Ce este extracția cuprului?
Extracția cuprului se referă la metodele utilizate pentru obținerea cuprului din minereurile sale. Conversia cuprului constă într-o serie de procese fizice și electrochimice. Metodele au evoluat și variază în funcție de țară, în funcție de sursa de minereu, de reglementările locale de mediu și de alți factori.
Ca în toate operațiunile miniere, minereul trebuie de obicei beneficiat (concentrat). Tehnicile de prelucrare depind de natura minereului. Dacă minereul este în principal minerale sulfurate de cupru (cum ar fi calcopirita), minereul este zdrobit și măcinat pentru a elibera mineralele valoroase din deșeurile („ganga”). Se concentrează apoi prin flotație minerală. Concentratul este de obicei vândut la topitorii îndepărtate, deși unele mine mari au topitorii situate în apropiere. O astfel de colocare a minelor și topitoriilor a fost mai tipică în secolul al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, când topitoriile mai mici puteau fi economice. Concentratele de sulfuri sunt de obicei topite în cuptoare cum ar fi cuptorul rapid Outokumpu sau Inco sau cuptorul ISASMELT pentru a produce mată, care trebuie transformată și rafinată pentru a produce cupru anod. În cele din urmă, procesul final de rafinare este electroliza. Din motive economice și de mediu, multe dintre produsele secundare ale extracției sunt recuperate. Dioxidul de sulf gazos, de exemplu, este captat și transformat în acid sulfuric - care poate fi apoi utilizat în procesul de extracție sau vândut în scopuri precum fabricarea îngrășămintelor.
Minereurile de cupru oxidate pot fi tratate prin extracție hidrometalurgică.
Istorie
Mineri la mina Tamarack din Copper Country, în 1905
Cele mai vechi dovezi ale ciocănirii la rece a cuprului nativ provine din săpătura de la Çayönü Tepesi, în estul Anatoliei, care datează între 7200 și 6600 î.Hr. [1] Printre diferitele obiecte considerate a fi votive sau amulete a existat unul care arăta ca un cârlig și unul ca o pungă. O altă descoperire, la Peștera Shanidar din Mergasur, Irak, conținea mărgele de cupru, datează din 8.700 î.Hr. [2]
Una dintre cele mai vechi mine de cupru cunoscute din lume, spre deosebire de utilizarea zăcămintelor de suprafață, se află în Valea Timna, Israel, din mileniul IV î.Hr., cu zăcăminte de suprafață utilizate din mileniul șase până la al cincilea. [3] [4]
Situl arheologic Pločnik din sud-estul Europei (Serbia) conține cele mai vechi dovezi datate în siguranță [ dubioase – discutați ] despre fabricarea cuprului la temperatură ridicată, din 5.000 î.Hr. Descoperirea din iunie 2010 extinde cu încă 500 de ani înregistrarea anterioară de topire a cuprului de la Rudna Glava (Serbia), datată din mileniul 5 î.Hr. [5]
Tehnologia de topire a cuprului a dat naștere Epocii cuprului, numită Epoca Calcolitică, și apoi Epocii Bronzului. Epoca bronzului nu ar fi fost posibilă fără ca oamenii să dezvolte tehnologia de topire.
Concentraţie
Scăderea concentrației de cupru în minereuri necesită acum o pretratare a minereurilor.
Majoritatea minereurilor de cupru conțin doar un mic procent de metal cupru legat de minerale valoroase, restul minereului fiind roci nedorite sau gangueminerale, de obicei minerale silicate sau minerale oxidice pentru care adesea nu există nicio valoare. În unele cazuri, sterilul de decantare a fost retras pentru a recupera valoarea pierdută, deoarece tehnologia de recuperare a cuprului s-a îmbunătățit. Gradul mediu al minereurilor de cupru în secolul al XXI-lea este sub 0,6% cupru, o proporție a minereurilor economice (inclusiv cuprul) fiind mai mică de 2% din volumul total al rocii minerale. Un obiectiv cheie în tratarea metalurgică a oricărui minereu este separarea mineralelor de minereu de mineralele gangue din rocă.
