Обогащение ПИ. Лекция №2. Технология обогащения медных и меднопиритных руд

• Название: Технология обогащения медных и меднопиритных руд
• Анкор: Обогащение ПИ
• Дата: 21.09.2022
• Размер: 46.15 Kb.
• Имя файла: Лекция №2.docx
• Тип: Лекция; #688673

Лекция №2

Тема: Технология обогащения медных и медно-пиритных руд
План учебного занятия:

1. 
   Основные свойства и области применения меди.
   
2. 
   Минералы и руды меди.
   
3. 
   Технические требования к концентратам.
   

Ключевые слова: медь, минералы меди, кристаллическая решетка, химическая активность меди, плотность, области применение,
1. Медь — химический элемент первой группы Периодической си­стемы Д. И. Менделеева с атомным номером 29, относительной атомной массой 63,546. Кристаллическая решетка — гранецентрированный куб с ребром 3,597-10-¹⁰ м. Имеет электронную струк­туру Is²2s²2p⁶ 3s² Зр⁶ 3d¹⁰4s¹ и относится к s-элементам с числом свободных орбиталей 7 и числом валентных электронов 1. При­сутствие на предпоследнем слое десяти (/-электронов и на внешней оболочке атома одного s-электрона обеспечивает наличие трех степеней окисления меди. Соединения трехвалентной меди, напри­мер Си₂Оз, являются сильными окислителями. Медь образует ряд одновалентных соединений, однако для нее более характерно двухвалентное состояние.

Атомный радиус меди 1,28 - 10-¹⁰ м, ионный радиус одновалент­ной меди 0,96-10^-10 м, двухвалентной 0,8• 10^-10 м. Плотность меди при 20 °С равна 8,96 г/см³. Температура плавления 1083°С, темпе­ратура кипения 2600°С. Наиболее важными свойствами, обеспе­чившими меди широкое применение, являются ее высокая тепло­проводность [394,279 Вт/(м-К) при 20 °С] и малое электрическое сопротивление (1,68-10^-8 Ом^.м при 20°С). Она является наилуч­шим проводником после серебра.

Медь немагнитная, ее атомная магнитная восприимчивость рав­на 5,27 ^.10^-6. Небольшие примеси фосфора, мышьяка, сурьмы и алюминия снижают ее теплопроводность, примеси висмута и свин­ца делают медь ломкой, а примесь серы — хрупкой на холоде. Многие элементы, образующие твердые смеси с медью, снижают ее электропроводность.

Химическая активность меди слабая. При комнатной темпера­туре в присутствии влаги и углекислого газа поверхность меди покрывается пленкой основного карбоната, который предохраняет ее от дальнейшего окисления. При нагревании до 375 °С медь на поверхности окисляется до СиО. При нагревании до 1100 °С в по­верхностном слое образуется СиО, а во внутреннем — Си₂О. Нор­мальный электродный потенциал меди для реакции Cu²++2e Cu равен +0,337 В, а для реакции Cu+e-Cu равен +0,52 В, поэто­му она вытесняется из растворов более электроотрицательными элементами, например железом, что используется в процессе це­ментации меди из промышленных растворов.

Медь входит в IV аналитическую группу (по классификации Н. А. Меншуткина) вместе с серебром, кадмием, ртутью, свинцом и висмутом и легкоосаждается сероводородом при рН 0,5 с обра­зованием нерастворимых сульфидов. Так же как железо, кобальт, никель, медь -склонна к комплексообразованию, что имеет важ­ное промышленное значение при получении аммиачных комплексов.

Исключительные свойства меди — высокие электропроводность, теплопроводность и пластичность — обусловили ее широкое приме­нение в технике. Около 50% добываемой меди используется в электротехнической промышленности для производства кабелей, проводов, шин и т. п. Из меди изготовляют детали холодильников, теплообменников, вакуумной аппаратуры. До 40% производимой меди используется в виде различных сплавов, основными из кото­рых являются латунь и бронза. Значительная часть меди исполь­зуется для получения сульфата меди, минеральных пигментов и удобрений, в качестве художественного материала.

