Добыча меди: основные способы добычи и область применения металла

Производство меди

Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и её сплавы. В рудах содержится 1 – 6% меди. Руду, содержащую меньше 0,5% меди, не перерабатывают, так как при современном уровне техники извлечение из неё меди нерентабельно.

В рудах медь находится в виде сернистых соединений (CuFeS2 – халько-пирит, Cu2S – халькозин, CuS – ковелин), оксидов (CuO, CuO) и гидрокарбонатов

Пустая порода руд состоит из пирита (FeS2), кварца (SiO2), различных соединений содержащих Al2O3, MgO, CaO, и оксидов железа.

В рудах иногда содержится значительные количества других металлов (цинк, золото, серебро и другие).

Известны два способа получения меди из руд:

гидрометаллургический;
пирометаллургический.

Гидрометаллургический не нашел своего широкого применения из-за невозможности извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Пирометаллургический способ пригоден для переработки всех руд и включает следующие операции:

подготовка руд к плавке;
плавка на штейн;
конвертирование штейна;
рафинирование меди.

Подготовка руд к плавке

Подготовка руд заключается в проведении обогащения и обжига. Обогащение медных руд проводят методом флотации. В результате получают медный концентрат, содержащий до 35% меди и до 50% серы.

Концентраты обжигают обычно в печах кипящего слоя с целью снижения содержания серы до оптимальных значений. При обжиге происходит окисление серы при температуре 750 – 800 °С, часть серы удаляется с газами.

В результате получают продукт, называемый огарком.

Плавку на штейн

Плавку на штейн ведут в отражательных или электрических печах при температуре 1250 – 1300 °С. В плавку поступают обожженные концентраты медных руд, в ходе нагревания которых протекают реакции восстановления оксида меди и высших оксидов железа

6CuO + FeS = 3Cu2O + FeO + SO2

FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2

В результате взаимодействия Cu2O с FeS образуется Cu2S по реакции:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют штейн, а расплавленные силикаты железа, растворяя другие оксиды, образуют шлак. Штейн содержит 15 – 55% Cu; 15 – 50% Fe; 20 – 30% S. Шлак состоит в основном из SiO2, FeO, CaO, Al2O3.

Штейн и шлак выпускают по мере их накопления через специальные отверстия.

Конвертирование штейна

Конвертирование штейна осуществляется в медеплавильных конвертерах (рисунок 44) путем продувки его воздухом для окисления сернистого железа, перевода железа в шлак и выделения черновой меди.

Конвертеры имеют длину 6 – 10 м и наружный диаметр 3 – 4 м. Заливку расплавленного штейна, слив продуктов плавки и удаление газов осуществляют через горловину, расположенную в средней части корпуса конвертера. Для продувки штейна подается сжатый воздух через фурмы, расположенные по образующей конвертера.

В одной из торцевых стенок конвертера расположено отверстие, через которое проводится пневматическая загрузка кварцевого флюса, необходимого для удаления железа в шлак.Процесс продувки ведут в два периода. В первый период в конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс.

В этом периоде протекают реакции окисления сульфидов

2FeS + 3O2 = 2Fe + 2SO2,

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

Образующаяся закись железа взаимодействует с кварцевым флюсом и удаляется в шлак

2FeO + SiO2 = (FeO)2·SiO2

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащую 98,4 – 99,4% Cu. Полученную черновую медь разливают в плоские изложницы на ленточной разливочной машине.

Рафинирование меди

Для получения меди необходимой чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию. При этом, помимо удаления примесей можно извлекать также благородные металлы.

При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенную печь и расплавляют в окислительной атмосфере. В этих условиях из меди удаляются в шлак те примеси, которые обладают большим сродством к кислороду, чем медь.

Для ускорения процесса рафинирования в ванну с расплавленной медью подают сжатый воздух. Большинство примесей в виде оксидов переходят в шлак (Fe2O3, Al2O3, SiO2), а некоторые примеси при рафинировании удаляются с газами. Благородные металлы при огневом рафинировании полностью остаются в меди.

