Kopparproduktion: Hur tillverkas koppar?

Kopparbearbetning är en komplex process som involverar många steg då tillverkaren bearbetar malmen från dess råa, brytade tillstånd till en ren form för användning i många industrier. Koppar extraheras typiskt från oxid och sulfidmalmer som innehåller mellan 0,5 och 2,0% koppar.

Raffineringsteknikerna som används av kopparproducenter beror på malmtypen samt andra ekonomiska och miljömässiga faktorer. För närvarande utvinns cirka 80% av den globala kopparproduktionen från sulfidkällor.

Oavsett malmtyp måste brytad kopparmalm först koncentreras för att ta bort gangue eller oönskade material inbäddade i malmen. Det första steget i denna process är att krossa och pulverera malm i en kul- eller stångkvarn.

Praktiskt taget alla kopparmalm av sulfid-typ, inklusive kalkocit (Cu₂S), chalcopyrite (CuFeS₂och covellite (CuS), behandlas genom smältning. Efter krossning av malmen till ett fint pulver koncentreras den genom skumflotation, vilket kräver att den pulveriserade malmen blandas med reagens som kombineras med koppar för att göra den hydrofob. Blandningen badas sedan i vatten tillsammans med ett skummedel, vilket uppmuntrar skumning.

Luftstrålar skjuts upp genom vattnet och bildar bubblor som flyter de vattenavvisande kopparpartiklarna till ytan. Skummet, som innehåller cirka 30% koppar, 27% järn och 33% svavel skummas av och tas för rostning.

Om ekonomiska, mindre föroreningar som kan finnas i malmen, t.ex. molybden, bly, guld och silver, kan också bearbetas och tas bort vid denna tidpunkt genom selektiv flotation. Vid temperaturer mellan 932-1292°F (500-700°C), mycket av det återstående svavelinnehållet förbränns som sulfidgas, vilket resulterar i en kalcin blandning av kopparoxider och sulfider.

Flux tillsätts till kalcinkopparen, som nu är cirka 60% ren innan den upphettas igen, denna gång till 2192 ° F (1200 ° C). Vid denna temperatur kombineras kiseldioxiden och kalkstenflödena med oönskade föreningar, såsom järnoxid, och tar dem till ytan för att avlägsnas som slagg. Den återstående blandningen är en smält kopparsulfid benämnd mat.

Nästa steg i förädlingsprocessen är att oxidera flytande matt för att avlägsna järn för att bränna bort sulfidinnehåll som svaveldioxid. Resultatet är 97-99%, blister koppar. Termen blister koppar kommer från bubblorna som produceras av svaveldioxid på kopparnas yta.

För att producera kopparkatoder av marknadsklass måste blisterkoppar först gjutas i anoder och behandlas elektrolytiskt. Nedsänkt i en behållare med kopparsulfat och svavelsyra, tillsammans med en ren kopparkatodstartark, blir blisterkopparen anoden i en galvanisk cell. Katodämnen i rostfritt stål används också vid vissa raffinaderier, till exempel Rio Tintos Kennecott Copper Mine i Utah.

När en ström införs börjar kopparjoner migrera till katoden, eller startarket, och bildar 99,9-99,99% rena kopparkatoder.

Efter krossning av kopparmalm av oxidtyp, såsom azurit (2CuCO)₃ · Cu (OH) 3), brochantit (CuSO₄), chrysocolla (CuSiO₃ · 2H₂O) och cuprite (Cu2O), utspädd svavelsyra appliceras på ytan på materialet på lakdynor eller i lakningstankar. När syran sipprar genom malmen kombineras den med koppar och ger en svag kopparsulfatlösning.

Den så kallade "gravida" lakningslösningen (eller gravidlut) bearbetas sedan med en hydrometallurgisk process som kallas lösningsmedelsekstraktion och elektro-vinnande (eller SX-EW).

Lösningsekstraktion innefattar strippning av koppar från den gravida vätskan med användning av ett organiskt lösningsmedel eller extraktionsmedel. Under denna reaktion byts kopparjoner ut mot vätejoner, vilket gör att syralösningen kan utvinnas och återanvändas vid lakningsprocessen.

Den kopparrika vattenlösningen överförs sedan till en elektrolytisk tank där den elektrovinnande delen av processen sker. Under elektrisk laddning migrerar kopparjoner från lösningen till kopparstartkatoder som är tillverkade av kopparfolie med hög renhet.

Andra element som kan finnas i lösningen, såsom guld, silver, platina, selen och tellur, samlas i tankens botten som slem och kan återvinnas genom ytterligare bearbetning.

Elektro-vann kopparkatoder har samma eller högre renhet än de som produceras genom traditionell smältning men kräver endast en fjärdedel till en tredjedel av energimängden per produktionsenhet.

Utvecklingen av SX-EW har möjliggjort kopparekstraktion i områden där svavelsyra inte finns tillgängligt eller inte kan produceras från svavel i kopparmalmskroppen. som från gamla sulfidmineraler som har oxiderats genom exponering för luft- eller bakterielllakning och andra avfallsmaterial som tidigare skulle ha kasserats obearbetad.

Koppar kan alternativt fällas ut ur den gravida lösningen via cementering med skrotjärn. Detta ger emellertid en mindre ren koppar än SX-EW och används därför mindre ofta.

Utlakning på plats har också använts för att utvinna koppar från lämpliga områden med malmavlagringar.

Denna process involverar borrning av borrhål och pumpning av en lakvattenlösning - vanligtvis svavelsyra eller saltsyra - i malmkroppen. Läckmedlet löser upp kopparmineraler innan det utvinns via ett andra borrhål. Ytterligare raffinering med SX-EW eller kemisk utfällning ger försäljningsbara kopparkatoder.

ISL utförs ofta på kopparmalm av låg kvalitet i återfyllda stoppar (även känd som lutning av lutning) malm i kavlade områden i underjordiska gruvor.

De kopparmalmer som är mest mottagliga för ISL inkluderar kopparkarbonater malakit och azurit, såväl som tenorit och chrysocolla.

Den globala gruvproduktionen av koppar beräknas ha överskridit 19 miljoner ton under 2017. Den främsta källan till koppar är Chile, som producerar ungefär en tredjedel av den totala världsförsörjningen. Andra stora producenter inkluderar USA, Kina och Peru.

På grund av det höga värdet på ren koppar kommer nu en stor del av kopparproduktionen från återvunna källor. I USA står återvunnet koppar för cirka 32% av det årliga utbudet. Globalt beräknas detta antal vara närmare 20%.

De största företagsproducent av koppar över hela världen är det chilenska statliga företaget Codelco. Codelco producerade 1,84 miljoner ton raffinerad koppar 2017. Andra stora producenter inkluderar Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. och Xstrata Plc.