كيف يتم استخراج النحاس: الأساليب والتاريخ والودائع

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-07 20:56

النحاس اليوم هو معدن مطلوب بشكل غير عادي ويستخدم على نطاق واسع في كل من الحياة اليومية وفي الصناعة. في الطبيعة ، يمكن العثور على النحاس في حالة نقية وفي شكل خام. هناك عدة طرق لاستخراج النحاس والحصول عليه من الصخور الأصلية. ومع ذلك ، فهي تستخدم على نطاق واسع في الصناعة. ستتم مناقشة كيفية استخراج النحاس في المقالة.

قليلا من التاريخ

في أي منطقة بدأ تعدين النحاس في العصور القديمة واستخدامه من قبل الإنسان لأول مرة ، لسوء الحظ ، لم يتمكن علماء الآثار من معرفة ذلك. ومع ذلك ، فمن المعروف على وجه اليقين أن هذا المعدن هو الذي بدأ الناس في معالجته واستخدامه في الحياة اليومية منذ البداية.

النحاس معروف للإنسان منذ العصر الحجري. بعض شذرات هذا المعدن التي عثر عليها علماء الآثار تحمل آثار معالجة بمحاور حجرية. في البداية ، استخدم الناس النحاس بشكل أساسي كزينة. في الوقت نفسه ، استخدم الناس في العصور القديمة حصريًا شذرات هذا المعدن التي عثروا عليها لتصنيع مثل هذه المنتجات. في وقت لاحق ، تعلم الناس معالجة وخام النحاس.

كانت فكرة كيفية استخراج النحاس ومعالجته معروفة للعديد من الشعوب في العصور القديمة. تم العثور على الكثير من الأدلة من قبل علماء الآثار. بعد أن تعلم الإنسان صناعة سبائك النحاس والزنك ، بدأ العصر البرونزي. في الواقع ، صاغ الرومان القدماء اسم "النحاس". تم جلب هذا المعدن إلى هذا البلد بشكل رئيسي من جزيرة قبرص. لهذا السبب أطلق عليها الرومان اسم aes cyprium.

كيف تم استخراج النحاس في العصور القديمة

نظرًا لاستخدام هذا المعدن في السابق على نطاق واسع جدًا في حياة الإنسان ، فقد تم تطوير تقنيات استخراجه بشكل مثالي بالطبع. حصل أسلافنا على النحاس بشكل رئيسي من خامات الملكيت. تم وضع خليط من هذه المواد والفحم في وعاء فخاري ووضعه في حفرة. بعد ذلك ، تم إشعال النار في الكتلة الموجودة في القدر. أدى أول أكسيد الكربون الناتج إلى تحويل الملكيت إلى نحاس.

مخزون في الطبيعة

أين يمكن العثور على النحاس في البرية اليوم؟ في الوقت الحالي ، تم اكتشاف رواسب هذا المعدن الشهير في جميع قارات الأرض. في الوقت نفسه ، تعتبر احتياطيات النحاس غير محدودة عمليًا. يجد الجيولوجيون في عصرنا رواسب جديدة من النحاس النقي ، وكذلك الخامات التي تحتوي عليه. على سبيل المثال ، في عام 1950 بلغت الاحتياطيات العالمية من هذا المعدن 90 مليون طن. بحلول عام 1970 ، ارتفع هذا الرقم بالفعل إلى 250 مليون طن ، وبحلول عام 1998 - وصل إلى 340 مليون طن. في الوقت الحالي ، يُعتقد أن احتياطيات النحاس على الكوكب تزيد عن 2.3 مليار طن.

رواسب وطرق استخلاص النحاس النقي

كما ذكرنا سابقًا ، استخدم الناس في البداية النحاس الأصلي في الحياة اليومية. بالطبع ، يتم الحصول عليهامثل النحاس النقي اليوم. تتشكل شذرات هذا المعدن في قشرة الأرض نتيجة لعمليات خارجية وداخلية. يقع أكبر رواسب معروفة للنحاس الأصلي على هذا الكوكب حاليًا في الولايات المتحدة ، في منطقة بحيرة سوبيريور. في روسيا ، يوجد النحاس الأصلي في رواسب أودوكان ، وكذلك في بعض الأماكن الأخرى في ترانسبايكاليا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الإجابة على السؤال حول مكان تعدين النحاس في روسيا على شكل شذرات هي منطقة الأورال.

في الطبيعة ، يتكون المعدن النقي من هذا الصنف في منطقة أكسدة رواسب كبريتات النحاس. عادة ، تحتوي شذرات النحاس نفسها على حوالي 90-99٪. يتم احتساب الباقي بواسطة معادن أخرى. على أي حال ، هناك تقنيتان أساسيتان تعملان كإجابة على سؤال حول كيفية استخراج النحاس الأصلي. يتم تطوير هذه الرواسب ، وكذلك رواسب الخام ، بواسطة منجم مغلق أو طريقة حفرة مفتوحة. في الحالة الأولى ، يتم استخدام العمليات التكنولوجية مثل الحفر والتكسير.

