Зэсийг хэрхэн олборлодог вэ: арга, түүх, орд газрууд

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 13:59

Зэс нь өнөөдөр ер бусын эрэлт хэрэгцээтэй металл бөгөөд өдөр тутмын амьдрал болон үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Байгальд Cu нь цэвэр болон хүдэр хэлбэрээр хоёуланг нь олж болно. Анхны чулуулгаас зэс гаргаж авах, авах хэд хэдэн арга байдаг. Гэсэн хэдий ч тэдгээрийг үйлдвэрлэлд өргөн ашигладаг. Зэсийг хэрхэн олборлодог талаар өгүүллээр хэлэлцэх болно.

Бага түүх

Эрт цагт ямар нутгаас зэс олборлож, хүн төрөлхтөн анх хэрэглэж эхэлсэн бэ гэдгийг археологичид харамсалтай нь тогтоож чадаагүй юм. Гэсэн хэдий ч хүмүүс хамгийн анх энэ металлыг боловсруулж, өдөр тутмын амьдралдаа хэрэглэж эхэлсэн нь тодорхой юм.

Зэсийг хүн төрөлхтөн чулуун зэвсгийн үеэс мэддэг болсон. Археологичдын олж илрүүлсэн энэ металлын зарим хэсэг нь чулуун сүхээр боловсруулсан ул мөрийг агуулсан байдаг. Эхэндээ хүмүүс зэсийг гоёл чимэглэлийн зориулалтаар ашигладаг байсан. Үүний зэрэгцээ, эрт дээр үед хүмүүс ийм бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд зөвхөн өөрсдийн олсон энэ металлын цөмийг ашигладаг байв. Дараа нь хүмүүс боловсруулж сурсан базэс агуулсан хүдэр.

Cu-г хэрхэн олборлож, боловсруулдаг тухай санааг эртний олон ард түмэн мэддэг байсан. Археологичид маш олон нотлох баримт олжээ. Хүн зэс, цайрын хайлш хийж сурсны дараа хүрэл зэвсгийн үе эхэлжээ. Үнэн хэрэгтээ "зэс" гэдэг нэрийг эртний Ромчууд нэг удаа гаргаж ирсэн. Ийм металлыг энэ улсад голчлон Кипр арлаас авчирсан. Тийм ч учраас Ромчууд үүнийг aes cyprium гэж нэрлэсэн.

Эрт дээр үед зэс хэрхэн олборлож байсан

Энэ металлыг нэгэн цагт хүний амьдралд маш өргөнөөр ашиглаж байсан тул олборлох технологи нь мэдээж маш төгс боловсронгуй болсон. Манай өвөг дээдэс голдуу малахитын хүдрээс зэс авдаг байсан. Ийм материал, нүүрсний хольцыг шавар саванд хийж, нүхэнд хийжээ. Дараа нь саванд байгаа массыг галд авав. Үүссэн нүүрстөрөгчийн дутуу исэл нь малахитыг зэс болгон бууруулсан.

Байгаль дахь хувьцаа

Өнөөдөр зэрлэг байгальд зэс хаана байдаг вэ? Одоогийн байдлаар энэхүү алдартай металлын ордууд дэлхийн бүх тивд олддог. Үүний зэрэгцээ Cu-ийн нөөцийг бараг хязгааргүй гэж үздэг. Өнөө үед геологичид цэвэр зэс, түүнийг агуулсан хүдрийн шинэ ордуудыг хайж байна. Жишээлбэл, 1950 онд энэ металлын дэлхийн нөөц 90 сая тонн байжээ. 1970 он гэхэд энэ тоо аль хэдийн 250 сая тонн, 1998 он гэхэд 340 сая тонн болж өссөн байна. Одоогийн байдлаар манай гараг дээрх зэсийн нөөц 2,3 тэрбум гаруй тонн байна гэж үзэж байна.

Цэвэр зэсийн орд, олборлох арга

Урьд дурьдсанчлан хүмүүс эхэндээ уугуул Cu-г өдөр тутмын амьдралдаа хэрэглэж байсан. Мэдээжийн хэрэг, үүнийг олж авдагөнөөдөр ийм цэвэр зэс. Энэ металлын бөөм нь экзоген болон эндоген үйл явцын үр дүнд дэлхийн царцдасаар үүсдэг. Манай гараг дээрх уугуул зэсийн хамгийн том орд нь одоогоор АНУ-д, Супериор нуурын бүсэд байрладаг. Орос улсад уугуул зэс Удоканы ордоос гадна Өвөрбайгалийн зарим газарт байдаг. Түүнчлэн ОХУ-ын нутаг дэвсгэрт бөөм хэлбэрээр зэсийг хаанаас олборлож болох вэ гэсэн асуултын хариулт нь Уралын бүс юм.

Байгалийн хувьд энэ төрлийн цэвэр металл нь зэсийн сульфатын ордуудын исэлдэлтийн бүсэд үүсдэг. Ихэвчлэн зэсийн бөөм нь өөрөө 90-99% -ийг агуулдаг. Үлдсэн хэсгийг нь бусад металлууд эзэлдэг. Ямар ч байсан уугуул зэсийг хэрхэн олборлодог вэ гэсэн асуултад хоёр үндсэн технологи хариулах болно. Ийм ордыг хүдрийн нэгэн адил битүү уурхай эсвэл ил уурхайн аргаар олборлодог. Эхний тохиолдолд өрөмдөх, хугалах зэрэг технологийн процессуудыг ашигладаг.

