Kaip kasamas varis: metodai, istorija ir telkiniai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 13:59

Šiandien varis yra neįprastai paklausus metalas ir plačiai naudojamas tiek kasdieniame gyvenime, tiek pramonėje. Gamtoje Cu galima rasti tiek gryno, tiek rūdos pavidalo. Yra keletas būdų, kaip išgauti ir gauti varį iš originalių uolienų. Tačiau jie plačiai naudojami pramonėje. Kaip išgaunamas varis, bus aptarta straipsnyje.

Šiek tiek istorijos

Kokioje vietovėje senovėje varį pirmą kartą pradėjo kasti ir naudoti žmogus, archeologams, deja, išsiaiškinti nepavyko. Tačiau tikrai žinoma, kad būtent šį metalą žmonės pradėjo apdoroti ir naudoti kasdieniame gyvenime.

Varis žmonėms buvo žinomas nuo akmens amžiaus. Kai kuriuose archeologų rastuose šio metalo grynuoliuose yra apdirbimo akmeniniais kirviais pėdsakų. Iš pradžių žmonės varį naudojo daugiausia kaip dekoracijas. Tuo pat metu žmonės senovėje tokių gaminių gamybai naudojo tik savo rastus šio metalo grynuolius. Vėliau žmonės išmoko apdoroti irvario turinti rūda.

Idėja, kaip Cu kasamas ir apdorojamas, buvo žinoma daugeliui senovės tautų. Daug įrodymų rado archeologai. Po to, kai žmogus išmoko gaminti vario ir cinko lydinius, prasidėjo bronzos amžius. Tiesą sakant, pavadinimą „varis“kadaise sugalvojo senovės romėnai. Toks metalas į šią šalį buvo atvežtas daugiausia iš Kipro salos. Štai kodėl romėnai jį vadino aes cyprium.

Kaip senovėje buvo kasamas varis

Kadangi šis metalas kadaise buvo labai plačiai naudojamas žmonių gyvenime, jo išgavimo technologijos, žinoma, buvo sukurtos gana tobulai. Mūsų protėviai vario gaudavo daugiausia iš malachito rūdų. Tokios medžiagos ir anglies mišinys buvo dedamas į molinį indą ir įdėtas į duobę. Toliau puode esanti masė buvo padegta. Susidaręs anglies monoksidas malachitas redukavo iki vario.

Atsargos gamtoje

Kur šiandien gamtoje galima rasti vario? Šiuo metu šio populiaraus metalo telkiniai aptinkami visuose Žemės žemynuose. Tuo pačiu metu Cu atsargos laikomos praktiškai neribotomis. Geologai mūsų laikais randa naujų gryno vario telkinių, taip pat jo turinčių rūdų. Pavyzdžiui, 1950 m. pasaulinės šio metalo atsargos siekė 90 mln. tonų. 1970 m. šis skaičius jau išaugo iki 250 mln. tonų, o 1998 m. – iki 340 mln.

Gryno vario nuosėdos ir išgavimo būdai

Kaip jau minėta, iš pradžių žmonės kasdieniame gyvenime naudojo vietinį Cu. Žinoma, tai gaunamatoks grynas varis šiandien. Šio metalo grynuoliai susidaro žemės plutoje dėl egzogeninių ir endogeninių procesų. Didžiausias žinomas vietinio vario telkinys planetoje šiuo metu yra JAV, Aukščiausiojo ežero regione. Rusijoje vietinio vario yra Udokano telkinyje, taip pat kai kuriose kitose Užbaikalės vietose. Be to, atsakymas į klausimą, kur Rusijoje gali būti išgaunamas varis grynuolių pavidalu, yra Uralo sritis.

Gamtoje grynas šios veislės metalas susidaro vario sulfato nuosėdų oksidacijos zonoje. Paprastai paties vario grynuoliuose yra apie 90–99 proc. Likusią dalį sudaro kiti metalai. Bet kokiu atveju dvi pagrindinės technologijos yra atsakymas į klausimą, kaip išgaunamas vietinis varis. Tokie telkiniai, kaip ir rūdos, kuriami uždaros kasyklos arba atviros duobės metodu. Pirmuoju atveju naudojami tokie technologiniai procesai kaip gręžimas ir ardymas.

