Le tecniche di raffinazione impiegate dai produttori di rame dipendono dal tipo di minerale, nonché da altri fattori economici e ambientali. Attualmente, circa l'80% della produzione globale di rame viene estratto da fonti di solfuro.
Indipendentemente dal tipo di minerale, il minerale di rame estratto deve prima essere concentrato per rimuovere la ganga, materiali indesiderati incorporati nel minerale.
Il primo passo in questo processo è la frantumazione e la polverizzazione del minerale in un mulino a palle o barre.
Minerali di solfuro
Praticamente tutti i minerali di rame di tipo solfuro, tra cui calcocita (Cu 2 S), calcopirite (CuFeS 2 ) e covellite (CuS), vengono trattati mediante fusione.
Dopo aver frantumato il minerale in una polvere fine, viene quindi concentrato mediante flottazione della schiuma, che richiede la miscelazione del minerale in polvere con reagenti che si combinano con il rame per renderlo idrofobo. La miscela viene quindi bagnata in acqua insieme a un agente schiumogeno, che favorisce la formazione di schiuma.
I getti d'aria vengono sparati attraverso l'acqua formando bolle che fanno galleggiare le particelle di rame idrorepellenti sulla superficie. La schiuma, che contiene circa il 30% di rame, il 27% di ferro e il 33% di zolfo, viene scremata e presa per la torrefazione.
Se economico, le impurità minori che possono essere presenti nel minerale, come il molibdeno , il piombo , l'oro e l' argento , possono anche essere processate e rimosse in questo momento mediante flottazione selettiva.
A temperature comprese tra 900-1292 ° F (500-700 ° C), gran parte del contenuto di zolfo rimanente viene bruciato come gas solforato, risultando in una miscela calcina di ossidi di rame e solfuri.
I flussi vengono aggiunti al rame calcinato, che ora è puro al 60% circa, prima di essere nuovamente riscaldato, questa volta a 2192 ° F (1200 ° C).
A questa temperatura, i flussi di silice e calcare si combinano con composti indesiderati, come l'ossido di ferro, e li portano in superficie per essere rimossi come scorie. La miscela rimanente è un solfuro di rame fuso denominato "opaco".
Il prossimo passo nel processo di raffinazione è quello di ossidare il liquido opaco per rimuovere il ferro e, ancora, per bruciare il contenuto di solfuro come anidride solforosa. Il risultato è il rame per blister del 97-99 percento. Il termine "blister copper" deriva dalle bolle prodotte dall'anidride solforosa sulla superficie del rame.
Per produrre catodi di rame di grado commerciale, il rame blister deve essere prima colato negli anodi e trattato elettroliticamente. Immerso in un serbatoio di solfato di rame e acido solforico, insieme a un foglio di partenza per catodo di rame puro, il rame blister diventa l'anodo in una cella galvanica. Gli spazi vuoti dei catodi in acciaio inossidabile vengono utilizzati anche in alcune raffinerie, come la miniera di rame Kennecott di Rio Tinto nello Utah.
Quando viene introdotta una corrente, gli ioni di rame iniziano a migrare verso il catodo, o foglio iniziale, formando catodi di rame puro al 99,9-99,99%.
Elaborazione del minerale di ossido e SX / EW
Dopo la frantumazione dei minerali di rame di tipo ossido, come l'azzurrite (2CuCO 3 · Cu (OH) 3), il brochantite (CuSO 4 ), chrysocolla (CuSiO 3 · 2H 2 O) e cuprite (Cu2O), l'acido solforico diluito viene applicato al superficie del materiale su tamponi di lisciviazione o serbatoi di lisciviazione.
Mentre l'acido scorre attraverso il minerale, si combina con il rame, producendo una soluzione di solfato di rame debole.
La cosiddetta soluzione di lisciviazione "incinta" (o liquore in stato di gravidanza) viene quindi elaborata utilizzando un processo idrometallurgico noto come estrazione con solvente ed elettro-vincente (o SX-EW).
