Kuidas vaske kaevandatakse: meetodid, ajalugu ja maardlad

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-02 13:53

Vask on tänapäeval ebatavaliselt nõutud metall ja seda kasutatakse laialdaselt nii igapäevaelus kui ka tööstuses. Looduses võib Cu-d leida nii puhtal kujul kui ka maagi kujul. Algsete kivimite vase ekstraheerimiseks ja saamiseks on mitu võimalust. Kuid neid kasutatakse laialdaselt tööstuses. Seda, kuidas vaske kaevandatakse, arutatakse artiklis.

Natuke ajalugu

Mis piirkonnas hakati iidsetel aegadel esimest korda vaske kaevandama ja kasutama, arheoloogid kahjuks välja selgitada ei saanud. Siiski on kindl alt teada, et just seda metalli hakkasid inimesed kõige esimesena töötlema ja igapäevaelus kasutama.

Vask on inimestele tuntud juba kiviajast. Mõned arheoloogide leitud selle metalli tükid kannavad kivikirvestega töötlemise jälgi. Esialgu kasutasid inimesed vaske peamiselt kaunistustena. Samal ajal kasutasid inimesed iidsetel aegadel selliste toodete valmistamiseks ainult nende leitud metallitükke. Hiljem õppisid inimesed töötlema javaske sisaldav maak.

Mõte Cu kaevandamise ja töötlemise kohta oli teada paljudele antiikaja rahvastele. Arheoloogid on leidnud palju tõendeid. Pärast seda, kui inimene õppis valmistama vase ja tsingi sulameid, algas pronksiaeg. Tegelikult lõid nime "vask" kunagi vanad roomlased. Sellist metalli toodi sellesse riiki peamiselt Küprose saarelt. Seetõttu nimetasid roomlased seda aes cyprium.

Kuidas iidsetel aegadel vaske kaevandati

Kuna seda metalli kasutati kunagi inimelus väga laialdaselt, töötati selle kaevandamise tehnoloogiad loomulikult üsna täiuslikult välja. Meie esivanemad hankisid vaske peamiselt malahhiidimaakidest. Sellise materjali ja kivisöe segu pandi savinõusse ja asetati süvendisse. Järgmisena pandi potis olev mass tulele. Saadud süsinikoksiid redutas malahhiidi vaseks.

Varud looduses

Kust võib tänapäeval looduses vaske leida? Praegu avastatakse selle populaarse metalli maardlaid kõigil Maa mandritel. Samal ajal peetakse Cu varusid praktiliselt piiramatuks. Meie aja geoloogid leiavad uusi puhta vase leiukohti, aga ka seda sisaldavaid maake. Näiteks 1950. aastal ulatusid selle metalli varud maailmas 90 miljoni tonnini. 1970. aastaks oli see arv kasvanud juba 250 miljoni tonnini ja 1998. aastaks kuni 340 miljoni tonnini. Praegu arvatakse, et planeedi vasevarud on üle 2,3 miljardi tonni.

Puhase vase hoiused ja ekstraheerimismeetodid

Nagu juba mainitud, kasutasid inimesed algselt looduslikku Cu-d igapäevaelus. Muidugi saadakseselline puhas vask täna. Selle metalli tükid tekivad maakoores eksogeensete ja endogeensete protsesside tulemusena. Suurim teadaolev loodusliku vase leiukoht planeedil asub praegu Ameerika Ühendriikides Superiori järve piirkonnas. Venemaal leidub kohalikku vaske Udokani maardlas, aga ka mõnes teises Transbaikalia paigas. Lisaks on vastuseks küsimusele, kust Venemaal saab tükikeste kujul vaske kaevandada, Uurali piirkond.

Looduses moodustub seda sorti puhas metall vasksulfaadi ladestuste oksüdatsioonitsoonis. Tavaliselt sisaldavad vasetükid ise umbes 90–99%. Ülejäänud osa moodustavad muud metallid. Igal juhul on kaks peamist tehnoloogiat vastuseks küsimusele, kuidas looduslikku vaske kaevandatakse. Selliseid maardlaid, nagu ka maagimaardlaid, arendatakse suletud kaevanduse või avatud kaevanduse meetodil. Esimesel juhul kasutatakse selliseid tehnoloogilisi protsesse nagu puurimine ja purustamine.

