Медная руда. Эпоха в истории человечества

Одним из первых металлов, с которым научился работать человек, была медь, или по-латыни Cuprum (Cu). Ее роль в развитии человеческой цивилизации преувеличить просто невозможно: целая эпоха в истории получила название «бронзовый век» (бронза – сплав олова и меди). Получать этот красивый и ковкий металл (цвет меди – золотисто-розовый) научились до нашей эры. Слова «борнит», «халькопирит», «халькозин», «ковелин», «энаргит», «куприт» звучат как названия чего-то необычного, хотя на самом деле так называются некоторые из медесодержащих руд. Источником получения этого металла была медная руда.

В природе Cuprum может быть как в виде самородков, так и виде соединений. Существует несколько различных типов медных руд, которые по составу можно разделить на сульфидные, окисленные и смешанные. Обычно медная руда является комплексной, в ней присутствуют многие другие элементы и соединения – сульфиды свинца, цинка, никеля и других элементов. Кроме того, в ее составе имеются рассеянные элементы – селен, теллур, кадмий, индий и им подобные. По стоимости эти металлы составляют не менее 50% от Cuprum, извлекаемой из породы.

Чаще всего используются сульфидные руды, включающие соединения Cu с серой. Само производство меди состоит из нескольких самостоятельных этапов. Основным способом ее получения является пирометаллургический.

Обычно медная руда содержит незначительное количество Cuprum, поэтому породу предварительно подвергают обогащению. Для этого ее размельчают, смешивают с водой и некоторыми специальными веществами, а затем помещают во флотационную машину. Там все это перемешивается, частицы сульфидов поднимаются на поверхность в виде пены и уносятся, а пустая порода оседает на дно.

Следующий этап переработки, который проходит медная руда, называется «плавка на штейн». К полученному концентрату добавляют песок и нагревают смесь до температуры плавления металла. При таком воздействии сера окисляется в оксид серы, а расплавленный металл собирается внизу печи. Этот расплав заливают в конвертор и продувают воздухом. В итоге в результате окисления серы получается металлическая медь, которую разливают по формам. При охлаждении таких слитков (в них содержание Cu достигает 98%) выделяется диоксид серы. Его улавливают и затем используют как сырье для производства серной кислоты.

Для получения металла нужной чистоты черновую медь необходимо подвергнуть рафинированию. Оно бывает двух типов – огневое или электролитическое. При рафинировании можно также получить благородные металлы, содержащиеся в полученной черновой меди.

Огневое рафинирование осуществляют в специальных печах, электролиз проводят в ваннах, выложенных свинцом или винипластом.

Для огневого рафинирования полученную заготовку загружают в печь и расплавляют. Потом начинают продувку воздуха через жидкий металл. При окислении часть примесей переходит в шлак, а другая возгоняется и уносится с печными газами. Окисляется также и Cuprum. Все благородные металлы остаются в расплаве. Восстановление окисленной меди происходит при взаимодействии с углеродом, источником которого выступают газ, паромазутная смесь и т. д. Такая операция получила название дразнение меди. При этом Cu восстанавливается углеродом древесины. Затем происходит разливка в слитки или специальные анодные плиты для проведения электролизного рафинирования.

К электролизному рафинированию прибегают в случае, когда медь предназначена для использования в электротехнической промышленности, или когда она содержит большое количество благородных металлов (серебра, золота, платины).

При электролизе ванну заполняют электролитом, помещают в нее в качестве анода рафинированную медь, а в качестве катода чистый Cu, и пропускают через ванну ток. В итоге на катоде осаждается чистый металл (чистота – до 99,95%).