Der Weg des Kupfers: Exploration, Gewinnung und Sicherheit im Bergbau

Exploration und Gewinnung von Kupfer

Phasen der Exploration

Basis-Navigation (Erste Phase)

In dieser ersten Phase erfolgt eine allgemeine Erkundung eines größeren Gebiets (mehrere hundert Kilometer), um positive Anzeichen für die mögliche Existenz eines Vorkommens zu identifizieren.

Mittlere Exploration

Das Ziel dieser Phase ist es, die Existenz von Kupfermineralisierung in der Tiefe zu bestätigen, basierend auf den Informationen, die in der vorhergehenden Stufe gesammelt wurden.

Erweiterte Exploration

Diese Stufe legt genauer die Form und den Umfang des Vorkommens sowie die Qualität des gefundenen Erzes fest, d. h. den Gehalt des Erzes an den interessierenden Elementen.

Entscheidung für das Vorhaben

Die Entscheidung, das Vorhaben fortzusetzen, berücksichtigt die Eigenschaften des Standortes, die Gestaltung der Betriebsabläufe und zukünftige Schätzungen des internationalen Kupfermarktes (Nachfrage und Preis). Wenn sich zeigt, dass dies ein Unternehmen mit einer attraktiven Rendite ist, folgen die nächsten Phasen, die dem Engineering entsprechen.

Sicherheitsaspekte bei der Erkundung

Sicherheit der Menschen und Ausrüstung

Sicherheitsrelevante Fragen in Geographie und Topografie

• Sicherheit der Personen: Tragen Sie eine Schutzbrille, da kleine Gesteinsstücke abspringen und Verletzungen verursachen können.
• Essen und Trinken: Da die Erkundungsarbeit oft stundenlanges Gehen beinhaltet, ist es wichtig, ausreichend Nahrung und Wasser mitzubringen.
• Kleidung: Es ist ratsam, leichte Kleidung, festes Schuhwerk und Sonnenschutzmittel zu tragen. Beachten Sie, dass sich die Temperatur in einigen Gebieten schlagartig ändern kann.
• Erste Hilfe: Führen Sie Erste-Hilfe-Ausrüstung und eine Taschenlampe mit sich.

Ausrüstung und Instrumente für Messung und Aufzeichnung

Zur Orientierung und Dokumentation sind folgende Gegenstände erforderlich:

• Karten des Studiengebiets zur Identifizierung der durchgeführten Wege.
• Karten, Fotos und die besten Satellitenbilder, ergänzt durch GPS-Geräte.
• Kompass (zur Orientierung erforderlich).
• Hammer und Lupe.
• Maßband für notwendige Messungen.
• Materialien für die Probenentnahme (Taschen, Bleistifte, Notizblock, Tags).

Erzgewinnung im Tagebau

Extraktion des mineralisierten Gesteins

Das Ziel dieses Prozesses ist es, das mineralisierte Gestein, das Kupfer und andere Elemente enthält, aus dem festen Gestein der Mine zu entfernen (dies kann im Tagebau, unter Tage oder in einer Kombination aus beidem erfolgen) und zur Anlage zu transportieren.

Tagebau (Open Pit Mining)

Diese Art der Extraktion wird verwendet, wenn die Lagerstätten eine regelmäßige Form haben und sich an oder nahe der Oberfläche befinden. Dies ermöglicht die Entfernung des sterilen Materials zu Kosten, die durch die Ausbeutung des mineralisierten Teils gedeckt werden können.

Abläufe im Tagebau

1. Bohren (Drilling)

   Die Bohrlöcher in der Bank sollten in regelmäßigen Abständen voneinander (in der Regel zwischen 8 und 12 m, das sogenannte Bohrgitter) über die gesamte Höhe der Bank gebohrt werden. Dies ermöglicht die Einführung von Sprengstoffen, deren Detonation das Gestein fragmentiert.

2. Sprengen (Blasting)

   In jedes Loch wird Sprengstoff geladen. Über einen elektrischen Zünder, der ferngesteuert ausgelöst wird, erfolgt die Detonation. Es wird eine Reihe von Detonationen zwischen den einzelnen Löchern einer Sprengung erzeugt, sodass das Gestein in Etappen auf der freigelegten Fläche der Bank gebrochen wird, wobei zwischen den einzelnen Detonationen Zeitunterschiede von Sekundenbruchteilen liegen.

3. Laden (Carguío)

   Nach der Sprengung wird das Material mit riesigen elektrischen Schaufeln und Radladern in große Lastwagen geladen. Diese Teams füllen die Lastwagen in einem kontinuierlichen Betrieb von der Bank nach der Explosion.

