วิธีขุดทองแดง: วิธีการ ประวัติและเงินฝาก

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 14:03

ทองแดงในปัจจุบันเป็นโลหะที่มีความต้องการผิดปกติและใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในชีวิตประจำวันและในอุตสาหกรรม ในธรรมชาติ Cu สามารถพบได้ทั้งในสภาพบริสุทธิ์และในรูปของแร่ มีหลายวิธีในการสกัดและรับทองแดงจากหินดั้งเดิม อย่างไรก็ตามมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม วิธีขุดทองแดงจะถูกกล่าวถึงในบทความ

ประวัติศาสตร์เล็กน้อย

ทองแดงในพื้นที่ใดในสมัยโบราณที่มนุษย์เริ่มขุดและใช้เป็นครั้งแรก น่าเสียดายที่นักโบราณคดีไม่สามารถค้นพบได้ อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเป็นโลหะชนิดนี้ที่ผู้คนเริ่มแปรรูปและใช้ในชีวิตประจำวันเป็นอันดับแรก

มนุษย์รู้จักทองแดงมาตั้งแต่ยุคหิน นักเก็ตโลหะบางชิ้นที่นักโบราณคดีพบมีร่องรอยการแปรรูปด้วยขวานหิน ในขั้นต้น ผู้คนใช้ทองแดงเป็นหลักในการตกแต่ง ในเวลาเดียวกัน ผู้คนในสมัยโบราณใช้เฉพาะนักเก็ตโลหะนี้ที่พวกเขาค้นพบเพื่อการผลิตผลิตภัณฑ์ดังกล่าว ต่อมาคนเรียนรู้ที่จะแปรรูปและแร่ที่มีทองแดง

วิธีขุดและแปรรูป Cu นั้นเป็นที่รู้จักของคนในสมัยโบราณ นักโบราณคดีพบหลักฐานมากมาย หลังจากที่มนุษย์เรียนรู้การทำโลหะผสมของทองแดงและสังกะสีแล้ว ยุคสำริดก็เริ่มขึ้น อันที่จริง ชื่อ "ทองแดง" ครั้งหนึ่งเคยตั้งขึ้นโดยชาวโรมันโบราณ โลหะดังกล่าวถูกนำเข้ามาในประเทศนี้ส่วนใหญ่มาจากเกาะไซปรัส นั่นเป็นเหตุผลที่ชาวโรมันเรียกมันว่า aes cyprium

การขุดทองแดงในสมัยโบราณอย่างไร

เนื่องจากโลหะนี้เคยถูกใช้อย่างแพร่หลายในชีวิตมนุษย์ แน่นอนว่าเทคโนโลยีสำหรับการสกัดโลหะนี้จึงได้รับการพัฒนาค่อนข้างสมบูรณ์แบบ บรรพบุรุษของเราได้ทองแดงมาจากแร่มาลาไคต์เป็นหลัก ส่วนผสมของวัสดุดังกล่าวและถ่านหินถูกวางลงในภาชนะดินและวางลงในหลุม ต่อมา มวลในหม้อก็ถูกจุดไฟ ผลลัพธ์ที่ได้คือคาร์บอนมอนอกไซด์ลดมาลาไคต์เป็นทองแดง

หุ้นในธรรมชาติ

ทองแดงหาได้ที่ไหนในป่าวันนี้? ในขณะนี้ มีการค้นพบเงินฝากของโลหะยอดนิยมนี้ในทุกทวีปของโลก ในขณะเดียวกัน ปริมาณสำรอง Cu นั้นถือว่าไม่ จำกัด ในทางปฏิบัติ นักธรณีวิทยาในสมัยของเรากำลังค้นหาแหล่งแร่ทองแดงบริสุทธิ์ใหม่ ๆ รวมทั้งแร่ที่บรรจุอยู่ด้วย ตัวอย่างเช่น ในปี 1950 ปริมาณสำรองของโลกสำหรับโลหะนี้มีจำนวน 90 ล้านตัน ภายในปี 1970 ตัวเลขนี้เพิ่มขึ้นเป็น 250 ล้านตัน และในปี 1998 เพิ่มขึ้นเป็น 340 ล้านตัน ในขณะนี้ เชื่อกันว่าทองแดงสำรองบนโลกมีมากกว่า 2.3 พันล้านตัน

