Sådan udvindes kobber: metoder, historie og aflejringer

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-07 20:57

Kobber er i dag et usædvanligt efterspurgt metal og er meget udbredt både i hverdagen og i industrien. I naturen kan Cu findes både i ren tilstand og i form af en malm. Der er flere måder at udvinde og opnå kobber fra de oprindelige klipper. De er dog meget brugt i industrien. Hvordan kobber udvindes vil blive diskuteret i artiklen.

Lidt historie

I hvilket område kobber i oldtiden begyndte at blive udvundet og brugt af mennesker for første gang, kunne arkæologer desværre ikke finde ud af. Man ved dog med sikkerhed, at det var dette metal, folk begyndte at bearbejde og bruge i hverdagen allerførst.

Kobber har været kendt af mennesket siden stenalderen. Nogle klumper af dette metal fundet af arkæologer bærer spor af bearbejdning med stenøkser. I starten brugte folk hovedsageligt kobber som dekorationer. Samtidig brugte folk i oldtiden udelukkende nuggets af dette metal fundet af dem til fremstilling af sådanne produkter. Senere lærte folk at bearbejde ogkobberholdig malm.

Ideen om, hvordan Cu udvindes og forarbejdes, var kendt af mange folk fra antikken. En masse beviser er blevet fundet af arkæologer. Efter at mennesket lærte at lave legeringer af kobber og zink, begyndte bronzealderen. Faktisk blev navnet "kobber" engang opfundet af de gamle romere. Sådant metal blev bragt til dette land hovedsageligt fra øen Cypern. Det er derfor, romerne kaldte det aes cyprium.

Hvordan kobber blev udvundet i oldtiden

Da dette metal engang blev brugt meget bredt i menneskers liv, var teknologierne til dets udvinding naturligvis udviklet helt perfekt. Vores forfædre opnåede hovedsageligt kobber fra malakitmalme. En blanding af sådant materiale og kul blev anbragt i en jordbeholder og anbragt i en grube. Dernæst blev massen i gryden sat i brand. Den resulterende kulilte reducerede malakit til kobber.

Aktier i naturen

Hvor kan kobber findes i naturen i dag? I øjeblikket opdages aflejringer af dette populære metal på alle jordens kontinenter. Samtidig anses Cu-reserver for praktisk t alt ubegrænsede. Geologer i vores tid finder nye forekomster af rent kobber, såvel som malme, der indeholder det. For eksempel udgjorde verdensreserverne af dette metal i 1950 90 millioner tons. I 1970 var dette tal allerede steget til 250 millioner tons, og i 1998 - op til 340 millioner tons. I øjeblikket menes det, at kobberreserverne på planeten er mere end 2,3 milliarder tons.

Aflejringer og metoder til udvinding af rent kobber

Som allerede nævnt brugte folk oprindeligt naturligt Cu i hverdagen. Selvfølgelig er det opnåetsådan rent kobber i dag. Klumper af dette metal dannes i jordskorpen som et resultat af eksogene og endogene processer. Den største kendte forekomst af naturligt kobber på planeten er i øjeblikket placeret i USA, i Lake Superior-regionen. I Rusland forekommer indfødt kobber i Udokan-aflejringen såvel som nogle andre steder i Transbaikalia. Derudover er svaret på spørgsmålet om, hvor kobber kan udvindes i Rusland i form af nuggets, Ural-regionen.

I naturen dannes rent metal af denne sort i oxidationszonen af kobbersulfataflejringer. Norm alt indeholder nuggets af kobber i sig selv omkring 90-99%. Resten står andre metaller for. Under alle omstændigheder tjener to hovedteknologier som svar på spørgsmålet om, hvordan indfødt kobber udvindes. Sådanne forekomster, såvel som malm, er udviklet ved en lukket mine eller åben grubemetode. I det første tilfælde bruges teknologiske processer som boring og brydning.

Kobberklumper kan veje meget. De største af dem blev engang fundet på Lake Superior i USA. Vægten af disse nuggets var omkring 500 tons.

Hvor der udvindes kobber i Rusland, fandt vi ud af. Dette er hovedsageligt Transbaikalia og Ural. I vores land fandt man naturligvis også på forskellige tidspunkter meget store klumper af dette metal. For eksempel blev kobberstykker på op til flere tons ofte fundet i Mellem-Ural. En af disse nuggets, der vejer 860 kg, opbevares nu i St. Petersborg, i Museum of the Mining Institute.

Kobbermalm og deres aflejringer

I øjeblikket anses det for at være omkostningseffektivt og hensigtsmæssigt at opnå Cu, selvom det er indeholdt i klippen mindst 0,3%.

Oftest udvindes følgende sten i naturen for at isolere kobber industrielt i naturen i dag:

• bornites Cu₅FeS_{4 - sulfidmalme, ellers kaldet kobberlilla eller broget pyrit og indeholder omkring 63,3 % Cu;}

• chalcopyrit CuFeS_{2 - mineraler af hydrotermisk oprindelse;}

• chalcosines Cu_{2S indeholdende mere end 75 % kobber;}

• cuprites Cu_{2O, findes også ofte i hjemmehørende kobberaflejringer;}

• malakiter, som er kulsyreholdige kobbergrønne.

Den største forekomst af kobbermalm i Rusland ligger i Norilsk. Sådanne sten udvindes også i store mængder nogle steder i Ural, i Transbaikalia, i Chukotka, i Tuva og på Kolahalvøen.

Hvordan kobbermalmforekomster udvikles

Forskellige slags sten, der indeholder Cu, såvel som nuggets, kan udvindes på planeten ved hjælp af to hovedteknologier:

• lukket;
• åben.