4. Versand (Transport)

   Für den Transport des mineralisierten und sterilen Materials werden schwere Lastwagen (z. B. 240 oder 300 Tonnen) eingesetzt. Sie transportieren das Material von der Ladestelle zu ihren verschiedenen Zielen: das Mineral zum Vorbrecher, das sterile Material zu Deponien und minderwertiges Erz zu speziellen Lagerstätten.

Sicherheitsmaßnahmen beim Bohren und Bewegen

Sicherheit beim Bohren

Allgemeine Anforderungen

• Bohrarbeiten müssen in Übereinstimmung mit den bestehenden Regeln und Verfahren durchgeführt werden.
• Das beteiligte Personal muss über die erforderliche technische Ausbildung zur Erfüllung seiner Aufgaben verfügen und ein detailliertes Betriebshandbuch für die verwendeten Geräte besitzen.
• Die Bediener müssen mit der gesamten persönlichen Schutzausrüstung (Helm, Stiefel, Handschuhe, Schutzbrille, Masken usw.) ausgestattet sein und Kleidung und Zubehör tragen, die verhindern, dass sie von beweglichen Maschinenteilen erfasst werden.

Vor dem Start der Maschine

Der Bediener sollte die Maschine überprüfen und die korrekte Funktion folgender Komponenten sicherstellen:

• Hydraulische Systeme (Schläuche, Pumpen) und elektrische Systeme.
• Druckschläuche und alle Verbindungen (auf der Plattform, an den Stangen und Bits) müssen ordnungsgemäß gesichert sein.
• Überprüfen Sie alle Schilder, Anweisungen oder Warnhinweise auf den Etiketten der Bohranlage (z. B. niedriger Ölstand oder schlechter Zustand eines Teils).

Sicherheit beim Anfahren (Arranke)

• Überprüfen Sie den Arbeitsplatz sorgfältig. Bei Arbeiten in der Nähe von Hängen (Tagebau) muss insbesondere der Zustand der Böschungen und die Gefahr von Steinschlag beachtet werden.
• Stellen Sie sicher, dass keine anderen Aufgaben innerhalb der Mine die Arbeit mit Sprengstoffen unterbrechen.
• Stellen Sie sicher, dass keine Personen oder andere Geräte (Lkw) am Arbeitsplatz sind.
• Bleiben Sie an Ihrem Arbeitsplatz und verlassen Sie die Maschine nicht, solange sie in Betrieb ist.

Nach dem Start der Maschine

Der Bediener sollte:

• Die korrekte Funktion aller Bedienelemente überprüfen.
• Auf ungewöhnliche Geräusche achten.

Sicherheit bei der Bewegung im Tagebau

• Das Gebiet, in dem die Bohrungen stattfinden, muss sich in einwandfreiem Zustand für die reibungslose Bewegung der Maschine befinden.
• Der Bediener muss überprüfen, dass sich keine Hochspannungsleitungen oder andere Fremdkörper im Arbeitsbereich befinden. Bei einem Draht oder einem anderen Fremdkörper, der die Bohranlage beeinträchtigen könnte, wird ein Mindestsicherheitsabstand von 10 Metern empfohlen.
• Beim Transport der Maschine auf einer erheblichen Neigung (ca. 20 Grad) muss die Möglichkeit der Sicherung der Maschine durch Drahtseile in Betracht gezogen werden.
• Niemals auf den Bohrmast (Derrick) klettern, während die Maschine bewegt wird.
• Niemals zuvor perforierte kreisförmige Flächen befahren, da die Gefahr besteht, dass die Löcher mit Schutt verstopft werden.

Sicherheitsmaßnahmen bei Untertagearbeiten

• Achten Sie immer darauf, dass das Dach Ihrer Galerie sicher ist. Lose Gesteinsstücke (Brammen), die den Bediener oder die Ausrüstung beeinträchtigen könnten, müssen entfernt werden.
• Überprüfen Sie, ob am Arbeitsplatz der erforderliche Mindestluftstrom vorhanden ist.
• Überprüfen Sie den Zustand der Strom-, Druckluft- und Wasserleitungen, falls nötig.
• Alle Bohrarbeiten sollten über eine angemessene Beleuchtung, idealerweise mit Halogenlampen, verfügen.