При общем производстве меди в США около 1800 тыс. т. вгод на производство латуни и бронзы расходуется около 700 тыс. т, чистой меди 350—400 тыс. т, алюминиевых и других сплавов 30 тыс. т, легированных чугунов и сталей около 3 тыс. т, различ­ных химических соединений 5 тыс. т.

Особенно бурное развитие получила медедобывающая промышленность с начала XX века. Если в 1900 г. было произведено около500 тыс. т меди, то в 1996 г. только рафинированной меди было произведено в капиталистических и развивающихся странах 6310 тыс. т. Основными поставщиками медного сырья и меди в ка­питалистических странах являются Замбия, Чили, Канада, Перу, а основными потребителями ее — США, Япония, ФРГ, Франция и Италия. Так, потребление меди составляет, тыс. т. в год: развивающимися странами 450—490; Японией более 800; Вели­кобританией более 550; ФРГ 670; Францией 336.

Как ожидается, потребление меди к 2017 г. будет возрастать ежегодно на 4—6%, при этом в США этот прирост составит 5,6%, Японии 9,8%, ФРГ 5,7% и Франции 5,2%. Предполагается, что количество добываемых медных руд при этом увеличится к 2000 г. в 4—5 раз по сравнению с 1970 г.
2. Из 170 известных в настоящее время медьсодержащих минералов в промышленных масштабах используется около 17, представленных, прежде всего сульфидными минералами меди – халькопиритом, борнитом, халькозином, ковеллином, тетраэдритом, теннантитом, энаргитом, а также, окисленными медными минералами – купритом, малахитом, азуритом, хризоколлой, брошантитом, и халькантитом. Таб.1.1.

В качестве самостоятельного минерала в месторождениях нередко встречается самородная медь, которая содержит до 97 – 99% меди, а также примеси железа, серебра, свинца, золота, ртути, висмута. Самородная медь имеет плотность 8,4 – 8,9 г/см³ и твердость 2,5 – 3.

Халькопирит, или медный колчедан, CuFeS₂ является одним из важнейших медных минералов и встречается в место­рождениях почти всех генетических типов, однако его главные промышленные скопления связаны с гидротермальными месторож­дениями. Содержание меди в халькопирит составляет 34,6%. же­леза 30,5% и серы 34,9%; имеются незначительные примеси се­ребра, цинка, золота, мышьяка, селена, теллура, олова. Кристал­лизуется в тетрагональной системе. Кристаллическая структура (рис. 1.1) аналогична структуре сфалерита, но в позициях цинка упорядочение располагаются атомы меди и железа, а атомы серы находятся внутри тетраэдра, образованного двумя атомами меди и двумя атомами железа. Цвет халькопирита латунно-желтый. Спайность несовершенная, при измельчении на поверхности разло­ма находятся как ионы меди, так и железа и серы.

Рис. 1.1. Кристаллическая структура халькопирита (а) и пирита (б)
Борнит, или пестрая руда, Cu₅FeS₄ является вторичным суль­фидным минералам меди; в месторождениях отлагается одновре­менно с халькопиритом или после него, образуя решетчатые или пластинчатые структуры. Присутствует в основном в халькопирит-борнитовых рудах, в колчеданных встречается редко. Борнит со­держит 52—65% меди, 8—18% железа, 20—27% серы и обычно незначительные примеси серебра, кобальта и никеля. Структура борнита координационная антифлюоритовая с тетраэдрической ко­ординацией металлических ионов. Основу кристаллической струк­туры составляют 8 тетраэдров из атомов серы вокруг атомов трехвалентного железа, размещающихся в вершинах и центрах граней элементарного куба, а также в центрах четырех из восьми октантов того же куба. Атомы серы, находящиеся в вершинах тетраэдров, образуют плотнейшую кубическую упаковку. В ребрах тетраэдров между каждой парой атомов S^2- в двойной координации размещаются атомы Си+. В таком положении из 48 ва­кантных мест медью занято только 40, в связи с чем часть меди в борните окислена до Си²⁺. Борнит имеет кубическую сингонию с а₀=10,97-10-¹⁰ м. Цвет тем­но-красный, в порошке чер­ный. Спайность несовершен­ная, образует зерна непра­вильной формы. Плотность 4,9—5,3 г/см³. Твердость 3. Полупроводник. Удельное со­противление борнита 10 ^-5— 10 ^-3 Ом-м. Удельная магнит­ная восприимчивость 7,4-10 ^-6 см³/г.