Vasetükid võivad kaaluda palju. Suurimad neist leiti kunagi USA-st Superiori järvelt. Nende tükkide kaal oli umbes 500 tonni.

Kus Venemaal vaske kaevandatakse, saime teada. See on peamiselt Transbaikalia ja Uuralid. Meie riigist leiti muidugi erinevatel aegadel ka selle metalli väga suuri tükikesi. Näiteks Kesk-Uuralitest leiti sageli kuni mitme tonni kaaluvaid vasetükke. Ühte neist 860 kg kaaluvatest nugistest hoitakse praegu Peterburis Mäeinstituudi muuseumis.

Vasemaagid ja nende leiukohad

Praegu peetakse Cu saamist kulutõhusaks ja otstarbekaks isegi siis, kui seda sisaldab kivim vähem alt 0,3%.

Tänapäeval kaevandatakse looduses vase tööstuslikuks isoleerimiseks looduses kõige sagedamini järgmisi kivimeid:

• borniidid Cu₅FeS_{4 – sulfiidmaagid, mida muidu nimetatakse vaselillaks või kirjuks püriidiks ja mis sisaldavad umbes 63,3% Cu;}

• kalkopüriit CuFeS_{2 - hüdrotermilise päritoluga mineraalid;}

• kalkosiinid Cu_{2S sisaldavad üle 75% vaske;}

• cuprites Cu_{2O, leidub sageli ka vase looduslikes leiukohtades;}

• malahhiidid, mis on süsihappegaasid.

Venemaa suurim vasemaagi leiukoht asub Norilskis. Samuti kaevandatakse selliseid kivimeid suurtes kogustes mõnes kohas Uuralites, Taga-Baikalias, Tšukotkas, Tuvas ja Koola poolsaarel.

Kuidas arenevad vasemaagi maardlad

Planeedil saab kaevandada erinevat tüüpi Cu-d sisaldavaid kivimeid, aga ka kullatükke, kasutades kahte peamist tehnoloogiat:

• suletud;
• avatud.

Esimesel juhul rajatakse maardlale kaevandused, mille pikkus võib ulatuda mitme kilomeetrini. Töötajate ja seadmete teisaldamiseks on sellised maa-alused tunnelid varustatud liftide ja raudteerööbastega. Kivimi purustamine kaevandustes toimub kasutadesspetsiaalne naeltega puurimisseade. Vasemaagi kogumine ja selle laadimine tippu saatmiseks toimub ämbrite abil.

Kui maardlad asuvad maapinnast mitte kaugemal kui 400–500 m, kaevandatakse neid avatud meetodil. Sellisel juhul eemaldatakse lõhkekehade abil esm alt põllult ülemine kivikiht. Lisaks eemaldatakse järk-järgult vasemaak ise.

Meetodid kivimitest metalli saamiseks

Kuidas kaevandatakse vaske või õigemini seda sisaldavaid maake, saime teada. Aga kuidas saavad ettevõtted hiljem Cu ise kätte?

Vaske kivimitest eraldamiseks on kolm peamist viisi:

• elektrolüüt;
• pürometallurgiline;
• hüdrometallurgiline.

Pürometallurgiline flotatsioonimeetod

Seda tehnoloogiat kasutatakse tavaliselt vase eraldamiseks kivimitest, mis sisaldavad 1,5–2% Cu. Sellist materjali rikastatakse flotatsioonimeetodiga. Samal ajal:

• maak jahvatatakse hoolik alt peeneks pulbriks;
• segage saadud materjal veega;
• lisage massile spetsiaalseid flotatsioonireaktiive, mis on keerulised orgaanilised ained.

Flotatsioonireaktiivid katavad erinevate vaseühendite väikesed terakesed ja tagavad neile mittemärguvuse.

Järgmine samm:

• vette lisatakse vahtu tekitavaid aineid;
• laskke vedrustusest läbi tugev õhuvool.

