Мыс қалай өндіріледі: әдістері, тарихы және кен орындары

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-07 21:00

Мыс бүгінде ерекше сұранысқа ие металл және күнделікті өмірде де, өнеркәсіпте де кеңінен қолданылады. Табиғатта Cu таза күйінде де, кен түрінде де кездеседі. Бастапқы тау жыныстарынан мысты алудың және алудың бірнеше жолы бар. Дегенмен, олар өнеркәсіпте кеңінен қолданылады. Мыстың қалай өндірілетіні мақалада талқыланады.

Біраз тарих

Ежелгі дәуірде мыс қай аймақта өндіріліп, адам алғаш рет қолданыла бастағанын, өкінішке орай, археологтар анықтай алмады. Дегенмен, адамдар ең алғаш өңдеп, күнделікті өмірде қолдана бастаған осы металл екені белгілі.

Мыс адамға тас дәуірінен бері белгілі. Археологтар тапқан бұл металдың кейбір кесек бөліктерінде тас балталармен өңдеудің іздері бар. Бастапқыда адамдар мыстан негізінен әшекей ретінде пайдаланды. Сонымен қатар, адамдар ежелгі уақытта осындай бұйымдарды жасау үшін тек өздері тапқан осы металдың кесектерін пайдаланған. Кейінірек адамдар өңдеуді үйренді жәнеқұрамында мыс бар кен.

Cu қалай өндірілетіні және өңделетіні туралы идея ежелгі дәуірдегі көптеген халықтарға белгілі болды. Археологтар көптеген дәлелдер тапты. Адам мыс пен мырыш қорытпаларын жасауды үйренгеннен кейін қола дәуірі басталды. Негізінде, «мыс» атауын бір кездері ежелгі римдіктер ойлап тапқан. Мұндай металл бұл елге негізінен Кипр аралынан әкелінді. Сондықтан римдіктер оны aes cyprium деп атады.

Ежелгі дәуірде мыс қалай өндірілген

Бұл металл бір кездері адам өмірінде өте кең қолданылғандықтан, оны алу технологиялары, әрине, әбден жетілген болатын. Біздің ата-бабаларымыз мысты негізінен малахит кенінен алған. Мұндай материал мен көмірдің қоспасы топырақ ыдысқа салынып, шұңқырға орналастырылған. Әрі қарай, кастрюльдегі масса отқа қойылды. Алынған көміртегі тотығы малахитті мысқа айналдырды.

Табиғаттағы қорлар

Бүгінгі таңда жабайы табиғатта мысты қайдан табуға болады? Қазіргі уақытта бұл танымал металдың кен орындары Жердің барлық континенттерінде табылған. Сонымен қатар Cu қорлары іс жүзінде шексіз деп саналады. Біздің заманымызда геологтар таза мыстың, сондай-ақ оның құрамындағы кендердің жаңа кен орындарын табуда. Мысалы, 1950 жылы бұл металдың дүниежүзілік қоры 90 млн тоннаны құрады. 1970 жылға қарай бұл көрсеткіш қазірдің өзінде 250 миллион тоннаға, ал 1998 жылға қарай 340 миллион тоннаға дейін өсті. Қазіргі уақытта планетадағы мыс қоры 2,3 миллиард тоннадан астам деп есептеледі.

Таза мыстың кен орындары мен алу әдістері

Жоғарыда айтылғандай, бастапқыда адамдар күнделікті өмірде жергілікті Cu қолданған. Әрине, алынадыбүгінде сондай таза мыс. Бұл металдың түйіршіктері жер қыртысында экзогендік және эндогендік процестердің нәтижесінде түзіледі. Жер шарындағы ең үлкен белгілі кен орны қазіргі уақытта Америка Құрама Штаттарында, Superior көлінің аймағында орналасқан. Ресейде жергілікті мыс Удокан кен орнында, сондай-ақ Забайкальедегі кейбір басқа жерлерде кездеседі. Сонымен қатар, Ресейде мыс күйінде қайдан өндіруге болады деген сұраққа Орал өңірі жауап береді.

Табиғатта бұл сорттың таза металы мыс сульфатты кен орындарының тотығу аймағында түзіледі. Әдетте, мыс кесектерінің өзінде шамамен 90-99% болады. Қалғаны басқа металдардың үлесіне тиеді. Қалай болғанда да, отандық мыс қалай өндіріледі деген сұраққа екі негізгі технология жауап береді. Мұндай кен орындары, сондай-ақ кендер жабық шахта немесе ашық әдіспен игеріледі. Бірінші жағдайда бұрғылау және үзу сияқты технологиялық процестер қолданылады.