Sicherheit während des Bohrvorgangs

• Die Bohranlage muss aufgrund der Bodeninstabilität stabil stehen. In diesem Zusammenhang sollten vor dem Bohren immer hydraulische Positionierungsvorrichtungen verwendet werden.
• Der Bohrmast darf nur angehoben werden, wenn die Maschine eben steht.
• Der Bediener muss stets optimale Sichtverhältnisse haben.
• Beim Wechsel der Bohrstangen ist besondere Vorsicht bei den Mechanismen zur Fixierung des Bohrzubehörs (Karussell, Griffe) geboten.
• Die Kontrollen müssen die angegebenen Werte einhalten. Es ist wichtig, die Tiefe jedes gebohrten Lochs und die Bohrungen für jedes dieser Löcher aufzuzeichnen.
• Der Bediener sollte sich nicht unter eine Bohrmaschine begeben, wenn diese in Betrieb ist.
• Beobachten Sie den Bohrmeißel (Tri-Cone-Bit) während des Auf- und Abstiegs in die Bohrlöcher, um Anomalien zu erkennen.
• Bediener sollten sich immer von beweglichen Komponenten der Bohranlage fernhalten, wie z. B. Schleppketten, Seilen, Riemen usw.
• Berühren Sie die Stahlelemente nicht mit bloßen Händen, da aufgrund ihrer Temperatur Verbrennungsgefahr besteht.

Sicherheitsmaßnahmen am Ende des Bohrens

• Lassen Sie die Maschine niemals bei laufendem Motor unbeaufsichtigt.
• Parken Sie die Maschine nicht in potenziellen Überschwemmungsgebieten oder in der Nähe von Bereichen, die von Sprengarbeiten betroffen sein könnten.
• Vermeiden Sie das Parken der Bohranlage in geneigten Bereichen.

Erzaufbereitung und Konzentratgewinnung

Zerkleinerung (Crushing)

Das Erz aus der Mine weist eine große Korngröße auf, von Partikeln kleiner als 1 mm bis zu Fragmenten größer als 1 m Durchmesser. Das Ziel der Zerkleinerung ist es, die Größe der Bruchstücke auf eine einheitlichere Größe von maximal ½ Zoll (1,27 cm) zu reduzieren.

Mahlung (Grinding)

Durch die Mahlung wird die Größe der Erzpartikel weiter reduziert, bis eine maximale Korngröße von 180 Mikrometern (0,18 mm) erreicht ist. Dies ermöglicht schließlich die Freisetzung der meisten Kupfererze in Form einzelner Partikel.

Flotation

Die Flotation ist ein physikalischer Prozess, der die Trennung von Kupfersulfid-Mineralien und anderen Elementen wie Molybdän vom Rest der Mineralien, die den Großteil des ursprünglichen Gesteins ausmachen, ermöglicht.

Sicherheit in Brech- und Mahlanlagen

In fast allen großen Bergbauprojekten nehmen Brech- und Mahlanlagen viel Platz ein, erfordern einen erhöhten Stromverbrauch und bergen daher ein größeres Unfall- und/oder Zwischenfallpotenzial, das auf schlechte Arbeitspraktiken zurückzuführen ist.

Sicherheit und Lagerung von Sprengstoffen (Polvorines)

Jeder Lagerraum oder zugelassene Raum für die Lagerung von Sprengstoffen muss geschlossen bleiben und von qualifiziertem, genehmigtem und für diesen Zweck geschultem Personal überwacht werden.

Typen von Sprengstofflagern

• Oberflächenlager: Diese Magazine befinden sich im Erdgeschoss.
• Untertagelager: Diese Lager sind in unterirdischen Stollen und Tunneln gebaut, die mit anderen Galerien in der Grube kommunizieren. Sie dienen im Allgemeinen der vorübergehenden Lagerung von Sprengstoffen.
• Vergrabene Lager: Dies sind Lager, die in Tunneln oder Stollen ohne Verbindung zu anderen aktiven unterirdischen Anlagen installiert sind. Sie können auch in einer Kuppel konstruiert werden, die mit lockerer Erde bedeckt ist und ein geeignetes Dach besitzt.
• Mobile Lager: Diese Lager sind auf mobilen Transportgeräten installiert, die es ermöglichen, die Sprengstoffe zu den Einsatzorten zu bewegen. Die Konstruktion sollte vollständig geschlossen, nicht brennbar und innen mit Nichteisenmetall-Zugangstüren ausgestattet sein.

Sicherheitsmaßnahmen in Sprengstofflagern

Lagerung

• Explosivstoffbehälter dürfen in Stapeln von nicht mehr als zehn Kisten Höhe platziert werden, um Verformungen zu vermeiden. Wenn sich die Kartons am Boden verformen, sollte in kleineren Mengen gestapelt werden.

