Kupferproduktion: Wie wird Kupfer hergestellt?

Kupfer wird typischerweise aus Oxid- und Sulfiderzen extrahiert, die zwischen 0,5 und 2,0 Prozent Kupfer enthalten.

Die von Kupferproduzenten verwendeten Raffinationstechniken hängen vom Erztyp sowie von anderen wirtschaftlichen und ökologischen Faktoren ab. Derzeit werden etwa 80 Prozent der weltweiten Kupferproduktion aus Sulfidquellen gewonnen.

Ungeachtet des Erztyps muss das abgebaute Kupfererz zuerst konzentriert werden, um Gangart, unerwünschte Materialien, die in das Erz eingebettet sind, zu entfernen.

Der erste Schritt in diesem Prozess ist das Zerkleinern und Pulverisieren von Erz in einer Kugel- oder Stabmühle.

Sulfid-Erze

Nahezu alle Sulfid-Kupfererze, einschließlich Chalcocit (Cu ₂ S), Chalkopyrit (CuFeS ₂ ) und Covellit (CuS), werden behandelt durch schmelzen.

Nach dem Zerkleinern des Erzes zu einem feinen Pulver wird es dann durch Schaumflotation konzentriert, was das Mischen des pulverförmigen 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 begünstigt.

Luftstrahlen werden durch das Wasser geschossen und bilden Blasen, die die wasserabweisenden Kupferteilchen an die Oberfläche treiben. Der Schaum, der etwa 30 Prozent Kupfer, 27 Prozent Eisen und 33 Prozent Schwefel enthält, wird abgeschöpft und zum Rösten gebracht.

Wenn wirtschaftlich, können auch kleinere 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 932-1292 ° F (500-700 ° 999 C) wird ein Großteil des verbleibenden Schwefelanteils als Sulfidgas verbrannt. was zu einer kalzinierten Mischung von Kupferoxiden und Sulfiden führt. Flussmittel werden zu dem kalzinierten Kupfer hinzugefügt, das nun zu etwa 60 Prozent rein ist, bevor es wieder erhitzt wird, diesmal auf 2192 ° F (1200 ° C). Bei dieser Temperatur verbinden sich die Kieselsäure- und Kalkstein-Flussmittel mit unerwünschten Verbindungen wie Eisenoxid und bringen sie als Schlacke an die Oberfläche. Die verbleibende Mischung ist ein geschmolzenes Kupfersulfid, das als "matt" bezeichnet wird.

Der nächste Schritt im Raffinationsprozess besteht darin, flüssigen Stein zu oxidieren, um Eisen zu entfernen und wiederum den Sulfidgehalt als Schwefeldioxid zu verbrennen. Das Ergebnis ist 97-99 Prozent Blisterkupfer. Der Begriff "Blasenkupfer" stammt von den Blasen, die Schwefeldioxid auf der Oberfläche des Kupfers erzeugt.

Um marktfähige Kupferkathoden herzustellen, muss Blasenkupfer zunächst in Anoden gegossen und elektrolytisch behandelt werden. Eingetaucht in einen Behälter aus Kupfersulfat und Schwefelsäure, zusammen mit einer reinen Kupferkathoden-Startschicht, wird das Blasenkupfer die Anode in einer galvanischen Zelle. Edelstahl-Kathodenrohlinge werden auch in einigen Raffinerien verwendet, beispielsweise in der Kupfermine Kennecott von Rio Tinto in Utah.

Wenn ein Strom eingeführt wird, beginnen Kupferionen zur Kathode oder zum Starterblatt zu wandern, wobei 99,9-99 gebildet werden. 99% reine Kupferkathoden.