Кроме благородных металлов в меди в небольших количествах присутствуют примеси сурьмы, селена, теллура, мышьяка. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99 – 99,5%.Для удаления этих примесей, а также для извлечения золота и серебра медь подвергают электролитическому рафинированию.

Находящиеся в меди примеси благородных металлов выпадают на дно ванны в виде остатка (шлама). После электролитического рафинирования получают медь чистотой 99,95 – 99,99%.

Размер модели.

Размер отливки L, мм	Усадка, %	Усадка Y, мм	Размер модели L, мм
Ш 265,2	1,0	2,6	Ш 258,8±1,2
Ш 190	1,0	1,9	Ш 191,9±1,2
176,2	1,0	1,8	178,0±1,2
143,1	1,0	1,4	144,5±1,2

При изготовлении моделей и стержневых ящиков имеют место отклонения размеров, которые регламентированы стандартами.

Размеры стержня и стержневого ящика.

Размер отливки L, мм	Усадка, %	Усадка Y, мм	Размер стержня L, мм	Размер знака, мм	Размер ящика L, мм
Ш 94,4	1,0	0,9	Ш 95,3	Ш 95,3±1,0
176,2	1,0	1,8	178,0	Высота: «верх»- 17,5 «низ»- 35,0	230,5±1,2 17,5±0,7 35,0±0,7

Модели и стержни изготавливают со стержневыми знаками. Знаки на модели образуют в литейной форме полости, в которые помещают знаковые части стержня. Для получения технологических зазоров между литейной формой и знаковыми частями стержня соответствующие размеры знаковых частей модели увеличивают на величину зазора (0,2мм).

Размер знаковых частей модели.

Размер знака на стержне, мм	Зазор, мм	Размер знака на модели, мм
Ш 95,3	2×0,2	Ш 5,7±1,0
35	—	35±0,7
17,5	0,2	17,7±0,7

Выбор управляющей программы для станка с ЧПУ

Управляющая программа разрабатывает маршрут движения фрезы. Она содержит все сведения о режимах металлообработки и типе режущего инструмента для любого этапа (чистового, чернового).

Программа подбирает такой режим, который позволяет фрезе плавно обводить рельеф и получить нужную деталь. Для меди режим выбирается умеренный. Это приводит к увеличению времени, однако готовые изделия выходят в соответствии с ГОСТом.

Современные станки с ЧПУ имеют специальные CAM-программы. Они позволяют заранее рассчитать и указать время процесса для каждого конкретного случая. При длительном времени работ разрешено увеличить скорость либо подачу.

Где и как найти медь

Поиск металлолома многим стал источником дохода. Существуют люди, для которых это вид деятельности хобби или способ заработка. Данный процесс является трудоемким и занимает много времени. Для начинающих металлоискателей это может показаться испытанием, но если знать, где можно найти металл, то это занятие не столь сложное.

Приборы, в которых содержится медь и ее сплавы

Для добычи меди не нужно далеко ходить. Это необязательно должны быть раскопки на полях, с использованием металлоискателя. Взять медь можно из старых электрических приборов. Из-за того, что ремонт старых приборов занимает много времени и средств, чаще всего их выбрасывают. Но перед этим из них, возможно, достать металлолом, который после переработки используется для изготовления труб, проволоки, профильных листов либо заменять некоторые элементы для приборов.

Медный сплав можно легко найти:

В подшипниках, радиаторах, моторах, шестеренках.
В старых украшениях и элементах декора.
В сантехнике.
В кухонной посуде.
В радиаторах и компьютерах.

Саму же медь, возможно, найти в следующих приборах:

До полутора килограмм металлолома можно найти в ламповом телевизоре.
Почти три килограмма меди можно взять из двигателя старого холодильника, советского образца.
Меньшее количество меди берется из стиральных машинок, фенов, микроволновых печей.
Если имеется непригодный к ремонту стартер от транспортного средства, то оттуда тоже можно добыть металл.

Из данных устройств, взять меди можно не так много, но зато данные приборы широко встречаются.

Где искать?

