Как добывают медь из руды

Медь – один из основных цветных металлов, широко применяемый в различных отраслях промышленности. Его популярность обусловлена физическими и химическими свойствами этого материала. Например, показатели электропроводности и теплопроводности составляют соответственно 58 МСм/м и 401 Вт/(м·К), что намного лучше других металлов. Кроме этого, металл пластичен, устойчив ко многим агрессивным средам, а изделия из него долговечны.

Ежегодно компании добывают около 20 млн тонн меди для промышленных потребностей. Около 80% этого объёма получают из медной руды. Медь добывают из руды, залегающей как на поверхности, так и на глубине до 1500 метров. Для последующей переработки используются руды, в которых концентрация металла составляет порядка 0,5% до 5%. Всё, что ниже этого показателя, экономически невыгодно для добычи существующими технологиями. Процесс получения меди из руды включает: геологоразведку, бурение, взрывные работы, обогащение, металлургическую переработку и рафинирование. В статье рассмотрим, как именно получают медь из руды, какие способы и технологии для этого существуют.

Классификация руды

Чтобы понять, из какой руды добывают медь, стоит рассмотреть их классификацию. Основные виды:

Сульфидные руды (70% мировых запасов меди) – халькопирит (CuFeS2) с содержанием меди до 34,5%, халькозин (Cu2S), ковеллин (CuS), борнит (Cu5FeS4);
Оксидные руды (около 20%) – малахит (Cu2(CO3) (OH)2), куприт (Cu2O) – до 88% меди, азурит (Cu3(CO3)2(OH)2);
Самородная медь – попадается редко (менее 1% запасов), добывают в США, Австралии, России.

В зависимости от содержания металла, руды делятся на несколько категорий – на богатые (с высоким содержанием меди), бедные и вкрапленные. Содержание меди в породах:

богатые руды – от 2,5% до 5% металла;
бедные руды – от 0,5% до 2%;
вкраплённые – менее 0,5%, требуют сложного обогащения.

В России крупные месторождения расположены в Удоканском медном месторождении, на Норильском месторождении, а также в Забайкалье. В мировом масштабе лидерами по запасам меди являются Чили, Перу, США и Китай. Кроме меди, руда часто содержит сопутствующие ценные элементы – золото, серебро, молибден и цинк.

Этапы и способы добычи

Рассмотрим, как добывают медь в природе, какие этапы нужно пройти и какие технологии применяются. Всё начинается с геологоразведки, которая позволяет определить, из каких руд можно получить медь, их тип, глубину залегания, содержание металла и экономическую целесообразность разработки.

Геологоразведка и подготовка к добыче

Современные геологоразведочные работы включают:

аэрофотосъёмку и спутниковое сканирование участка;
бурение разведочных скважин глубиной до 1500 метров для оценки содержания меди в почве;
химический анализ проб для определения состава руды.

Только после этого разрабатывается проект горных работ и выбирается метод добычи.

Способы добычи

Медь добывают из руды открытым или подземным способом – выбор зависит от глубины залегания:

Открытая добыча (карьерная) применяется при залегании руды на глубине до 400 м. Карьеры могут достигать ширины 2-3 км и глубины 500 м. При этом коэффициент вскрыши (отношение пустой породы к руде) может составлять 2-3:1.
Подземная добыча (шахтная) применяется при глубине залегания свыше 400 м. Глубокие шахты могут уходить на 1000-1500 м вглубь;

Оба метода предусматривают применение буровзрывных работ:

бурение шпуров диаметром 200-250 мм на глубину до 15 м;
закладка взрывчатых веществ и подрыв;
погрузка руды экскаваторами в карьерные самосвалы грузоподъёмностью 130-360 т и транспортировка на перерабатывающие предприятия.

Извлечённая руда содержит 0,5-2,5% меди. Чтобы получить концентрат с высоким содержанием металла, необходима её переработка.

Обогащение медных руд

Медь получают из руды на обогатительных фабриках. Этот процесс включает несколько этапов:

Дробление и измельчение. Руда поступает на дробильно-сортировочные комплексы, где проходит несколько стадий дробления до фракции 10-15 мм. Затем в шаровых мельницах происходит измельчение до размера частиц 50-70 мкм;
Флотация. Измельчённую руду смешивают с водой и реагентами, чаще всего ксантогенатами. В результате частицы сульфидов меди приобретают гидрофобные свойства и всплывают на поверхность с пузырьками воздуха. Это позволяет отделить концентрат с содержанием меди 25-30%;
Обжиг концентрата. Полученный концентрат обжигают при температуре 600-700°C. При этом происходит окисление сульфидов и удаление серы в виде диоксида серы (SO2).