Oxid Erz-Verarbeitung und SX / EW

Nach dem Zerkleinern oxidischer Kupfererze, wie Azurit (2CuCO

3

· Cu (OH) 3), Brochantit (CuSO _{4 >), Chrysocolla (CuSiO} 3 _{· 2H} 2 O) und Cuprit (Cu2O), verdünnte Schwefelsäure, wird auf die Oberfläche des Materials auf Laugungskissen oder in Laugungstanks aufgebracht. _{Während die Säure durch das Erz rieselt, verbindet sie sich mit dem Kupfer und bildet eine schwache Kupfersulfatlösung.} Die so genannte "trächtige" Laugenlösung (oder trächtige Flüssigkeit) wird dann unter Verwendung eines hydrometallurgischen Verfahrens verarbeitet, das als Lösungsmittelextraktion und Elektrogewinnung (oder SX-EW) bekannt ist. _{Bei der Lösungsmittelextraktion wird das Kupfer aus der Mutterlauge unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels oder Extraktionsmittels gestrippt. Während dieser Reaktion werden Kupferionen gegen Wasserstoffionen ausgetauscht, wodurch die saure Lösung zurückgewonnen und im Auslaugungsprozess wiederverwendet werden kann.} Die kupferreiche wässrige Lösung wird dann in einen elektrolytischen Tank überführt, in dem der elektrogen gewinnende Teil des Prozesses stattfindet. Unter elektrischer Ladung wandern Kupferionen von der Lösung zu Kupferstartkathoden, 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 "Schlamm" an und können durch weitere Verarbeitung zurückgewonnen werden.

Elektronisch gewonnene Kupferkathoden sind von gleicher oder höherer Reinheit als solche, die durch traditionelles Schmelzen erzeugt werden, erfordern jedoch nur ein Viertel bis ein Drittel der Energiemenge pro Produktionseinheit.

Die Entwicklung von SX-EW hat die Kupfergewinnung in Gebieten ermöglicht, in denen Schwefelsäure nicht verfügbar ist oder nicht aus Schwefel im Kupfererzkörper hergestellt werden kann, sowie aus alten Sulfidmineralen, die durch Luft oder Bakterien oxidiert wurden. Auslaugen und andere Abfallstoffe, die zuvor unbearbeitet entsorgt worden wären.

Kupfer kann alternativ aus der schwangeren Lösung durch Zementierung unter Verwendung von Eisenschrott ausgefällt werden. Dies erzeugt jedoch weniger reines Kupfer als SX-EW und wird daher weniger häufig verwendet.

In-Situ Leaching (ISL)

In-situ Leaching wurde auch zur Rückgewinnung von Kupfer aus geeigneten Bereichen von Erzvorkommen eingesetzt.

Bei diesem Verfahren werden Bohrlöcher gebohrt und eine Sickerwasserlösung - meist Schwefel- oder Salzsäure - in den Erzkörper gepumpt. Das Sickerwasser löst Kupfermineralien auf, bevor es über ein zweites Bohrloch zurückgewonnen wird. Eine weitere Veredelung mittels SX-EW oder chemische Fällung führt zu marktfähigen Kupferkathoden.

ISL wird oft auf minderwertigem Kupfererz in verfüllten Stollen (auch bekannt als

Stollenlaugung

) Erz in Hohlräumen von Untertagebergwerken durchgeführt.

Zu ​​den für die ISL am besten geeigneten Kupfererzen zählen die Kupfercarbonate Malachit und Azurit sowie Tenorit und Chrysokoll.

Die weltweite Minenproduktion von Kupfer wird vom US Geological Survey auf 16 geschätzt.1 Million metrische Tonnen in 2011. Die Hauptquelle des Kupfers ist Chile, das ungefähr ein Drittel der gesamten weltweiten Versorgung produziert. Andere große Produzenten sind die USA, China und Peru. Aufgrund des hohen Werts von reinem Kupfer kommt heute ein Großteil der Kupferproduktion aus recycelten Quellen. In den USA macht recyceltes Kupfer rund 32 Prozent des Jahresangebots aus. Weltweit wird diese Zahl auf 20 Prozent geschätzt. Der größte koreanische Kupferproduzent weltweit ist das chilenische Staatsunternehmen Codelco. Codelco produzierte im Jahr 2010 76 Millionen Tonnen raffiniertes Kupfer, das sind rund 11% der gesamten Weltproduktion. Andere große Produzenten sind Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. und Xstrata Plc.

Quellen

Schulwissenschaft. co. Vereinigtes Königreich. Kupfer - ein lebenswichtiges Element. Kupferbergbau.

URL: // Ressourcen. Schulwissenschaft. co. Vereinigtes Königreich / cda / 14-16 / cumining / copch2pg2. HTML

Wikipedia. Kupferextraktionstechniken.

URL: // de. Wikipedia. org / wiki / Copper_extraction

Kupferentwicklungsgesellschaft. Produktion.
URL: // www. Kupfer. Org / Schulbildung / Kupferproduktion /