Халькозин, или медный блеск, Cu₂S имеет сложную координационную структуру с двойной, тройной и тетраэдрической координацией ато­мов одновалентной меди. Сингония ромбическая с а_о=11,92х10-¹⁰ м, й_о = 27,33х10-¹⁰ м и с_о=13,44х1О-¹⁰ м. Содержит 79,9% меди, 20,1% серы, а также примеси серебра, реже железа, ко­бальта, никеля, мышьяка и золота. Цвет черноватый, свинцово-серый, кристаллы таблитчатой формы; ковкий. Плотность 5,5— 5,8 г/см³; твердость 2,5—3; удельное сопротивление 10 ^-4-4х10^-2 Ом-м; удельная магнитная восприимчивость (0,3—0,4) – 10^-6 см³/г. Повсеместно встречается в зоне вторичного сульфидного обогащения прожилково-вкрапленных руд, где замещает халько­пирит и пирит. Особенно широко халькозин распространен в верх­них горизонтах месторождений скарновых руд, которые отличают­ся высоким содержанием меди. В некоторых колчеданных рудах (Урал) халькозин вместе с продуктами его окисления — купри­том и теноритом — образует скопления «сажистых» руд, располо­женных в верхних горизонтах месторождений.

Ковеллин CuS в - промышленных рудах присутствует как вторичный сульфидный минерал вместе с халькозином. Имеет сложную слоистую структуру. Сингония гексагональная с а_о = 3,796-10^-10 ,м и с₀ =16,36-10^-10 м. Содержит 66,5% меди й 33,5% серы. В качестве примесей могут присутствовать железо, се­лен, серебро и свинец. Цвет индигово-синий. Спайность весьма со­вершенная, легко расщепляется на тонкие пластинки. Плотность 4,6—4,7 г/см³. Твердость 1,5—2. Хороший проводник, удельное со­противление 10^-7—10^-6 Ом-м. Немагнитен, удельная магнитная восприимчивость (0,04—0,24) -10^-6 см³/г.

Таблица 1.1. Характеристика основных медных минералов

Минерал	Формула	Содержание меди, %	Плотность,г/см3	Твердость
Халькопирит	CuFeS2	34,6	4,1-4,2	3-4
Халькозин	Cu2S	79,9	5,5-5,8	2,5-3
Ковеллин	CuS	64,5	4,6-4,7	1,5-2
Борнит	Cu5FeS4	63,3	4,5-5,3	3
Тетраэдрит	Cu12Sb4S12	45-51	4,4-5,1	3-4
Теннантит	Cu12As4S12	45-51	4,4-5,1	3,5
Куприт	Cu2O	88,8	5,8-6,2	3,5-4
Тенорит	CuO	79,9	5,8-6,4	3,5-4
Малахит	Cu2(CO3)(OH)2	57,4	3,9-4,1	3,5-4
Азурит	Cu3(CO3)2(OH)2	55,3	3,7-3,9	3,5-4
Хризоколла	CuSiO3nH2O	До 45	2-2,3	2-4
Халькантит	CuSO45H2O	25,4	2,2	2,5
Брошантит	Cu4(SO4)(OH)6	34,8	3,8	3,5-4

Практически во всех медьсодержащих рудах, так же как и в полиметаллических, имеются сульфиды железа, краткая характеристика которых приведена в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Сульфиды железа встречающиеся в медьсодержащих рудах