Чтобы не терять время на поиски, нужно заранее знать, где добыть металл. К таким местам можно отнести:

Поля. На них часто можно встретить сломанную технику.
Заброшенные предприятия, где зачастую находится много алюминия и меди.
Базы по ремонту автомобилей. Найти такое заброшенное место дорогого стоит. Где как не тут искать металлолом. Удобство заключается в том, что все сломанные детали складывают в одно место и порой, всего лишь один болт может вытянуть на килограмм.
Свалка. Данное место подойдет для тех, кто является новичком и не знает где осуществлять поиск меди, для сдачи. Именно тут можно легко научиться различать виды металлов, чтобы не сдавать в дальнейшем их по одной цене.
Заброшенный полигон. В таких местах можно с легкостью находить гильзы, мишени и муляжи техники.

Добыча медной руды

Медь – один из самых первых металлов, освоенных человечеством. В самом начале его добывали, собирая самородки, а затем научились извлекать из руд. С годами технологии добычи полезных ископаемых совершенствовались. Но определяющим фактором при выборе способа добычи, всегда являлась и является глубина расположения залежей. Впрочем, существуют специально разработанные стандарты, учитывающие множество факторов и позволяющие выбрать наиболее удачное с экономической точки зрения решение, в плане выбора рабочей глубины разработки и применяемых технологий.

В карьере

В случае размещения пласта осваиваемого минерала на глубине не более 500 м, наиболее целесообразным является открытый способ добычи. Именно с его помощью извлекается большая часть медных руд. Несмотря на ряд проблем, связанных с освоением значительной площади, перемещением огромных масс пустой породы, привлечением значительного количества технических средств и вредным воздействием на окружающую среду, способ отличается достаточно высокой эффективностью и отсутствием значительных потерь полезного ископаемого. Соотношение выхода металла на добываемую руду составляет: 1:200.

Проведя предварительные геологические исследования в месте будущего карьера или разреза, производится съём и удаление в отвалы верхних слоёв породы. Очень часто это сопровождается бурением твёрдых скальных массивов и взрывными работами. Ископаемый минерал извлекается слоями с дальнейшей разработкой новых массивов. Руда забирается ковшевой техникой (экскаваторами, погрузчиками) и грузится в транспортные средства (конвейера, самосвалы) для перевозки на перерабатывающие предприятия.

Области применения

Отраслей, где находит своё применение этот древнейший из металлов, множество:

Металлургия. Именно эта отрасль выпускает множество готовых изделий в виде

проката: листов, плит, лент, труб, прутков, шин, проволоки;
сплавов: бронзы, латуни, мельхиора, константана, манганина нейзельбера.

Те и другие изделия, и промежуточные материалы находят широкое применение в технических отраслях, при производстве вооружений, в декоративно-прикладном искусстве. Отличительными особенностями сплавов являются – сохранение механических свойств, высокий уровень скольжения в парном сочетании и антикоррозийная устойчивость.

Машиностроение. Здесь используется значительная часть медесодержащей продукции, полученной в результате металлургических процессов. Это – высокопрочные сплавы с алюминием, оловом, кремнием, цинком. А также разнообразные детали машин и механизмов. Одним из направлений является изготовление твёрдых припоев, опять же находящих применение в машиностроительной отрасли.
Химия. Катализатором процесса полимеризации ацетилена выступает опять же медь.
Электротехника. Благодаря высокой электрической проводимости, этот металл стал незаменим в качестве проводника при изготовлении шин, кабелей, проводов, дорожек печатных плат. Они, в свою очередь, входят в состав множества электротехнических изделий, где также присутствуют медные элементы конструкций и сплавы данного металла. Кроме того, медь находит использование в химических источниках тока и при изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих материалов.
Энергетика. Одним из важных направлений использования меди является изготовление на её основе труб, являющихся составной частью систем газоснабжения, водоснабжения, отопления, охлаждения, кондиционирования и обеспечения технологическими жидкостями.
Ювелирное дело. Специфика изготовления драгоценных изделий, служащих в качестве украшений, требует сочетания целого ряда противоречивых факторов. Чтобы придать прочность золоту, в него добавляют медь. Податливость материала не уменьшается, а срок службы и устойчивость к механическим воздействиям – существенно возрастают.