Prima etapă a oricărui proces din cadrul unui circuit de tratare metalurgică este măcinarea sau măcinarea precisă , în care roca este zdrobită pentru a produce particule mici (<100 μm) constând din faze minerale individuale. Aceste particule sunt apoi separate pentru a elimina ganga (reziduurile de roci), urmată apoi de un proces de eliberare fizică a mineralelor din rocă. Procesul de eliberare a minereurilor de cupru depinde dacă acestea sunt minereuri oxidice sau sulfurate. [6]
Etapele ulterioare depind de natura minereului care conține cuprul și de ceea ce va fi extras. Pentru minereurile de oxizi, se întreprinde în mod normal un proces de eliberare hidrometalurgică, care folosește natura solubilă a mineralelor în avantajul stației de tratare metalurgică. Pentru minereurile sulfurate, atât secundare (supergene) cât și primare (hipogene), flotarea cu spumă este utilizată pentru a separa fizic minereul de gangă. Pentru corpuri de minereu speciale care poartă cupru nativ sau secțiuni de corpuri de minereu bogate în cupru nativ supergen, acest mineral poate fi recuperat printr-un circuit gravitațional simplu.
Flotare cu spumă
Celule de flotație cu spumă pentru concentrarea mineralelor de sulfură de cupru și nichel, Falconbridge, Ontario.
Procesul modern de flotare a spumei a fost inventat independent la începutul anilor 1900 în Australia de CV Potter și cam în același timp de către GD Delprat. [7]
Bule de aer încărcate cu sulfură de cupru pe o celulă Jameson la uzina de flotație a minei Prominent Hillmine din Australia de Sud
Toate minereurile sulfurate primare ale sulfurilor de cupru și majoritatea concentratelor de sulfuri secundare de cupru (fiind calcocit), sunt supuse topirii. Există unele procese de levigare în cuvă sau de levigare sub presiune pentru a solubiliza concentratele de calcocit și a produce catod de cupru din soluția de levigat rezultată, dar aceasta este o parte minoră a pieței.
Concentratele de carbonat sunt un produs relativ minor produs din instalațiile de cimentare a cuprului, de obicei ca etapa finală a unei operațiuni de lixiviare în grămada. Astfel de concentrate de carbonat pot fi tratate printr-o instalație de extracție cu solvent și electroobținere (SX-EW) sau topite.
Minereul de cupru este zdrobit și măcinat la o dimensiune astfel încât a avut loc un grad acceptabil de înalt de eliberare între mineralele de minereu de sulfură de cupru și mineralele gangue. Minereul este apoi umezit, suspendat într-o suspensie și amestecat cu xantați sau alți reactivi, care fac particulele de sulfură hidrofobe. Reactivii tipici includ etilxantat de potasiu și etilxantat de sodiu, dar se folosesc și ditiofosfați și ditiocarbamați.
Minereul tratat este introdus într-un rezervor de aerare umplut cu apă care conține surfactant, cum ar fi metilizobutil carbinol (MIBC). Aerul este forțat constant prin suspensie, iar bulele de aer se atașează de particulele hidrofobe de sulfură de cupru, care sunt conduse la suprafață, unde formează o spumă și sunt îndepărtate. Aceste degresări sunt, în general, supuse unei celule de curățare pentru a îndepărta excesul de silicați și pentru a îndepărta alte minerale sulfurate care pot afecta în mod dăunător calitatea concentratului (de obicei, galena) și concentratul final trimis pentru topire. Roca care nu a plutit în celula de flotație este fie aruncată ca steril, fie prelucrată în continuare pentru a extrage alte metale, cum ar fi plumbul (din galenă) și zincul (din sfalerit), dacă acestea există. Pentru a îmbunătăți eficiența procesului, varul este utilizat pentru a ridica pH-ul băii de apă, determinând colectorul să ionizeze mai mult și să se lipească de calcopirită (CuFeS 2) și să evite pirita (FeS 2). Fierul există în ambele minerale din zona primară. Minereurile de cupru care conțin calcopirită pot fi concentrate pentru a produce un concentrat cu între 20% și 30% cupru în concentrat (de obicei 27–29% cupru); restul concentratului este fier și sulf din calcopirită și impurități nedorite, cum ar fi minerale silicate de gangă sau alte minerale sulfurate, de obicei cantități minore de pirit, sfalerit sau galenă. Concentratele de calcocit au în mod obișnuit între 37% și 40% cupru în concentrat, deoarece calcocitul nu conține fier în mineral.