Зэсийн бөөм нь маш их жинтэй. Тэдний хамгийн том нь АНУ-ын Супериор нуураас олдсон байдаг. Эдгээр бөөмийн жин 500 тонн орчим байсан.

Оросын хаана зэс олборлож байгааг бид олж мэдсэн. Энэ нь ихэвчлэн Өвөрбайгалийн болон Урал юм. Мэдээжийн хэрэг манай улсад энэ металлын маш том бөөмүүд өөр өөр цаг үед олдсон байдаг. Жишээлбэл, Дундад Уралаас хэдэн тонн хүртэл жинтэй зэсийн хэсгүүд ихэвчлэн олддог. 860 кг жинтэй эдгээр цулбуурын нэг нь одоо Санкт-Петербургт, Уул уурхайн хүрээлэнгийн музейд хадгалагдаж байна.

Зэсийн хүдэр ба тэдгээрийн ордууд

Одоогоор Cu-г олж авах нь чулуулагт 0.3%-иас багагүй байсан ч хэмнэлттэй, ашигтай гэж үзэж байна.

Өнөөдрийн байдлаар зэсийг үйлдвэрлэлийн аргаар тусгаарлахын тулд ихэвчлэн дараах чулуулгийг байгальд олборлодог:

• борнит Cu₅FeS_{4 - зэсийн нил ягаан эсвэл алаг пирит гэж нэрлэгддэг сульфидын хүдэр, ойролцоогоор 63.3% Cu агуулсан;}

• халькопирит CuFeS_{2 - гидротермаль гаралтай эрдэс;}

• халкосин Cu_{2S 75%-иас дээш зэс агуулсан;}

• cuprites Cu_{2O, мөн нутгийн зэсийн ордод ихэвчлэн олддог;}

• малахитууд нь нүүрстөрөгчийн зэсийн ногоонууд.

Орос дахь зэсийн хүдрийн хамгийн том орд Норильск хотод байрладаг. Мөн Урал, Өвөрбайгалийн нутаг, Чукотка, Тува, Кола хойгийн зарим газар ийм чулуулаг их хэмжээгээр олборлодог.

Зэсийн хүдрийн ордуудыг хэрхэн хөгжүүлдэг

Cu агуулсан янз бүрийн төрлийн чулуулаг, мөн цулбуурыг манай гараг дээр хоёр үндсэн технологи ашиглан олборлож болно:

• хаалттай;
• нээлттэй.

Эхний тохиолдолд урт нь хэдэн километрт хүрэх боломжтой ордод уурхайнууд баригддаг. Ажилчид, тоног төхөөрөмжийг шилжүүлэхийн тулд ийм газар доорх хонгилууд нь цахилгаан шат, төмөр замтай байдаг. Уурхайн чулуулаг бутлах ажлыг ашиглантусгай өрөмдлөгийн тоног төхөөрөмж баяжуулалт. Зэсийн хүдрийг цуглуулж, дээд тал руу нь ачих ажлыг хувин ашиглан гүйцэтгэдэг.

Хэрэв ордууд газрын гадаргаас 400-500 м-ээс холгүй зайд байрладаг бол ил аргаар олборлодог. Энэ тохиолдолд эхлээд чулуулгийн дээд давхаргыг тэсрэх төхөөрөмж ашиглан талбайгаас зайлуулна. Цаашлаад зэсийн хүдэр өөрөө аажмаар арилдаг.

Чулулаас металл авах арга

Зэс, эс тэгвээс түүнийг агуулсан хүдрийг яаж олборлодгийг бид ингэж олж мэдсэн. Гэхдээ дараа нь аж ахуйн нэгжүүд Cu-г өөрөө хэрхэн хүлээн авдаг вэ?

Чулуунаас зэс гаргаж авах гурван үндсэн арга байдаг:

• электролит;
• пирометаллургийн;
• гидрометаллургийн.

Пирометаллургийн флотацийн арга

Энэ технологийг ихэвчлэн 1.5-2% Cu агуулсан чулуулгаас зэсийг тусгаарлахад ашигладаг. Ийм материалыг флотацийн аргаар баяжуулдаг. Үүний зэрэгцээ:

• хүдрийг хамгийн нарийн нунтаг болтол сайтар нунтаглана;
• үүссэн материалыг усаар холино;
• массанд нийлмэл органик бодис болох флотацийн тусгай урвалжуудыг нэмнэ.

Флотацийн урвалжууд нь янз бүрийн зэсийн нэгдлүүдийн жижиг ширхэгүүдийг бүрхэж, чийгшүүлэхгүй.

Дараагийн алхам:

• хөөс үүсгэгч бодисыг усанд нэмнэ;
• хүчтэй агаарын урсгалыг суспензээр дамжуулна.

