Prelucrarea cuprului este un proces complex care implică mai multe etape, deoarece producătorul prelucrează minereul din starea sa brută și extrasă într-o formă purificată pentru utilizare în multe industrii. Cupru este extras de obicei din minereuri de oxid și sulfură care conțin cuprins între 0,5 și 2,0% cupru.
Tehnicile de rafinare folosite de producătorii de cupru depind de tipul minereului, precum și de alți factori economici și de mediu. În prezent, aproximativ 80% din producția globală de cupru este extrasă din surse de sulfură.
Indiferent de tipul de minereu, minereul de cupru minat trebuie mai întâi concentrat pentru a îndepărta ganga sau materiale nedorite încorporate în minereu. Primul pas în acest proces este zdrobirea și pudrarea minereului într-o moară cu bile sau tije.
Minereuri de sulf
Aproape toate minereurile de cupru de tip sulfură, inclusiv calcocitul (Cu2S), calcopirit (CuFeS2) și covellite (CuS), sunt tratate prin topire. După zdrobirea minereului cu o pulbere fină, acesta este concentrat prin flotarea cu spumă, care necesită amestecarea minereului pudră cu reactivi care se combină cu cuprul pentru a-l face hidrofob. Amestecul este apoi scăldat în apă împreună cu un agent de spumare, care încurajează spumarea.
Jeturile de aer sunt trase prin apă, formând bule care plutesc particule de cupru hidrofugă la suprafață. Spuma, care conține aproximativ 30% cupru, 27% fier și 33% sulf, este degresat și luat pentru prăjire.
Dacă sunt impurități economice, mai mici, care pot fi prezente în minereu, cum ar fi molibden, plumb, aur și argint, pot fi, de asemenea, prelucrate și eliminate în acest moment, prin flotare selectivă. La temperaturi cuprinse între 932-1292°F (500-700°C), o mare parte din conținutul de sulf rămas este ars sub formă de gaz sulfurat, rezultând un amestec de calcină de oxizi de cupru și sulfuri.
Fluxurile sunt adăugate la cupru de calcin, care este acum cu aproximativ 60% pur înainte de a se încălzi din nou, de această dată la 2192 ° F (1200C ° C). La această temperatură, fluxurile de silice și calcar se combină cu compuși nedoriti, cum ar fi oxidul feros, și îi aduc la suprafață pentru a fi îndepărtați ca zgură. Amestecul rămas este o sulfură de cupru topită, denumită mată.
Următorul pas în procesul de rafinare este oxidarea matului lichid pentru a îndepărta fierul pentru a arde conținutul de sulfură sub formă de dioxid de sulf. Rezultatul este de 97-99%, cupru blister. Termenul de cupru blister provine din bulele produse de dioxidul de sulf pe suprafața cuprului.
Pentru a produce catode de cupru de piață, cupru blister trebuie mai întâi turnat în anodi și tratat electrolitic. Cufundat într-un rezervor de sulfat de cupru și acid sulfuric, împreună cu o foaie de pornire a catodului din cupru pur, cuprul blister devine anodul într-o celulă galvanică. Blanci de catod din oțel inoxidabil sunt de asemenea utilizate la unele rafinării, cum ar fi mina de cupru Kennecott din Rio Tinto din Utah.
Odată cu introducerea curentului, ionii de cupru încep să migreze către catod sau foaia de pornire, formând 99,9-99,99% catode de cupru pur.
Prelucrarea mineralelor de oxid și SX / EW
După zdrobirea minereurilor de cupru de tip oxid, cum ar fi azuritul (2CuCO)3 · Cu (OH) 3), brochantit (CuSO4), chrysocolla (CuSiO3 · 2H2O) și cuprite (Cu2O), acid sulfuric diluat se aplică pe suprafața materialului pe plăcuțele de lixiviere sau în rezervoarele de lixiviere. Pe măsură ce acidul trece prin minereu, se combină cu cuprul, producând o soluție slabă de sulfat de cupru.
Așa-numita soluție de lixivie „gravidă” (sau lichior gravidă) este apoi prelucrată folosind un proces hidrometalurgic cunoscut sub numele de extracție cu solvent și electro-câștigător (sau SX-EW).
Extragerea solventului presupune îndepărtarea cuprului de la lichidul gravidă folosind un solvent organic sau un extractant. În timpul acestei reacții, ionii de cupru sunt schimbați pentru ioni de hidrogen, permițând recuperarea și reutilizarea soluției acide în procesul de scurgere.
Soluția apoasă bogată în cupru este apoi transferată într-un rezervor electrolitic unde are loc partea electro-câștigătoare a procesului. Sub sarcină electrică, ionii de cupru migrează din soluție spre catodii de pornire din cupru care sunt obținuți din folie de cupru de înaltă puritate.
Alte elemente care pot fi prezente în soluție, cum ar fi aurul, argintul, platina, seleniul și telur, colectați în partea de jos a rezervorului ca nămoluri și pot fi recuperate prin procesare ulterioară.
Catodii de cupru câștigați electric au o puritate egală sau mai mare decât cei produși prin topire tradițională, dar necesită doar un sfert la o treime din cantitatea de energie pe unitatea de producție.
Dezvoltarea SX-EW a permis extragerea cuprului în zonele în care acidul sulfuric nu este disponibil sau nu poate fi produs din sulf în corpul minereului de cupru, ca din minerale vechi de sulfuri care au fost oxidate prin expunerea la aer sau la lixierea bacteriană și alte materiale reziduale care ar fi fost eliminate anterior neprelucrate.
Cuprul poate fi alternativ precipitat din soluția gravidă prin cimentare cu fier vechi. Totuși, acest lucru produce un cupru mai puțin pur decât SX-EW și, prin urmare, este folosit mai rar.
Leaching in-situ (ISL)
Lipirea in situ a fost folosită și pentru recuperarea cuprului din zonele adecvate de depozite de minereu.
Acest proces implică găurirea forajelor și pomparea unei soluții de levigat - de obicei acid sulfuric sau clorhidric - în corpul minereului. Levigatul dizolvă mineralele de cupru înainte de a fi recuperat printr-un al doilea foraj. Rafinarea ulterioară folosind SX-EW sau precipitații chimice produce catode de cupru comercializabile.
ISL este adesea condus pe minereuri de cupru de grad scăzut, în stopuri umplute (cunoscute și sub numele de oprirea lipiturii) minereu în zonele pătrunse din minele subterane.
Minereurile de cupru care sunt cele mai accesibile pentru ISL includ carbonatele de cupru malachit și azurit, precum și tenorite și crizocolă.
Se estimează că producția globală de cupru din mină a depășit 19 milioane de tone în 2017. Sursa principală de cupru este Chile, care produce aproximativ o treime din oferta totală mondială. Alți mari producători includ SUA, China și Peru.
Datorită valorii mari a cuprului pur, o mare parte din producția de cupru provine acum din surse reciclate. În SUA, cuprul reciclat reprezintă aproximativ 32% din oferta anuală. La nivel global, se estimează că acest număr este mai aproape de 20%.
cel mai mare producător corporativ de cupru la nivel mondial este întreprinderea de stat din Chile Codelco. Codelco a produs 1,84 milioane tone metrice de cupru rafinat în 2017. Alți mari producători includ Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. și Xstrata Plc.