Πώς εξορύσσεται ο χαλκός: μέθοδοι, ιστορία και κοιτάσματα

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-02 13:52

Ο χαλκός σήμερα είναι ένα μέταλλο με ασυνήθιστη ζήτηση και χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στην καθημερινή ζωή όσο και στη βιομηχανία. Στη φύση, το Cu μπορεί να βρεθεί τόσο σε καθαρή κατάσταση όσο και σε μορφή μεταλλεύματος. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι εξαγωγής και λήψης χαλκού από τα αρχικά πετρώματα. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία. Το πώς εξορύσσεται ο χαλκός θα συζητηθεί στο άρθρο.

Λίγη ιστορία

Σε ποια περιοχή άρχισε να εξορύσσεται ο χαλκός στην αρχαιότητα και να χρησιμοποιείται από τον άνθρωπο για πρώτη φορά, οι αρχαιολόγοι, δυστυχώς, δεν μπόρεσαν να μάθουν. Ωστόσο, είναι σίγουρα γνωστό ότι αυτό το μέταλλο άρχισαν να επεξεργάζονται και να χρησιμοποιούν οι άνθρωποι στην καθημερινή ζωή από την πρώτη στιγμή.

Ο χαλκός είναι γνωστός στον άνθρωπο από την εποχή του λίθου. Μερικά ψήγματα αυτού του μετάλλου που βρέθηκαν από αρχαιολόγους φέρουν ίχνη επεξεργασίας με πέτρινα τσεκούρια. Αρχικά, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν τον χαλκό κυρίως ως διακοσμητικά. Ταυτόχρονα, οι άνθρωποι στην αρχαιότητα χρησιμοποιούσαν αποκλειστικά τα ψήγματα αυτού του μετάλλου που βρήκαν για την κατασκευή τέτοιων προϊόντων. Αργότερα, οι άνθρωποι έμαθαν να επεξεργάζονται καιμετάλλευμα που φέρει χαλκό.

Η ιδέα του τρόπου εξόρυξης και επεξεργασίας του Cu ήταν γνωστή σε πολλούς λαούς της αρχαιότητας. Πολλά στοιχεία έχουν βρεθεί από αρχαιολόγους. Αφού ο άνθρωπος έμαθε να φτιάχνει κράματα χαλκού και ψευδαργύρου, ξεκίνησε η Εποχή του Χαλκού. Στην πραγματικότητα, το όνομα «χαλκός» επινοήθηκε κάποτε από τους αρχαίους Ρωμαίους. Τέτοιο μέταλλο μεταφέρθηκε στη χώρα αυτή κυρίως από το νησί της Κύπρου. Γι' αυτό οι Ρωμαίοι το ονόμασαν aes cyprium.

Πώς εξορύσσονταν ο χαλκός στην αρχαιότητα

Δεδομένου ότι αυτό το μέταλλο χρησιμοποιήθηκε κάποτε πολύ ευρέως στην ανθρώπινη ζωή, οι τεχνολογίες για την εξόρυξή του, φυσικά, αναπτύχθηκαν αρκετά τέλειες. Οι πρόγονοί μας έπαιρναν χαλκό κυρίως από μεταλλεύματα μαλαχίτη. Ένα μείγμα τέτοιου υλικού και άνθρακα τοποθετήθηκε σε ένα πήλινο δοχείο και τοποθετήθηκε σε ένα λάκκο. Στη συνέχεια, η μάζα στην κατσαρόλα πυρπολήθηκε. Το προκύπτον μονοξείδιο του άνθρακα μείωσε τον μαλαχίτη σε χαλκό.

Μετοχές στη φύση

Πού μπορεί να βρεθεί χαλκός στην άγρια φύση σήμερα; Αυτή τη στιγμή, κοιτάσματα αυτού του δημοφιλούς μετάλλου ανακαλύπτονται σε όλες τις ηπείρους της Γης. Ταυτόχρονα, τα αποθέματα Cu θεωρούνται πρακτικά απεριόριστα. Οι γεωλόγοι στην εποχή μας βρίσκουν νέα κοιτάσματα καθαρού χαλκού, καθώς και μεταλλεύματα που τον περιέχουν. Για παράδειγμα, το 1950 τα παγκόσμια αποθέματα αυτού του μετάλλου ανέρχονταν σε 90 εκατομμύρια τόνους. Μέχρι το 1970, ο αριθμός αυτός είχε ήδη αυξηθεί σε 250 εκατομμύρια τόνους και μέχρι το 1998 - έως και 340 εκατομμύρια τόνους. Αυτή τη στιγμή, πιστεύεται ότι τα αποθέματα χαλκού στον πλανήτη είναι περισσότερα από 2,3 δισεκατομμύρια τόνους.

