Przetwarzanie miedzi jest złożonym procesem, który obejmuje wiele etapów, ponieważ producent przetwarza rudę ze stanu surowego, wydobywanego do postaci oczyszczonej do zastosowania w wielu gałęziach przemysłu. Miedź jest zwykle ekstrahowany z rud tlenków i siarczków, które zawierają między 0,5 a 2,0% miedzi.
Techniki rafinacji stosowane przez producentów miedzi zależą od rodzaju rudy, a także od innych czynników ekonomicznych i środowiskowych. Obecnie około 80% światowej produkcji miedzi jest wydobywane ze źródeł siarczkowych.
Niezależnie od rodzaju rudy wydobytą rudę miedzi należy najpierw skoncentrować w celu usunięcia skały płonnej lub niepożądanych materiałów osadzonych w rudzie. Pierwszym etapem tego procesu jest kruszenie i sproszkowanie rudy w młynie kulowym lub prętowym.
Rudy siarczkowe
Praktycznie wszystkie rudy miedzi typu siarczkowego, w tym chalkozyn (Cu2S), chalkopiryt (CuFeS2) i kowelit (CuS), są przetwarzane przez wytapianie. Po zmiażdżeniu rudy na drobny proszek zatęża się ją przez flotację pianową, co wymaga zmieszania sproszkowanej rudy z odczynnikami, które łączą się z miedzią, aby uczynić ją hydrofobową. Następnie mieszaninę kąpie się w wodzie wraz ze środkiem pieniącym, który zachęca do spieniania.
Strumienie powietrza są wystrzeliwane przez wodę, tworząc bąbelki, które unoszą wodoodporne cząsteczki miedzi na powierzchnię. Piana, która zawiera około 30% miedzi, 27% żelazo i 33% siarki jest odtłuszczany i brany do pieczenia.
Jeśli jest to ekonomiczne, mniejsze zanieczyszczenia, które mogą być obecne w rudzie, takie jak molibden, ołów, złoto i srebro mogą być w tym czasie przetwarzane i usuwane poprzez selektywną flotację. W temperaturach między 932–1292°F (500–700°C), duża część pozostałej zawartości siarki jest wypalana jako gaz siarczkowy, w wyniku czego powstaje kalcynowana mieszanka tlenków miedzi i siarczków.
Topniki dodaje się do miedzi kalcynowanej, która ma teraz około 60% czystości, zanim zostanie ponownie ogrzana, tym razem do 2192 ° F (1200 ° C). W tej temperaturze topniki krzemionki i wapienia łączą się z niepożądanymi związkami, takimi jak tlenek żelaza, i przenoszą je na powierzchnię w celu usunięcia w postaci żużla. Pozostała mieszanina jest stopionym siarczkiem miedzi zwanym matowym.
Następnym etapem procesu rafinacji jest utlenienie ciekłego kamienia w celu usunięcia żelaza w celu wypalenia zawartości siarczku w postaci dwutlenku siarki. Wynik to 97-99%, blister miedzi. Termin miedź konwertorowa pochodzi z pęcherzyków wytwarzanych przez dwutlenek siarki na powierzchni miedzi.
Aby wytworzyć katody miedziane klasy rynkowej, miedź konwertorową należy najpierw wlać do anod i poddać obróbce elektrolitycznej. Zanurzona w zbiorniku siarczanu miedzi i kwasu siarkowego wraz z arkuszem startowym z katody z czystej miedzi, miedź konwertorowa staje się anodą w ogniwie galwanicznym. Półfabrykaty katodowe ze stali nierdzewnej są również stosowane w niektórych rafineriach, takich jak kopalnia miedzi Kennecott w Rio Tinto w Utah.
Po wprowadzeniu prądu jony miedzi zaczynają migrować do katody lub arkusza startowego, tworząc 99,9–99,99% katod z czystej miedzi.