Extracția hidrometalurgică
Minereuri sulfurate
Sulfurile secundare – cele formate prin îmbogățirea secundară a supergenelor – sunt rezistente ( refractare ) la levigarea sulfurice. Aceste minereuri sunt un amestec de minerale de carbonat de cupru, sulfat, fosfat și oxizi și minerale sulfurate secundare, predominant calcocitul, dar alte minerale precum digenitul pot fi importante în unele zăcăminte.
Minereurile supergene bogate în sulfuri pot fi concentrate prin flotație cu spumă. Un concentrat tipic de calcocit poate clasifica între 37% și 40% cupru în sulfură, făcându-le relativ ieftin de topit în comparație cu concentratele de calcopirită.
Unele depozite de sulfuri supergene pot fi leșiate utilizând un proces de leșiere în grămada de oxidare bacteriană pentru a oxida sulfurile la acid sulfuric, care permite, de asemenea, leșierea simultană cu acid sulfuric pentru a produce o soluție de sulfat de cupru. Ca și în cazul minereurilor de oxizi, pentru a recupera cuprul din soluția de leșiere gravidă sunt folosite tehnologii de extracție cu solvenți și electroobținere.
Minereurile de sulfuri supergene bogate în minerale native de cupru sunt refractare la tratarea cu acid sulfuric pe toate scalele de timp practicabile, iar particulele dense de metal nu reacţionează cu mediile de flotaţie cu spumă. De obicei, dacă cuprul nativ este o parte minoră a profilului supergenelor, acesta nu va fi recuperat și se va raporta la steril. Când este suficient de bogat, corpurile de minereu de cupru nativ pot fi tratate pentru a recupera cuprul conținut printr-un circuit de separare gravitațională în care densitatea metalului este utilizată pentru a-l elibera de mineralele silicate mai ușoare. Adesea, natura ganguei este importantă, deoarece minereurile native de cupru bogate în argilă se dovedesc greu de eliberat.
Minereuri de oxid
Corpurile de minereu de cupru oxidat pot fi tratate prin mai multe procese, cu procese hidrometalurgice utilizate pentru a trata minereurile oxidice dominate de minerale carbonatate de cupru, cum ar fi azurit și malachit, și alte minerale solubile, cum ar fi silicații precum crisocola, sau sulfați precum atacamit și așa mai departe.
Astfel de minereuri de oxizi sunt de obicei leșiate de acid sulfuric, de obicei într-un proces de leșiere în grămada sau de leșiere cu haldă pentru a elibera mineralele de cupru într-o soluție de acid sulfuric încărcată cu sulfat de cupru în soluție. Soluția de sulfat de cupru (soluția de leșiere gravidă) este apoi îndepărtată de cupru printr-o instalație de extracție cu solvent și electroobținere (SX-EW), cu acidul sulfuric barat (denudat) reciclat înapoi în grămezi. Alternativ, cuprul poate fi precipitat din soluția gravidă prin contactul acestuia cu fier vechi; un proces numit cimentare. Cuprul de ciment este în mod normal mai puțin pur decât cuprul SX-EW. În mod obișnuit, acidul sulfuric este folosit ca agent de lixiviare pentru oxidul de cupru, deși este posibil să se utilizeze apă, în special pentru minereurile bogate în minerale sulfatice ultrasolubile. [ necesită citare ]
În general, flotarea cu spumă nu este utilizată pentru a concentra minereurile de oxid de cupru, deoarece mineralele de oxid nu răspund la substanțele chimice sau procesele de flotație cu spumă (adică nu se leagă de substanțele chimice pe bază de kerosen). Minereurile de oxid de cupru au fost ocazional tratate prin flotație cu spumă prin sulfidarea mineralelor oxidice cu anumite substanțe chimice care reacționează cu particulele minerale de oxid pentru a produce o buză subțire de sulfură (de obicei calcocit), care poate fi apoi activată de instalația de flotare cu spumă.
