Ինչպես է արդյունահանվում պղինձը. մեթոդներ, պատմություն և հանքավայրեր

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-07 20:59

Պղինձն այսօր անսովոր պահանջարկ ունեցող մետաղ է և լայնորեն կիրառվում է ինչպես առօրյա կյանքում, այնպես էլ արդյունաբերության մեջ: Բնության մեջ Cu-ն հանդիպում է ինչպես մաքուր վիճակում, այնպես էլ հանքաքարի տեսքով։ Բնօրինակ ապարներից պղինձ կորզելու և ստանալու մի քանի եղանակ կա: Այնուամենայնիվ, դրանք լայնորեն կիրառվում են արդյունաբերության մեջ: Ինչպես է պղինձը արդյունահանվում, կքննարկվի հոդվածում։

Մի քիչ պատմություն

Ո՞ր տարածքում է հնագույն ժամանակներում սկսել պղինձը արդյունահանել և օգտագործել առաջին անգամ մարդը, հնագետները, ցավոք, չեն կարողացել պարզել։ Այնուամենայնիվ, հաստատ հայտնի է, որ հենց այս մետաղն է մարդիկ սկսել մշակել և օգտագործել առօրյա կյանքում։

Պղինձը մարդուն հայտնի է դեռ քարի դարից: Հնագետների կողմից հայտնաբերված այս մետաղի որոշ հատվածների վրա քարե կացիններով մշակման հետքեր կան։ Սկզբում մարդիկ օգտագործում էին պղինձը հիմնականում որպես զարդարանք։ Միևնույն ժամանակ, մարդիկ հնագույն ժամանակներում օգտագործում էին բացառապես իրենց կողմից հայտնաբերված այս մետաղի կտորները նման ապրանքների արտադրության համար: Հետագայում մարդիկ սովորեցին մշակել ևպղնձաբեր հանքաքար.

Գաղափարը, թե ինչպես է Cu-ն արդյունահանվում և մշակվում, հայտնի է եղել հնության շատ ժողովուրդների համար: Հնագետների կողմից բազմաթիվ ապացույցներ են հայտնաբերվել։ Այն բանից հետո, երբ մարդը սովորեց պղնձի և ցինկի համաձուլվածքներ պատրաստել, սկսվեց բրոնզի դարը: Իրականում «պղինձ» անվանումը ժամանակին հորինել են հին հռոմեացիները։ Նման մետաղն այս երկիր է բերվել հիմնականում Կիպրոս կղզուց։ Ահա թե ինչու հռոմեացիներն այն անվանեցին aes cyprium:

Ինչպես է արդյունահանվել պղինձը հին ժամանակներում

Քանի որ ժամանակին այս մետաղը շատ լայնորեն օգտագործվում էր մարդկային կյանքում, դրա արդյունահանման տեխնոլոգիաները, իհարկե, բավականին կատարյալ էին մշակվել: Մեր նախնիները պղինձը ստանում էին հիմնականում մալաքիտի հանքաքարերից։ Այդպիսի նյութի և ածխի խառնուրդը դրվում էր հողե տարայի մեջ և տեղադրվում փոսի մեջ։ Այնուհետև կաթսայի մեջ եղած զանգվածը վառել են։ Ստացված ածխածնի օքսիդը մալաքիտը վերածում է պղնձի։

Բաժնետոմսեր բնության մեջ

Որտե՞ղ կարելի է գտնել պղինձ վայրի բնության մեջ այսօր: Ներկա պահին այս հայտնի մետաղի հանքավայրեր են հայտնաբերվել Երկրի բոլոր մայրցամաքներում։ Միաժամանակ Cu-ի պաշարները համարվում են գործնականում անսահմանափակ։ Երկրաբանները մեր ժամանակներում հայտնաբերում են մաքուր պղնձի նոր հանքավայրեր, ինչպես նաև այն պարունակող հանքաքարեր։ Օրինակ՝ 1950 թվականին այս մետաղի համաշխարհային պաշարները կազմում էին 90 միլիոն տոննա։ 1970 թվականին այս ցուցանիշն արդեն աճել էր մինչև 250 միլիոն տոննա, իսկ 1998 թվականին՝ մինչև 340 միլիոն տոննա։ Այս պահին ենթադրվում է, որ մոլորակի վրա պղնձի պաշարները կազմում են ավելի քան 2,3 միլիարդ տոննա։

