איך כורים נחושת: שיטות, היסטוריה ופיקדונות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

נחושת כיום היא מתכת מבוקשת בצורה יוצאת דופן ונמצאת בשימוש נרחב הן בחיי היומיום והן בתעשייה. בטבע ניתן למצוא Cu גם במצב טהור וגם בצורה של עפרה. ישנן מספר דרכים להפיק ולהשיג נחושת מהסלעים המקוריים. עם זאת, הם נמצאים בשימוש נרחב בתעשייה. אופן כריית הנחושת יידון במאמר.

קצת היסטוריה

באיזה אזור נחושת בימי קדם החלו להיכרות ולהשתמש באדם בפעם הראשונה, ארכיאולוגים, למרבה הצער, לא הצליחו לגלות. עם זאת, ידוע בוודאות שהמתכת הזו היא שאנשים התחילו לעבד ולהשתמש בחיי היומיום מההתחלה.

נחושת מוכרת לאדם מאז תקופת האבן. כמה גושי מתכת זו שנמצאו על ידי ארכיאולוגים נושאים עקבות של עיבוד עם גרזני אבן. בתחילה, אנשים השתמשו בנחושת בעיקר כקישוטים. יחד עם זאת, אנשים בימי קדם השתמשו אך ורק בנאגטס של מתכת זו שנמצאו על ידם לייצור מוצרים כאלה. מאוחר יותר, אנשים למדו לעבד ועפרות נושאות נחושת.

הרעיון כיצד מכרה ומעבד Cu היה ידוע לעמים רבים מהעת העתיקה. ראיות רבות נמצאו על ידי ארכיאולוגים. לאחר שהאדם למד לייצר סגסוגות של נחושת ואבץ, החלה תקופת הברונזה. למעשה, השם "נחושת" נטבע פעם על ידי הרומאים הקדמונים. מתכת כזו הובאה לארץ זו בעיקר מהאי קפריסין. זו הסיבה שהרומאים קראו לזה aes cyprium.

איך כרו נחושת בימי קדם

מאז שמתכת זו הייתה פעם בשימוש נרחב מאוד בחיי אדם, הטכנולוגיות למיצוי שלה פותחו, כמובן, די מושלמות. אבותינו השיגו נחושת בעיקר מעפרות מלכיט. תערובת של חומר כזה ופחם הונחה בכלי עפר והונחה בבור. לאחר מכן, המסה בסיר הוצתה. הפחמן החד חמצני שנוצר הפחית את מלכיט לנחושת.

מניות בטבע

היכן ניתן למצוא נחושת בטבע היום? כרגע, מרבצים של מתכת פופולרית זו מתגלים בכל יבשות כדור הארץ. יחד עם זאת, עתודות Cu נחשבות כמעט בלתי מוגבלות. גיאולוגים בזמננו מוצאים מרבצים חדשים של נחושת טהורה, כמו גם עפרות המכילות אותה. לדוגמה, בשנת 1950 הרזרבות העולמיות של מתכת זו הסתכמו ב-90 מיליון טון. ב-1970, נתון זה כבר גדל ל-250 מיליון טון, וב-1998 - עד 340 מיליון טון. נכון לעכשיו, מאמינים שעתודות הנחושת על פני כדור הארץ הן יותר מ-2.3 מיליארד טון.

הפקדות ושיטות מיצוי של נחושת טהורה

כפי שכבר הוזכר, בתחילה אנשים השתמשו ב-Cu מקורי בחיי היומיום. כמובן, זה מתקבלנחושת טהורה כזו היום. גושי מתכת זו נוצרים בקרום כדור הארץ כתוצאה מתהליכים אקסוגניים ואנדוגניים. המרבץ הידוע הגדול ביותר של נחושת מקומית על פני כדור הארץ נמצא כיום בארצות הברית, באזור אגם סופיריור. ברוסיה, נחושת מקומית מופיעה בפיקדון אודוקאן, כמו גם במקומות אחרים בטרנסבייקליה. בנוסף, התשובה לשאלה היכן ניתן לכרות נחושת ברוסיה בצורה של נאגטס היא אזור אוראל.

בטבע, מתכת טהורה מזן זה נוצרת באזור החמצון של מרבצי נחושת גופרתית. בדרך כלל, גושי נחושת עצמם מכילים כ-90-99%. השאר אחראים על ידי מתכות אחרות. בכל מקרה, שתי טכנולוגיות עיקריות משמשות תשובה לשאלה כיצד מכורים נחושת מקומית. מרבצים כאלה, כמו גם עפרות, מפותחים בשיטת מכרה סגורה או בור פתוח. במקרה הראשון, נעשה שימוש בתהליכים טכנולוגיים כמו קידוח ושבירה.