Мыс кесектерінің салмағы көп болуы мүмкін. Олардың ең үлкені бір кездері АҚШ-тағы Супериор көлінде табылған. Бұл кесектердің салмағы шамамен 500 тонна болды.

Ресейде мыс қай жерде өндірілетінін анықтадық. Бұл негізінен Забайкалье мен Орал. Біздің елде, әрине, бұл металдың өте үлкен кесектері де әртүрлі уақытта табылған. Мысалы, салмағы бірнеше тоннаға жететін мыс кесектері Орта Оралдан жиі табылған. Салмағы 860 кг болатын осы кесектердің бірі қазір Санкт-Петербургте, Тау-кен институтының мұражайында сақтаулы.

Мыс кендері және олардың кен орындары

Қазіргі уақытта Cu алу үнемді және тау жынысында кем дегенде 0,3% болса да мақсатқа сай болып саналады.

Бүгінгі таңда табиғатта мысты өнеркәсіптік түрде оқшаулау үшін табиғатта келесі тау жыныстары жиі өндіріледі:

• борниттер Cu₅FeS_{4 - сульфидті кендер, басқаша мыс күлгін немесе ала-түсті колчедан деп аталады және құрамында шамамен 63,3% Cu бар;}

• халькопирит CuFeS_{2 - гидротермальды минералдар;}

• халкосиндер Cu_{2S құрамында 75%-дан астам мыс бар;}

• cuprites Cu_{2O, сонымен қатар жергілікті мыс кен орындарында жиі кездеседі;}

• малахиттер, олар көміртекті мыс жасылдары.

Ресейдегі мыс кендерінің ең ірі кен орны Норильск қаласында орналасқан. Сондай-ақ мұндай тау жыныстары Оралда, Забайкальеде, Чукоткада, Тувада және Кола түбегінде кейбір жерлерде көп мөлшерде өндіріледі.

Мыс кен орындары қалай игеріледі

Құрамында Cu бар тау жыныстарының әртүрлі түрлерін, сондай-ақ түйіршіктерді планетада екі негізгі технология арқылы өндіруге болады:

• жабық;
• ашық.

Бірінші жағдайда ұзындығы бірнеше километрге жетуі мүмкін кен орнында шахталар салынады. Жұмысшылар мен жабдықтарды жылжыту үшін мұндай жер асты тоннельдері лифттермен және теміржол рельстерімен жабдықталған. Шахталарда тау жыныстарын ұсақтау пайдалана отырып жүзеге асырыладышыбықтары бар арнайы бұрғылау жабдығы. Мыс рудасын жинау және оны жоғары қарай жөнелту үшін тиеу шелектердің көмегімен жүзеге асырылады.

Егер кен орындары жер бетінен 400-500 м қашықтықта орналасса, олар ашық әдіспен өндіріледі. Бұл жағдайда жарылғыш құрылғылардың көмегімен ең алдымен тау жыныстарының жоғарғы қабаты кен орнынан жойылады. Әрі қарай мыс кенінің өзі біртіндеп жойылады.

Тау жыныстарынан металл алу әдістері

Мыстың, дәлірек айтсақ, құрамындағы кендердің қалай өндірілетінін біз осылай анықтадық. Бірақ кейіннен кәсіпорындар Cu өзін қалай алады?

Тау жыныстарынан мысты алудың үш негізгі жолы бар:

• электролиттік;
• пирометаллургиялық;
• гидрометаллургиялық.

Пирометаллургиялық флотация әдісі

Бұл технология әдетте 1,5-2% Cu бар тау жыныстарынан мысты оқшаулау үшін қолданылады. Мұндай материал флотациялық әдіспен байытылады. Сонымен бірге:

• руда мұқият ұнтақталған, ең жақсы ұнтақ;
• алынған материалды сумен араластырыңыз;
• массаға күрделі органикалық заттар болып табылатын арнайы флотациялық реагенттерді қосыңыз.

Флотационды реагенттер әртүрлі мыс қосылыстарының ұсақ түйірлерін жабады және оларға суланбайтындық береді.

Келесі қадам:

• суға көбік түзетін заттар қосылады;
• суспензия арқылы күшті ауа ағынын өткізіңіз.

