirii conțin oxid de sulf și sunt folosite pentru a produce acid.

Oxizii metalici formați ca urmare a influenței unui gradient de temperatură asupra rocii sunt separați sub formă de zgură în timpul arderii. Produsul lichid obtinut din retopire este supus transformarii.

Componentele valoroase sunt extrase din blister de cupru și impuritățile dăunătoare sunt îndepărtate prin rafinare la foc, iar alte metale sunt îndepărtate prin saturarea amestecului lichid cu oxigen și apoi turnarea acestuia în matrițe. Piesele turnate sunt folosite ca anod pentru metoda electrolitică de purificare a cuprului.

Materia primă, care conține cupru și nichel, este supusă îmbogățirii folosind o schemă de flotație selectivă pentru a obține un concentrat de metal. Minereurile fier-cupru sunt supuse separării magnetice.

Gresiile și șisturile cuproase, ganga și minereurile metalice native sunt prelucrate pentru a extrage concentratul de cupru. Îmbogățirea se realizează prin metoda gravitațională.

Metoda de flotație este folosită pentru minereurile amestecate și oxidate, dar mai des sunt folosite metode chimice și leșierea bacteriană.

Concentrarea minereului cu conținut scăzut de cupru poate fi efectuată folosind o metodă hidrometalurgică, care constă în levigarea cuprului cu acid sulfuric. Cuprul și metalele înrudite, inclusiv cele prețioase, sunt separate de soluția rezultată.

Metalele din subgrupa cuprului se caracterizează printr-o activitate chimică scăzută, din acest motiv se găsesc sub formă de compuși chimici, precum și pepite. Cu multe secole în urmă, cuprul putea fi găsit doar sub formă de compuși ai sulfului - calcopirită și calcocit. Acest lucru se datorează faptului că cuprul are o mare afinitate chimică pentru sulf. Majoritatea minereurilor primare conțin cupru sub formă de sulfură - CuS.
În timp, mai ales în condiții de activitate vulcanică, sub influența unor cantități mari de oxigen, sulfurile de cupru au devenit oxizi. Pepitele de cupru s-au format în natură în timpul încălzirii puternice a minereului de sulf oxidat. De exemplu, dacă mineralele de cupru oxidate și minereurile de sulf se aflau sub un strat gros de rocă, acestea au fost încălzite de dezastrele naturale și căldura pământească. În astfel de „ateliere metalurgice” naturale au fost topite volume colosale de cupru. O pepită cu o greutate de 420 de tone a fost găsită în America de Nord. Cu toate acestea, acest lucru este rar cuprul nativ de pe planetă este de aproximativ 1%.

Zăcăminte mondiale de cupru

O mulțime de cupru, ca și alte minerale, se află pe fundul oceanelor. În partea de jos există grupuri de pietre rotunde care conțin aproximativ 0,5% cupru. Potrivit analizei geologilor, rezervele de minereu de cupru din ocean ajung la 5 miliarde de tone.
Există aproape 250 de minerale de cupru, dar doar 20 sunt folosite industrial. Principalele minereuri de cupru includ:

• calcocit - Cu 2 S, care conține 79,8% cupru
• calcopirită - CuFeS 2, care conține 30% cupru. Acest minereu reprezintă aproape 50% din toate zăcămintele de cupru
• bornit - Cu 5 FeS 4, conține de la 52 la 65% cupru
• covellita - CuS, contine 64% cupru.

Conform parametrilor genetici și industrial-geologici, zăcămintele de cupru sunt:

• stratiforme, care includ șisturi de cupru și gresii
• pirite. Acest grup include cuprul nativ și filon
• hidrotermal
• magmatice, inclusiv cele mai comune minereuri de tip cupru-nichel
• carbonat. Acest grup include minereuri de fier-cupru și carbonatit.

Rezervele de cupru din lume

Cea mai mare cantitate de cupru, aproximativ 65%, apare în nordul și America de Sud. Statele europene au 15% din resurse, statele asiatice - 11%, statele africane - 4,5%.
Cele mai mari rezerve confirmate de cupru sunt înregistrate în Chile. Aproape 20% din rezervele lumii se află acolo. Și în SUA - 12,7%. Pe lângă aceste țări, există mult cupru în Polonia, Indonezia, Iran, Kazahstan, China, Uzbekistan, Filipine, precum și în Zair, Zambia, Brazilia, Canada, Mexic, Panama, Peru și Australia. În fiecare dintre aceste state, conform experților, există aproximativ 10 milioane de tone.

