Οι τεχνικές ραφιναρίσματος που χρησιμοποιούνται από τους παραγωγούς χαλκού εξαρτώνται από τον τύπο του μεταλλεύματος, καθώς και από άλλους οικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Επί του παρόντος, περίπου το 80% της συνολικής παραγωγής χαλκού εξάγεται από πηγές θειούχων.
Ανεξάρτητα από τον τύπο του μεταλλεύματος, το εξορύσσεται χαλκό μετάλλευμα πρέπει πρώτα να συγκεντρωθεί για να αφαιρέσει τη γκάγγου, ανεπιθύμητα υλικά ενσωματωμένα στο μεταλλεύματος.
Το πρώτο βήμα σε αυτή τη διαδικασία είναι το θρυμματισμό και το κονιορτοποιημένο μεταλλεύμα σε μύλο με ράβδο ή ράβδο.
Θειούχα Ορυκτά
Σχεδόν όλα τα χαλκούχα σουλφίδια, όπως το χαλκοκτίτη (Cu 2S), ο χαλκοπυρίτης (CuFeS 2 ) και ο covellite (CuS), υφίστανται κατεργασία με τήξη.
Αφού συνθλίβει το μετάλλευμα σε λεπτή σκόνη, συμπυκνώνεται έπειτα με επίπλευση αφρού, πράγμα που απαιτεί ανάμιξη του κονιοποιημένου μετάλλευρου με αντιδραστήρια που συνδυάζονται με τον χαλκό για να το καταστήσει υδρόφοβο. Το μείγμα στη συνέχεια λούζεται σε νερό μαζί με έναν αφριστικό παράγοντα, ο οποίος ενθαρρύνει αφρό.
Οι πίδακες αέρα εκτοξεύονται μέσω των φυσαλίδων σχηματισμού νερού που επιπλέουν τα σωματίδια του χαλκού που απορροφούν το νερό στην επιφάνεια. Ο αφρός, ο οποίος περιέχει περίπου 30 τοις εκατό χαλκό, 27 τοις εκατό σίδηρο και 33 τοις εκατό θείου, αποβουτυρωμένο και λαμβάνονται για το ψήσιμο.
Εάν υπάρχουν οικονομικές, μικρότερες ακαθαρσίες που μπορεί να υπάρχουν στο μετάλλευμα, όπως το μολυβδαίνιο , το μόλυβδο , ο χρυσός και το ασήμι , μπορούν επίσης να υποβληθούν σε επεξεργασία και να αφαιρεθούν αυτή τη στιγμή μέσω επιλεκτικής επίπλευσης.
Σε θερμοκρασίες μεταξύ 500-700 ° C, μεγάλο μέρος της περιεκτικότητας σε θείο που απομένει καίγεται ως θειούχο αέριο, με αποτέλεσμα ένα ασβεστομερές μίγμα οξειδίων του χαλκού και σουλφιδίων.
Οι ροές προστίθενται στον πυρωμένο χαλκό, ο οποίος είναι τώρα περίπου 60% καθαρός, πριν θερμανθεί και πάλι, αυτή τη φορά στους 1200 ° C.
Σε αυτή τη θερμοκρασία, οι ροές διοξειδίου του πυριτίου και ασβεστόλιθου συνδυάζονται με ανεπιθύμητες ενώσεις, όπως το οξείδιο του σιδήρου, και φέρονται στην επιφάνεια για απομάκρυνση ως σκωρία. Το υπόλοιπο μίγμα είναι ένα τετηγμένο σουλφίδιο του χαλκού που αναφέρεται ως «ματ».
Το επόμενο στάδιο της διαδικασίας εξευγενισμού είναι η οξείδωση του υγρού ματ για την απομάκρυνση του σιδήρου και, πάλι, για την καύση της περιεκτικότητας σε θειούχο ως διοξείδιο του θείου. Το αποτέλεσμα είναι 97-99 τοις εκατό χαλκός φούσκα. Ο όρος «χαλκός κυψέλης» προέρχεται από τις φυσαλίδες που παράγονται από το διοξείδιο του θείου στην επιφάνεια του χαλκού.
