По сегодняшний день в мире добывается огромное количество полезных ископаемых. Это и металлы, и драгоценные камни, и топливо. Без них невозможно представить повседневную жизнь. Если обратиться к металлам, которых больше всего добывается в мире, то третье место принадлежит меди, после железа и алюминия. Сложно представить, но без этого простого и обыденного металла проблемы возникнут в таких отраслях, как электротехника, теплотехника, медицина, и во многих других. Медь — что это за руда? Какие имеет свойства? Как добывается? И каковы мировые запасы?
Свойства и характеристики
Медная руда — это особые соединения химических элементов, в которых концентрация меди достигает значения не менее 0,5–1 %. Только такая руда пригодна для переработки и дальнейшего использования. Она занимает 25-й номер в таблице Менделеева и имеет название «купрум», с латинского.
Медь — достаточно пластичный и мягкий элемент, который имеет золотисто-розовый оттенок. Этот металл легко поддается окислению, и поэтому при малейшем контакте с воздухом покрывается красноватой кислотной пленкой. Для этого материала характерні:
- хорошая электропроводность;
- высокая теплопроводность;
- устойчивость к коррозии и разрушительному воздействию.
Медь также имеет антибактериальное свойство. Она легко уничтожает всевозможные вирусы гриппа, а также бактериальные инфекции.
Если ее смешать с другим минералом, то получатся интересные сплавы. Многие из них человек использует в повседневной жизни, даже не догадываясь, что держит в руках медь. Так, известны: латунь, бронза, различные баббиты и ювелирные сплавы.
Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)
В полированных шлифах в отраженном свете розовая. Отражательная способность (в %): для зеленых лучей — 61, для оранжевых — 83, для красных — 89. Изотропна. Показатели преломления (по Кундту) в призмах для красного света — 0,45, для белого — 0,65, для голубого — 0,95; в отражательном свете (по Друде) для Na-света 0,641,для красного — 0,580. Коэфиэциент поглощения для Na-света — 4,09, для красного света — 5,24.
Медь. Ветвистые дендриты. Россия
Медь. Ветвистые дендриты. Россия
Сомородок
Медь. Сомородок
Применение медной руды
Благодаря полезным свойствам меди, ее используют в сфере электротехники. Из этого металла делают провода и силовые кабели, которые необходимы в повседневной жизни человека.
Интересно и то, что при смешивании меди с другими материалами получаются не менее полезные вещи. Так, например, сплав с никелем необходим в приборостроении. Смесь с вольфрамом используется для нитей накаливания в обычных лампочках. Кроме того, медь необходима в изготовлении радиаторов, кондиционеров, потому что она имеет хорошую теплопроводность.
Также этот металл используют в следующих отраслях:
- машиностроении;
- строительстве;
- судостроении.
Существует еще одно полезное свойство, за которое этот металл очень ценится и часто применяется в строительстве. Он слабо поддается коррозии. Изделия из него продержатся несколько десятков лет, прежде чем начнут распадаться.
Медь используется и в ювелирном деле. Иногда создаются украшения исключительно из этого металла, иногда с примесью золота. Поскольку материал мягкий и пластичный, из него удобно создавать тонкие и изысканные ювелирные изделия. Сейчас идет тенденция внедрения дверных ручек, перил из меди, так как она имеет антибактериальные свойства.
Это интересно! Статуя Свободы была облицована именно медью. На ее изготовление потребовалось 80 тонн. В королевстве Непал этот металл и вовсе считается священным.
В сельском хозяйстве медь играет важную роль. Она добавляется во многие удобрения. Многим садоводам известен медный купорос, который они используют для обработки растений от вредных насекомых.
Химический состав
Содержит иногда примеси Fe, Ag, Pb, Au, Hg, Bi, Sb, V, Ge3 (серебристая медь с 3—4% Ag, железистая—2,5% Fe и золотистая—2—3% Au). Примеси наблюдаются чаще в первичной самородной меди; вторичная медь обычно более чистая. Состав самородной меди из Шамлугского месторождения (Армения): Cu — 97,20 —97,46%, Fe — 0,25%; в меди из месторождений Алтая определено 98,3% Cu и более.
Кристаллографическая характеристика
Сингония. Кубическая.
Класс. Гексоктаэдрический.