Пирометаллургическое получение меди из руды

Для сульфидных руд чаще всего используется пирометаллургический метод, включающий:

Плавку в отражательных печах при температуре 1250-1350°С. В результате получают штейн (сплав сульфидов меди и железа) с содержанием меди 35-65%;
Конвертирование – продувка воздуха через расплавленный штейн в конвертере. При этом железо окисляется и переходит в шлак, а медь остаётся в виде черновой с чистотой до 98%.

Гидрометаллургическое получение меди из руды

Как добывают медь из оксидных руд? В этом случае применяется гидрометаллургия:

выщелачивание – руда обрабатывается серной кислотой; при этом образуется сульфат меди CuSO4;
извлечение меди – методом цементации (осаждение меди железом) или методом экстракции с последующим электролизом;
электролитический процесс позволяет получить катодную медь чистотой 99,99%.

Рафинирование меди

После первичной плавки и конвертирования остаётся около 2% примесей (сера, железо, никель, свинец). Для получения товарной меди высокого качества проводят рафинирование:

огневое рафинирование – повторная плавка с введением флюсов для удаления оксидов;
электролитическое рафинирование – медь растворяют в электролите (раствор серной кислоты), и на катодах осаждается чистая медь (99,99%).

Таким образом, получение меди из руды – это сложный многостадийный процесс, включающий физические, химические и электролитические методы переработки. В зависимости от типа руды и её состава выбираются наиболее эффективные технологии.

Сдача меди на металлолом

Помимо того, что медь получают из руды, огромную роль в обеспечении промышленности этим металлом играет вторичная переработка. По данным Международной группы по изучению меди (ICSG), до 35% всей меди в мире производится за счёт переработки лома. В развитых странах этот показатель достигает 45-50%. Это неудивительно, ведь переработка требует в 5 раз меньше энергии, чем получение меди из руды и практически не сопровождается выбросами серы, характерными для обжига сульфидных руд.

Источники медного лома

Кабельно-проводниковая продукция. Старые электропровода, кабели, кабельные жилы. Чистота меди в проводах может достигать 99,7%, но требуется удалять изоляцию и оболочки;
Медные трубы и листы. Используются в сантехнике, строительстве и отопительных системах. Содержание меди – около 99%;
Отходы производства – стружка, обрезки, брак;
Элементы оборудования – теплообменники, радиаторы, двигатели, трансформаторы;
Лом цветных сплавов – латунь, бронза (медь+цинк, медь+олово).

Требования при приёме медного лома

Вторичная переработка начинается с приёма лома в специализированных пунктах, которые предъявляют жёсткие требования к качеству сырья. При сдаче лома меди важную роль играет его сортировка по чистоте:

Первоклассная медь (блестящая медь) – провода и жилы без изоляции, лужения, припоя. Содержание меди – 99,9%;
Техническая медь – трубы, листы, детали без покрытия и примесей. Содержание меди – 99%;
Лом меди с примесями – обожжённые провода, куски с покрытием, остатки пайки. Содержание меди – 92-97%;
Медные сплавы – латунь (до 60% меди), бронза (до 90% меди).

Этапы переработки медного лома

После приёма в пункте металлолома медный лом проходит несколько стадий переработки:

Сортировка. Разделение по типам (провода, трубы, листы, сплавы), чистоте и наличию примесей;
Очистка. Удаление изоляции, пайки, покрытий (лаков, красок). Для этого применяют шредеры, стрипперы, обжиговые печи (для проводов);
Измельчение. Лом режут и дробят на частицы размером 10-50 мм для удобства плавки и разделения;
Плавка. Лом переплавляют в индукционных или отражательных печах при температуре 1100-1200°C;
Рафинирование. Чтобы получить высокочистую медь (99,99%), проводят электролитическое рафинирование.

Результат – катодная медь, которая по качеству полностью идентична меди, полученной из руды.

Итоги

Медь – стратегически важный металл, который получают как из природных руд, так и из вторичного сырья. Современные технологии позволяют эффективно извлекать медь даже из бедных руд, а переработка медного лома помогает сохранять природные ресурсы и снижать издержки производства. Всё это делает процесс добычи и переработки комплексным и сбалансированным.