גושי נחושת יכולים לשקול הרבה. הגדולים שבהם נמצאו פעם באגם סופיריור בארצות הברית. משקלם של הנאגטס הללו היה כ-500 טון.

היכן כורים נחושת ברוסיה, גילינו. מדובר בעיקר בטרנסבייקליה ובאורל. בארצנו, כמובן, נמצאו בזמנים שונים גם נאגטים גדולים מאוד ממתכת זו. לדוגמה, חלקי נחושת במשקל של עד כמה טונות נמצאו לעתים קרובות באוראל התיכון. אחד מהנאגטס האלה במשקל 860 ק ג שמור כעת בסנט פטרסבורג, במוזיאון המכון לכרייה.

עפרות נחושת ומרבדיהן

כיום, השגת Cu נחשבת חסכונית ומועילה גם אם היא כלולה בסלע לפחות 0.3%.

לרוב, הסלעים הבאים נכרים בטבע כדי לבודד נחושת תעשייתית בטבע כיום:

• bornites Cu₅FeS_{4 - עפרות סולפיד, הנקראות אחרת נחושת סגולה או פיריטים מגוונים ומכילות כ-63.3% Cu;}

• chalcopyrite CuFeS_{2 - מינרלים ממקור הידרותרמי;}

• chalcosines Cu_{2S המכיל יותר מ-75% נחושת;}

• cuprites Cu_{2O, נמצא לעתים קרובות גם במרבצי נחושת מקומיים;}

• מלכיטים, שהם ירוקי נחושת פחמניים.

הפקדון הגדול ביותר של עפרות נחושת ברוסיה נמצא בנורילסק. כמו כן, סלעים כאלה נכרים בכמויות גדולות בחלק מהמקומות באוראל, בטרנסבייקליה, בצ'וקוטקה, בטובה ובחצי האי קולה.

איך מפתחים מרבצי עפרות נחושת

סוגים שונים של סלעים המכילים Cu, כמו גם נאגטס, ניתן לכרות על פני כדור הארץ באמצעות שתי טכנולוגיות עיקריות:

• closed;
• פתוח.

במקרה הראשון בונים מוקשים בפיקדון שאורכם יכול להגיע לכמה קילומטרים. כדי להעביר עובדים וציוד, מנהרות תת קרקעיות כאלה מצוידות במעליות ובמסילות רכבת. ריסוק סלעים במכרות מתבצע באמצעותציוד קידוח מיוחד עם דוקרנים. איסוף עפרות הנחושת והעמסתן למשלוח למעלה מתבצעים באמצעות דליים.

אם המרבצים נמצאים במרחק של לא יותר מ-400-500 מ' מפני האדמה, הם נכרים בשיטה פתוחה. במקרה זה, שכבת הסלע העליונה מוסרת תחילה מהשטח באמצעות מטעני חבלה. יתר על כן, עפרת הנחושת עצמה מוסרת בהדרגה.

שיטות להשגת מתכת מסלעים

איך מכרים נחושת, או ליתר דיוק, עפרות המכילות אותה, כך גילינו. אבל איך ארגונים מקבלים לאחר מכן Cu בעצמם?

ישנן שלוש דרכים עיקריות להפקת נחושת מסלעים:

• electrolytic;
• pyrometallurgical;
• hydrometallurgical.

שיטת הציפה פירומטלורגית

טכנולוגיה זו משמשת בדרך כלל לבידוד נחושת מסלעים המכילים 1.5-2% Cu. חומר כזה מועשר בשיטת הציפה. באותו זמן:

• עפר נטחן בקפידה לאבקה העדינה ביותר;
• לערבב את החומר שנוצר עם מים;
• הוסף ריאגנטים מיוחדים לציפה, שהם חומרים אורגניים מורכבים, למסה.

ריאגנטים לציפה מצפים גרגרים קטנים של תרכובות נחושת שונות ומעניקים להם אי-הרטבה.

השלב הבא:

• חומרים היוצרים קצף מתווספים למים;
• העבירו זרם אוויר חזק דרך המתלה.

חלקיקים יבשים קלים של תרכובות נחושת כתוצאה מכך נדבקים לבועות אוויר וצפים למעלה. הקצף המכיל אותם נאסף, סוחט מהמים ומייבשים היטב. כתוצאה מכך מתקבל תרכיז, שממנו מבודד Cu גולמי.

