European Copper Institute Poland

Wydobycie i otrzymywanie miedzi z rud: rudy tlenkowe

 

Miedź jest rafinowana z rud wydobywanych w kopalniach podziemnych lub odkrywkowych. Obecnie większość rud miedzi, to rudy siarczkowe lub tlenkowe. Otrzymywanie miedzi z rud siarczkowych jest już opisane bardziej szczegółowo w części Wydobycie i otrzymywanie miedzi z rud: rudy siarczkowe (11–14), jednak zostało tu przytoczone, ponieważ istotny produkt uboczny tego procesu jest stosowany do ekstrakcji rud tlenkowych.

Pirometalurgiczne przetwarzanie rud siarczkowych dostarcza kwas siarkowy dla ługowania rud tlenkowych

Proces przeróbki siarczkowych rud miedzi ma swój początek na terenie kopalni, gdzie następuje fizyczne oddzielenie minerałów zawierających miedź od skały płonnej. Poniższy schemat technologiczny ukazuje, jak procentowa zawartość miedzi wzrasta w kolejnych stadiach rafinacji: najpierw separacji fizycznej za pomocą flotacji pianowej, następnie chemicznej przez wytapianie, a na końcu na drodze elektrorafinacji. Etap wytapiania nosi nazwę procesu pirometalurgicznego, czyli przetwarzania ogniowego.

Copper sulphide ore smelter(Dzięki uprzejmości Xstrata)

Piec do wytopu miedzi z rud siarczkowych wytwarza również dwutlenek siarki w postaci gazowej. Jest on absorbowany z gazów odlotowych w skruberze. Odsiarczanie spalin służy też ochronie środowiska.

Ubocznym produktem procesu wytapiania i procesu konwertorowego jest kwas siarkowy. Wygląda to na szczęśliwy zbieg okoliczności, bowiem kwas siarkowy jest potrzebny do traktowania rud tlenkowych w procesach ługowania oraz SX-EW (ekstrakcja rozpuszczalnikiem i elektrolityczne otrzymywanie metali). Kwas siarkowy i tak należałoby produkować, gdyż uwalnianie dwutlenku siarki w postaci gazowej do atmosfery byłoby niedopuszczalne.

Ługowanie rud tlenkowych kwasem siarkowym

Powyższy schemat technologiczny przedstawia, w jaki sposób w procesie wytapiania miedzi z rud siarczkowych, powstaje dwutlenek siarki, który następnie jest przetwarzany na kwas siarkowy.

Schemat poniżej ukazuje jak kwas siarkowy jest wykorzystywany do wyługowania jonów miedzi tworząc jeziora niebieskiego roztworu siarczku miedzi, z którego miedź jest odzyskiwana w drodze ekstrakcji rozpuszczalnikiem a następnie rafinowana elektrolitycznie w procesie określanym, jako ekstrakcja rozpuszczalnikiem i elektrolityczne otrzymywanie metali (SX-EW).

Powyższy schemat ukazuje w jaki sposób kwas siarkowy jest wykorzystywany do ekstrahowania miedzi. Podstawowa różnica między procesem pirometalurgicznym a ekstrakcją polega na tym, że w procesie ekstrakcji nie dostarcza się energii cieplnej.

Poniższe fotografie ilustrują kolejne etapy procesu.

1. Pokruszona ruda jest zwałowana na uszczelnionym podłożu w zagłębieniu utworzonym w kopalni odkrywkowej.

Crushed copper ore in the leach pad

Rozdrobniona ruda na stanowisku ługowania. W oddali widoczny jest zbiornik ługu. Rozdrobniona ruda spoczywa na nieprzepuszczalnej membranie, chroniącej grunt pod nią i zapobiegającej zanieczyszczaniu miejscowych wód gruntowych kwasem i jonami miedzi.

2. Rozdrobniona ruda jest zraszana rozcieńczonym kwasem siarkowym za pomocą systemu irygacyjnego.

Pregnant leach pond(Dzięki uprzejmości Red Tiger Mining Inc.)

Zbiornik roztworu po procesie ługowania. Roztwór zawiera jony miedzi, które nadają mu niebieski kolor siarczku miedzi. Ciecz jest pompowana do zakładu ekstrakcji rozpuszczalnikiem i elektrolitycznego otrzymywania metalu (SX-EW).

3. Roztwór siarczanu miedzi jest gromadzony w zbiorniku roztworu po procesie ługowania, a następnie pompowany do zakładu ekstrakcji rozpuszczalnikiem. Faza ekstrakcji rozpuszczalnikiem przebiega w dwóch etapach. W fazie wstępnej stosowany jest rozpuszczalnik organiczny w celu odzyskania jonów zawartych w roztworze po procesie ługowania i ich wymiany na jony wodoru w kwasie. W końcowej fazie procesu ekstrakcji rozpuszczalnikiem stosuje się mocny kwas w celu odpędzenia miedzi z rozpuszczalnika organicznego, w wyniku czego, powstaje niebieski, wzbogacony roztwór o dużej zawartości miedzi, który jest dalej przetwarzany w zakładzie elektrolitycznego otrzymywania metalu.

Copper sulphate solution(Dzięki uprzejmości Red Tiger Mining Inc.)

Po ekstrakcji z użyciem rozpuszczalników organicznych, jony miedzi są usuwane z roztworu mocnym kwasem, pozostawiając niebieski roztwór o dużej zawartości miedzi, zwany “elektrolitem wzbogaconym”.

4. Zakład elektrolitycznego otrzymywania miedzi wykorzystuje proces elektrolizy, w którym miedź osadza się na stalowych katodach. Używane są także obojętne katody ołowiowe. Katody nie uczestniczą w procesie elektrolizy, służą jedynie do zamknięcia obwodu elektrycznego.

Copper electrowinningKatody ze stali nierdzewnej pokryte miedzią w procesie elektrolitycznego otrzymywania miedzi.

Copper being stripped from a steel anodePo osiągnięciu odpowiedniej grubości miedź jest zdejmowana ze stalowych płyt katodowych. Miedź katodowa ma czystość 99,99%.

Światowa produkcja górnictwa miedzi, 19002013
(w tysiącach ton)
Źródło: ICSG

Produkcja metodami ekstrakcji rozpuszczalnikiem i elektrolitycznego otrzymywania metalu (SX-EW), praktycznie nieistniejąca przed rokiem 1960, osiągnęła blisko 3,8 mln ton w roku 2013, tj. blisko 18% całej produkcji (Dzięki uprzejmości ICSG.)

Jedną z największych zalet procesu ługowania jest to, że w tym procesie opłacalne jest ekstrahowanie metalu z rud niskoprocentowych, których wytapianie byłoby ekonomicznie nieuzasadnione.

Należy zauważyć, że powyższy wykres przedstawia całkowitą produkcję miedzi ze źródeł pierwotnych. Recykling złomowanych elementów miedzianych i złomu poprodukcyjnego zaspokaja 35% światowego zapotrzebowania na miedź, co przyczynia się do oszczędności zasobów.

Pytania

1. Dlaczego elektrolityczna rafinacja miedzi (elektrolityczne otrzymywanie) może odbywać się bez użycia miedzianych anod?

2. W procesie elektrolitycznej rafinacji miedzi anodowej z rud siarczkowych, niewielkie ilości zanieczyszczeń pochodzących z anody tworzą szlam anodowy, zawierający metale szlachetne. W procesie SX-EW nie ma szlamu. Wyjaśnij dlaczego.