Մաքուր պղնձի հանքավայրեր և արդյունահանման եղանակներ

Ինչպես արդեն նշվեց, սկզբում մարդիկ օգտագործում էին բնիկ Cu-ն առօրյա կյանքում: Իհարկե, ստացվում էայսպիսի մաքուր պղինձ այսօր։ Այս մետաղի հատիկներն առաջանում են երկրակեղևում էկզոգեն և էնդոգեն գործընթացների արդյունքում։ Մոլորակի վրա բնիկ պղնձի ամենամեծ հանքավայրը ներկայումս գտնվում է ԱՄՆ-ում՝ Սուպերիոր լճի շրջանում: Ռուսաստանում հայրենի պղինձը հանդիպում է Ուդոկան հանքավայրում, ինչպես նաև Անդրբայկալիայի որոշ այլ վայրերում: Բացի այդ, այն հարցի պատասխանը, թե որտեղից կարելի է պղինձ արդյունահանել Ռուսաստանում բնակտորների տեսքով, Ուրալի մարզն է։

Բնության մեջ այս սորտի մաքուր մետաղը ձևավորվում է պղնձի սուլֆատի հանքավայրերի օքսիդացման գոտում։ Սովորաբար պղնձի կտորները պարունակում են մոտ 90-99%: Մնացածը բաժին է ընկնում այլ մետաղներին։ Ամեն դեպքում, երկու հիմնական տեխնոլոգիաներ պատասխան են տալիս այն հարցին, թե ինչպես է արդյունահանվում հայրենի պղինձը։ Նման հանքավայրերը, ինչպես նաև հանքաքարերը, մշակվում են փակ հանքավայրով կամ բաց եղանակով։ Առաջին դեպքում օգտագործվում են այնպիսի տեխնոլոգիական պրոցեսներ, ինչպիսիք են հորատումը և ջարդումը։

Պղնձի հատիկները կարող են շատ կշռել: Դրանցից ամենամեծը ժամանակին հայտնաբերվել է ԱՄՆ-ի Սուպերիոր լճի վրա։ Այս նագեթների քաշը մոտ 500 տոննա էր։

Որտեղ են պղինձ արդյունահանում Ռուսաստանում, մենք իմացանք. Սա հիմնականում Անդրբայկալիան և Ուրալն են: Մեզ մոտ, իհարկե, տարբեր ժամանակներում հայտնաբերվել են նաև այս մետաղի շատ մեծ հատվածներ։ Օրինակ՝ մինչև մի քանի տոննա կշռող պղնձի կտորներ հաճախ են գտնվել Միջին Ուրալում։ 860 կգ կշռող այս նագգետներից մեկն այժմ պահվում է Սանկտ Պետերբուրգում՝ Հանքարդյունաբերության ինստիտուտի թանգարանում։

Պղնձի հանքաքարեր և դրանց հանքավայրեր

Ներկայումս Cu-ի ստացումը համարվում է ծախսարդյունավետ և նպատակահարմար, նույնիսկ եթե այն պարունակվում է ապարում առնվազն 0.3%։

Ամենից հաճախ բնության մեջ արդյունահանվում են հետևյալ ապարները՝ այսօր բնության մեջ պղնձը արդյունաբերական եղանակով մեկուսացնելու համար.

• բորնիտներ Cu₅FeS_{4 - սուլֆիդային հանքաքարեր, որոնք այլ կերպ կոչվում են պղնձի մանուշակագույն կամ երփներանգ պիրտներ և պարունակում են մոտ 63,3% Cu;}

• խալկոպիրիտ CuFeS_{2 - հիդրոթերմալ ծագման հանքանյութեր;}

• քալկոսիններ Cu_{2S պարունակող ավելի քան 75% պղինձ;}

• cuprites Cu_{2O, որը նաև հաճախ հանդիպում է բնիկ պղնձի հանքավայրերում;}

• մալաքիտներ, որոնք ածխածնային պղնձի կանաչի են:

Ռուսաստանի պղնձի հանքաքարերի ամենամեծ հանքավայրը գտնվում է Նորիլսկում։ Նաև նման ապարները մեծ քանակությամբ արդյունահանվում են որոշ վայրերում Ուրալում, Անդրբայկալիայում, Չուկոտկայում, Տուվայում և Կոլա թերակղզում:

Ինչպես են մշակվում պղնձի հանքաքարի հանքավայրերը

Մակ պարունակող տարբեր տեսակի ժայռեր, ինչպես նաև հատիկներ, կարող են արդյունահանվել մոլորակի վրա՝ օգտագործելով երկու հիմնական տեխնոլոգիաներ.