I det første tilfælde bygges miner ved forekomsten, hvis længde kan nå flere kilometer. For at flytte arbejdere og udstyr er sådanne underjordiske tunneler udstyret med elevatorer og jernbanespor. Stenknusning i miner udføres vhaspecielt boreudstyr med pigge. Indsamlingen af kobbermalm og dens lastning til forsendelse til toppen udføres ved hjælp af spande.

Hvis aflejringerne ikke er placeret længere end 400-500 m fra jordens overflade, udvindes de med en åben metode. I dette tilfælde fjernes det øverste klippelag først fra marken ved hjælp af eksplosive anordninger. Yderligere fjernes selve kobbermalmen gradvist.

Metoder til at opnå metal fra sten

Hvordan kobber udvindes, eller rettere, malme, der indeholder det, fandt vi ud af. Men hvordan modtager virksomheder efterfølgende selv Cu?

Der er tre hovedmåder at udvinde kobber fra sten:

• elektrolytisk;
• pyrometallurgisk;
• hydrometallurgisk.

Pyrometallurgisk flotationsmetode

Denne teknologi bruges almindeligvis til at isolere kobber fra sten, der indeholder 1,5-2 % Cu. Sådant materiale beriges ved flotationsmetoden. På samme tid:

• malm formales omhyggeligt til det fineste pulver;
• bland det resulterende materiale med vand;
• tilføj specielle flotationsreagenser, som er komplekse organiske stoffer, til massen.

Flotationsreagenser dækker små korn af forskellige kobberforbindelser og giver dem ikke-fugtelighed.

Næste trin:

• stoffer, der danner skum, tilsættes vandet;
• passer en stærk luftstrøm gennem affjedringen.

Lette tørre partikler af kobberforbindelser klæber som et resultat til luftbobler og flyder til toppen. Skummet, der indeholder dem, opsamles, presses ud af vand og tørres grundigt. Som et resultat opnås et koncentrat, hvorfra rå Cu derefter isoleres.

Sådan udvindes kobber fra malm: fornyelse ved ristning

Flotationsmetoden bruges ret ofte i industrien. Men nogle gange bruges risteteknologi også til at berige kobbermalm. Denne teknik bruges oftest til malme, der indeholder en stor mængde svovl. I dette tilfælde forvarmes materialet til en temperatur på 700-8000 °C. Som følge heraf oxideres sulfider med et fald i svovlindholdet i bjergarten.

På næste trin smeltes den malm, der er fremstillet på denne måde, i skaktovne ved en temperatur på 14.500 °C. I sidste ende, når du bruger denne teknologi, opnås en mat - en legering af kobber og jern. Yderligere forbedres denne forbindelse ved indblæsning af konvertere. Som et resultat går jernoxid ind i slagger, og svovl går til SO4.

Producerer rent kobber: elektrolyse

Ved brug af flotation og ristemetoder opnås blisterkobber. Faktisk indeholder et sådant materiale omkring 91% Cu. For at opnå renere kobber raffineres groft kobber yderligere.

I dette tilfælde støbes tykke anodeplader først af primær kobber. Næste:

• saml en opløsning af kobbersulfat i badet;
• hænger på badeværelsetanodeplader;
• tynde plader af rent kobber bruges som katoder.

Under elektrolysereaktionen opløses kobber på anoderne og udfældes på katoderne. Kobberioner bevæger sig mod katoden, tager elektroner fra den og passerer ind i Cu+2+2e-atomer?>Cu.

Urenheder indeholdt i blisterkobber kan opføre sig anderledes, når de raffineres. Zink, cadmium, jern opløses på anoden, men sætter sig ikke på katoden. Faktum er, at i rækken af elektrokemisk spænding er de til venstre for kobber, det vil sige, at de har flere negative potentialer.

Kobbersulfat opnås ved langsom oxidation af sulfidmalm med oxygen til kobbersulfat CuS + 2O₂ > CuSO_{4. S altet udvaskes efterfølgende med vand.}

Hydrometallurgisk metode

I dette tilfælde bruges svovlsyre til at udvaske og berige kobber. Som et resultat af reaktionen ved hjælp af denne teknologi opnås en opløsning mættet med Cu og andre metaller. Kobber isoleres derefter fra det. Ved hjælp af denne teknik kan der udover blisterkobber opnås andre metaller, herunder ædle. Under alle omstændigheder bruges denne teknologi oftest til at udvinde Cu fra sten, der ikke er for rige på det (mindre end 0,5%).

Kobber derhjemme

Separation af dette metal fra malme mættet med det er derfor relativt simpelt teknologisk. Nogle er derfor interesserede i, hvordan man udvinder kobber derhjemme. Få dette metal fra malm, ler osv. med dine egne hænder, udentilgængeligheden af specialudstyr vil dog være meget vanskelig.

Nogle er for eksempel interesserede i, hvordan man udvinder kobber fra ler med deres egne hænder. Faktisk er der i naturen aflejringer af dette materiale, som også er rigt på Cu. Men desværre er der ingen kendte gennemprøvede teknologier til at opnå kobber fra ler derhjemme.

Med dine egne hænder kan dette metal derhjemme prøves at isolere, måske kun fra kobbersulfat. For at gøre dette skal sidstnævnte først opløses i vand. Dernæst skal du bare placere noget jernobjekt i den resulterende blanding. Efter nogen tid vil sidstnævnte - som et resultat af substitutionsreaktionen - være dækket af en kobberbelægning, som derefter blot kan renses af.