Кристаллическая структура
Для кристаллической структуры характерна гранецентрированная решетка; по углам и в центрах граней элементарного куба расположены атомы меди. Это формальное выражение того, что в структуре меди имеется плотнейшая упаковка (так называемая кубическая плотнейшая упаковка) из атомов металла с радиусом 1,27 А и расстоянием между ближайшими атомами 2,54 А при выполнении пространства в 74,05%. Каждый атом Cu окружен 12 ему подобными (координационное число 12), располагающимися вокруг него по вершинам так называемого Архимедова кубооктаэдра.
Главные формы:а (100), d (110), о (111), l (530), е (210), h (410).
Группы медных руд
Медь — металл, имеющий огромное количество разновидностей, каждой из которых присущи свои свойства. Существует более 200 видов. Однако в производстве используется не более 20. Все эти разновидности ученые объединяют в несколько групп.
Стратиформная — группа, характеризующаяся месторождениями, которые сформировались осадочным способом. С этим металлом часто находят сланец.
- Колчеданная — группа, состоящая из единения меди и самородков. Этот вид металлов широко применяется в ювелирном деле.
- Гидротермальная — группа, характерной чертой которой является то, что в этих месторождениях часто содержатся золото, серебро и другие полезные ископаемые вместе с медью. Их количество превышает норму.
- Скарновые породы — месторождения таких руд локальны. Они встречаются среди известняковых пород. Здесь концентрация меди не превышает 30 %. Кроме того, она неравномерна.
- Магматические— к этой группе относят виды, в которых преобладают смеси меди и никеля. Такие породы получились в результат магматических процессов, то есть затвердевания и изменения магмы или лавы.
- Карбонатные — эта группа состоит из смесей железа и меди. Во всем мире пока обнаружено только одно такое месторождение — в ЮАР.
Месторождения на карте мира
Самые большие запасы руды расположены в Чили – 34% от общемировых. В США и Перу находится по 9% залежей ископаемого. На Восточную Сибирь, Урал и Кольский полуостров приходится 5% месторождений.
Мировые месторождения меди расположены на Африканском континенте, в Южной Америке, Канаде, Австралии. Из европейских стран ими наиболее богата Польша. Известны месторождения в Китае и Монголии.
Порфировые и жильные месторождения располагаются в Западном Тихоокеанском поясе, районах средиземноморья. Обладают ими Казахстан, Армения, Узбекистан.
Карта месторождений меди в мире
Из каких руд получают медь
Медь крайне редко встречается в виде самородков. Она всегда добывается с дополнительными примесями. Самый большой самородок был найден в США. Он имеет вес более 420 тонн.
Всего 20 видов используются в тяжелой промышленности. Самые известные и широко применяемые из них — халькозин, халькопирит и борнит. Каковы их свойства?
- Халькозин — наиболее концентрированная медь. Здесь ее концентрация может быть до 80 %.
- Халькопирит — медь, входящая в состав полиметаллов и имеющая гидротермальное происхождение.
- Борнит — этот вид имеет синеватый оттенок из-за примесей железа и серебра. Концентрация — более 60 %.
- Ковелин — относится к гидротермальной группе, как и халькопирит. Концентрация составляет 64 %.
Именно из этих руд получают большую часть металла, которая потом используется человеком.
МЕ́ДНЫЕ РУ́ДЫ
МЕ́ДНЫЕ РУ́ДЫ, природные минеральные образования, содержащие медь в таких соединениях и концентрациях, при которых их пром. использование технически возможно и экономически целесообразно. Известно св. 170 минералов меди; пром. значение имеют менее 20, основные из которых: медь самородная (98% $\ce{Cu}$), халькопирит (34,5% $\ce{Cu}$), борнит (63,3% $\ce{Cu}$), халькозин (79,8% $\ce{Cu}$), кубанит (22–24% $\ce{Cu}$), ковеллин (66,5% $\ce{Cu}$), теннантит (57,5% $\ce{Cu}$), тетраэдрит (52,3% $\ce{Cu}$), куприт (88,8% $\ce{Cu}$), тенорит (79,9% $\ce{Cu}$), малахит (57,4% $\ce{Cu}$), азурит (55,3% $\ce{Cu}$), хризоколла (36,1% $\ce{Cu}$), брошантит (56,2% $\ce{Cu}$). По генезису различают первичные, окисленные и смешанные М. р.; по минер. составу – собственно медные (самородная медь) и комплексные (сульфидные, карбонатные, силикатные, сульфатные, оксидные и др.). B первичных рудах большинства пром. месторождений медь присутствует в виде сульфидов (халькопирит, борнит и халькозин, кубанит), в зонах окисления (окисленные и смешанные руды) представлена карбонатами, силикатами, сульфатами, оксидами и др. классами минералов. М. р. в месторождениях преим. комплексные. До 80% меди извлекается из сульфидных руд, остальные приходятся на карбонатные, оксидные, силикатные и собственно медные. На всех типах сульфидных месторождений в приповерхностных условиях формируются сложнопостроенные зоны окисления, выщелачивания, вторичного сульфидного обогащения, в которых развиты самородная медь, хризоколла, куприт, азурит, малахит, халькозин, ковеллин и др.