Зэсийн нэгдлүүдийн хөнгөн хуурай тоосонцор нь агаарын бөмбөлөгт наалдаж, дээд тал руу хөвдөг. Тэдгээрийг агуулсан хөөсийг цуглуулж, уснаас шахаж, сайтар хатаана. Үүний үр дүнд баяжмал гаргаж, түүнээс түүхий Cu-г ялгаж авдаг.

Хүдрээс зэс хэрхэн олборлодог вэ: шарж баяжуулах

Флотацийн аргыг үйлдвэрлэлд ихэвчлэн ашигладаг. Гэхдээ заримдаа зэсийн хүдрийг баяжуулахад шарах технологийг бас ашигладаг. Энэ аргыг ихэвчлэн их хэмжээний хүхэр агуулсан хүдэрт ашигладаг. Энэ тохиолдолд материалыг 700-8000 ° C температурт урьдчилан халаана. Үүний үр дүнд чулуулаг дахь хүхрийн агууламж багасч сульфид исэлддэг.

Дараагийн шатанд ийм аргаар бэлтгэсэн хүдрийг босоо амны зууханд 14500 °C температурт хайлуулна. Эцсийн эцэст энэ технологийг ашиглахдаа царцсан материалыг олж авдаг - зэс, төмрийн хайлш. Цаашилбал, энэ холболтыг хөрвүүлэгчид үлээлгэх замаар сайжруулдаг. Үүний үр дүнд төмрийн исэл шаард, хүхэр SO4-д ордог.

Цэвэр зэс үйлдвэрлэх: электролиз

Флотаци болон шарах аргыг хэрэглэхэд цэврүүт зэс гаргаж авдаг. Үнэндээ ийм материал нь ойролцоогоор 91% Cu агуулдаг. Илүү цэвэр зэс авахын тулд барзгар зэсийг улам боловсронгуй болгодог.

Энэ тохиолдолд зузаан анод хавтанг эхлээд анхдагч зэсээс цутгадаг. Дараачийн:

• ванн дахь зэсийн сульфатын уусмал авах;
• угаалгын өрөөнд өлгөөтэйанод хавтан;
• цэвэр зэсийн нимгэн хуудсыг катод болгон ашигладаг.

Электролизийн урвалын үед зэс нь анодууд дээр уусч, катодууд дээр тунадаг. Зэсийн ионууд катодын зүг хөдөлж түүнээс электрон авч Cu+2+2e атом руу шилжинэ?>Cu.

Цэврүүт зэсэнд агуулагдах хольц нь цэвэршүүлэх үед өөр өөр үйлчилдэг. Цайр, кадми, төмөр нь анод дээр уусдаг боловч катод дээр тогтдоггүй. Баримт нь цахилгаан химийн хүчдэлийн цувралд тэд зэсийн зүүн талд, өөрөөр хэлбэл илүү сөрөг потенциалтай байдаг.

Зэсийн сульфатыг сульфидын хүдрийг хүчилтөрөгчөөр удаан исэлдүүлэн зэсийн сульфат CuS + 2O₂ > CuSO_{4 гаргаж авдаг. Давсыг дараа нь усаар уусгана.}

Гидрометаллургийн арга

Энэ тохиолдолд хүхрийн хүчлийг зэсийг уусган баяжуулахад хэрэглэдэг. Энэ технологийг ашиглан урвалын үр дүнд Cu болон бусад металлаар ханасан уусмалыг олж авдаг. Дараа нь зэсийг түүнээс тусгаарладаг. Энэхүү техникийг ашиглан цэврүүт зэсээс гадна бусад металл, түүний дотор үнэт металлыг олж авах боломжтой. Ямар ч байсан энэ технологийг хэт баялаг биш (0.5%-иас бага) чулуулгаас Cu гаргаж авахад ихэвчлэн ашигладаг.

Гэрийн зэс

Түүгээр ханасан хүдрээс энэ металлыг ялгах нь технологийн хувьд харьцангуй энгийн. Тиймээс зарим хүмүүс гэртээ зэс хэрхэн олборлох талаар сонирхож байна. Энэ металлыг хүдэр, шавар гэх мэтээс өөрийн гараар, ямар чтусгай тоног төхөөрөмжтэй байх нь маш хэцүү байх болно.

Зарим нь, жишээ нь, өөрийн гараар шавраас зэс гаргаж авах сонирхолтой байдаг. Үнэн хэрэгтээ байгальд энэ материалын ордууд байдаг бөгөөд энэ нь Cu-аар баялаг юм. Гэвч харамсалтай нь гэрийн нөхцөлд шавраас зэс гаргаж авдаг батлагдсан технологи байхгүй.

Өөрийнхөө гараар энэ металлыг гэртээ зөвхөн зэсийн сульфатаас тусгаарлахыг оролдож болно. Үүнийг хийхийн тулд сүүлчийнх нь усанд ууссан байх ёстой. Дараа нь та үүссэн хольцонд төмрийн зүйлийг байрлуулах хэрэгтэй. Хэсэг хугацааны дараа сүүлийнх нь орлуулах урвалын үр дүнд зэс бүрээсээр хучигдаж, дараа нь зүгээр л цэвэрлэж болно.