Kupfer-Metallurgie: Verfahren zur Kupfergewinnung

Kupfer-Metallurgie: Verfahren und Prozesse

Die Metallurgie des Kupfers hängt von der Art des Minerals ab. Bei Sulfiden wird die pyrometallurgische Route angewandt, bei der Anoden oder Kathoden hergestellt werden. Handelt es sich um Oxide, kommt die hydrometallurgische Route zum Einsatz, welche direkt Kathoden erzeugt.

Die pyrometallurgische Route

Der Prozess der Kathodenherstellung über den pyrometallurgischen Weg verläuft wie folgt:

• Mineral / Erz
• Schmelzen (Ofen)
• Konverter
• Raffination und Anodenguss
• Elektroraffination
• Kathode

Das Kupfersulfiderz weist einen geringen Kupfergehalt von etwa 0,5 % auf, weshalb es zunächst durch Flotation konzentriert werden muss. Das in der Gießereiindustrie gewonnene Kupferkonzentrat durchläuft als erste Stufe den Schmelzofen, in dem Kupfer geschmolzen sowie Schwefel und Eisen durch Oxidation abgetrennt werden. Das Kupfer setzt sich am Boden ab und verlässt den Ofen als Teil eines Zwischenprodukts namens Kupferstein (Kupfermatte) mit einem Kupfergehalt von 62 %. Dieser gelangt in den Konverter, wodurch der Reinheitsgrad auf 99 % ansteigt. Anschließend wird das Material im Frischofen weiter behandelt, wo die Konzentration auf 99,9 % steigt, bevor es auf das Gießrad (Casting-Rad) gelangt, welches ihm die Anodengeometrie verleiht. Die Anoden durchlaufen schließlich eine Endphase in der Elektroraffination, bei der hochreine Kathoden mit einem Kupfergehalt von 99,99 % entstehen.

Die hydrometallurgische Route

Der hydrometallurgische Prozess verläuft wie folgt:

• Kupfererz
• Laugung (Leach)
• Extraktion (Extract)
• Elektrolyse
• Kathode

Das aus dem Bergwerk stammende Erz wird auf eine Größe von unter 10 mm zerkleinert und in Tanks oder Becken geleitet, in denen es behandelt wird. Hier werden die Kupferoxid-Mineralien und sekundären Sulfide durch wässrige Schwefelsäure ausgelaugt, wodurch eine Kupfersulfatlösung mit geringem Kupfergehalt entsteht. Diese Lösung mit niedriger Kupferkonzentration und Verunreinigungen wird mit einem reaktiven organischen Extraktionsmittel im geschlossenen Gegenstromverfahren behandelt. Dies führt zur selektiven Gewinnung von Kupfer und erzeugt einen hochkonzentrierten, verunreinigungsfreien Elektrolyten. Diese kupferreiche Lösung wird in die Elektrolysezellen geleitet, wo elektrischer Strom bewirkt, dass sich die Kupferionen aus der Lösung an den Kathoden abscheiden.

Elektrometallurgie

In der Elektrometallurgie wird elektrischer Strom als Reduktionsmittel genutzt, um sehr reine Metalle aus Oxiden zu gewinnen. Dieses Verfahren wird zur Reinigung von Metallen und Legierungen eingesetzt. Es ähnelt der Pyrometallurgie, kommt jedoch ohne fossilen Brennstoff aus. Die Elektrometallurgie unterteilt sich in:

• Schmelzflusselektrolyse (magmatische Elektrolyse)
• Elektrolyse in wässriger Lösung