Месторождения М. р., содержащие запасы св. 5 млн. т, относят к уникальным (выявлено 18 таких месторождений, 4 из них – в России), крупные месторождения имеют запасы от 1 до 5 млн. т, средние – от 0,2 до 1 млн. т, мелкие – менее 0,2 млн. т. Богатые руды содержат св. 2% меди, рядовые – 1–2%, бедные – менее 1%. Ср. содержание меди в добываемых рудах составляет 1–0,8% (постоянно снижается: в 19 в. добывались руды со ср. содержанием 10%, в нач. 20 в. – 3,8%). Богатые руды поступают в плавку без обогащения, рядовые и бедные – обогащают. Сложность и способы обогащения руд зависят от их минер. состава и текстурно-структурных особенностей.
Среднее содержание меди в разл. типах руд осн. геолого-пром. типов месторождений меди колеблется в пределах 0,3–6%. Содержание в них осн. попутных компонентов варьирует в ещё большей степени, составляя в ср. для платиноидов, $\ce{Au, Re}$ 10–6–10–4%; для $\ce{Ag, Se, Te, In, Tl, Ga, Ge}$ 10–4–10–3%; для $\ce{Mo, Bi, Cd, Co}$ 10–3–10–2%; для $\ce{Zn, Pb, Ni, R, Ti, V}$ 10–1 – n%; для $\ce{S \:и\: Fe}$ (магнетитового) n–n·10%. B качестве вредных примесей в M. p. часто встречаются мышьяк и сурьма (10–3–10–2%), иногда ртуть (10–4%).
Пром. месторождения М. р. разделяют на 6 генетич. групп, в которых выделяют не менее 8 осн. геолого-пром. типов. Среди магматических различают 2 геолого-пром. типа – сульфидные медно-никелевые и медно-титановые (или ванадиево-железомедные); в карбонатитовых и скарновых – по одному типу, одноимённому генетич. группе; среди гидротермальных плутоногенных выделяют 2 типа – медно-порфировые и сульфидно-кварцевые жильные; в колчеданных – тип медно-колчеданных, в стратиформных – тип медистых песчаников и сланцев. Геолого-пром. типы весьма неравноценны по своему экономич. значению. Среди зарубежных месторождений М. р. преобладают медно-порфировые месторождения (от 65 до 70% мировых подтверждённых запасов меди), в месторождениях медистых песчаников и сланцев сосредоточено от 15 до 20% запасов, в медно-колчеданных 5–8%, в сульфидных медно-никелевых 2–2,5%, в скарновых 2–4%, в карбонатитовых 0,5–0,7%. В России осн. значение по запасам и добыче имеют месторождения трёх типов: сульфидные медно-никелевые (44,7% от общих по стране), медно-колчеданные (28%) и медистых песчаников и сланцев (20,9%); на остальные типы – медно-порфировые, железомедные, скарновые и др. приходится 6,4%. Выделение новых геолого-пром. типов месторождений М. р. связано с освоением минер. ресурсов океана (напр., стратиформные залежи сульфидных медных руд в океанич. осадках, сульфидные постройки).
Медно-порфировые месторождения связаны с гипабиссальными порфировыми интрузиями умеренно кислого состава. Рудные тела представлены штокверками изометричной, удлинённой или сложной формы. Медно-порфировые руды имеют прожилково-вкрапленные текстуры, гл. минералы – пирит, халькопирит, халькозин, борнит, молибденит. Руды комплексные, содержание меди в них колеблется от 0,4 до 1,2%, среднее 0,6–0,7%. Среди них по составу руд и соотношениям меди, молибдена и золота выделяют четыре типа: собственно медно-порфировые и золотомедно-порфировые, молибден-медно-порфировые, медно-молибден-порфировые и собственно молибден-порфировые. Помимо меди, молибдена и золота из руд извлекают рений, серебро и др. металлы. Размеры рудных залежей, как правило, велики, площадь их нередко измеряется квадратными километрами, объёмы достигают 1 км3 (иногда более). В уникальных месторождениях этого типа (Чукикамата, Эль-Теньенте в Чили) запасы превышают 20 млн. т. Выделяют три планетарных пояса распространения медно-порфировых месторождений: Тихоокеанский (Чили, Перу, Мексика, США, Канада), в котором сосредоточена преобладающая часть запасов; Средиземноморский (Сербия, Македония, Болгария, Армения, Турция, Иран, Афганистан, Зап. Пакистан, Сев. Индия); Казахстанско-Монгольский (Казахстан, Узбекистан, в России – Тува; Монголия, Китай). Известно ок. 150 медно-порфировых месторождений, среди наиболее известных: Коунрад (Казахстан), Каджаран (Армения), Кальмакыр (Узбекистан), Песчанка (Россия), Бингем, Сан-Маньюэл (США), Валли-Коппер (Канада), Майданпек (Сербия) и др.