L'estrazione con solvente comporta lo strippaggio del rame dal liquore in gravidanza usando un solvente organico o un estrattore. Durante questa reazione, gli ioni di rame vengono scambiati per ioni idrogeno, consentendo di recuperare la soluzione acida e riutilizzarla nel processo di lisciviazione.
La soluzione acquosa ricca di rame viene quindi trasferita in un serbatoio elettrolitico dove si verifica la parte elettro-vincente del processo. Sotto carica elettrica, gli ioni di rame migrano dalla soluzione ai catodi di avviamento in rame realizzati con lamina di rame ad elevata purezza.
Altri elementi che possono essere presenti nella soluzione, come oro, argento, platino , selenio e tellurio , si raccolgono sul fondo del serbatoio come "fanghiglia" e possono essere recuperati attraverso ulteriori elaborazioni.
I catodi di rame elettro-vinci sono di purezza uguale o maggiore di quelli prodotti dalla fusione tradizionale, ma richiedono solo da un quarto a un terzo della quantità di energia per unità di produzione.
Lo sviluppo di SX-EW ha permesso l'estrazione del rame in aree in cui l'acido solforico non è disponibile o non può essere prodotto dallo zolfo nel corpo del minerale di rame, così come dai vecchi minerali di solfuro che sono stati ossidati dall'esposizione all'aria o dalla lisciviazione batterica e altro materiali di scarto che sarebbero stati precedentemente smaltiti non lavorati.
Il rame può in alternativa essere precipitato dalla soluzione gravida tramite cementazione utilizzando rottame di ferro. Tuttavia, questo produce un rame meno puro di SX-EW e, quindi, viene impiegato meno spesso.
In-Situ Leaching (ISL)
La lisciviazione in situ è stata anche utilizzata per recuperare il rame da aree idonee di depositi di minerali.
Questo processo comporta la perforazione di pozzi e il pompaggio di una soluzione di percolato (solitamente acido solforico o cloridrico) nel corpo del minerale. Il percolato scioglie i minerali di rame prima che sia recuperato tramite un secondo sondaggio. Ulteriore perfezionamento con SX-EW o precipitazione chimica produce catodi di rame commerciabili.
L'ISL viene spesso condotta su minerali di rame di bassa qualità nelle discariche (noto anche come lisciviazione delle stoppie ) nelle aree di miniera di miniere sotterranee.
I minerali di rame più adatti all'ISL comprendono i carbonati di rame malachite e azzurrite, nonché tenorite e crisocolla.
La produzione mondiale di miniere di rame è stimata dal US Geological Survey che nel 2011 ha raggiunto 16,1 milioni di tonnellate metriche. La fonte primaria di rame è il Cile, che produce circa un terzo dell'offerta mondiale totale. Altri grandi produttori includono Stati Uniti, Cina e Perù.
A causa dell'alto valore del rame puro, gran parte della produzione di rame proviene ora da fonti riciclate. Negli Stati Uniti, il rame riciclato rappresenta circa il 32% della fornitura annuale. Globalmente, questo numero è stimato essere più vicino al 20 percento.
Il più grande produttore di rame al mondo è l'impresa statale cilena Codelco. Codelco ha prodotto 1,76 milioni di tonnellate di rame raffinato nel 2010, pari a circa l'11% della produzione totale mondiale. Altri grandi produttori includono Freeport-McMoran Copper & Gold Inc., BHP Billiton Ltd. e Xstrata Plc .
fonti
Schoolscience.co.uk. Rame: un elemento vitale. Estrazione di rame.
URL: http://resources.schoolscience.co.uk/cda/14-16/cumining/copch2pg2.html
Wikipedia. Tecniche di estrazione del rame.
URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_extraction
Associazione per lo sviluppo del rame. Produzione.
URL: https://www.copper.org/education/copper-production/