Лекция 8. Месторождения меди

КРАТКИЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Медь была известна человеку уже в начале седьмого тысячелетия до н. э. (на Ближнем Востоке и на территории Турции). Первыми медными рудами, очевидно, были самородки, встречающиеся довольно часто. Наиболее крупный в мире самородок меди был найден в районе оз. Верхнего в США и достигал 500 т. Во втором тысячелетии до н. э. начал применяться сплав меди с оловом (бронза), на Кавказе – сплавы меди с мышьяком, а в Средней Азии – сплавы меди со свинцом. Населению Европы с давних пор были известны залежи меди на Кипре. Полагают, что от слова Кипр и возникло латинское название меди «купрум».

В начале XIX в. добыча меди во всем мире составляла около 18000 т. Россия при Петре I несколько десятилетий занимала первое место по выплавке меди.

Медь – это металл красного цвета, обладающий хорошей ковкостью, тягучестью, электропроводностью, сплавляемостью с другими металлами, легкоплавкий (температура плавления 1083º С).

ГЕОХИМИЯ. Кларк меди 0,01 %. Повышенные ее содержания наблюдаются в основных породах (1,4·10^-2 %), пониженные в гранитах (3·10^-3 %). Коэффициент концентрации меди 200. Она представлена двумя изотопами: ⁶⁵Cu и ⁶⁹Cu.

Медь – типичный халькофильный элемент и чаще всего встречается в виде сульфидов. В природных условиях она одно- и двухвалентна. Двухвалентная медь характеризуется высокой миграционной способностью в восстановительных условиях и реагирует с ионами CO^-2₃, SiO₃^2-, PO₄^3- и VO₄³, образуя фосфатные, карбонатные и силикатные соединения.

При базальтовом магматизме медь концентрируется в гипербазитах, образуя ликвационные и скарновые месторождения, а на поствулканическом этапе она ассоциирует с колчеданными образованиями.

МИНЕРАЛОГИЯ. В природе известно более 240 минералов меди, из которых около 200 встречаются в коре выветривания. Однако промышленное значение имеют не более 17 минералов. Главными среди них являются: самородная медь, халькопирит, борнит, кубанит, халькозин, ковеллин, энаргит, тетраэдрит, теннантит, куприт, тенорит, малахит, азурит и др.

Самородная медь (содержание Cu до 100 %) кристаллизуется в кубической сингонии, габитус кристаллов кубический и додекаэдрический, образует дендриты, нитевидные, проволочные, моховидные агрегаты, порошковые выделения, конкреции, сплошные массы, цвет розоватый и медно-красный с бурой и пестрой побежалостью, твердость 2,5–3, удельная масса 8,4–8,9 г/см³.

Халькопирит CuFeS₂ (Cu 34,6 %). Известны две его модификации: тетраэдрическая и кубическая – высокотемпературная. Цвет минерала золотисто-желтый, часто с бурой побежалостью, блеск металлический, встречается в скарнах, ликвационных медно-никелевых, свинцово-цинковых, вольфрам-молибден-оловянных и колчеданных месторождениях, а также в медистых песчаниках и в месторождениях фосфоритов.

Борнит (по фамилии Борн) Сu₅FeS₄ (Сu 63,3 %). Образует несколько полиморфных модификаций: тетрагональную – низкотемпературную, тригональную – метастабильную при низкой температуре, кубическую – стабильную выше 228º С. Габитус кристаллов кубический, додекаэдрический, реже октаэдрический, цвет темно-бронзовый с пестрой побежалостью, блеск металлический, твердость 3, удельная масса 5,3 г/см³.

Кубанит (по о. Куба) CuFe₂S₃ (Cu 22–24 %) кристаллизуется в кубической сингонии, габитус кристаллов удлиненный, толстотаблитчатый, бронзово-желтого цвета, блеск металлический, удельная масса 4,16 г/см³. Встречается в сульфидных медно-никелевых месторождениях с пирротином и халькопиритом в колчеданных рудах, изредка в жильных и полиметаллических месторождениях.

Халькозин Cu₂S (Cu 79,9 %). Известны две полиморфные модификации: ромбическая – низкотемпературная и менее распространенная гексагональная – высокотемпературная. Габитус кристаллов короткопризматический, таблитчатый, дипирамидальный, цвет свинцово-серый, твердость 2,5–3, удельная масса 5,8 г/см³. Встречается в медных месторождениях с борнитом, халькопиритом и другими сульфидами.

