Мыс қорытындысын алу процесі

Кіріспе

Мысты жер астынан алу процесі

Мыс алу – мысты кендерден алуға қолданылатын әдістер. Мыс кендерін өңдеу физикалық, химиялық және электрохимиялық процестердің тізбегінен тұрады. Әдістер дамып, елдерге қарай өзгереді, бұл кеннің көзіне, жергілікті экологиялық ережелерге және басқа да факторларға байланысты. Табиғи мысты суық соғудың ең ерте дәлелі Шығыс Анатолиядағы Чайоню Тепесіндегі қазба жұмыстарынан алынған, ол б.з.д. 7200-6600 жылдар аралығында сақталып қалған. Бұл заттардың арасында балық аулауға арналған ілгешке ұқсайтын және ойысқа ұқсайтын нәрселер болған. Тағы бір табылған орын – Ирактың Мергасур қаласындағы Шанидар үңгірі, онда мыс моншақтар табылған, олар б.з.д. 8700 жылға дейін соққан. Жер бетіндегі кен орындарын пайдаланудан өзгеше, әлемдегі ең көне мыс кені Израильдің Тимна аңғарында орналасқан және б.з.д. төртінші мыңжылдықтан бері пайдаланылып келеді, ал жер бетіндегі кен орындарының пайдалануы бесінші және алтыншы мыңжылдықтарда басталды. Оңтүстік-шығыс Еуропадағы (Сербия) Плочник археологиялық ескерткіші жоғары температурада мыс жасаудың ең сенімді дәлелін ұсынады, б.з.д. 5000 жылдан бастап. 2010 жылдың маусымында жасалған жаңа табалдырық б.з.д. V мыңжылдыққа дейін 500 жылға созылады, бұл Рудна Главадан (Сербия) мыс балқытудың ең ерте жазбасын көрсетеді.

Балқыту

ХХ ғасырдың екінші жартысына дейін сульфид кендерін балқыту кендерден мыс металлын өндірудің дерлік жалғыз тәсілі болды (біріншілік мыс өндірісі). 2002 жылы әлемдік біріншілік мыс өндірісінің 80% мыс-темір-көкөрт минералдарынан алынды, ал олардың басым көпшілігі балқыту арқылы өңделді. Мыс бастапқыда сульфид кенінен тікелей пеште балқыту арқылы өндірілді. Металлургиялық зауыттар алғашында тасымалдау шығындарын азайту үшін кен орындарына жақын орналастырылды. Бұл минералдық қалдықтарды, сондай-ақ мыс бар минералдардағы күкірт пен темірді тасымалдаудың жоғары құнын болдырмауға мүмкіндік берді. Алайда, кендердегі мыстың концентрациясы төмендегенде, барлық кенді балқытудың энергиялық шығындары да тым жоғары болды, сондықтан кенді алдымен концентрациялау қажет болды. Бастапқы концентрациялау әдістеріне қолмен сұрыптау және гравитациялық концентрация кірді. Бұл мыстың көп мөлшерде жоғалуына әкелді. Сондықтан көбіктік флотация процесін әзірлеу минералдық өңдеуде маңызды қадам болды. Ол Юта штатындағы алып Бингхэм каньоны кен орнының ашылуына мүмкіндік берді. ХХ ғасырда көптеген кендер балқытудан бұрын концентрацияланды. Бастапқыда балқыту синтездеу зауыттары мен домендік пештер, немесе тоңазытқыштар мен реверберациялық пештер арқылы жүзеге асырылды. Тоңазыту және реверберациялық пеште балқыту 1960 жылға дейін негізгі мыс өндірісінде басым болды.

