Hoe koper wordt gedolven: methoden, geschiedenis en afzettingen

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Koper is tegenwoordig een ongewoon veel gevraagd metaal en wordt zowel in het dagelijks leven als in de industrie veel gebruikt. In de natuur komt Cu zowel in zuivere staat als in de vorm van een erts voor. Er zijn verschillende manieren om koper uit de originele rotsen te extraheren en te verkrijgen. Ze worden echter veel gebruikt in de industrie. Hoe koper wordt gewonnen, wordt in het artikel besproken.

Een beetje geschiedenis

In welk gebied in de oudheid koper werd gedolven en voor het eerst door de mens werd gebruikt, konden archeologen er helaas niet achter komen. Het is echter zeker bekend dat het dit metaal was dat mensen de allereerste keer in het dagelijks leven begonnen te verwerken en gebruiken.

Koper is bij de mens bekend sinds het stenen tijdperk. Sommige door archeologen gevonden klompjes van dit metaal dragen sporen van bewerking met stenen bijlen. Aanvankelijk gebruikte men koper vooral als versiering. Tegelijkertijd gebruikten mensen in de oudheid uitsluitend de klompjes van dit metaal die ze hadden gevonden voor de vervaardiging van dergelijke producten. Later leerden mensen verwerken enkoperhoudend erts.

Het idee van hoe Cu wordt gedolven en verwerkt, was bij veel volkeren in de oudheid bekend. Er is veel bewijs gevonden door archeologen. Nadat de mens leerde legeringen van koper en zink te maken, begon de bronstijd. Eigenlijk is de naam "koper" ooit bedacht door de oude Romeinen. Dergelijk metaal werd voornamelijk van het eiland Cyprus naar dit land gebracht. Daarom noemden de Romeinen het aes cyprium.

Hoe koper werd gedolven in de oudheid

Aangezien dit metaal ooit op grote schaal werd gebruikt in het menselijk leven, waren de technologieën voor de winning ervan natuurlijk behoorlijk perfect ontwikkeld. Onze voorouders haalden koper voornamelijk uit malachietertsen. Een mengsel van dergelijk materiaal en steenkool werd in een aarden vat gedaan en in een put geplaatst. Vervolgens werd de massa in de pot in brand gestoken. Het resulterende koolmonoxide reduceerde malachiet tot koper.

Aandelen in de natuur

Waar is koper tegenwoordig in het wild te vinden? Op dit moment worden op alle continenten van de aarde afzettingen van dit populaire metaal ontdekt. Tegelijkertijd worden Cu-reserves als praktisch onbeperkt beschouwd. Geologen vinden in onze tijd nieuwe afzettingen van puur koper, evenals ertsen die het bevatten. In 1950 bedroegen de wereldreserves van dit metaal bijvoorbeeld 90 miljoen ton. In 1970 was dit cijfer al gestegen tot 250 miljoen ton en in 1998 tot 340 miljoen ton. Op dit moment wordt aangenomen dat de koperreserves op de planeet meer dan 2,3 miljard ton bedragen.

Deposito's en extractiemethoden van puur koper

Zoals eerder vermeld, gebruikten mensen oorspronkelijk Cu in het dagelijks leven. Natuurlijk wordt het verkregenzo'n puur koper vandaag. Door exogene en endogene processen worden in de aardkorst klompjes van dit metaal gevormd. De grootste bekende afzetting van inheems koper op de planeet bevindt zich momenteel in de Verenigde Staten, in de regio Lake Superior. In Rusland komt inheems koper voor in de Udokan-afzetting, evenals op sommige andere plaatsen in Transbaikalia. Bovendien is het antwoord op de vraag waar koper in Rusland kan worden gewonnen in de vorm van goudklompjes de Oeral-regio.

In de natuur wordt puur metaal van deze variëteit gevormd in de zone van oxidatie van kopersulfaatafzettingen. Gewoonlijk bevatten klompjes koper zelf ongeveer 90-99%. De rest komt voor rekening van andere metalen. In ieder geval dienen twee hoofdtechnologieën als antwoord op de vraag hoe inheems koper wordt gewonnen. Dergelijke afzettingen, evenals ertsafzettingen, worden ontwikkeld door middel van een gesloten mijn- of open pit-methode. In het eerste geval worden technologische processen zoals boren en breken gebruikt.