Προκειμένου να παραχθούν κάθοδοι χαλκού βαθμού αγοράς, ο χαλκός κυψέλης πρέπει πρώτα να χυθεί σε ανόδους και να υποβληθεί σε ηλεκτρολυτική επεξεργασία. Βυθισμένο σε δεξαμενή θειικού χαλκού και θειικού οξέος, μαζί με ένα φύλλο εκκίνησης καθαρού χαλκού καθόδου, ο χαλκός κυψέλης γίνεται η άνοδος σε ένα γαλβανικό στοιχείο. Τα ακατέργαστα ακατέργαστα καθίσματα χρησιμοποιούνται επίσης σε ορισμένα διυλιστήρια, όπως το χάλκινο ορυχείο Kennecott του Rio Tinto στη Γιούτα.
Καθώς εισάγεται ρεύμα, τα ιόντα χαλκού αρχίζουν να μεταναστεύουν στην κάθοδο, ή στο αρχικό φύλλο, σχηματίζοντας καθόδους καθαρής χαλκού 99,9-99,99%.
Επεξεργασία οξειδίων και SX / EW
Μετά τη θραύση ορυκτών χαλκού τύπου οξειδίου, όπως το αζουρίτη (2CuCO3 · Cu (OH) 3), ο μπρουμαντίτης (CuSO4), η χρυσοκολά (CuSiO3 · 2H2O) και ο χαλκίτης (Cu2O) επιφάνεια του υλικού στις επιφάνειες απόπλυσης ή σε δεξαμενές απόπλυσης.
Καθώς το οξύ περνάει μέσα από το μεταλλεύμα, συνδυάζεται με τον χαλκό, παράγοντας ένα αδύναμο διάλυμα θειικού χαλκού.
Το λεγόμενο «διάλυμα εγκυμοσύνης» (ή έγκυο υγρό) στη συνέχεια επεξεργάζεται χρησιμοποιώντας μια υδρομεταλλουργική διαδικασία γνωστή ως εκχύλιση διαλύτη και ηλεκτρο-νικητή (ή SX-EW).
Η εκχύλιση με διαλύτη περιλαμβάνει την απομάκρυνση του χαλκού από το υγρό εγκυμοσύνης χρησιμοποιώντας οργανικό διαλύτη ή εκχυλιστικό. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, τα ιόντα χαλκού ανταλλάσσονται με ιόντα υδρογόνου, επιτρέποντας την ανάκτηση του διαλύματος οξέος και την επαναχρησιμοποίηση στη διαδικασία έκπλυσης.
Το πλούσιο σε χαλκό υδατικό διάλυμα μετά μεταφέρεται σε μια ηλεκτρολυτική δεξαμενή όπου λαμβάνει χώρα το ηλεκτρο-κερδίζοντας μέρος της διαδικασίας. Υπό ηλεκτρικό φορτίο, ιόντα χαλκού μεταναστεύουν από το διάλυμα σε κάθοδοι εκκίνησης χαλκού που κατασκευάζονται από χαλκό υψηλής καθαρότητας.
Άλλα στοιχεία που μπορεί να υπάρχουν στο διάλυμα, όπως ο χρυσός, ο αργυρός, η πλατίνα , το σελήνιο και το τελλούριο , συλλέγονται στον πυθμένα της δεξαμενής ως «slimes» και μπορούν να ανακτηθούν με περαιτέρω επεξεργασία.
Οι κάθοδοι χαλκού με ηλεκτρο-κερδισμένη ισχύ έχουν ίση ή μεγαλύτερη καθαρότητα από εκείνες που παράγονται με την παραδοσιακή τήξη, αλλά απαιτούν μόνο το ένα τέταρτο έως το ένα τρίτο της ποσότητας ενέργειας ανά μονάδα παραγωγής.