Месторождения медистых песчаников и сланцев связаны с формациями красноцветных, пестроцветных, сероцветных песчано-сланцевых первоначально осадочных (иногда вулканогенно-осадочных) пород, испытавших позднее заметные преобразования в результате процессов диа- и катагенеза и под воздействием подземных горячих минерализов. вод. Рудные тела преим. пластообразной формы, длина и ширина – от мн. сотен метров до нескольких километров, мощность до 30 м (иногда более). Месторождения характеризуются крупными размерами, нередко относятся к уникальным по величине запасов. Содержание меди в рудах колеблется от 1 до 6%, среднее – 3,5%. Соотношение гл. рудообразующих элементов $\ce{Pb\:: Zn\: : Cu}$= 1 : 0,5 : 10. Руды сульфидные. Наиболее распространённые минер. типы руд: халькопирит-борнит-халькозиновый; галенит-халькопирит-борнит-халькозиновый (первичные); брошантит-куприт-самородномедно-малахитовый смешанный (вторичные и окисленные). Текстуры руд слоисто-полосчатые и прожилково-вкрапленные. Попутные пром. компоненты – свинец, цинк, серебро, платиноиды, рений, селен, теллур, кобальт, уран, кадмий, германий. Наиболее крупные стратиформные месторождения находятся в Меденосном поясе Центральной Африки (Нчанга, Муфулира, Нкана и др. в Замбии; Камото, Мусоши в Демократич. Республике Конго), Казахстане (Джезказганское), Польше (Легницко-Глогувское рудное поле), Афганистане (Айнак), России (Удоканское в Забайкальском крае).
Медно-колчеданные месторождения связаны с вулканогенными и вулканогенно-осадочными базальтоидными формациями ранних этапов развития складчатых поясов. Руды массивные, вкрапленные и прожилково-вкрапленные также имеют сульфидный состав. Сплошные массивные руды сложены в осн. пиритом с примесью халькопирита, сфалерита; иногда в небольших количествах присутствуют галенит, блеклые руды и др. сульфиды. Вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды представлены обычно гидротермально изменёнными осадочными и вулканогенными породами с вкрапленностью и прожилками тех же сульфидов. Выделяется несколько типов руд в зависимости от соотношения преобладающих сульфидов – халькопирит-пиритовые, халькопирит-сфалерит-пиритовые и др. Содержание меди – от десятых долей процента до 2–3%, в ср. ок. 1,4%. Попутно из руд извлекают цинк, свинец, серу, золото, серебро, кадмий, селен, теллур. Наиболее известные зарубежные месторождения: Кидд-Крик, Флин-Флон и др. (Канада), Скуриотиса (Кипр), Рио-Тинто (Испания), Бесси (Япония); в России – месторождения Юж. и Ср. Урала (Гайское – уникальное по запасам, Сибайское, Блявинское, Учалинское, Подольское и др.) и Сев. Кавказа (Урупское, Худесское).
Сульфидные медно-никелевые месторождения связаны с расслоенными интрузивами основного и ультраосновного состава и сформировались в результате ликвации. Рудные тела пластовой, линзообразной и неправильной формы, а также жилы. Длина по простиранию и падению от десятков до многих сотен метров. Мощность многие десятки метров. Текстуры руд вкрапленные, массивные «шлировые», прожилково-вкрапленные, брекчиевые. Состав комплексный (гл. рудные минералы: пентландит, халькопирит, кубанит, пирротин), помимо меди, из них извлекают кобальт, платиноиды, золото, серебро, селен, теллур. Наиболее известные месторождения: Фрут, Грейтон, Томпсон, Мистери-Лейк (Канада), Бушвельдский комплекс (ЮАР), Камбалда, Маунт-Кейт (Австралия); среди рос. месторождений – два относятся к числу уникальных (Талнахское и Октябрьское в Вост. Сибири).