Koperklompjes kunnen veel wegen. De grootste werden ooit gevonden op Lake Superior in de VS. Het gewicht van deze klompjes was ongeveer 500 ton.

Waar in Rusland koper wordt gewonnen, kwamen we erachter. Dit is voornamelijk Transbaikalia en de Oeral. In ons land werden natuurlijk ook op verschillende tijdstippen zeer grote klompjes van dit metaal gevonden. In de Midden-Oeral werden bijvoorbeeld vaak koperen stukken met een gewicht tot enkele tonnen gevonden. Een van deze klompjes met een gewicht van 860 kg wordt nu bewaard in St. Petersburg, in het Museum van het Mijninstituut.

Koperertsen en hun afzettingen

Momenteel wordt het verkrijgen van Cu als kosteneffectief en doelmatig beschouwd, zelfs als het ten minste 0,3% in het gesteente zit.

Vaak worden de volgende rotsen in de natuur gedolven om koper industrieel in de natuur te isoleren:

• bornites Cu₅FeS_{4 - sulfide-ertsen, ook wel koperpaars of bonte pyriet genoemd en met ongeveer 63,3% Cu;}

• chalcopyrite CuFeS_{2 - mineralen van hydrothermale oorsprong;}

• chalcosines Cu_{2S met meer dan 75% koper;}

• cuprites Cu_{2O, ook vaak gevonden in inheemse koperafzettingen;}

• malachieten, dit zijn koolzuurhoudende kopergroenten.

De grootste koperertsafzetting in Rusland bevindt zich in Norilsk. Dergelijke rotsen worden ook in grote hoeveelheden gewonnen op sommige plaatsen in de Oeral, in Transbaikalia, in Chukotka, in Tuva en op het schiereiland Kola.

Hoe koperertsafzettingen worden ontwikkeld

Verschillende soorten gesteente die Cu bevatten, evenals klompjes, kunnen op de planeet worden gedolven met behulp van twee hoofdtechnologieën:

• gesloten;
• open.

In het eerste geval worden mijnen gebouwd bij de stortplaats, waarvan de lengte enkele kilometers kan bedragen. Om arbeiders en uitrusting te verplaatsen, zijn dergelijke ondergrondse tunnels uitgerust met liften en spoorlijnen. Het breken van rotsen in mijnen wordt uitgevoerd met behulp van:speciale booruitrusting met spikes. Het verzamelen van kopererts en het laden ervan voor verzending naar de top wordt uitgevoerd met emmers.

Als de afzettingen zich niet verder dan 400-500 m van het aardoppervlak bevinden, worden ze gedolven met behulp van een open methode. In dit geval wordt eerst de bovenste gesteentelaag met behulp van explosieven uit het veld verwijderd. Verder wordt het kopererts zelf geleidelijk verwijderd.

Methoden voor het verkrijgen van metaal uit rotsen

Hoe koper wordt gedolven, of liever gezegd, ertsen die het bevatten, zo kwamen we erachter. Maar hoe ontvangen ondernemingen Cu vervolgens zelf?

Er zijn drie manieren om koper uit rotsen te halen:

• elektrolytisch;
• pyrometallurgisch;
• hydrometallurgical.

Pyrometallurgische drijfmethode

Deze technologie wordt vaak gebruikt om koper te isoleren van gesteenten die 1,5-2% Cu bevatten. Dergelijk materiaal wordt verrijkt door de flotatiemethode. Tegelijkertijd:

• erts wordt zorgvuldig gemalen tot het fijnste poeder;
• meng het resulterende materiaal met water;
• add speciale flotatie reagentia, dit zijn complexe organische stoffen, aan de massa.

Flotatiereagentia bekleden kleine korrels van verschillende koperverbindingen en geven ze niet-bevochtigbaarheid.

Volgende stap:

• stoffen die schuim maken worden aan het water toegevoegd;
• laat een sterke luchtstroom door de ophanging stromen.

Lichte droge deeltjes van koperverbindingen plakken daardoor aan luchtbellen en drijven naar boven. Het schuim dat ze bevat wordt opgevangen, uit het water geperst en grondig gedroogd. Hierdoor wordt een concentraat verkregen, waaruit vervolgens ruw Cu wordt geïsoleerd.