Концентрация (пайдалану)

XXI ғасырда мыс кендерінің орташа сапасы 0,6%-дан төмен, ал экономикалық пайдалы кен минералдарының үлесі кен тау жынысының жалпы көлемінің 2%-дан кемді құрайды. Сондықтан, барлық кен өндіру операцияларында кенді байыту (концентрациялау) қажет болады. Концентрат көбінесе алыс орналасқан қорыту заводтарына сатылады, бірақ кейбір ірі кен орындарында жақын маңдағы қорыту заводтары да бар. Кен орындары мен қорыту заводтарының бірге орналасуы 19-шы және 20-шы ғасырдың басында, кішкентай қорыту заводтары экономикалық тұрғыдан тиімді болған кезде, жиі кездесетін. Ал кейінгі өңдеу технологиялары кеннің түріне байланысты. Көбінесе, егер кен негізінен мыс сульфидтерінен (мысалы, халькопирит, FeCuS2) тұрса, онда кен ұсақтау арқылы өңделеді, мұнда тау жынысы жеке минералдық фазалардан тұратын ұсақ бөлшектерге (<100 мкм) дейін ұсатылады. Бұл бөлшектер кейін көбіктік флотация арқылы гангты (силикатты тау жынысының қалдықтарын) бөліп алуға дайын болады.

Қуатын көбік

Көбікті флотация кезінде ұсақталған кен ылғалдандырылып, суспензияға (тұнбаға) салынды, ал сульфид бөлшектерін гидрофобты ететін реагенттермен араластырылады. Типтік реагенттер ("жинағыштар") – калий этилксантаты және натрий этилксантаты, бірақ дитиофосфаттар мен дитиокарбаматтар да қолданылады. Суспензия метил-изобутил-карбинол (MIBC) сияқты беттік белсенді зат қосылған, сумен толтырылған аэрациялық резервуарға жіберіледі. Ауа үнемі суспензия арқылы соқпалы түрде өткізіледі. Ауа көпіршіктері гидрофобты мыс сульфид бөлшектеріне жабысады, олар бетке көтеріліп, көбік түзеді. Бұл көбік қырыну арқылы алынып, әдетте, артық силикаттарды және концентрат сапасына (әдетте, галена) зиян келтіретін басқа сульфид минералдарын жою үшін тазалаушы камерадан өтеді, содан кейін соңғы концентрат балқытуға жіберіледі. Флотация камерасында көтерілмеген тау жынысы қалдықтар ретінде тасталады немесе онда қорғасын (галенадан) және мырыш (сфалериттен) сияқты басқа металдарды алу үшін қосымша өңделеді, егер олар болса. Көбікті флотацияның тиімділігін арттыру үшін түрлі шаралар қолданылады. Су ортасының pH деңгейін көтеру үшін әк қолданылады, бұл коллектордың мыс сульфидтерімен тиімді байланысуын қамтамасыз етеді. Бұл процесте халкопириттен 27–29% және халкоциттен 37–40% мыс құрамында концентраттар алуға болады.

Гидрометаллургия

Окистенген мыс кендері карбонаттарды, мысалы, азурит пен малахитті, силикат хризоколланы және сульфаттарды, мысалы, атакамитті қамтиды. Кейбір жағдайларда сульфид кендерінің тотығуына рұқсат етіледі. Мұндай кендер гидрометаллургияға жақсы бейім. Атап айтқанда, мұндай окис кендері әдетте сулы күкірт қышқылына ерітіледі, көбінесе үймелеу немесе төбелеу арқылы. Нәтижеде алынған ерітінді еріткіштік экстракция (SX) арқылы тазартылады. Ол органикалық еріткіш және органикалық хелаторлармен өңделеді. Хелаторлар мыс иондарын (мүмкіндігінше басқа иондарды емес) байланыстырады, ал пайда болған кешендер органикалық фазада ерітеді. Бұл органикалық еріткіш буланып, мыс кешендерінің қалдығын қалдырады. Мыс иондары күкірт қышқылымен қалдықтан босатылады. Тазартылған күкірт қышқылы үймелерге қайта жіберіледі. Органикалық лигандтар да қалпына келтіріліп, қайта қолданылады. Балама ретінде, мыс темір сынықтарымен байланысқа түсіріліп, ерітіндіден тұнбаға түсіріледі; бұл процеске цементация деп аталады. Цемент мысы әдетте SX-EW мысынан кем таза болады.