Скарновые месторождения формируются в экзоконтактовых зонах гранитоидных интрузий, прорывающих известняки и известково-терригенные породы. Возникающие в этих условиях известковые скарны гранит-пироксенового состава развиваются и по вмещающим породам, и по гранитоидам. Пром. рудные тела размещаются в зонах экзоскарнов на небольшом удалении от контакта. Они характеризуются сложной морфологией, небольшими размерами, комплексным составом руд. В этих месторождениях обычны сочетания борнит-халькопиритового и магнетитового оруденения. Руды прожилково-вкрапленные. Содержание меди высокое, но неравномерное, в ср. 1,5–3%. Сопутствующие компоненты – железо, золото, кобальт, серебро, селен, теллур, молибден. К скарновому типу относятся в России месторождения Турьинской группы на Урале, напр. Вадимо-Александровское и Гумешевское; за рубежом: Саякское, Ирису (Казахстан), Клифтон, Бисби (США), Долорес (Мексика), Тинтая (Перу), Сенган, Анжерт (Иран) и др.
Пром. тип карбонатитовых медных месторождений выделен благодаря открытию уникального по запасам, но пока единственного в мире пром. месторождения Пхалаборва в ЮАР. Это комплексное месторождение, приуроченное к массиву ультраосновных щелочных пород.
Медно-титановые месторождения (ванадиево-железомедные) немногочисленны и невелики по запасам. Приурочены к дифференцированным массивам габброидов в платиноносных поясах. Руды сульфидные железомедные ванадий-титансодержащие; гл. рудные минералы: борнит, халькопирит, халькозин, ванадийсодержащий титаномагнетит; текстуры прожилково-вкрапленные. Ср. содержание меди 0,65%. К этому типу относится, напр., Волковское месторождение на Урале.
Кварцево-сульфидные жильные месторождения также немногочисленны и мелки по запасам. Связаны с гранитоидными интрузиями. Рудные тела представлены жилами и жильными зонами длиной от десятков до нескольких сотен метров, мощностью от 1 до 10 м (иногда более). Руды сульфидные, медные и свинцово-цинково-медные золото- и серебросодержащие; гл. рудные минералы: халькопирит, пирит, галенит, сфалерит. Текстуры гнездово-жильные и прожилково-вкрапленные. Содержание меди в них колеблется в широких пределах от 1,5 до 6%. Среди месторождений этого типа – Золотушинское на Урале.
Выявленные мировые ресурсы М. р. (2006, в пересчёте на металл) по 94 странам составили 1683,6 млн. т, крупнейшие (79% мировых) сосредоточены в 2 частях света – в Америке 57,7% и Азии 21,3%; в Африке – 9,9%, в Австралии и Океании – 6,5%, в Европе – 4,6%. Подтверждённые запасы, учтённые по 59 странам, – 554,3 млн. т, из них: в Америке 52,2%, Азии 26,5%, Африке 10,6%, Европе 7%, Австралии и Океании 3,7%; по 12 странам с наиболее крупными подтверждёнными запасами (млн. т): в Чили 150, США 35, Индонезии 33,9, Мексике 30, Перу 30, Польше 26,7, Китае 26, Демократич. Республике Конго 25,8, Замбии 19, России 18,5, Казахстане 18,1, Австралии 18,1.
Добыча медных руд ведётся в 49 странах (2006). Ср. содержание меди в добываемых рудах 0,6–0,7%. Общемировое произ-во медных концентратов (включая получение металла методом выщелачивания из недр и отвалов) составило 17,8 млн. т (в пересчёте на медь), в т. ч. по осн. добывающим странам (млн. т): в Чили 7,1, США 1,8, Перу 1,2, Австралии 0,9, Индонезии 0,8, Китае 0,8, России 0,7, Замбии 0,7, Канаде 0,6, Польше 0,5, Мексике 0,5, Казахстане 0,4, Иране 0,2, Папуа–Новой Гвинее 0,2, Аргентине 0,2. Медные концентраты перерабатываются на медеплавильных заводах с получением промежуточного продукта – черновой меди. Мировое произ-во черновой меди (2006, млн. т) – св. 14, осуществлялось в 43 странах, в т. ч.: в Китае (2,4), Японии (1,6), Чили (1,6), Индии (0,6), Польше (0,6), Германии (0,5), Канаде (0,5), США (0,5), Республике Корея (0,5), Казахстане (0,4), Перу (0,4), Австралии (0,4), Замбии (0,3), Мексике (0,3), Испании (0,3), Болгарии (0,2), Иране (0,2), Филиппинах (0,2), Бразилии (0,2), Швеции (0,2), Индонезии (0,2), Финляндии (0,2), Узбекистане (0,1). Объём произ-ва конечного продукта – рафиниров. меди в 47 странах (млн. т, без учёта произ-ва из вторичного сырья) составляет 17,4, в т. ч.: в Китае 3, Чили 2,8, Японии 1,5, США 1,3, России 0,9, Германии 0,7, Индии 0,6, Республике Корея 0,6, Польше 0,6, Перу 0,5, Канаде 0,5, Замбии 0,5, Австралии 0,4, Казахстане 0,4, Мексике 0,4, Бельгии и Люксембурге 0,4. Кроме того, из вторичного сырья добывается 2,1 млн. т рафиниров. меди.