Topirea cu sulfuri
Până în a doua jumătate a secolului al XX-lea, topirea minereurilor sulfurate a fost aproape singurul mijloc de a produce cupru metal din minereuri extrase ( producția primară de cupru). Davenport și colab., au observat în 2002 că chiar și atunci 80% din producția primară globală de cupru provenea din minerale cupru-fier-sulf și că marea majoritate a acestora au fost tratate prin topire.
Cuprul a fost inițial recuperat din minereurile sulfurate prin topirea directă a minereului într-un cuptor. [9] Topitoriile au fost amplasate inițial în apropierea minelor pentru a minimiza costurile de transport. Acest lucru a evitat costurile prohibitive ale transportului deșeurilor minerale și a sulfului și a fierului prezente în mineralele care conțin cupru. Cu toate acestea, pe măsură ce concentrația de cupru în corpurile de minereu a scăzut, costurile energetice ale topirii întregului minereu au devenit și ele prohibitive și a devenit necesară mai întâi concentrarea minereurilor.
Tehnicile inițiale de concentrare au inclus sortarea manuală [10] și concentrarea gravitațională. Au dus la pierderi mari de cupru. În consecință, dezvoltarea procesului de flotare cu spumă a fost un pas major înainte în prelucrarea mineralelor. [11] A făcut posibilă dezvoltarea uriașei mine Bingham Canyon din Utah. [12]
În secolul al XX-lea, majoritatea minereurilor erau concentrate înainte de topire. Topirea a fost efectuată inițial folosind instalații de sinterizare și furnale [13] sau cu prăjitori și cuptoare cu reverberație. [14] Prăjirea și topirea în cuptor cu reverberație au dominat producția primară de cupru până în anii 1960. [8]
Prăjirea
Procesul de prăjire este efectuat în general în combinație cu cuptoare reverberative. În prăjitor, concentratul de cupru este parțial oxidat pentru a produce „calcină” și dioxid de sulf gazos. Stoichiometria reacției care are loc este:
- 2 CuFeS 2 + 3 O 2 → 2 FeO + 2 CuS + 2 SO 2
Prăjirea lasă, în general, mai mult sulf în produsul calcinat (15% în cazul prăjitorului de la Minele Mount Isa [15] ) decât o plantă de sinterizare lasă în produsul sinterizat (aproximativ 7% în cazul topitorii de rafinare și topire electrolitică [1] ). 16] ).
Din 2005, prăjirea nu mai este obișnuită în tratarea concentratului de cupru, deoarece combinația sa cu cuptoarele reverberate nu este eficientă din punct de vedere energetic și concentrația de SO 2 din gazul rezidual de prăjire este prea diluată pentru o captare rentabilă. [8] Topirea directă este acum favorizată, de exemplu folosind următoarele tehnologii de topire: topirea rapidă, cuptoarele Isasmelt, Noranda, Mitsubishi sau El Teniente. [8]
Topirea
Înlocuirea topirii în cuptor cu reverberație prin topire rapidă, raportată la numărul de topitorii de cupru care utilizează această tehnologie.
