Технологии добычи меди и ее место в современной промышленности

Месторождения на карте мира

Самые большие запасы руды расположены в Чили – 34% от общемировых. В США и Перу находится по 9% залежей ископаемого. На Восточную Сибирь, Урал и Кольский полуостров приходится 5% месторождений.

Мировые месторождения меди расположены на Африканском континенте, в Южной Америке, Канаде, Австралии. Из европейских стран ими наиболее богата Польша. Известны месторождения в Китае и Монголии.

Порфировые и жильные месторождения располагаются в Западном Тихоокеанском поясе, районах средиземноморья. Обладают ими Казахстан, Армения, Узбекистан.

Карта месторождений меди в мире

Резервы

Геологическая служба США различает следующие две категории:

• База запасов — это та часть идентифицированного ресурса, которая соответствует конкретным минимальным физическим и химическим критериям для текущих методов добычи и производства, включая содержание , качество , толщину и глубину . Публикация данных по складской базе была остановлена ​​Геологической службой США в 2009 году.
• Запасы — это та часть базы поставок, которую можно экономично добыть или добыть в данный момент. Этот термин не обязательно означает, что вытяжные системы установлены и работают. Резервы содержат только пригодные для эксплуатации вещества.

Здесь перечислены запасы стран с наибольшей добычей.

Цифры в тысячах тонн (2018 г.)

Разновидности медных руд

Классификация руды по генетическим и геологическим особенностям:

• стратиформная — это песчаники и сланцы;
• колчеданная – жильная медь и самородки;
• гидротермальная — ее называют медно-порфировой формой;
• скарновые породы;
• магматические — эта руда содержит никель;
• карбонатные — имеют железомедный и карбонатитовый состав.

Природные минералы, содержащие медь

Борнит. Сульфидная руда, ее состав определяет выражение Cu5FeS4. Различают два полиморфных вида – низкотемпературный и высокотемпературный. Температура плавления которых, соответственно, меньше или больше 228 градусов.

Существует ранний неустойчивый сульфид, легко разрушаемый водой и ветром. Другой тип – эндогенный, имеет непостоянный химический состав за счет примесей таких элементов как галенит, пирит, халькозин, халькопирит. Борнит называют пестрым колчеданом. Характеристика этих минералов зависит от их происхождения.

Халькопирит. Формулой CuFeS2 определяется его состав. Известен под названием медный колчедан. Относится к полиметаллическим. Может существовать в виде скарн и горных грейзенов.

Халькозин. Содержит 79,8% меди и 20,2% серы. Очень красивый, зеркальная поверхность имеет сероватый оттенок, бывает черным.

Существуют редкие ископаемые, содержащие элементы меди:

• куприт (Cu2O), оксид, замечен среди месторождений малахита и самородков;
• ковеллин, содержит 66,5% основного элемента и серу. Впервые найден в окружении вулкана Везувий. Добывается в США, Греции, Чили;
• малахит. Камень, который применяется для различных поделок. Полиметаллическая руда. Нижний Тагил – место больших залежей этого минерала;
• азурит. Это лазурь, камень синего цвета. Основные места его добычи – Африка, Австралия, Англия, Балканские страны. Залегает вблизи сульфидных месторождений.

Медно-порфировые формы включают молибден, золото, халькопирит, пирит. Их находят в залежах небогатых горных пород. Имеют форму прожилковых вкраплений штокверкового типа.

Из каких руд получают медь

Медь крайне редко встречается в виде самородков. Она всегда добывается с дополнительными примесями. Самый большой самородок был найден в США. Он имеет вес более 420 тонн.

Всего 20 видов используются в тяжелой промышленности. Самые известные и широко применяемые из них — халькозин, халькопирит и борнит. Каковы их свойства?

1. Халькозин — наиболее концентрированная медь. Здесь ее концентрация может быть до 80 %.
2. Халькопирит — медь, входящая в состав полиметаллов и имеющая гидротермальное происхождение.
3. Борнит — этот вид имеет синеватый оттенок из-за примесей железа и серебра. Концентрация — более 60 %.
4. Ковелин — относится к гидротермальной группе, как и халькопирит. Концентрация составляет 64 %.

Именно из этих руд получают большую часть металла, которая потом используется человеком.

Способы добычи минерала

В России расположены залежи типа сланцев и песчаника. Здесь имеют место медноколчеданная, медно-никелевая и медно-порфировая формы. В горнодобывающей промышленности применяются различные методы извлечения ископаемых из недр земли.