เงินฝากและวิธีการสกัดทองแดงบริสุทธิ์

ดังที่กล่าวไปแล้วในตอนแรกผู้คนใช้ Cu พื้นเมืองในชีวิตประจำวัน ได้มาแน่นอนทองแดงบริสุทธิ์เช่นวันนี้ นักเก็ตของโลหะนี้ก่อตัวขึ้นในเปลือกโลกอันเป็นผลมาจากกระบวนการภายนอกและภายใน แหล่งแร่ทองแดงที่ใหญ่ที่สุดในโลกในปัจจุบันตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกาในภูมิภาคทะเลสาบสุพีเรีย ในรัสเซีย ทองแดงพื้นเมืองเกิดขึ้นในแหล่ง Udokan เช่นเดียวกับที่อื่นๆ ใน Transbaikalia นอกจากนี้ คำตอบสำหรับคำถามที่ว่าทองแดงสามารถขุดได้ที่ไหนในรัสเซียในรูปแบบของนักเก็ตคือภูมิภาคอูราล

โดยธรรมชาติแล้ว โลหะบริสุทธิ์ของพันธุ์นี้ก่อตัวขึ้นในบริเวณที่เกิดออกซิเดชันของคอปเปอร์ซัลเฟต โดยปกติ นักเก็ตทองแดงเองจะมีประมาณ 90-99% ส่วนที่เหลือคิดเป็นโลหะอื่น ไม่ว่าในกรณีใด เทคโนโลยีหลักสองอย่างทำหน้าที่เป็นคำตอบสำหรับคำถามเกี่ยวกับวิธีการขุดทองแดงพื้นเมือง เงินฝากดังกล่าวเช่นเดียวกับแร่ได้รับการพัฒนาโดยเหมืองปิดหรือวิธีเปิดหลุม ในกรณีแรก จะใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีเช่นการเจาะและการแตกหัก

นักเก็ตทองแดงมีน้ำหนักมาก ที่ใหญ่ที่สุดของพวกเขาเคยพบในทะเลสาบสุพีเรียในสหรัฐอเมริกา น้ำหนักของนักเก็ตเหล่านี้ประมาณ 500 ตัน

เราค้นพบที่ที่ขุดทองแดงในรัสเซีย นี่คือ Transbaikalia และ Urals เป็นหลัก แน่นอนว่าในประเทศของเรานั้นพบโลหะก้อนใหญ่มากในเวลาที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่นมักพบชิ้นส่วนทองแดงที่มีน้ำหนักมากถึงหลายตันใน Middle Urals หนึ่งในนักเก็ตเหล่านี้ที่มีน้ำหนัก 860 กก. ถูกเก็บไว้ที่เซนต์ปีเตอร์สเบิร์กในพิพิธภัณฑ์สถาบันเหมืองแร่

แร่ทองแดงและเงินฝาก

ปัจจุบัน การรับ Cu ถือว่าคุ้มค่าและเหมาะสม แม้ว่าจะมีอยู่ในหินอย่างน้อย 0.3%

โดยส่วนใหญ่ หินต่อไปนี้ถูกขุดในธรรมชาติเพื่อแยกทองแดงออกจากอุตสาหกรรมในธรรมชาติในปัจจุบัน:

• bornites Cu₅FeS_{4 - แร่ซัลไฟด์ หรือเรียกอีกอย่างว่าคอปเปอร์สีม่วงหรือไพไรต์ที่มีสีต่างกัน และมีประมาณ 63.3% Cu;}

• chalcopyrite CuFeS_{2 - แร่ธาตุจากแหล่งความร้อนใต้พิภพ;}

• chalcosines Cu_{2S ที่มีทองแดงมากกว่า 75%;}

• cuprites Cu_{2O มักพบในแหล่งทองแดงพื้นเมือง}

• มาลาไคต์ ซึ่งเป็นคาร์บอนิกคอปเปอร์กรีน

แร่ทองแดงที่ใหญ่ที่สุดในรัสเซียตั้งอยู่ในเมืองนอริลสค์ นอกจากนี้ หินดังกล่าวถูกขุดในปริมาณมากในบางพื้นที่ในเทือกเขาอูราล ในทรานส์ไบคาเลีย ในชูค็อตกา ในตูวา และบนคาบสมุทรโคลา

