Медная руда – природное сырье для добычи меди

1 Медная руда – что она собой представляет и где встречается

Под данной рудой подразумевают скопления минералов, в которых медь присутствует в таких количествах, которые считаются пригодными для переработки ее в промышленных целях. Общепринятым показателем разумности разработки месторождения принято считать ситуацию, когда в нем скопления меди составляют не менее 0,5–1 %.

При этом порядка 90 % запасов данного металла на земле встречаются в рудах, содержащих не только медь, но и другие металлы (например, никель).

Масштабная добыча меди в России осуществляется в Восточной Сибири, на Урале и Кольском полуострове. Самые крупные залежи этого металла присутствуют на территории Чили (по оценкам экспертов – около 190 миллионов тонн). К другим странам, занимающимся разработкой таких руд, относят США, Замбию, Казахстан, Польшу, Канаду, Заир, Армению, Конго, Перу, Узбекистан. В общей сложности, на планете совокупный запас меди на разведанных месторождениях составляет примерно 680 миллионов тонн.

Все медные залежи принято делить на шесть генетических групп и девять промышленно-геологических типов:

• стратиформная группа (медные сланцы и песчаники);
• колчеданная (самородная медь, жильный и медно-колчеданный тип);
• гидротермальная (медно-порфировые руды);
• магматическая (медно-никелевая руда);
• скарновая;
• карбонатовая (железомедный и карбонатитовый тип).

В нашей стране основная добыча меди осуществляется на медистых сланцах и песчаниках, из медноколчеданной, медно-никелевой и медно-порфировой руды.

2 Природные соединения, в составе которых имеется медь

В природе медь достаточно редко встречается в самородном виде. Чаще всего она "прячется" в различных соединениях. Наиболее известными из них являются следующие:

• Борнит: минерал, который назвали в честь И. Борна – ученого из Чехии. Химическая формула этого минерала – Cu5FeS4, нередко можно услышать и старые наименования соединения – медный пурпур, пестрый медный колчедан. Данный минерал может иметь две модификации полиморфного вида – тетрагонально-скаленоэдрическую (температура не более 228) и кубически-гексаоктаэдрическую (температура выше 228 °C). Медный пурпур также различается по своему происхождению, бывает экзо- и эндогенным. Первый нередко развивается в качестве вторичного раннего сульфида, который при выветривании легко разрушается. А в эндогенном пестром колчедане зачастую присутствует галенит, халькозин, пирит, сфалерит и халькопирит. За счет этого химсостав минерала является непостоянным (теоретические показатели с 25,5 % серы, 11,2 % железа и 63,3 % купрума в природе практически никогда не выдерживаются).
• Халькопирит (формула – CuFeS2): минерал, называвшийся ранее медным колчеданом, имеет гидротермальное происхождение, входит в полиметаллические руды (вместе со сфалеритом и галенитом). Встречается в скарнах (порода контактово-метасоматического вида) и грейзенах (горная метасоматическая порода), формируясь в этом случае в результате метаморфических процессов.
• Халькозин (сульфид меди с формулой Cu2S): в нем содержится 20,2 % серы и 79,8 % меди. Из-за своего выраженного металлического блеска часто называется "медным блеском". Характеризуется различными оттенками (от свинцово-серого до абсолютно черного). В природе халькозин встречается в виде плотных либо зернистых выделений.

3 Редкие вторичные минералы меди – краткий обзор

Намного реже встречаются иные медные минералы, среди которых можно выделить такие:

• Куприт: Cu2О, не образует крупных скоплений, встречается совместно с самородной медью и малахитом в землистых и зернистых массах, относится к оксидным минералам, имеет показатель твердости 4 единицы.
• Ковеллин: сульфид меди, формирующийся метасоматическим путем обнаруженный в начале позапрошлого столетия возле Везувия. Сейчас его добывают в Колорадо (США), Сербии, Италии, Чили. Этот мягкий минерал содержит около 33,5 процентов серы и 66,5 процентов купрума.
• Малахит: углекислая медная зелень, дигидрококскарбонат меди, образующийся около участков окисления гидротермальных полиметаллических и меднорудных залежей при гипергенных явлениях. Многие медные руды сопровождаются малахитом. В России его месторождения разрабатываются около Нижнего Тагила (известный среди специалистов Меднорудянский рудник), а раньше добыча минерала осуществлялась на Урале (на данный момент не ведется).
• Азурит: минерал синего оттенка, названный из-за этого цвета медной лазурью, с твердостью 3,5–4 единицы. Сейчас добывается в основном в африканских странах (Марокко, Конго, Намибия), а также в Австралии, Англии, Греции и Франции. Очень часто сращивается в единое целое с описанным выше малахитом, залегает в близко расположенных к поверхности окислительных областях многих медно-сульфидных залежей.

4 Производство меди – особенности процесса

Данный металл, чьи характеристики (например, высокая теплопроводность меди) обусловили его широкую востребованность) получают из описанных нами минералов и руд тремя способами – гидрометаллургическим, пирометаллургическим и электролизом. Самой распространенной является пирометаллургическая технология, использующая в качестве исходного сырья минерал халькопирит. Общая схема пирометаллургического процесса включает в себя несколько операций. Первой из них является обогащение медной руды окислительным обжигом либо флотацией.

Метод флотации базируется на разном показателе смачиваемой пустой породы и частиц, содержащих медь. За счет этого некоторые минеральные элементы прилипают (избирательно) к воздушным пузырькам и транспортируются ими на поверхность. Такая несложная технология дает возможность получить концентрат порошкообразного вида, в котором содержание меди варьируется от 10 до 35 процентов.

Окислительный обжиг (не стоит путать его с отжигом металла) чаще используется тогда, когда начальное сырье содержит в себе серу в больших количествах. Руда в этом случае нагревается до температуры 700–800 градусов, что приводит к окислению сульфидов и снижению содержания серы в 2 раза. После этого выполняется плавка на штейн (сплав с сульфидами железа и меди, получаемый в отражательных или в шахтных печах) при температуре 1450 градусов.

Медный штейн, который получается после всех этих операций, продувается в конвертерах горизонтальной конструкции без подачи дополнительного топлива (химические реакции дают необходимое для процесса тепло) с боковым дутьем для окисления железа и сульфидов. Получившуюся серу переводят в SO2, а окислы – в шлак.

В итоге из конвертера выходит так называемая черная медь, в которой содержание металла составляет примерно 91 %. Впоследствии ее подвергают очистке с применением огневого рафинирования (удаление ненужных примесей) и подкисленного раствора купороса (медного). Такую очистку называют электролитической, после нее содержание меди достигает показателя в 99,9 %.

При гидрометаллургическом способе производства меди ее получают посредством выщелачивания металла серной кислотой (очень слабым раствором) и выделением из получившегося раствора меди, а также других драгоценных металлов. Такая методика рекомендована для работы с бедными рудами.