Як здабываюць і перапрацоўваюць металічныя руды
Здабыча і перапрацоўка металаў з іх руд — гэта складаны і спецыфічны працэс, які залежыць ад тыпу здабываемага металу. Металічныя руды — гэта горныя пароды або мінералы, з якіх можна з прыбыткам здабываць металы. У гэтым артыкуле падрабязна апісаны метады і прыёмы, якія выкарыстоўваюцца пры здабычы і перапрацоўцы металічных руд, а таксама праблемы і нядаўнія інавацыі ў гэтай галіне.
1. Здабыча руды
Першым этапам працэсу здабычы металаў з'яўляецца здабыча руды з зямлі. Металічныя руды звычайна сустракаюцца ў выглядзе мінералаў, звязаных з неметалічнымі матэрыяламі. Здабыча можа ажыццяўляцца рознымі метадамі, у тым ліку адкрытым спосабам здабычы, падземным спосабам здабычы і бурэннем свідравін.
1.1 Адкрытая здабыча карысных выкапняў
Адкрыты спосаб здабычы карысных выкапняў — гэта метад здабычы руды паблізу паверхні. Гэты метад прадугледжвае выдаленне слаёў глебы і горных парод над рудой для здабывання патрэбных мінералаў. Хоць гэты метад прасцейшы і таннейшы, ён можа нанесці значную шкоду навакольнаму асяроддзю.
1.2 Падземная здабыча карысных выкапняў
Падземная здабыча выкарыстоўваецца для здабычы руды, якая знаходзіцца глыбока пад паверхняй. Гэта прадугледжвае будаўніцтва тунэляў і вертыкальных шахт пад зямлёй для дасягнення радовішчаў руды. Хоць выдаткі на здабычу вышэйшыя і ствараюць большую рызыку для бяспекі работнікаў, гэты метад дазваляе атрымаць доступ да больш глыбокай і каштоўнай руды.
2. Драбненне і здрабненне
Пасля здабычы руды наступным крокам з'яўляецца яе пераўтварэнне ў больш дробную форму шляхам драбнення і памолу. Мэта гэтага працэсу — павялічыць плошчу паверхні руды для паскарэння далейшых этапаў здабычы.
2.1 Знішчэнне
Драбненне руды ажыццяўляецца з дапамогай драбнілкі — вялікай машыны з маятнікам або буйнымі зуб'ямі, якая здрабняе руду на дробныя кавалкі. На гэтым этапе руда памяншаецца да памеру ўсяго некалькі сантыметраў.
2.2 Фрэзераванне
Пасля працэсу драбнення руду здрабняюць на больш дробныя часціцы з дапамогай шаровага млына або
Стрыжневы млын. Памол можа ператварыць руду ў дробны парашок, што палягчае аддзяленне металічных мінералаў ад неметалічных матэрыялаў.
3. Узбагачэнне руды
Наступны крок — павелічэнне канцэнтрацыі металічных мінералаў у рудзе шляхам выдалення неметалічных матэрыялаў. Для ўзбагачэння руды выкарыстоўваецца некалькі асноўных метадаў, у тым ліку флотацыя, гравітацыйнае ўздзеянне і магнітнае спяканне.
3.1 Флотацыя
Флатацыя — гэта фізіка-хімічны метад, які дазваляе аддзяліць мінералы на аснове адрозненняў у іх паверхневых уласцівасцях. У гэтым працэсе рудная суспензія змешваецца з вадой і флотацыйным хімікатам, у выніку чаго пэўныя мінеральныя часціцы прыліпаюць да паветраных бурбалак і ўсплываюць на паверхню. Затым гэтыя плаваючыя мінералы збіраюцца, а больш цяжкія неметалічныя матэрыялы застаюцца на дне.
3.2 Гравітацыя
Гравітацыйны метад выкарыстоўвае розніцу ў шчыльнасці паміж металічнымі мінераламі і пустой пародай (неметалічнымі) матэрыяламі для падзелу. Прыкладамі абсталявання, якое выкарыстоўваецца ў гэтым метадзе, з'яўляюцца адсадныя прылады і сталы для вібрацыі. Цяжэйшыя часціцы апускаюцца ў ніз, а лягчэйшыя часціцы адкідаюцца.
3.3 Магнітны
Магнітная апрацоўка выкарыстоўваецца, калі руда змяшчае ферамагнітныя мінералы. Руду прапускаюць праз моцнае магнітнае поле, аддзяляючы магнітныя мінералы ад немагнітных. Гэта адносна просты і эфектыўны метад для атрымання прыдатных руд.
4. Здабыча металаў
Пасля таго, як руда будзе сканцэнтравана, наступным крокам будзе выманне металу з канцэнтрату. Можна выкарыстоўваць некалькі метадаў, у тым ліку піраметалургію, гідраметалургію і электраметалургію.
4.1 Піраметалургія
Піраметалургія — гэта метад награвання руды або канцэнтрату да высокіх тэмператур для здабывання металаў. Прыкладамі з'яўляюцца абпал, плаўленне і рафінаванне.
4.1.1 Абсмажванне
У працэсе абпалу руда награваецца на паветры для выдалення серы, мыш'яку і іншых лятучых злучэнняў. Гэта пераўтварае руду ў больш лёгка апрацоўваныя аксіды.