Topirea inițială a materialului de topit este de obicei denumită etapa de topire sau topire mată . Poate fi întreprins într-o varietate de cuptoare, inclusiv furnalele în mare parte învechite și cuptoarele reverberative, precum și cuptoarele cu fulger, cuptoarele Isasmelt etc. [8] Produsul acestei etape de topire este un amestec de cupru, fier și sulf care este îmbogățit în cupru și care se numește mat sau cupru mat.[8] Termenul de calitate mată este utilizat în mod normal pentru a se referi la conținutul de cupru al matei. [17]
Scopul etapei de topire mată este de a elimina cât mai mult posibil din fierul, sulful și mineralele nedorite ( cum ar fi siliciul, magnezia, alumina și calcarul), minimizând în același timp pierderea de cupru. [17] Acest lucru se realizează prin reacția sulfurilor de fier cu oxigen (în aer sau aer îmbogățit cu oxigen) pentru a produce oxizi de fier (în principal sub formă de FeO, dar cu ceva magnetită (Fe 3O 4)) și dioxid de sulf. [17]
Se pot amesteca sulfura de cupru și oxidul de fier, dar când se adaugă suficient silice, se formează un strat de zgură separat. [18] Adăugarea de silice reduce, de asemenea, punctul de topire (sau, mai corect, temperatura liquidus) al zgurii, ceea ce înseamnă că procesul de topire poate fi operat la o temperatură mai scăzută. [18]
Reacția de formare a zgurii este:
- FeO + SiO 2 → FeO.SiO 2[17]
Zgura este mai puțin densă decât mată, așa că formează un strat care plutește deasupra matei. [19]
Cuprul poate fi pierdut din mată în trei moduri: sub formă de oxid cupros (Cu 2O) dizolvat în zgură, [20] sub formă de sulfură de cupru dizolvată în zgură [21] sau sub formă de picături mici (sau granule ) de mată suspendate în zgură. zgură. [22] [23]
Cantitatea de cupru pierdută ca oxid de cupru crește pe măsură ce crește potențialul de oxigen al zgurii. [23] Potențialul de oxigen crește în general pe măsură ce conținutul de cupru al matei crește. [24] Astfel, pierderea de cupru ca oxid crește pe măsură ce crește conținutul de cupru al matei. [25]
Pe de altă parte, solubilitatea cuprului sulfurat în zgură scade pe măsură ce conținutul de cupru al matei crește peste aproximativ 40%. [21] Nagamori a calculat că mai mult de jumătate din cuprul dizolvat în zgură din mate care conțin mai puțin de 50% cupru este cupru sulfurat. Deasupra acestei cifre, cuprul oxidat începe să domine. [21]
Pierderea de cupru sub formă de granule suspendate în zgură depinde de mărimea granulelor, de vâscozitatea zgurii și de timpul de decantare disponibil. [26] Rosenqvist a sugerat că aproximativ jumătate din pierderile de cupru cauzate de zgură s-au datorat granulelor suspendate. [26]
Masa de zgură generată în etapa de topire depinde de conținutul de fier al materialului alimentat în cuptorul de topire și de gradul de mat țintă. Cu cât este mai mare conținutul de fier al furajului, cu atât mai mult fier va trebui să fie respins în zgură pentru un anumit grad de mat. În mod similar, creșterea gradului de mat țintă necesită respingerea mai multor fier și o creștere a volumului de zgură.
Astfel, cei doi factori care afectează cel mai mult pierderea cuprului în zgură în etapa de topire sunt:
- de calitate mată
- masa de zgura. [18]
Aceasta înseamnă că există o limită practică a cât de mare poate fi gradul de mat dacă pierderea de cupru la zgură trebuie să fie minimă. Prin urmare, sunt necesare etape ulterioare de prelucrare (conversie și rafinare la foc).
Următoarele subsecțiuni descriu pe scurt câteva dintre procesele utilizate în topirea matei.