Vario grynuoliai gali sverti daug. Didžiausias iš jų kadaise buvo aptiktas Viršutiniame ežere JAV. Šių grynuolių svoris buvo apie 500 tonų.

Kur Rusijoje kasamas varis, išsiaiškinome. Tai daugiausia Užbaikalija ir Uralas. Mūsų šalyje, žinoma, skirtingu metu buvo rasta ir labai didelių šio metalo grynuolių. Pavyzdžiui, Vidurio Urale dažnai buvo rasta vario gabalų, sveriančių iki kelių tonų. Vienas iš šių grynuolių, sveriantis 860 kg, dabar saugomas Sankt Peterburge, Kasybos instituto muziejuje.

Vario rūdos ir jų telkiniai

Šiuo metu Cu gavimas yra ekonomiškai efektyvus ir tikslingas, net jei jo uolienoje yra ne mažiau kaip 0,3%.

Šiandien gamtoje, siekiant pramoniniu būdu izoliuoti varį gamtoje, dažniausiai kasamos šios uolienos:

• bornitai Cu₅FeS_{4 - sulfidinės rūdos, kitaip vadinamos vario purpuriniais arba margais piritais ir kuriose yra apie 63,3 % Cu;}

• kalkopiritas CuFeS_{2 - hidroterminės kilmės mineralai;}

• kalkozinai Cu_{2S, kurių sudėtyje yra daugiau nei 75 % vario;}

• cuprites Cu_{2O, taip pat dažnai randama vietinėse vario telkiniuose;}

• malachitai, kurie yra anglies vario žalumynai.

Didžiausias vario rūdos telkinys Rusijoje yra Norilske. Taip pat tokių uolienų dideli kiekiai kasami kai kuriose Uralo vietose, Užbaikalėje, Čiukotkoje, Tuvoje ir Kolos pusiasalyje.

Kaip kuriamos vario rūdos telkiniai

Įvairių rūšių uolienų, kuriose yra Cu, taip pat grynuolių, planetoje galima išgauti naudojant dvi pagrindines technologijas:

• uždaryta;
• atviras.

Pirmuoju atveju telkinyje statomos kasyklos, kurių ilgis gali siekti kelis kilometrus. Darbuotojams ir įrangai perkelti tokiuose požeminiuose tuneliuose įrengti liftai ir geležinkelio bėgiai. Uolienų smulkinimas kasyklose atliekamas naudojantspeciali gręžimo įranga su smaigaliais. Vario rūdos surinkimas ir pakrovimas gabenimui į viršų atliekamas naudojant kaušus.

Jei telkiniai yra ne toliau kaip 400–500 m nuo žemės paviršiaus, jie kasami atviruoju metodu. Tokiu atveju iš lauko pirmiausia pašalinamas viršutinis uolienų sluoksnis naudojant sprogstamuosius įtaisus. Be to, pati vario rūda palaipsniui pašalinama.

Metalo gavimo iš uolienų metodai

Kaip išgaunamas varis arba, tiksliau, jo turinčios rūdos, mes išsiaiškinome. Bet kaip įmonės vėliau gauna patį Cu?

Yra trys pagrindiniai būdai, kaip išgauti varį iš uolienų:

• elektrolitinis;
• pirometalurginė;
• hidrometalurgija.

Pirometalurginis flotacijos metodas

Ši technologija dažniausiai naudojama variui izoliuoti nuo uolienų, kuriose yra 1,5–2 % Cu. Tokia medžiaga yra praturtinta flotacijos metodu. Tuo pačiu metu:

• rūda kruopščiai sumalama iki smulkiausių miltelių;
• sumaišykite gautą medžiagą su vandeniu;
• į masę įpilkite specialių flotacijos reagentų, kurie yra sudėtingos organinės medžiagos.

Flotacijos reagentai padengia smulkius įvairių vario junginių grūdelius ir suteikia jiems nedrėkumo.

Kitas veiksmas:

• medžiagos, kurios sukuria putas, dedamos į vandenį;
• praleiskite stiprią oro srovę per pakabą.