Η ανάπτυξη του SX-EW επέτρεψε την εξαγωγή χαλκού σε περιοχές όπου δεν είναι διαθέσιμο θειικό οξύ ή δεν μπορεί να παραχθεί από θείο μέσα στο σώμα μετάλλων χαλκού, καθώς και από παλαιά σουλφιδικά ορυκτά που έχουν οξειδωθεί με έκθεση στον αέρα ή τη βακτηριακή έκπλυση και άλλα αποβλήτων που θα είχαν προηγουμένως διατεθεί χωρίς επεξεργασία.
Ο χαλκός μπορεί εναλλακτικά να κατακρημνισθεί από το έγκυο διάλυμα μέσω τσιμεντοποίησης χρησιμοποιώντας σίδηρο θραύσματα. Ωστόσο, αυτό παράγει λιγότερο καθαρό χαλκό από το SX-EW και επομένως χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά.
Εκχύλιση εν πτήσει (ISL)
Η επιτόπια έκπλυση χρησιμοποιήθηκε επίσης για την ανάκτηση του χαλκού από κατάλληλες περιοχές αποθέσεων μεταλλεύματος.
Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη γεώτρηση γεωτρήσεων και την άντληση διαλύματος στραγγισμάτων - συνήθως θειικού ή υδροχλωρικού οξέος - στο σώμα του μεταλλεύματος. Η έκπλυση διαλύει μεταλλικά άλατα χαλκού προτού ανακτηθεί μέσω μιας δεύτερης γεωτρήσεως. Περαιτέρω εξευγενισμός χρησιμοποιώντας SX-EW ή χημική κατακρήμνιση παράγει εμπορεύσιμες κάθοδοι χαλκού.
Το ISL διεξάγεται συχνά σε μεταλλεύματα χαλκού χαμηλού βαθμού σε ορυκτά ορυκτά ορυχεία (που είναι επίσης γνωστά και ως απόπλυση των σχιστόλιθων ) σε υποβαθμισμένες περιοχές υπόγειων ορυχείων.
Τα μεταλλεύματα χαλκού που υπάγονται περισσότερο στην ISL περιλαμβάνουν τα ανθρακικά άλατα του χαλκού μαλαχίτη και αζουρίτη, καθώς και τα τενόριτα και τα χρυσόκολλα.
Η παγκόσμια παραγωγή ορυκτών από χαλκό εκτιμάται από την Αμερικανική Γεωλογική Έρευνα ότι ανήλθε σε 16,1 εκατομμύρια μετρικούς τόνους το 2011. Η κύρια πηγή χαλκού είναι η Χιλή, η οποία παράγει περίπου το ένα τρίτο της παγκόσμιας προσφοράς. Άλλοι μεγάλοι παραγωγοί περιλαμβάνουν τις ΗΠΑ, την Κίνα και το Περού.
Λόγω της υψηλής αξίας καθαρού χαλκού, μεγάλο μέρος της παραγωγής χαλκού προέρχεται τώρα από ανακυκλωμένες πηγές. Στις ΗΠΑ, ο ανακυκλωμένος χαλκός αντιπροσωπεύει περίπου το 32% της ετήσιας προσφοράς. Σε παγκόσμιο επίπεδο, ο αριθμός αυτός εκτιμάται ότι είναι πιο κοντά στο 20%.
Ο μεγαλύτερος εταιρικός παραγωγός χαλκού παγκοσμίως είναι η χιλιανή κρατική επιχείρηση Codelco. Η Codelco παρήγαγε 1,76 εκατομμύρια μετρικούς τόνους ραφιναρισμένου χαλκού το 2010, ή περίπου το 11% της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής. Άλλοι μεγάλοι παραγωγοί περιλαμβάνουν την Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., την BHP Billiton Ltd. και την Xstrata Plc .
Πηγές
Schoolcience.co.uk. Χαλκός - ένα ζωτικό στοιχείο. Εξόρυξη χαλκού.
URL: http://resources.schoolscience.co.uk/cda/14-16/cumining/copch2pg2.html
Wikipedia. Τεχνικές εξαγωγής χαλκού.
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_extraction
Ένωση Ανάπτυξης Χαλκού. Παραγωγή.
URL: https://www.copper.org/education/copper-production/