Kupfer Flashcards
Element-Radar-Diagramm:
zeigt die Verteilung der Legierungselemente zwischen Metall, Schlacke und Gasphasen während der thermochemischen Wiederaufbereitung
Element-Radar-Diagramm: Alu, Stahl, Kupfer
- Aluminium Remelting (Umschmelze) können Legierungselemente wieder hergestellt werden
- Steel Smelter: Rückgewinnung von Legierungselemente, aber man verliert auch einige in der Schlackephase, Kupfer und weitere Edelmetall hingegen in der Metallphase
- Kupfer Schmelze: Alle Rückgewinnbaren Metall in der Metallphase, jedoch Stahlt und Legierung in der Schlackephase
Kupfererz
- Das meiste Kupfer wird als Kupfersulfide aus großen Tagebauminen in Kupferlagerstätten gewonnen, die 0,4 bis 1,0 % Kupfer enthalten ( z. B. Chuquicamatain Chile, Bingham-Canyon-Mine in Utah, US, El Chino Mine in New Mexico, US)
- handelstypische Elemente: Ag, Au, Pd, Pt, Pb, Hg, Ni, Sn, Co
Kupfergewinnung
- Aufbereitung durch Schaumflotation des Erzes zur Herstellung von Kupferkonzentrat
- Optionale Teilröstung zur Gewinnung von oxidiertem Material oder Kalzinaten
- Zweistufige pyrometallurgische Extraktion, Schmelzen der Konzentrate zu Matte
- Umwandlung der Matte durch Oxidation in Rohkupfer (Konverter- oder Blisterkupfer)
- Raffinieren des Rohkupfers, gewöhnlich in zwei Schritten
a. pyrometallurgisch zu feuerraffiniertem Kupfer
b. elektrolytisch zu hochreinem elektrolytischem Kupfer
Step 1: Konzentration
05% Cu – mechanische Verfahren Flotation –> 25-30 % Kupferkonzentrat + 0,005% Rückstände
Step 3: Schmelzen/Konvertieren
- Die in der Schmelze anfallende Matte enthält etwa 30-70 % Kupfer, hauptsächlich als Kupfersulfid, sowie Eisensulfid
- Der Schwefel wird bei hoher Temperatur als Schwefeldioxid entfernt, indem Luft durch die Schmelze geblasen wird: 2 CuS + 3 O2 → 2 CuO + 2 SO2 + CuS + O2 → Cu + SO2
- In einer Parallelreaktion wird das Eisensulfid zu Schlacke umgewandelt: 2 FeS + 3 O2 → 2 FeO + 2 SO2 + 2 FeO + SiO2 → Fe2SiO4
- Als Nebenprodukte des Prozesses entstehen Schwefeldioxid und Schlacke. Das Schwefeldioxid wird zur Verwendung in früheren Laugungsprozessen aufgefangen
Elemente in Kupferschmelzprodukten:
- Kupfer=ein “Träger”-Metall für andere Elemente, Rückgewinnung vieler Elemente als Nebenprodukte
Phasenverteilungsdiagramme - Kupfer
- Kupfer bei 0/0
- Die Schlacke einer Kupferhütte ist reicher als andere Schlacken, da sie z. B. viele bedeutsame Elemente enthält: Ni, In, Zn …
Step 5a: Pyrometallurgische Raffination
Das Raffinieren von geschmolzenem Kupfer zu Anodenkupfer für die Elektrolyse oder kommerziellem feuerraffiniertem Kupfer hat folgende Funktionen:
- Entfernung von Verunreinigungen durch Verschlackung und Verflüchtigung, wobei die Edelmetalle vollständig im metallischen Kupfer verbleiben
- Reduktion des Schwefelgehaltes auf ca. 0,0005 - 0,005 Gew.-% durch Oxidation
- Verringerung des Sauerstoffgehalts auf < 0,1 - 0,25 % durch Reduktion (Polieren), um eine ebene Oberfläche als Ergebnis des Wasser-Gas-Gleichgewichts in geschmolzenem Kupfer zu erhalten
Step 5b: Elektrolytische Raffination
Etwa 80 % der weltweiten Kupferproduktion wird durch Elektrolyse raffiniert, darunter das gesamte Primärkupfer und ein großer Teil des Sekundärkupfers. Dieses Verfahren liefert Kupfer mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und ermöglicht die Abtrennung wertvoller Verunreinigungen, insbesondere der Edelmetalle
Integrierte Metallrückgewinnung/Schmelze
- Einsatz einer einzigartigen Metallurgie, um ein schwieriges Ausgangsmaterial systematisch in wiederverwertbare, nützliche Produkte zu verwandeln
- speziell Kupfer und die Elemente haben hohe Möglichkeit der Rückgewinnung mit der Kombination Pyro- und Hydrometallurgischen Prozesse, Unterschied zu Alu und stahl Recycling
Input: Nebenprodukte Schmelze und Industrie und Konsum recyclingfähiger Abfall
Output: Edelmetall, unedle Metalle, Sondermetall, Chemikalien, Zuschlagstoff für Beton
Nebenprodukte
Blei, Nickel, Edelmetalle, Sulforsäure
- Kupfer
- Kupfererze haben signifikante Qualitätsunterschiede (schlechter) im Vergleich zu Eisen und Aluminium, Kupfer ist nicht oxidiert
- Kupferveredelung: Kombination von Pyro- und Hydrometallurgischen Schritten
- Nebenprodukte sind Bei-Produkte sind Blei, Nickel, Edelmetalle, Sulforsäure
- Kupfer als “Trägermetall” und ist wichtig für die Nicht-Eisen-Industrie
- Integrierte Schmelze: speziell Kupfer und die Elemente haben hohe Möglichkeit der Rückgewinnung mit der Kombination Pyro- und Hydrometallurgischen Prozesse, Unterschied zu Alu und stahl Recycling
- Anforderungen für Alu und Stahl Recycling/Sortierung sind höher, die Reinheit von Kupferschrott ist nicht entscheidend, zudem werden eine Zahl an Nebenproduktion z.B. im E-Schrott zurückgewonnen
Warum sind die Erzsorten wichtig?
Der Gewinnungsprozess wird nach der Erzqualität unterschieden.
Niedriger Grad; pyrometallurgische Verfahren (arme Sulfide), hydrometallurgische Verfahren (Oxide)
Hochgradig; traditionelle Verhüttung im Schachtofen
Was sind Strategien zur Verringerung der Umweltauswirkungen der Kupferproduktion?
Typ 1: Kupferschrott
Typ 2: kupferhaltiger Sonderschrott wie Kabel und Leiterplatten
Typ 3: kupferhaltige Rückstände, zum Beispiel
Schlämme aus der metallverarbeitenden Industrie