Przetwarzanie rudy tlenkowej i SX / EW
Po zmiażdżeniu rudy miedzi typu tlenkowego, takie jak azuryt (2 CuCO3 · Cu (OH) 3), brochantit (CuSO4), chrysocolla (CuSiO3 · 2H2O) i miedziit (Cu2O), rozcieńczony kwas siarkowy nakłada się na powierzchnię materiału na podkładki ługujące lub w zbiornikach ługujących. Gdy kwas przedostaje się przez rudę, łączy się z miedzią, tworząc słaby roztwór siarczanu miedzi.
Tak zwany „ciężarny” roztwór ługujący (lub ciężarny ług) jest następnie przetwarzany za pomocą procesu hydrometalurgicznego znanego jako ekstrakcja rozpuszczalnikiem i wygrywanie elektryczne (lub SX-EW).
Ekstrakcja rozpuszczalnikiem polega na usunięciu miedzi z ciężarnego ługu za pomocą rozpuszczalnika organicznego lub ekstrahenta. Podczas tej reakcji jony miedzi są wymieniane na jony wodoru, umożliwiając odzyskanie roztworu kwasu i ponowne użycie go w procesie ługowania.
Bogaty w miedź roztwór wodny jest następnie przenoszony do zbiornika elektrolitycznego, w którym zachodzi elektrokonwersyjna część procesu. Pod wpływem ładunku elektrycznego jony miedzi migrują z roztworu do miedzianych katod rozruchowych wykonanych z folii miedzianej o wysokiej czystości.
Inne pierwiastki, które mogą być obecne w roztworze, takie jak złoto, srebro, platyna, selen i tellur, zbierać na dnie zbiornika jako szlam i można je odzyskać poprzez dalszą obróbkę.
Wygrzane elektrycznie katody miedziane mają taką samą lub wyższą czystość niż te wytwarzane przez tradycyjne wytapianie, ale wymagają tylko jednej czwartej do jednej trzeciej ilości energii na jednostkę produkcji.
Rozwój SX-EW umożliwił wydobycie miedzi w obszarach, w których kwas siarkowy nie jest dostępny lub nie można go wytworzyć z siarki w bryle rudy miedzi, a także jak ze starych minerałów siarczkowych, które zostały utlenione przez wystawienie na działanie powietrza lub wymywania bakterii i innych odpadów, które byłyby wcześniej usuwane nieprzetworzone.
Alternatywnie miedź można wytrącić z roztworu w ciąży przez cementowanie przy użyciu złomu żelaznego. Jednak wytwarza to mniej czystą miedź niż SX-EW, a zatem jest rzadziej stosowane.
Wymywanie w sytuacji (ISL)
Do ługowania na miejscu zastosowano również odzyskiwanie miedzi z odpowiednich obszarów złóż rudy.
Proces ten obejmuje wiercenie otworów wiertniczych i pompowanie roztworu odcieku - zwykle kwasu siarkowego lub chlorowodorowego - do rudy. Odcieki rozpuszczają minerały miedzi, zanim zostaną odzyskane przez drugi odwiert. Dalsze rafinowanie przy użyciu SX-EW lub strącanie chemiczne daje w sprzedaży katody miedziane.
ISL jest często przeprowadzany na rudach miedzi o niskiej jakości w stopach zasypanych (znanych również jako przestań ługować) w złożach podziemnych kopalni.
Rudy miedzi najbardziej podatne na ISL obejmują węglany miedzi, malachit i azuryt, a także tenorit i chryzokolę.
Szacuje się, że globalna produkcja miedzi w kopalni przekroczyła 19 milionów ton metrycznych w 2017 roku. Głównym źródłem miedzi jest Chile, które wytwarza około jednej trzeciej całkowitej podaży na świecie. Inni duzi producenci to USA, Chiny i Peru.
Ze względu na wysoką wartość czystej miedzi duża część produkcji miedzi pochodzi teraz ze źródeł pochodzących z recyklingu. W USA odzyskana miedź stanowi około 32% rocznej podaży. Na całym świecie szacuje się, że ta liczba jest bliższa 20%.
The największy korporacyjny producent miedzi na świecie to chilijskie przedsiębiorstwo państwowe Codelco. Codelco wyprodukowało 1,84 miliona ton metrycznych miedzi rafinowanej w 2017 roku. Inni duzi producenci to Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. i Xstrata Plc.