Topire în cuptor cu reverberație
Cuptoarele cu reverberație sunt cuptoare lungi care pot trata concentratul umed, uscat sau prăjit. [8] Majoritatea cuptoarelor cu reverberație utilizate în ultimii ani au tratat concentrat prăjit, deoarece introducerea materialelor de alimentare uscate în cuptorul cu reverberație este mai eficientă din punct de vedere energetic și pentru că eliminarea unei părți a sulfului din prăjitor are ca rezultat grade mate mai mari. [8]
Alimentarea cuptorului cu reverberație este adăugată la cuptor prin găurile de alimentare de-a lungul părților laterale ale cuptorului. [8] În mod normal, se adaugă siliciu suplimentar pentru a ajuta la formarea zgurii. Cuptorul este aprins cu arzătoare care folosesc cărbune pulverizat, păcură sau gaz natural [27] și încărcătura solidă este topită.
Cuptoarele cu reverberație pot fi alimentate suplimentar cu zgură topită din etapa ulterioară de conversie pentru a recupera cuprul conținut și alte materiale cu un conținut ridicat de cupru. [27]
Deoarece baia cuptorului cu reverberație este repausă, are loc o oxidare foarte mică a furajului (și astfel se elimină foarte puțin sulf din concentrat). Este în esență un proces de topire. [26] În consecință, cuptoarele cu reverberație cu încărcare umedă au mai puțin cupru în produsul lor mat decât cuptoarele încărcate cu calcină și au, de asemenea, pierderi mai mici de cupru la zgură. [27] Gill citează o valoare a cuprului în zgură de 0,23% pentru un cuptor cu reverberație umed, față de 0,37% pentru un cuptor încărcat cu calcină. [27]
În cazul cuptoarelor încărcate cu calcină, o parte semnificativă a sulfului a fost eliminată în timpul etapei de prăjire, iar calcina constă dintr-un amestec de oxizi și sulfuri de cupru și fier. Cuptorul cu reverberație acționează pentru a permite acestor specii să se apropie de echilibrul chimic la temperatura de funcționare a cuptorului (aproximativ 1600 °C la capătul arzătorului cuptorului și aproximativ 1200 °C la capătul coșului de fum; [28] mata este de aproximativ 1100 °C și zgura este de aproximativ 1195 °C [27] ). În acest proces de echilibrare, oxigenul asociat cu compușii de cupru se schimbă cu sulful asociat cu compușii de fier, crescând conținutul de oxid de fier al cuptorului, iar oxizii de fier interacționează cu silice și alte materiale de oxid pentru a forma zgura. [27]
Principala reacție de echilibrare este:
- Cu 2O + FeS = Cu 2S + FeO [27]
Zgura și mata formează straturi distincte care pot fi îndepărtate din cuptor ca fluxuri separate. Stratul de zgură este lăsat să curgă periodic printr-o gaură din peretele cuptorului deasupra înălțimii stratului mat. Mata este îndepărtată prin scurgerea ei printr-un orificiu în oală pentru ca aceasta să fie transportată cu macaraua la convertoare. [27] Acest proces de scurgere este cunoscut sub numele de atingere a cuptorului. [27] Orificiul mat este în mod normal o gaură printr-un bloc de cupru răcit cu apă care previne erodarea cărămizilor refractare care căptușesc cuptorul. Când îndepărtarea matei sau a zgurii este completă, gaura este în mod normal astupată cu argilă, care este îndepărtată atunci când cuptorul este gata să fie batut din nou.
