Die von den Kupferproduzenten angewandten Raffinationstechniken hängen vom Erztyp sowie anderen wirtschaftlichen und umweltbedingten Faktoren ab. Gegenwärtig werden etwa 80 Prozent der weltweiten Kupferproduktion aus Sulfidquellen gewonnen.
Unabhängig von der Art des Erzes muss das abgebaute Kupfererz zuerst konzentriert werden, um die im Erz eingelagerten unerwünschten Stoffe zu entfernen.
Der erste Schritt in diesem Prozess ist das Zerkleinern und Pulverisieren von Erz in einer Kugel- oder Stabmühle.
Sulfid-Erze
Praktisch alle sulfidartigen Kupfererze, einschließlich Chalcocit (Cu 2 S), Chalkopyrit (CuFeS 2 ) und Covellit (CuS), werden durch Schmelzen behandelt.
Nach dem Zerkleinern des Erzes zu einem feinen Pulver wird es dann durch Schaumflotation konzentriert, was das Mischen des gepulverten Erzes mit Reagenzien erfordert, die sich mit dem Kupfer verbinden, um es hydrophob zu machen. Die Mischung wird dann zusammen mit einem Treibmittel in Wasser gebadet, was das Aufschäumen fördert.
Luftstrahlen werden durch das Wasser geschossen und bilden Blasen, die die wasserabweisenden Kupferpartikel an die Oberfläche treiben. Der Schaum, der etwa 30 Prozent Kupfer, 27 Prozent Eisen und 33 Prozent Schwefel enthält, wird abgeschöpft und zum Rösten verwendet.
Wenn es wirtschaftlich ist, können auch weniger Verunreinigungen, die im Erz vorhanden sein können, wie Molybdän , Blei , Gold und Silber , zu diesem Zeitpunkt durch selektive Flotation verarbeitet und entfernt werden.
Bei Temperaturen zwischen 932 und 1292 ° F (500-700 ° C) wird ein großer Teil des verbleibenden Schwefelgehalts als Sulfidgas verbrannt, was zu einer kalzinierten Mischung aus Kupferoxiden und Sulfiden führt.
Dem Kalzin-Kupfer, das nun zu etwa 60 Prozent rein ist, werden Flussmittel zugesetzt, bevor es erneut erhitzt wird, diesmal auf 2192 ° F (1200 ° C).
Bei dieser Temperatur verbinden sich die Flussmittel aus Siliciumdioxid und Kalkstein mit unerwünschten Verbindungen wie Eisenoxid und bringen sie an die Oberfläche, um als Schlacke entfernt zu werden. Die verbleibende Mischung ist ein geschmolzenes Kupfersulfid, das als "matt" bezeichnet wird.
Der nächste Schritt im Raffinationsverfahren besteht darin, flüssigen Stein zu oxidieren, um Eisen zu entfernen und wiederum den Sulfidgehalt als Schwefeldioxid abzubrennen. Das Ergebnis ist 97-99 Prozent Blisterkupfer. Der Ausdruck "Blasenkupfer" kommt von den Blasen, die durch Schwefeldioxid auf der Oberfläche des Kupfers erzeugt werden.
Zur Herstellung von Kupferkathoden mit Marktqualität muss Blisterkupfer zuerst in Anoden gegossen und elektrolytisch behandelt werden. Eingebettet in einen Behälter aus Kupfersulfat und Schwefelsäure, zusammen mit einem Kathodenstartblatt aus reinem Kupfer, wird das Blisterkupfer zur Anode in einer galvanischen Zelle. In einigen Raffinerien, wie der Kennecott Copper Mine von Rio Tinto in Utah, werden auch Kathodenrohlinge aus rostfreiem Stahl verwendet.
Wenn ein Strom eingeführt wird, wandern Kupferionen zu der Kathode oder dem Starterblatt und bilden 99,9-99,99% reine Kupferkathoden.
Oxid-Erz-Verarbeitung und SX / EW
Nach dem Zerkleinern von Kupfererzen vom Oxidtyp, wie Azurit (2CuCO 3 · Cu (OH) 3), Brochantit (CuSO 4 ), Chrysokoll (CuSiO 3 · 2H 2 O) und Cuprit (Cu 2 O), wird verdünnte Schwefelsäure auf die Oberfläche des Materials auf Auslaugauflagen oder in Auslaugbehältern.
Wenn die Säure durch das Erz rieselt, verbindet sie sich mit dem Kupfer und bildet eine schwache Kupfersulfatlösung.