Exploatarea minereului de cupru

Datorită conținutului scăzut de cupru din minereu, extracția acestuia presupune prelucrarea unor volume mari de rocă. Pentru a topi 1 tonă de cupru trebuie prelucrate peste 200 de tone de minereu.
Metode de extragere a cuprului:

• metoda deschisa. Dacă zăcămintele de minereu sunt situate aproape de suprafața pământului, atunci ele sunt dezvoltate în acest fel, adâncimea exploatării în cariera este de 150-300 m. Metoda se caracterizează prin pierderi mai mici
• metoda subterană. Folosind această metodă, minereul este extras de la o adâncime de 500 m, iar uneori de la 800-1000 m.

Există cinci sisteme tehnologice pentru dezvoltarea câmpului:

• folosind echipamente autopropulsate. Această tehnologie este utilizată pe scară largă
• folosind mecanisme de vibrație continuă
• folosind umplutură de întărire. În acest caz, există o excavare continuă a rezervelor de zăcăminte puternice cu pierderi minime. Prin utilizarea unor astfel de sisteme, pierderile sunt reduse de 3-4 ori
• metoda de extragere a minereului în straturi orizontale. La umplerea țevilor (în minele subterane) cu compuși de întărire, se folosesc țevi căptușite cu cauciuc sau bazalt, a căror durată de viață este de 50-100 de ori mai mare decât cea a oțelului.
• tehnologie cu flux ciclic pentru implementarea operațiunilor miniere.

Centre de producție de cupru

Centrele de producție de cupru sunt prezente în diferite regiuni ale Rusiei. Kazahstanul se mândrește cu cele mai bogate zăcăminte de minereu. Există și depozite în Urali. Conform celor mai recente date, Rusia ocupă primul loc în lume în exploatarea minereului de cupru.
În imediata apropiere a minelor se construiesc fabrici de cupru. Factorul materiei prime este componenta determinanta datorita continutului scazut de concentrate din materia prima. Există 11 complexe de cupru situate în Urali, producând 43% din cuprul țării. Pe lângă materiile prime proprii, producția folosește și cele importate din Kazahstan. Există și fabrici de reciclare a deșeurilor. De exemplu, gazele de dioxid de sulf, ca produs secundar al exploatării cuprului, sunt folosite pentru a crea acid sulfuric, care este apoi folosit pentru a face îngrășăminte.

Cel mai comun minereu de cupru de pe planeta noastră este bornitul. Dar, pe lângă el, cuprul este extras și din alte minereuri, despre care vom vorbi în acest articol.

1

Acest minereu se referă la acumulări de minerale în care cuprul este prezent în astfel de cantități care sunt considerate adecvate pentru prelucrare în scopuri industriale. Un indicator general acceptat al caracterului rezonabil al dezvoltării unui zăcământ este considerat a fi o situație în care acumulările de cupru în acesta sunt de cel puțin 0,5–1%.

Mai mult, aproximativ 90% din rezervele acestui metal de pe pământ se găsesc în minereuri care conțin nu numai cupru, ci și alte metale (de exemplu, nichel).

Exploatarea la scară largă a cuprului în Rusia se desfășoară în Siberia de Est, în Urali și Peninsula Kola. Cele mai mari zăcăminte ale acestui metal sunt prezente în Chile (conform experților, aproximativ 190 de milioane de tone). Alte țări implicate în dezvoltarea unor astfel de minereuri includ SUA, Zambia, Kazahstan, Polonia, Canada, Zair, Armenia, Congo, Peru și Uzbekistan. În total, rezervele totale de cupru ale planetei în depozitele explorate sunt de aproximativ 680 de milioane de tone.

Toate zăcămintele de cupru sunt de obicei împărțite în șase grupuri genetice și nouă tipuri geologice industriale:

• grup stratiform (șisturi de cupru și gresii);
• pirită (tip cupru nativ, filon și cupru-pirită);
• hidrotermale (minereuri de cupru porfir);
• magmatic (minereu de cupru-nichel);
• skarn;
• carbonat (tip fier-cupru și carbonatit).

În țara noastră, principala extracție a cuprului se realizează pe șisturi cuprose și gresii, din pirite de cupru, minereuri de cupru-nichel și porfir de cupru.

2

În natură, cuprul este destul de rar în forma sa nativă. Cel mai adesea, se „ascunde” în diverse conexiuni. Cele mai faimoase dintre ele sunt următoarele:

3

Alte minerale de cupru sunt mult mai puțin comune, printre care se numără următoarele:

4

Acest metal, ale cărui caracteristici (de exemplu, ridicate) au dus la cererea sa largă) este obținut din mineralele și minereurile descrise de noi în trei moduri - hidrometalurgic, pirometalurgic și electroliză. Cea mai comună este tehnologia pirometalurgică, care folosește calcopirita minerală ca materie primă. Schema generala Procesul pirometalurgic include mai multe operații. Prima dintre ele este îmbogățirea minereului de cupru prin prăjire oxidativă sau flotare.

