چگونه مس استخراج می شود: روش ها، تاریخچه و ذخایر

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-07 20:58

مس امروزه فلزی است که تقاضای غیرمعمولی دارد و به طور گسترده هم در زندگی روزمره و هم در صنعت استفاده می شود. مس در طبیعت هم به صورت خالص و هم به صورت سنگ معدنی یافت می شود. راه های مختلفی برای استخراج و بدست آوردن مس از سنگ های اصلی وجود دارد. با این حال، آنها به طور گسترده ای در صنعت استفاده می شوند. نحوه استخراج مس در مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.

کمی از تاریخ

مس در دوران باستان برای اولین بار توسط انسان استخراج و از چه منطقه ای شروع شد، متاسفانه باستان شناسان نتوانستند بفهمند. با این حال، به طور قطع مشخص است که این فلز بود که مردم برای اولین بار شروع به پردازش و استفاده در زندگی روزمره کردند.

مس از عصر حجر برای بشر شناخته شده است. برخی از قطعات این فلز که توسط باستان شناسان کشف شده است، دارای آثاری از پردازش با تبرهای سنگی است. در ابتدا مردم از مس عمدتاً به عنوان تزئین استفاده می کردند. در همان زمان، مردم در زمان های قدیم به طور انحصاری از قطعات این فلز یافت شده توسط خود برای ساخت چنین محصولاتی استفاده می کردند. بعداً مردم یاد گرفتند که پردازش کنند وسنگ معدن مس.

ایده چگونگی استخراج و فرآوری مس برای بسیاری از مردمان دوران باستان شناخته شده بود. شواهد زیادی توسط باستان شناسان پیدا شده است. پس از اینکه انسان ساخت آلیاژهای مس و روی را آموخت، عصر برنز آغاز شد. در واقع، نام "مس" زمانی توسط رومیان باستان ابداع شد. چنین فلزی عمدتاً از جزیره قبرس به این کشور آورده شده است. به همین دلیل رومیان آن را aes cyprium نامیدند.

چگونه مس در دوران باستان استخراج می شد

از آنجایی که زمانی این فلز به طور گسترده در زندگی انسان استفاده می شد، البته فناوری های استخراج آن کاملاً عالی توسعه یافته بودند. اجداد ما مس را عمدتا از سنگ معدن مالاکیت به دست می آوردند. مخلوطی از این مواد و زغال سنگ را در ظرفی سفالی قرار داده و در گودالی قرار می دادند. سپس جرم داخل قابلمه را آتش زدند. مونوکسید کربن حاصل، مالاکیت را به مس تبدیل کرد.

سهام در طبیعت

امروزه در کجای طبیعت مس می توان یافت؟ در حال حاضر ذخایر این فلز محبوب در تمام قاره های زمین کشف شده است. در عین حال، ذخایر مس عملاً نامحدود در نظر گرفته می شود. زمین شناسان در زمان ما در حال یافتن ذخایر جدیدی از مس خالص و همچنین سنگ معدن های حاوی آن هستند. به عنوان مثال، در سال 1950 ذخایر جهانی این فلز بالغ بر 90 میلیون تن بود. تا سال 1970، این رقم قبلاً به 250 میلیون تن و در سال 1998 به 340 میلیون تن افزایش یافته بود. در حال حاضر، اعتقاد بر این است که ذخایر مس در این سیاره بیش از 2.3 میلیارد تن است.

رسوبات و روشهای استخراج مس خالص

همانطور که قبلاً ذکر شد، مردم در ابتدا از مس بومی در زندگی روزمره استفاده می کردند. البته به دست می آیدچنین مس خالص امروزی قطعات این فلز در پوسته زمین در نتیجه فرآیندهای برون زا و درون زا تشکیل می شوند. بزرگترین ذخایر شناخته شده مس بومی روی این سیاره در حال حاضر در ایالات متحده و در منطقه دریاچه سوپریور قرار دارد. در روسیه، مس بومی در ذخایر Udokan و همچنین در برخی مکان‌های دیگر در Transbaikalia وجود دارد. علاوه بر این، پاسخ به این سوال که مس در روسیه از کجا می توان به شکل قطعات استخراج کرد، منطقه اورال است.

در طبیعت، فلز خالص این رقم در منطقه اکسیداسیون رسوبات سولفات مس تشکیل می شود. معمولاً خود قطعات مس حاوی حدود 90-99٪ هستند. مابقی متعلق به فلزات دیگر است. در هر صورت، دو فناوری اصلی به عنوان پاسخی به این سوال که چگونه مس بومی استخراج می شود، عمل می کند. چنین کانسارها و همچنین سنگ معدن ها با استفاده از معادن بسته یا روش روباز توسعه می یابند. در حالت اول، از فرآیندهای تکنولوژیکی مانند حفاری و شکستن استفاده می شود.

قطعات مس می توانند وزن زیادی داشته باشند. بزرگترین آنها زمانی در دریاچه سوپریور در ایالات متحده یافت شد. وزن این قطعات حدود 500 تن بود.

جایی که مس در روسیه استخراج می شود، متوجه شدیم. این عمدتا Transbaikalia و اورال است. در کشور ما البته قطعات بسیار بزرگی از این فلز نیز در زمان های مختلف پیدا شد. به عنوان مثال، قطعات مسی با وزن تا چندین تن اغلب در اورال میانه یافت می شد. یکی از این قطعات به وزن 860 کیلوگرم اکنون در سنت پترزبورگ، در موزه انستیتوی معدن نگهداری می شود.

سنگ مس و ذخایر آن

در حال حاضر، به دست آوردن مس مقرون به صرفه و مفید تلقی می شود، حتی اگر حداقل 0.3٪ در سنگ موجود باشد.

بیشتر اوقات، سنگ های زیر در طبیعت استخراج می شوند تا مس را به طور صنعتی در طبیعت جدا کنند:

• bornites Cu₅FeS_{4 - سنگ معدن سولفید، که در غیر این صورت پیریت مس بنفش یا رنگارنگ نامیده می شود و حاوی حدود 63.3 درصد مس است؛.}

• کالکوپیریت CuFeS_{2 - مواد معدنی با منشأ هیدروترمال؛}

• Calcosines Cu_{2S حاوی بیش از ۷۵٪ مس؛}

• cuprites Cu_{2O، همچنین اغلب در ذخایر مس بومی یافت می شود؛}

• مالاشیت که سبزی مس کربنیک است.

بزرگترین ذخایر سنگ مس در روسیه در نوریلسک واقع شده است. همچنین، چنین سنگهایی به مقدار زیاد در برخی از نقاط در اورال، در Transbaikalia، در Chukotka، در Tuva و در شبه جزیره کولا استخراج می شوند.

چگونگی توسعه ذخایر سنگ مس

انواع مختلف سنگ های حاوی مس و همچنین قطعات را می توان با استفاده از دو فناوری اصلی در این سیاره استخراج کرد:

• بسته؛
• باز.

در مورد اول، معادنی در کانسار ساخته می‌شوند که طول آن به چندین کیلومتر می‌رسد. برای جابجایی کارگران و تجهیزات، چنین تونل های زیرزمینی مجهز به آسانسور و خطوط راه آهن هستند. خرد کردن سنگ در معادن با استفاده ازتجهیزات مخصوص حفاری با سنبله. جمع آوری سنگ مس و بارگیری آن برای ارسال به بالا با استفاده از سطل انجام می شود.

اگر نهشته ها بیش از 400-500 متر از سطح زمین قرار داشته باشند، با استفاده از روش باز استخراج می شوند. در این حالت ابتدا لایه سنگ بالایی با استفاده از مواد منفجره از میدان خارج می شود. علاوه بر این، خود سنگ مس به تدریج حذف می شود.

روشهای بدست آوردن فلز از سنگ

چگونه مس استخراج می شود، یا به عبارت بهتر، سنگ های معدنی حاوی آن، به این ترتیب متوجه شدیم. اما چگونه شرکت‌ها متعاقباً خود مس را دریافت می‌کنند؟

سه راه اصلی برای استخراج مس از سنگ ها وجود دارد:

• الکترولیتیک؛
• پیرومتالورژیکی;
• هیدرومتالورژی.

روش فلوتاسیون پیرومتالورژیکی

این فناوری معمولاً برای جداسازی مس از سنگ های حاوی 1.5-2٪ مس استفاده می شود. چنین موادی با روش شناورسازی غنی می شوند. همزمان:

• سنگ معدن با احتیاط آسیاب می شود تا بهترین پودر شود؛
• مواد به دست آمده را با آب مخلوط کنید؛
• معرفهای فلوتاسیون ویژه را که مواد آلی پیچیده هستند به جرم اضافه کنید.

معرف های فلوتاسیون دانه های ریز ترکیبات مختلف مس را می پوشانند و به آنها غیرتر شدن می دهند.

مرحله بعدی:

• موادی که کف ایجاد می کنند به آب اضافه می شوند؛
• جریان قوی هوا را از سیستم تعلیق عبور دهید.

ذرات خشک سبک ترکیبات مس در نتیجه به حباب های هوا می چسبند و به سمت بالا شناور می شوند. کف حاوی آنها جمع آوری می شود، از آب خارج می شود و کاملا خشک می شود. در نتیجه، کنسانتره ای به دست می آید که سپس مس خام از آن جدا می شود.

چگونه مس از سنگ معدن استخراج می شود: بهینه سازی با بو دادن

روش فلوتاسیون اغلب در صنعت استفاده می شود. اما گاهی از فناوری برشته کردن برای غنی سازی سنگ مس نیز استفاده می شود. این تکنیک اغلب برای سنگ معدن های حاوی مقدار زیادی گوگرد استفاده می شود. در این حالت، مواد تا دمای 700-8000 درجه سانتیگراد از قبل گرم می شوند. در نتیجه، سولفیدها با کاهش محتوای گوگرد در سنگ اکسید می شوند.

در مرحله بعد سنگ معدن تهیه شده به این روش در کوره های شفتی در دمای ۱۴۵۰۰ درجه سانتی گراد ذوب می شود. در نهایت، هنگام استفاده از این فناوری، مات به دست می آید - آلیاژ مس و آهن. علاوه بر این، این اتصال با دمیدن در مبدل ها بهبود می یابد. در نتیجه، اکسید آهن به سرباره و گوگرد به SO4 می رود.

تولید مس خالص: الکترولیز

هنگام استفاده از روش های فلوتاسیون و برشته کردن، مس تاول به دست می آید. در واقع، چنین ماده ای حاوی حدود 91٪ مس است. برای به دست آوردن مس خالص تر، مس خام بیشتر تصفیه می شود.

در این مورد، صفحات آند ضخیم ابتدا از مس اولیه ریخته می شوند. بعدی:

• محلول سولفات مس را در حمام بردارید؛
• آویز کردن در حمامصفحات آند؛
• ورقه های نازک مس خالص به عنوان کاتد استفاده می شود.

در طول واکنش الکترولیز، مس روی آندها حل شده و روی کاتدها رسوب می کند. یون های مس به سمت کاتد حرکت می کنند، از آن الکترون می گیرند و به اتم های Cu+2+2e می روند؟>Cu.

ناخالصی های موجود در مس تاول زده می توانند در هنگام تصفیه رفتار متفاوتی داشته باشند. روی، کادمیوم، آهن روی آند حل می شوند، اما روی کاتد ته نشین نمی شوند. واقعیت این است که در سری ولتاژ الکتروشیمیایی آنها در سمت چپ مس قرار دارند، یعنی پتانسیل منفی بیشتری دارند.

سولفات مس از اکسیداسیون آهسته سنگ معدن سولفید با اکسیژن به سولفات مس CuS + 2O₂ > CuSO_{4 به دست می آید. نمک متعاقباً با آب شسته می شود.}

روش هیدرومتالورژی

در این مورد از اسید سولفوریک برای شستشو و غنی سازی مس استفاده می شود. در نتیجه واکنش با استفاده از این فناوری، محلولی اشباع از مس و سایر فلزات به دست می آید. سپس مس از آن جدا می شود. با استفاده از این تکنیک، علاوه بر مس تاولی، فلزات دیگری از جمله فلزات گرانبها نیز به دست می آید. در هر صورت، این فناوری اغلب برای استخراج مس از سنگ هایی که خیلی غنی از آن نیستند (کمتر از 0.5٪) استفاده می شود.

مس در خانه

جداسازی این فلز از سنگ معدن اشباع شده با آن، بنابراین، از نظر فناوری نسبتاً ساده است. بنابراین برخی علاقه مند هستند که چگونه مس در خانه استخراج کنند. این فلز را از سنگ معدن، خاک رس و غیره با دست خود، بدونبا این حال، در دسترس بودن تجهیزات ویژه بسیار دشوار خواهد بود.

برخی مثلاً به چگونگی استخراج مس از خاک رس با دست خود علاقه مند هستند. در واقع، در طبیعت رسوباتی از این ماده وجود دارد که سرشار از مس است. با این حال، متأسفانه، هیچ فناوری اثبات شده شناخته شده ای برای به دست آوردن مس از خاک رس در خانه وجود ندارد.

با دستان خود می توان این فلز را در خانه جدا کرد، شاید فقط از سولفات مس جدا کرد. برای انجام این کار، دومی ابتدا باید در آب حل شود. در مرحله بعد، فقط باید مقداری جسم آهنی را در مخلوط حاصل قرار دهید. پس از مدتی، دومی - در نتیجه واکنش جایگزینی - با یک پوشش مسی پوشانده می شود، که سپس می توان آن را به سادگی پاک کرد.