АО «Волжский трубный завод»

Волжский трубный завод основан в 1970 году и является одним из крупнейших предприятий по производству труб на территории России. Трубы, производимые этим заводом, активно используются для газовой, нефтяной и химической промышленностей, а также для машиностроения и теплоэнергетики. Завод находится в городе Волжский, волгоградской области. В стенах завода работает около десяти тысяч сотрудников, производящий продукцию как для нашего, так и зарубежного рынка. Завод стремится к сохранению окружающей среды, к оправданному и рациональному распределению и потреблению природных ресурсов.

Из чего складывается цена на принимаемый медный лом

Факторы, влияющие на стоимость медного металлолома

Стоимость медного лома в пункте приема, зависит от нескольких факторов:

Качество. Чем выше содержание меди, тем выше стоимость;
Чистота. Следы сварки, смазки, эмали, лака и окисления должны отсутствовать;
Целостность оболочки;
Сложность дальнейшей переработки;
Объем партии. Чем больше количество лома, тем выше цена за 1 кг.

Зависимость цены от места приема

Отдельные перекупщики, осуществляющие свою деятельность без лицензии, оценивают лом по очень низкой цене, так как зачастую у них нет специального оборудования и измерительных приборов. К тому же, нередко они намеренно занижают стоимость, чтобы потом нажиться на доверчивых людях, сдающих им металлолом.

У крупных компаний и предприятий по переработке металла цены на лом будут выше. Как правило, они имеют в своем распоряжении спектрометры, которые с большой точностью определяют чистоту металла и процент его содержания в сплавах. Таким образом, квалифицированные сотрудники оценят Ваш медный лом максимально выгодно.

Влияние объема лома на стоимость

Как уже упоминалось выше, цена на медный лом зависит от его количества. В случае с медью стоимость за 1 кг увеличится, если объем сдаваемой партии будет достаточно большой. Например, продав за один раз 100 кг меди, Вы получите больше прибыли, но даже небольшая партия принесет хорошую выгоду.

Зависимость цены от города

Цены на лом меди могут значительно отличаться в разных городах. Это происходит из-за уровня спроса на данный металл и наличием предприятий, связанных с производством изделий из меди.

Стоимость зависит от состояния металлолома и его вида. Чистейшая медь («блеcк») ценится выше всего, а смесь с примесями других элементов – гораздо ниже.

Как увеличить цену на медный металлолом

Для того чтобы сдать вторсырье из меди по самой лучшей цене, нужно:

1. Сравнить цены на медный металлолом в разных пунктах Вашего города;

2. Ознакомиться с репутацией пункта приема, уточнить имеется ли у него соответствующая лицензия и оборудование.

3. Собрать как можно больше металлолома, так как большая партия будет цениться выше.

4. Оценить условия приема, выяснить предоставят ли Вам услуги по вывозу или демонтажу, если они необходимы.

Технология огневого рафинирования черновой меди

Этот способ получения чистой меди используется, когда исходное сырье – медный лом.

Процесс протекает в специальных отражательных печах, которые топятся углем или нефтью. Растопленная масса наполняет ванну, в которую вдувают воздух по железным трубам:

диаметр труб – до 19 мм;
давление воздуха – до 2,5 атм;
емкость печи – до 250 кг.

В процессе рафинирования окисляется медное сырье, выгорает сера, затем металлы. Окислы не растворяются в жидкой меди, а всплывают на поверхность. Чтобы их удалить, используется кварц, который помещается в ванну еще до начала процесса рафинирования и размещается вдоль стенок.

Если в металлоломе присутствует никель, мышьяк или сурьма, то технология усложняется. Процент содержания никеля в рафинированной меди можно снизить лишь до уровня 0,35%. Но если присутствуют остальные компоненты (мышьяк и сурьма), то образуется никелевая «слюдка», которая растворяется в меди, и ее удалить не получится.

Сплавы на основе меди

Медь — цветной металл, который на поверхности имеет красный оттенок, а в изломе — розовый. В периодической системе Д.И. Менделеева обозначается символом Cu. В чистом виде металл имеет высокую степень пластичности, электро- и теплопроводности, а также характеризуется устойчивостью к коррозии. Это позволяет использовать медь и ее сплавы для кровель ответственных зданий.