В России разведано 13 сульфидных медно-никелевых месторождений. Ср. содержание меди в рудах месторождений этого типа – 1,24%, но в уникальных по масштабу и качеству руд месторождениях (Октябрьское и Талнахское) содержание меди в сплошных (богатых) рудах достигает соответственно 4,9 и 3,5%. В 55 медно-колчеданных месторождениях руды, как правило, высокого качества (ср. содержание меди в них 1,61%); кроме меди, содержат цинк, свинец, золото, серебро, кадмий, серу, теллур и др. компоненты. Наиболее крупные месторождения этого типа сосредоточены на Урале: Гайское (Оренбургская обл.), Подольское, Юбилейное (Башкирия), Узельгинское (Челябинская обл.). Большую роль играют также мелкие и средние месторождения Урала с высоким качеством руд: Бакр-Тау (меди 3,25%, цинка 5,53%), Северо-Подольское (меди 3,60%, цинка 3,08%), Чусовское (меди 5,18%), Александринское (меди 4,40%, цинка 5,48%), Сафьяновское (меди 3,03%) и др. Запасы руд геолого-пром. типа медистых песчаников заключены в Удоканском месторождении, содержащем св. 20% запасов страны. Запасы Волковского железомедного месторождения в габброидах (Урал) составляют 2,5% общероссийских, 2 скарновых месторождений (Урал) – 0,2%. Остальные запасы распределяются между медно-порфировыми (Салаватское на Урале, Аксугское в Туве) и др. месторождениями (где медь добывается попутно). Из руд некоторых комплексных (магнетитовых, отчасти полиметаллических) месторождений медь не извлекается, теряясь при переработке. Добыча М. р. в России осуществляется на 42 месторождениях. На два осн. медедобывающих района – Вост. Сибирь и Урал – приходится 92,8% добычи. Кроме того, добыча ведётся на Сев. Кавказе, в Алтайском крае, на Кольском п-ове и на Дальнем Востоке. Почти половина разведанных запасов меди заключена в рудах эксплуатируемых месторождений. Среднее её содержание в добываемых рудах 1,6%, что значительно выше, чем в разведанных запасах (1,1%) РФ и мира.
Мировой экспорт меди – 11 млн. т. В структуре экспорта преобладает рафиниров. медь – на её долю приходится 60% экспорта, на медь в рудах и концентратах – ок. 30%, на черновую медь – 10%. Экспорт рафиниров. меди составил (2006, млн. т) 7,1, ведущие экспортёры: Чили (2,6), Замбия (0,5), Перу (0,4), Казахстан (0,4), Япония (0,3), Польша (0,3), Австралия (0,3), Канада (0,3), Россия (0,3), Китай (0,2), Бельгия (0,2), Индия (0,2), Германия (0,1), Республика Корея (0,1), Филиппины (0,1), США (0,1), Индонезия (0,1), Швеция (0,1), Австрия (0,1), Мексика (0,1), Бразилия (0,1), Финляндия (0,1). Мировой импорт меди – св. 10 млн. т (2006), доля рафиниров. меди в нём 66%, меди в концентратах 26%, черновой меди 8%. Импорт рафиниров. меди составил (2006) 6,6 млн. т. Гл. импортёры рафиниров. меди (млн. т): США (1,1), Германия (0,9), Китай (0,8), Италия (0,8), Тайвань (0,6), Франция (0,5), Республика Корея (0,4), Таиланд (0,3), Турция (0,2), Бразилия (0,2), Великобритания (0,2), Нидерланды (0,2), Греция (0,1), Япония (0,1), Испания (0,1), Канада (0,1). Мировое потребление рафиниров. меди достигло (2006) 17,3 млн. т. Осн. потребители (млн. т): Китай (3,6), США (2,3), Германия (1,4), Япония (1,3), Республика Корея (0,8), Италия (0,8), Россия (0,7), Тайвань (0,6), Франция (0,5), Индия (0,5), Мексика (0,4), Бразилия (0,3), Испания (0,3).