Καταθέσεις και μέθοδοι εξόρυξης καθαρού χαλκού

Όπως ήδη αναφέρθηκε, αρχικά οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν το φυσικό Cu στην καθημερινή ζωή. Φυσικά, αποκτάταιτόσο καθαρό χαλκό σήμερα. Ψήγματα αυτού του μετάλλου σχηματίζονται στον φλοιό της γης ως αποτέλεσμα εξωγενών και ενδογενών διεργασιών. Το μεγαλύτερο γνωστό κοίτασμα αυτοφυούς χαλκού στον πλανήτη βρίσκεται αυτή τη στιγμή στις Ηνωμένες Πολιτείες, στην περιοχή Lake Superior. Στη Ρωσία, ο εγγενής χαλκός εμφανίζεται στο κοίτασμα Udokan, καθώς και σε ορισμένα άλλα μέρη στην Transbaikalia. Επιπλέον, η απάντηση στο ερώτημα σχετικά με το πού μπορεί να εξορυχθεί χαλκός στη Ρωσία με τη μορφή ψήγματα είναι η περιοχή των Ουραλίων.

Στη φύση, το καθαρό μέταλλο αυτής της ποικιλίας σχηματίζεται στη ζώνη οξείδωσης των κοιτασμάτων θειικού χαλκού. Συνήθως, τα ίδια τα ψήγματα χαλκού περιέχουν περίπου 90-99%. Το υπόλοιπο οφείλεται σε άλλα μέταλλα. Σε κάθε περίπτωση, δύο κύριες τεχνολογίες χρησιμεύουν ως απάντηση στο ερώτημα πώς εξορύσσεται ο εγγενής χαλκός. Τέτοια κοιτάσματα, καθώς και μεταλλεύματα, αναπτύσσονται με μέθοδο κλειστού ορυχείου ή ανοιχτού λάκκου. Στην πρώτη περίπτωση, χρησιμοποιούνται τεχνολογικές διαδικασίες όπως η διάτρηση και η θραύση.

Τα ψήγματα χαλκού μπορεί να ζυγίζουν πολύ. Τα μεγαλύτερα από αυτά βρέθηκαν κάποτε στη λίμνη Superior των ΗΠΑ. Το βάρος αυτών των ψήγματα ήταν περίπου 500 τόνοι.

Όπου εξορύσσεται χαλκός στη Ρωσία, μάθαμε. Αυτό είναι κυρίως η Transbaikalia και τα Ουράλια. Στη χώρα μας βέβαια βρέθηκαν και πολύ μεγάλα ψήγματα αυτού του μετάλλου σε διαφορετικές εποχές. Για παράδειγμα, κομμάτια χαλκού βάρους έως και αρκετών τόνων βρέθηκαν συχνά στα Μέση Ουράλια. Ένα από αυτά τα ψήγματα βάρους 860 κιλών φυλάσσεται τώρα στην Αγία Πετρούπολη, στο Μουσείο του Μεταλλευτικού Ινστιτούτου.

Μεταλλεύματα χαλκού και τα κοιτάσματα τους

Επί του παρόντος, η απόκτηση Cu θεωρείται οικονομικά αποδοτική και πρόσφορη ακόμη και αν περιέχεται στο βράχο τουλάχιστον 0,3%.

Πιο συχνά, τα ακόλουθα πετρώματα εξορύσσονται στη φύση για να απομονωθεί ο χαλκός βιομηχανικά στη φύση σήμερα:

• βορνίτες Cu₅FeS_{4 - θειούχα μεταλλεύματα, που αλλιώς ονομάζονται μοβ χαλκού ή διαφοροποιημένοι πυρίτες και περιέχουν περίπου 63,3% Cu·}

• χαλκοπυρίτης CuFeS_{2 - ορυκτά υδροθερμικής προέλευσης;}

• χαλκοσίνες Cu_{2S που περιέχουν περισσότερο από 75% χαλκό;}

• cuprites Cu_{2O, επίσης συχνά βρίσκονται σε εγγενή κοιτάσματα χαλκού;}

• μαλαχίτες, που είναι χόρτα από ανθρακικό χαλκό.

Το μεγαλύτερο κοίτασμα μεταλλευμάτων χαλκού στη Ρωσία βρίσκεται στο Norilsk. Επίσης, τέτοια πετρώματα εξορύσσονται σε μεγάλες ποσότητες σε ορισμένα μέρη στα Ουράλια, στην Τρανμπαϊκάλια, στην Τσουκότκα, στην Τούβα και στη χερσόνησο Κόλα.

Πώς αναπτύσσονται τα κοιτάσματα μεταλλεύματος χαλκού

Διαφορετικά είδη πετρωμάτων που περιέχουν Cu, καθώς και ψήγματα, μπορούν να εξορυχθούν στον πλανήτη χρησιμοποιώντας δύο κύριες τεχνολογίες:

• κλειστό;
• open.