Важные свойства металла:

Температура плавления — 1083°С.
Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
Плотность — 8,94 г/см3.

Благодаря пластичности медь легко поддается обработке давлением, но плохо режется. Из-за большой усадки металл обладает низкими литейными свойствами. Любые примеси, за исключением серебра, оказывают большое влияние на вещество и снижают его электрическую проводимость.

При маркировке меди используется буква М с числом, которое обозначает марку. Чем меньше номер марки, тем больше в ней чистого вещества. Например, М00 содержит 99,99 % меди, а М4 — 99 %.

Наиболее широкое применение в технике находят две группы медных сплавов — бронзы и латуни.

Бронзы

Бронзы — сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является любой металл, кроме цинка. Наиболее часто применяются сплавы меди со свинцом, оловом, алюминием, кремнием и сурьмой.

Все бронзы по химическому составу делятся на оловянные и специальные, или безоловянные, то есть не содержащие в своем составе олова.

Оловянные бронзы отличаются наиболее высокими литейными, механическими и антифрикционными свойствами, а также имеют повышенную устойчивость к коррозии. Из-за высокой стоимости олова эти сплавы применяют ограниченно.

Специальные бронзы часто используют в качестве заменителей оловянных, и некоторые имеют лучшие технологические свойства. Выделяются следующие виды специальных бронз:

Алюминиевые. Они содержат от 5% до 11% алюминия, а также марганец, никель, железо и другие металлы. Эти сплавы обладают более высокими механическими свойствами, чем оловянные бронзы, однако их литейные свойства ниже. Алюминиевые бронзы служат для изготовления мелких ответственных деталей.
Свинцовистые. В их состав входит около 30% свинца. Эти сплавы имеют высокие антифрикционные свойства, поэтому широко применяются в производстве подшипников.
Кремнистые. Эти бронзы содержат примерно 4% кремния, легируются никелем и марганцем. По своим механическим свойствам почти соответствуют сталям. Применяются, в основном, для изготовления пружинистых элементов в судостроении и авиации.
Бериллиевые. Содержат до 2,3% бериллия, характеризуются высокой упругостью, твердостью и износостойкостью. Эти бронзы используются для пружин, которые работают в условиях агрессивной среды.

Все бронзы имеют хорошие антифрикционные показатели, коррозионную стойкость, высокие литейные свойства, которые позволяют использовать сплавы для изготовления памятников, отливки колоколов и др.

При маркировке бронз используются начальные буквы Бр, после которых идут первые буквы названий основных металлов с указанием их содержания в процентах. Например, сплав БрОФ8-0,3 включает 8% олова и 0,3% фосфора.

Латуни

Латунями называют сплавы меди и цинка с добавлением других металлов — алюминия, свинца, никеля, марганца, кремния и др. В простых латунях содержится только медь и цинк, а многокомпонентные сплавы включают от 1% до 8% различных легирующих элементов, которые добавляют для улучшения различных свойств.

Марганец, никель и алюминий повышают устойчивость сплава к коррозии и его механические свойства.
Благодаря добавкам кремния сплав становится более текучим в жидком состоянии и легче поддается сварке.
Свинец упрощает обработку резанием.

Процентное содержание цинка в любой латуни не превышает 50 %. Эти сплавы стоят дешевле, чем чистая медь, а благодаря добавлению цинка и легирующих элементов, они обладает большей устойчивостью к коррозии, прочностью и вязкостью, а также характеризуются высокими литейными свойствами. Латуни используют для изготовления деталей методами прокатки, вытяжки, штамповки и др.

При маркировке простой латуни используется буква Л и число, обозначающее содержание меди. Например, марка Л96 содержит 96% меди. Для многокомпонентных латуней используется сложная формула: буква Л, затем первые буквы основных металлов, цифра, обозначающая содержание меди, а затем состав других элементов по порядку. Например, латунь ЛАМш77-2–0,05 содержит 77% меди, 2% алюминия, 0,05% мышьяка, остальное — цинк.