В зависимости от глубины залегания, руда добывается открытым или закрытым методом. Существуют стандарты, которые определяют целесообразность глубины выработки слоев грунта, применение технологий, снижающих их затратность.

Технология работ включает следующее:

• применение самоходной техники;
• производство непосредственно извлечения руды;
• заполнение материалами образовавшиеся пустоты, чтобы сделать дальнейшие работы безопасными.

При открытом способе ископаемые выбираются слоями, это обеспечивает их наиболее полное использование. Для карьеров большой глубины подойдет технология циклично-поточных работ, это зависит от особенностей залегания слоев.

Отрицательные последствия добычи полезных ископаемых

При залегании пластов на глубине от 500 до 1000 м и глубже, удобен закрытый способ добычи меди. Для этого необходимы вибрационные механизмы, производится сплошная выемка породы и доставка ее на поверхность. Образовавшиеся под землей пустоты заполняют, для этого применяют футерованные резиной или базальтовой смолой трубы.

Промышленность по переработке полезных ископаемых экономически выгодно располагать в непосредственной близости к местам их добычи. Здесь же необходимо строить заводы по утилизации отходов после переработки. Это может способствовать выделению различных полезных продуктов. К примеру, переработка сернистого газа позволяет получить полезные удобрения с содержанием серы.

Технологии производства

Добытая руда имеет низкую концентрацию меди. Для получения одной тонны металла в среднем понадобится 200 тонн руды. Для его извлечения современная металлургическая промышленность применяет следующие технологии:

• гидрометаллургическая;
• пирометаллургическая;
• электролиз.

Пирометаллургический метод обогащения породы использует для переработки халькопирит. Эта распространенная технология использует два этапа работы. Первое – окислительный обжиг, так называемая флотация. Получаемый черновой концентрат содержит 10–35% чистого вещества. Затем производят рафинирование меди и добавление купороса к раствору. В результате выделяют цветной металл почти стопроцентной чистоты.

При гидрометаллургическом способе происходит выщелачивание металла, затем добавляется серная кислота. В итоге получают раствор, в котором выделяется медь и различные металлы, могут быть драгоценные. Эта технология применима для производства меди из бедных пород.

Для окислительного обжига минералов с высоким содержанием серы нагревают руду до 700–8000 градусов, при этом количество серы уменьшается вдвое. Получается сплав сульфидов. Боковой обдув в конвекторе позволяет получить черновую медь 91%. Для более высокой чистоты металла происходит электролитическое рафинирование, получают 99% состав.

В промышленности этот элемент в чистом виде практически не применяется. Больше всего известны сплавы:

• латунь – сплав с цинком;
• бронза – с оловом;
• различные баббиты – сплав со свинцом;
• мельхиор – в состав добавлен никель;
• дюраль – соединение с алюминием;
• ювелирные сплавы, где добавляется золото в различных процентных соотношениях.

Стадии пирометаллургического производства меди

Существует несколько методов переработки руды, из которых пирометаллургический наиболее экономичный. Данный способ не только обеспечивает высокую производительность, но и позволяет получать сопутствующие металлы. Сниженное количество вредных атмосферных выбросов также стоит отнести к преимуществам пирометаллургического метода переработки.

Обогащение

Из карьера или шахты руда попадает на обогатительный комбинат. Здесь ее измельчают дробильные машины. Так как содержание меди в руде невысоко, то далее необходимо произвести обогащение. Для этого применяется метод флотации.

Сырье загружают в специальную емкость, куда затем подают раствор, который представляет собой воду с добавлением флотореагентов. Действие данных веществ может быть различным, но назначение одинаково — они должны повысить выработку металла.

Сквозь смесь водного раствора и руды пропускают пузырьки воздуха. Частицы металла прилипают к ним и поднимаются наверх, образуя пену. Затем происходит разделение осадка — пустой породы, пены — выделяемого металла, водного раствора. Собранная пена поступает на дальнейшую переработку.

Обжиг

В выделенном методом флотации концентрате содержится большое количество примесей, которые необходимо удалить. Для этого руду отправляют в печь, где она подвергается термическому воздействию при температуре порядка 800 °C.

Таким методом выжигается сера. Под действием тепла образуется оксид серы, который затем испаряется. Металлические же примеси, например, железо, переходят в легкошлакуемое состояние, что упрощает их дальнейшее удаление.

Плавка на штейн

Массу, получившуюся после обжига, подвергают сушке. Затем ее помещают внутрь печи, где идет плавка при температурах до 1450 °C. Далее происходит разделение расплава на штейн, состоящий из сульфидов металлов, шлак, представляющий собой оксиды, и газообразную фракцию, которую применяют для изготовления серной кислоты.