Арнайы кендер

Екіншілік сульфидтер – супергендік екіншілік байыту нәтижесінде пайда болған сульфидтер – күкірт қышқылымен сұйытуға төзімді (бейім емес). Екіншілік мыс сульфидтерінің құрамында шалкоцит минералы басым; ол халкопирит сияқты бастапқы сульфидтердің окистану немесе тотығу сияқты химиялық процестерге ұшырауынан пайда болған минерал. Әдетте, екіншілік сульфид кендері көбікті флотация арқылы шоғырландырылады. Екіншілік мыс сульфидтерін өндіру үшін сұйыту сияқты басқа да өндіру процестері тиімді қолданылады, бірақ мысқа деген сұраныс артуымен және мыс ресурстарының азаюымен байланысты төмен сапалы кендерге арналған өндіру процестері қажет болады. Осыған орай, орнында, үймеде және төбеде сұйыту процестері төмен сапалы кендерден мысты алудың тиімді әдістері болып табылады. Екіншілік мыс сульфидтері мен төмен сапалы кендерді өндіру процестеріне үймелі биолишинг процесі жатады. Үймелі биолишинг – шығындарды азайтатын, энергияны аз қолданатын және тиімділікті арттыратын экономикалық тиімді өндіру әдісі. Бұл өндіріс әдісі төмен сапалы кендердің үлкен көлемін өңдеуге, капиталдық шығындарды азайтуға және қоршаған ортаға минималды әсер етуге мүмкіндік береді. Әдетте, мыс оксидінің минералдық бетінің иондық және суды тартатын қасиеттеріне байланысты мыс оксиді кендерін шоғырландыру үшін тікелей көбікті флотация қолданылмайды. Мыс оксиді кендері әдетте хелаттау реагенттері және май қышқылы флотациясы арқылы өңделеді, бұл органикалық реагенттерді пайдаланып минералдық бетке адсорбцияны қамтамасыз етуге және минералдық бетте суды өткізбейтін қосылыстардың түзілуіне көмектеседі. Кейбір супергенді сульфидті кендерді күкірт қышқылына тотықтыру үшін бактериялық тотығу үймелі сұйыту процесін қолдануға болады, бұл күкірт қышқылымен бір мезгілде сұйытуға және мыс сульфаты ерітіндісін алуға мүмкіндік береді. Оксид кендері үшін еріткіштік экстракция және электрлік өндіру технологиялары жүкті сұйыту ерітіндісінен мысты алу үшін қолданылады. Мыстың максималды қалпына келтірілуін қамтамасыз ету үшін мыстың ерігіштігі, қышқылдың жұтылуы және қосалқы минералдардың құрамының экстракция тиімділігіне тигізетін әсерін ескеру маңызды.

Secondary sulfides—those formed by supergene secondary enrichment—are resistant (refractory) to sulfuric leaching. Secondary copper sulfides are dominated by the mineral chalcocite; a mineral formed from primary sulfides, like chalcopyrite, that undergo chemical processes such as oxidation or reduction. Typically, secondary sulfide ores are concentrated using froth flotation. Other extraction processes like leaching are effectively used for the extraction of secondary copper sulfides, but as demand for copper rises, extraction processes tailored for low grade ores are required, due to the depletion of copper resources. Processes including in situ, dump, and heap leaching are cost effective methods that are suitable for extracting copper from low grade ores. Extraction processes for secondary copper sulfides and low grade ores includes the process of heap bioleaching. Heap bioleaching presents a cost efficient extraction method that requires a less intensive energy input resulting in a higher profit. This extraction process can be applied to large quantities of low grade ores, at a lower capital cost with minimal environmental impact. Generally, direct froth flotation is not used to concentrate copper oxide ores, as a result of the largely ionic and hydrophilic structure of the copper oxide mineral surface. Copper oxide ores are typically treated via chelating reagent flotation and fatty acid flotation, which use organic reagents to ensure adsorption onto the mineral surface through the formation of hydrophobic compounds on the mineral surface. Some supergene sulfide deposits can be leached using a bacterial oxidation heap leach process to oxidize the sulfides to sulfuric acid, which also allows for simultaneous leaching with sulfuric acid to produce a copper sulfate solution. For oxide ores, solvent extraction and electrowinning technologies are used to recover the copper from the pregnant leach solution. To ensure the best recovery of copper, it is important to acknowledge the effect copper dissolution, acid consumption, and gangue mineral composition has on the efficacy of extraction.