• փակված;
• բաց.

Առաջին դեպքում հանքավայրում կառուցվում են հանքեր, որոնց երկարությունը կարող է հասնել մի քանի կիլոմետրի։ Աշխատողների և սարքավորումների տեղափոխման համար նման ստորգետնյա թունելները հագեցած են վերելակներով և երկաթուղային գծերով: Հանքավայրերում ժայռերի ջարդումն իրականացվում է օգտագործելովհատուկ հորատման սարքավորում՝ հասկերով: Պղնձի հանքաքարի հավաքումը և բեռնումը դեպի վերև առաքումը կատարվում է դույլերով։

Եթե հանքավայրերը գտնվում են երկրի մակերևույթից ոչ ավելի, քան 400-500 մ հեռավորության վրա, ապա դրանք արդյունահանվում են բաց եղանակով: Այս դեպքում վերին ժայռային շերտը սկզբից հանվում է դաշտից՝ պայթուցիկ սարքերի միջոցով։ Այնուհետև, պղնձի հանքաքարն ինքնին աստիճանաբար հեռացվում է։

Քարերից մետաղ ստանալու եղանակներ

Ինչպես է արդյունահանվում պղինձը, ավելի ճիշտ՝ այն պարունակող հանքաքարերը, այսպիսով պարզեցինք։ Բայց ինչպե՞ս են ձեռնարկությունները հետագայում ստանում Cu-ն:

Քարերից պղինձ հանելու երեք հիմնական եղանակ կա.

• էլեկտրոլիտիկ;
• պիրոմետալուրգիական;
• հիդրոմետալուրգիական.

Պիրմետալուրգիական ֆլոտացիայի մեթոդ

Այս տեխնոլոգիան սովորաբար օգտագործվում է 1,5-2% Cu պարունակող ապարներից պղնձը մեկուսացնելու համար: Նման նյութը հարստացվում է ֆլոտացիոն մեթոդով։ Միևնույն ժամանակ՝

• հանքաքարը խնամքով մանրացված է մինչև ամենալավ փոշին;
• ստացված նյութը խառնել ջրի հետ;
• զանգվածին ավելացրեք հատուկ ֆլոտացիոն ռեակտիվներ, որոնք բարդ օրգանական նյութեր են:

Ֆլոտացիոն ռեակտիվները ծածկում են պղնձի տարբեր միացությունների մանր հատիկները և տալիս նրանց չթրջվողություն:

Հաջորդ քայլը՝

• նյութեր, որոնք ստեղծում են փրփուր, ավելացվում են ջրի մեջ;
• անցեք օդի ուժեղ հոսք կախոցի միջով:

Պղնձի միացությունների թեթև չոր մասնիկները արդյունքում կպչում են օդային փուչիկներին և լողում դեպի վերև: Դրանք պարունակող փրփուրը հավաքում են, քամում ջրից ու մանրակրկիտ չորացնում։ Արդյունքում ստացվում է խտանյութ, որից հետո մեկուսացնում են հում Cu-ը։

Ինչպես է պղինձը արդյունահանվում հանքաքարից. հարստացում բովելով

Ֆլոտացիոն մեթոդը բավականին հաճախ օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ: Սակայն երբեմն թրծման տեխնոլոգիան օգտագործվում է նաև պղնձի հանքաքարը հարստացնելու համար։ Այս տեխնիկան առավել հաճախ օգտագործվում է մեծ քանակությամբ ծծումբ պարունակող հանքաքարերի համար: Այս դեպքում նյութը նախապես տաքացվում է մինչև 700-8000 °C ջերմաստիճան: Արդյունքում սուլֆիդները օքսիդանում են ապարում ծծմբի պարունակության նվազմամբ։

Հաջորդ փուլում այս եղանակով պատրաստված հանքաքարը հալեցնում են առանցքային վառարաններում 14500 °C ջերմաստիճանում։ Ի վերջո, այս տեխնոլոգիան օգտագործելիս ստացվում է փայլատ՝ պղնձի և երկաթի համաձուլվածք։ Ավելին, այս կապը բարելավվում է փոխարկիչների մեջ փչելու միջոցով: Արդյունքում երկաթի օքսիդը գնում է խարամ, իսկ ծծումբը՝ SO4։