Плавка может проводиться по нескольким технологиям. Принципиально различают плавку в жидкой ванной и взвешенную плавку. Эти процессы являются автогенными и преимущественно используются для создания штейнов. Кроме них применяются электроплавка, отражательная плавка, шахтная плавка.

На выходе получают слитки весом до полутора тонн. Содержание меди в них достигает 96 %. Остальную часть составляют: железо — 0,04 %, сера — 0,1 %. Еще 0,5 % — другие металлы: олово, серебро, никель, золото. Сплав носит наименование «черновая медь», маркируется как МЧ1-6, где цифры от 1 до 6 характеризуют содержание меди.

Рафинирование с использованием катодной меди

На данном этапе происходит получение чистой меди электрохимическим способом. В ванну с электролитом помещают слиток чернового металла, который используется как анод, и пластины чистого металла — они выполняют роль катода.

После подключения электричества молекулы меди, покидая черновой анод, осаждаются на пластинах чистого металла. Примеси других веществ выпадают осадком в виде шлама, который собирают и отправляют на переработку. Весь процесс длится около месяца, как результат — получается металл с содержанием меди 99,99 %.

Области применения

Одной из областей применения является электротехническая промышленность. Кабели и электрические провода включают жилы из чистого металла, что увеличивает их электропроводность. Сплавы с никелем подходят для приборостроения, соединения с вольфрамом – это нити накаливания в лампочках.

Применение меди

Латунь применяется в пищевой и химической промышленности. В сельском хозяйстве медь используют как удобрение. Медный купорос известен садоводам, им обрабатывают растения для защиты от болезней и вредителей.

В строительстве такие сплавы просто незаменимы. Кровельное покрытие с образовавшейся на нем патиной имеет красивый вид и очень долговечно.

Медицинская промышленность не обходится без этого химического элемента. Широко используется в лекарствах.

В машиностроении из бронзы делают подшипники, теплообменники, различные конструктивные элементы механизмов. Металл используют в порошковой металлургии для изготовления фрикционных деталей.

Мировые запасы

Мировые подтвержденные запасы меди оцениваются в пределах от 654 млн. до 1600 млн.т.

Медь – цветной металл, который потребляется многими видами промышленности. Самой выгодной рудой для производства является борнит. Это обусловлено его высоким содержанием и большими залежами в мировых недрах. К добыче меди пригодны породы, содержащие ее 0,5–1%. Больше всего распространены руды с добавками никеля. Они составляют 90% всех медесодержащих ископаемых, экономически выгодных для горнодобывающей промышленности.

Крупнейшие месторождения меди расположены в Чили – 34% всех мировых запасов, что составляет 140 млн тонн.

Государства, имеющие самые крупные запасы в мире, это: США – 35 млн тонн, Индонезия – 35, Перу – 30, Австралия – 24, Китай – 26, Россия – 20.

Общемировые запасы медесодержащих руд оцениваются в 467 млн тонн. Геологи утверждают, что в мировом океане находится около 5 млрд тонн залежей такой руды.

Фундаментальный анализ меди

Медь является одним из металлов, торговля которым ведётся на финансовых рынках. Медь широко используется в производстве и находит применение в следующих сферах (в скобках указана доля направляемой в эти сферы меди на данный момент): 1. Строительство ( 43% ). 2. Элетроэнергетика ( 20% ). 3. Транспорт ( 20% ). 4. Основные потребительские товары ( 10% ). 5. Производственное оборудование ( 7% ).

Для справедливой оценки стоимости меди необходимо рассмотреть факторы, влияющие на спрос и предложение, на добычу и потребление.

Добыча меди и её мировые запасы на 2022 по данным «United States Geological Survey» таковы:

Согласно этим данным мировых запасов меди хватит на 42,89 года при спросе на уровне 2022 года. Предполагаемое количество недобытой меди на Земле оценивается в районе 3 миллиардов тонн .

ПОТРЕБЛЕНИЕ.

Основным потребителем меди на данный момент является Китай, который потребляет около половины всей производимой меди. Интересная динамика наблюдается в области транспорта. Если до 2019 года на транспорт уходило около 13% всей добываемой меди, то в 2019 это число уже составило 20% и будет расти дальше, что связано с увеличением производства пассажирских электромобилей, для которых нужно больше меди, чем для обычных автомобилей и, по оценках ряда экспертов из «International Copper Association», это может увеличить потребление меди в транспортной сфере до 8 миллионов тонн в год к 2030 году (с 4 миллионов тонн в год в 2022 году). Электромобили, электроэнергетика и строительство будут повышать спрос на медь на 415000 тонн ежегодно.