Vaseühendite kerged kuivad osakesed kleepuvad õhumullide külge ja hõljuvad üles. Neid sisaldav vaht kogutakse kokku, pressitakse veest välja ja kuivatatakse põhjalikult. Selle tulemusena saadakse kontsentraat, millest seejärel eraldatakse toor Cu.

Kuidas maagist vaske kaevandatakse: rikastamine röstimise teel

Tööstuses kasutatakse flotatsioonimeetodit üsna sageli. Kuid mõnikord kasutatakse vasemaagi rikastamiseks ka röstimistehnoloogiat. Seda tehnikat kasutatakse kõige sagedamini suures koguses väävlit sisaldavate maakide puhul. Sellisel juhul soojendatakse materjal temperatuurini 700-8000 °C. Selle tulemusena oksüdeeruvad sulfiidid kivimi väävlisisalduse vähenemisega.

Järgmisel etapil sulatatakse sel viisil valmistatud maak šahtahjudes temperatuuril 14 500 °C. Lõppkokkuvõttes saadakse selle tehnoloogia kasutamisel matt - vase ja raua sulam. Lisaks parandatakse seda ühendust muundurite puhumisega. Selle tulemusena läheb raudoksiid räbu ja väävel SO4-sse.

Puhase vase tootmine: elektrolüüs

Flotatsiooni- ja röstimismeetodite kasutamisel saadakse mullvask. Tegelikult sisaldab selline materjal umbes 91% Cu. Puhtama vase saamiseks rafineeritakse töötlemata vaske veelgi.

Sel juhul valatakse esm alt primaarsest vasest paksud anoodplaadid. Järgmine:

• korjake vanni vasksulfaadi lahus;
• vannitoas rippumasanoodplaadid;
• Katoodidena kasutatakse õhukesi puhta vase lehti.

Elektrolüüsireaktsiooni käigus lahustub anoodidel vask ja sadestub katoodidele. Vase ioonid liiguvad katoodi poole, võtavad se alt elektrone ja lähevad Cu+2+2e aatomiteks?>Cu.

Blistervases sisalduvad lisandid võivad puhastamisel käituda erinev alt. Tsink, kaadmium, raud lahustuvad anoodil, kuid ei setti katoodile. Fakt on see, et elektrokeemilise pinge seerias on need vasest vasakul, see tähendab, et neil on rohkem negatiivseid potentsiaale.

Vasksulfaat saadakse sulfiidmaagi aeglasel oksüdeerimisel hapnikuga vasksulfaadiks CuS + 2O₂ > CuSO_{4. Seejärel leostatakse sool veega välja.}

Hüdrometallurgiline meetod

Sel juhul kasutatakse väävelhapet vase leostamiseks ja rikastamiseks. Seda tehnoloogiat kasutava reaktsiooni tulemusena saadakse Cu ja teiste metallidega küllastunud lahus. Seejärel eraldatakse sellest vask. Seda tehnikat kasutades saab lisaks blistervasele saada ka muid metalle, sealhulgas väärismetalle. Igal juhul kasutatakse seda tehnoloogiat kõige sagedamini Cu ekstraheerimiseks kivimitest, mis pole seda liiga rikkad (alla 0,5%).

Kodus vask

Selle metalli eraldamine sellega küllastunud maakidest on seega tehnoloogiliselt suhteliselt lihtne. Mõned on seetõttu huvitatud sellest, kuidas kodus vaske kaevandada. Hankige see metall maagist, savist jne oma kätega, ilmaerivarustuse kättesaadavus on aga väga keeruline.

Mõned on näiteks huvitatud sellest, kuidas oma kätega savist vaske ekstraheerida. Tõepoolest, looduses leidub selle materjali maardlaid, mis on samuti rikas Cu poolest. Kahjuks pole aga teadaolevaid tõestatud tehnoloogiaid vase saamiseks kodus savist.

Oma kätega saab seda metalli kodus proovida isoleerida ehk ainult vasksulfaadist. Selleks tuleb viimane esm alt vees lahustada. Järgmiseks peate saadud segusse lihts alt mõne rauast eseme asetama. Mõne aja pärast kaetakse viimane - asendusreaktsiooni tulemusena - vaskkattega, mille saab seejärel lihts alt ära puhastada.