يمكن أن تزن شذرات النحاس كثيرًا. تم العثور على أكبرها مرة واحدة في بحيرة سوبيريور في الولايات المتحدة الأمريكية. كان وزن هذه الشذرات حوالي 500 طن

حيث يتم استخراج النحاس في روسيا ، اكتشفنا ذلك. هذا هو بشكل رئيسي Transbaikalia وجبال الأورال. في بلدنا ، بالطبع ، تم العثور على شذرات كبيرة جدًا من هذا المعدن في أوقات مختلفة. على سبيل المثال ، غالبًا ما تم العثور على قطع نحاسية يصل وزنها إلى عدة أطنان في جبال الأورال الوسطى. واحدة من هذه القطع التي تزن 860 كجم محفوظة الآن في سانت بطرسبرغ ، في متحف معهد التعدين.

خامات النحاس ورواسبها

حاليًا ، يعتبر الحصول على النحاس فعالاً من حيث التكلفة وسريعًا حتى لو كان موجودًا في الصخر بنسبة 0.3٪ على الأقل.

في أغلب الأحيان ، يتم استخراج الصخور التالية في الطبيعة لعزل النحاس صناعياً في الطبيعة اليوم:

• bornites Cu₅FeS_{4- خامات الكبريتيد ، والتي تسمى بخلاف ذلك النحاس الأرجواني أو البيريت المتنوع وتحتوي على حوالي 63.3٪ من النحاس ؛}

• chalcopyrite CuFeS_{2- المعادن ذات الأصل الحراري المائي ؛}

• الكالكوزين Cu_{2S تحتوي على أكثر من 75٪ من النحاس ؛}

• cuprites Cu_{2O ، غالبًا ما توجد أيضًا في رواسب النحاس الأصلية ؛}

• الملكيت ، وهي خضار نحاسية كربونية.

يقع أكبر رواسب لخامات النحاس في روسيا في نوريلسك. أيضًا ، يتم استخراج هذه الصخور بكميات كبيرة في بعض الأماكن في جبال الأورال وترانسبايكاليا وتشوكوتكا وتوفا وشبه جزيرة كولا.

كيف يتم تطوير رواسب خام النحاس

يمكن استخراج أنواع مختلفة من الصخور التي تحتوي على النحاس ، وكذلك القطع الصغيرة ، على الكوكب باستخدام تقنيتين رئيسيتين:

• مغلق ؛
• مفتوح.

في الحالة الأولى ، يتم بناء مناجم عند الودائع ، والتي يمكن أن يصل طولها إلى عدة كيلومترات. لنقل العمال والمعدات ، تم تجهيز هذه الأنفاق تحت الأرض بمصاعد ومسارات للسكك الحديدية. يتم تكسير الصخور في المناجم باستخداممعدات حفر خاصة بالمسامير. يتم جمع خام النحاس وتحميله للشحن إلى الأعلى باستخدام دلاء.

إذا كانت الرواسب لا تبعد أكثر من 400-500 متر عن سطح الأرض ، يتم تعدينها بطريقة مفتوحة. في هذه الحالة ، تتم إزالة الطبقة الصخرية العلوية أولاً من الحقل باستخدام الأجهزة المتفجرة. علاوة على ذلك ، تتم إزالة خام النحاس نفسه تدريجياً.

طرق الحصول على المعدن من الصخور

كيف يتم استخراج النحاس ، أو بالأحرى ، الخامات المحتوية عليه ، هكذا اكتشفنا. ولكن كيف تتلقى الشركات بعد ذلك النحاس نفسه؟

هناك ثلاث طرق رئيسية لاستخراج النحاس من الصخور:

• كهربائيا ؛
• ميتالورجيا حراري ؛
• المعادن المائية.

طريقة التعويم المعدني الحراري

تستخدم هذه التقنية بشكل شائع لعزل النحاس عن الصخور التي تحتوي على 1.5-2٪ نحاس. يتم إثراء هذه المواد بطريقة التعويم. في نفس الوقت:

• خام مطحون بعناية لأجود مسحوق ؛
• اخلط المادة الناتجة بالماء ؛
• إضافة كواشف تعويم خاصة ، وهي مواد عضوية معقدة ، إلى الكتلة.

كواشف التعويم تغلف حبيبات صغيرة من مركبات نحاسية مختلفة وتضفي عليها عدم قابلية للبلل.

الخطوة التالية:

• تضاف المواد التي تنتج الرغوة إلى الماء ؛
• تمرير تيار قوي من الهواء من خلال التعليق.

جزيئات جافة خفيفة من مركبات النحاس نتيجة لذلك تلتصق بفقاعات الهواء وتطفو إلى الأعلى. يتم جمع الرغوة التي تحتوي عليها ، وعصرها من الماء وتجفيفها جيدًا. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على مركز ، يتم بعد ذلك عزل النحاس الخام منه.