Cuptoarele cu reverberație au fost adesea folosite pentru a trata zgura topită de convertor pentru a recupera cuprul conținut. [27] Acesta ar fi turnat în cuptoare din oalele purtate de macarale. Cu toate acestea, zgura de convertizor are un conținut ridicat de magnetit [29] și o parte din această magnetită ar precipita din zgura de convertizor (datorită punctului său de topire mai mare), formând o acumulare pe focarul cuptorului cu reverberație și necesitând oprirea cuptorului pentru a eliminați acreția. [29] Această formare de acumulare limitează cantitatea de zgură de convertizor care poate fi tratată într-un cuptor cu reverberație. [29]
În timp ce cuptoarele cu reverberație au pierderi foarte mici de cupru la zgură, ele nu sunt foarte eficiente din punct de vedere energetic, iar concentrațiile scăzute de dioxid de sulf din gazele reziduale fac captarea acestuia neeconomică. [8] În consecință, operatorii de topitori au dedicat o mulțime de bani în anii 1970 și 1980 pentru dezvoltarea unor procese noi și mai eficiente de topire a cuprului. [30] În plus, tehnologiile de topire rapidă au fost dezvoltate în anii anteriori și au început să înlocuiască cuptoarele cu reverberație. Până în 2002, 20 din cele 30 de cuptoare cu reverberație care încă funcționau în 1994 fuseseră oprite. [8]
Topire în cuptor rapid
În topirea rapidă, concentratul este dispersat într-un curent de aer sau de oxigen, iar reacțiile de topire sunt în mare parte finalizate în timp ce particulele minerale sunt încă în zbor. [30] Particulele care au reacţionat se depun apoi într-o baie la fundul cuptorului, unde se comportă ca calcina într-un cuptor cu reverberaţie. [31] Peste stratul mat se formează un strat de zgură, care pot fi luate separat din cuptor. [31]
Conversia
Cupru fără oxigen, numit cupru „Tough-pitch” (aproximativ 98% pur), care conține antimoniu și nichel
Mata, care este produsă în topitorie, conține 30–70% cupru (în funcție de procedeul utilizat și de filosofia de funcționare a topitorii), în primul rând sub formă de sulfură de cupru, precum și sulfură de fier. Sulful este îndepărtat la temperatură ridicată sub formă de dioxid de sulf prin suflarea aerului prin mata topită:
- 2 CuS + 3 O 2 → 2 CuO + 2 SO 2
- CuS + O 2 → Cu + SO 2
Într-o reacție paralelă, sulfura de fier este transformată în zgură:
- 2 FeS + 3 O 2 → 2 FeO + 2 SO 2
- 2 FeO + SiO 2 → Fe 2SiO 4
Puritatea acestui produs este de 98%, este cunoscut sub numele de blister din cauza suprafeței sparte create de scăparea gazului de dioxid de sulf pe măsură ce porcii sau lingourile de cupru blistere sunt răcite. Produsele secundare generate în proces sunt dioxidul de sulf și zgura. Dioxidul de sulf este captat pentru a fi utilizat în procesele anterioare de leșiere.
Rafinare la foc
Cuprul blister este introdus într-un cuptor cu anod, un cuptor care rafinează cuprul blister în cupru anod în două etape, prin îndepărtarea majorității sulfului și a fierului rămase, apoi eliminând oxigenul introdus în prima etapă. Această a doua etapă, denumită adesea poling , se realizează prin suflarea gazului natural sau a unui alt agent reducător prin oxidul de cupru topit. Când această flacără arde verde, indicând spectrul de oxidare a cuprului, oxigenul a fost în mare parte ars. Acest lucru creează cupru la aproximativ 99% pur.
