Мідь сьогодні — метал надзвичайно затребуваний і широко застосовується як в побуті, так і в промисловості. У природі Cu можна зустріти як в чистому стані, так і у вигляді руди. Способів видобутку та отримання міді з вихідних гірських порід є кілька. При цьому всі вони використовуються в промисловості досить широко. Про те, як видобувають мідь, і піде мова в статті.
Трохи історії
В якій місцевості мідь в стародавні часи початку видобуватися і використовуватися людиною вперше, археологам, на жаль, з’ясувати не вдалося. Однак достеменно відомо, що саме цей метал люди почали обробляти і застосовувати в повсякденному житті найпершим.
Відома мідь людині стала ще в кам’яному столітті. Деякі знайдені археологами самородки цього металу несуть на собі сліди обробки кам’яними сокирами. Спочатку люди використовували мідь в основному тільки в якості прикрас. При цьому застосовував для виготовлення таких виробів людина в стародавні часи виключно знайдені ним самородки цього металу. Пізніше люди навчилися обробляти і містить мідь руду.
Уявлення про те, як видобувають Cu і як його обробляють, мали багато народів давнини. Підтверджень тому археологами було знайдено безліч. Після того, як людина навчилася робити сплави міді з цинком, розпочався бронзовий вік. Власне сама назва «мідь» придумали колись стародавні римляни. У цю країну такою метал привозили здебільшого з острова Кіпр. Тому римляни назвали його aes cyprium.
Як добували мідь в давнину
Оскільки цей метал в побуті людиною колись використовувався дуже широко, технології його видобутку були, звичайно ж, розроблені досить досконалі. Наші предки отримували мідь в основному з малахітових руд. Суміш такого матеріалу і вугілля поміщали в глиняний посуд і ставили в яму. Далі масу в горщику підпалювали. Виділявся в результаті чадний газ відновлював малахіт до міді.
Запаси у природі
Де можна добути мідь в 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 містять її руд. Наприклад, у 1950 р. світові резерви цього металу становили 90 млн тонн. До 1970 р. цей показник вже збільшився до 250 млн т, а до 1998 року — до 340 млн т. На даний момент вважається, що запаси міді на планеті становлять понад 2.3 млрд тонн.
Родовища і способи видобутку чистої міді
Як вже згадувалося, спочатку людина використовувала в побуті самородний Cu. Звичайно ж, видобувається така чиста мідь і в наші дні. Утворюються самородки цього металу в земній корі в результаті екзогенних і ендогенних процесів. Найбільше відоме родовище самородної міді на планеті на даний момент знаходиться в США, в районі озера Верхнє. У Росії самородна мідь залягає в Удоканском родовищі, а також в деяких інших місцях Забайкалля. Крім того, відповіддю на питання про те, де можна добувати мідь в Росії у вигляді самородків, є і уральський регіон.
У природі чистий метал цієї різновиди утворюється в зоні окислення медносульфатных покладів. Зазвичай в самородках власне самої міді міститься близько 90-99%. Решта припадає на інші метали. У будь-якому випадку відповіддю на питання про те, як видобувають мідь самородную, служать дві основних технології. Розробляють такі родовища, як і рудні, закритим шахтним або відкритим кар’єрним способом. У першому випадку при цьому використовують такі технологічні процеси, як буріння та відбивання.
Важити мідні самородки можуть дуже багато. Найбільші з них колись були знайдені на озері Верхньому в США. Вага цих самородків становив близько 500 т.
Де добувають мідь в Росії, ми з’ясували. В основному це Забайкаллі і Урал. В нашій країні, звичайно ж, також в різні часи знаходили дуже великі самородки цього металу. Наприклад, мідні шматки вагою до декількох тонн часто знаходили на Середньому Уралі. Один з таких самородків у 860 кг нині зберігається в Санкт-Петербурзі, в музеї Гірничого інституту.
Мідні руди, їх родовища
На даний момент отримувати Cu вважається економічно вигідним і доцільним навіть у тому випадку, якщо його міститься в породі хоча б 0.3%.
Найчастіше для виділення міді промисловим способом в природі в наші дні добувають такі породи:
борниты Cu5FeS4 — сульфідні руди, звані по-іншому мідним пурпуром або строкатим колчеданом і містять близько 63.3% Cu;
халькопириты CuFeS2 — мінерали, що мають гідротермальне походження;
халькозины Cu2S, що містять більше 75% міді;
куприты Cu2O, часто зустрічаються також і в місцях покладів самородної міді;
малахиты, що представляють собою вуглекислу мідну зелень.
Найбільше родовище мідних руд в Росії знаходиться в Норильську. Також такі породи у великих кількостях видобувають у деяких місцях на Уралі, в Забайкаллі, на Чукотці, в Туві і на Кольському півострові.
Як розробляють поклади мідних руд
Різного роду породи, що містять Cu, як і самородки, можуть добуватися на планеті за двома основними технологіями:
закритою;
відкритою.