Способы производства меди

Среди способов производства меди из руд с концентратами выделяют пирометаллургический метод и гидрометаллургический. Последний не получил широкого распространения. Это продиктовано невозможностью одновременного с медью восстановления прочих металлов. Он используется для обработки окисленной или самородной руды с бедным содержанием меди. Отличаясь от него, пирометаллургический способ позволяет разработку любого сырья с извлечением всех компонентов. Очень эффективен он для подвергающихся обогащению руд.

Основной операцией такого процесса производства меди служит плавка. При ее производстве используют медные руды или их обожженные концентраты. В ходе подготовки к данной операции схемой производства меди предусмотрено их обогащение способом флотации. При этом руды, содержащие наряду с медью ценные элементы: теллур или селен, золото с серебром, стоит обогащать в целях одновременного перехода данных элементов в медный концентрат. Образованный таким методом концентрат может содержать до 35% меди, столько же железа, до 50% серы, а также пустую породу. Обжигу он подвергается в целях снижения до приемлемого содержания в нем серы.

Концентрат обжигается в преимущественно окислительной среде, что позволяет удалить примерно половины содержания серы. Полученный таким образом концентрат при переплавке дает довольно содержательный штейн. Еще обжиг помогает снизить вдвое расход топлива отражательной печью. Достигается это при качественном смешении состава шихты, обеспечивающем ее нагревание до 600ºС. Но богатые медью концентраты лучше перерабатывать, не обжигая, так как после этого возрастают утраты меди с пылью и в шлаке.

Итогом такой последовательности производства меди является деление объема расплава надвое: на штейн-сплав и шлак-сплав. Первую жидкость, как правило, составляют медные сульфиды и железные, вторую – окислы кремния, железа, алюминия и кальция. Переработку концентратов в сплав штейн ведут при помощи электрической либо отражательной печей различных видов. Чисто медные либо сернистые руды лучше плавить с помощью шахтных печей. К последним также стоит применить медно-серное плавление, позволяющее улавливать газы, одновременно извлекая серу.

В специальную печь небольшими порциями загружаются медные руды с кокс, а также известняки и оборотные продукты. Верхняя часть печи создает восстановительную атмосферу, нижняя часть – окислительную. По мере расплавления нижнего слоя масса медленно спускается вниз для встречи с разогретыми газами. Верхняя часть печи нагрета до 450 ºС, а температура отходящих газов составляет 1500 ºС. Это необходимо при создании условий очищения от пыли еще до того, как начнется выделение паров с серой.

В результате такой плавки получают штейн, включающий от 8 до 15% меди, шлак, главным образом содержащий известь с железным силикатом, а еще колошниковый газ. Из последнего после предварительного осаждения пыли удаляют серу. Задача увеличения в штейн-сплаве процента Cu при производстве меди в мире решается применением сократительной плавки. Она заключается в помещении в печь наряду со штейном кокса, флюса из кварца, известняка.

При нагревании смеси происходит процесс восстановления медных окисей и железных оксидов. Сплавляемые друг с другом железные и медные сульфиды составляют штейн первоначальный. Расплавляемый железный силикат при стекании вдоль поверхностей откосов принимают в себя прочие компоненты, пополняя шлак. Результатом такой плавки является получение обогащенного штейна со шлаком, включающих медь до 40% и 0,8% соответственно. Драгоценные металлы, такие как серебро с золотом, почти не растворяясь в сплаве шлака, целиком оказываются в сплаве штейна.

Плавку на штейн

6CuO + FeS = 3Cu2O + FeO + SO2

FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2

В результате взаимодействия Cu2O с FeS образуется Cu2S по реакции:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

Штейн и шлак выпускают по мере их накопления через специальные отверстия.

Разновидности медных руд

По составу руды разделяют на оксидные, сульфидные, смешанные. По содержанию их принято называть «среднего качества», если меди от 1 до 2 %; «бедные», если 0,7–1 % Cu; «весьма бедные», когда меди менее 0,7 %.

Все месторождения образуют девять геологических типов:

скарновые;
медно-порфировые;
железо-никелевые;
медно-никелевые;
кварцево-сульфидные;
медистые песчаники;
медистые сланцы;
самородная медь;
карбонатитовые.

Чаще всего медь встречается в форме соединений с серой. Также руда содержит железо, никель, молибден, кобальт, свинец. В небольших количествах обнаруживаются золото и серебро.