كيف يتم استخراج النحاس من الخام: إثراء بالتحميص

يتم استخدام طريقة التعويم في كثير من الأحيان في الصناعة. لكن في بعض الأحيان تُستخدم تقنية التحميص أيضًا لإثراء خام النحاس. غالبًا ما تستخدم هذه التقنية للخامات التي تحتوي على كمية كبيرة من الكبريت. في هذه الحالة ، يتم تسخين المادة مسبقًا إلى درجة حرارة 700-8000 درجة مئوية. نتيجة لذلك ، تتأكسد الكبريتيدات مع انخفاض محتوى الكبريت في الصخر.

في المرحلة التالية ، يتم صهر الخام المحضر بهذه الطريقة في أفران عمودية عند درجة حرارة 14500 درجة مئوية. في النهاية ، عند استخدام هذه التقنية ، يتم الحصول على ماتي - سبيكة من النحاس والحديد. علاوة على ذلك ، يتم تحسين هذا الاتصال عن طريق النفخ في المحولات. نتيجة لذلك ، ينتقل أكسيد الحديد إلى الخبث ، ويتحول الكبريت إلى SO4.

إنتاج النحاس النقي: التحليل الكهربائي

عند استخدام طرق التعويم والتحميص ، يتم الحصول على النحاس المنفّط. في الواقع ، تحتوي هذه المادة على حوالي 91٪ من النحاس. للحصول على نحاس أنقى ، يتم تكرير النحاس الخام بشكل أكبر.

في هذه الحالة ، يتم صب ألواح الأنود السميكة أولاً من النحاس الأساسي. التالي:

• التقاط محلول كبريتات النحاس في الحمام ؛
• معلقة في الحماملوحات الأنود
• تستخدم صفائح رقيقة من النحاس النقي ككاثودات.

أثناء تفاعل التحليل الكهربائي ، يذوب النحاس على الأنودات ويترسب على الكاثودات. تتحرك أيونات النحاس نحو القطب السالب ، وتأخذ منه الإلكترونات وتنتقل إلى ذرات Cu + 2 + 2e؟ >Cu.

يمكن للشوائب الموجودة في النحاس المنفّط أن تتصرف بشكل مختلف عند تكريرها. يذوب الزنك والكادميوم والحديد على القطب الموجب ، لكن لا يستقر على القطب السالب. الحقيقة هي أنه في سلسلة الجهد الكهروكيميائي هم على يسار النحاس ، أي أن لديهم المزيد من الجهد السلبي.

يتم الحصول على كبريتات النحاس

عن طريق الأكسدة البطيئة لخام الكبريتيد مع الأكسجين إلى كبريتات النحاس CuS + 2O₂> CuSO_{4. بعد ذلك يتم رش الملح بالماء.}

طريقة المعالجة بالميتالورجية

في هذه الحالة ، يستخدم حامض الكبريتيك لترشيح وإثراء النحاس. نتيجة للتفاعل باستخدام هذه التقنية ، يتم الحصول على محلول مشبع بالنحاس ومعادن أخرى. ثم يتم عزل النحاس منه. باستخدام هذه التقنية ، بالإضافة إلى النحاس المنفّط ، يمكن الحصول على معادن أخرى ، بما في ذلك المعادن الثمينة. على أي حال ، غالبًا ما تستخدم هذه التقنية لاستخراج النحاس من الصخور غير الغنية به (أقل من 0.5٪).

نحاس في المنزل

لذلك فإن فصل هذا المعدن عن الخامات المشبعة به بسيط نسبيًا من الناحية التكنولوجية. لذلك يهتم البعض بكيفية تعدين النحاس في المنزل. احصل على هذا المعدن من الركاز والطين وما إلى ذلك بيديك ، بدونومع ذلك ، سيكون توفر المعدات الخاصة أمرًا صعبًا للغاية.

البعض ، على سبيل المثال ، مهتم بكيفية استخراج النحاس من الطين بأيديهم. في الواقع ، توجد في الطبيعة رواسب من هذه المادة ، وهي غنية أيضًا بالنحاس. ومع ذلك ، للأسف ، لا توجد تقنيات مثبتة معروفة للحصول على النحاس من الطين في المنزل.

بيديك ، يمكن محاولة عزل هذا المعدن في المنزل ، ربما ، فقط من كبريتات النحاس. للقيام بذلك ، يجب أولاً إذابة الأخير في الماء. بعد ذلك ، تحتاج فقط إلى وضع بعض الأجسام الحديدية في الخليط الناتج. بعد مرور بعض الوقت ، سيتم تغطية الأخير - نتيجة تفاعل الاستبدال - بطلاء نحاسي ، والذي يمكن بعد ذلك تنظيفه ببساطة.