Die so genannte "schwangere" Laugungslösung (oder schwangere Lauge) wird dann unter Verwendung eines hydrometallurgischen Prozesses, bekannt als Lösungsmittelextraktion und Elektrogewinn (oder SX-EW), verarbeitet.
Die Lösungsmittelextraktion beinhaltet das Strippen des Kupfers von der übersättigten Lauge unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels oder Extraktionsmittels. Während dieser Reaktion werden Kupferionen gegen Wasserstoffionen ausgetauscht, wodurch die Säurelösung wiedergewonnen und im Auslaugprozess wiederverwendet werden kann.
Die kupferreiche wässrige Lösung wird dann in einen Elektrolysetank überführt, wo der elektrogewinnende Teil des Verfahrens stattfindet. Unter elektrischer Ladung wandern Kupferionen von der Lösung zu Kupferstarterkathoden, die aus hochreiner Kupferfolie hergestellt sind.
Andere Elemente, die in der Lösung vorhanden sein können, wie Gold, Silber, Platin , Selen und Tellur , sammeln sich im Boden des Tanks als "Schleime" und können durch weitere Verarbeitung wiedergewonnen werden.
Elektrokonservierte Kupferkathoden sind von gleicher oder höherer Reinheit als jene, die durch herkömmliches Schmelzen hergestellt werden, benötigen jedoch nur ein Viertel bis ein Drittel der Energiemenge pro Produktionseinheit.
Die Entwicklung von SX-EW ermöglichte die Kupfergewinnung in Gebieten, in denen Schwefelsäure nicht verfügbar ist oder nicht aus Schwefel innerhalb des Kupfererzkörpers hergestellt werden kann, sowie aus alten Sulfidmineralien, die durch Exposition gegenüber Luft- oder Bakterienauslaugung und anderen oxidiert wurden Abfallstoffe, die zuvor unverarbeitet entsorgt worden wären.
Kupfer kann alternativ aus der trächtigen Lösung durch Zementation unter Verwendung von Alteisen ausgefällt werden. Dies erzeugt jedoch ein weniger reines Kupfer als SX-EW und wird daher weniger oft verwendet.
In-Situ-Laugung (ISL)
In-situ-Laugung wurde ebenfalls verwendet, um Kupfer aus geeigneten Erzlagerstätten zu gewinnen.
Bei diesem Verfahren werden Bohrlöcher gebohrt und eine Sickerwasserlösung - normalerweise Schwefel- oder Salzsäure - in den Erzkörper gepumpt. Das Sickerwasser löst Kupfermineralien auf, bevor es über ein zweites Bohrloch gewonnen wird. Eine weitere Raffination mit SX-EW oder chemische Fällung ergibt marktfähige Kupferkathoden.
ISL wird häufig auf minderwertigem Kupfererz in verfülltem Gestein (auch als Stopflaugung bezeichnet ) oder in Höhlen von Untertagebergwerken eingesetzt.
Zu den Kupfererzen, die am besten für ISL geeignet sind, gehören die Kupfercarbonate Malachit und Azurit sowie Tenorit und Chrysokoll.
Die globale Minenproduktion von Kupfer wird von der US Geological Survey auf 16,1 Millionen Tonnen im Jahr 2011 geschätzt. Die wichtigste Quelle für Kupfer ist Chile, das ungefähr ein Drittel des gesamten Weltangebots produziert. Andere große Produzenten sind die USA, China und Peru.
Aufgrund des hohen Wertes von reinem Kupfer stammt ein Großteil der Kupferproduktion heute aus recycelten Quellen. In den USA macht recyceltes Kupfer etwa 32 Prozent des jährlichen Angebots aus. Weltweit wird diese Zahl auf 20 Prozent geschätzt.
Der größte Kupferproduzent weltweit ist das chilenische Staatsunternehmen Codelco. Codelco produzierte im Jahr 2010 1,76 Millionen Tonnen raffiniertes Kupfer oder etwa 11% der gesamten weltweiten Produktion. Weitere große Produzenten sind Freeport-McMoran Copper & amp; Gold Inc., BHP Billiton Ltd. und Xstrata Plc .
Quellen
Schulwissenschaft.de Kupfer - ein lebenswichtiges Element. Kupferbergbau.
URL: http://resources.schoolscience.co.uk/cda/14-16/cumining/copch2pg2.html
Wikipedia. Kupfer Extraktionstechniken.
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_extraction
Kupfer Entwicklungsverband. Produktion.
URL: https://www.copper.org/education/kupfer-produktion/