Получение меди

В природе медь присутствует в виде сернистых соединений, оксидов, гидрокарбонатов, углекислых соединений, в составе сульфидных руд и самородной металлической меди. Наиболее распространенные руды — медный колчедан и медный блеск, содержащие 1-2 % меди. 90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % — гидрометаллургическим. Гидрометаллургический способ — это получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора. Пирометаллургический способ состоит из нескольких этапов: обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования. Для обогащения медных руд используется метод флотации (основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы), который позволяет получать медный концентрат, содержащий от 10 до 35 % меди. Медные руды и концентраты с большим содержанием серы подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700-800°C в присутствии кислорода воздуха, сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое от первоначального. Обжигают только бедные (с содержанием меди от 8 до 25 %) концентраты, а богатые (от 25 до 35 % меди) плавят без обжига. После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа . Штейн содержит от 30 до 50 % меди, 20-40 % железа, 22-25 % серы, кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450°C. С целью окисления сульфидов и железа, полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200-1300°C. Интересно, что тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4 — 99,4 % меди, 0,01 — 0,04 % железа, 0,02 — 0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине. Далее, для удаления вредных примесей, черновую медь рафинируют (проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование). Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99,0 — 99,7%. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования. Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой меди (99,95% ). Электролиз проводят в ваннах, где анод — из меди огневого рафинирования, а катод — из тонких листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор. При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, и, очищенная от примесей, осаждается на катодах. Примеси оседают на дно ванны в виде шлака, который идёт на переработку с целью извлечения ценных металлов. Катоды выгружают через 5-12 дней, когда их масса достигнет от 60 до 90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах. Кроме этого, существуют технологии получения меди из лома. В частности, путем огневого рафинирования из лома получают рафинированную медь.По чистоте медь делится на марки: М0 (99,95% Cu), М1 (99,9%), М2(99,7%), М3 (99,5%), М4 (99%). Химические свойства медиМедь — малоактивный металл, который не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако, медь растворяется в сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной). Медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Однако, во влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, поверхность металла покрывается зеленоватым налетом (патиной). Основные физические свойства медиТемпература плавления °C1084Температура кипения °C2560Плотность, γ при 20°C, кг/м³8890Удельная теплоемкость при постоянном давлении, Ср при 20°C, кДж/(кг•Дж)385Температурный коэфициент линейного расширения, а•106 от 20 до 100°C, К-116,8Удельное электрическое сопротивление, р при 20°C, мкОм•м0,01724Теплопроводность λ при 20°C, Вт/(м•К)390Удельная электрическая проводимость, ω при 20°C, МОм/м58

Крупнейшие игроки мирового рынка

Несмотря на появление недорогих и доступных заменителей, медь по-прежнему остаётся востребованной. Причина такой популярности – специфические физико-химические свойства материала, обладающего высокой теплопроводностью, устойчивого к коррозии и хорошо пропускающего электрический ток. В целях удовлетворения существующего спроса наращиваются объёмы добычи и переработки ценного полезного ископаемого. Развитие данного сектора промышленности контролируют страны, на территории которых находятся крупнейшие в мире запасы медьсодержащих руд.

Сегодня лидерами отрасли являются: 1. Республика Чили. В ближайшее время вряд ли кому-то удастся вытеснить это государство из Южной Америки с первого места. Только оно одно ежегодно поставляет на рынок более 5,5 млн. тонн меди.

2. Китайская Народная Республика. Хотя до Чили КНР и далеко, его вклад в мировое производство велик – около 1,75 млн. тонн. Но велико и потребление. Расположенные на территории Поднебесной предприятия используют для своих целей более 40% добываемого цветного металла.

3. Республика Перу. Стремясь догнать и перегнать Китай, Перу наращивает добычу полезных ископаемых, но всё-таки пока отстаёт, ежегодно поставляя заказчикам примерно 1,6 млн. тонн готовой продукции.

Страны, заботящиеся о своей экономической и политической самостоятельности, вынуждены уделять внимание налаживанию производства стратегически важного металла на своей территории