Στην πρώτη περίπτωση, στο κοίτασμα κατασκευάζονται ορυχεία, το μήκος των οποίων μπορεί να φτάσει αρκετά χιλιόμετρα. Για τη μετακίνηση εργαζομένων και εξοπλισμού, τέτοιες υπόγειες σήραγγες είναι εξοπλισμένες με ανελκυστήρες και σιδηροδρομικές γραμμές. Η σύνθλιψη βράχου στα ορυχεία πραγματοποιείται χρησιμοποιώνταςειδικός εξοπλισμός διάτρησης με αιχμές. Η συλλογή του μεταλλεύματος χαλκού και η φόρτωσή του για αποστολή στην κορυφή πραγματοποιείται με κουβάδες.

Εάν τα κοιτάσματα βρίσκονται όχι περισσότερο από 400-500 m από την επιφάνεια της γης, εξορύσσονται με ανοιχτή μέθοδο. Σε αυτή την περίπτωση, το ανώτερο στρώμα βράχου αφαιρείται πρώτα από το πεδίο με τη χρήση εκρηκτικών μηχανισμών. Περαιτέρω, το ίδιο το μετάλλευμα χαλκού αφαιρείται σταδιακά.

Μέθοδοι λήψης μετάλλου από πέτρες

Πώς εξορύσσεται ο χαλκός, ή μάλλον, τα μεταλλεύματα που τον περιέχουν, ανακαλύψαμε έτσι. Πώς όμως οι επιχειρήσεις λαμβάνουν στη συνέχεια το ίδιο το Cu;

Υπάρχουν τρεις κύριοι τρόποι εξαγωγής χαλκού από πετρώματα:

• ηλεκτρολυτικό;
• πυρομεταλλουργικό;
• υδρομεταλλουργικό.

Μέθοδος πυρομεταλλουργικής επίπλευσης

Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται συνήθως για την απομόνωση χαλκού από πετρώματα που περιέχουν 1,5-2% Cu. Ένα τέτοιο υλικό εμπλουτίζεται με τη μέθοδο της επίπλευσης. Ταυτόχρονα:

• Το μεταλλεύματος αλέθεται προσεκτικά μέχρι την καλύτερη σκόνη.
• αναμείξτε το υλικό που προκύπτει με νερό;
• προσθέστε στη μάζα ειδικά αντιδραστήρια επίπλευσης, που είναι σύνθετες οργανικές ουσίες.

Τα αντιδραστήρια επίπλευσης επικαλύπτουν μικρούς κόκκους από διάφορες ενώσεις χαλκού και τους προσδίδουν μη διαβρεξιμότητα.

Επόμενο βήμα:

• ουσίες που δημιουργούν αφρό προστίθενται στο νερό.
• περάστε ένα ισχυρό ρεύμα αέρα μέσα από την ανάρτηση.

Ελαφρά ξηρά σωματίδια ενώσεων χαλκού ως αποτέλεσμα κολλάνε στις φυσαλίδες αέρα και επιπλέουν στην κορυφή. Ο αφρός που τα περιέχει συλλέγεται, συμπιέζεται από το νερό και στεγνώνει καλά. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται ένα συμπύκνωμα, από το οποίο στη συνέχεια απομονώνεται ακατέργαστο Cu.

Πώς εξορύσσεται ο χαλκός από μετάλλευμα: εμπλουτισμός με ψήσιμο

Η μέθοδος επίπλευσης χρησιμοποιείται αρκετά συχνά στη βιομηχανία. Αλλά μερικές φορές η τεχνολογία καβουρδίσματος χρησιμοποιείται επίσης για τον εμπλουτισμό του μεταλλεύματος χαλκού. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται συχνότερα για μεταλλεύματα που περιέχουν μεγάλη ποσότητα θείου. Σε αυτή την περίπτωση, το υλικό προθερμαίνεται σε θερμοκρασία 700-8000 °C. Ως αποτέλεσμα, τα σουλφίδια οξειδώνονται με μείωση της περιεκτικότητας σε θείο στο πέτρωμα.

Στο επόμενο στάδιο, το μετάλλευμα που παρασκευάζεται με αυτόν τον τρόπο τήκεται σε φρεατικούς κλιβάνους σε θερμοκρασία 14.500 °C. Τελικά, όταν χρησιμοποιείται αυτή η τεχνολογία, λαμβάνεται ένα ματ - ένα κράμα χαλκού και σιδήρου. Επιπλέον, αυτή η σύνδεση βελτιώνεται με εμφύσηση σε μετατροπείς. Ως αποτέλεσμα, το οξείδιο του σιδήρου πηγαίνει στη σκωρία και το θείο μεταφέρεται σε SO4.