Electrorafinare
Aparate pentru rafinarea electrolitică a cuprului
Cuprul este rafinat prin electroliză. Anozii turnați din cupru blister prelucrat sunt plasați într-o soluție apoasă de 3–4% sulfat de cupru și 10–16% acid sulfuric. Catozii sunt foi subțiri laminate de cupru foarte pur sau, mai frecvent în zilele noastre, foi de pornire reutilizabile din oțel inoxidabil (ca în procesul IsaKidd). [32] Pentru ca procesul să înceapă, este necesar un potențial de numai 0,2–0,4 volți. În instalațiile industriale sunt posibile densități de curent de până la 420 A/ 2 . [33] La anod, cuprul și metalele mai puțin nobile se dizolvă. Mai multe metale nobile, cum ar fi argintul, aurul, seleniul și telurul se depun în partea de jos a celulei sub formă de slime anodic, care formează un produs secundar care poate fi vândut. Ionii de cupru (II) migrează prin electrolit către catod. La catod, plăcile metalice de cupru ies, dar constituenții mai puțin nobili, cum ar fi arsenul și zincul, rămân în soluție dacă nu se utilizează o tensiune mai mare. [34] Reacțiile sunt:
La anod: Cu (s) → Cu 2+ (aq) + 2e −
La catod: Cu 2+ (aq) + 2e − → Cu (s)
Marketing concentrat și cupru
Concentratele de cupru produse de mine sunt vândute topitorilor și rafinăriilor care tratează minereul și rafinează cuprul și taxează pentru acest serviciu prin taxe de tratare (TC) și taxe de rafinare (RC). Piața globală a concentratului de cupru [35] a fost evaluată la 81 de miliarde de dolari în 2019 și se estimează că va atinge 93 de miliarde de dolari până în 2027, extinzându-se la un CAGR de 2,5%. TC sunt taxate în dolari SUA pe tonă de concentrat tratat, iar RC sunt taxate în cenți pe liră tratată, exprimate în dolari SUA, cu prețuri de referință stabilite anual de principalele topitorii japoneze. În acest caz, clientul poate fi o topitorie, care vinde lingouri de cupru blister unui rafinator sau o topitorie-rafinare care este integrată vertical.
O formă predominantă de concentrat de cupru conține aur și argint, precum cea produsă de Bougainville Copper Limited din mina Panguna de la începutul anilor 1970 până la sfârșitul anilor 1980.
Contractul tipic pentru un miner este exprimat în raport cu prețul Bursei de Metale din Londra, minus TC-RC și orice penalități sau credite aplicabile. Pot fi aplicate sancțiuni împotriva concentratelor de cupru în funcție de nivelul elementelor dăunătoare precum arsenul, bismutul, plumbul sau wolfram. Deoarece o mare parte din corpurile de minereu de sulfură de cupru conțin argint sau aur în cantități apreciabile, un credit poate fi plătit minerului pentru aceste metale dacă concentrația lor în concentrat este peste o anumită cantitate. De obicei, rafinătorul sau topitoria percepe minerului o taxă în funcție de concentrație; un contract tipic va specifica faptul că se datorează un credit pentru fiecare uncie de metal din concentrat peste o anumită concentrație; mai jos, dacă se recuperează, topitoria va păstra metalul și îl va vinde pentru a acoperi costurile.
Concentratul de cupru este comercializat fie prin contracte spot, fie prin contracte pe termen lung ca produs intermediar în sine. Adesea, topitoria vinde în sine metalul de cupru în numele minerului. Minerului i se plătește prețul în momentul în care topitoria-rafinătorul face vânzarea, nu la prețul de la data livrării concentratului. În cadrul unui sistem de prețuri cotaționale, prețul este convenit să fie la o dată fixă în viitor, de obicei 90 de zile de la momentul livrării la topitorie.
Catodul de cupru de calitate A este de 99,99% cupru în foi de 1 cm grosime și aproximativ 1 metru pătrat cântărind aproximativ 200 de lire sterline. Este o marfă adevărată, livrabilă și tranzacționabilă la bursele de metale din New York City (COMEX), Londra (London Metals Exchange) și Shanghai (Shanghai Futures Exchange). Adesea, catodul de cupru este tranzacționat în schimburi indirect prin warrants, opțiuni sau contracte de swap, astfel încât majoritatea cuprului este tranzacționat la LME/COMEX/SFE, dar livrarea se realizează direct, mutând logistic cuprul fizic și transferând foile de cupru de la depozitele fizice în sine.
Specificația chimică pentru cuprul de calitate electrolitică este ASTM B 115-00 (un standard care specifică puritatea și rezistivitatea electrică maximă a produsului).
Mr. Nick Sun [email protected]
Ora postării: 27-sept-2020