Концентрат пен мыс сату

Кен орындарынан алынған мыс концентраттары балқыту және тазарту зауыттарына сатылады, олар кенді өңдеп, мысты тазартады және бұл қызмет үшін өңдеу және тазарту ақысы (ТҚ және ТА) төлейді. ТҚ тоннаға шаққанда АҚШ долларымен, ал ТА фунтқа шаққанда АҚШ долларымен есептеледі, ал баға белгілеуді негізгі жапондық зауыттар жыл сайын жүзеге асырады. Бұл жағдайда клиент – мыс сынықтарын тазартушы зауыт немесе вертикальды интеграцияланған балқыту-тазарту кешені болуы мүмкін. Мыс концентраттарының кең таралған түрінде алтын мен күміс кездеседі, мысалы, Бугенвилл Мыс Компаниясы Пангуна кенінен 1970 жылдардың басынан 1980 жылдардың соңына дейін өндірген концентраттарда. Кенші үшін әдеттегі келісім Лондон металл биржасының бағасына негізделген, содан кейін ТҚ, ТА және бар болған жазалар мен жеңілдіктер ескеріледі. Мыс концентраттарында арсен, висмут, қорғасын немесе вольфрам сияқты зиянды элементтердің мөлшеріне қарай жазалар салынуы мүмкін. Көптеген мыс сульфидті кен орындарында күміс немесе алтын бар болғандықтан, егер концентраттағы олардың концентрациясы белгілі бір деңгейден жоғары болса, кеншіге осы металдар үшін жеңілдік беріледі. Әдетте, тазартушы немесе балқытушы кеншіден концентрацияға байланысты алым алады. Типик келісімшартта, концентраттағы металдың әр унциясы үшін белгілі бір концентрациядан жоғары болған жағдайда жеңілдік қарастырылады, ал одан төмен болса, металл қалпына келтірілген жағдайда балқытушы оны сақтап, шығындарды өтеу үшін сатады. Мыс концентраты спот-келісімдер арқылы немесе ұзақ мерзімді келісімдер бойынша дербес аралық өнім ретінде саудаланады. Көбінесе балқытушы кенші үшін мыс металлын өзі сатады. Кеншіге концентрат жеткізілген күні емес, балқыту-тазарту кешені сатуды жүзеге асырған кездегі баға төленеді. Квотациялық баға белгілеу жүйесінде баға болашақта белгіленген күні, әдетте концентратты балқыту зауытына жеткізілгеннен кейін 90 күн ішінде келісіледі. Мыс катодының сапасы 99,99% мыстан тұрады, қалыңдығы 1 см, көлемі шамамен 1 метр шаршы және салмағы шамамен 200 фунт. Бұл Нью-Йорк (COMEX), Лондон (London Metals Exchange) және Шанхай (Shanghai Futures Exchange) металл биржаларында саудаланатын нағыз тауар болып табылады. Көбінесе мыс катоды биржаларда тікелей емес, ордерлер, опциялар немесе своп келісімдері арқылы саудаланады, мыстың көп бөлігі LME/COMEX/SFE-де саудаланады, бірақ жеткізілім тікелей жүзеге асырылады, физикалық мыс логистикалық жолмен жылжытылады және мыс табақтары физикалық қоймалардан ауыстырылады. Электролиттік мыстың химиялық талаптары ASTM B 115 00 стандартымен анықталады (өнімнің тазалығы мен ең жоғары электрлік кедергісін анықтайтын стандарт).