Metoda de flotație se bazează pe diferența dintre ganga umezibilă și particulele care conțin cupru. Din acest motiv, unele elemente minerale aderă (selectiv) la bulele de aer și sunt transportate la suprafață de către acestea. Astfel de tehnologie simplă face posibilă obținerea unui concentrat sub formă de pulbere în care conținutul de cupru variază de la 10 la 35 la sută.

Prăjirea oxidativă (a nu se confunda cu) este mai des folosită atunci când materia primă inițială conține sulf în cantitati mari. În acest caz, minereul este încălzit la o temperatură de 700–800 de grade, ceea ce duce la oxidarea sulfurilor și la înjumătățirea conținutului de sulf. După aceasta, se efectuează topirea matei (un aliaj cu sulfuri de fier și cupru, produs în cuptoare cu reverberație sau cu arbore) la o temperatură de 1450 de grade.

Mata de cupru, care se obține după toate aceste operațiuni, este suflată în convertoare orizontale fără a furniza combustibil suplimentar ( reactii chimice asigura caldura necesara procesului) cu suflare laterala pentru oxidarea fierului si sulfurilor. Sulful rezultat este transformat în SO2, iar oxizii în zgură.

Ca urmare, ceea ce iese din convertor este așa-numitul cupru negru, în care conținutul de metal este de aproximativ 91%. Ulterior, este purificat folosind rafinarea la foc (înlăturarea impurităților inutile) și o soluție acidificată de sulfat de cupru (cupru). Această curățare se numește electrolitică, după care conținutul de cupru ajunge la 99,9%.

În metoda hidrometalurgică de producere a cuprului, acesta se obține prin levigarea metalului cu acid sulfuric (o soluție foarte slabă) și separarea cuprului, precum și a altor metale prețioase, din soluția rezultată. Această tehnică este recomandată pentru lucrul cu minereuri de calitate scăzută.

Înainte să le arunci pe cele vechi aparate electrocasnice poți beneficia de ele în cel mai adevărat sens al cuvântului. Majoritatea aparatelor electrice conțin , care pot fi predate foarte profitabil la punctele de colectare specializate. Desigur, demontând doar propriul echipament stricat bani mari Nu veți putea face bani, dar dacă luați problema în serios și colectați fier vechi de la rude, prieteni și gropi de gunoi, puteți completa în mod semnificativ bugetul familiei.

Principalele surse de cupru.

Cum să colectezi corect cuprul?

Pe planeta noastră nu există multe metale ale căror volume de producție depășesc pe cele ale cuprului. Al douăzeci și nouălea număr din tabelul periodic al lui Mendeleev se află pe locul trei onorabil în ceea ce privește nivelurile de producție, imediat după fier și aluminiu. Prea multe industrii ar avea probleme dacă depozitele lor ar rămâne brusc fără metal, atât de necesar. Importanța cuprului și a minereului de cupru poate fi cu greu supraestimată pentru inginerie electrică, inginerie termică, metalurgie, medicină și chiar transport.

Ce este minereul de cupru

Minereu de cupru, ca oricare altul, este un conglomerat de substanțe, roci, minerale, conținutul de substanță dorită în care este atât de mare încât este considerat adecvat pentru minerit. Merită spus că împreună cu așa-numitul Cuprum ( nume latin cupru), minereul său este, de asemenea, extras în proporții și mai mici de către alții elemente utile. Cuprul în sine începe să fie extras în minereuri în care cantitatea sa depășește 0,5%.

Da, în forma sa pură, cuprul se găsește în natură chiar mai des decât aluminiul, dar totuși această cifră este de aproximativ un procent din rezervele globale, deoarece exploatarea se desfășoară încă din minereuri. Următoarele grupe de minereuri se disting după locurile de formare și compoziție: carbonat, sulfură, cupru-nichel, cupru porfir (hidrotermal), skarn, stratiform.

Diferențele de saturație

Există o mulțime de variații ale compușilor de cupru cu alte substanțe din minereuri, aproximativ două sute și jumătate. Ne vom uita la cele mai populare și mai intense:

1. Bornit. Cel mai adesea aparține grupului hidrotermal de minereuri și poate conține aproximativ 65% Cuprum. Chim. formula – Cu 5 FeS 4;
2. Kovelin. De asemenea, membru al grupului hidrotermal, până la 64% cupru. Formula – CuS;
3. Calcopirită. Grup hidrotermal. Saturația de cupru este de 30%. Cel mai popular minereu este 50% din toate zăcămintele. Formula – CuFeS 2;
4. Calcocina. Lider în ceea ce privește saturația. 79,8% „metal roșu”. Încă același grup hidrotermal. Formula – Cu 2 S.