4.1.2 Плаўленне
Плаўленне прадугледжвае змешванне руды з флюсам і награванне яе ў печы. Затым расплаўлены метал аддзяляецца ад шлаку, які складаецца з флюсу і непажаданых прымешак.
4.1.3 Ачыстка
На гэтым этапе неапрацаваны метал, атрыманы шляхам плаўлення, падвяргаецца далейшай ачыстцы ад прымешак. Адным з распаўсюджаных метадаў з'яўляецца электрарафінаванне, пры якім для ачысткі металу выкарыстоўваецца электроліз.
4.2 Гідраметалургія
Гідраметалургія прадугледжвае выкарыстанне водных раствораў для растварэння металаў з руд або канцэнтратаў. У гідраметалургіі выкарыстоўваецца некалькі метадаў, у тым ліку вылугаванне, асаджэнне і здабыванне.
4.2.1 Вымыванне
Вылугаванне прадугледжвае выкарыстанне хімічных раствораў для растварэння металаў з цвёрдых матэрыялаў. Напрыклад, цыянідаванне выкарыстоўваецца для здабывання золата, а серная кіслата — для растварэння медзі з аксідных руд.
4.2.2 Ападкі
Пасля растварэння металаў іх можна асаджваць з раствора з дапамогай асадка. Асаджэнне пераўтварае метал з яго іённай формы ў цвёрдае рэчыва, якое затым можна аддзяліць.
4.2.3 Аднаўленне
Аднаўленне — гэта працэс збору металаў з раствораў, якія падвергліся асадкаванню. Гэта можа быць зроблена з дапамогай розных хімічных або фізічных працэсаў.
4.3 Электраметалургія
Электраметалургія выкарыстоўвае электрычнасць для здабывання і ачысткі металаў. Адным з яскравых прыкладаў з'яўляецца працэс электролізу, пры якім іоны металаў у растворы прапускаюцца праз электроды для атрымання чыстага металу на катодзе.
5. Далейшае ўдасканаленне
Пасля здабывання металаў іх часта неабходна дадаткова ачысціць, каб дасягнуць патрэбнай чысціні і якасці. Метады ачысткі ўключаюць электроліз, дыстыляцыю і іншыя хімічныя метады.
5.1 Электроліз
Электроліз — гэта метад ачысткі металаў з выкарыстаннем электрычнага току. Менш чысты метал размяшчаецца на анодзе (станоўчым электродзе), а чысты — на катодзе (адмоўным электродзе). Гэта вельмі эфектыўны метад для такіх металаў, як медзь, нікель і алюміній.
5.2 Дыстыляцыя
Дыстыляцыя выкарыстоўваецца для атрымання лятучых металаў, такіх як цынк і кадмій. Метал награваюць да стану пары, якую затым астуджаюць, каб атрымаць чысты метал.
5.3 Хімічная перапрацоўка
Метады хімічнага рафінавання прадугледжваюць выкарыстанне хімічных рэакцый для выдалення пэўных прымешак з металаў. Гэта можа ўключаць выкарыстанне кіслот, шчолачаў або асадкавых хімікатаў для выдалення існуючых прымешак з металу.
6. Праблемы і інавацыі
Здабыча і перапрацоўка металічных руд сутыкаецца з некалькімі сур'ёзнымі праблемамі, у тым ліку з уздзеяннем на навакольнае асяроддзе, высокім спажываннем энергіі,
і рызыкі для здароўя работнікаў. Аднак тэхналагічныя інавацыі працягваюць развівацца для вырашэння гэтых праблем, адной з якіх з'яўляецца біявылугаванне.
6.1 Біялагічнае вылугаванне
Біявылугаванне — гэта тэхніка, у якой мікраарганізмы выкарыстоўваюцца для растварэння металаў з руд. Гэтая тэхніка экалагічна чыстая і змяншае патрэбу ў небяспечных хімічных рэчывах. Біявылугаванне эксперыментальна выкарыстоўвалася для такіх металаў, як медзь, золата і ўран.
6.2 Зялёныя тэхналогіі
Зялёныя тэхналогіі пастаянна распрацоўваюцца, каб зрабіць працэсы здабычы і перапрацоўкі больш устойлівымі. Гэта ўключае выкарыстанне аднаўляльных крыніц энергіі, перапрацоўку металаў і ўдасканаленыя тэхналогіі ачысткі адходаў для змяншэння ўздзеяння на навакольнае асяроддзе.
6.3 Робататэхніка і аўтаматызацыя
Выкарыстанне робататэхнікі і аўтаматызацыі ў здабычы карысных выкапняў і перапрацоўцы металічных руд таксама набірае абароты. Гэтыя тэхналогіі дапамагаюць павысіць эфектыўнасць, знізіць рызыкі для работнікаў і дазваляюць працаваць у экстрэмальных умовах.
Выснова
Здабыча і перапрацоўка металічных руд — гэта складаны працэс, які патрабуе глыбокіх ведаў і тэхналогій. Ад здабычы і драбнення да ўзбагачэння, праз здабычу і перапрацоўку, кожны этап мае пэўныя праблемы і метады, якія павінны быць старанна кіраваны. Дзякуючы пастаянным інавацыям у тэхналогіях і больш экалагічна чыстым метадам, гэты працэс працягвае развівацца, каб задавальняць попыт на металы больш эфектыўным і ўстойлівым спосабам для планеты.