Мыс қосылыстарының жеңіл құрғақ бөлшектері нәтижесінде ауа көпіршіктеріне жабысып, үстіне қалқып шығады. Олардың құрамындағы көбік жиналып, судан сығып, мұқият кептіріледі. Нәтижесінде концентрат алынады, одан кейін шикі Cu бөлініп алынады.

Кеннен мыс қалай өндіріледі: күйдіру арқылы байыту

Флотация әдісі өнеркәсіпте жиі қолданылады. Бірақ кейде күйдіру технологиясы мыс кенін байыту үшін де қолданылады. Бұл әдіс көбінесе күкірттің көп мөлшері бар кендерге қолданылады. Бұл жағдайда материал 700-8000 ° C температураға дейін алдын ала қыздырылады. Нәтижесінде сульфидтер тау жынысындағы күкірт мөлшерінің азаюымен тотығады.

Келесі кезеңде осылай дайындалған руда шахталы пештерде 14500 °С температурада балқытылады. Сайып келгенде, бұл технологияны пайдаланған кезде күңгірт алынады - мыс пен темір қорытпасы. Әрі қарай, бұл байланыс түрлендіргіштерде үрлеу арқылы жақсарады. Нәтижесінде темір оксиді қожға, ал күкірт SO4-ке түседі.

Таза мыс өндіру: электролиз

Флотация және күйдіру әдістерін пайдаланған кезде блистер мыс алынады. Шын мәнінде, мұндай материалда шамамен 91% Cu бар. Таза мыс алу үшін өрескел мыс одан әрі тазартылады.

Бұл жағдайда қалың анодтық пластиналар алдымен бастапқы мыстан құйылады. Келесі:

• ваннадағы мыс сульфатының ерітіндісін алыңыз;
• ваннада ілуліанодтық тақталар;
• катодтар ретінде таза мыстың жұқа парақтары пайдаланылады.

Электролиз реакциясы кезінде мыс анодтарда ерітіліп, катодтарда тұнбаға түседі. Мыс иондары катодқа қарай қозғалып, одан электрондарды алып, Cu+2+2e атомдарына өтеді?>Cu.

Блистерлі мыс құрамындағы қоспалар тазартылған кезде басқаша әрекет етуі мүмкін. Мырыш, кадмий, темір анодта ериді, бірақ катодта тұнбады. Өйткені, электрохимиялық кернеу қатарында олар мыстың сол жағында, яғни теріс потенциалдар көбірек болады.

Мыс сульфаты сульфидті кенді оттегімен мыс сульфатына CuS + 2O₂ > CuSO_{4 дейін баяу тотығу арқылы алынады. Тұз кейіннен сумен ағызылады.}

Гидрометаллургиялық әдіс

Бұл жағдайда күкірт қышқылы мысты сілтілеу және байыту үшін қолданылады. Осы технологияны қолданатын реакция нәтижесінде Cu және басқа металдармен қаныққан ерітінді алынады. Содан кейін мыс одан оқшауланады. Бұл әдісті қолдана отырып, блистерді мысдан басқа, басқа металдарды, соның ішінде асыл металдарды алуға болады. Қалай болғанда да, бұл технология көбінесе құрамында тым бай емес (0,5%-дан аз) тау жыныстарынан Cu алу үшін қолданылады.

Үйдегі мыс

Осы металды онымен қаныққан кендерден бөлу технологиялық тұрғыдан салыстырмалы түрде қарапайым. Сондықтан кейбіреулер үйде мыс өндіруге қызығушылық танытады. Бұл металды өз қолыңызбен, онсыз, кенден, саздан және т.бдегенмен арнайы жабдықтың болуы өте қиын болады.

Кейбіреулер, мысалы, өз қолдарымен балшықтан мыс алуды қызықтырады. Шынында да, табиғатта бұл материалдың кен орындары бар, ол да Cu-ға бай. Алайда, өкінішке орай, үйде саздан мыс алудың белгілі дәлелденген технологиялары жоқ.

Өз қолыңызбен бұл металды үйдегі мыс сульфатынан ғана оқшаулауға болады. Ол үшін соңғысын алдымен суда еріту керек. Әрі қарай, алынған қоспаға темір затты қою керек. Біраз уақыттан кейін соңғысы - ауыстыру реакциясының нәтижесінде - мыс жабынымен жабылады, содан кейін оны жай ғана тазалауға болады.