Минерал	Формула	Содержание,%	Плотность,г/см3	Твердость
		железа серы
Пирит	FeS2	46,5 53,5	4,9-5,2	6-6,5
Марказит	FeS2	46,5 53,5	4,9	6-6,5
Пирротин	Fe1-xSx2	58,8 41	---	3,2-4,5

Пирит или серный колчедан, является самым распространенным сульфидным минералом во всех сульфидных рудах. Он присутствует повсеместно в месторождениях гидротермального происхождения и в колчеданных рудах, где сосредоточены основные его массы. Наиболее часто встречающимися примесями в пирите являются кобальт, никель и мышьяк, в виде включений могут присутствовать золото, медь, серебро, сурьма, цинк, марганец.

Пирит распространен в месторождениях чаще всего в виде сплошных зернистых масс, иногда в виде крупных кристаллов латунно-желтого цвета. Пирит является хорошим полупроводником.

Марказит является полиморфной разновидностью пирита. Образуется в гидротермальных месторождениях при температурах более низких, чем при образовании пирита. Постоянный спутник пирита и пирротина.

В зависимости от минерального состава, крупности минералов, характера вкрапленности ценных минералов и пустой породы, формы рудного тело и генезиса месторождения меди в настоящее время делятся на 6 генетических групп, характеристика которых приведена в табл.1.3.
Таблица 1.3. Формы рудного тело и генезис месторождения меди

Генетическая группа	Промышленно-генетический тип месторождения	Содержание меди, %
Магматическая	Медно-никелевый, Ванадиево-железно-медный	1-2 0,5-2
Карбонатитовая	Карбонатитовый	---
Скарновая	Скарновый	2-3
Гидротермальная	Медно-порфировый, Кварц-сульфидный, Самородная медь	0,3-2 2-5 ---
Колчеданная	Медно-колчеданный	1,5-8
Стратиформная	Медистых песчаников и сланцев	1,5-6

Медно-порфировые руды занимают первое место по запасом и добыче меди. Свыше 60% разведанных запасов меди и около 40% мировой добычи меди приходится на этот тип руды.

Во всем мире выделяются несколько крупных рудных зон месторождений этого типа. В СНГ к месторождениям этого типа относятся Коунрадское, Бощекульское, Алмалыкское и Закавказская группы. В США это Западно-Американский медно-порфировый пояс, в Южной Америке- Чилийская зона и т.д.
3. Кроме того, медные руды по минеральному и химическому составу, наличию в них сульфидов, окислов, карбонатов и сульфатов меди на сульфидные, в которых содержание меди в виде сульфидных минералов не менее 75%, смешанные, в которых содержание меди в виде сульфидных минералов 25-75%, и окисленные, в которых содержание меди в виде сульфидов не превышает 25%. Такая классификация медных руд является технологической, так как определяет принципиальную схему технологии переработки руд.

В зависимости от содержания меди в перерабатываемой руды медные руды условно подразделяются на богатые (содержание меди более 2%), средние (0,8-2%), бедные (0,5-0,8) и забалансовые (менее 0,3%). Богатые сульфидные руды, содержащие 2-3% меди, с высоким содержанием серы (35-42%) могут иногда направляться непосредственно на плавку в шахтных печах. Однако в мировой практике в настоящее время 80% меди извлекается из концентратов, получаемых при обогащении медных руд.

В зависимости от типа обогащаемой руды, состава медных минералов и минералов пустой породы, размера их вкрапленности возможно получение медных концентратов с содержанием меди 12-40% и более. Медные концентраты должны отвечать техническим требованиям, приведенным в табл. 1.4.
Таблица 1.4. Содержание (%) компонентов в медных концентратах

Марка концентрата	Медь не менее	Примеси не более
		Цинк	Свинец
КМ - 0	40	2	2,5
КМ - 1	35	2	3
КМ - 2	30	3	4,5
КМ - 3	25	5	4
КМ - 4	23	10	7
КМ - 5	20	10	8
КМ - 6	18	11	9
КМ - 7	15	11	9
КМ - 8	12	11	9