Παραγωγή καθαρού χαλκού: ηλεκτρόλυση

Όταν χρησιμοποιούνται μέθοδοι επίπλευσης και ψησίματος, λαμβάνεται χαλκός με κυψέλες. Στην πραγματικότητα, ένα τέτοιο υλικό περιέχει περίπου 91% Cu. Για να ληφθεί καθαρότερος χαλκός, ο ακατέργαστος χαλκός καθαρίζεται περαιτέρω.

Σε αυτήν την περίπτωση, οι παχιές πλάκες ανόδου χυτεύονται πρώτα από πρωτογενή χαλκό. Επόμενο:

• πάρτε ένα διάλυμα θειικού χαλκού στο μπάνιο;
• κρέμασμα στο μπάνιοπλάκες ανόδου;
• Ως κάθοδοι χρησιμοποιούνται λεπτά φύλλα καθαρού χαλκού.

Κατά την αντίδραση ηλεκτρόλυσης, ο χαλκός διαλύεται στις ανόδους και κατακρημνίζεται στις καθόδους. Τα ιόντα χαλκού κινούνται προς την κάθοδο, παίρνουν ηλεκτρόνια από αυτήν και περνούν σε άτομα Cu+2+2e;>Cu.

Οι ακαθαρσίες που περιέχονται στον χαλκό blister μπορεί να συμπεριφέρονται διαφορετικά όταν ραφινάρονται. Ψευδάργυρος, κάδμιο, σίδηρος διαλύονται στην άνοδο, αλλά δεν κατακάθονται στην κάθοδο. Το γεγονός είναι ότι στη σειρά της ηλεκτροχημικής τάσης βρίσκονται στα αριστερά του χαλκού, δηλαδή έχουν περισσότερα αρνητικά δυναμικά.

Ο θειικός χαλκός λαμβάνεται με αργή οξείδωση θειούχου μεταλλεύματος με οξυγόνο σε θειικό χαλκό CuS + 2O₂ > CuSO_{4. Το αλάτι στη συνέχεια ξεπλένεται με νερό.}

Υδρομεταλλουργική μέθοδος

Σε αυτή την περίπτωση, το θειικό οξύ χρησιμοποιείται για την έκπλυση και τον εμπλουτισμό του χαλκού. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης που χρησιμοποιεί αυτή την τεχνολογία, λαμβάνεται ένα διάλυμα κορεσμένο με Cu και άλλα μέταλλα. Στη συνέχεια, ο χαλκός απομονώνεται από αυτό. Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνική, εκτός από τον χαλκό με φυσαλίδες, μπορούν να ληφθούν και άλλα μέταλλα, συμπεριλαμβανομένων των πολύτιμων. Σε κάθε περίπτωση, αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται συχνότερα για την εξαγωγή Cu από πετρώματα που δεν είναι πολύ πλούσια σε αυτό (λιγότερο από 0,5%).

Χαλκός στο σπίτι

Ο διαχωρισμός αυτού του μετάλλου από μεταλλεύματα κορεσμένα με αυτό είναι, επομένως, σχετικά απλός τεχνολογικά. Ορισμένοι λοιπόν ενδιαφέρονται για το πώς να εξορύξουν χαλκό στο σπίτι. Αποκτήστε αυτό το μέταλλο από μετάλλευμα, πηλό κ.λπ. με τα χέρια σας, χωρίςΩστόσο, η διαθεσιμότητα ειδικού εξοπλισμού θα είναι πολύ δύσκολη.

Μερικοί, για παράδειγμα, ενδιαφέρονται για το πώς να εξάγουν χαλκό από πηλό με τα χέρια τους. Πράγματι, στη φύση υπάρχουν κοιτάσματα αυτού του υλικού, το οποίο είναι επίσης πλούσιο σε Cu. Ωστόσο, δυστυχώς, δεν υπάρχουν γνωστές αποδεδειγμένες τεχνολογίες για την απόκτηση χαλκού από πηλό στο σπίτι.

Με τα χέρια σας, αυτό το μέταλλο στο σπίτι μπορείτε να δοκιμάσετε να απομονώσετε, ίσως, μόνο από θειικό χαλκό. Για να γίνει αυτό, το τελευταίο πρέπει πρώτα να διαλυθεί σε νερό. Στη συνέχεια, πρέπει απλώς να τοποθετήσετε λίγο σιδερένιο αντικείμενο στο μείγμα που προκύπτει. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, το τελευταίο - ως αποτέλεσμα της αντίδρασης υποκατάστασης - θα καλυφθεί με μια επίστρωση χαλκού, η οποία στη συνέχεια μπορεί απλά να καθαριστεί.