Ковеллин (по фамилии Ковелли) CuS (Cu 66,5 %), кристаллизуется в гексагональной сингонии, габитус пластинчатый, агрегаты землистые, порошковые, сажистые, цвет индигово-синий до черного с радужной побежалостью, твердость 1,5–2, удельная масса 4,6 г/см³.

Энаргит Cu₃AsS₄ (Cu 48,3 %) кристаллизуется в ромбической сингонии, кристаллы призматические или таблитчатые, агрегаты зернистые, цвет сероватый до железо-черного, черта серовато-черная, твердость 3,5, удельная масса 4,3–4,5 г/см³. Встречается в гидротермальных, обычно среднетемпературных медноколчеданных, меднопорфировых, пирит-энаргитовых, свинцово-цинковых, серебряно-медных и других месторождениях.

Тетраэдрит (по форме кристаллов) Cu₁₂Sb₄S₁₃ (Cu 52,3 %). Известны следующие его разновидности: серебросодержащая – фрейбергит; ртутьсодержащая – швацит, аптонит, ртутная блеклая руда; цинксодержащая – зандбергерит, цинковая блеклая руда; железосодержащая – ферротетраэдрит, коппит; никелисодержащая – фригидит, никелевая блеклая руда; теллурсодержащая – голдфилдит; свинецсодержащая – малиновскит и др.

Домейкит (назван по фамилии нашего земляка Игнасио Домейко) Cu₃As (Cu 71,1 %). Известны две полиморфные модификации – кубическая и гексагональная с температурой перехода 225º С. Агрегаты плотные, почковидные и гроздьевидные, цвет серебристо-белый, серый с желтовато-бурой побежалостью, твердость 3–3,5, удельная масса 7,5 г/см³. Встречается в гидротермальных месторождениях в ассоциации с самородными медью и серебром, сульфидами меди и арсенидами никеля и кобальта.

ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Широкое использование меди основано на ее высокой электропроводности, химической устойчивости, ковкости и других свойствах. Она находит применение в машиностроении, химической промышленности (перегонные котлы, змеевики, трубы), электротехнике, судостроении, гравировании, выделке монет и во многих других отраслях промышленности. Так, например, в США и Великобритании на производство одного легкового автомобиля используется до 20 кг меди.

В настоящее время основная масса меди идет на изготовление сплавов, важнейшие из которых – бронзы и латуни. Бронзы состоят не только из меди и олова в различных соотношениях; в некоторые сорта добавляют свинец, цинк, фосфор, кремний и другие компоненты. Латуни состоят из сплава меди (60–80 %) с цинком (20–30 %).

Промышленные требования к рудам со временем изменяются в сторону их понижения. Так, еще в начале ХХ в. разрабатывались только богатые руды с содержанием Cu 5–15 % и более, в настоящее время при подземной разработке крупных месторождений содержание меди должно быть не менее 1 %, мелких – около 3 %, при отработке карьерами – 0,2–0,7 %, а из комплексных полиметаллических руд медь извлекается при содержании 0,1 % и более.

РЕСУРСЫ И ЗАПАСЫ. В настоящее время ресурсы меди выявлены более чем в 90 странах. По данным Геологической службы США они оцениваются 1,6 млрд т. Основу минерально-сырьевой базы медедобывающей промышленности мира составляют месторождения трех геолого-промышленных типов: меднопорфировые; стратиформные в медистых песчаниках и сланцах; медноколчеданные и колчеданно-полиметаллические. Общие запасы меди в мире – 932,6 млн т, подтвержденные – 668,3 млн т. Основные объемы их сосредоточены в недрах Чили, США, Перу, Китая и Казахстана (табл. 5). Данные о запасах меди в России отсутствуют.

По оценке «Metals Economics Group» (MEG) затраты на геологоразведочные работы, проведенные горнорудными компаниями на цветные и благородные металлы в мире в 1995–2000 гг., ежегодно составляли 4–5 млрд долларов США. Из них около 18–19 % приходилось на медь. В Чили основными направлениями геологоразведочных работ являлись доизучение и подготовка к освоению ранее не разрабатывавшихся месторождений, а также работы, направленные на прирост запасов действующих рудников.

К уникальным относятся месторождения с запасами меди более

5 млн т, к крупным – 5–1 млн т, средним – 1–0,2 млн т и мелким – менее 0,2 млн т.

ДОБЫЧА И ПРОИЗВОДСТВО. Заводы выпускают черновую (99,0 %), рафинированную (99,6 %) и электролитическую медь (99,95 %). Производство меди в мире в 1995–2000 гг. составляло ежегодно около 10–11 млн т, причем около 45 % выпуска ее приходилось на долю двух стран – Чили и США.

Таблица 5