Copper concentrates produced by mines are sold to smelters and refiners who treat the ore and refine the copper and charge for this service via treatment charges (TCs) and refining charges (RCs). The TCs are charged in US$ per tonne of concentrate treated and RCs are charged in cents per pound treated, denominated in US dollars, with benchmark prices set annually by major Japanese smelters. The customer in this case can be a smelter, who on sells blister copper ingots to a refiner, or a smelter refiner which is vertically integrated. One prevalent form of copper concentrate contains gold and silver, like the one produced by Bougainville Copper Limited from the Panguna mine from the early 1970s to the late 1980s. The typical contract for a miner is denominated against the London Metal Exchange price, minus the TC RCs and any applicable penalties or credits. Penalties may be assessed against copper concentrates according to the level of deleterious elements such as arsenic, bismuth, lead or tungsten. Because a large portion of copper sulfide ore bodies contain silver or gold in appreciable amounts, a credit can be paid to the miner for these metals if their concentration within the concentrate is above a certain amount. Usually the refiner or smelter charges the miner a fee based on the concentration; a typical contract will specify that a credit is due for every ounce of the metal in the concentrate above a certain concentration; below that, if it is recovered, the smelter will keep the metal and sell it to defray costs. Copper concentrate is traded either via spot contracts or under long term contracts as an intermediate product in its own right. Often the smelter sells the copper metal itself on behalf of the miner. The miner is paid the price at the time that the smelter refiner makes the sale, not at the price on the date of delivery of the concentrate. Under a Quotational Pricing system, the price is agreed to be at a fixed date in the future, typically 90 days from time of delivery to the smelter. A grade copper cathode is of 99.99% copper in sheets that are 1 cm thick, and approximately 1 meter square weighing approximately 200 pounds. It is a true commodity, deliverable to and tradeable upon the metal exchanges in New York City (COMEX), London (London Metals Exchange) and Shanghai (Shanghai Futures Exchange). Often copper cathode is traded upon the exchanges indirectly via warrants, options, or swap contracts such that the majority of copper is traded upon the LME/COMEX/SFE, but delivery is achieved directly, logistically moving the physical copper, and transferring the copper sheet from the physical warehouses themselves. The chemical specification for electrolytic grade copper is ASTM B 115 00 (a standard that specifies the purity and maximum electrical resistivity of the product).

Мыс

Мыс өндірісінің шыңы – жаһандық мыс өндірісінің ең жоғары деңгейіне жететін уақыт. Мыс – шектеулі ресурс болғандықтан, болашақта жаңа өндіріс азаяды, ал одан бұрын өндіріс максималды деңгейге жетеді. Бұл қашан орын алатыны туралы пікірлер әртүрлі. Қазылған отыннан өзгеше, мыс қайта өңделіп, қайта қолданылады, және барлық қазылған мыстың кем дегенде 80% -і әлі де қолжетімді (бірнеше рет қайта өңделген). Мыс – ең маңызды өнеркәсіптік металдардың бірі, пайдалану мөлшері бойынша темір мен алюминийден кейін үшінші орында тұрады. Ол жылу және электр өткізгіштігі, созылғыштығы, майысқандығы және коррозияға төзімділігі үшін бағалы. Мыстың жалпы тұтынуының шамамен үштен екі бөлігі электр энергиясына жұмсалады, оның ішінде электр кабельдері, деректер кабельдері және электр жабдықтары бар. Ол сондай-ақ салқындату және тоңазыту жүйелеріндегі құбырларға, жылу алмастырғыштарға, су құбырларына және тұтыну тауарларына қолданылады.

Тарих

Мыспен қамтамасыз ету туралы алаңдау жаңа емес. 1924 жылы геолог және мыс өндіру жөніндегі сарапшы Ира Жоралемон ескертті: «Электр және мыс дәуірі қысқа ғана болады. Егер өндіріс осы қарқынмен жалғасса, әлемдегі мыс қоры шамалы 20 жылға жетеді. Электр қуатына негізделген өркениетімі құлдырап, жойылуы мүмкін».

Мыспен қамтамасыз ету

Жалпы әлемдік экономикалық мыс қорлары таусылып барады, оның өндірісі жыл сайын үш әлемдік деңгейдегі мыс кеніндей жұмсалады.

Мыс кендерінің жаңа табылған жерлері

1975–2005 жылдар аралығында 56 жаңа мыс кені табылды. Дегенмен, АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) мәліметтеріне сәйкес, әлемдік мыс қоры осыдан кейін екі еседен астамға өсті, 1996 жылы 310 миллион метрикалық тоннадан 2022 жылы 890 миллион метрикалық тоннаға жетті.