ИСТОРИЧЕСКИЕ ЦЕНЫ.

Средние цены на медь и объёмы добычи ха предыдущие пять лет приведены в следующей таблице:

ПОСЛЕДСТВИЯ ЛОКДАУНА.

Локдаун привёл к снижению добычи меди крупными производителями и сокращению инвестиций в новые проекты. Согласно данным Refinitiv, добыча меди в следующие пять леть будет в среднем на 2,2% более ранних прогнозов, что приведёт к общему снижению предложения за этот период времени на 3 миллиона тонн меди , а в среднем составит 23 миллиона тонн в год.

ВОЗМОЖЕН ЛИ ДЕФИЦИТ МЕДИ?

Следует отметить, что ещё в 2022 году остро встал вопрос о дефиците меди. Согласно утверждениям генерального директора Уральской горно-металлургической компании Евгения Брагина, в 2020-2024 году будет повышение потребления меди на 415000 тонн ежегодно, стимулировать рост потребления меди будут строительство, электроэнергетика и автомобильная промышленность (электромобили). И при учёте того, что в мире ещё достаточно запасов меди, инвестиции в геологоразведку становятся необоснованными, дорогими и рискованными, с окупаемостью риска при стоимости меди на уровне выше 10000 долларов за тонну . А в существующих месторождениях наблюдается обеднение руд. Согласно опасениям этой компании, нехватка меди может начать ощущаться уже в 2022 году, а с учётом локдауна и снижения добычи меди эта дата переносится на 2023-2024 год.

ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЕДИ.

Вторичная переработка меди. Себестоимость производства одной тонны рафинированной меди из лома и отходов в среднем на 35% ниже себестоимости её производства из рудного сырья. В США переработанная из отходов медь составляет около 12% по отношению к добываемой из руды. В Европе эта доля доходит до 50% . В мировом производстве эта доля составляет 29% . С учётом того, что медь подвергается вторичной переработке с весьма незначительными потерями в своих свойствах, то здесь есть широкое пространство для развития сферы переработки.

ОСЛАБЛЕНИЕ ДОЛЛАРА.

В течение 2022 года доллар США претерпевает существенное ослабление и ожидается его значительное ослабление при сворачивании программы QE, а её рано или поздно свернут, это лишь вопрос времени. Этот фактор будет играть в пользу повышения стоимости меди, особенно с учётом того, что в условиях экономической нестабильности инвесторы стремятся разместить свои средства в тех активах, которые будут наименее подвластны обесценению. Драгоценные металлы являются слишком дорогими для этих целей и не играют столь существенной роли в производстве, как медь, что делает её одним из наиболее надёжных защитных активов.

РОССИЙСКИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ МЕДИ.

В небольшое отступление хотелось бы указать основных производителей меди в России, их три: 1. Норникель (тикет на МосБирже: GMKN). 2. Уральская горно-металлургическая компания (компания на бирже на данный момент не представлена, ранее были доступны её «дочки»). 3. Русская медная компания (компания на бирже на данный момент не представлена). Норникель добывает около 42% общего объёма производства в России, УГМК — около 40% , РМК — около 18% . Все вместе эти три компании выплавляют около 1 млн. тонн ежегодно, из которых экспортируется до 800 тысяч тонн. Так что если инвестировать не в саму медь, а в добывающую компанию, то среди российских активов доступен только Норникель, показатели деятельности которой немного выходят за пределы данного анализа.

ВЫВОДЫ НА ОСНОВЕ ВЫШЕИЗЛОЖЕННЫХ ДАННЫХ.

На основе исторических данных можно с большой долей уверенности сказать, что минимальным уровнем стоимости меди сейчас является 6000 долларов за тонну , что является средним значением стоимости меди за предыдущие пять лет с учётом инфляции и без учёта повышения спроса на неё и текущего ослабления доллара. С учётом повышения спроса и высокой себестоимостью геологоразведки можно с большой долей уверенности назвать уровень 10000 долларов за тонну как долгосрочную цель роста меди на ближайшие пять лет. При достижении этой цели станет высокорентабельной вторичная переработка меди, а разработка новых месторождений будет более интересным с точки зрения инвестиций, что будет сдерживать дальнейший рост стоимости меди.

Заинтересованные в инвестировании в медь лица могут рассмотреть для этой цели расчётные фьючерсные контракты серии » Co » (от слова «Copper» — «Медь»), обращающиеся на Московской Бирже.

Всё вышенаписанное инвестиционной рекомендацией не является.

Источник