Verhalten im Brandfall

• Erklärter Brand: Wenn ein Feuer im Lager oder Magazin ausbricht, muss Alarm ausgelöst werden. Alle Personen in der Umgebung müssen sich an einen geschützten Ort begeben und der Leiter des Bergwerks muss benachrichtigt werden. Es sollte niemals versucht werden, das Feuer zu bekämpfen.
• Brandgefahr (Amago): Bei einer drohenden Gefahr sollten Feuerlöscher verwendet werden, die sich außerhalb des Magazins befinden. Die Verbrennung von Ammoniumnitrat kann nur durch Kühlung gelöscht werden. Hierfür werden Trockenlöschmittel, Schaum, Kohlendioxid oder Wasser verwendet, da Brandgefahren der Klasse A, B oder C vorliegen können.

Dokumentation und Zugang

• Bestandsbuch: Der Verantwortliche des Lagers muss ein "Bestandsbuch" führen, das bei der zuständigen Kontrollstelle registriert sein muss. Es dokumentiert klar den Eingang, die Ausgabe und die Rückgabe von Sprengstoffen für das Bergwerk.
• Zugang: Der Zugang zum Lager sollte von mindestens zwei und maximal fünf Personen gleichzeitig erfolgen. Nur Personen mit einer speziellen, von der Verwaltung erteilten Genehmigung dürfen diese Lager betreten.

Umgang mit Explosivstoffen

• Öffnen Sie die Kisten mit Sprengstoff nur im Lager.
• Tragen Sie keine losen Sprengstoffe oder Zünder in den Taschen.
• Wenn Patronen eingefroren sind, dürfen diese nicht mit direkter Hitze aufgetaut werden.

Metallurgische Prozesse zur Kupfergewinnung

Pyrometallurgie (Schmelzverfahren)

Das getrocknete Kupferkonzentrat (typischerweise mit einer Konzentration von 31 % Kupfer) durchläuft Pyrometallurgie-Prozesse in Hochtemperaturöfen. Dabei wird das Kupferkonzentrat in metallisches Kupfer umgewandelt und von anderen Mineralien wie Eisen (Fe), Schwefel (S), Silizium (Si) und anderen getrennt.

Annahme und Probenahme

Da üblicherweise Konzentrate unterschiedlicher Herkunft verarbeitet werden, ist es notwendig, diese zu beproben und nach ihrem Gehalt an Kupfer, Eisen, Schwefel, Kieselsäure und Feuchtigkeit zu klassifizieren.

Fusionsprozess (Schmelzen)

Das Ziel der Fusion ist es, den Aggregatzustand des Konzentrats von fest zu flüssig zu ändern, um das Kupfer von anderen Elementen des Konzentrats zu trennen.

Konversionsprozess

Ziel ist es, aus den im Fusionsprozess gewonnenen Produkten hochreines Kupfer zu erhalten. Hierfür werden konventionelle Konverteröfen eingesetzt, die als Peirce-Smith-Konverter (zu Ehren ihrer Schöpfer) bekannt sind.

Piroraffinationsprozess (Feuerraffination)

Durch die Feuerraffination wird die Reinheit des aus der Konversion gewonnenen Rohkupfers weiter erhöht. Dies beinhaltet die Beseitigung des in dieser Art von Kupfer vorhandenen Sauerstoffanteils, um die gewünschten Konzentrationen zu erreichen.

Sicherheitsaspekte in der Gießerei

Zu den Risiken gehören Verletzungen, Hitzeeinwirkung, chemische Gefahren und andere Risiken.

Hydrometallurgie und Allgemeine Arbeitssicherheit

Sicherheit in der Hydrometallurgie

Die Sicherheit bei der Laugung (Auslaugung) bezieht sich hauptsächlich auf die sorgfältige Überwachung der Handhabung, Behandlung und Verwendung von Schwefelsäure.

Eigenschaften von Schwefelsäure

• Sie ist in reiner Form eine ölige, durchsichtige und farblose Flüssigkeit.
• Sie ist eine starke Säure.
• Beim Erhitzen über 30 °C bildet sie Dämpfe.

Allgemeine Arbeitsschutzmaßnahmen

Zur Gewährleistung der Sicherheit sind folgende Maßnahmen und Ausrüstungen erforderlich:

• Umgang mit Feuerlöschgeräten.
• Verwendung persönlicher Schutzausrüstung (PSA).
• Bereitstellung von Notduschen, Augenspülstationen und Trinkwasserbrunnen.
• Verwendung von Geräten und Einrichtungen zur Verhinderung der Dampfinhalation und des direkten Kontakts mit der Flüssigkeit.

Erforderliche PSA

• Atemschutzmasken (selbstversorgend und persönlich).
• Augenschutz.
• Kopfschutz.
• Fußschutz.
• Körperschutz.
• Handschutz.