Metode de extragere a minereului de cupru

Există două metode de minerit - mina și cariera deschisă. Cu asta se pot lăuda tehnologiile moderne în timpul exploatării minereului. Metoda deschisă este utilizată în cazurile în care depozitul de cupru nu este situat foarte adânc în subteran (aproximativ 400-500 de metri). Mai întâi, se îndepărtează un strat de rocă sterilă și apoi începe procesul de exploatare în sine, pentru a facilita care explozii direcționate sunt utilizate.

În cazul metodei arborelui, după cum sugerează și numele, un arbore este perforat. Adâncimea ajunge uneori la un kilometru. Minele sunt dotate cu ascensoare pentru transportul echipamentelor și muncitorilor, precum și pentru transportul minereului rezultat în vârf. Mașini de forat cu țesut, mușcă în rocă, extrage din mine necesare producției minereu.

Prelucrarea minereului rezultat

Începând de astăzi, există 3 moduri de procesare a minereului de cupru rezultat. Pirometalurgice, hidrometalurgică și electroliză.

Metoda pirometalurgică este cea mai populară. Calcopirita cea mai comună este considerată „material de lucru”.

La început, se realizează îmbogățirea. În acest scop, se utilizează metoda de ardere oxidativă. Această metodă este foarte potrivită pentru calcopirită, deoarece este concepută în primul rând pentru minereuri cu concentrații mari de sulf. Cu această tehnologie, minereul este încălzit la temperaturi ridicate(uneori până la 8 mii de grade Celsius), timp în care sulful și oxigenul interacționează, după care aproape jumătate din sulf se evaporă. Minereul este apoi încălzit în continuare în cuptoare cu arbore sau cu reverberație. Vorbim deja de 1,4-1,5 mii de grade.

Uneori, bijuteriile false sunt făcute din cupru, ca material de culoare similară. Pentru a evita contrafacerile, rețineți că cuprul se întunecă în timp, iar în apă rămâne un miros metalic.

Rezultatul, după expunerea la astfel de temperaturi, este un aliaj de sulfuri de cupru și fier - mat. Aliajul este suflat prin convectoare, datorită cărora atât fierul, cât și sulful sunt din nou oxidați, evaporându-se în unele locuri și depunându-se sub formă de zgură în altele. Produsul devine 91% cupru blister.

Pentru a obține un conținut aproape standard de cupru în aliaj, se utilizează tehnologia de rafinare la foc. O soluție acidificată de CuSO4 este, de asemenea, utilizată împreună cu acesta. După aceste manipulări, care, de altfel, se numesc rafinarea electrolitică a cuprului, obținem cupru „pur”, cu o concentrație de 99,9%.

Exploatarea cuprului în lume

Chile ocupă primul loc atât în ​​rezervele de cupru, cât și în producția sa de pe planeta Pământ. O treime din rezervele lumii sunt concentrate aici. Cuprul a fost extras în zăcământul Chuquicamata de peste 100 de ani. În acest timp, au fost extrase peste 26 de milioane de tone. America și China ocupă locurile doi și trei. În ceea ce privește cantitatea de minereu de cupru din Rusia, țara ocupă locul cinci în lume, alături de Polonia și Indonezia. Fiecare țară conține 4% din rezervele mondiale din acest mineral.

Cupru și minereu de cupru în Rusia

În Rusia, rezervele de minereu de cupru includ zăcămintele Norilsk, Oktyabrskoye și Tapakhninskoye. Acestea conțin aproximativ 60% din rezervele de cupru ale țării. Mina Udokan recent descoperită (regiunea Chita) poate furniza țara cu minereu timp de aproximativ 30 de ani. Însă până acum nu s-a lucrat în acest loc, întrucât se află într-un loc cu legături de transport rudimentare.

Aplicații cupru

Este mai ușor să indicați zonele în care cuprul nu este utilizat decât să acoperiți toate zonele de utilizare a acestuia. La urma urmei, chiar și în corpul uman este nevoie de o doză zilnică de cupru (aproximativ 0,9 mg pe zi).

Datorită rezistivității sale scăzute, Cuprum este utilizat pentru producția de fire, cabluri, bobine electrice, transformatoare și alte echipamente electrice.

Datorită conductivității sale termice ridicate, cuprul, la rândul său, este implicat în proiectarea elementelor sistemelor de răcire, încălzire și aer condiționat.

Într-un domeniu de transport, și anume conductele, conductele de cupru fără sudură au devenit un container ideal pentru transportul atât a apei, cât și a gazului.

Bijutierii folosesc un aliaj de aur și cupru pentru a le consolida pe cele dintâi. Deoarece aurul, în sine, este un metal foarte moale, iar produsele fără amestec de cupru ar fi extrem de susceptibile la deformare.

În legătură cu descoperirea proprietăților bactericide ale cuprului, în viitor acesta are șansa de a fi utilizat pe scară largă în medicină, atât pentru fabricarea de unelte și suprafețe de lucru, cât și ca material pentru mânerele ușilor obișnuite.