У першому випадку на родовищі будуються шахти, довжина яких може досягати декількох кілометрів. Для переміщення робітників і техніки такі підземні тунелі оснащуються ліфтами і залізничними шляхами. Дроблення породи в шахтах проводиться з використанням спеціального бурового обладнання, що має шипи. Паркан мідної руди і її завантаження для відправки наверх здійснюються із застосуванням ковшів.
Якщо поклади знаходяться не далі 400-500 м від поверхні землі, їх видобуток ведеться відкритим методом. У цьому випадку на родовищі спочатку знімається верхній пласт породи з використанням вибухових пристроїв. Далі поступово виймається власне сама мідна руда.
Способи отримання металу з порід
Як видобувають мідь, а вірніше, містять руди, ми, таким чином, з’ясували. Але як же на підприємствах в подальшому отримують власне сам Cu?
Основних способів виділення міді з гірських порід існує три:
електролітичний;
пирометаллургический;
гідрометалургійний.
Пирометаллургический флотаційний метод
Ця технологія зазвичай використовується для виділення міді з тих порід, в яких Cu міститься 1.5-2%. Такий матеріал піддають збагаченню флотаційних методом. При цьому:
руду ретельно розмелюють до самого дрібного порошку;
отриманий матеріал змішують з водою;
додають в масу спеціальні флотореагенти, що представляють собою складні органічні речовини.
Флотореагенти покривають дрібні крупинки різних сполук міді та передають їм незмочування.
На наступному етапі:
у воду додають речовини, що створюють піну;
пропускають через суспензію сильний потік повітря.
Легкі сухі частинки сполук міді в результаті прилипають до повітряних бульбашок і спливають нагору. Містить їх збирають піну, віджимають від води і ретельно просушують. В результаті і отримують концентрат, з якого потім виділяють чорнової Cu.
Як видобувають мідь з руди: збагачення методом випалу
Флотаційний метод використовується в промисловості досить часто. Але іноді для збагачення мідної руди застосовується і технологія випалу. Така методика найчастіше використовується для руд, що містять велику кількість сірки. В даному випадку матеріал попередньо нагрівається до температури 700-8000 °С. В результаті відбувається окислення сульфідів з зменшенням в породі вмісту сірки.
На наступному етапі підготовлену таким чином руду розплавляють в шахтних печах при температурі 14500 °С. В кінцевому підсумку при використанні такої технології отримують штейн — сплав міді та заліза. Далі це з’єднання покращують шляхом обдувки в конвертерах. В результаті оксид заліза переходить в шлак, а сірка — в SO4.
Отримання чистої міді: електроліз
При використанні методів флотації та випалу отримують чорнову мідь. Власне Cu такий матеріал містить близько 91%. Щоб отримати більш чисту мідь, чорнову надалі піддають рафінуванню.
В даному випадку з первинної міді спочатку відливають товсті пластини-аноди. Далі:
набирають у ванну розчин мідного купоросу;
підвішують у ванній пластини-аноди;
в якості катодів використовують тонкі листи з чистої міді.
Під час реакції електролізу на аноді відбувається розчинення міді, а на катодах — осадження. Іони міді просуваються до катода, забирають у нього електрони і переходять в атоми Cu+2+2e?>Cu.
Домішки, що містяться в чорнової міді, при очищенні можуть вести себе по-різному. Цинк, кадмій, залізо розчиняються на аноді, але не осідають на катоді. Справа в тому, що в ряді електрохімічного напруги вони знаходяться лівіше міді, тобто мають більш негативні потенціали.
Мідний купорос отримують повільним окисленням сульфідної руди киснем до сульфату міді CuS + 2 O 2 > CuSO4. В подальшому сіль вилуговується водою.
Гидрометаллугический спосіб
В даному випадку для вилуговування і збагачення міді використовується сірчана кислота. У результаті реакції при застосуванні такої технології одержують розчин, насичений Cu і іншими металами. З нього потім і виділяють мідь. При використанні такої методики, крім чорнової міді, можна одержувати й 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 в домашніх умовах
Виділення цього металу з насичених їм руд — справа, таким чином, технологічно відносно нескладне. Тому деякі цікавляться тим, як добути мідь в домашніх умовах. Отримати цей метал з руди, глини та ін своїми руками, без наявності спеціального обладнання, буде, однак, дуже складно.
Деякі, наприклад, цікавляться тим, як добути мідь з глини своїми руками. Адже в природі існують поклади цього матеріалу, багатого в тому числі і на Cu. Однак, на жаль, відомих перевірених технологій отримання в домашніх умовах міді з глини, не існує.
Своїми руками цей метал будинку можна спробувати виділити, мабуть, тільки з мідного купоросу. Для цього останній слід спочатку розчинити у воді. Далі в отриману суміш слід просто помістити який-небудь залізний предмет. Через деякий час останній – в результаті реакції заміщення – покриється мідним нальотом, який надалі можна буде просто зчистити.