แร่ทองแดงมีการพัฒนาอย่างไร

หินประเภทต่างๆ ที่ประกอบด้วย Cu และนักเก็ต สามารถขุดได้บนโลกใบนี้โดยใช้เทคโนโลยีหลักสองอย่าง:

• ปิด;

• เปิด

ในกรณีแรก เหมืองถูกสร้างขึ้นที่แหล่งกักเก็บ ซึ่งมีความยาวหลายกิโลเมตร ในการเคลื่อนย้ายคนงานและอุปกรณ์ อุโมงค์ใต้ดินดังกล่าวมีการติดตั้งลิฟต์และรางรถไฟ บดหินในเหมืองโดยใช้อุปกรณ์เจาะพิเศษพร้อมเดือย การรวบรวมแร่ทองแดงและการบรรทุกเพื่อการขนส่งไปยังด้านบนจะดำเนินการโดยใช้ถัง

หากตะกอนอยู่ห่างจากพื้นโลกไม่เกิน 400-500 เมตร ให้ขุดด้วยวิธีเปิด ในกรณีนี้ ชั้นหินด้านบนจะถูกลบออกจากสนามก่อนโดยใช้อุปกรณ์ระเบิด นอกจากนี้ แร่ทองแดงเองก็ค่อยๆ ถูกกำจัดออกไป

วิธีการรับโลหะจากหิน

เราค้นพบว่าทองแดงถูกขุดขึ้นมาได้อย่างไร หรือมากกว่านั้นคือแร่ที่บรรจุมันไว้ แต่องค์กรต่างๆ จะรับ Cu เองได้อย่างไร

มีสามวิธีหลักในการสกัดทองแดงจากหิน:

• ไฟฟ้า;
• pyrometallurgical;
• ไฮโดรโลหการ.

วิธีลอยแบบไพโรเมทัลโลหการ

เทคโนโลยีนี้มักใช้เพื่อแยกทองแดงออกจากหินที่มีลูกบาศ์ก 1.5-2% Cu วัสดุดังกล่าวได้รับการเสริมสมรรถนะด้วยวิธีการลอยตัว ในเวลาเดียวกัน:

• บดแร่ให้เป็นผงละเอียดที่สุด
• ผสมวัสดุที่ได้กับน้ำ;
• เพิ่มน้ำยาพิเศษลอยตัว ซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน ให้กับมวล

น้ำยาลอยจะเคลือบเมล็ดเล็กๆ ของสารประกอบทองแดงต่างๆ และไม่เปียกน้ำ

ขั้นตอนต่อไป:

• สารที่สร้างโฟมถูกเติมลงในน้ำ
• ส่งกระแสลมแรงผ่านช่วงล่าง

อนุภาคทองแดงที่แห้งเล็กน้อยทำให้เกาะติดฟองอากาศและลอยขึ้นไปด้านบน รวบรวมโฟมที่บรรจุไว้บีบออกจากน้ำแล้วเช็ดให้แห้ง เป็นผลให้ได้สมาธิจากการแยก Cu ดิบออกมา

ทองแดงถูกขุดจากแร่อย่างไร: ประโยชน์จากการคั่ว

วิธีลอยน้ำมักใช้ในอุตสาหกรรม แต่บางครั้งเทคโนโลยีการคั่วก็ใช้เพื่อเสริมแร่ทองแดงเช่นกัน เทคนิคนี้มักใช้สำหรับแร่ที่มีกำมะถันในปริมาณมาก ในกรณีนี้ วัสดุจะถูกอุ่นที่อุณหภูมิ 700-8000 °C เป็นผลให้ซัลไฟด์ถูกออกซิไดซ์ด้วยปริมาณกำมะถันในหินลดลง

ในขั้นต่อไป แร่ที่เตรียมด้วยวิธีนี้จะหลอมในเตาหลอมแบบเพลาที่อุณหภูมิ 14,500 °C ในที่สุดเมื่อใช้เทคโนโลยีนี้ จะได้ผิวด้าน - โลหะผสมของทองแดงและเหล็ก นอกจากนี้ การเชื่อมต่อนี้ได้รับการปรับปรุงโดยการเป่าในตัวแปลง เป็นผลให้เหล็กออกไซด์กลายเป็นตะกรันและกำมะถันจะเข้าสู่ SO4

