Нахождение меди в природе, области ее применения
Медь – это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета.
В природе медь встречается в самородном виде и в соединениях. Промышленное значение имеют такие минералы меди, как борнит, халькопирит и халькозин. Иногда встречаются и другие минералы меди, такие как куприт, азурит, малахит, ковеллин. Встречается медь также в самородном виде, масса некоторых скоплений достигает 400 тонн. Сульфиды меди, как правило, образуются в среднетемпературных гидротермальных жилах. В некоторых случаях месторождения меди встречаются в осадочных породах. Самыми крупными месторождениями меди являются:
- Удокан - 3абайкальский край, Российская Федерация.
- Жезказган - Казахстан.
- Меденосный пояс - Центральная Африка.
- Мансфельд - Германия.
Подавляющее большинство медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1 %.
Благодаря низкому удельному сопротивлению медь широко используется в электротехнике для изготовления проводов, кабелей и при печатном монтаже. Высокая теплопроводность меди позволяет использовать ее в теплообменниках, теплоотводных устройствах. Медь обладает высокой прочностью и пригодна для механической обработки, в связи с этим ее используют для изготовления бесшовных труб круглого сечения, использующиеся для транспортировки газов и жидкостей. В ювелирном деле используются сплавы меди и золота, что для увеличения прочности готовых изделий. Медные сплавы, такие как латунь и бронза также используются во многих областях промышленности.
Способы получения меди. Пирометаллургия
Основными способами получения меди являются:
- Электролиз.
- Гидрометаллургия.
- Пирометаллургия.
Подавляющее большинство меди получают пирометаллургическим способом. При его помощи получают порядка 90 % всей меди. Технология данного способа состоит из нескольких этапов, осуществляющих обогащение поступающего материала и его последовательное получение. Пирометаллургический метод эффективно используется для переработки руды с различным содержанием меди. Он состоит из четырех последовательных операций:
- Обогащение добытого сырья.
- Плавка на штейн.
- Конвертирование штейна.
- Окончательное рафинирование.
Штейн – это промежуточный продукт в процессе получения цветных металлов, который представляет собой смесь сульфидов никеля, меди, железа, кобальта и других элементов.
Для производства меди с максимальной эффективностью осуществляется обогащение добытой руды. В результате обогащения получают концентрат, содержание меди в котором может достигать 10 %. Основным способом обогащения является флотация. Чтобы повысить эффективность обогащения предварительно проводится магнитная сепарация. Данная операция способствует выделению пирротина в самостоятельный концентрат. Сам процесс обогащения медных руд состоит из двух этапов. На первом этапе осуществляется предварительное дробление с последующим разломом на мелкие частицы, размер которых не превышает 0,5 миллиметра. На втором этапе осуществляется флотация, которая основана на обработке не смачивающихся частиц руды пузырьками продуваемого воздуха в и их подъеме вверх в виде пены. Смачиваясь, пустая порода опускается вниз.
Пирометаллургией предусмотрено два способа обжига. Первый - окислительный обжиг. В данном случае производится частичное окисление сульфидов медных концентратов. Этот процесс может протекать в одном из трех режимов: промежуточный, диффузионный или кинетический. Каждый из перечисленных процессов характеризуется значением коэффициента диффузии и скоростью протекания кристаллохимические превращения. Правильный выбор данных параметров значительно снижает содержание серы. Окислительный обжиг осуществляется в специальных агрегатах - обжиговые печи. Второй способ обжига предполагает нагрев до температуры, которая активирует окисление сульфида серы. Выбор оптимальной температуры для данного процесса зависит от параметров сжигания топлива, характеристики теплообмена материалов, изоляционных свойств печи. Для второго способа обжига используются многоподовые печи.
Основными элементами сырья для получения штейна являются сульфиды меди и железа. Результатами плавки на штейн является получение двух продуктов в жидком виде: штейн, в котором сконцентрирована медь и шлак с остальными соединениями. Подготовленный концентрат смешивается с флюсом, который стимулирует процесс плавление. Само плавление может осуществляться в шахтных, отражательных и электродуговых печах. Рафинирование необходимо для выделения чистой меди. Данный процесс целесообразно осуществлять в два этапа. Первый заключается в температурном рафинировании, а второй в электролитическом.