Hoe koper wordt gewonnen uit erts: voordelen door te roosteren

De flotatiemethode wordt vrij vaak gebruikt in de industrie. Maar soms wordt braadtechnologie ook gebruikt om kopererts te verrijken. Deze techniek wordt meestal gebruikt voor ertsen die een grote hoeveelheid zwavel bevatten. In dit geval wordt het materiaal voorverwarmd tot een temperatuur van 700-8000 °C. Als gevolg hiervan worden sulfiden geoxideerd met een afname van het zwavelgeh alte in het gesteente.

In de volgende fase wordt het op deze manier bereide erts gesmolten in schachtovens bij een temperatuur van 14.500 °C. Uiteindelijk wordt bij gebruik van deze technologie een mat verkregen - een legering van koper en ijzer. Verder wordt deze verbinding verbeterd door converters in te blazen. Als gevolg hiervan gaat ijzeroxide in slakken en zwavel in SO4.

Puur koper produceren: elektrolyse

Bij gebruik van flotatie- en braadmethodes wordt blisterkoper verkregen. In feite bevat zo'n materiaal ongeveer 91% Cu. Om zuiverder koper te verkrijgen, wordt ruw koper verder verfijnd.

In dit geval worden dikke anodeplaten eerst gegoten uit primair koper. Volgende:

• pak een oplossing van kopersulfaat in het bad;
• hangen in de badkameranodeplaten;
• dunne platen van puur koper worden gebruikt als kathodes.

Tijdens de elektrolysereactie wordt koper opgelost op de anodes en neergeslagen op de kathoden. Koperionen bewegen naar de kathode, nemen er elektronen uit en gaan over in Cu+2+2e-atomen?>Cu.

Onzuiverheden in blisterkoper kunnen zich anders gedragen wanneer ze worden geraffineerd. Zink, cadmium, ijzer lossen op aan de anode, maar bezinken niet op de kathode. Het feit is dat ze zich in de reeks van elektrochemische spanningen links van koper bevinden, dat wil zeggen dat ze meer negatieve potentialen hebben.

Kopersulfaat wordt verkregen door langzame oxidatie van sulfide-erts met zuurstof tot kopersulfaat CuS + 2O₂ > CuSO_{4. Het zout wordt vervolgens met water uitgeloogd.}

Hydrometallurgische methode

In dit geval wordt zwavelzuur gebruikt om koper uit te logen en te verrijken. Als resultaat van de reactie met behulp van deze technologie wordt een met Cu en andere metalen verzadigde oplossing verkregen. Koper wordt er dan uit geïsoleerd. Met behulp van deze techniek kunnen naast blisterkoper ook andere metalen, waaronder edelmetalen, worden verkregen. In ieder geval wordt deze technologie het meest gebruikt om Cu te extraheren uit gesteenten die er niet te rijk aan zijn (minder dan 0,5%).

Koper thuis

Scheiding van dit metaal van ertsen die ermee verzadigd zijn, is daarom technologisch relatief eenvoudig. Sommigen zijn daarom geïnteresseerd in hoe je thuis koper kunt winnen. Haal dit metaal uit erts, klei, enz. Met je eigen handen, zonderbeschikbaarheid van speciale apparatuur zal echter erg moeilijk zijn.

Sommigen zijn bijvoorbeeld geïnteresseerd in hoe ze met hun eigen handen koper uit klei kunnen halen. In de natuur zijn er inderdaad afzettingen van dit materiaal, dat ook rijk is aan Cu. Helaas zijn er geen bewezen technologieën bekend om thuis koper uit klei te halen.

Met je eigen handen kan worden geprobeerd dit metaal thuis te isoleren, misschien alleen van kopersulfaat. Om dit te doen, moet de laatste eerst worden opgelost in water. Vervolgens hoeft u alleen maar een ijzeren voorwerp in het resulterende mengsel te plaatsen. Na verloop van tijd zal deze laatste - als gevolg van de substitutiereactie - worden bedekt met een koperen coating, die vervolgens eenvoudig kan worden schoongemaakt.