География медной промышленности стран мира

В XIII—XIV вв. освоили промышленную выплавку  меди . В Москве в XV в. был основан Пушечный двор, где отливали из бронзы орудия разных калибров. Сейчас известно более 170 минералов, содержащих  медь , но из них только 14—15 имеют промышленное значение. Это — халькопирит, малахит, встречается и самородная  медь . В медных рудах часто в качестве примесей встречаются молибден, никель, свинец, кобальт, реже — золото, серебро. Обычно медные руды обогащаются на фабриках, прежде чем поступают на медеплавильные комбинаты. Богаты  медью  Казахстан, США, Чили, Канада, африканские страны — Заир, Замбия, Южно-Африканская республика. Эскондида — самый большой в мире  карьер, в котором добывают медную руду. Расположен в Чили.

Современные способы добычи.

90 % первичной  меди  получают пирометаллургическим  способом, 10 % — гидрометаллургическим.  Гидрометаллургический способ —  это получение  меди  путём  её выщелачивания слабым раствором  серной кислоты и последующего  выделения металлической  меди  из раствора. Пирометаллургический  способ состоит из нескольких  этапов: обогащения, обжига, плавки  на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.

Для обогащения медных руд используется метод флотации, который позволяет получать медный концентрат, содержащий от 10 до 35 %  меди .

Медные руды и концентраты  с большим содержанием серы подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700—800 °C в присутствии кислорода воздуха, сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое от первоначального. Обжигают только бедные концентраты, а богатые плавят без обжига.

После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды  меди  и железа. Штейн содержит от 30 до 50 %  меди , 20-40 % железа, 22-25 % серы, кроме того, штейн содержит примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки 1450 °C. С целью окисления сульфидов и железа, полученный медный штейн подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак. Температура в конвертере составляет 1200—1300 °C. Интересно, что тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций, без подачи топлива. Таким образом, в конвертере получают черновую  медь , содержащую 98,4 — 99,4 %  меди , 0,01 — 0,04 % железа, 0,02 — 0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота. Эту медь  сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине. Далее, для удаления вредных примесей, черновую  медь  рафинируют. Сущность огневого рафинирования черновой  меди  заключается в окислении примесей, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают  медь  чистотой 99,0 — 99,7 %. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов или слитки для электролитического рафинирования. Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой  меди. Электролиз проводят в ваннах, где анод — из  меди  огневого рафинирования, а катод — из тонких листов чистой  меди. Электролитом служит водный раствор. При пропускании постоянного тока анод растворяется,  медь  переходит в раствор, и, очищенная от примесей, осаждается на катодах. Примеси оседают на дно ванны в виде шлака, который идёт на переработку с целью извлечения ценных металлов. Катоды выгружают через 5-12 дней, когда их масса достигнет от 60 до 90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах.

Россия занимает восьмое  место в мире по добыче медных руд, обеспечивая ежегодно около 4% горнорудной  медной продукции мира. В 2007 г. из недр добыто на 0,4% больше металла, чем в 2006 г., – 808,4 тыс.т, меди в концентратах получено на 5,4% больше – 565 тыс.т. Из техногенных месторождений Свердловской области извлечено 9,2 тыс.т меди. Разрабатывалось 41 месторождение, в том числе 29 существенно медных, 10 комплексных медьсодержащих и два техногенных. Около 60% меди добыто на месторождениях Норильского рудного района (Таймырский муниципальный округ Красноярского края).

Более 62% российской меди добывает вертикально- интегрированная компания ОАО «ГМК “Норильский никель”» в Норильском рудном районе (Красноярский край) и Мурманской области; 28% добычи осуществляют дочерние компании холдинга ОАО «Уральская горно-металлургическая компания» (УГМК) на месторождениях Среднего и Южного Урала; на долю ЗАО «Русская медная компания» (РМК), дочерние предприятия которой ведут отработку трёх небольших южноуральских месторождений, приходится 4,5% российской добычи.

Переработка руд  и производство меди в концентратах в России осуществляется на 10 обогатительных фабриках медной промышленности, трех фабриках никелевой промышленности, а также на фабриках молибденовой, вольфрамовой и оловянной промышленности (по одному предприятию). Медеплавильные и рафинировочные предприятия столкнулись с проблемой нехватки отечественного сырья. Частично эту проблему они решили за счет переработки сырья, поставляемого из зарубежных стран по толлинговым контрактам. Так, Медногорский медно-серный комбинат практически всю черновую медь производит из импортного сырья. Импортными считаются и концентраты, произведенные на предприятиях, имеющих давние производственные связи с российской медной промышленностью: в казахстанских Жезказгане, Балхаше, Глубоком и в монгольском Эрдэнэте. В 2000 г. производство меди в России было обеспечено собственными медными концентратами только на 69%, остальное завозилось из-за рубежа.

3. Рафинирование меди.

Рафинирование черновой меди от примесей по экономическим соображениям проводят в две стадии — вначале  методом огневого рафинирования, а  затем электролитическим методом.

Огневое рафинирование  меди

Цель огневого рафинирования - подготовить медь к электролитическому рафинированию путем удаления из нее основного количества примесей. Огневое рафинирование жидкоого металла проводят в цилиндрических наклоняющихся печах, а на медьэлектролитных заводах, получающих черновую медь в слитках, — в стационарных отражательных печах. Печи для огневого рафинирования часто называют анодными, так как после процесса жидкую медь разливают в аноды — слитки, имеющие форму пластин.

Наклоняющиеся (поворотные) цилиндрические печи схожи с горизонтальным конвертером, применяемым для выплавки штейна. Для выпуска меди предусмотрена  летка, наиболее распространены печи вместимостью 160—220 т. Стационарные печи вместимостью до 500 т по устройству схожи с отражательной печью для выплавки штейна. Огневое рафинирование меди в отражательной печи длится ~ 24 ч и включает следующие периоды: загрузка (длится до 2 ч), расплавление (~ 10 ч) окислительная обработка расплава, удаление шлака, восстановительная обработка, разливка готовой меди. Рафинирование в цилиндрических печах, где не требуется плавления меди, длится примерно в два раза меньше и состоит из четырех последних периодов процесса в отражательной печи.

Окислительная обработка  длительностью 1,5—4 ч заключается  во вдувании в ванну воздуха через  погруженные на глубину 600—800 мм стальные трубки, покрытые огнеупорной обмазкой. При этом окисляются примеси с большим, чем у меди химическим сродством к кислороду — такие как Al, Fe, Zn, Sn, Sb, Bi, As, Ni и немного меди до Cu2O. Полностью остаются в меди золото и серебро и большая часть селена и теллура. Оксиды примесей, Cu2O и загружаемый в печь в небольших количествах кремнезем образуют на поверхности ванны шлак, который в конце окислительной продувки удаляют из печи деревянными гребками. Восстановительную обработку ванны (дразнение) длительностью 2,5—Зч проводят для раскисления меди (удаления кислорода, содержащегося после окислительной продувки в количестве до 0,9% в виде Cu2O) и удаления растворенных газов. Ранее дразнение проводили погружением в расплав сырой древесины (жердей, бревен), в настоящее время — путем вдувания паромазутной смеси или природного газа. Вдуваемые вещества разлагаются с образованием Н2, СО и СН4, которые, выделяясь, вызывают перемешивание ванны и удаление растворенных газов (SO2, СО, и др.), а также раскисляют ванну, восстанавливая Cu2O (например по реакции Cu2O + Н2 = 2Cu + Н2O). После дразнения медь, содержащую менее 0,01 % S и менее 0,2 % [О], разливают в аноды — слитки толщиной 35—40, длиной 800—900 и шириной 800-900 мм, предназначенные для электролитического рафинирования. Анодная Медь содержит 99,4-99,6% меди. Полученная методом огневого рафинирования медь разливается на машине для непрерывной разливки меди роторного типа, схема которой представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема разливки меди.(http://uas.su )

1-получаемая заготовка

2- желоб для подачи меди из миксера

3- промежуточный ковш

4 – стальная лента

5 – зона водяного охлаждения колеса 
Электролитическое рафинирование меди.

При электролитическом рафинировании  решаются две задачи — глубокое рафинирование меди от примесей, что  обеспечивает ее высокую электропроводность, и попутно извлечение ценных золота, серебра и селена.

Электролиз ведут в  ваннах ящичного типа длиной 3-5,5, шириной 1 и глубиной 1,2-1,3 м, футерованных внутри кислотостойкими материалами (винипласт, стеклопластик и др.). В ванне  подвешивают аноды и между  ними катоды — пластины из чистой меди. Электролитом служит раствор CuSO4и H2SO4, напряжение между анодами и катодами 0,3—0,4В. Происходит электролитическое растворение анодов, т.е. в раствор переходят ионы Cu2+, а на катодах эти ионы разряжаются, осаждаясь на них слоем чистой меди. Электролит периодически обновляют. Часть примесей остается в электролите, а такие как Au, Ag, Se, Те, Pb, Sn, Pt выпадают в осадок — шлам, который выгружают из ванны и перерабатывают, извлекая ценные металлы. Растворение анода длится 20—30сут, катоды выгружают через 6—12 сут. Удельный расход электроэнергии равен 230-350 кВт • ч на 1т меди. Часть катодов направляют потребителям, а основное количество переплавляют для получения слитков и литых заготовок. Катоды расплавляют в отражательных и шахтных печах с отоплением природным газом, в электродуговых и индукционных печах. Жидкую медь разливают на карусельных разливочных машинах в вайербасы (заготовки для прокатки проволоки) или в слитки различной формы. Разливку производят также на установках непрерывной и полунепрерывной разливки, получая литые заготовки требуемого сечения. Применяют литейно-прокатные агрегаты, где отливаемую на УНРС заготовку обжимают в прокатных валках агрегата до получения прутка (катанки) или медной полосы.

4. География торговли медью.

Рисунок 4. Страны-производители медной продукции (2003 г.). (http://economywatch.narod.ru)

За последние два десятилетия  существенно изменилась география  добычи и производства меди. Производство в старых медедобывающих районах (Заир, Замбия, Папуа-Новая Гвинея), где  промышленные запасы сильно истощены и дальнейшая их разработка относительно дорога, пережило существенный спад. Вместе с тем открытие новых крупных  месторождений привело к инвестиционному  буму в этой отрасли. Ряд крупнейших инвестиционных проектов на новых месторождениях в Чили и Индонезии, где добыча ведется открытым способом, сделал эти  страны  ведущими  производителями   медной  руды. В последние несколько  лет Чили обогнала и ушла далеко вперед от США, занимавших ранее первое место по добыче  медной  руды. Индонезия ворвалась в первую десятку  производителей   медной  руды благодаря инвестициям в  разработку лишь одного месторождения  Грасберг. Таким образом, Чили, США, Индонезия, Австралия и Канада являются крупнейшими странами  по добыче  медной  руды. Чили, Япония, США, Китай и Россия - по выплавке черновой и рафинированной меди.

Поскольку содержание меди в руде мало и в среднем составляет от 0,3 до 1%, транспортировка  медной  руды экономически неэффективна. Это  является причиной того, что циклы  переработки меди от добычи руды до получения концентрата обычно территориально связаны. Вместе с тем концентрат и черновая медь вполне могут перевозиться. К тому же для получения рафинированной меди необходимы значительные затраты  электроэнергии. Следствием этого стало  то, что только в последние десятилетия  крупнейшие  страны-производители   медной  руды начали увеличивать  долю рафинированной меди в совокупном выпуске. Однако процесс этот идет еще  крайне медленно. Например, в Чили рафинируют только 60% добываемой меди. В аналогичном  положении находятся предприятия  Австралии, Мексики, Индонезии и  Перу, которые не могут рафинировать всю добываемую медь.

Медь на рынке цветных  металлов до недавнего времени являлась одним из самых привлекательных  и быстрорастущих металлов. На ценовую  динамику меди влияли не столько фундаментальные  особенности рынка, сколько внешние  спекуляции, в частности интенсивный  приток в отрасль денег инвестиционных фондов и прочих финансовых спекулянтов. В результате в 2008 г. при достижении пороговых значений цен на металлы, спекулятивные деньги достаточно быстро были выведены с рынка, что спровоцировало тотальное снижение цены на медь, и как следствие, мировой рынок меди являлся самым «перегретым», по сравнению с другими рынками биржевых металлов.

Из-за низкого удельного  сопротивления медь широко применяется  в электротехнике. Примерно три четверти произведенной в мире меди используется для производства силовых кабелей, телефонных и телеграфных проводов, а также в генераторах, электродвигателях, коммутаторах и прочей электротехнической продукции. Более трети потребления  всей меди приходится на строительство, в частности, в области электроэнергетики. В производстве электроники используется более четверти общемирового производства (Рисунок 5).

Рисунок 5. Отраслевая структура потребления меди. (http://market.elec.ru)

В связи с высокой механической прочностью, но одновременно пригодностью для механической обработки 22% меди используется в трубной промышленности. Медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей  и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования  и холодильных агрегатах. В ряде стран трубы из меди являются основным материалом, применяемым для этих целей: во Франции, Великобритании и  Австралии — для газоснабжения  зданий, в Великобритании, США, Швеции и Гонконге — для водоснабжения, в Великобритании и Швеции — для отопления. Таким образом, спрос на провода и кабель является основным фактором, формирующим спрос на медь на мировом рынке.