การผลิตทองแดงบริสุทธิ์: อิเล็กโทรลิซิส

เมื่อใช้วิธีลอยตัวและคั่ว จะได้ทองแดงพุพอง อันที่จริงวัสดุดังกล่าวมี Cu ประมาณ 91% เพื่อให้ได้ทองแดงบริสุทธิ์ ทองแดงที่หยาบจะถูกกลั่นเพิ่มเติม

ในกรณีนี้ แผ่นขั้วบวกหนาจะหล่อจากทองแดงปฐมภูมิก่อน ถัดไป:

• หยิบสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟตในอ่าง
• ห้อยอยู่ในห้องน้ำแผ่นขั้วบวก;
• ทองแดงบริสุทธิ์แผ่นบางใช้เป็นแคโทด

ระหว่างปฏิกิริยาอิเล็กโทรลิซิส ทองแดงจะละลายบนแอโนดและตกตะกอนบนแคโทด ไอออนของทองแดงเคลื่อนเข้าหาแคโทด นำอิเล็กตรอนจากมันแล้วส่งผ่านไปยังอะตอม Cu+2+2e?>Cu.

สิ่งเจือปนในทองแดงพุพองอาจมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเมื่อกลั่น สังกะสี แคดเมียม เหล็ก ละลายบนขั้วบวก แต่อย่าเกาะติดกับขั้วลบ ความจริงก็คือในชุดของแรงดันไฟฟ้าเคมี พวกมันอยู่ทางด้านซ้ายของทองแดง นั่นคือ พวกมันมีศักยภาพเชิงลบมากกว่า

คอปเปอร์ซัลเฟตได้มาจากการเกิดออกซิเดชันช้าของแร่ซัลไฟด์ด้วยออกซิเจนเป็นคอปเปอร์ซัลเฟต CuS + 2O₂ > CuSO_{4 เกลือจะถูกชะล้างออกด้วยน้ำในเวลาต่อมา}

วิธี Hydrometallurgical

ในกรณีนี้ กรดซัลฟิวริกจะใช้เพื่อชะล้างและเพิ่มคุณค่าของทองแดง เป็นผลมาจากปฏิกิริยาโดยใช้เทคโนโลยีนี้ จะได้สารละลายที่อิ่มตัวด้วย Cu และโลหะอื่นๆ ทองแดงจะถูกแยกออกจากมัน การใช้เทคนิคนี้ นอกเหนือไปจากทองแดงแบบพองแล้ว ยังสามารถหาโลหะอื่นๆ รวมทั้งของล้ำค่าได้อีกด้วย ในกรณีใด ๆ เทคโนโลยีนี้มักใช้ในการสกัด Cu จากหินที่ไม่รวยเกินไป (น้อยกว่า 0.5%)

ทองแดงที่บ้าน

การแยกโลหะนี้ออกจากแร่ที่อิ่มตัวด้วยเหตุนี้จึงค่อนข้างง่ายทางเทคโนโลยี บางคนสนใจวิธีการขุดทองแดงที่บ้าน หาโลหะนี้จากแร่ ดินเหนียว ฯลฯ ด้วยมือของคุณเองโดยไม่ต้องใช้อย่างไรก็ตามความพร้อมของอุปกรณ์พิเศษจะเป็นเรื่องยากมาก

เช่น บางคนสนใจที่จะสกัดทองแดงจากดินด้วยมือของตัวเอง แท้จริงแล้วในธรรมชาติมีวัสดุสะสมซึ่งอุดมไปด้วย Cu อย่างไรก็ตาม น่าเสียดายที่ไม่มีเทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการรับทองแดงจากดินเหนียวที่บ้าน

ด้วยมือของคุณเอง โลหะนี้ที่บ้านสามารถแยกออกได้ บางทีอาจใช้เฉพาะคอปเปอร์ซัลเฟตเท่านั้น ในการทำเช่นนี้ก่อนอื่นจะต้องละลายในน้ำ ถัดไป คุณเพียงแค่ต้องวางวัตถุที่เป็นเหล็กลงในส่วนผสมที่ได้ หลังจากนั้นครู่หนึ่ง อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการแทนที่ จะถูกเคลือบด้วยทองแดง ซึ่งสามารถทำความสะอาดออกได้ง่ายๆ