איך מכרים נחושת מעפרה: הטבה על ידי צלייה

שיטת הציפה משמשת לעתים קרובות למדי בתעשייה. אבל לפעמים משתמשים בטכנולוגיית הצלייה גם להעשרת עפרות נחושת. טכניקה זו משמשת לרוב עבור עפרות המכילות כמות גדולה של גופרית. במקרה זה, החומר מחומם מראש לטמפרטורה של 700-8000 מעלות צלזיוס. כתוצאה מכך, סולפידים מתחמצנים עם ירידה בתכולת הגופרית בסלע.

בשלב הבא, העפרה שהוכנה בדרך זו מומסת בתנורי פיר בטמפרטורה של 14,500 מעלות צלזיוס. בסופו של דבר, כאשר משתמשים בטכנולוגיה זו, מתקבל מט - סגסוגת של נחושת וברזל. יתר על כן, חיבור זה משופר על ידי ניפוח ממירים. כתוצאה מכך, תחמוצת ברזל נכנסת לסיגים, וגופרית נכנסת ל-SO4.

ייצור נחושת טהורה: אלקטרוליזה

בשימוש בשיטות ציפה וצלייה, מתקבלת נחושת שלפוחית. למעשה, חומר כזה מכיל כ-91% Cu. כדי להשיג נחושת טהורה יותר, נחושת גסה עוברת זיקוק נוסף.

במקרה זה, לוחות אנודה עבים מיוצקים תחילה מנחושת ראשונית. הבא:

• להרים תמיסה של נחושת גופרתית באמבטיה;
• תלוי בשירותיםלוחות אנודה;
• יריעות דקות של נחושת טהורה משמשות כקתודות.

במהלך תגובת האלקטרוליזה, נחושת מומסת על האנודות ומושקעת על הקתודות. יוני נחושת נעים לכיוון הקתודה, לוקחים ממנה אלקטרונים ועוברים לאטומי Cu+2+2e?>Cu.

זיהומים הכלולים בנחושת שלפוחית יכולים להתנהג בצורה שונה בעת עידון. אבץ, קדמיום, ברזל מתמוססים על האנודה, אך אינם מתיישבים על הקתודה. העובדה היא שבסדרת המתח האלקטרוכימי הם נמצאים משמאל לנחושת, כלומר, יש להם יותר פוטנציאלים שליליים.

נחושת גופרתית מתקבלת על ידי חמצון איטי של עפרות סולפיד עם חמצן לסולפט נחושת CuS + 2O₂ > CuSO_{4. המלח שוטף לאחר מכן עם מים.}

שיטה הידרו-מטלורגית

במקרה זה, חומצה גופרתית משמשת לשטיפה והעשרת נחושת. כתוצאה מהתגובה באמצעות טכנולוגיה זו, מתקבלת תמיסה רוויה ב- Cu ומתכות אחרות. לאחר מכן מבודדת ממנו נחושת. באמצעות טכניקה זו, בנוסף לנחושת שלפוחית, ניתן להשיג מתכות אחרות, כולל יקרות. בכל מקרה, טכנולוגיה זו משמשת לרוב להפקת Cu מסלעים שאינם עשירים בו מדי (פחות מ-0.5%).

נחושת בבית

הפרדה של מתכת זו מעפרות רוויות בה היא, לפיכך, פשוטה יחסית מבחינה טכנולוגית. לכן חלקם מתעניינים כיצד לכרות נחושת בבית. השג את המתכת הזו מעפרות, חימר וכו' במו ידיך, בליעם זאת, הזמינות של ציוד מיוחד תהיה קשה מאוד.

חלקם, למשל, מתעניינים כיצד להוציא נחושת מחימר במו ידיהם. ואכן, בטבע יש מרבצים של חומר זה, שגם הוא עשיר ב-Cu. עם זאת, למרבה הצער, אין טכנולוגיות מוכחות ידועות להשגת נחושת מחימר בבית.

עם הידיים שלך, אפשר לנסות לבודד את המתכת הזו בבית, אולי, רק מגופרת נחושת. כדי לעשות זאת, תחילה יש להמיס את האחרון במים. לאחר מכן, אתה רק צריך למקם חפץ ברזל כלשהו בתערובת המתקבלת. לאחר זמן מה, האחרון - כתוצאה מתגובת ההחלפה - יכוסה בציפוי נחושת, שאותו ניתן פשוט לנקות.