Резервтер

Мыс – бұл салыстырмалы түрде көп таралған элемент, Жер қыртысындағы концентрациясы 50–70 ppm (0,005–0,007 процент) құрайды (1 кг мыс 15–20 тонна қыртыс тасына шаққанда). 60 ppm концентрациясы 2,77e22 массасы бар Жер қыртысының 1,66 квадриллион тоннасына тең келеді, немесе 2013 жылғы 18,3 млн тонналық өндіріс деңгейімен 90 миллион жылдан астам уақытқа жетеді. Дегенмен, қазіргі технология деңгейі мен нарықтық құны бойынша оның барлығын пайдалы өндіруге болмайды. USGS 2005 жылы 1,6 миллиард тонна мыс қоры бар екенін хабарлады, оның 950 миллион тоннасы экономикалық тұрғыдан өндіруге жарамды деп есептелді. 2013 жылғы жаһандық бағалау "жақсы анықталған ресурстармен 455 белгілі кен орынын" анықтады, оларда шамамен 1,8 миллиард тонна мыс бар, сондай-ақ "Жердің ең жоғарғы 1 километрінде 812 жаңа кен орны" бар екендігі болжалды, оларда тағы 3,1 миллиард тонна мыс бар, бұл "барлық мыс кен орындарынан 2012 жылы өндірілген мыстың 180 есесін құрайды". + Мыс қоры (мың тонна) Ел 1996 жылғы қор Проценті 2015 жылғы қор Проценті 88 000 28,4% 209 000 29,9% 7 000 2,26% 93 000 13,2% 7 000 2,26% 68 000 9,71% Белгісіз N/A 38 000 5,43% 45 000 14,5% 35 000 5,00% 3 000 0,968% 30 000 4,29% 20 000 6,45% 30 000 4,29% 20 000 6,45% 28 000 4,00% 11 000 3,55% 25 000 3,57% Белгісіз N/A 20 000 2,86% 12 000 3,87% 20 000 2,86% 11 000 3,55% 11 000 1,57% 14 000 4,52% 6 000 0,86% 11 000 3,55% Белгісіз N/A 7 000 2,26% Белгісіз N/A Басқа елдер 55 000 17,7% 90 000 12,9% Әлем 310 000 100% 700 000 100%

Қайта өңдеу

АҚШ-та жаңадан өндірілген кеннен алынғанға қарағанда, қайта өңделген материалдан көбірек мыс қалпына келтіріліп, қайта қолданылады. Мыстың қайта өңдеу құны соншалықты жоғары, сондықтан жоғары сапалы металл сынықтары әдетте жаңадан өндірілген кеннен алынған бастапқы металл құнының кемінде 95% құрайды. Еуропада 2016 жылғы мәліметтер бойынша, мысқа деген сұраныстың шамамен 50% қайта өңдеу арқылы өтеді. 2011 жылы қайта өңделген мыс әлемдегі мыс тұтынымының 35% -ын құрады.

Ашылмаған әдеттегі ресурстар

2006 жылы геологиялық зерттеулер мен кендердің табылу деңгейіне сүйене отырып, зерттеушілер 1,6 миллиард тонна мысты қолдануға болады деген есеп жасады. Бұл көрсеткіш қолжетімді мыстың ең кең анықтамасын, сондай-ақ энергия шектеулері мен қоршаған ортаға қатысты алаңдаушылықтардың жоқтығын ескерді. Бұл 2013 жылы жаңадан өндірілген 18,3 миллион тонна мыс өндірісінен 306 есе көп.

Дәстүрлі емес ресурстар

Терең теңіздегі түйіндерде 700 миллион тонна мыс бар деп есептеледі. Бұл, кен өндірісінің пайдалылығының өзгеруін ескермейді. Кен орындарының сапасы төмендегенде, өндірушілер элементтің аз мөлшердегі көздеріне көңіл бөледі және соңында оны өндірудің арзан тәсілдерін ойлап табады, бұл белгілі қорларды арттырады. Мысалы, 5000 жыл бұрын мыс өте көп мөлшерде кездесетін, таза күйінде де, жоғары концентрацияланған мыс кендерінде де болған, сондықтан көне заман халықтары оны өте қарапайым технологиялармен жинап, өңдей алған. 21-ші ғасырдың басында мыс әдетте салмағы бойынша 0,3–0,6% мыс қортындысы бар кендерден өндіріледі. Дегенмен, материалдың сирек кездесуіне қарамастан, мысалы, мыс ыдыстың бағасы 20-шы ғасырдың соңында 5000 жыл бұрынғыдан әлдеқайда арзан болды.