Способы добычи медной руды
Как уже говорилось, медь имеет разные способы образования и происхождения. Какие-то пласты находятся ближе к поверхности, какие-то дальше. В зависимости от этого и определяется способ добычи этого металла. Так, существуют закрытый и открытый способы.
Закрытый способ применяется в случае, если полезные ископаемые находятся под землей на расстоянии более 600 метров от поверхности. Чаще всего они залегают намного глубже. В таком случае строятся длинные шахты, которые протягиваются на несколько десятков километров. Они оснащаются всем необходимым оборудованием, в частности техникой. Для добычи меди нужны специальные машины, имеющие буровой механизм с шипами. Машина в прямом смысле дробит и царапает породы, тем самым добывая медь. К закрытому способы можно также отнести бурение.
Открытый способ используется чаще, но только в том случае, если полезные ископаемые находятся на глубине не более 500 метров. В таком случае снимаются верхние слои, не имеющие ценности. Затем происходит сама добыча меди. Часто используются взрывные устройства, которые упрощают работу. Такой способ добычи крайне губителен для окружающей среды. После того как месторождение иссякает, его забрасывают, а яма так и остается на поверхности земли. В ней скапливается вода и происходит коррозия почвы, что приводит к образованию оврагов.
Природные минералы, содержащие медь
Борнит. Сульфидная руда, ее состав определяет выражение Cu5FeS4. Различают два полиморфных вида – низкотемпературный и высокотемпературный. Температура плавления которых, соответственно, меньше или больше 228 градусов.
Существует ранний неустойчивый сульфид, легко разрушаемый водой и ветром. Другой тип – эндогенный, имеет непостоянный химический состав за счет примесей таких элементов как галенит, пирит, халькозин, халькопирит. Борнит называют пестрым колчеданом. Характеристика этих минералов зависит от их происхождения.
Халькопирит. Формулой CuFeS2 определяется его состав. Известен под названием медный колчедан. Относится к полиметаллическим. Может существовать в виде скарн и горных грейзенов.
Халькозин. Содержит 79,8% меди и 20,2% серы. Очень красивый, зеркальная поверхность имеет сероватый оттенок, бывает черным.
Существуют редкие ископаемые, содержащие элементы меди:
- куприт (Cu2O), оксид, замечен среди месторождений малахита и самородков;
- ковеллин, содержит 66,5% основного элемента и серу. Впервые найден в окружении вулкана Везувий. Добывается в США, Греции, Чили;
- малахит. Камень, который применяется для различных поделок. Полиметаллическая руда. Нижний Тагил – место больших залежей этого минерала;
- азурит. Это лазурь, камень синего цвета. Основные места его добычи – Африка, Австралия, Англия, Балканские страны. Залегает вблизи сульфидных месторождений.
Медно-порфировые формы включают молибден, золото, халькопирит, пирит. Их находят в залежах небогатых горных пород. Имеют форму прожилковых вкраплений штокверкового типа.
Технологический процесс производства меди
После того как металл был изъят из недр земли, его необходимо переработать и произвести непосредственно саму продукцию. Всего существует три технологии:
Первый способ — пирометаллургический — он предполагает обработку руды с помощью огневого рафинирования. В ходе этой обработки из руды извлекаются все полезные ископаемые и их элементы. Такая технология позволяет добыть медь даже из самых скудных пород, где ее концентрация ниже 0,5 %.
Второй способ — гидрометаллургический — применяется реже, и только для обработки уже окисленной меди или ее самородков с бедной концентрацией металла. Эти технологии позволяют использовать всю медь, которая есть в той или иной руде.
Третий способ — электролиз — особый процесс, при котором с помощью электричества и жидкости происходит очищение руды. Этот способ появился сравнительно недавно.
Форма нахождения в природе
Облик кристаллов. Облик кристаллов кубический, тетрагексаэдрический, додекаэдрический, реже — октаэдрический (возможно, псевдоморфозы по куприту). Грани часто шероховатые, с углублениями или возвышениями. Простые кристаллы редки.
Двойники.
Двойники срастания по (111) обычны, иногда полисинтетические, часто пластинчатые в направлении двойники оси или удлиненные паралелльны диагонали двойники плоскости. Обычно кристаллы (простые и двойники) неравномерно развиты: вытянуты, укорочены или деформированы. Характерны дендритовидные формы, представляющие собой однообразные срастания множества кристаллов (единообразно деформированных или правильных) по какому-либо одному направлению. Таковы, например, двойниковые по (111) кристаллы, вытянутые по оси симметрии 2-го порядка и сросшиеся параллельно граням ромбического додекаэдра) или срастания правильных двойниковых кристаллов, разветвляющиеся по направлению ребер и диагоналей октаэдрических граней, а также параллельные срастания кристаллов, вытянутых в направлении осей 4-го порядка. В сплошных выделениях самородной меди при травлении обнаруживаются признаки собирательной кристаллизации с развитием крупных зерен за счет более мелких зональных зерен неправильной формы.
Агрегаты. Искаженные кристаллы, в одиночных неправильных зернах, дендритовидные сростки, нитевидные, проволочные, моховидные образования, тонкие пластинки, конкреции, порошковатые скопления и сплошные массы весом до нескольких сотен тонн.
Дендриты
Добыча медных руд в мире
Месторождения не имеют какой-то системы, которая позволяет их отыскивать. Она распространена в самых разных географических зонах и расположена случайным образом. Так, медь добывается во многих странах, в частности, в США, Перу, Казахстане, Чили, России, Китае, Индонезии, на Кубе. Происходит добыча всех видов меди, независимо от ее концентрации в руде. Например, в Америке производится халькозиновая медь.
Интересно то, что в мире практически не осталось богатых месторождений. Медь добывается несколько сотен лет, и поэтому все крупные источники давно иссякли. Так сейчас активно идет снижение процесса использования в производстве концентрированного материала. Чаще всего используется руда с концентрацией этого металла, не превышающей 0,5 %. Это позволяет более экономно тратить необходимый материал.
Месторождения и добыча меди
Самое крупное месторождение меди в мире расположено в Чили – это карьер Эсконида. Здесь обнаружены огромные залежи самородной меди.
Другие крупные месторождения:
- Рудники на полуострове Кивино (США, штат Мичиган);
- Рудник «Чукикамата» в Чили (до 600 тыс. тонн в год);
- Рудник «Корокоро» Боливии;
- Рудник Гумишевский (Средний Урал, Россия) – ныне исчерпан;
- Долина реки Лёвиха (Средний Урал, Россия);
- Массив габбро (Италия).
По данным US Geological Survey крупнейшие залежи меди принадлежат Чили. Далее следуют США, Россия, Перу и Мексика.
Способы добычи меди:
- Открытый;
- Гидрометаллургический – когда медь выщелачивают из породы слабым раствором серной кислоты;
- Пирометаллургический – состоит из нескольких этапов (обогащение, обжиг, плавка на штейн, продувка и рафинирование).
Технологии производства
Добытая руда имеет низкую концентрацию меди. Для получения одной тонны металла в среднем понадобится 200 тонн руды. Для его извлечения современная металлургическая промышленность применяет следующие технологии:
- гидрометаллургическая;
- пирометаллургическая;
- электролиз.
Пирометаллургический метод обогащения породы использует для переработки халькопирит. Эта распространенная технология использует два этапа работы. Первое – окислительный обжиг, так называемая флотация. Получаемый черновой концентрат содержит 10–35% чистого вещества. Затем производят рафинирование меди и добавление купороса к раствору. В результате выделяют цветной металл почти стопроцентной чистоты.
При гидрометаллургическом способе происходит выщелачивание металла, затем добавляется серная кислота. В итоге получают раствор, в котором выделяется медь и различные металлы, могут быть драгоценные. Эта технология применима для производства меди из бедных пород.
Для окислительного обжига минералов с высоким содержанием серы нагревают руду до 700–8000 градусов, при этом количество серы уменьшается вдвое. Получается сплав сульфидов. Боковой обдув в конвекторе позволяет получить черновую медь 91%. Для более высокой чистоты металла происходит электролитическое рафинирование, получают 99% состав.
В промышленности этот элемент в чистом виде практически не применяется. Больше всего известны сплавы:
- латунь – сплав с цинком;
- бронза – с оловом;
- различные баббиты – сплав со свинцом;
- мельхиор – в состав добавлен никель;
- дюраль – соединение с алюминием;
- ювелирные сплавы, где добавляется золото в различных процентных соотношениях.