Lengvos sausos vario junginių dalelės prilimpa prie oro burbuliukų ir plaukia į viršų. Jų turinčios putos surenkamos, išspaudžiamos iš vandens ir kruopščiai išdžiovinamos. Dėl to gaunamas koncentratas, iš kurio išskiriamas neapdorotas Cu.

Kaip iš rūdos kasamas varis: sodrinimas skrudinant

Flotacijos metodas pramonėje naudojamas gana dažnai. Tačiau kartais vario rūdai praturtinti naudojama ir skrudinimo technologija. Šis metodas dažniausiai naudojamas rūdoms, kuriose yra daug sieros. Šiuo atveju medžiaga pašildoma iki 700-8000 °C temperatūros. Dėl to sulfidai oksiduojasi mažėjant sieros kiekiui uolienoje.

Kitame etape taip paruošta rūda lydoma šachtinėse krosnyse 14 500 °C temperatūroje. Galų gale, naudojant šią technologiją, gaunamas matinis - vario ir geležies lydinys. Be to, šis ryšys pagerinamas įpučiant keitiklius. Dėl to geležies oksidas patenka į šlaką, o siera patenka į SO4.

Gryno vario gamyba: elektrolizė

Naudojant flotacijos ir skrudinimo metodus, gaunamas pūslinis varis. Tiesą sakant, tokioje medžiagoje yra apie 91% Cu. Norint gauti grynesnį varį, neapdorotas varis toliau rafinuojamas.

Šiuo atveju storos anodo plokštės pirmiausia išliejamos iš pirminio vario. Kitas:

• paimkite vario sulfato tirpalą vonioje;
• kabo voniojeanodo plokštės;
• Katodai naudojami ploni gryno vario lakštai.

Vykstant elektrolizės reakcijai, varis ištirpsta ant anodų ir nusėda ant katodų. Vario jonai juda link katodo, paima iš jo elektronus ir pereina į Cu+2+2e atomus?>Cu.

Nešvarumai, esantys lizdinėje plokštelėje vario rafinuotume, gali elgtis kitaip. Cinkas, kadmis, geležis ištirpsta ant anodo, bet nenusėda ant katodo. Faktas yra tas, kad elektrocheminės įtampos serijoje jie yra kairėje nuo vario, tai yra, jie turi daugiau neigiamų potencialų.

Vario sulfatas gaunamas lėtai oksiduojant sulfido rūdą deguonimi iki vario sulfato CuS + 2O₂ > CuSO_{4. Vėliau druska išplaunama vandeniu.}

Hidrometalurginis metodas

Šiuo atveju sieros rūgštis naudojama variui išplauti ir sodrinti. Reakcijoje naudojant šią technologiją gaunamas tirpalas, prisotintas Cu ir kitų metalų. Tada nuo jo izoliuojamas varis. Naudojant šią techniką, be pūslinio vario, galima gauti ir kitų metalų, įskaitant tauriuosius. Bet kokiu atveju ši technologija dažniausiai naudojama Cu išgaunimui iš uolienų, kuriose jo nėra per daug (mažiau nei 0,5%).

Varis namuose

Todėl šio metalo atskyrimas nuo juo prisotintų rūdų yra gana paprastas technologiškai. Todėl kai kurie domisi, kaip namuose išgauti varį. Gaukite šį metalą iš rūdos, molio ir tt savo rankomis, beTačiau specialios įrangos prieinamumas bus labai sunkus.

Kai kurie, pavyzdžiui, domisi, kaip savo rankomis iš molio išgauti varį. Iš tiesų gamtoje yra šios medžiagos, kurioje taip pat gausu Cu, telkinių. Tačiau, deja, nėra žinomų patikrintų technologijų, kaip namuose gauti vario iš molio.

Savomis rankomis šį metalą namuose galima pabandyti izoliuoti, ko gero, tik nuo vario sulfato. Norėdami tai padaryti, pastarąjį pirmiausia reikia ištirpinti vandenyje. Tada jums tereikia į gautą mišinį įdėti geležies objektą. Po kurio laiko pastaroji – dėl pakeitimo reakcijos – bus padengta vario danga, kurią vėliau galima tiesiog nuvalyti.