Արտադրում ենք մաքուր պղինձ. էլեկտրոլիզ

Ֆլոտացիայի և բոման մեթոդների կիրառման ժամանակ ստացվում է բշտիկային պղինձ: Փաստորեն, նման նյութը պարունակում է մոտ 91% Cu: Ավելի մաքուր պղինձ ստանալու համար չմշակված պղինձը հետագայում զտվում է։

Այս դեպքում, հաստ անոդային թիթեղները նախ ձուլվում են առաջնային պղնձից: Հաջորդը՝

• վերցնել պղնձի սուլֆատի լուծույթ լոգարանում;
• կախված լոգարանումանոդային թիթեղներ;
• Որպես կաթոդ օգտագործվում ենմաքուր պղնձի բարակ թիթեղներ:

Էլեկտրոլիզի ռեակցիայի ժամանակ պղինձը լուծվում է անոդների վրա և նստեցնում կաթոդների վրա։ Պղնձի իոնները շարժվում են դեպի կաթոդ, նրանից վերցնում են էլեկտրոններ և անցնում Cu+2+2e ատոմների մեջ։>Cu։

Բլիստերային պղնձի մեջ պարունակվող կեղտը կարող է տարբեր կերպ վարվել, երբ զտվում է: Ցինկը, կադմիումը, երկաթը լուծվում են անոդի վրա, բայց չեն նստում կաթոդի վրա։ Բանն այն է, որ էլեկտրաքիմիական լարման շարքում դրանք պղնձից ձախ են, այսինքն՝ ավելի շատ բացասական պոտենցիալներ ունեն։

Պղնձի սուլֆատը ստացվում է սուլֆիդային հանքաքարի դանդաղ օքսիդացումից թթվածնով մինչև պղնձի սուլֆատ CuS + 2O₂ > CuSO_{4: Այնուհետև աղը տարրալվացվում է ջրով:}

Հիդրոմետալուրգիական մեթոդ

Այս դեպքում ծծմբաթթուն օգտագործվում է պղնձի տարրալվացման և հարստացման համար։ Այս տեխնոլոգիայի կիրառմամբ ռեակցիայի արդյունքում ստացվում է Cu-ով և այլ մետաղներով հագեցած լուծույթ։ Դրանից հետո պղինձը մեկուսացվում է դրանից: Օգտագործելով այս տեխնիկան, բացի բշտիկային պղնձից, կարելի է ձեռք բերել այլ մետաղներ, այդ թվում՝ թանկարժեք: Ամեն դեպքում, այս տեխնոլոգիան ամենից հաճախ օգտագործվում է Cu-ի արդյունահանման համար այն ապարներից, որոնք այնքան էլ հարուստ չեն դրանով (0,5%-ից պակաս):

Պղինձ տանը

Այս մետաղի առանձնացումը դրանով հագեցած հանքաքարերից, հետևաբար, տեխնոլոգիապես համեմատաբար պարզ է: Հետևաբար, ոմանք հետաքրքրված են, թե ինչպես կարելի է պղինձ արդյունահանել տանը: Ձեռք բերեք այս մետաղը հանքաքարից, կավից և այլն ձեր սեփական ձեռքերով, առանցՀատուկ սարքավորումների առկայությունը, սակայն, շատ դժվար կլինի։

Ոմանք, օրինակ, հետաքրքրված են, թե ինչպես կարելի է սեփական ձեռքերով կավից պղինձ հանել: Իսկապես, բնության մեջ կան այս նյութի հանքավայրեր, որոնք նույնպես հարուստ են մյու-ով։ Սակայն, ցավոք, տնային պայմաններում կավից պղինձ ստանալու ապացուցված տեխնոլոգիաներ չկան։

Սեփական ձեռքերով այս մետաղը տանը կարելի է փորձել մեկուսացնել, թերեւս, միայն պղնձի սուլֆատից։ Դրա համար վերջինս նախ պետք է լուծել ջրի մեջ։ Հաջորդը, դուք պարզապես պետք է մի քանի երկաթե առարկա տեղադրեք ստացված խառնուրդի մեջ: Որոշ ժամանակ անց վերջինս, փոխարինման ռեակցիայի արդյունքում, կծածկվի պղնձե ծածկով, որն այնուհետ կարող է պարզապես մաքրվել: