Kā iegūst varu: metodes, vēsture un atradnes

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Varš mūsdienās ir neparasti pieprasīts metāls un tiek plaši izmantots gan ikdienā, gan rūpniecībā. Dabā Cu var atrast gan tīrā veidā, gan rūdas veidā. Ir vairāki veidi, kā iegūt un iegūt varu no oriģinālajiem iežiem. Tomēr tos plaši izmanto rūpniecībā. Kā tiek iegūts varš, tiks apspriests rakstā.

Mazliet vēstures

Kādā apgabalā varš senatnē pirmo reizi sāka iegūt un lietot cilvēku, arheologi diemžēl nevarēja noskaidrot. Tomēr ir droši zināms, ka tieši šo metālu cilvēki sāka apstrādāt un lietot ikdienā paši pirmie.

Varš cilvēkiem ir zināms kopš akmens laikmeta. Dažos arheologu atrastajos šī metāla tīrradņos ir pēdas, kas ir apstrādātas ar akmens cirvjiem. Sākotnēji cilvēki izmantoja varu galvenokārt kā dekorācijas. Tajā pašā laikā cilvēki senatnē šādu izstrādājumu ražošanai izmantoja tikai pašu atrastos šī metāla tīrradņus. Vēlāk cilvēki iemācījās apstrādāt unvara saturoša rūda.

Ideja par Cu ieguvi un apstrādi bija zināma daudzām senatnes tautām. Arheologi ir atraduši daudz pierādījumu. Pēc tam, kad cilvēks iemācījās izgatavot vara un cinka sakausējumus, sākās bronzas laikmets. Faktiski nosaukumu "varš" reiz izdomāja senie romieši. Šāds metāls uz šo valsti tika ievests galvenokārt no Kipras salas. Tāpēc romieši to sauca par aes cyprium.

Kā senos laikos ieguva varu

Tā kā savulaik šis metāls tika ļoti plaši izmantots cilvēka dzīvē, tā ieguves tehnoloģijas, protams, tika izstrādātas diezgan perfekti. Mūsu senči varu ieguva galvenokārt no malahīta rūdām. Šāda materiāla un ogļu maisījumu ievietoja māla traukā un ievietoja bedrē. Tālāk masu katlā uzlika uguni. Iegūtais oglekļa monoksīds samazināja malahītu līdz vara.

Akcijas dabā

Kur mūsdienās savvaļā var atrast varu? Šobrīd šī populārā metāla atradnes tiek atklātas visos Zemes kontinentos. Tajā pašā laikā Cu rezerves tiek uzskatītas par praktiski neierobežotām. Ģeologi mūsdienās atrod jaunas tīra vara, kā arī to saturošas rūdas atradnes. Piemēram, 1950. gadā šī metāla rezerves pasaulē sasniedza 90 miljonus tonnu. 1970. gadā šis skaitlis jau bija pieaudzis līdz 250 miljoniem tonnu, bet 1998. gadā - līdz 340 miljoniem tonnu. Šobrīd tiek uzskatīts, ka vara rezerves uz planētas ir vairāk nekā 2,3 miljardi tonnu.

Nogulsnes un tīra vara ieguves metodes

Kā jau minēts, sākotnēji cilvēki ikdienā izmantoja vietējo Cu. Protams, tas tiek iegūtstāds tīrs varš šodien. Šī metāla tīrradņi veidojas zemes garozā eksogēnu un endogēnu procesu rezultātā. Lielākā zināmā vietējā vara atradne uz planētas pašlaik atrodas Amerikas Savienotajās Valstīs, Superior ezera reģionā. Krievijā vietējais varš sastopams Udokanas atradnē, kā arī dažās citās Transbaikalia vietās. Turklāt atbilde uz jautājumu, kur Krievijā var iegūt varu tīrradņu veidā, ir Urālu reģions.

Dabā tīrs šīs šķirnes metāls veidojas vara sulfāta nogulšņu oksidēšanās zonā. Parasti paši vara tīrradņi satur apmēram 90-99%. Pārējo daļu veido citi metāli. Jebkurā gadījumā divas galvenās tehnoloģijas kalpo kā atbilde uz jautājumu par to, kā tiek iegūts vietējais varš. Šādas atradnes, kā arī rūdas, tiek izstrādātas ar slēgtu raktuvju vai atklātās bedres metodi. Pirmajā gadījumā tiek izmantoti tādi tehnoloģiskie procesi kā urbšana un laušana.

Vara tīrradņi var svērt daudz. Lielākie no tiem savulaik tika atrasti ASV Superior ezerā. Šo tīrradņu svars bija aptuveni 500 tonnas.

Kur Krievijā tiek iegūts varš, mēs noskaidrojām. Tas galvenokārt ir Transbaikalia un Urāli. Mūsu valstī, protams, dažādos laikos tika atrasti arī ļoti lieli šī metāla tīrradņi. Piemēram, Vidējos Urālos bieži tika atrasti vara gabali, kas sver līdz pat vairākām tonnām. Viens no šiem tīrradņiem, kas sver 860 kg, tagad glabājas Sanktpēterburgā, Kalnrūpniecības institūta muzejā.

Vara rūdas un to atradnes

Šobrīd Cu iegūšana tiek uzskatīta par rentablu un lietderīgu pat tad, ja to iezi satur vismaz 0,3%.

Visbiežāk dabā mūsdienās tiek iegūti šādi ieži, lai rūpnieciski izolētu varu dabā:

• bornīti Cu₅FeS_{4 - sulfīdu rūdas, citādi sauktas par vara purpursarkaniem vai raibiem pirītiem un satur aptuveni 63,3% Cu;}

• halkopirīts CuFeS_{2 - hidrotermiskas izcelsmes minerāli;}

• halkozīni Cu_{2S, kas satur vairāk nekā 75% vara;}

• cuprites Cu_{2O, bieži sastopamas arī vietējās vara atradnēs;}

• malahīti, kas ir ogļskābā vara zaļumi.

Lielākā vara rūdu atradne Krievijā atrodas Noriļskā. Tāpat šādus iežus lielos daudzumos iegūst dažviet Urālos, Aizbaikalijā, Čukotkā, Tuvā un Kolas pussalā.

Kā veidojas vara rūdas atradnes

Dažāda veida iežus, kas satur Cu, kā arī tīrradņus, uz planētas var iegūt, izmantojot divas galvenās tehnoloģijas:

• slēgts;
• atvērts.

Pirmajā gadījumā atradnē tiek būvētas raktuves, kuru garums var sasniegt vairākus kilometrus. Lai pārvietotu strādniekus un aprīkojumu, šādi pazemes tuneļi ir aprīkoti ar liftiem un dzelzceļa sliedēm. Iežu smalcināšana raktuvēs tiek veikta, izmantojotīpaša urbšanas iekārta ar tapas. Vara rūdas savākšana un iekraušana nosūtīšanai uz augšu tiek veikta, izmantojot spaiņus.

Ja atradnes atrodas ne tālāk kā 400-500 m no zemes virsmas, tās iegūst, izmantojot atklāto metodi. Šajā gadījumā augšējais iežu slānis vispirms tiek noņemts no lauka, izmantojot sprādzienbīstamas ierīces. Turklāt pati vara rūda tiek pakāpeniski noņemta.

Metodes metāla iegūšanai no akmeņiem

Tā mēs noskaidrojām, kā tiek iegūts varš vai, pareizāk sakot, rūdas, kas to satur. Bet kā uzņēmumi vēlāk saņem pašu Cu?

Ir trīs galvenie veidi, kā iegūt varu no akmeņiem:

• elektrolītisks;
• pirometalurģija;
• hidrometalurģija.

Pirometalurģiskā flotācijas metode

Šo tehnoloģiju parasti izmanto, lai izolētu varu no akmeņiem, kas satur 1,5–2% Cu. Šāds materiāls tiek bagātināts ar flotācijas metodi. Tajā pašā laikā:

• rūda ir rūpīgi sam alta līdz smalkākajam pulverim;
• iegūto materiālu sajauc ar ūdeni;
• pievienojiet masai īpašus flotācijas reaģentus, kas ir sarežģītas organiskas vielas.

Flotācijas reaģenti pārklāj mazus dažādu vara savienojumu graudiņus un nodrošina tiem nesamitrināšanos.

Nākamā darbība:

• vielas, kas rada putas, tiek pievienotas ūdenim;
• izlaidiet spēcīgu gaisa plūsmu cauri balstiekārtai.

Vieglas sausas vara savienojumu daļiņas, kā rezultātā pielīp pie gaisa burbuļiem un peld uz augšu. Tos saturošās putas savāc, izspiež no ūdens un rūpīgi izžāvē. Rezultātā tiek iegūts koncentrāts, no kura pēc tam tiek izdalīts neapstrādāts Cu.

Kā var iegūt no rūdas: bagātināšana ar grauzdēšanu

Pludināšanas metodi rūpniecībā izmanto diezgan bieži. Bet dažreiz vara rūdas bagātināšanai tiek izmantota arī apdedzināšanas tehnoloģija. Šo paņēmienu visbiežāk izmanto rūdām, kas satur lielu sēra daudzumu. Šajā gadījumā materiāls tiek uzkarsēts līdz 700-8000 °C temperatūrai. Rezultātā sulfīdi oksidējas, samazinoties sēra saturam iežos.

Nākamajā posmā šādi sagatavotā rūda tiek izkausēta šahtas krāsnīs 14 500 °C temperatūrā. Galu galā, izmantojot šo tehnoloģiju, tiek iegūts matēts - vara un dzelzs sakausējums. Turklāt šis savienojums tiek uzlabots, iepūšot pārveidotājus. Tā rezultātā dzelzs oksīds nonāk sārņos, bet sērs - SO4.

Tīra vara ražošana: elektrolīze

Izmantojot flotācijas un grauzdēšanas metodes, tiek iegūts blistera vara. Faktiski šāds materiāls satur apmēram 91% Cu. Lai iegūtu tīrāku varu, rupjš varš tiek tālāk attīrīts.

Šajā gadījumā biezās anoda plāksnes vispirms tiek izlietas no primārā vara. Nākamais:

• uzņemiet vara sulfāta šķīdumu vannā;
• karājās vannas istabāanoda plāksnes;
• Kā katodi tiek izmantotas plānas tīra vara loksnes.

Elektrolīzes reakcijas laikā varš izšķīst uz anodiem un izgulsnējas uz katodiem. Vara joni virzās uz katodu, paņem no tā elektronus un pāriet Cu+2+2e atomos?>Cu.

Piemaisījumi, kas atrodas blistera vara var izturēties atšķirīgi, tos attīrot. Cinks, kadmijs, dzelzs izšķīst uz anoda, bet nenosēžas uz katoda. Fakts ir tāds, ka elektroķīmiskā sprieguma virknē tie atrodas pa kreisi no vara, tas ir, tiem ir vairāk negatīvu potenciālu.

Vara sulfātu iegūst, lēni oksidējot sulfīda rūdu ar skābekli par vara sulfātu CuS + 2O₂ > CuSO_{4. Pēc tam sāls tiek izskalots ar ūdeni.}

Hidrometalurģiskā metode

Šajā gadījumā sērskābi izmanto vara izskalošanai un bagātināšanai. Reakcijas rezultātā, izmantojot šo tehnoloģiju, tiek iegūts šķīdums, kas piesātināts ar Cu un citiem metāliem. Pēc tam no tā tiek izolēts varš. Izmantojot šo paņēmienu, papildus tulznu vara var iegūt citus metālus, tostarp dārgmetālus. Jebkurā gadījumā šī tehnoloģija visbiežāk tiek izmantota, lai iegūtu Cu no akmeņiem, kas ar to nav pārāk bagāti (mazāk par 0,5%).

Varš mājās

Šā metāla atdalīšana no ar to piesātinātām rūdām līdz ar to tehnoloģiski ir salīdzinoši vienkārša. Tāpēc daži ir ieinteresēti, kā mājās iegūt varu. Ar savām rokām iegūstiet šo metālu no rūdas, māla uttspeciālā aprīkojuma pieejamība tomēr būs ļoti sarežģīta.

Daži, piemēram, interesējas par to, kā ar savām rokām iegūt varu no māla. Patiešām, dabā ir šī materiāla atradnes, kas arī ir bagātas ar Cu. Taču diemžēl nav zināmas pārbaudītas tehnoloģijas vara iegūšanai no māla mājas apstākļos.

Ar savām rokām šo metālu mājās var mēģināt izolēt, iespējams, tikai no vara sulfāta. Lai to izdarītu, pēdējais vispirms jāizšķīdina ūdenī. Tālāk jums vienkārši jāievieto kāds dzelzs priekšmets iegūtajā maisījumā. Pēc kāda laika pēdējais - aizvietošanas reakcijas rezultātā - tiks pārklāts ar vara pārklājumu, ko pēc tam var vienkārši notīrīt.